CN105846824A - 信号放大电路、其构成的金属探测器及信号放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了信号放大电路、其构成的金属探测器及基于该电路的信号放大方法。信号放大电路包括信号发生器，用于产生电磁信号和参考信号；发射线圈，用于发射电磁信号；接收线圈，用于接收感应到的信号；第一放大器，用于将接收线圈的输出信号放大；移相器，用于对参考信号进行移相；可调放大器，用于将参考信号放大；相位比较单元，用于将第一放大器输出信号与可调放大器输出信号进行相位比较，减法器，用于将第一放大器输出信号与可调放大器输出信号相减；第二放大单元，用于放大减法器输出的信号；单片机，用于控制移相器和可调放大器，接收第二放大器的输出信号。由该信号放大电路构成的探测器，可显著提高探测器的探测能力。

Description

信号放大电路、其构成的金属探测器及信号放大方法

技术领域

本发明涉及金属探测器技术领域，尤其是及一种信号放大电路、其构成的金属探测器及基于该电路的信号放大方法。

背景技术

金属探测器广泛使用在各个领域。在车站、机场、娱乐场所等地方，都会安装金属探测器。金属探测器以非接触的方式探测人身上是否带有金属物品。例如，通过式金属探测器是其中一种金属探测器，金属探测器内部装有发射线圈和接收线圈。当有金属靠近金属探测器的时候，金属产生的涡流效应会影响探测器周围的磁场，这时接收线圈会产生感应电流，电压随之改变。通过检测接收线圈的电压改变情况，可以判断是否有金属物质存在。

然而，在现有技术中，检测到的接收线圈电动势需要经过放大然后送到主芯片处理，但放大能力受到了很大的制约。运算放大器对信号放大，一方面受限于输入端电压与供电电源两因素，运算放大器放大倍数受到制约，为测量接收线圈电动势变化量时，放大倍数越大越好。如在输入端信号为峰峰值0.5V，输入信号变化量如果运放采用±5V双电源供电，最大输出信号的峰峰值10V，那么在不失真情况下放大倍数极限值可以为20倍。

但是，另一方面是受限于模数转换采样的测量范围，例如在模数转换芯片量程为5V的情况下，运算器最大输出信号的峰峰值只能是5V，如在输入端信号为峰峰值0.5V，输入信号放大倍数极限值只能是10倍。这样测量电路在输入信号变化量为1mV，可以测量的信号为10mV，对信号变化量的放大倍数为10倍，这微弱的电动势变化量对检测是很大的难度，因此需要一种新型的信号放大电路、基于该电路的新的金属探测器及基于该电路的新的信号放大方法，来提高信号变化量的检测能力、避免出现漏报误报的情况，这样的技术当前还没有在现有技术中发现。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的任务有三个：1、设计一种新型的信号放大电路；2、基于该新型的信号放大电路设计一种新型金属探测器；3、针对该新型信号放大电路采用一种新的信号放大方法，从而提高信号变化量的检测能力、避免出现漏报误报的情况。

