CN108254793B - 面向水域未爆弹的专用金属探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向水域未爆弹的专用金属探测器。面向水域未爆弹的专用金属探测器包括密封装置、金属探测器、压强控制系统。所述金属探测器设置于所述密封装置内部。所述压强控制系统设置于所述密封装置的内部，用于控制密封装置内部的压强。所述压强控制系统可以避免由于水下压力超过所述密封装置的压力承受能力，使所述金属探测器被破坏。

Description

面向水域未爆弹的专用金属探测器

技术领域

本发明涉及材料检测领域，特别是涉及一种面向水域未爆弹的专用金属探测器。

背景技术

日本在战败投降时，除了把其化学武器就地掩埋外，还将其中很大一部分投入江河湖泊中。由于水域未爆弹锈蚀、破损严重，对水域的污染后果严重，其回收工作刻不容缓，水下目标的探测定位、状态观察锁定工作是一切水下工作的基础，因此对水域未爆弹的探测技术进行研究具有十分重大的现实意义和紧迫性。

获取水域未爆弹的分布情况是一件十分困难的事情，水下环境是一个相比陆地环境更为复杂的世界，其基本的水下能见度、电磁衰减、水流、压差四个要素就决定了水下工作的难度，而水下目标的探测完全被前两个要素所限制，作业的成败、效率，很大程度上取决于目标的探测和水下观察。水域未爆弹的情况更为复杂，相对于陆地来说，其探测的难度更大，主要有两个难点：

一，水域情况各异，单一的技术手段难以满足要求。有的水域较深，如洞庭湖水深达30米，佳木斯松花江水深也在4～11米，而有的水域则较浅，如广州番禺明星村珠江水域，在落潮时一些炮弹即露出可见；有的水域流速大，有的流速小，甚至是静水，如：水库；有的炮弹露出淤泥表面，有的则深埋入淤泥，在佳木斯松花江发现点，由于长期采沙，现场形成约4米左右的深坑。水域未爆弹在泥沙中的埋藏深度，直接影响探测技术的适用条件，如果未爆弹露在淤泥表面，则采用水下摄像观察、声纳探测技术是比较合适的；如果未爆弹埋在淤泥中，且深度小于30厘米，则可以应用浅地层剖面探测技术；如果未爆弹在淤泥中埋藏深度大于30厘米以上，则水下磁力勘探可能是唯一合适的技术。

二，分布广、数量多，导致探测工作的效率成为一个突出的问题。在洞庭湖水域，需要探测的范围很大，要对几十平方公里，乃至上百平方公里的水域实施探测，其工作量之大可想而知。在广州珠江水域，不仅水深流急，而据目前所知是数十公里长的珠江水域都发现过未爆弹，其探测任务之艰巨超乎想象。未爆弹分布范围特别广泛，这就要求在确定探测技术方案时，首先应考虑的一个重要因素就是工作效率，以洞庭湖为例，目前初步调查发现有三个区域分布有日遗化学炮弹、毒气筒等，这三个区域相距数公里。根据历史资料，日军当时在侵华战争结束时，听到战争结束的消息后，开始投弃作业。关于遗弃化武的数量，一种说法约为5吨，一种说法约为7吨，遗弃的时间段在1945年8月 15日—9月初。为了保密，日军利用夜晚进行遗弃，但是由于数量大，故而一直持续到第二天中午。装了化武的日本船只在广阔的洞庭湖上，航行到哪里就把化武扔到哪里。要掌握洞庭湖中未爆弹分布范围这一准确信息，唯一的手段就是探测。但是，要完成如此大范围的水域探测，其工作量之艰巨可想而知。

二战过后，经过漫长的岁月，未爆弹的特征也在逐渐发生变化。根据广州渔民提供的线索，从广州市区内的天字码头到虎门大桥数十公里长的珠江航道都曾打捞到过废旧炮弹，其中包含未爆弹。在上世纪50年代到60年代，渔民用拖网还曾经从珠江主航道中打捞出整箱的未爆弹。炮弹箱是木质的，由于逐渐腐烂，进入70年代后就没有再发现整箱的未爆弹，而是零零散散被打捞出来。如今又过去了40年，不仅仅是木质炮弹箱，原先铁质的炮弹外壳也几乎完全锈蚀，其主要成分不再为铁。

为解决“水域未爆弹探测无遗漏”问题，基于水域未爆弹包装物锈蚀严重的特点，此发明另辟蹊径，选择铁锈为探测目标，摒弃传统的探测金属铁和钢的思路。大量的水域未爆弹探测实践证明，此发明不但解决了“探测无遗漏”问题，而且大大提高了探测的速度。但是，水中压力较大，金属探测器容易损坏，这都限制了金属探测器的应用范围。

