CN108387939A - 面向埋地日遗化武的专用金属探测器 - Google Patents

面向埋地日遗化武的专用金属探测器 Download PDF

Info

Publication number
CN108387939A
CN108387939A CN201711479004.2A CN201711479004A CN108387939A CN 108387939 A CN108387939 A CN 108387939A CN 201711479004 A CN201711479004 A CN 201711479004A CN 108387939 A CN108387939 A CN 108387939A
Authority
CN
China
Prior art keywords
unit
frequency
chemical weapons
special
metal detector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711479004.2A
Other languages
English (en)
Inventor
郑小平
杨叶青
耿华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201711479004.2A priority Critical patent/CN108387939A/zh
Priority to US16/233,113 priority patent/US20200003926A1/en
Priority to PCT/CN2018/075039 priority patent/WO2019127842A1/zh
Publication of CN108387939A publication Critical patent/CN108387939A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/02—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with propagation of electric current
    • G01V3/04—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with propagation of electric current using dc
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/80—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating mechanical hardness, e.g. by investigating saturation or remanence of ferromagnetic material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/06—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into an amplitude of current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9046—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents by analysing electrical signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/083—Controlled source electromagnetic [CSEM] surveying
    • G01V2003/084—Sources
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/083—Controlled source electromagnetic [CSEM] surveying
    • G01V2003/085—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/38—Processing data, e.g. for analysis, for interpretation, for correction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明公开了一种面向埋地日遗化武的专用金属探测器，包括频率选择单元，用于调节探测信号频率。发射电路，与所述频率选择单元电连接，用于发射所述探测信号。接收电路，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，与所述接收电路电连接，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。所述频率选择单元可以切换不同的输出信号的频率，从而能够探测不同的铁的化合物，从而提高了探测的精准度。