为实现上述目的，本专利采用如下技术方案：

第一方面，一种信号放大电路，其特征在于，包括

信号发生器，用于产生电磁信号和参考信号；

线圈支路，用于传送电磁信号，线圈支路包括发射线圈，接收线圈，第一放大器；

参考支路，用于传送参考信号，参考支路包括可调放大器；

其中，发射线圈，与信号发生器连接，用于发射电磁信号；

接收线圈，用于接收感应到的信号；

第一放大器，连接接收线圈，用于放大接收线圈的输出信号；

可调放大器，用于放大参考信号；

相位比较单元，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路进行相位比较；

减法器，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路输出信号相减；

第二放大器，连接减法器，用于放大减法器的输出信号；

单片机，连接相位比较单元，第二放大器，可调放大器，用于接收第二放大器和相位比较单元的输出信号，产生可调放大控制信号控制可调放大器；

还包括移相器，设置在线圈支路或者参考支路其中一个支路，用于对支路信号进行移相，与单片机连接，受单片机产生的移相控制信号所控制。

优选的，所述相位比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器是过零比较器。

优选的，所述相位比较单元还包括捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

优选的，所述单片机中合成有捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

优选的，所述移相控制信号是根据捕获模块输出信号所决定。

优选的，所述可调放大控制信号是根据第二放大器的输出信号所决定。

优选的，所述单片机包括模数转换模块；所述相位比较单元是幅相检测芯片，用于检测所述线圈支路与参考支路的幅值差值和相位差值。

优选的，所述单片机包括模数转换模块，所述相位比较单元合成在单片机中，相位比较单元连接模数转换模块。

优选的，所述模数转换模块分别与线圈支路和参考支路连接，并将线圈支路与参考支路信号转换成数字信号。

优选的，单片机根据相位比较单元输出的信号处理结果，生成移相控制信号。

优选的，单片机根据模数转换模块输出信号，生成可调放大控制信号。

优选的，其特征在于，还包括功率放大器，设置于信号发生器与发射线圈之间，用于放大电磁信号的功率。

优选的，所述信号发生器是直接式数字频率合成器。

优选的，所述电磁信号和参考信号具有相同频率，相同波形。

第二方面，提供一种金属探测器，包括壳体和设于其内的电子电路，其特征在于：所述电子电路，包括：

信号发生器，用于产生电磁信号和参考信号；

线圈支路，用于传送电磁信号，线圈支路包括发射线圈，接收线圈，第一放大器；

参考支路，用于传送参考信号，参考支路包括可调放大器；

其中，发射线圈，与信号发生器连接，用于发射电磁信号；

接收线圈，用于接收感应到的信号；

第一放大器，连接接收线圈，用于放大接收线圈的输出信号；

可调放大器，用于放大参考信号；

相位比较单元，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路进行相位比较；

减法器，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路输出信号相减；

第二放大器，连接减法器，用于放大减法器的输出信号；

单片机，连接相位比较单元，第二放大器，可调放大器，用于接收第二放大器和相位比较单元的输出信号，产生可调放大控制信号控制可调放大器；

还包括移相器，设置在线圈支路或者参考支路其中一个支路，用于对支路信号进行移相，与单片机连接，受单片机产生的移相控制信号所控制。

优选的，所述相位比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器是过零比较器。

优选的，所述相位比较单元还包括捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

优选的，所述单片机中合成有捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

优选的，所述移相控制信号是根据捕获模块输出信号所决定。

优选的，所述可调放大控制信号是根据第二放大器的输出信号所决定。

优选的，所述单片机包括模数转换模块；所述相位比较单元是幅相检测芯片，用于检测所述线圈支路与参考支路的幅值差值和相位差值。

优选的，所述单片机包括模数转换模块，所述相位比较单元合成在单片机中，相位比较单元连接模数转换模块。

优选的，所述模数转换模块分别与线圈支路和参考支路连接，并将线圈支路与参考支路信号转换成数字信号。

优选的，单片机根据相位比较单元输出的信号处理结果，生成移相控制信号。

优选的，单片机根据模数转换模块输出信号，生成可调放大控制信号。

优选的，还包括功率放大器，设置于信号发生器与发射线圈之间，用于放大电磁信号的功率。

优选的，所述信号发生器是直接式数字频率合成器。

优选的，所述电磁信号和参考信号具有相同频率，相同波形。

第三方面，提供一种基于权利要求1之信号放大电路的信号放大方法，其特征在于，包括以下步骤：

（A）信号发生器产生电磁信号和参考信号，分别送至线圈支路和参考支路；

（B）在线圈支路中，发射线圈发射电磁信号，接收线圈接收感应到的信号，第一放大器将接收线圈的输出信号放大；

（C）在参考支路中，可调放大器将参考信号放大；

（D）相位比较单元将将线圈支路与参考支路两支路进行相位比较，将输出信号到单片机，单片机产生移相控制信号；

（E）在线圈支路或者参考支路中的一支路设置移相器，移相器根据移相控制信号对支路信号进行移相；