发明内容

基于此，有必要针对传统的金属探测器由于水压作用容易损坏的问题，提供一种面向水域未爆弹的专用金属探测器。

一种面向水域未爆弹的专用金属探测器，包括

密封装置；

金属探测器，设置于所述密封装置内部；以及

压强控制系统，设置于所述密封装置的内部，用于控制所述密封装置内部的压强。

在其中一个实施例中，所述密封装置包括：

内层腔体和外层腔体，所述内层腔体设置于所述外层腔体的内部；

所述压强控制系统包括：

控制模块，气泵，所述气泵与所述控制模块连接，所述气泵设置于内层腔体和外层腔体之间。

在其中一个实施例中，所述内层腔体包围形成一个第一空间，所述内层腔体和所述外层腔体之间之间包围形成一个第二空间；

所述控制模块包括：

感压电路，用于感测所述第一空间与第二空间的第一压差信号，以及所述第二空间与所述外层腔体外侧的第二压差信号，并输出所述第一压差信号和所述第二压差信号的差值信号；以及

气泵控制电路，与所述感压电路连接，用于依据所述差值信号输出用于控制所述气泵动作的气泵控制信号。

在其中一个实施例中，所述感压电路包括：

电源V1；

压阻式感测器R20和压阻式感测器R21，依次串联于所述电源V1的正负极之间；

压阻式感测器R22、压阻式感测器R23，依次串联于所述电源V1的正负极之间；

电阻R24，所述电阻R24的一端连接于所述压阻式感测器R20和所述压阻式感测器R21之间，所述电阻R2的另一端连接于所述压阻式感测器R22和所述压阻式感测器R23之间；

所述压阻式感测器R20设置于所述外层腔体的外侧，所述压阻式感测器R23 设置于所述第二空间；

所述压阻式感测器R22设置于所述第二空间，所述压阻式感测器R21设置于所述第一空间。

在其中一个实施例中，所述气泵控制电路包括信号处理单元，所述信号处理单元与所述感压电路连接，用于根据所述差值信号输出第一电压比较信号。

在其中一个实施例中，所述气泵控制还包括：

三角波发生电路，所述三角波发生电路用于输出第二电压比较信号、

比较电路，所述信号处理单元和所述三角波发生电路分别与所述比较电路连接，用于输出所述气泵控制信号。

在其中一个实施例中，所述三角波发生电路，包括：

运算放大器U1、稳压管DZ1，和电阻R26，所述运算放大器U1的反向输入端接地，所述运算放大器U1的正向输入端依次通过所述电阻R26、所述稳压管DZ1接地；

电阻R28、电阻R27和运算放大器U2，所述运算放大器U1的输出端通过串联连接的所述电阻R28、电阻R27与所述运算放大器U2的反向输入端连接；

电阻R29，所述运算放大器U2的正向输入端通过所述电阻R29接地；

电容C10，连接于所述运算放大器U2的反向输入端和所述运算放大器U2 的输出端之间；以及

电阻R25，连接于所述运算放大器U1的正向输入端和所述运算放大器U2 的输出端之间。

在其中一个实施例中，所述外层腔体包括由外到内依次设置的热塑性聚氨酯弹性体橡胶、尼龙膜、聚偏二氯乙烯和聚酯无纺布。

在其中一个实施例中，所述金属探测器包括：

频率选择单元，用于调节探测信号频率；

发射线圈，与所述频率选择单元电连接，用于发射所述探测信号；

接收线圈，用于接收由被测物通过所述探测信号照射而发出的反射信号；

模数转换单元，与所述接收线圈电连接，用于将所述反射信号由模拟信号转换为数字信号；

控制单元，与所述模数转换单元电连接。

在其中一个实施例中，还包括人机交互模块，所述人机交互模块包括：

显示单元，设置于所述密封装置外侧，与所述控制单元连接，所述显示单元为荧光显示屏；

音频单元，设置于所述密封装置外侧，与所述控制单元连接。

本发明提供的面向水域未爆弹的专用金属探测器包括密封装置、金属探测器、和压强控制系统。压强控制系统设置于所述密封装置的内部。通过压强控制系统能够控制所述密封装置内部的压强，从而避免由于水下压力超过所述密封装置的压力承受能力，使所述金属探测器被破坏，并且增加了所述面向水域未爆弹的专用金属探测器在水下的活动范围。

附图说明

图1为本发明实施例提供的面向水域未爆弹的专用金属探测器结构图；

图2为本发明实施例提供的压强控制系统结构图；

图3为本发明实施例提供的感压电路示意图；

图4为本发明实施例提供的三角波发生电路示意图；

图5为本发明实施例提供的金属探测器结构图；

图6为本发明实施例提供的频率选择单元电路图；

图7为本发明实施例提供的发射端放大电路图；

图8为本发明实施例提供的稳压电路图；

图9为本发明实施例数字信号处理器示意图；

图10为本发明实施例复位电路图；

图11为本发明实施例晶振电路示意图；

图12为本发明实施例外部RAM示意图。

主要元件符号说明

面向水域未爆弹的专用金属探测器10、金属探测器20、密封装置140、内层腔体141、外层腔体142、第一空间143、第二空间144、压强控制系统150、气泵151、控制模块152、感压电路153、电源V2、压阻式传感器R20、压阻式传感器R21、压阻式传感器R22、压阻式传感器R23、电阻R24、气泵控制电路160、信号处理单元161、比较电路162、三角波发生电路163、频率选择单元 100、运算放大器110、放大电路120、频率选择电路130、发射线圈200、控制单元300、模数转换单元400、接收线圈500、接收端放大电路600、第一级放大电路610、第二级放大电路620、人机交互模块700、显示单元710、音频单元730、输入单元720、供电单元800、稳压电路810、发射端放大电路600、第一升压变压器650、第一原线圈610、第一副线圈611、第二副线圈612、第二升压变压器660、第二原线圈620、第三原线圈630、第三副线圈631、第一三极管670、第二三极管680。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及技术效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明的具体实施例进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