Description

面向埋地日遗化武的专用金属探测器
技术领域
本发明涉及材料检测领域，特别是涉及一种面向埋地日遗化武的专用金属 探测器。
背景技术
二次世界大战末期，日本政府在中国和东南亚受害国家遗弃了大量的化学 武器(简称“日遗化武”)。日遗化武填充物往往是芥子气、路易氏剂、二苯氰 胂、二苯氯胂、光气、苯氯乙酮、溴化苄基、氢氰酸等，形成了剧毒的化学炮 弹、化学航空炸弹、毒气筒、毒剂桶四大类。这些日遗化武历经70年后，已经 锈蚀严重，表面疏松多孔，大部分已发生泄漏，对人民的生命财产安全和生态 环境等造成了严重危害。日本政府以缺乏资料为由，至今拒不向中国政府提供 其遗弃在华化武的数量及分布。历史资料表明，日本曾经在我国至少19个省市 自治区使用过化武，分别为：黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山西、河北、安徽、 江苏、浙江、江西、河南、湖北、湖南、广东、广西、福建、陕西、山东、上 海；随着生产活动的增加，日遗化武发现点的数量也会相应增加。目前在中国 的黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山西、河北、北京、天津、安徽、江苏、浙江、 江西、河南、湖北、湖南、广东、广西等已经发现日遗化武。分布广和毒性强 是日遗化武的重要特点。
日本当时遗弃剩余的化学武器，主要是在地下挖坑或山上挖洞进行掩埋(简 称“埋地日遗化武”)。埋地日遗化武的埋地深度多数不超过5米。对于散落的 炮弹，深度多为0—2米；对于埋藏在山洞、隧道中的炮弹，深度多在2—5米。 但在河北唐山一个深达100米的废弃矿井中，也发现有日遗化武。日遗化武分 布十分广泛，埋藏情况复杂；有的位于居民区，如黑龙江北安；有的位于林区， 如吉林敦化莲花泡林场；有的位于山地，如河北石家庄鹿泉。较之地下管网和 金属而言，埋地深和探测环境复杂是日遗化武的重要特点。
日遗化武化学炮弹按口径划分主要包括75mm、90mm、105mm、150mm四 类；。日遗化武化学航空炸弹直接一般是100mm和198mm；，日遗化武毒气筒口 径一般是290mm、114mm、50mm；日遗化武毒剂桶直径一般是470mm、400mm、 325mm。因此，较之地下管网而言，目标小是日遗化武的又一重要特点。
日遗化武属于未爆弹，未爆弹可以分为未锈蚀、部分锈蚀和严重锈蚀。德 国和意大利对二战欧洲未爆弹的处置，属于未锈蚀未爆弹；在随后的几十年中， 也发现了少量部分锈蚀的未爆弹。从探测技术而言，二战欧洲未爆弹因为其锈 蚀不严重，其包装物主要是钢铁，因此采用全金属探测器或者铁金属探测器是 能够满足需求的。由于日本政府长期未履行日遗化武的探测处置义务，历经70 年，致使目前日遗化武严重锈蚀，其包装物更多已经不是金属铁和钢，而是铁 锈。多年的探测实践证明，锈蚀严重的日遗化武，采用全金属探测器和铁金属 探测器，均存在探测遗漏问题。
为解决“埋地日遗化武探测无遗漏”问题，基于埋地日遗化武包装物锈蚀 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。大量的埋地日遗化武探测实践证明，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。
发明内容
基于此，有必要针对传统的全金属探测器和铁金属探测器探测日遗化武存 在的遗漏问题，提供一种提高探测效率和探测准度的面向埋地日遗化武的专用 金属探测器。
一种面向埋地日遗化武的专用金属探测器，包括：
频率选择单元，用于调节探测信号频率；
发射电路，与所述频率选择单元电连接，用于发射所述探测信号；
接收电路，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，与所述接收电路电连接，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，所述频率选择单元还包括：
运算放大器；
放大电路，包括：
电阻R4，两端分别与所述运算放大器的反向输入端和输出端相连接；
电阻R1，一端接地，另一端与所述运算放大器的反向输入端电连接；
频率选择电路，包括：
可变电容C1和可变电阻R2，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的另一端与所述 运算放大器的正输入端连接；
可变电容C2和可变电阻R3，串联于所述运算放大器的反向输入端和所 述运算放大器的输出端之间。
在其中一个实施例中，所述频率选择单元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的反向输入端和所述运算放 大器的输出端之间。
在其中一个实施例中，还包括连接于所述频率选择单元和所述发射电路之 间的发射端放大电路，所述发射端放大电路包括：
第一升压变压器，包括一个第一原线圈，以及串联的第一副线圈和第二副 线圈，所述第一原线圈与所述频率选择单元连接；
第二升压变压器，包括串联的第二原线圈、第三原线圈，以及一个第三副 线圈；
第一三极管，所述第一副线圈的一端与所述第一三极管的基极连接，所述 第一副线圈的另一端接地，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的 集电极与所述第二原线圈的一端连接，所述第二原线圈的另一端与电源V1的正 极连接；
第二三极管，所述第二副线圈的一端与所述第二三极管的基极连接，所述 第二副线圈的另一端接地，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的 集电极与所述第三原线圈的一端连接，所述第三原线圈的另一端与电源V1的正 极连接。
在其中一个实施例中，所述发射电路还包括发射线圈，所述发射线圈与所 述第三副线圈连接。
在其中一个实施例中，所述接收电路还包括依次连接的接收线圈和接收端 放大电路，所述接收端放大电路与所述模数转换单元连接。
在其中一个实施例中，所述接收电路还包括接收端放大电路，所述接收端 放大电路连接于所述接收线圈和所述模数转换单元之间。
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：
显示单元和输入单元，分别与所述控制单元电连接。
在其中一个实施例中，还包括：
供电单元，与所述控制单元、所述模数转换单元和所述频率选择单元电连接。
在其中一个实施例中，所述供电单元和所述控制单元、所述模数转换单元、 所述频率选择单元之间连接有稳压电路，所述稳压电路包括串联于所述供电单 元两端的电阻R19、稳压管D1，所述稳压管D1与所述控制单元并联。
本发明提供的面向埋地日遗化武的专用金属探测器包括频率选择单元、发 射电路、接收电路、模数转换单元、模数转换单元、控制单元。所述频率选择 单元用于调节探测信号频率。所述发射电路与所述频率选择单元电连接，用于 发射所述探测信号。所述接收电路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。所述模数转换单元与所述接收电路电连接，用于将所述反射 信号由模拟信号转换为数字信号。所述控制单元与所述模数转换单元电连接。 所述频率选择单元可以切换不同的输出信号的频率，从而能够探测不同的铁的 化合物，从而提高了探测的精准度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的面向埋地日遗化武的专用金属探测器系统图；
图2为本发明实施例提供的频率选择单元电路图；
图3为本发明实施例提供的发射端放大电路图；
图4为本发明实施例提供的稳压电路图；
图5为本发明实施例数字信号处理器示意图；
图6为本发明实施例复位电路图；
图7为本发明实施例晶振电路示意图；
图8为本发明实施例外部RAM示意图。
主要元件符号说明
面向埋地日遗化武的专用金属探测器10、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、发射电路200、控制单元300、模数转 换单元400、接收电路500、人机交互模块700、显示单元710、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。
日遗化武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。工业介质和自然环境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，日遗化武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
很多日遗化武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
在日遗化武外壳的机械连接处，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
一般日遗化武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。
日遗化武以炮弹居多，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。本发明的面向埋地日遗 化武的专用金属探测器10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，本发明的面向埋地日遗化武的专用金属探测器10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电路产生的磁场方向相反，进而改变了接收 电路的电流大小及相位，从而影响接收电路的等效阻抗。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，接收电路的等效电阻 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。
金属探测器的发射电路的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，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。本发明的面向水域日遗化武金属探测器，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，本发明所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器10的发射频率范围大 致在20～80kHz。
请参见图1，本发明实施例提供一种面向埋地日遗化武的专用金属探测器 10。所述面向埋地日遗化武的专用金属探测器10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 可以控制所述面向埋地日遗化武的专用金属探测器10的工作状态。所述面向埋 地日遗化武的专用金属探测器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2，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3，在其中一个实施例中，所述面向埋地日遗化武的专用金属探测 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，所述面向埋地日遗化武的专用金属探测器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720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，所述面向埋地日遗化武的专用金属探测器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4，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5-7，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8，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 (10)

