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用于下一代安全傳感器和篩選系統的設計解決方案

電子設計 ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設計 ? 2019-02-18 08:50 ? 次閱讀

安全問題是推動新傳感器技術發展的最古老的動力之一。從過去的老式電線到現代的嗅覺信息探測器,需要知道某人在場的時間,或者有人隨身攜帶的東西,對于抵御潛在威脅至關重要。

本文看起來可用于下一代安全傳感器和篩選系統的技術和組件。它將探索開發的實時傳感器系統,以提取和驗證身份,并確定他們攜帶的個人或物質是否具有潛在危險性。作為一個例子,我們將考慮用于下一代TSA篩選站的設計解決方案。一項重大責任

做出良好的安全決策涉及信息技術與現實的成功結合。時間傳感器數據。由于可以偽造實體紙張并且識別卡被盜,因此傳感器技術的負擔越來越大,以提供防篡改手段來準確,實時地驗證某人是他們聲稱的人。更重要的是,生物,輻射和化學武器等現代威脅的存在意味著傳感器技術也承擔著以最小的誤報來確定和挫敗這些威脅的責任。

能夠快速稱重諸如背包之類的東西可以為安全提供商提供可能出現故障的第一個跡象。負責為此應用開發基于傳感器的設計的工程師可以使用各種現成的組件,例如Microchip MCP3421DM-WS,這是一種實現完整免費參考設計的評估板和測試板。這包括原理圖,Gerbers,BOM和代碼。評估板和設計實現了功能齊全的體重秤,最高可達2 Kg,靈敏度為1 mV/V。它使用低成本稱重傳感器,但允許接受外部稱重傳感器。該設計包含一個嵌入式微控制器,并使用USB與主機開發和測試單元進行通信

另一個沒有嵌入式處理器的示例來自ADI公司的EVAL-CN0216-SDPZ精確體重評估和演示板。該部件的參考設計還包括原理圖,布局和BOM,是該公司“實驗室電路”系列的一部分。該設計采用該公司的AD7791 24位Σ-Δ型ADC與外部ADA4528-1零漂移放大器

高度可能是身份驗證中潛在的重要參數。像一個杯子高度尺,可以在檢查點找到可見或不可見的比例,例如機場的TSA檢查點。我們都經歷過現代飛點X射線掃描儀,通常會讓您在掃描過程中將手放在預先定義的位置。這還可以提供可以進行高度讀數的校準點。紅外照明器可以讓攝像機拍攝快照并隱蔽地拾取高度尺。 CCD相機將拾取紅外輻射并使其在視頻流中可見。另一種解決方案是將刻度蝕刻到鏡頭的標線上。

視頻掃描可以捕獲的不僅僅是高度。特寫圖像將允許面部識別軟件獨立檢查其數據庫。與較舊的手動照片匹配系統不同,目前的面部識別系統已被證明是有效的執法工具,甚至可供私人使用,例如在谷歌眼鏡等增強現實數據系統上實施的。

視頻 - 參數提取取決于捕獲高質量圖像,然后執行邊緣和邊界增強,這帶來了可以數學檢查的關鍵點(圖1)。可以提取眼睛和耳朵中心,面部肌肉跨度,顴骨和其他相當容易辨別的特征之間的比率,并且基本上用作查找表參數以找到匹配。

圖1:視頻傳感器可以提取大量個人信息,包括執行面部識別以驗證身份的能力。訪問數據庫允許實時傳感器數據立即觸發安全代理的警報。

應該注意的是,視頻還可以捕獲眼睛的顏色和頭發顏色;在檢查區域內受控照明,這些是可靠的讀數。視頻數據的檢查需要相當多的處理和資源,但可以使用標準的現成技術輕松測試和開發。

由于不斷增加,新的視頻支持設備正在推出智能手機相機的功能和需求。 ADI公司EVAL-ADV7842-7511P等視頻采集和開發套件通過板載DSP提供視頻解碼和處理。該演示和開發套件支持高達170 MHz的視頻數字轉換器,支持高達1080p的3D視頻格式,色彩深度為30和26位。 RGB圖形可以數字化至UXGA分辨率(1600 x 1280),雙自適應HDMI均衡接口允許并行傳輸圖像數據以進行存檔和下游處理。足夠高分辨率的圖像傳感器也可用于執行視網膜掃描,這比許多人眼中的指紋更可靠(雙關語)。

