CN1055243A - 含金属物探测装置 - Google Patents

Abstract

本装置有一个与发生器(7)电路相联接的并与两 对接收天线(2，3，4，5)刚性连接的激发天线(1)，该两 对接收天线位于激发天线(1)的两边，每对中的两个 天线共轴并彼此平行。与接收天线(2，3，4，5)顺次串 联平衡部分(12，13)，差动放大器(14，15)，电补偿部 分(16，17)，选择放大器(18，19)，信息处理部分(20， 21)“或”逻辑电路(26)和信号装置(27)，电补偿部分 (16，17)的控制输入端(28，29)联接到发生器(7)。

本发明可被应用于建筑，大地测量，农业。

Description

本发明是关于利用电磁场探测含金属物体的技术，更准确地说，是关于含金属物探测装置。

本发明可广泛地应用于不同的工业和经济活动部门，例如，建筑、大地测量、农业、工程建筑开发、考古、地质等等，以用来发现已在地下管道图上业已标明或未标明的含金属的管线和构体：管道、电缆、测地基准、钢筋混凝土板块、地下井盖和其他含金属物体，其中也包括由有色金属制成的物体。

本发明也可能应用于木材加工、食品工业及其他工业和农业部门，用来发现在原料、材料和饲料中的金属混杂物。

当前，一个重要的课题是发现未在地下管道图上标明的含金属的物体，其中包括由非铁磁性金属制成的物体。解决这一问题的可能途径之一是使用装配紧凑的感应装置，这一装置兼有发射初级电磁场和接收由处于该装置的初级电磁场作用范围内的含金属物体被感应出的次级电磁场的功能。

目前已知的用于发现地下含金属物体的装置（联邦德国Seba  Dynatronic公司的高频探查装置M480和美国Grigsby  Company公司的管道-电缆探测器Tw-5）是按类似的方式设计制造的，每个装置都具有如下部件：发生器，与发生器相联接的激发天线，与激发天线成正交配置的接收天线，与接收天线顺次串联的选择放大器，信息处理部分和声信号器。这二种装置还都备有在接收天线内对由激发天线的初级电磁场产生的信号进行几何补偿的手段。

这二种装置的工作原理是基于通过激发天线建立在勘查区内传播的初级电磁场和接收由含金属物体感应而生的次级电磁场。

这些装置的特点是，对外电磁场的影响和含金属的物体（例如，位于探查区域附近的管道）的影响的抗干扰能力低，因为这些管道在激发天线的初级电磁场的作用下也发射出次级电磁场。

此外，探查出其设置方向与探查装置运动方向夹角小于20°的管道的可靠性也低。这是由于在管道上由激发天线感应而生的信号小的缘故。

同样也广为人知的探查含金属物体的装置（见Бахмутскчйв.φ，зуенкоГИ著“ин ук цоные каδеlецскатеlь”（“感应电缆探测器”），1970， （MOCKBA）莫斯科通讯75-78页）都包含有一个激发天线和二个接收天线。二接收天线与激发天线刚性连接，且正交，在其两侧相对于其对称，并且与其差接。在一种情况下，激发天线水平放置，接收天线铅直放置，在另一种情况下，刚好相反，前者铅直，后者水平。在这两种方案中，电磁信号的记录电路是一样的，其构成与上面所述的装置相类似。

必须指出，这些探查装置的移动方向均与连接接收天线的导电杆的轴线方向重合。

这些装置的特点是抗外磁场的干扰和抗位于探查区域附近的含金属物体的干扰的能力低。这是由于接收天线之间的距离大，而这样大的距离又是为保证足够的灵敏度和必要的几何补偿深度所必需。此外，在管道的走向与移动方向的夹角小于20°的场合，探查出管道的可靠性也低。这在天线放置状态的第一种情形中是由于由管道发出的次级电磁场强度小所致;而在第二种情形中是由于由激发天线在管道中所感应生出的信号小所致。

必须指出，由于所有上面所述的装置的抗干扰能力低，就不可能将他们安放在车辆上使用。因为车辆本身也是这些装置的干扰源。与此相联系，探查工作的效率也就不高。

具有较高的效率和较强的抗外电磁场干扰能力的含金属物探测装置（SU.A.1190330）包含一个激发天线，一个交变电压发生器，串联起来的来自接收天线的信号平衡部分和差动放大器。这里，激发天线与两个接收天线刚性连接，位于通过该二接收天线的公共轴的平面内;两个接收天线共轴又彼此平行，正交于激发天线又相对于其对称;交变电压发生器与激发天线电路相联接;信号平衡部分通过其输入端与接收天线联接;差动放大器的输出端与信号电补偿部分的信息输入端联接;该信号电补偿部分是对由于激发天线的初级电磁场在接收天线上的作用而产生的信号进行电补偿的，其控制输入端与交变电压发生器电路相联接，而其输出端与选择放大器的输入端联接;选择放大器的输出端联接到信息处理部分的输入端;信息处理部分的输出端联接到记录器上并与信号装置电路相联接。

