CN105911599A - 一种基于金属探测自动平衡补偿技术的探测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于安检设备技术领域，所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，包括发射线圈、接收线圈、补偿线圈、信号发生器、相关电路、微处理器、电源和声光报警装置。在金属探测设备上电后，微处理器控制信号发生器产生发射信号和补偿信号，同时监控接收到的信号的幅度，快速地自动调节接收线圈中的磁场平衡，无需人为手工调节，降低了对线圈的形状、摆放、面积的要求，大大简化生产过程，提高生产效率；并且对设备附近有比较大的金属也可以自动补偿平衡，不影响正常使用，甚至不影响灵敏度探测。

Description

一种基于金属探测自动平衡补偿技术的探测设备及方法

技术领域

本发明属于安检设备技术领域，更具体地说是一种基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备及方法。

背景技术

金属探测技术广泛应用于军事、安检、矿产、工业等方面。实现金属探测主要采用以下三种方式：拍频振荡式(BFO)、脉冲感应式(PI)以及感应平衡式(IB)。三种方式各有特点，应用在不同的方面。拍频振荡探测器探测方式的优点是结构简单，体积可以做的很小；缺点是灵敏度和稳定性比较差，在手持式安检仪中应用比较广泛。脉冲感应探测器通常采用单线圈结构，结构相对不复杂，灵敏度高，尤其是在某些应用场合具有抗干扰性能好的优点，但金属分辨能力差，在探雷或是远距离金属探测方面应用较多。感应平衡式金属探测设备的结构相对复杂，但具有探测灵敏度高，性能稳定，同时能够区分铁氧体金属和非铁氧体金属，是应用最广的一种探测方式。

感应平衡金属探测技术采用发射/接收模式，即含有由发射线圈以及相关电路构成的磁场产生发射单元，以及由接收线圈和相关电路构成的磁场接收单元。在发射线圈中施加以交变电流，并在一定范围内形成一个电磁场。接收线圈也在这个电磁场内放置。利用发射线圈内部的磁场方向与外部磁场方向相反的性质，调整接收线圈的位置，使得接收线圈内部入与出的磁通量大小相等，接收线圈内的感应电流抵消为零，也即处于感应平衡状态。或者是让接收线圈处于两个大小相等方向相反的发射线圈中，接收线圈内的感应电流也可以抵消为零，处于感应平衡状态。当然还有各种其它方式可以实现感应平衡状态。当这个场中有金属物体存在时，金属物体会产生涡流，该涡流产生的磁场为二次场，该二次场破坏了接收线圈原有的感应平衡状态，产生一个信号输出。通常这个信号非常微弱，需要对这个信号进行放大处理就可以判断出金属物体的存在。

对于采用感应平衡技术的金属探测来说，相对于金属涡流产生的二次场，发射线圈产生的磁场非常的大。为了能有效地探测到涡流感应出的二次场的信号，必须要尽可能减小发射场对接收线圈影响，从而增加探测涡流信号产生的二次场的能力。为了达到上面的目的，就必须尽可能的做到接收线圈平衡状态，这样才能通过放大微弱信号，并发现信号的变化从而探测出金属的存在。现有调平衡的方法通常是靠手动调节线圈的形状、面积、线圈间距离、摆放位置，或者是经手动添加金属来调节平衡。这种调平衡的方式一方面效率十分低下，每一个线圈都需要调整，当多线圈工作时，线圈之间相互也会有影响，需要反复调整；另一方面，由于寄生参数的影响，这种调整方式也很难调整到完全平衡；第三，一旦金属探测设备的工作环境发生了变化，在检测设备周围有大的金属，轻者导致探测灵敏度降低，严重的甚至影响到设备无法工作。总之，现有的这种靠手动调整平衡的方式，生产效率很低，同时适应环境的能力也很差。

发明内容

本专利所要解决的技术问题是克服现有技术中，感应平衡式金属探测设备调整平衡时，需要通过手动调整线圈或者用其他小金属来调整平衡的低效率问题，同时也解决了环境适应的能力。