當進行篩查時,詢問受試者一個簡單的問題將呈現真實帶語音樣本的時間傳感器。使用聲音打印參數的說話者識別是另一種可用的識別技術。只要在視頻流處理中采用DSP功能,將一些處理資源用于語音打印本質上就是免費贈品。

在機場篩選站使用熱成像已經生效了一段時間。在埃博拉病毒恐慌期間,機場使用熱像儀和技術來辨別旅行者是否生病,發燒或顯示其他不尋常的熱特征。熱技術甚至被用來檢測是否有人在說謊,因為實時溫度變化反映出與緊張相關的代謝功能增強。此外,熱成像還可以檢測到體外爆炸物,這是另一種已成功使用的技術。

雖然FLIR的Lepton系列等熱像儀的價格通常高于標準CMOS圖像傳感器相機,但謝謝對于更新的熱探測器材料,這些曾經相當昂貴的傳感器陣列現在更具成本效益。

現成的前瞻性紅外熱像儀傳感器的一個很好的例子是FLIR Lepton型號500-0643- 00,一個80 x 60元件的熱成像儀,能夠在半秒內成像。 150 mw低功率傳感器小于一角硬幣,因此可以輕松地將其集成到LCD顯示屏附近的檢測區域。

化學,生物和放射傳感器

化學和細菌傳感系統仍然是非常專業的學科。最廣泛使用的技術采用紫外光源。爆炸物中使用的許多化學試劑在紫外波長下發出熒光,固態紫外發射器和基于CCFL的紫外發射器(如JKL Components的BF23312-24B)可用于檢查手指和行李箱,以查找最近暴露于這些化學物質的證據代理商(圖2)。甚至還有紫外線傳感器開發套件。

圖2:紫外線可以使爆炸物中使用的許多組成元素發生熒光。紫外成像可以檢測是否有人與這些藥劑接觸過。

來自ROHM Semiconductor的ML8511_REFBOARD等項目可用于幫助推動這一解決方案。

使用MEMs進行研究,納米技術微流體技術有望創造出能夠檢測各種編目和分類的病原體和顆粒的快速,低成本和精確的傳感系統。

現在,有些技術正在出現,如AS-來自ams的MLV-P2氣體傳感器。電壓輸出傳感器適用于空氣質量,旨在檢測各種揮發性有機化合物。兩個加熱器電極激發鉑感應元件,以一致和可靠的方式對多種氣體起反應(圖3)。

用于下一代安全傳感器和篩選系統的設計解決方案

圖3:較新的納米技術正在產生特定的氣體傳感器,可以檢測出受限制或爆炸性化學物質可能導致的氣體泄漏。

同樣,甲烷,酒精/苯和一氧化碳傳感器也可供使用。隨著MEMs和微流體技術與半導體系統的融合,可以提供所謂的片上實驗室甚至能夠對特定標記物進行實時基因測序。

Geiger-counter技術仍然存在盡管低成本探測器甚至可以用霓虹燈泡 1 制造,但這是一種主要的輻射探測技術。它的工作原理如下:電壓水平升高到恰好低于電離閾值。當粒子輻射穿過氖時,它會引起電離并產生瞬間脈沖。這可以放大到揚聲器,以聽取熟悉的滴答聲,或者輸入DSP以累積門控計數值。

RF轉發

即使手機,平板電腦,筆記本電腦和其他射頻發射器與當您通過安全檢查站時,您可以從您穿的服裝中收集重要信息。現代RFID第二代轉發器標簽可能允許讀者查詢您的服裝,錢包,運動鞋,腰帶以及其他任何可以嵌入這些25美分以下標簽的東西。基于UHF的Gen II協議可以讓像ThingMagic M6E-NANO嵌入式UHF RFID模塊這樣的讀取器從您的服裝中提取信息。例如,如果某個TSA代理人認為某人有疑問,即使可能沒有什么值得關注的,他或她可以在未來的情況下在附加的RFID標簽中寫下警報說明,供下一位安全代理人閱讀。

總之,今天的安全問題比以往任何時候都更加突出。因此,對身份的技術驗證以及實時威脅評估可能需求很大。正如本文所示,基礎技術已于今天出現,預計將在明天廣泛使用。

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