（F）减法器将线圈支路和参考支路输出信号相减；

（G）第二放大器将减法器输出信号进行放大，然后送到单片机处理，其中单片机产生可调放大控制信号，进一步控制可调放大器。

优选的，所述步骤（D）中的相位比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器是过零比较器。

优选的，所述步骤（D）中的相位比较单元还包括捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

优选的，所述单片机中合成有捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

优选的，所述移相控制信号是根据捕获模块输出信号所决定。

优选的，所述可调放大控制信号是根据第二放大器的输出信号所决定。

优选的，所述单片机包括模数转换模块；所述相位比较单元是幅相检测芯片，用于检测所述线圈支路与参考支路的幅值差值和相位差值。

优选的，所述单片机包括模数转换模块，所述相位比较单元合成在单片机中，相位比较单元连接模数转换模块。

优选的，所述模数转换模块分别与线圈支路和参考支路连接，并将线圈支路与参考支路信号转换成数字信号。

优选的，单片机根据相位比较单元输出的信号处理结果，生成移相控制信号。

优选的，单片机根据模数转换模块输出信号，生成可调放大控制信号。

优选的，还包括功率放大器，设置于信号发生器与发射线圈之间，用于放大电磁信号的功率。

优选的，所述信号发生器是直接式数字频率合成器。

优选的，所述电磁信号和参考信号具有相同频率，相同波形。

使用本发明信号放大电路构成的金属探测器，结合该发明方法，实验表明，本发明的探测器的信号检测能力大为提高，漏报误报的情况大大减少。

附图说明

图1是本发明信号放大电路的第一实施例的框图；

图2是本发明信号放大电路中相位比较单元的第一实施例框图；

图3是本发明信号放大电路中第一实施例中信号波形示意图；

图4是本发明信号放大电路的第二实施例的框图；

图5是本发明信号放大电路的第三实施例的框图；

图6是本发明信号放大电路的第四实施例的框图；

图7是本发明信号放大电路的第五实施例的框图；

图8是本发明信号放大电路的第六实施例的框图；

图9是本发明信号放大电路实现方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明，但是本发明的保护范围并不局限于实施方式表述的范围。

请参考图1，图1是本发明信号放大电路的第一实施例的框图。本发明所述的信号放大电路可用于探测器。所述的探测器是探测金属物体的装置。探测器包括手持式金属探测器、通过式金属探测器。

所述信号放大电路，包括信号发生器101、线圈支路和参考支路；其中线圈支路包括发射线圈102、接收线圈103、第一放大器104；参考支路包括可调放大器106；还包括移相器105，设置在线圈支路或者参考支路中的一支路，在图1所示实施例中，移相器105设置在参考支路中，可调放大器106之前，所述放大电路还包括减法器107、第二放大器108、相位比较单元109、单片机110。

具体的，信号发生器101，用于产生电磁信号和参考信号。优选的，电磁信号和参考信号是相同频率和相同波形，来自于相同触发源。电磁信号与参考信号都是正弦波。优选的，信号发生器101是直接式数字频率合成器（DDS），直接式数字频率合成器具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间的特点。信号发生器101一方面将电磁信号传输到发射线圈102，另一方面将参考信号传输到参考支路。

优选的，所述信号放大电路，还包括功率放大器111，设置于信号发生器101与发射线圈102之间，用于放大电磁信号的功率。由于信号发生器101传输的电磁信号功率较低，而发射线圈102需要较大的能量传输信号，因此，需要对电磁信号先进行功率放大。功率放大器111可选用双极型或场效应晶体管，也可以选用电子管。

根据麦克斯韦电磁场理论，从发射线圈102发射电磁信号，经过空气的传播，接收线圈103会有感应电流和感应电动势。特别的，当有其他金属部件在发射线圈102或者接收线圈103附近会产生涡流效应，从而影响接收线圈103产生的感应电流和感应电动势。

将接收线圈的103接收到的信号传输到第一放大器104，第一放大器104用于将接收线圈103的输出信号放大。应当理解，此处是将接收线圈103感应电动势的变化量第一次增大。第一放大器104可选用双极型或场效应晶体管，也可以选用电子管。优选的，选用增益可调的放大器。

在一些实施例中，信号发生器101将参考信号发送至移相器105，移相器105对参考信号进行相位移动，以匹配第一放大器104的输出信号的相位，具体的匹配方式在后文中详细说明。应当理解，除了对参考信号进行移相的方式以外，可以采用对第一放大器104的输出信号进行相位移动的方式，特别的，还可以采用先将参考信号通过可调放大器106进行信号放大，再将可调放大器106的输出信号进行相位移动的方式。通过上述三种实施方式，在效果上都能使输入到减法器107前的两路信号相位相等。

在移相的方式中，移相控制信号可采用模拟信号或者数字信号的方式。具体的，当使用模拟信号移相的方式时，需要增加A/D转换模块，应当理解，A/D转换模块可集成在移相器105中。所述移相器105还包括控制输入端，连接单片机110。在一些实施方式中，单片机110根据相位比较单元109的输出信号产生移相控制信号。

相位比较单元109连接线圈支路和参考支路，用于将两支路进行相位比较。进一步参考图2，图2是本发明信号放大电路中相位比较单元的第一实施例框图。优选的，相位比较单元109包括第一比较器201和第二比较器202，捕获模块203，第一比较器201和第二比较器202是过零比较器，在一些实施方式中，捕获模块203集成在单片机110中。