为了解决上述技术问题，本专利所采用的技术方案是提供一种基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，包括发射线圈、接收线圈、补偿线圈、信号发生器、相关电路、微处理器、电源和声光报警装 置；所述发射线圈、接收线圈、补偿线圈通过相关电路和信号发生器与微处理器连接，所述电源与声光报警装置与微处理器连接。在金属探测设备上电后，微处理器控制信号发生器产生发射信号和补偿信号，同时监控接收到的信号的幅度，快速地自动调节接收线圈中的磁场平衡，无需人为手工调节，降低了对线圈的形状、摆放、面积的要求，大大简化生产过程，提高生产效率；并且对设备附近有比较大的金属也可以自动补偿平衡，不影响正常使用，甚至不影响灵敏度探测。

进一步地，所述相关电路包括功放电路、补偿信号幅度调节电路、接收信号处理电路；所述发射线圈与功放电路、信号发生器、微处理器依次连接；所述补偿线圈与功放电路、补偿信号幅度调节电路、微处理器依次连接；所述接收线圈与接收信号处理电路、微处理器依次连接；所述补偿信号幅度调节电路还与信号发生器连接。所述的发射线圈、接收线圈组成感应平衡式金属探测设备的基本探测单元，所述发射线圈采用两组或两组以上的线圈结构。所述的补偿线圈用于自动平衡补偿。所述接收信号处理电路包括与接收线圈依次连接的放大电路和滤波电路。

所述的信号发生器，用来产生两路同频正弦波信号，一路用于发射信号，一路用于补偿信号。同时补偿信号相对发射信号的相位是可以调节的。

所述的补偿信号幅度调节电路，采用数字控制的精密电阻网络(数字电位器等)来调节补偿信号的幅度大小。

所述的微处理器，可以调节补偿信号与发射信号的相位差，可以调节补偿信号的幅度，可以对接收信号进行AD采集和分析，计算出接收信号的幅度值与相位值。并根据接收到的信号的幅度值，调节补偿信号的相位和补偿信号的幅度，直到接收信号达到设定值。

其中，补偿线圈与接收线圈同处一个平面上，或是同一个轴心上或是绕在同一个骨架上。

首先，根据所采用的平衡模式的不同，布置发射线圈与接收线圈，使得接收线圈基本处于平衡状态附近。他们的位置关系可以由理论计算得出。

微处理器控制信号发生器产生两路频率完全相同正弦波信号，一路信号即发射信号经驱动后注入发射线圈，另一路信号即补偿信号用来给补偿线圈。这两路正弦波信号的相位差可以通过微控制器来调节。

进一步地，所述金属探测自动平衡补偿技术流程如下：

S1)初始化金属探测设备。

S2)金属探测设备进入自动调节平衡状态；在金属探测设备上电后，微处理器控制信号发生器产生发射信号和补偿信号，同时监控接收到的信号的幅度。

S3)通过微控制器控制调节补偿信号的相位；通过逐步改变补偿信号和发射信号的相位差，直到找到对应的接收信号幅度最小时的相位值，然后微控制器固定此相位差。

S4)通过微控制器控制调节补偿信号的幅度；逐步调节补偿信号的幅度值，同时监控接收到的信号的幅度变化，在补偿信号幅度的变化范围内，找到与此对应的接收信号幅度最小时的补偿信号的幅度值。在补偿线圈上施加前面找到的相位值和幅度值，在这个状态下接收信号幅度较小，由此获得接收线圈的平衡状态。