激发天线和接收天线组成装置的感应系统。上述的激发天线和接收天线之间的位置安排，可以根本性地提高装置的抗干扰能力，因为，由外电磁场场源（输电线，电气火车，通信线路等等）在接收天线上所引起的信号电平基本上是相同的，而且由于线圈逆联而得到补偿。

已知的装置以覆盖地区的宽度小为其特征。所谓覆盖地区是指接收天线能接收到含金属物体感应生成的次级电磁场的区域。众所周知，覆盖地区的宽度是由装置的灵敏度和接收天线之间的距离所决定的。因为增大这一距离和提高灵敏度导致抗干扰能力的降低，所以，覆盖地区的宽度就受到了限制。

此外，当含金属物体（管道）的走向与选定为与联接接收天线与激发天线的导电杆相垂直的探查方向的夹角小于20°时，发现管道的概率不大，这是由于激发天线对管道施加感应的初级电磁场的电平小所致。

为了提高发现通讯管道的概率，就必须通过将感应系统相对于移动方向作不同的位置安排来对同一区域二次定出断面。但是，即使这样，发现的概率也不够充分大。这是由于无论是在用人力移动装置的场合，还是在将装置安放在车辆上的场合，都难以在反方向定断面对保持同一个探查方向。

本发明的任务是研制一种含金属物探测装置，在这个装置中，由于增大了覆盖地区的宽度，提高了发现含金属物体的概率而又不降低装置的抗干扰的能力，这样也就提高了探查工作的效率。

所提出的任务是这样解决的。

含金属物探测装置包含一个激发天线，一个交变电压发生器，顺次串联起来的由接收天线输出的信号平衡部分和差动放大器，其中，激发天线与两个接收天线刚性连接，且位于通过该二接收天线的公共轴的平面内;两个接收天线共轴又彼此平行，正交于激发天线又相对于其对称;交变电压发生器与激发天线电路相联接;信号平衡部分通过其输入端与接收天线联接;差动放大器的输出端与信号电补偿部分的信息输入端联接;该信号电补偿部分是对由于激发天线的初级电磁场在接收天线上的作用而产生的信号进行电补偿的，其控制输入端与交变电压发生器电路相联接，而其输出端与选择放大器的输入端联接;选择放大器的输出端联接信息处理部分的输入端;信息处理部分的输出端联接到记录器上，并与信号装置电路相联接，根据本发明，该装置还包含与基本接收天线完全一样的二个补充接收天线，顺次串联的信号平衡部分和补充差动放大器，信号电补偿部分，顺次串联的补充选择放大器，信息处理部分和记录器，以及“或”逻辑电路。这里，两个补充接收天线与激发天线刚性连接，且相对于激发天线对称并在激发天线的两边与激发天线正交，同时二个补充接收天线还共轴且彼此平行;信号平衡部分是对由补充接收天线输出的信号进行平衡，它通过其输入端与补充接收天线联接;信号电补偿部分是对由激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿，它的信息输入端联接到补充差动放大器的输出端，而它的控制输入端与交变电压发生器电路相联接;补充选择放大器的输入端与对由激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分的输出端电路相联接;“或”逻辑电路的输入端与基本信息处理部分和补充信息处理部分的输出端相联接，而其输出端则与信号装置相联接。