未爆弹的金属外壳多为铁制，而经过长时间的掩埋，铁与周围环境发生电化学或化学反应，改变了原有的化学、机械、物理等特性，这种现象称为铁的锈蚀。工业介质(工业废水、酸、碱、盐、二氧化硫、硫化氢、燃气等)和自然环境(海洋、土壤、大气、微生物等)都可能会对铁造成锈蚀。铁锈蚀时，铁原子变为离子状态，显著降低了塑性、强度、韧性等力学性质。除了历程不同，不同条件下的铁锈蚀的形态也分为多种情况：

1、均匀锈蚀

均匀锈蚀时，未爆弹的各个表面锈蚀速率接近，表现为整体变薄。均匀锈蚀也被成为全面锈蚀。

2、点锈蚀

很多未爆弹的外壳密度并不均匀，这导致其容易在局部形成较为严重的锈蚀，形成锈蚀小孔。这些小孔往往孔径小，但深度较深，且容易在易钝化的表面产生。

3、缝隙锈蚀

在未爆弹外壳的机械连接处，或者弹体与弹尾的焊接处，容易产生缝隙锈蚀。造成缝隙锈蚀的缝隙尺寸一般为0.025～0.1毫米，过小的缝隙会组织其他物质进入发生物理化学反应；过大的缝隙则会使缝隙内物质前移变容易，不会形成浓差电池。

4、晶间锈蚀

晶间锈蚀是铁晶界组分在锈蚀介质的溶解速率远高于晶粒本体的溶解速率，从而沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展产生局部锈蚀。晶间锈蚀主要原因是晶界区域晶粒的组织结构不同，因而电化学性质存在差异。晶间锈蚀造成金属材料的塑性、强度和韧性显著降低。

5、丝状锈蚀

一般未爆弹表面会涂上非金属涂层。而当涂层中含有氯化物时，其吸收空气中的水分，并渗透过涂层形成液滴。涂层下的液滴边缘与中心含氧量并不均匀，导致铁制品边缘容易发生吸氧腐蚀，产生大量氢氧根离子，从而降低液滴的表面张力，有助于液滴运动，形成丝状锈蚀。

未爆弹以炮弹居多，而且均含铁质。二战后，经过长时间的地下掩埋，炮弹弹体表面锈蚀严重，其主要成分由铁转化为铁锈。铁锈的成分很复杂，经分析确认，铁锈的成分主要是Fe2O3·H2O、FeOOH、FeO·H2O、Fe(OH)2、Fe3O4 ·XH2O等。各成分的比例随环境的不同而变化。本发明的金属探测器20，主要探测对象为氧化铁、四氧化三铁等铁磁性物质。当氧化铁、四氧化三铁、铁被磁化后，氧化铁、四氧化三铁的磁性要弱于金属铁。因此，本发明金属探测器20的发射频率范围大致在20～80kHz。

金属物质做切割磁感线运动时，根据楞次定律，金属内部产生涡流电流，并且其导致的二次磁场与原有发射线圈产生的磁场方向相反，进而改变了接收线圈的电流大小及相位，从而影响接收线圈的等效阻抗。等效阻抗可进一步分解为等效电阻和等效电感。在金属通过发射磁场区域时，接收线圈的等效电阻增大，而等效电感的变化与金属磁性相关。当金属导体为非磁性物质时，等效电感减小。当金属导体为磁性物质时，等效电感增大。同时，不同磁力系数的物质，其相位也不相同。研究表明，随着水下深度变深，相位并不发生明显变化。而相位同时也与物体的大小和方位无关。因此，通过等效阻抗幅值可以描述物质深度和大小。通过探测计算等效阻抗相位可以判断物质的种类。

金属探测器的发射线圈电流频率影响着探测性能。频率较低时，发射的电磁波更具有穿透性，能够达到更深的深度，但容易造成小型目标的漏检。频率较高时，可以检测小型目标，但损失了探测范围。同时每一种金属又对应特定的频率，即在该频率下更容易探测到对应的金属。探测物体的铁磁性强度是影响最佳探测频率的主要因素。一般来讲，铁对应的频率较低，而铁锈等亚铁磁性物质对应的频率较高。

目前金属探测器主要分为两种类别——全金属探测器和铁金属探测器。全金属探测器往往面向的是贵金属(金)，这些一般为非铁磁性物质，因此其对应的发射频率较高。与埋地金属的探测不同，水下探测的环境介质为水，其分子间距离较土壤而言更大。与埋地探测频率相比，应当采用绕射能力更强的电磁波，也就是应当适当降低探测频率。本发明的面向水域未爆弹的专用金属探测器，主要探测对象为氧化铁、四氧化三铁等铁磁性物质，但其磁性要弱于金属铁。因此，本发明探测器的发射频率范围大致在20～60kHz。