进一步参考图3，图3是本发明信号放大电路中第一实施例中信号波形示意图。波形301左侧是第一放大器104的输出波形，将上述输出波形通过第一比较器201后，会得出301右侧的波形。波形302左侧是移相器105输入波形，波形302右侧是没有移相前对应的方波。捕获模块203可对信号上升沿/下降沿敏感触发。通过捕获波形301右侧和波形302右侧上升沿/下降沿的相位差，单片机110根据所述相位差生成移相控制信号，通过SPI通讯方式调节移相器105中的电位器，使波形302相位移动，特别的，移相器105是可以调整2π角度相位的移相器。当波形302与波形301的相位差值在设定的范围内时，则认为调整完成。波形303左侧是移相器105的输出信号，波形303右侧是移相器105输出信号经过第二比较器202的输出波形。从图中可以看出，此时波形301与波形303的相位已经大致相同。

将移相器105的输出信号送至可调放大器106，可调放大器106的放大倍数受单片机110所控制。通过可调放大器106后的参考信号，其相位与幅值大小跟第一放大器104的输出信号大致相同，将两路信号送至减法器107，经过相减后，电磁信号基本抵消了同触发源的参考信号，对减法器107的输出信号送至第二放大器108，再一次进行放大。第二放大器108可选用双极型或场效应晶体管，也可以选用电子管。优选的，选用增益可调的放大器。

在一些实施方式中，单片机110包括模数转换模块112，第二放大器108输出信号传送至模数转换模块112，模数转换模块112对其进行模拟信号到数字信号的转换。通过计算，单片机110产生可调放大控制信号，通过SPI通讯方式调节可调放大器106中数字电位器，使可调放大器106输出波形幅值产生变化，当采样得到波形幅值最小，幅值调整完成。具体的，采样的幅值通过波形面积进行叠加，当然也可以采用其他方式，如波形积分，判断其面积最小的时候对应的可调放大器106放大倍数即是应该设置的可调放大器106放大倍数。

参考图3，波形304是可调放大器106的输出波形，经过相位调整和幅值调制后，波形304与波形301幅值与相位基本接近。

为了使送至减法器107的两支路信号有大致相同的相位和幅值，除了采用上述方式外，还可以使用以下多种实施方式。

进一步参考图4，图4是本发明信号放大电路的第二实施例的框图。在一些实施方式中，所述单片机包括模数转换模块112。所述相位比较单元109是幅相检测芯片113，幅相检测芯片113连接线圈支路和参考支路，将两路信号进行检测，提取幅值信息和相位信息。将幅值信息和相位信息传送到单片机110的模数转换模块112，模数转换模块112对其进行计算，生成对应的移相控制信号和可调放大控制信号。

进一步参考图5，图5是本发明信号放大电路的第三实施例的框图。在一些实施方式中，单片机110的模数转换模块112直接连接线圈支路和参考支路，所述相位比较单元合成在单片机中，相位比较单元连接模数转换模块112。根据其采样结果，能够测出两个支路信号的过零点位置之间的时间差，以及两个支路信号的幅值。单片机根据相位比较单元输出的信号处理结果，生成对应的移相控制信号和可调放大控制信号。上述计算可通过软件实现。

在所述信号放大电路中，电磁信号实际上经过了两个放大器，经过发射线圈102和接收线圈103后，接收线圈103感应电动势的变化量两次放大。其放大倍数为第一放大器104放大倍数和第二放大器108放大倍数的乘积。例如第一放大器104放大倍数是10倍，第二放大器108的放大倍数是6倍，那么对接收线圈103感应电动势变化量的放大倍数是60倍。扩大了对感应电动势变化量的放大范围，提高了探测器的探测能力。

参考图6，图6是本发明信号放大电路的第四实施例的框图。与第一实施例的区别在于移相器105在电路中的位置。本实施例中，先将参考信号通过可调放大器106，再通过移相器105。其中关于可调放大器106和移相器105的控制方式、原理，还有其他电路部分的工作原理都与第一实施例一致，在此不再赘述。

参考图7，图7是本发明信号放大电路的第五实施例的框图。与第一实施例的区别在于移相器105在电路中的位置。本实施例中，移相器105位于线圈支路上，设置在第一放大器104输出端。移相的对象发生了变化，因此移相控制信号与第一实施例不同，具体的，例如，在第一实施例中，第一放大器104输出信号与参考信号的相位相差10度，第一实施例需要对参考信号移相90度，那么在第五实施例中，若第一放大器104输出信号与参考信号的相位仍然相差10度，那么需要对第一放大器104输出信号移相270度。关于其他电路部分的工作原理与第一实施例一致，在此不再赘述。

进一步参考图8，图8是本发明信号放大电路的第六实施例的框图。本实施例与第五实施例对比，移相器105的位置在了第一放大器104的输入端前，另外，移相器的105的位置还可以在功率放大器111和发射线圈102之间，以完成相同的功能，达到相同的效果，其他电路部分的工作原理与第五实施例一致，在此不再赘述。