1.一种面向埋地日遗化武的专用金属探测器，其特征在于，包括：
频率选择单元(100)，用于调节探测信号频率；
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。
2.如权利要求1所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器，其特征在于，所述频率选择单元(100)还包括：
运算放大器(110)；
放大电路(120)，包括：
电阻R4，两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；
电阻R1，一端接地，另一端与所述运算放大器(110)的反向输入端电连接；
频率选择电路(130)，包括：
可变电容C1和可变电阻R2，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的另一端与所述运算放大器(110)的正输入端连接；
可变电容C2和可变电阻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。
3.如权利要求2所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器，其特征在于，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。
4.如权利要求1所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器，其特征在于，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)，包括一个第一原线圈(610)，以及串联的第一副线圈(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；
第二升压变压器(660)，包括串联的第二原线圈(620)、第三原线圈(630)，以及一个第三副线圈(631)；
第一三极管(670)，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；
第二三极管(680)，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。
5.如权利要求4所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器，其特征在于，所述接收电路还包括依次连接的接收线圈和接收端放大电路，所述接收端放大电路与所述模数转换单元(400)连接。
7.如权利要求6所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器，其特征在于，所述接收电路还包括接收端放大电路，所述接收端放大电路连接于所述接收线圈和所述模数转换单元(400)之间。
8.如权利要求1所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器，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)和输入单元(720)，分别与所述控制单元(300)电连接。
9.如权利要求1所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器，其特征在于，还包括：
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。
10.如权利要求9所述的面向埋地日遗化武的专用金属探测器，其特征在于，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。
CN201711479004.2A 2017-12-29 2017-12-29 面向埋地日遗化武的专用金属探测器 Pending CN108387939A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711479004.2A CN108387939A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 面向埋地日遗化武的专用金属探测器
US16/233,113 US20200003926A1 (en) 2017-12-29 2018-02-02 Metal detector for buried and abandoned chemical weapons
PCT/CN2018/075039 WO2019127842A1 (zh) 2017-12-29 2018-02-02 面向埋地日遗化武的专用金属探测器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711479004.2A CN108387939A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 面向埋地日遗化武的专用金属探测器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108387939A true CN108387939A (zh) 2018-08-10

