??? 摘? 要： 給出了一種基于同步相位窄帶檢測電路實現的EAS系統檢測器,并給出了原理和實現方法。?
??? 關鍵詞： 同步相位檢測器； EAS系統； 非晶態磁性材料
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??? 隨著人們生活節奏的加快，現代商業經營模式也逐漸由傳統的基于柜臺的模式轉變為開放的銷售模式。開放的經營模式方便了顧客，提高了商品銷售量，增加了商家的利潤，但同時也帶來了新的問題。其中商品安全就是最大的一個隱患。商品電子防竊系統能有效地防止商品、圖書等失竊現象，因而被廣泛地使用。商品電子防竊EAS(Electronic Article Surveillance)系統由電子標簽、發射機、接收機、檢測器和解碼器或開鎖器部分組成。?
??? 對于EAS安全檢測系統，誤報率和漏報率是兩個重要的指標，這要求在諧波頻率量提取時要非常精確，帶寬要盡量限制在200 Hz范圍內。本系統就是解決如何對接收幅度僅為200 μV左右的信號中的頻率分量進行高精度、高可靠性檢測，并在較低成本的情況下，實現了帶寬為200 Hz的檢測電路,并且不會產生自激振蕩，穩定性高。?
??? 目前市場上產品的檢測器基本都是老一代產品，工作基頻為1 kHz,資源利用率低，發射功率高，能耗大,不符合綠色工業的要求。而本系統基頻為58 kHz，發射天線的線圈圈數大大減少，這就有效地減少了金屬銅的使用。同時因發射功率減小，進一步提高了電磁波傳輸效率。系統檢測部分增加了相平面檢測功能，進一步提高了增加檢測準確性和靈敏度。這些都很好地滿足了EAS系統的應用要求。?
1 系統實現?
1.1 EAS檢測系統?
??? EAS系統分為四大類，這里實現的是以磁性材料為標簽的檢測系統，被公認安全性最高。基頻為58 kHz的非晶態磁性材料諧波檢測系統，可以大大減少銅料消耗和能耗，檢測系統框圖如圖1所示。
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1.2 EAS檢測系統的基本原理?
??? 當非晶態磁性材料(標簽)處于發射機產生的一定頻率的交變電磁場激勵中時，標簽產生同頻率的狹脈沖信號，接收機接收脈沖信號后提取其中的諧波成分。其中2次和3次這兩種諧波成分能量最大，也最容易檢測。通過檢測這兩個諧波分量，并進行處理和比較，就可鑒別出是否是工作的標簽，判斷是否是非法攜帶。本文的EAS檢測系統的基本原理是：當標簽進入由發射機產生的58 kHz頻率的交變電磁場檢測區時，接收機接收到頻率為58 kHz的電脈沖，提取116 kHz和174 kHz的諧波信號并吸收消除58 kHz的基波信號。當檢測系統檢測出這兩種頻率成分并滿足一定幅度比時，立即向報警系統產生一個報警信號，使其報警。?
2 信號檢測部分原理和系統實現?
??? 檢測器系統中信號放大和積分濾波電路使用的運算放大器，均采用ADI公司的高性能芯片AD817，它不僅可以在100～500 kHz較高頻段帶寬內對信號進行有效放大，而且輸入電阻小，負載能力強，構成系統的穩定性好。?
2.1窄帶型同步相位檢測原理?
??? 所謂窄帶型同步相位檢測是指：按照檢測頻率要求對被測信號按一定間隔進行抽取，當信號頻率與檢測頻率相同時，可檢測出最大的信號能量，否則兩者不能對準，檢測不出信號或者檢測能量很小。一般可分為固定相位平面掃描和在一定角度的相位平面掃描。?
??? 固定相位平面掃描方式：是指對發射機和基準頻率發生電路不做特殊處理，只按照檢測頻率要求產生一定頻率的電磁波，即發射機產生58 kHz基波，基準頻率發生器輸出116 kHz的二次諧波和174 kHz的三次諧波。需要說明的是:基波是由發射機產生經天線輸出，而基準頻率產生電路輸出的二次和三次諧波是固定頻率和相位的方波。這種掃描方式的優點在于原理簡單，實現方便，當標簽按常規方式進入監測區域時，靈敏度很高，漏報率也很小。但在一些特殊情況下，效果會有所降低，如果標簽進入檢測區域的位置特殊，系統的漏報率會提高，降低了安全性。?
??? 針對以上問題，為了提高系統檢測的精確性，本系統采用的是一定角度的相位平面掃描方式。主要考慮到條帶進入交變電磁場的位置、方位不同，產生的諧波分量的初始相位也不同，采取4間隔方式在360°的相位平面來進行抽取掃描,又體現在發射和檢波兩個部分。?