下面这样做更合适：装置又包含二个补充激发天线、一个对由第一个补充激发天线的初级电磁场在基本接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分、一个对由第二个补充激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分、第二个和第三个补充选择放大器，转换器，第二个和第三个补充信息处理部分，以及第二个、第三个补充记录器。其中，二个补充激发天线中的第一个与基本接收天线刚性联接，并在通过基本接收天线的公共轴的平面内相对于基本接收天线对称并与它们正交，但和基本激发天线有一夹角;二个补充激发天线中的第二个与补充接收天线刚性连接，并在通过补充接收天线的公共轴的平面内相对于补充接收天线对称并与它们正交，但与基本激发天线有一夹角;对由第一个补充激发天线的初级电磁场在基本接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分的信息输入端联接到基本差动放大器的输出端;对由第二个补充激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分的信息输入端联接到补充差动放大器的输出端;转换器通过自己的输入端联接到交变电压发生器，以及联接到对由基本激发天线和第一个补充激发天线的初级电磁场在基本接收天线上的作用而产生的信号进行电补偿的信号电补偿部分的输出端，以及由基本激发天线和第2个补充激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分的输出端，同时又通过自己的输出端联接到基本激发天线、第一个补充和第二个补充激发天线上，以及联接到对由基本激发天线和第一个补充激发天线的初级电磁场在基本接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分的控制输入端，以及联接到对基本激发天线和第二个补充激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分的控制输入端，以及联接到基本的、第一个补充、第二个补充和第三个补充选择放大器的输入端，从而就实现了如下的顺次联接：即1）首先是从基本激发天线和对由基本激发天线的初级电磁场在基本和补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的二个信号电补偿部分的控制输入端到交变电压发生器的联接，以及从此二部分的输出端到基本和第一个补充选择放大器的输入端的联接，2）其次是从第一个补充激发天线和对由第一个补充激发天线的初级电磁场在基本接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分的控制输入端到交变电压发生器上的联接，以及从该部分的输出端到第二个补充选择放大器的输入端的联接，3）然后是从第二个补充激发天线和对由第二个补充激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分的控制输入端到交变电压发生器上的联接，以及从该部分的输出端到第三个补充选择放大器的输入端的联接;第二个、第三个补充信息处理部分通过其输入端联接到第二个、第三个补充选择放大器的输出端，又通过其输出端联接到“或”逻辑电路的补充输入端;第二个、第三个补充记录器联接到第二个、第三个补充信息处理部分的输出端。

下面这样是很合理的：基本激发天线和第一个补充激发天线之间以及基本激发天线和第二个补充激发天线之间的夹角在60°和120°的范围内。

下面这样是有好处的：转换器包含七个开关和一个开关转换控制部分，且该部分通过其输出端联接到这七个开关的控制输入端。

下面这样是乐于采用的：开关转换控制部分包含有顺次串联的一个矩形脉冲发生器，一个以3为模的计数器，译码器，三个时间延迟电路和三个“与”逻辑电路。其中，三个时间延迟电路通过其输入端与作为开关转换控制部分的一部分输出端的译码器的输出端相联接;三个“与”逻辑电路各自的一个输入端联接译码器的输出端，它们的其他的输入端联接到时间延迟电路的输出端，而它们的输出端则是开关控制部分的其他的输出端。

所推荐的发明，由于增大了覆盖地区宽度和对所探查的地段能一次定出断面而提高了探测工作的效率。

此外，探查含金属物体的可靠性的提高与含金属物体的位置相对于探查方向无关。

下面，通过本发明的具体实施方案及附图来说明本发明。这些图是：

图1示出本发明的含金属物探测装置的功能方块图。

图2示出了图1所示装置中的，接收天线和激发天线的相互位置（均角投影图），并简略地示出初级和次级电磁场以及激发和接收天线的部份断面。

图3示出本发明的具有三个激发天线的含金属物测装置的功能方块图。

图4示出本发明的在图3所示的装置实施方案中接收天线和激发天线的相互位置（均角投影图），并简略地示出初级和次级电磁场以及激发和接收天线的部份断面。

图5示出在图1所示装置实施方案中的装置安放在车辆上的全视图。

图6（a，b，c，d，e，f，h，i，j，k，l，m，n，o，p）示出用来说明图3所示的装置实施方案中转换器工作的时间图。

含金属物探测装置包含激发天线1（图1）和两对接收天线2，3和4，5，他们综合一起组成了感应系统6，以及交变电压发生器7，该发生器联接到激发天线1上。

接收天线2，3和4，5分别联接着对来自接收天线的信号进行平衡的信号平衡部分12，13的输入端8，9和10，11。部分12，13分别顺次串联着差动放大器14，15、对由激发天线的初级电磁场在接收天线2，3和4，5上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分16，17、选择放大器18，19和信号处理部分20，21。在部分20，21的输出端上联接着记录器22、23和“或”逻辑电路26的输入端24，25，在“或”逻辑电路24，25的输出端联接上信号装置27。

在交变电压发生器7上联接着电补偿部分16，17的控制输入端28，29，而部分16，17的信息输入端30，31又是差动放大器14，15的输出端。

信号平衡部分12，13是以类似的方式构成的，这二部分对分别来自接收天线2，3和4，5的由外电磁场在感应系统6上引起的信号进行平衡。这些外电磁场构成干扰，并且是由于接收天线2，3和4，5的电磁参数不完全一致造成的。

信号平衡部分12，13可以根据已知线路中的一种构成，在所描述的方案中，每个部分都包含有移相器32，电位器33和电位器34。移相器32的输入端是部分12的输入端9和部分13的输入端11。电位器33与部分12的输入端8和一个输出端连接或与部分13的输入端10和一个输出端联接。电位器34与移相器32的输出端及部分12，13的其他输出端联结。