对于水域未爆弹，在不同环境下其主要成分也不尽相同。通常情况下水域未爆弹经过多年锈蚀，其主要成分为氧化铁和四氧化三铁。但在一些环境下，水下未爆弹与水域环境中的其他物质接触，经过物理化学变化，将转化成其他成分，例如氧化亚铁，铁氧合晶等。同时，一些未爆弹外壳质量较好，虽然有些锈蚀，但主要成分仍然为金属铁。对于以上三种情况，发射线圈的最佳电流频率显然并不相同，为了使不同环境下的探测工作达到最佳效果，需要设计多频切换技术。另外，除了组成成分，探测现场的自然环境也会略微影响探测物质的最佳探测频率。在不同的环境下应当对发射频率进行标定，以达到最佳的探测结果。而标定的过程，依赖于频率连续切换技术。

请参见图1-2，本发明实施例提供一种面向水域未爆弹的专用金属探测器 10。所述面向水域未爆弹的专用金属探测器10包括密封装置140、金属探测器 20、压强控制系统150。所述密封装置140可以用于保护设置在所述密封装置 140内部的金属探测器20，以防止当所述面向水域未爆弹的专用金属探测器10 进入水中后，由于水压使水进入所述面向水域未爆弹的专用金属探测器10内部，损坏设备。所述金属探测器20设置于所述密封装置140的内部。所述压强控制系统150设置于所述密封装置140的内部，用于控制密封装置140内部的压强，以防止所述金属探测器20因压力过大损坏。所述金属探测器20可以用于发射探测信号，并且可以改变探测信号的频率。本发明实施例通过设置在所述密封装置140的内部的压强控制系统150能够控制所述密封装置140内部的压强，从而避免由于水下压力超过所述密封装置140的压力承受能力，使所述金属探测器20被破坏，并且增加了所述面向水域未爆弹的专用金属探测器10在水下的活动范围。

在其中一个实施例中，所述密封装置140包括内层腔体141和外层腔体142。所述内层腔体141设置于所述外层腔体142内部。所述压强控制系统150包括控制模块152，气泵151。所述气泵151与所述控制模块152连接。所述气泵151 设置于内层腔体141和外层腔体142之间。所述控制模块152用于控制气泵151 的工作状态。所述气泵151可以用于改变内层腔体141体之间的压强差，从而避免所述面向水域未爆弹的专用金属探测器10被损坏。在其中一个实施例中，所述气泵151可以为微型电动气泵151VUY6002。

在其中一个实施例中，所述内层腔体141包围形成一个第一空间143，所述内层腔体141和所述外层腔体142之间包围形成一个第二空间144。所述控制模块152包括感压电路153、气泵控制电路160。所述感压电路153用于感测所述第一空间143与第二空间144的第一压差信号，以及所述第二空间144与所述外层腔体142外侧的第二压差信号。所述感压电路153可以通过所述第一压差信号和所述第二压差信号输出所述第一压差信号和所述第二压差信号的差值信号。所述气泵控制电路160与所述感压电路153连接。所述气泵控制电路160用于依据所述压差信号输出用于控制所述气泵151动作的气泵151控制信号。在其中一个实施例中，所述气泵151可以抽取所述第一空间143内的空气并释放到所述第二空间144内，以降低所述第一空间143、所述第二空间144、以及所述外层腔体142外侧的压强差。

请参见图3，在其中一个实施例中，所述感压电路153包括电源V1、压阻式感测器R20、压阻式感测器R21、压阻式感测器R22、压阻式感测器R23、电阻R24。所述压阻式感测器R20，所述压阻式感测器R21，依次串联于所述电源 V1的正负极之间。所述压阻式感测器R22、所述压阻式感测器R23依次串联于所述电源V1的正负极之间。所述电阻R24的一端连接于所述压阻式感测器R20，所述压阻式感测器R21之间。所述电阻R24的另一端连接于所述压阻式感测器 R22、所述压阻式感测器R23之间。所述压阻式感测器R20设置于所述外层腔体142的外侧。所述压阻式感测器R20用于测量所述外层腔体142的外侧的压强。所述压阻式感测器R23设置于所述第二空间144。所述压阻式感测器R23 用于测量所述第二空间144压强。所述压阻式感测器R22设置于所述第二空间 144，所述压阻式感测器R22用于测量所述第二空间144的压强。所述压阻式感测器R21设置于所述第一空间143。所述压阻式感测器R21用于测量所述第一空间143的压强。所述压阻式感测器R22、所述压阻式感测器R23、所述压阻式感测器R20、所述压阻式感测器R21的连接方式可以为桥式连接。在其中一个实施例中，所述电阻R24的阻值可以远大于所述压阻式感测器R22、所述压阻式感测器R23、所述压阻式感测器R20、所述压阻式感测器R21的阻值。因此电阻R24这条通路可视为断路，不影响原电路特性。所述压阻式感测器R20测量的压强与所述压阻式感测器R23测量的压强差为所述第二压差信号。所述压阻式感测器R21测量的压强与所述压阻式感测器R22测量的压强差为所述第一压差信号。所述电阻R24两端的电压可以正比于所述第二压差信号和所述第一压差信号的所述差值信号。

