一、模型与作用

    模型是现代认识科学研究的重要成果，模型化方法在各个领域得到了广泛的应用。就安检设备的使用、管理来讲，可以从以下方面来理解模型和模型化方法。

    模型是描述设备原理及相关问题的符号系统，其中包含符号和符号演算规则。符号是表达设备结构、功能的专业术语、标志、标记、图形、公式等。符号演算规则是对符号进行推导、变换、合成、分解等操作时使用的方法或法则。模型的功用在于：（1）它是理解设备原理的中介和培训、学习的对象。安检设备可以拆解为机、电、光等类型的部件、零件，但必须借助模型才能正确地理解构件之间的关系和整机工作原理。（2）模型是分析、解决问题的工具，是具体问题与专业理论之间的接口。（3）模型是相关人员进行理性沟通的桥梁。不同岗位、专业的人员必须在统一模型的基础上，才能形成统一的认识。

    安检设备原理的模型分为基础模型和应用模型。基础模型包括工程结构模型和技术结构模型。工程结构模型具有工程科学的特点，自上向下建模，从目的和功能出发，重在描述做什么与如何做。技术结构模型具有技术科学的特点，自下向上建模，从资源和结构出发，重在描述用什么与如何用。应用模型则根据具体问题及相关要素，由基础模型出发，经分化、综合等过程演化而来。模型化方法就是从实际问题出发，将基础模型转化为应用模型，再以应用模型为工具分析问题、解决问题的过程。

    二、工程结构模型

    这类模型采用系统科学、工程科学、技术科学的原理，从设备的整体出发，首先确立设备与使用环境的关系，之后逐层地向下分解，按照不同层次的规律展开设备内部的结构及子系统的功能。安检设备的系统模型它有两个主要的输入、输出端口；可以称为界面。分别是与检查对象发生物理作用的物理界面，与操作人员发生交互作用的人机界面。设备工作时，由物理界面输出某种形式的能量；作用于检查对象，对象中的物质受到作用后产生特定形式的物理信号，再被设备接收。在设备的内部，对接收的物理信号进行处理，通过人视界面输出显示信号，同时也通过该界面接收操作人员的指令。由系统模型向下分解时，常见的类型有系统结构模型、平台架构模型、过程模型等。

    系统结构模型用于描述系统内部的组成，以及各部分之间的相互关系。安检设备典型的系统结构模型其中包括物理界面、人机界面、信号处理、控制、保护、电源、接口等子系统。在物理界面内部又分为探测源、探测器和伺服子系统，在人机界面内部又分为显示和操纵子系统。安检设备工作时首先由探测源输出激励信号，它至少包含某种形式的物理能量，如X射线机使用X射线能，金属探测器使用电磁场能等。检查对象受到激励信号的作用，通过特定的物理过程生成检测信号，并且被探测器接收。伺服系统的任务是稳定物理界面中的检测环境和执行自动化的检测流程，其繁简程度随设备的类型有极大的差异。简单的设备可以没有伺服系统，如手持全属探测器、非线性结点探测器等。X射线机仅要求传输皮带以恒定的速度带动箱包接受扫描，使设备生成高质量的图像。复杂的设备则拥有完备的伺服系统，该系统由伺服执行器、伺服传感器等构成。如爆炸物探测设备通过伺服执行器（泵、阀、加热器等）完成样品的吸入、输送、检测、排出等流程，并在界面中针对温度、压力、流量等参量建立稳定的检测环境，与此同时通过伺服传感器持续地监测各项物理参量的变化。只有在稳定的检测环境下，检查对象才能够生成稳定的检测信号。探测器将接收的检测信号转化为电信号，继而输出给信号处理系统。信号处理系统的主要任务有：（1）放大微弱的信号；（2）提取出与违禁物品的性质有关的信息；（3）滤掉来自设备内、外部的噪声和干扰。信号处理系统产生的显示驱动信号推动显示器形成显示。控制系统接收来自操纵装置的指令信号，协调各子系统同步地工作。其繁简程度随设备结构而异，在复杂的设备中，它与多数子系统之间存在广泛的联系。保护系统的功能可以分为保护与防护，前者保证设备自身的安全，如电源的保险，后者则保障人员及环境的安全，如X射线机的射线防护。电源系统对整个设备供电。结构系统为所有零、部件提供安装平台。接口是设备通过网络实现互连的端口。

    平台/架构模型源自于IT技术，其优势在于反映复杂系统内部的层次关系，故得到广泛的应用。在平台架构模型中，不同的层面称为平台，在平台内使用一个理论体系建模，至少该理论占据主导地位。不同平台之间的关系则称为架构。分为系统层、工程层、技术层和物理层，该模型系统地反映了设备内部不同技术群之间的层次关系。自下而上地讲，物理层用于描述检测的过程、机理，以及基本元器件的工作原理，各个对象之间通过具体的物理过程相互联系。技术层是对物理层的整合，用于描述使具体对象发挥功效、展现特征的方法，涉及大量的技术科学领域，如使电子元器件发挥动效的电子学，使不同的材料展现特征的检测科学等，在技术层中，关键性的物理作用过程通常称为信号。工程层是对技术层的整合，用于描述不同对象的功效在设备工作过程中的意义，涉及大量技术科学、工程科学领域，如信号处理工程．控制工程、软件工程等。工程层着重研究对象之间的关系，通常不再关注对象的具体形式，如仅强调电源系统的输出能力，不深究它的具体结构。系统层是对工程层的整合，描述不同的部件如何构成有机的整体，发挥出1＋1＞2的整体功效的方法。自上而下地讲，系统层研究设备的功能与内部结构之间的关系。工程层是对系统层的分解，分析获得整体功能的充要条件，比如要让设备工作就必须有电源部件提供能源。技术层是对工程层的分解，确立各子系统的功能与具体应用对象之间的关系。物理层是对技术层的分解，确立设备工作原理与物理学规律的关系。平台架构模型在向应用模型转化时，可以划分出更为细致的层次，如计算机网络的ISO七层模型。近年来广泛兴起的扁平化系统，都是基于多层系统，经过硬件、软件整合，提高集成度而形成的层次少、效率高的新型结构。

    三、技术结构模型

    这类模型采用物理学、技术科学、工程科学的原理，从具体的结构出发，由设备的基础零件、基本元器件开始建模，通过元件工作原理图、机械装配图、电子线路图、系统框图等，逐层地向上整合，最终展示出设备的技术结构。安检设备的技术结构主要有一体式、模块式、嵌入武式、虚拟式和网络式等。

    一体式结构常见于小型安检设备，如手持金属探测器。通常仅有一个电路板部件，甚至使用树脂将该部件封铸后直接粘在外壳上。一体式结构的各子系统尚未完全分化，称为电路单元，它们以中小规模的模拟、数字器件或晶体管为核心，辅以外围元件构成。子系统之间使用简单的偶合电路实现级联。整机由同一个电源供电，依靠合理布线和电源退偶电路等防止模块间的信号串扰。

    模块式结构也称为积木式结构，自晶体管技术后期开始盛行，在当时具有结构灵活、可扩充性强等优势。当今在标准机柜中安装柜装机的大型设备仍属于这类结构。几乎每个子系统均为一个独立的部件，如电路插卡、电路板或电子插箱等。子系统的功能单一，结构则包括从晶体管到大规模集成器件为核心的各类电路。