信号电补偿部分16，17以相同的方式构成。每个部分都包含移相器35，电位器36和差动放大器37。移相器35的输入端是部分16的控制输入端28或是部分17的控制输入端29。电位器36联接到换相器35的输出端上，差动放大器37的一个输入端联接到电位器36上，而另外一个输入端则是部分16的信息输入端30或是部分17的信息输入端31。

选择放大器18，19用来放大交变电压发生器7的工作频率电信号。

信息处理部分20，21根据已知线路中的一种构成，在所述方案中，每个部分都包含串联的对数放大器38。这一对数放大器保证了可以相应于待查物体尺寸来扩大待查物体范围的可能性而又不必在探查过程中调节灵敏度。每个部分还包含检波器39和下限限幅器40。这一限幅器保证了将一些经常起（干扰）作用的因素（仪器的噪声，振动作用等等）排除。

可以利用模拟式或数字式指示仪表（电压表）作为记录器22，23。

信号装置27可以根据已知电路中的一种并基于声频信号源和指示灯构成，用来实现发现含金属物体的声信号和光信号显示。

在所述的装置实施方案中，感应系统6的接收天线2，3和4，5（图2）是以同样的方式构成的。他们成对地共轴并彼此平行，并在激发天线1的两边相对于激发天线1对称。激发天线1位于通过分别为接收天线2，3和4，5的公共轴41，42的平面内。接收天线2，3和4，5成对地联接起来，并分别通过导电杆43，44与激发天线1联接起来。这样，装置的感应系统6成为一个刚性结构。

所采用的激发天线和接收天线1，2，3，4，5的相对位置安排保证了激发天线和接收天线1，2，3，4，5之间最低限度的电磁耦合。激发天线和接收天线1，2，3，4，5之间的距L₁是根据感应系统6的必要的稳定度和初级电磁场的几何补偿深度选定的。必要的稳定度是由天线1，2，3，4，5的相互位置的不变性决定的，几何补偿深度与发射天线和接收天线1，2，3，4，5之间的距离相关。

众所周知，在其他条件都相同时，几何补偿深度由增大距离L1来保证，而稳定度则由减小距离L1来保证。因此，应根据装置的具体使用情况（人力移动或安放在车辆上）和实施结构的可能性（所使用的材料，加工工艺），并根据必要的覆盖地区宽度，来选择每一种具体情况下的距离L1。但这时应保证所需的稳定度和几何补偿深度。覆盖地区宽度总大于2。

激发天线和接收天线1，2，3，4，5由导线45组成，其线圈在图2中简略画出。在图2中，还用实线示出了由激发天线发出的初级电磁场在探查范围内的磁力线46，而用虚线示出了处于地下的含金属的物体48所感应出的次级电磁场的磁力线47。

探查方向（即感应系统6的移动方向）用箭头A表示。

在保证含金属的物体的位置相对于探查方向无关而能发现含金属物体的另置的另一个实施方案中，装置包含补充的第二个、第三个激发天线49，50（图3）和对由激发天线49，50的初级电磁场分别在接收天线2，3和4，5的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分51，52。信号电补偿部分51，52通过它们的信息输入端53，54联接到差动放大器14，15的输出端上。

为了将激发天线1，49，50和电补偿部分16，17，51，52的控制输入端28，29，55，56轮流地联接到交变电压发生器7上，这里所述的装置又装备上转换器57。转换格通过自己的输入端58，59，60联接到交变电压发生器7上同时又通过自己的输入端61，62，63，64联接到部分16，17，51，52的输出端。在转换器57的输出端65，66，67上联接上激发天线1，49，50和部分16，17，51，52的输出端28，29，55，56。

这里所描述的实施方案中的探查含金属物体的装置又包含两个补充的选择放大器68，69，这二个放大器被联接到转换器57的输出端70，71上，而在转换器57的输出端72，73上联接上选择放大器18，19的输入端。

相应于将激发天线1，49，50和部分16，17，51，52的控制输入端28，29，55，56联接到交变电压发生器7上，转换器57就实现了将部分16，17，51，52的输出端联接到选择放大器18，19，68，69的输出端上。

这里所描述的实施方案中的含金属物探测装置还包含两个联接到选择放大器68，69的输入端上的补充信息处理部分74，75和两个联接到部分74，75的输出端上的记录器76，77。“或”逻辑电路26分别通过自己的补充输入端78，79联接到部分74、75上。