在其中一个实施例中，所述气泵控制电路160包括信号处理单元161。所述信号处理单元161与所述感压电路153连接，用于根据所述差值信号输出第一电压比较信号。所述信号处理单元161可以将类比信号转换为电信号。在其中一个实施例中，所述气泵151的抽气速率可以由pwm信号的占空比来控制。所述气泵151控制信号为可以为所述pwm信号。所述pwm信号的占空比可以为动态控制。在其中一个实施例中，所述第一电压比较信号可以通过PID控制器进行动态控制。被控物件为所述差值信号。所述PID控制器输出信号为所述第一电压比较信号。

在其中一个实施例中，所述气泵控制电路160还包括三角波发生电路163 和比较电路162。所述三角波发生电路163用于输出第二电压比较信号。所述信号处理单元161和所述三角波发生电路163分别与所述比较电路162连接，用于输出所述气泵151控制信号。所述第一电压比较信号和所述第二电压比较信号比较。当所述第二电压比较信号大于所述第一电压比较信号时所述比较电路 162输出高电平。当所述第二电压比较信号小于所述第一电压比较信号时所述比较电路162输出低电平。所述比较电路162输出高电平时，所述气泵151抽气。

请参见图4，在其中一个实施例中，所述三角波发生电路163包括运算放大器U1，稳压管DZ1、电阻R28、电阻R27、电阻R26、运算放大器U2，电阻 R29、电容C10、电阻R25。所述运算放大器U1的反向输入端接地。所述运算放大器U1的正向输入端依次通过所述电阻R26、所述稳压管DZ1接地。所述运算放大器U1的输出端通过串联连接的所述电阻R28、电阻R27与所述运算放大器U2的反向输入端连接。所述运算放大器U2的正向输入端通过所述电阻R29 接地；所述电容C10连接于所述运算放大器U2的反向输入端和所述运算放大器 U2的输出端之间。所述电阻R25连接于所述运算放大器U1的正向输入端和所述运算放大器U2的输出端之间。三角波的幅值可以为R6/R7*DZ，周期为 4*R6*R8*C1/R7。

在其中一个实施例中，所述外层腔体142包括外到内依次设置的热塑性聚氨酯弹性体橡胶层、尼龙膜层、聚偏二氯乙烯层、聚酯无纺布层。所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶层具有耐磨、耐低温、耐老化的有益效果。所述尼龙膜层机械强度高，品质轻。所述聚偏二氯乙烯层不会影响所述金属探测器20的性能。所述聚酯无纺布层具有良好的耐磨性。

请参见图5，在其中一个实施例中，所述金属探测器20包括频率选择单元 100、发射电路200、接收电路500、模数转换单元400、控制单元300。所述频率选择单元100用于调节探测信号的频率。所述发射电路200与所述频率选择单元100连接，用于发射所述探测信号。所述接收电路500用于接收被测物发出的反射信号。所述模数转换单元400与所述接收电路500连接，用于将模拟信号转换为数字信号。所述控制单元300，与所述模数转换单元400连接。所述频率选择单元100通过改变所述发射电路200的电流频率改变所述探测信号的频率。

所述控制单元300用于对接收到的所述数字信号进行处理以便于观测，并可以控制所述面向水域未爆弹的专用金属探测器10的工作状态。所述面向水域未爆弹的专用金属探测器10通过设置频率选择单元100能够调节输出的所述探测信号的频率，从而能够探测不同的铁的化合物，提高了探测的精准度。

请参见图6，在其中一个实施例中，所述频率选择单元100还包括运算放大器110、放大电路120、频率选择电路130。所述放大电路120包括电阻R4。所述电阻R4的两端分别与所述运算放大器110的反向输入端和输出端相连接。所述放大电路120还包括可变电阻R1。所述可变电阻R1的一端接地，另一端与所述运算放大器110的反向输入端连接。所述频率选择电路130包括可变电容 C1、可变电阻R2、可变电容C2、可变电阻R3。所述可变电容C1的一端和所述可变电阻R2的一端接地。所述可变电容C1的另一端和所述可变电阻R2的另一端连接与所述运算放大器110的正输入端连接。所述可变电容C2、所述可变电阻R3串联于所述运算放大器110的反向输入端和所述运算放大器110的输出端之间。所述频率选择电路130用于改变探测信号的频率。所述频率选择电路130和所述放大电路120配合采用正反馈反馈的机制进行放大。其中，反馈系数F为所述运算放大器110的正输入端的电压和所述运算放大器110的输出端的电压的比值。因此，反馈系数其中，k为实数， R2＝R3＝R,C1＝C2＝C，由此可知当频率或者时，放大电路120的放大倍数需略大于(k*k+2)/(k*k)，则可以将频率f为的正弦波分离出来。而其它频率的分量则由于放大倍数小于1而衰减至0，从而产生正弦波。为保证放大电路120的放大倍数略大于(k*k+2)/(k*k)，需要使R4/R1略大于2。通过f的运算式可知，通过改变R、C的值就可以改变频率选择单元100输出的正弦波的频率。因此改变所述可变电阻R2、R3，所述可变电容C1、C2即可改变选择单元输出的正弦波的频率。在其中一个实施例中，可以使用开关和一些值差别较大的电容来实现频率的粗调，使用数字电位器调整电阻来实现频率的细调。