第二方面，提供一种金属探测器包括壳体和设于其内的电子电路，其特征在于：所述电子电路，包括：信号发生器，用于产生电磁信号和参考信号；线圈支路，用于传送电磁信号，线圈支路包括发射线圈，接收线圈，第一放大器；参考支路，用于传送参考信号，参考支路包括可调放大器；其中，发射线圈，与信号发生器连接，用于发射电磁信号；接收线圈，用于接收感应到的信号；第一放大器，连接接收线圈，用于放大接收线圈的输出信号；可调放大器，用于放大参考信号；相位比较单元，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路进行相位比较；减法器，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路输出信号相减；第二放大器，连接减法器，用于放大减法器的输出信号；单片机，连接相位比较单元，第二放大器，可调放大器，用于接收第二放大器和相位比较单元的输出信号，产生可调放大控制信号控制可调放大器；还包括移相器，设置在线圈支路或者参考支路其中一个支路，用于对支路信号进行移相，与单片机连接，受单片机产生的移相控制信号所控制。

优选的，所述相位比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器是过零比较器。

优选的，所述相位比较单元还包括捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

优选的，所述单片机中合成有捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

优选的，所述移相控制信号是根据捕获模块输出信号所决定。

优选的，所述可调放大控制信号是根据第二放大器的输出信号所决定。

优选的，所述单片机包括模数转换模块；所述相位比较单元是幅相检测芯片，用于检测所述线圈支路与参考支路的幅值差值和相位差值。

优选的，所述单片机包括模数转换模块，所述相位比较单元合成在单片机中，相位比较单元连接模数转换模块。

优选的，所述模数转换模块分别与线圈支路和参考支路连接，并将线圈支路与参考支路信号转换成数字信号。

优选的，单片机根据相位比较单元输出的信号处理结果，生成移相控制信号。

优选的，单片机根据模数转换模块输出信号，生成可调放大控制信号。

优选的，还包括功率放大器，设置于信号发生器与发射线圈之间，用于放大电磁信号的功率。

优选的，所述信号发生器是直接式数字频率合成器。

优选的，所述电磁信号和参考信号具有相同频率，相同波形。

本发明信号放大电路构成的金属探测器，其中工作原理以及具体实施方案已经在信号放大电路中阐述，在此不再赘述，实验表明，使用本发明的金属探测器，检测信号变化量的能力大为提高，漏报误报的情况大大减少。

第三方面，提供一种信号放大电路的实现方法。

进一步参考图9，图9是本发明信号放大电路实现方法的流程图。

步骤S901，信号发生器101产生电磁信号和参考信号，分别送至线圈支路和参考支路。优选的，电磁信号和参考信号是有相同频率，相同波形。电磁信号与参考信号都是正弦波。优选的，信号发生器101是直接式数字频率合成器（DDS），直接式数字频率合成器具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间的特点。

步骤S902，在线圈支路中，发射线圈102发射电磁信号，接收线圈103接收发射线圈102发射的电磁信号，第一放大器104将接收线圈103的输出信号放大。优选的，所述信号放大电路，还包括功率放大器111，设置于信号发生器101与发射线圈102之间，用于放大电磁信号的功率。由于信号发生器101传输的电磁信号功率较低，而发射线圈102需要较大的能量传输信号，因此，需要对电磁信号先进行功率放大。功率放大器111可选用双极型或场效应晶体管，也可以选用电子管。

将接收线圈的103接收到的信号传输到第一放大器104，第一放大器104用于将接收线圈103的输出信号放大。应当理解，此处是将接收线圈103感应电动势的变化量第一次增大。第一放大器104可选用双极型或场效应晶体管，也可以选用电子管。优选的，选用增益可调的放大器。

步骤S903，在参考支路中，可调放大器106将参考信号放大。将参考信号送至可调放大器106，可调放大器106的放大倍数受单片机110所控制。

步骤S904，相位比较单元109将线圈支路与参考支路两支路进行相位比较，将输出信号到单片机110，单片机110产生移相控制信号。相位比较单元109连接线圈支路和参考支路，用于将两支路进行相位比较。进一步参考图2，优选的，相位比较单元109包括第一比较器201和第二比较器202，捕获模块203，第一比较器201和第二比较器202是过零比较器，在一些实施方式中，捕获模块203集成在单片机110中。