电补偿部分51，52以类似于部分16，17的方式构成，信息处理部分74，75以类似于部分20，21的方式构成。

这里描述的实施方案中，转换器57包含7个开关80，81，82，83，84，85，86和一个开关转换部分87。部分87联接到开关80，81，82，83，84，85，86的控制输入端88，89，90，91，92，93，94上。而且开关80，81，82的输入端和输出端分别是转换器57的输入端58，59，60和输出端65，66，67，而开关86，83，85，84的输入端和输出端分别是转换器57的输入端61，62，63，64和输出端72，73，70，71。

这里所描述的实施方案中，开关转换部分87包含有顺次串联的矩形脉冲发生器95，模数为3的计算器96和译码器97。

在译码器97的输出端98，99，100联接上时间延迟电路101，102，103，而在时间延迟电路的输出端联接上“与”逻辑电路104，105，106各自的一个输入端。这些逻辑电路其他的输入端联接到译码器97的输出端98，99，100上。

译码器97的输出端98，99，100分别是转换器57的开关80，81，82的控制输入端88，89，90，“与”逻辑电路104，105，106的输出端分别是开关83，86，85，84的控制输入端91，94，93，92。

在这里描述的装置中，在控制部分87中，使用了填空系数为2的矩形脉冲发生器95。这保证了激发天线1，49，50联接在发生电压发生器上的持续时间一样。而且，发生器95的频率被选定小于0.1f，f是发生器7的工作频率。决定激发天线1，49，50联接在交变电压发生器7上的持续时间的发生器95的频率取了这样的值，就保证了在考虑到过渡过程的条件下测出由含金属物体所感应生成的次级电磁场的作用而引起的信号的可能性。

在这里所描述的实施方案中，图4所示的感应系统6的激发天线49，50位于通过接收天线2，3和4，5的公共轴线41，42的平面内，并与接收天线2，3和4，5正交，并相对于它们对称，又与激发天线1成一角度α。角度α处于60°到120°的范围内，并且根据装置的具体用法来选定。

当将感应系统6放在车辆前面的支架上以保证高速行进时，希望将角α选为60°或120°（图5）。在对感应系统6的紧凑性要求很高时，激发天线1和激发天线49，50之间的夹角选定为60°。天线49，50距接收天线2，3和4，5的轴线41，42的距离为L₂，天线49，50通过导电杆107与天线2，3和4，5刚性连接。

为了清楚起见，在图4中画出了由全部激发天线1，49，50建立的初级电磁场的磁力线46。

应当指出，应将激发天线49，50相对于接收天线2，3，4，5的位置如此安排，使得在天线49和4，5之间或50和2，3之间建立的电磁耦合为最小。

在角α取其取值范围（60°-120°）内任一值时，都可达到发现含金属物体（例如，管路48的高可靠性，因为管路与联接激发天线1，49，50中的一个天线用的导电杆44（在所述方案中，天线1与导电杆44相联接）之间的夹角β永久小于60°，这就保证了在管路中所发现的信号电平达到充分大。

激发天线49，50和接收天线2，3和4，5之间的距离L2与距离L1一样，都是根据初级电磁场所必要的稳定性和几何补偿深度选定的。

图5示出了根据图1制成的并且安放在车辆上的含金属物探测装置的全视图。借助于突出支架107将感应系统6固定在车辆的前保险柜上。包括交变电压发生器7在内的装置的电子部分（图1）都安装在小箱108中（图5），而小箱108安放在驾驶室内，并在操作手的正前方，以便能方便地读出记录器22，23（图1）的读数，接收天线2，3和4，5放在小箱109中。

为了更好地理解所述装置的实质，在图6（a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k，l，m，n，o，p）中画出了说明转换器57（图3）工作的时间图。在图6（a）中，画出了矩形脉冲发生器95的输出信号U₁的时间图，在图6（b，c，d）中，画出了译码器输出信号U₂，U₃，U₄的时间图，图6（e，f，g）画出了来自时间延迟电路101，102，103的输出信号U₅，U₆，U₇的时间图，图6（h，i，j）画出了来自“与”逻辑电路104，105，106的输出端号U₈，U₉，U₁₀的时间图，图6（k，m，n，o，p）画出了开关80，81，82，83，86，85，84的状态，而且“1”对应于它们的断开状态，“0”对应于闭合状态。