在其中一个实施例中，所述频率选择单元100还包括用于控制反馈电压幅值的稳压管Dz。所述稳压管Dz连接于所述运算放大器110的反向输入端和所述运算放大器110的输出端之间。由于所述放大电路120采用正反馈的机制进行放大，因而需要对输出电压加以限制，所述稳压管Dz可以对输出电压加以限制。

请参见图7，在其中一个实施例中，所述面向水域未爆弹的专用金属探测器 10还包括连接于所述频率选择单元100和所述发射电路200之间的发射端放大电路600。所述发射端放大电路600包括第一升压变压器650、第二升压变压器 660、第一三极管670、第二三极管680。所述第一升压变压器650，包括一个第一原线圈610，以及两个串联的第一副线圈611和第二副线圈612，所述第一原线圈610与所述频率选择单元100连接。所述第二升压变压器660，包括两个串联的第二原线圈620、第三原线圈630，以及一个第三副线圈631。所述第一副线圈611的一端与所述第一三极管670的基极连接，所述第一副线圈611的另一端接地，所述第一三极管670的发射极接地，所述第一三极管670的集电极与所述第二原线圈620的一端连接，所述第二原线圈620的另一端与电源V1的正极连接。所述第二副线圈612的一端与所述第二三极管680的基极连接，所述第二副线圈612的另一端接地，所述第二三极管680的发射极接地，所述第二三极管680的集电极与所述第三原线圈630的一端连接，所述第三原线圈630 的另一端与电源V1的正极连接。所述发射端放大电路可以为推挽式放大电路。在其中一个实施例中，从所述频率选择单元100向所述第一升压变压器650输入的信号使得所述第一升压变压器650电压的电压记性为上正下负时，所述第一三极管670导通，所述第二三极管680截止。当下负上正时，所述第一三极管670截止，所述第二三极管680导通。

所述第一升压变压器650可以用于提高所述频率选择单元100输出的电压。所述第二升压变压器660用于增大负载的原边等效电阻，以提高用电效率，减小由于发射线圈电阻较小造成的功率损失。

在其中一个实施例中，所述发射电路200还包括发射线圈。所述发射线圈与所述第三副线圈631连接。

在其中一个实施例中，所述接收电路还包括用于接收信号的接收线圈。所述发射线圈和所述接收线圈可以为金属材料。所述发射线圈和所述接收线圈的形状不限，可以为矩形、圆形等，只要便于发射或接收信号即可。在其中一个实施例中，所述发射线圈和所述接收线圈为矩形，大小可以为40×120cm。所述发射线圈和所述接收线圈可以由铜制成。在其中一个实施例中，所述发射线圈和所述接收线圈在同一平面间隔设置。所述发射线圈和所述接收线圈在同一平面间隔设置能够减少两个线圈之间的相互干扰。在连接所述发射线圈和所述接收线圈的导线的表面可以包裹绝缘油纸。加强对所述发射线圈和所述接收线圈的保护。

在其中一个实施例中，所述接收线圈还包括接收端放大线圈。所述接收端放大线圈连接于所述接收线圈和所述模数转换单元400之间。所述接收端放大线圈可以放大接收的信号。在其中一个实施例中，所述接收端放大线圈可以与上述发射端放大电路600的结构相同，这里不再赘述。

在其中一个实施例中，所述面向水域未爆弹的专用金属探测器10还包括人机交互模块700。所述人机交互模块700包括显示单元710，输入单元720。所述显示单元710和所述输入单元720分别与所述控制单元300连接。所述显示单元710用于显示测量结果。所述显示单元710可以包括液晶显示屏。所述显示测量结果可以包括金属类型和所在方位。当前的发射频率、接收线圈的频率和相位等信息也可以通过所述显示单元710显示。所述液晶显示屏的型号可以为LCD12864。LCD12864可以显示中文字元，使用方便，价格低廉。为使用其显示汉字的功能，我们采用点阵式LCD。LCD12864与同类型的图形点阵显示模组相比，电路结构和软体程式设计都要更为简洁，LCD12864具体的参数如下：

