摘  要： 给出了一种基于同步相位窄带检测电路实现的EAS系统检测器,并给出了原理和实现方法。 

    关键词： 同步相位检测器； EAS系统； 非晶态磁性材料

    随着人们生活节奏的加快，现代商业经营模式也逐渐由传统的基于柜台的模式转变为开放的销售模式。开放的经营模式方便了顾客，提高了商品销售量，增加了商家的利润，但同时也带来了新的问题。其中商品安全就是最大的一个隐患。商品电子防窃系统能有效地防止商品、图书等失窃现象，因而被广泛地使用。商品电子防窃EAS(Electronic Article Surveillance)系统由电子标签、发射机、接收机、检测器和解码器或开锁器部分组成。 

    对于EAS安全检测系统，误报率和漏报率是两个重要的指标，这要求在谐波频率量提取时要非常精确，带宽要尽量限制在200 Hz范围内。本系统就是解决如何对接收幅度仅为200 μV左右的信号中的频率分量进行高精度、高可靠性检测，并在较低成本的情况下，实现了带宽为200 Hz的检测电路,并且不会产生自激振荡，稳定性高。 

    目前市场上产品的检测器基本都是老一代产品，工作基频为1 kHz,资源利用率低，发射功率高，能耗大,不符合绿色工业的要求。而本系统基频为58 kHz，发射天线的线圈圈数大大减少，这就有效地减少了金属铜的使用。同时因发射功率减小，进一步提高了电磁波传输效率。系统检测部分增加了相平面检测功能，进一步提高了增加检测准确性和灵敏度。这些都很好地满足了EAS系统的应用要求。 

1 系统实现 

1.1 EAS检测系统 

    EAS系统分为四大类，这里实现的是以磁性材料为标签的检测系统，被公认安全性最高。基频为58 kHz的非晶态磁性材料谐波检测系统，可以大大减少铜料消耗和能耗，检测系统框图如图1所示。

1.2 EAS检测系统的基本原理 

    当非晶态磁性材料(标签)处于发射机产生的一定频率的交变电磁场激励中时，标签产生同频率的狭脉冲信号，接收机接收脉冲信号后提取其中的谐波成分。其中2次和3次这两种谐波成分能量最大，也最容易检测。通过检测这两个谐波分量，并进行处理和比较，就可鉴别出是否是工作的标签，判断是否是非法携带。本文的EAS检测系统的基本原理是：当标签进入由发射机产生的58 kHz频率的交变电磁场检测区时，接收机接收到频率为58 kHz的电脉冲，提取116 kHz和174 kHz的谐波信号并吸收消除58 kHz的基波信号。当检测系统检测出这两种频率成分并满足一定幅度比时，立即向报警系统产生一个报警信号，使其报警。 

2 信号检测部分原理和系统实现 

    检测器系统中信号放大和积分滤波电路使用的运算放大器，均采用ADI公司的高性能芯片AD817，它不仅可以在100～500 kHz较高频段带宽内对信号进行有效放大，而且输入电阻小，负载能力强，构成系统的稳定性好。 

2.1窄带型同步相位检测原理 

    所谓窄带型同步相位检测是指：按照检测频率要求对被测信号按一定间隔进行抽取，当信号频率与检测频率相同时，可检测出最大的信号能量，否则两者不能对准，检测不出信号或者检测能量很小。一般可分为固定相位平面扫描和在一定角度的相位平面扫描。 

    固定相位平面扫描方式：是指对发射机和基准频率发生电路不做特殊处理，只按照检测频率要求产生一定频率的电磁波，即发射机产生58 kHz基波，基准频率发生器输出116 kHz的二次谐波和174 kHz的三次谐波。需要说明的是:基波是由发射机产生经天线输出，而基准频率产生电路输出的二次和三次谐波是固定频率和相位的方波。这种扫描方式的优点在于原理简单，实现方便，当标签按常规方式进入监测区域时，灵敏度很高，漏报率也很小。但在一些特殊情况下，效果会有所降低，如果标签进入检测区域的位置特殊，系统的漏报率会提高，降低了安全性。 

    针对以上问题，为了提高系统检测的精确性，本系统采用的是一定角度的相位平面扫描方式。主要考虑到条带进入交变电磁场的位置、方位不同，产生的谐波分量的初始相位也不同，采取4间隔方式在360°的相位平面来进行抽取扫描,又体现在发射和检波两个部分。 