??? 通過在這兩個部分所采取的措施，成功實現了帶寬小于200 Hz、相對帶寬小于1%的檢測系統，為整個系統的功能實現奠定了堅實的基礎。這里以檢測6次諧波為例進行說明。?
??? (1)發射階段?
??? 58 kHz發射信號是每間隔一定時間進行發射的，在這個傳輸間隔內，交替依次相位前進、后退30°。當標簽放在由此發射信號產生的交變電磁場中時，這個標簽將輪流產生各種諧振頻率的交變磁場，其中包括6次諧波，349 kHz。正因為發射信號相互之間是連續前后相移30°，所以標簽將連續產生相互之間相位差為180°的6次諧波。這是因為，隨著標簽進入檢測區內的方位、朝向等不同，標簽產生的諧波的初始相位和幅度也將不同。如果發射頻率只是固定相位的信號，則因檢測的能量很小，有時無法對準，無法準確識別標簽并報警。本系統中采取的措施能夠很好地提高檢測標簽的靈敏度，防止漏判。?
??? (2)檢波階段?
??? 每次發射天線發射信號的間隔中只有一部分是作為檢測使用。這樣做的目的是為了防止在58 kHz信號開始或停止的瞬時可能導致的報警器誤報。?
2.2窄帶同步相位檢測?
2.2.1 窄帶同步相位檢測具體實現電路?
??? 其信號檢測電路如圖2所示。檢測電路中積分電路分析如下：?
??? 當Q0為高電平時，A1將通過2個電容接地，后面的運放工作狀態為反向射跟。?
??? 當Q1為高電平時，A2、A3信號之間相當再連接一個電阻。系統的工作頻率f約為58 kHz，所以對電容的要求為：?
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??? 輸入信號與檢波輸出對應圖補充說明：Q0和Q2這2個1/4周期時刻，作為檢測時刻，A3有輸出；而另外的Q1和Q2這2個時刻，A2和A3引入深度負反饋，不作為檢測時刻，A3無輸出。這樣做的目的有2個：?
??? (1) 避免每次發射天線發射58 kHz信號開始和停止的瞬間可能而導致的報警器誤報。?
??? (2) 增加了相平面檢測功能更有效的檢測信號。?
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2.2.2窄帶同步相位檢測電路內部功能分解圖?
??? 其電路分解圖如圖3所示。?
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2.3 輸入信號與檢波輸出（A3）的對應關系?
??? 檢測信號波形如圖4所示。圖中：Pin3、Pin2、Pin4和Pin7的4種輸入狀態Q0、Q1、Q2和Q3的方波波形只是相位依次相差90°，幅度上沒有區別(這里的畫法是為了表示方便)正弦波波形由前級放大電路輸入，4種方波信號則由標準信號發生器輸出。參照圖3分析如下：?
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??? 在一個周期內：?
??? Q0狀態：Q0為高電平時，開關信號打開與Q0相連的兩側開關，第一片芯片的1、2腳導通，11、10號腳也導通，即A1將通過2個電容接地，積累電量，且滿足：Q=C×V。此時交流接地，直流穩定，信號將處于幅值穩定狀態。?
??? Q1狀態:Q1為高電平時，開關信號打開與Q1相連的另外兩側開關，第一片芯片的3、4腳導通，8、9腳也導通，A2、A3信號之間將再引入1個大電容，相當于引入一個深度負反饋。此時：當Q2、Q3分別為高電平時，則產生的效果與Q0、Q1的類似。?
3檢測器輸出波形?
??? 檢測器輸出波形如圖5所示。從輸出波形可知，檢測器系統帶寬B<200 Hz,過渡帶在1%以內，達到了設計要求，完全能保證整個系統的準確工作。?
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圖5? 二次諧波檢測輸出
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??? 漏報率和誤報率是兩個最重要的參數，如果漏報率稍大，無法有效地防盜，安全性也就無法保障；誤報率稍高，將給安全管理人員造成極大麻煩，在當今重視人權的社會里，錯誤地針對顧客或讀者等的報警，將給企業、圖書館等帶來難易估量的麻煩和后果。而本系統有效地解決了這2個問題：(1)系統的帶寬僅200 Hz，相對帶寬小于1%，這就能有效地防止誤報的產生。同時系統中2種抗噪聲的方法，也有效地克服了誤報的問題；(2)這種同步相位檢測系統具有非常高的靈敏度，條帶以任意方位進入檢測區，均能有效地檢測出信號并報警，漏報幾乎為零。?
參考文獻?
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