步骤S905，在线圈支路或者参考支路中的一支路设置移相器105，移相器根据移相控制信号对支路信号进行移相；在一些实施例中，信号发生器101将参考信号发送至移相器105，移相器105对参考信号进行相位移动，以匹配第一放大器104的输出信号的相位。应当理解，除了对参考信号进行移相的方式以外，可以采用对第一放大器104的输出信号进行相位移动的方式，特别的，还可以采用先将参考信号通过可调放大器106进行信号放大，再将可调放大器106的输出信号进行相位移动的方式。通过上述三种实施方式，在效果上都能使输入到减法器107前的两路信号相位相等。

在移相的方式中，移相控制信号可采用模拟信号或者数字信号的方式。具体的，当使用模拟信号移相的方式时，需要增加A/D转换模块，应当理解，A/D转换模块可集成在移相器105中。所述移相器105还包括控制输入端，连接单片机110。在一些实施方式中，单片机110根据相位比较单元109的输出信号产生移相控制信号。

进一步参考图3，波形301左侧是第一放大器104的输出波形，将上述输出波形通过第一比较器201后，会得出301右侧的波形。波形302左侧是移相器105输入波形，波形302右侧是没有移相前对应的方波。捕获模块203可对信号上升沿/下降沿敏感触发。通过捕获波形301右侧和波形302右侧上升沿/下降沿的相位差，单片机110根据所述相位差生成移相控制信号，通过SPI通讯方式调节移相器105中的电阻值，使波形302相位移动，特别的，移相器105是可以调整2π角度相位的移相器。当波形302与波形301的相位差值在设定的范围内时，则认为调整完成。波形303左侧是移相器105的输出信号，波形303右侧是移相器105输出信号经过第二比较器202的输出波形。从图中可以看出，此时波形301与波形303的相位已经大致相同。

步骤S906，减法器107将线圈支路和参考支路输出信号相减。经过相减后，基本抵消了同触发源的参考信号。

步骤S907，第二放大器108将减法器107输出信号进行放大，然后送到单片机110处理，其中单片机110产生可调放大控制信号，进一步控制可调放大器106。第二放大器108可选用双极型或场效应晶体管，也可以选用电子管。优选的，选用增益可调的放大器。

在一些实施方式中，单片机110包括模数转换模块112，第二放大器108输出信号传送至模数转换模块112，模数转换模块112对其进行模拟信号到数字信号的转换。通过计算，单片机110产生可调放大控制信号，通过SPI通讯方式调节可调放大器106中数字电位器，使可调放大器106输出波形幅值产生变化，当采样得到波形幅值最小，幅值调整完成。具体的，采样的幅值通过波形面积进行叠加，当然也可以采用其他方式，如波形积分，判断其面积最小的时候对应的可调放大器106放大倍数即是应该设置的可调放大器106放大倍数。

为了使送至减法器107的两支路信号有大致相同的相位和幅值，除了采用上述方式外，还可以使用以下多种实施方式。

进一步参考图4，在一些实施方式中，所述单片机包括模数转换模块112。所述相位比较单元109是幅相检测芯片113，幅相检测芯片连接线圈支路和参考支路，将两路信号进行检测，提取幅值信息和相位信息。将幅值信息和相位信息传送到单片机110的模数转换模块112，模数转换模块112对其进行计算，生成对应的移相控制信号和可调放大控制信号。

进一步参考图5，在一些实施方式中，单片机110的模数转换模块112直接连接线圈支路和参考支路。所述相位比较单元合成在单片机中，相位比较单元连接模数转换模块112。根据其采样结果，能够测出两个支路信号的过零点位置之间的时间差，以及两个支路信号的幅值，生成对应的移相控制信号和可调放大控制信号。上述计算可通过软件实现。

在所述信号放大电路中，电磁信号实际上经过了两个放大器，经过发射线圈102和接收线圈103后，接收线圈103感应电动势的变化量两次放大。其放大倍数为第一放大器104放大倍数和第二放大器108放大倍数的乘积。例如第一放大器104放大倍数是10倍，第二放大器108的放大倍数是6倍，那么对接收线圈103感应电动势变化量的放大倍数是60倍。扩大了对感应电动势变化量的放大范围，提高了探测器的探测能力。

参考图6，图6是本发明信号放大电路的第四实施例的框图。与第一实施例的区别在于移相器105在电路中的位置。本实施例中，先将参考信号通过可调放大器106，再通过移相器105。其中关于可调放大器106和移相器105的控制方式、原理，还有其他电路部分的工作原理都与第一实施例一致，在此不再赘述。