所推荐的含金属物探测装置按如下方式工作。

在探查工作开始之前，为了保证装置的高抗干扰和探查含金属物体的可靠性，先对接收天线2，3和4，5（图1）的输出信号进行平衡。为此，将激发天线1从交变电压发生器7上断开，将电补偿部分16，17的电位器36调到零，使外电磁场对装置感应系统6发生作用。这样的外电磁场的源可以是一个类似于激发天线的天线，该天线联接到发生器7上，并尽可能地相对于接收天线2，3和4，5对称，且距这些接收天线的距离大于含金属物体探查深度的三倍。含金属物体的探查深度由交变电压发生器7的功率和感应系统6的电磁参数决定。这时，借助于电位器33，34使记录器22，23的读数接近于零。

只是在装置的工作条件发生变化时才进行上述的平衡。例如，当将装置安放在另一个车辆上时，或者在最初是采用人力移动装置然后又将装置安放在车辆上或者相反。

每当探查工作开始之前，都要调节对由激发天线感应出的初级电磁场在接收天线2，3和4，5上的作用而产生的信号进行补偿的电补偿部分16，17，在对信号进行补偿时既不必进行几何补偿，也不必将接收天线进行差接。对部分16，17的调节，是将装置置于不存在含金属物体的区域内按如下方式进行。

逐渐增大发生器7的输出信号的振幅，利用部分16、17中的移相器35和电位器36调节发生器7输出的信号的相位和振幅，使记录器22，23的读数接近于零。这一操作一直进行到发生器7的输出信号振幅等于工作信号振幅时为止。

当不存在含金属物体时，由于初级电磁场的几何补偿和电补偿，部分16，17的输出信号接近于零。

当在探查区域内存在含金属的物体48时（图2），由激发天线1所建立的初级电磁场的磁力线包围了含金属的物体48。这个初级电磁场在含金属物体48内感应出电流，这一电流又建立了次级电磁场，该电磁场的磁力线穿过感应系统6的接收天线2，3和4，5。次级电磁场在接收天线2，3和4，5中感应出电动势，该电动势的大小正比于天线2，3和4，5与含金属物体48之间的距离。因为这一距离是不同的，所以在电补偿部分16或17（图1）的输出端就形成了不同的信号，这些信号随着天线2，3和4，5与含金属物体48之间（在平面内）的距离的变化而变化（图2）。输出信号从部分16，17（图1）中的一个部分出发到达对应的选择放大器18，19，可从后者的输出端到达相应的信息处理部分20，21的输入端，并在部分20，21中借助于对数放大器38而得到放大，被检测出而进入下限限幅器40。从部分20，21的输出端出发，信号进入相应的记录器22，23及达到“或”逻辑电路26的输入端24，25中的一个，又从该电路的输出端到达信号装置27。

随着接收天线2，3和4，5与含金属物体48（图2）之间（在平面内）的距离的改变，记录器22，23的指示仪表也改变自己的读数。在信号装置27（图1）中形成发现含金属物体的光信号和声信号。

在使用图3所示的装置开始工作之前，与上述做法相似，对来自接收天线2，3和4，5的信号进行平衡调节，并调节对由激发天线1，49，50感应出的初级电磁场在接收天线2，3和4，5上的作用而产生的信号进行补偿的电补偿部分16，17。通过如此准备好的装置，开始探查含金属的物体。

矩形脉冲发生器95发生持续时间为T₁的信号U₁（图6a），信号U₁进入能完成函数除以3的运算的计算器96。从计算器96输出的信号进入译码器97的输入端，后者保证了将计算器96输出的二进制编码转化成单一位置码。

从译码器97输出端出发的持续时间为2τ₁的信号U₂，U₂U₄（图6b，c，d）进入开关80，81，82的控制输入端88，89，90和时间延迟电路101，102，103的输入端以及“与”逻辑电路104，105，106各自的一个输入端。

时间延迟电路101，102，103每过一个时间间隔τ₂就顺序地生成持续时间为2τ₁的信号U₅，U₆，U₇（图6e，f，g）。

开关80，81，82根据由译码器97输出而达到的控制信号U₂，U₃，U₄（图6b，c，d）而打开，从而实现将激发天线1，49，50（图1）通过转换器57的输出端65，66，67和输入端58，59，60以2τ₁为周期（图6k，l，m）依次连接到发生器7（图3）上。

例如，在时刻t₁（图6a），转换器57（图3）将激发天线1和电补偿部分16，17的控制输入端28，29与发生器7联接起来，而在时刻t₂（图6e，h）时间延迟电路101和“与”逻辑电路104开始工作，发出了持续时间为2τ₁-τ₂的单一信号，该信号到达开关86，83的控制输入端94，91，开关86，83打开（图6n），并且通过转换器57的输入端61，62和输出端72，73（图3）将电补偿部分16，17与选择放大器18，19联接起来。此时，电补偿部分51，52从选择放大器68，69上断开，换言之，由电补偿部分16，17，选择放大器18，19，信息处理部分20，21和记录器22，23组成的第一和第二接收通道同时工作。