1、电源电压3.3V。

2、显示解析度为128×64。

3、内置汉字字形档，提供8192个16×16点阵汉字。

4、内置128个16×8点阵字元。

5、2MHz时钟频率。

6、显示方式：STN、半透、正显。

7、驱动方式：1/33DUTY，1/6BIAS。

8、视角方向：6点。

9、通讯方式：串列、并口可选。

10、内置DC-DC转换电路，无需外加负压。

11、无需片选信号，简化软体设计。

12、工作温度：0℃～55℃，存储温度：-20℃～60℃。

LCD12864引脚分布如下：

1、VSS：地。

2、VCC：电源，连接+3.3V

3、V0：对比度调整负端

4、RS：控制信号，RS＝0时表示资料线上为指令资料，RS＝1时表示资料线上为显示资料。

5、R/W：读写控制信号。高电平时表示资料线可读，低电平时表示资料线被写。

6、E：使能信号。配合R/W进行资料读写。

7～14：三态数据线

15、PSB：并行或序列介面选择。低电平时为串列，高电平时为并行。

16、NC：空脚

17、/RESET：复位端。低电平有效。

18、VOUT：对比度调整正端。

19、LED_A，背光源正端，连接+3.3V。

20、LED_K，背光源负端。接地。

所述输入单元720可以为键盘。所述键盘可以用于实现资料和控制命令的输入。所述键盘的原理是通过按键来控制多个开关，这些开关单独作用或组合作用于特定的功能。在其中一个实施例中，所述输入单元72为独立连接式键盘。所述独立连接式的键盘的每一个按键都会作为一个独立的输入而传入数据线。所述键盘主要监测按键，并根据按键类型对工作模式进行调整。键盘功能主要包括探测频率切换和频率连续切换。探测频率切换可以在三个大的频率范围之间切换。频率连续切换可以在小范围内改变频率值。

在其中一个实施例中，所述面向水域未爆弹的专用金属探测器10还包括供电单元800。所述供电单元800与所述控制单元300、所述模数转换单元400和所述频率选择单元100电连接。

在其中一个实施例中，所述供电单元800可以为直流电源V1、所述直流电源V1可以为中航锂电的CA100FI电池，该电池的供电电压为3.2V，可以满足所述控制单元300的供电要求。其中所述直流电源V1可以直接为所述频率选择单元，所述显示单元710和所述输入单元720供直流电。在其中一个实施例中，可以通过AS1345D芯片对所述中航锂电电池进行升压稳压至12V，再给频率选择单元100中的运算放大器供电。在其中一个实施例中，可以通过AS1345D芯片对所述中航锂电电池进行升压稳压至5.25V，再通过AS1335芯片降压至5V 给模数转换单元400供电，或者降压为3.3V给控制单元300供电。

请参见图8，在其中一个实施例中，所述供电单元800和所述控制单元300、所述模数转换单元400、所述频率选择单元100之间连接有稳压电路810。所述稳压电路810包括串联于所述供电单元800两端的电阻R19、稳压管D1，所述稳压管D1与所述控制单元300并联。所述稳压电路810用于保障输入所述控制单元300和所述模数转换单元400的电压的稳定性。

请参见图9-11，在其中一个实施例中，所述控制单元300可以包括数字信号处理器，以及复位电路950。所述复位电路950的VCC接口接电源。所述RESET 接口接所述数字信号处理器。所述控制单元300还可以包括晶振电路960。所述晶振电路960用于来设置计数器的间隔。所述晶振电路960包括依次串联的电容C11、电容C12和晶振器X1。其中所述电容C11、所述电容C12的中间接地。

请参见图12，在其中一个实施例中，所述控制单元300还包括外部RAM。所述RAM可以为CY7C1019。所述RAM可以与所述数字信号处理器连接。

在其中一个实施例中，所述模数转换单元可以为AD7858芯片。AD7858芯片具有8个输入通道，采样频率可达200kHz。所述数字信号处理器通过SPI串口配置DC2289。所述DC2289位数为24位，采样率为1MHz，大于80kHz的 10倍，可以完好描述接收信号的波形。所述AD7858内部具有1个控制寄存器， 1个ADC资料输出寄存器、1个状态寄存器、1个测试寄存器和10个校准寄存器。需为了避免FFT后发生的频谱混叠现象，AD转换的采样频率必须高于最高频率的两倍。

在其中一个实施例中，输入信号经过所述模数转换单元400转换后，可以得到数字化的接收信号。由于环境往往较为复杂，导致接收信号不再是单一频率的正弦波，而往往是多种频率混合而成的信号。因此需要将信号转化到频域进行频率分析，找到频率中的主要部分。在收到模数转换单元转换后的时域离散信号后，使用FFT将信号转化到频域。由于之前的模数转换单元转换使用了足够高的采样频率，因此这里FFT不会发生混叠现象。

设发射频率为f，快速傅里叶变换处理长度为l，采样频率为F，则发射频率对应的离散傅里叶变换(DFT)点位置n满足如下关系式：

nF＝lf

分别对发射信号和接收信号进行FFT分析，得到它们主频的数字信息，并求出对应相位改变情况。

最后根据频率和相位的资讯可以得到物质的类型、大小和方向。

或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种面向水域未爆弹的专用金属探测器，其特征在于，包括

密封装置(140)；

金属探测器(20)，设置于所述密封装置(140)内部；以及

压强控制系统(150)，设置于所述密封装置(140)的内部，用于控制所述密封装置(140)内部的压强；

所述密封装置(140)包括：

内层腔体(141)和外层腔体(142)，所述内层腔体(141)设置于所述外层腔体(142)的内部；所述内层腔体(141)包围形成一个第一空间(143)，所述内层腔体(141)和所述外层腔体(142)之间包围形成一个第二空间(144)；