参考图7，图7是本发明信号放大电路的第五实施例的框图。与第一实施例的区别在于移相器105在电路中的位置。本实施例中，移相器105位于线圈支路上，设置在第一放大器104输出端。移相的对象发生了变化，因此移相控制信号与第一实施例不同，具体的，例如，在第一实施例中，第一放大器104输出信号与参考信号的相位相差10度，第一实施例需要对参考信号移相90度，那么在第五实施例中，若第一放大器104输出信号与参考信号的相位仍然相差10度，那么需要对第一放大器104输出信号移相270度，关于其他电路部分的工作原理与第一实施例一致，在此不再赘述。

进一步参考图8，图8是本发明信号放大电路的第六实施例的框图。本实施例与第五实施例对比，移相器105的位置在了第一放大器104的输入端前，另外，移相器的105的位置还可以在功率放大器111和发射线圈102之间，以完成相同的功能，达到相同的效果，其他电路部分的工作原理与第五实施例一致，在此不再赘述。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合 而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (42)

1.一种信号放大电路，其特征在于，包括

信号发生器，用于产生电磁信号和参考信号；

线圈支路，用于传送电磁信号，线圈支路包括发射线圈，接收线圈，第一放大器；

参考支路，用于传送参考信号，参考支路包括可调放大器；

其中，发射线圈，与信号发生器连接，用于发射电磁信号；

接收线圈，用于接收感应到的信号；

第一放大器，连接接收线圈，用于放大接收线圈的输出信号；

可调放大器，用于放大参考信号；

相位比较单元，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路进行相位比较；

减法器，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路输出信号相减；

第二放大器，连接减法器，用于放大减法器的输出信号；

单片机，连接相位比较单元，第二放大器，可调放大器，用于接收第二放大器和相位比较单元的输出信号，产生可调放大控制信号控制可调放大器；

还包括移相器，设置在线圈支路或者参考支路其中一个支路，用于对支路信号进行移相，与单片机连接，受单片机产生的移相控制信号所控制。

2.根据权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，所述相位比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器是过零比较器。

3.根据权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述相位比较单元还包括捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

4.根据权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述单片机中合成有捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

5.根据权利要求4所述的信号放大电路，其特征在于，所述移相控制信号是根据捕获模块输出信号所决定。

6.根据权利要求5所述的信号放大电路，其特征在于，所述可调放大控制信号是根据第二放大器的输出信号所决定。

7.根据权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，所述单片机包括模数转换模块；所述相位比较单元是幅相检测芯片，用于检测所述线圈支路与参考支路的幅值差值和相位差值。

8.根据权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，所述单片机包括模数转换模块，所述相位比较单元合成在单片机中，相位比较单元连接模数转换模块。

9.根据权利要求8所述的信号放大电路，其特征在于，所述模数转换模块分别与线圈支路和参考支路连接，并将线圈支路与参考支路信号转换成数字信号。

10.根据权利要求9所述的信号放大电路，其特征在于，单片机根据相位比较单元输出的信号处理结果，生成移相控制信号。

11.根据权利要求10所述的信号放大电路，其特征在于，单片机根据模数转换模块输出信号，生成可调放大控制信号。

12.根据权利要求1-11中任一权利要求所述的的信号放大电路，其特征在于，还包括功率放大器，设置于信号发生器与发射线圈之间，用于放大电磁信号的功率。

13.根据权利要求12所述的信号放大电路，其特征在于，所述信号发生器是直接式数字频率合成器。

14.根据权利要求13所述的信号放大电路，其特征在于，所述电磁信号和参考信号具有相同频率，相同波形。

15.一种金属探测器，包括壳体和设于其内的电子电路，其特征在于：所述电子电路，包括：

信号发生器，用于产生电磁信号和参考信号；

线圈支路，用于传送电磁信号，线圈支路包括发射线圈，接收线圈，第一放大器；

参考支路，用于传送参考信号，参考支路包括可调放大器；

其中，发射线圈，与信号发生器连接，用于发射电磁信号；

接收线圈，用于接收感应到的信号；

第一放大器，连接接收线圈，用于放大接收线圈的输出信号；

可调放大器，用于放大参考信号；

相位比较单元，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路进行相位比较；

减法器，连接线圈支路和参考支路，用于将两支路输出信号相减；

第二放大器，连接减法器，用于放大减法器的输出信号；

单片机，连接相位比较单元，第二放大器，可调放大器，用于接收第二放大器和相位比较单元的输出信号，产生可调放大控制信号控制可调放大器；

还包括移相器，设置在线圈支路或者参考支路其中一个支路，用于对支路信号进行移相，与单片机连接，受单片机产生的移相控制信号所控制。

16.根据权利要求15所述的金属探测器，其特征在于，所述相位比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器是过零比较器。