    通过在这两个部分所采取的措施，成功实现了带宽小于200 Hz、相对带宽小于1%的检测系统，为整个系统的功能实现奠定了坚实的基础。这里以检测6次谐波为例进行说明。 

    (1)发射阶段 

    58 kHz发射信号是每间隔一定时间进行发射的，在这个传输间隔内，交替依次相位前进、后退30°。当标签放在由此发射信号产生的交变电磁场中时，这个标签将轮流产生各种谐振频率的交变磁场，其中包括6次谐波，349 kHz。正因为发射信号相互之间是连续前后相移30°，所以标签将连续产生相互之间相位差为180°的6次谐波。这是因为，随着标签进入检测区内的方位、朝向等不同，标签产生的谐波的初始相位和幅度也将不同。如果发射频率只是固定相位的信号，则因检测的能量很小，有时无法对准，无法准确识别标签并报警。本系统中采取的措施能够很好地提高检测标签的灵敏度，防止漏判。 

    (2)检波阶段 

    每次发射天线发射信号的间隔中只有一部分是作为检测使用。这样做的目的是为了防止在58 kHz信号开始或停止的瞬时可能导致的报警器误报。 

2.2窄带同步相位检测 

2.2.1 窄带同步相位检测具体实现电路 

    其信号检测电路如图2所示。检测电路中积分电路分析如下： 

    当Q0为高电平时，A1将通过2个电容接地，后面的运放工作状态为反向射跟。 

    当Q1为高电平时，A2、A3信号之间相当再连接一个电阻。系统的工作频率f约为58 kHz，所以对电容的要求为： 

    输入信号与检波输出对应图补充说明：Q0和Q2这2个1/4周期时刻，作为检测时刻，A3有输出；而另外的Q1和Q2这2个时刻，A2和A3引入深度负反馈，不作为检测时刻，A3无输出。这样做的目的有2个： 

    (1) 避免每次发射天线发射58 kHz信号开始和停止的瞬间可能而导致的报警器误报。 

    (2) 增加了相平面检测功能更有效的检测信号。 

2.2.2窄带同步相位检测电路内部功能分解图 

    其电路分解图如图3所示。 

2.3 输入信号与检波输出（A3）的对应关系 

    检测信号波形如图4所示。图中：Pin3、Pin2、Pin4和Pin7的4种输入状态Q0、Q1、Q2和Q3的方波波形只是相位依次相差90°，幅度上没有区别(这里的画法是为了表示方便)正弦波波形由前级放大电路输入，4种方波信号则由标准信号发生器输出。参照图3分析如下： 

    在一个周期内： 

    Q0状态：Q0为高电平时，开关信号打开与Q0相连的两侧开关，第一片芯片的1、2脚导通，11、10号脚也导通，即A1将通过2个电容接地，积累电量，且满足：Q=C×V。此时交流接地，直流稳定，信号将处于幅值稳定状态。 

    Q1状态:Q1为高电平时，开关信号打开与Q1相连的另外两侧开关，第一片芯片的3、4脚导通，8、9脚也导通，A2、A3信号之间将再引入1个大电容，相当于引入一个深度负反馈。此时：当Q2、Q3分别为高电平时，则产生的效果与Q0、Q1的类似。 

3检测器输出波形 

    检测器输出波形如图5所示。从输出波形可知，检测器系统带宽B<200 Hz,过渡带在1%以内，达到了设计要求，完全能保证整个系统的准确工作。 

图5  二次谐波检测输出

    漏报率和误报率是两个最重要的参数，如果漏报率稍大，无法有效地防盗，安全性也就无法保障；误报率稍高，将给安全管理人员造成极大麻烦，在当今重视人权的社会里，错误地针对顾客或读者等的报警，将给企业、图书馆等带来难易估量的麻烦和后果。而本系统有效地解决了这2个问题：(1)系统的带宽仅200 Hz，相对带宽小于1%，这就能有效地防止误报的产生。同时系统中2种抗噪声的方法，也有效地克服了误报的问题；(2)这种同步相位检测系统具有非常高的灵敏度，条带以任意方位进入检测区，均能有效地检测出信号并报警，漏报几乎为零。 

参考文献 

[1] 王保军，殷燕.电子商品防盗系统在零售领域的应用.信息与电脑,2006(10):26-28. 

[2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）.北京:高等教育出版社，2001. 

[3] JAMES R. ROXBORO S. Synchronous  phase AND/OR frequency detection system.US Patent No.4942365,1990. 

[4] COOPER M N. Theft dectection apparatus using saturable magnetic targets. UK Patent Application No.4384281,1983. 

[5] CRYSTAL S R G, GONZALES B A, PAUL S. Applications for radio frequency identification systems.US Patent No.6424262B2, 2002.