S5)进入金属探测状态；接收线圈达到平衡后，设备进入检测状态，通过放大微弱信号，并发现信号的变化从而探测出金属的存在。

所述步骤S2中的平衡状态是指所述发射线圈与接收线圈的位置关系满足接收线圈处于平衡状态±5％以内。

采用本发明的有益效果在于：本发明是一种基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，能达到 很好的平衡效果，可以将接收信号的放大倍数提高，灵敏度得到较大的提高。在金属探测设备上电后，微处理器控制信号发生器产生发射信号和补偿信号，同时监控接收到的信号的幅度，快速地自动调节接收线圈中的磁场平衡，无需人为手工调节，降低了对线圈的形状、摆放、面积的要求，大大简化生产过程，提高生产效率；并且具有好的环境适应性，对使用环境要求低，对设备附近有比较大的金属也可以自动补偿平衡，不影响正常使用，甚至不影响灵敏度探测。自动调节平衡，能达到很好的平衡效果，可以将接收信号的放大倍数提高，灵敏度得到较大的提高。

附图说明

图1为本发明金属探测设备的功能框图。

图2为本发明自动平衡补偿技术流程图。

图3为本发明金属探测设备中发射线圈、接收线圈、补偿线圈结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本专利做进一步的解释说明。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1至图3所示，本专利提供一种基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备包括发射线圈1、接收线圈2、补偿线圈3、信号发生器、相关电路4、微处理器、电源和声光报警装置；所述发射线圈1、接收线圈2、补偿线圈3通过相关电路4和信号发生器与微处理器连接，所述电源与声光报警装置与微处理器连接。在金属探测设备上电后，微处理器控制信号发生器产生发射信号和补偿信号，同时监控接收到的信号的幅度，快速地自动调节接收线圈2中的磁场平衡，无需人为手工调节，降低了对线圈的形状、摆放、面积的要求，大大简化生产过程，提高生产效率；并且对设备附近有比较大的金属也可以自动补偿平衡，不影响正常使用，甚至不影响灵敏度探测。

所述相关电路4包括功放电路、补偿信号幅度调节电路、接收信号处理电路；所述发射线圈1与功放电路、信号发生器、微处理器依次连接；所述补偿线圈3与功放电路、补偿信号幅度调节电路、微处理器依次连接；所述接收线圈2与接收信号处理电路、微处理器依次连接；所述补偿信号幅度调节电路还与信号发生器连接。所述的发射线圈1、接收线圈2组成感应平衡式金属探测设备的基本探测单元，所述发射线圈1采用两组或两组以上的线圈结构。所述的补偿线圈3用于自动平衡补偿。所述接收信号处理电路包括与接收线圈2依次连接的放大电路和滤波电路。

所述的信号发生器，用来产生两路同频正弦波信号，一路用于发射信号，一路用于补偿信号。同时补偿信号相对发射信号的相位是可以调节的。

所述的补偿信号幅度调节电路，采用数字控制的精密电阻网络(数字电位器等)来调节补偿信号的幅度大小。

所述的微处理器，可以调节补偿信号与发射信号的相位差，可以调节补偿信号的幅度，可以对接收信号进行AD采集和分析，计算出接收信号的幅度值与相位值。并根据接收到的信号的幅度值，调节补偿信号的相位和补偿信号的幅度，直到接收信号达到设定值。

其中，补偿线圈3与接收线圈2同处一个平面上，或是同一个轴心上或是绕在同一个骨架上。

首先，根据所采用的平衡模式的不同，布置发射线圈1与接收线圈2，使得接收线圈2基本处于平衡 状态附近。他们的位置关系可以由理论计算得出。如图3所示，两个发射线圈1的大小形状相同、匝数相同，但电流相反。那么在这两个发射线圈1的中间点就是平衡点，接收线圈2就放置在这个位置。

微处理器控制信号发生器产生两路频率完全相同正弦波信号，一路信号即发射信号经驱动后注入发射线圈1，另一路信号即补偿信号用来给补偿线圈3。这两路正弦波信号的相位差可以通过微控制器来调节。