17.根据权利要求16所述的金属探测器，其特征在于，所述相位比较单元还包括捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

18.根据权利要求16所述的金属探测器，其特征在于，所述单片机中合成有捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

19.根据权利要求18所述的金属探测器，其特征在于，所述移相控制信号是根据捕获模块输出信号所决定。

20.根据权利要求19所述的金属探测器，其特征在于，所述可调放大控制信号是根据第二放大器的输出信号所决定。

21.根据权利要求15所述的金属探测器，其特征在于，所述单片机包括模数转换模块；所述相位比较单元是幅相检测芯片，用于检测所述线圈支路与参考支路的幅值差值和相位差值。

22.根据权利要求15所述的金属探测器，其特征在于，所述单片机包括模数转换模块，所述相位比较单元合成在单片机中，相位比较单元连接模数转换模块。

23.根据权利要求22所述的金属探测器，其特征在于，所述模数转换模块分别与线圈支路和参考支路连接，并将线圈支路与参考支路信号转换成数字信号。

24.根据权利要求23所述的金属探测器，其特征在于，单片机根据相位比较单元输出的信号处理结果，生成移相控制信号。

25.根据权利要求24所述的金属探测器，其特征在于，单片机根据模数转换模块输出信号，生成可调放大控制信号。

26.根据权利要求15-25中任一权利要求所述的金属探测器，其特征在于，还包括功率放大器，设置于信号发生器与发射线圈之间，用于放大电磁信号的功率。

27.根据权利要求26所述的金属探测器，其特征在于，所述信号发生器是直接式数字频率合成器。

28.根据权利要求27所述的金属探测器，其特征在于，所述电磁信号和参考信号具有相同频率，相同波形。

29.基于权利要求1之信号放大器的信号放大方法，其特征在于，包括以下步骤：

（A）信号发生器产生电磁信号和参考信号，分别送至线圈支路和参考支路；

（B）在线圈支路中，发射线圈发射电磁信号，接收线圈接收感应到的信号，第一放大器将接收线圈的输出信号放大；

（C）在参考支路中，可调放大器将参考信号放大；

（D）相位比较单元将线圈支路与参考支路两支路进行相位比较，将输出信号到单片机，单片机产生移相控制信号；

（E）在线圈支路或者参考支路中的一支路设置移相器，移相器根据移相控制信号对支路信号进行移相；

（F）减法器将线圈支路和参考支路输出信号相减；

（G）第二放大器将减法器输出信号进行放大，然后送到单片机处理，其中单片机产生可调放大控制信号，进一步控制可调放大器。

30.根据权利要求29所述的信号放大方法，其特征在于，所述步骤（D）中的相位比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器是过零比较器。

31.根据权利要求30所述的信号放大方法，其特征在于，所述步骤（D）中的相位比较单元还包括捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

32.根据权利要求30所述的信号放大方法，其特征在于，所述单片机中合成有捕获模块，用于计算所述第一比较器和第二比较器的输出信号的相位差值。

33.根据权利要求32所述的信号放大方法，其特征在于，所述移相控制信号是根据捕获模块输出信号所决定。

34.根据权利要求33所述的信号放大方法，其特征在于，所述可调放大控制信号是根据第二放大器的输出信号所决定。

35.根据权利要求29所述的信号放大方法，其特征在于，所述单片机包括模数转换模块；所述相位比较单元是幅相检测芯片，用于检测所述线圈支路与参考支路的幅值差值和相位差值。

36.根据权利要求29所述的信号放大方法，其特征在于，所述单片机包括模数转换模块，所述相位比较单元合成在单片机中，相位比较单元连接模数转换模块。

37.根据权利要求36所述的信号放大方法，其特征在于，所述模数转换模块分别与线圈支路和参考支路连接，并将线圈支路与参考支路信号转换成数字信号。

38.根据权利要求37所述的信号放大方法，其特征在于，单片机根据相位比较单元输出的信号处理结果，生成移相控制信号。

39.根据权利要求38所述的信号放大方法，其特征在于，单片机根据模数转换模块输出信号，生成可调放大控制信号。

40.根据权利要求29-39中任一权利要求所述的信号放大方法，其特征在于，还包括功率放大器，设置于信号发生器与发射线圈之间，用于放大电磁信号的功率。

41.根据权利要求40所述的信号放大方法，其特征在于，所述信号发生器是直接式数字频率合成器。

42.根据权利要求41所述的信号放大方法，其特征在于，所述电磁信号和参考信号具有相同频率，相同波形。