所述压强控制系统(150)包括控制模块(152)，气泵(151)，所述气泵(151)与所述控制模块(152)连接，所述气泵(151)设置于内层腔体(141)和外层腔体(142)之间；所述控制模块(152)包括：

感压电路(153)，用于感测所述第一空间(143)与第二空间(144)的第一压差信号，以及所述第二空间(144)与所述外层腔体(142)外侧的第二压差信号，并输出所述第一压差信号和所述第二压差信号的差值信号；以及

气泵控制电路(160)，与所述感压电路(153)连接，用于依据所述差值信号输出用于控制所述气泵(151)动作的气泵(151)控制信号；

所述感压电路(153)包括：

电源V1；

压阻式感测器R20和压阻式感测器R21，依次串联于所述电源V1的正负极之间；

压阻式感测器R22、压阻式感测器R23，依次串联于所述电源V1的正负极之间；

电阻R24，所述电阻R24的一端连接于所述压阻式感测器R20和所述压阻式感测器R21之间，所述电阻R24的另一端连接于所述压阻式感测器R22和所述压阻式感测器R23之间；

所述压阻式感测器R20设置于所述外层腔体(142)的外侧，所述压阻式感测器R23设置于所述第二空间(144)；

所述压阻式感测器R22设置于所述第二空间(144)，所述压阻式感测器R21设置于所述第一空间(143)；

所述金属探测器(20)包括频率选择单元(100)，用于调节探测信号频率，所述频率选择单元(100)还包括运算放大器(110)、放大电路(120)、频率选择电路(130)；所述放大电路(120)包括电阻R4，所述电阻R4的两端分别与所述运算放大器(110)的反向输入端和输出端相连接，所述放大电路(120)还包括可变电阻R1，所述可变电阻R1的一端接地，另一端与所述运算放大器(110)的反向输入端连接；所述频率选择电路(130)包括可变电容C1、可变电阻R2、可变电容C2、可变电阻R3，所述可变电容C1的一端和所述可变电阻R2的一端接地，所述可变电容C1的另一端和所述可变电阻R2的另一端连接与所述运算放大器(110)的正输入端连接，所述可变电容C2、所述可变电阻R3串联于所述运算放大器(110)的反向输入端和所述运算放大器(110)的输出端之间。

2.如权利要求1所述的面向水域未爆弹的专用金属探测器，其特征在于，

所述气泵控制电路(160)包括信号处理单元(161)，所述信号处理单元(161)与所述感压电路(153)连接，用于根据所述差值信号输出第一电压比较信号。

3.如权利要求2所述的面向水域未爆弹的专用金属探测器，其特征在于，所述气泵(151)控制还包括：

三角波发生电路(163)，所述三角波发生电路(163)用于输出第二电压比较信号、

比较电路(162)，所述信号处理单元(161)和所述三角波发生电路(163)分别与所述比较电路(162)连接，用于输出所述气泵(151)控制信号。

4.如权利要求3所述的面向水域未爆弹的专用金属探测器，其特征在于，

所述三角波发生电路(163)，包括：

运算放大器U1、稳压管DZ1，和电阻R26，所述运算放大器U1的反向输入端接地，所述运算放大器U1的正向输入端依次通过所述电阻R26、所述稳压管DZ1接地；

电阻R28、电阻R27和运算放大器U2，所述运算放大器U1的输出端通过串联连接的所述电阻R28、电阻R27与所述运算放大器U2的反向输入端连接；

电阻R29，所述运算放大器U2的正向输入端通过所述电阻R29接地；

电容C10，连接于所述运算放大器U2的反向输入端和所述运算放大器U2的输出端之间；以及

电阻R25，连接于所述运算放大器U1的正向输入端和所述运算放大器U2的输出端之间。

5.如权利要求1所述的面向水域未爆弹的专用金属探测器(20)，其特征在于，所述外层腔体(142)包括由外到内依次设置的热塑性聚氨酯弹性体橡胶、尼龙膜、聚偏二氯乙烯和聚酯无纺布。

6.如权利要求1所述的面向水域未爆弹的专用金属探测器，其特征在于，所述金属探测器(20)包括：

发射电路(200)，与所述频率选择单元(100)电连接，用于发射所述探测信号；

接收电路(500)，用于接收由被测物通过所述探测信号照射而发出的反射信号；

模数转换单元(400)，与所述接收电路(500)电连接，用于将所述反射信号由模拟信号转换为数字信号；

控制单元(300)，与所述模数转换单元(400)电连接。

7.如权利要求6所述的面向水域未爆弹的专用金属探测器，其特征在于，还包括人机交互模块(700)，所述人机交互模块(700)包括：

显示单元(710)，设置于所述密封装置(140)外侧，与所述控制单元(300)连接，所述显示单元为荧光显示屏；

音频单元(730)，设置于所述密封装置(140)外侧，与所述控制单元(300)连接。