在时刻t₃（图6a），根据87（图3）的控制信号，开关80，83，86闭合（图6k，n），将激发天线1（图3）从发生器7上断开，也将选择放大器18，19从电补偿部分16，17上断开。同时，开关81打开（图61），并通过转换器57的输出端66和输入端59将激发天线49（图3）及电补偿部分51的控制输入端55与发生器7联接起来。

在时刻t₄（图6f，i），时间延迟线路102和“与”逻辑电路105开始工作。从“与”电路105的输出端发出的单一信号进入开关85的控制输入端93，开关85打开（图60），并通过转换器57的输入端63和输出端70，将电补偿部分51联接到选择放大器68上。此时，由电补偿部分51，选择放大器68，信息处理部分74和记录器76组成的第三接收通道工作。

在时刻t₅（图6a），转换器57（图3）将激发天线49从发生器7上断开，又将选择放大器68从部分51上断开，同时，将激发天线50及电补偿部分52的控制输入端56（图6m）联接到发生器7上。

在时刻t₆（图6j，p），从“与”电路106的输出端发出的单一信号进入开关84的控制输入端92（图3），开关84打开，并通过转换器57的输入端64和输出端71，将电补偿部分52联接到选择放大器69上。此时，由电补偿部分52，选择放大器69，信息处理部分75和记录器77组成第四接收通道工作。

信号转换过程按上述的顺序继续进行下去。

由电路101，102，103实现的发生器95的脉冲跟踪延迟的时间τ₂（图6j，p），由过渡过程的时间长短决定。它应大于由激发天线1，49，50中的一个天线在其从发生器7上断开后所述立起来的初级电磁场的耗散时间。

应将第一、第二、第三和第四联收通道如此调节，使得当在探查区域内没有含金属的物体时，在他们的输出端（即在记录器22，23，76，77）上，信号接近于零。

当在探查区域内存在含金属物体48时（图4），由激发天线1，49，50中的一个天线所建立的初级电磁场的磁力线包围了含金属的物体48，这个初级电磁场在含金属物体中感应出电流，这一电流又建立了次级电磁场，该电磁场的磁力线穿过接收天线2，3和4，5。次级电磁场在接收天线2，3和4，5中分别感应出电动势，该各电动势的大小分别正比于每个天线2，3和4，5与含金属物体48之间的距离。

从部分16，17或51或52输出端出来的输出信号，如上所述，借助于转换器57，到达相应的选择放大器18，19或68或69的输入端。以后的信号处理按照与上面所述的相似方式进行。

借助于所推荐的装置实现的探查工作的效率，远远高于使用已知的类似装置进行的探查工作的效率。这是由于扩大了覆盖宽度和一次定出探查区域的断面而得到保证的。此外，所推荐的装置保证了探测含金属物体的高度可靠性与含金属物体的位置相对于探查方向无关。

Claims (5)

1、一种含金属物探测装置，该装置包含有一个激发天线(1)，一个交变电压发生器(7)，彼此串联起来的对由接收天线输出的信号进行平衡部分(12)和差动放大器(14)，其中，激发天线(1)与两个接收天线(2，3)刚性连接，且位于通过该二接收天线的公共轴线的平面内；两个接收天线(2，3)共轴又彼此平行，正交于激发天线(1)又相对于其对称；交变电压发生器(7)与激发天线(1)电路相联接；信号平衡部分(12)通过其输入端(8，9)与接收天线(2，3)联接；差动放大器(14)的输出端与信号电补偿部分(16)的信息输入端(30)联接；信号电补偿部分(16)是对由于激发天线的初级电磁场在接收天线上的作用而产生的信号进行电补偿的，其控制输入端(28)与交变电压发生器(7)电路相联接，其输出端与选择放大器(18)的输入端联接，选择放大器(18)的输出端联接信号处理部分(20)的输入端；信号处理部分(20)的输出端联接到记录器(22)上并与信号装置(27)在电路相联接，其特征在于，该装置又包含与基本接收天线(2，3)完全一样的二个补充接收天线(4，5)，彼此串联的对由补充天线输出的信号进行平衡的信号平衡部分(13)和补充差动放大器(15)，对由激发天线的初级电磁场在补充天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分(17)，彼此串联的补充选择放大器(19)、信息处理部分(21)和记录器(23)，以及“或”逻辑电路(26)，其中，两个补充接收天线(4，5)与激发天线(1)刚性连接，且相对于激发天线对称，并在激发天线的两边正交于激发天线，同时二个补充接收天线共轴且彼此平行；信号平衡部分(13)通过其输入端(10)11)与补充接收天线(4，5)联接；信号电补偿部分(17)的信息输入端(31)联接到补充差动放大器(15)的输出端，而它的控制输入端(29)与交变电压发生器(7)电路相联接；补充选择放大器(19)的输入端与信号电补偿部分(17)的输出端电路相联接；“或”逻辑线路(26)的输入端(24，25)与基本和补充信息处理部分(20，21)的输出端相联接，而其输出端则与信号装置(27)相联接。