如图2所示，所述金属探测自动平衡补偿技术流程如下：

S1)初始化金属探测设备。

S2)金属探测设备进入自动调节平衡状态；在金属探测设备上电后，微处理器控制信号发生器产生发射信号和补偿信号，同时监控接收到的信号的幅度。

S3)通过微控制器控制调节补偿信号的相位；通过逐步改变补偿信号和发射信号的相位差，直到找到对应的接收信号幅度最小时的相位值，然后微控制器固定此相位差。

S4)通过微控制器控制调节补偿信号的幅度；逐步调节补偿信号的幅度值，同时监控接收到的信号的幅度变化，在补偿信号幅度的变化范围内，找到与此对应的接收信号幅度最小时的补偿信号的幅度值。在补偿线圈上施加前面找到的相位值和幅度值，在这个状态下接收信号幅度较小，由此获得接收线圈的平衡状态。

S5)进入金属探测状态；接收线圈达到平衡后，设备进入检测状态，通过放大微弱信号，并发现信号的变化从而探测出金属的存在。

综上所述，在本实例中，微处理器控制信号发生器产生两路频率完全相同正弦波信号，一路信号即发射信号经驱动后注入发射线圈，另一路信号即补偿信号用来给补偿线圈。这两路正弦波信号的相位差可以通过微控制器来调节。在金属探测设备上电后，微处理器控制信号发生器产生发射信号和补偿信号，同时监控接收到的信号的幅度。首先，通过逐步改变补偿信号和发射信号的相位差，直到找到对应的接收信号幅度最小时的相位值。然后微控制器固定此相位差，再逐步调节补偿信号的幅度值，同时监控接收到的信号的幅度变化，在补偿信号幅度的变化范围内，找到与此对应的接收信号幅度最小时的补偿信号的幅度值。在补偿线圈上施加前面找到的相位值和幅度值，在这个状态下接收信号幅度较小，由此获得接收线圈的平衡状态。

显然，本专利的上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利所作的举例，而并非是对本专利的实施方式的限定。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，其特征在于，包括发射线圈、接收线圈、补偿线圈、信号发生器、相关电路、微处理器、电源和声光报警装置；所述发射线圈、接收线圈、补偿线圈通过相关电路和信号发生器与微处理器连接，所述电源与声光报警装置与微处理器连接。

2.根据权利要求1所述的基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，其特征在于，所述相关电路包括功放电路、补偿信号幅度调节电路、接收信号处理电路；所述发射线圈与功放电路、信号发生器、微处理器依次连接；所述补偿线圈与功放电路、补偿信号幅度调节电路、微处理器依次连接；所述接收线圈与接收信号处理电路、微处理器依次连接；所述补偿信号幅度调节电路还与信号发生器连接。

3.根据权利要求2所述的基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，其特征在于，所述接收信号处理电路包括与接收线圈依次连接的放大电路和滤波电路。

4.根据权利要求2所述的基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，其特征在于，所述补偿信号幅度调节电路采用数字控制的精密电阻网络调节。

5.根据权利要求1所述的基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，其特征在于，所述发射线圈采用两组或两组以上的线圈结构。

6.根据权利要求1所述的基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，其特征在于，所述补偿线圈与接收线圈位于同一平面，或同一轴心，或绕在同一骨架上。

7.根据权利要求1所述的基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测设备，其特征在于，所述发射线圈与接收线圈的位置关系满足接收线圈处于平衡状态±5％以内。

8.基于权利要求1至7任一项所述的基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测方法，其特征在于，所述金属探测自动平衡补偿技术流程如下：

S1)初始化金属探测设备；

S2)金属探测设备进入自动调节平衡状态；

S3)通过微控制器控制调节补偿信号的相位；

S4)通过微控制器控制调节补偿信号的幅度；

S5)进入金属探测状态。

9.根据权利要求8所述的基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测方法，其特征在于，所述补偿技术流程中，步骤S3和步骤S4所述的微控制器控制调节补偿信号成功的判断条件为接收信号幅度最小。

10.根据权利要求8所述的基于金属探测自动平衡补偿技术的金属探测方法，其特征在于，所述步骤S2中的平衡状态是指所述发射线圈与接收线圈的位置关系满足接收线圈处于平衡状态±5％以内。