2、根据权利要求1中所述的装置，其特征在于该装置又包含二个补充激发天线（49，50），对由第一个补充天发天线的初级电磁场在基本接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分（51），对由第二个补充激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分（52），第二个和第三个补充选择放大器（68，69），转换器（57），第二个和第三个补充信息处理部分（74，75）以及第二个、第三个补充记录器（76，77），其中，二个补充激发天线中的第一个与基本接收天线（2，3）刚性连接，并位于通过基本接收天线（2，3）的公共轴线（41）的平面内且相对于基本接收天线对称，并与它们正交，但和基本激发天线（1）有一夹角α;二个补充激发天线中的第二个与补充接收天线（4，5）刚性连接，并在通过补充天线（4，5）的公共轴线（42）的平面内且相对于补充接收天线对称，并与它们正交，但和基本激发天线有一夹角α;信号电补偿部分（51）的信息输入端（53）联接到基本差动放大器（14）的输出端;信号电补偿部分（52）的信息输入端（54）联接到补偿差动放大器（15）的输出端;转换器（57）通过自己的输入端（58，59，60，61，62，64）联接到交变电压发生器（7），以及联接到对由基本的和第一个补充激发天线的初级电磁场在基本的接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分（16，51）的输出端和由基本和第二个补充激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分（17，52）的输出端，同时又通过自己的输出端（65，66，67，72，73，70，11）联接到基本的、第一个补充、第二个补充激发天线（1，49，50）上以及联接到对由基本的和第一个补充激发天线的初级电磁场在基本接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分（16，51）及对由基本的和第二个补充激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分（17，52）的控制输入端（28，55，29，56）上，以及联接到基本的、第一个补充、第二个补充、第三个补充选择放大器（18，19，68，69）的输入端上，从而就实现了如下的顺次联接：即1）首先是从基本激发天线（1）和对由基本激发天线的初级电磁场在基本和补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分（16，17）的控制输入端（28，29）到交变电压发生器（7）的联接以及从此二部分的输出端到基本、第一个补充选择放大器（18，19）的输入端的联接，2）其次是从第一个补充激发天线（49）和对由第一个补充激发天线的初级电磁场在基本接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分（51）的控制输入端（55）到交变电压发生器（7）的联接，以及从该部分的输出端到第二个补充选择放大器（68）的输入端的联接，3）然后是第二个补充激发天线（50）和对由第二个补充激发天线的初级电磁场在补充接收天线上的作用而产生的信号进行补偿的信号电补偿部分（52）的控制输入端（56）到交变电压发生器（7）的联接，以及从该部分的输出端到第三个补充选择放大器（69）的输入端的联接;第二个、第三个补充信息处理部分（74，75）通过其输入端联接到第二个、第三个补充选择放大器（68，69）的输出端而通过其输出端联接到“或”逻辑电路（26）的补充输入端（78，79）;第二个、第三个补充记录器（76，77）联接到第二个、第三个补充信息处理部分（74，75）的输出端。

3、根据权利要求2中所述的装置，其特征在于，该装置中基本激发天线和第一个补充激发天线（1，49）之间以及基本激发天线和第二个补充激发天线（1，50）之间的夹角α在60°和120°的范围内。

4、根据权利要求2或3中所述的装置，其特征在于，该装置中转换器（57）包括七个开关（80，81，82，83，84，85，86）和一个开关转换控制（87），该部分通过其输出端联接到这七个开关的控制输入端（88，89，90，91，92，93，94）。

5、根据权利要求4中所述的装置，其特征在于，该装置中开关转换控制部分（87）包含彼此串联的一个矩形脉冲发生器（95），一个以3为模的计算器（96），一个译码器（97），三个时间延迟电路（101，102，103）和三个“与”逻辑电路（104，105，106），其中，三个时间延迟电路（101，102，103）通过自己的输入端与译码器（97）的输出端相联接;三个“与”逻辑电路（104，105，106）的一个输入端联接到同时也是开关转换控制部分（87）的输出端的译码器（97）的输出端，三个电路的其他的输入端则与时间延迟电路（101，102，103）的输出端相联接，而三个“与”电路的输出端则是转换开关控制部分（87）的其他的输出端。

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