Family

ID=63076615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711479004.2A Pending CN108387939A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 面向埋地日遗化武的专用金属探测器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20200003926A1 (zh)
CN (1) CN108387939A (zh)
WO (1) WO2019127842A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110161569A (zh) * 2019-06-06 2019-08-23 北京卫星环境工程研究所 探测地下金属氧化物的装置和方法
CN110208864A (zh) * 2019-06-06 2019-09-06 海南电网有限责任公司白沙供电局 一种地下金属探测系统及其探测方法
CN110525921A (zh) * 2019-09-29 2019-12-03 神华神东煤炭集团有限责任公司 皮带输送机金属检测方法及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1834690A (zh) * 2006-04-12 2006-09-20 郭有军 通过式金属探测系统
CN102298159A (zh) * 2010-06-22 2011-12-28 上海多科电子科技有限公司 金属检测机
CN202166750U (zh) * 2011-08-04 2012-03-14 上海天巡电子设备有限公司 金属探测器
CN103645515A (zh) * 2013-09-13 2014-03-19 中国人民解放军防化学院 一种探测水域日本遗弃化学武器的方法
CN204832545U (zh) * 2015-08-04 2015-12-02 上海廿一世纪电子设备有限公司 金属探测仪
CN204989502U (zh) * 2015-08-25 2016-01-20 上海廿一世纪电子设备有限公司 金属探测仪
CN105846824A (zh) * 2016-03-25 2016-08-10 东莞市华盾电子科技有限公司 信号放大电路、其构成的金属探测器及信号放大方法
CN107102363A (zh) * 2017-05-02 2017-08-29 电子科技大学 一种金属物体探测装置及金属探测方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3562659A (en) * 1968-11-29 1971-02-09 Krohn Hite Corp Wide band transistor amplifiers with reduction in number of amplifying stages at higher frequencies
US3824497A (en) * 1973-07-20 1974-07-16 Us Navy High-purity, frequency-stable, adjustable, wien-bridge, oscillator
US3851276A (en) * 1974-04-15 1974-11-26 Rca Corp Oscillator using controllable gain differential amplifier with three feedback circuits
US4641566A (en) * 1983-06-22 1987-02-10 Pomeroy Robert L Method for detecting buried land mines by non-destructive means
US5942899A (en) * 1997-07-28 1999-08-24 Aerojet-General Corporation Hyperspectral radiometric mine detector based upon sensing microwave brightness temperature and interference contrast signatures
US6967574B1 (en) * 2003-01-21 2005-11-22 The Johns Hopkins University Multi-mode electromagnetic target discriminator sensor system and method of operation thereof
IL158280A0 (en) * 2003-10-03 2004-08-31 Amit Weisman A security device
US10768330B2 (en) * 2015-07-22 2020-09-08 Metrotech Corporation System and method for locating a marker using a locator with multiple transmitters
CN205720711U (zh) * 2016-03-25 2016-11-23 东莞市华盾电子科技有限公司 一种用于金属探测器的信号数字处理系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1834690A (zh) * 2006-04-12 2006-09-20 郭有军 通过式金属探测系统
CN102298159A (zh) * 2010-06-22 2011-12-28 上海多科电子科技有限公司 金属检测机
CN202166750U (zh) * 2011-08-04 2012-03-14 上海天巡电子设备有限公司 金属探测器
CN103645515A (zh) * 2013-09-13 2014-03-19 中国人民解放军防化学院 一种探测水域日本遗弃化学武器的方法
CN204832545U (zh) * 2015-08-04 2015-12-02 上海廿一世纪电子设备有限公司 金属探测仪
CN204989502U (zh) * 2015-08-25 2016-01-20 上海廿一世纪电子设备有限公司 金属探测仪
CN105846824A (zh) * 2016-03-25 2016-08-10 东莞市华盾电子科技有限公司 信号放大电路、其构成的金属探测器及信号放大方法
CN107102363A (zh) * 2017-05-02 2017-08-29 电子科技大学 一种金属物体探测装置及金属探测方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周雪: "《模拟电子技术[M]》", 31 January 2017 *
孙君曼: "《电子技术》", 31 December 2016 *
孙立坤 等: "《电工与电子技术》", 28 February 2011 *
江晓安: "《模拟电子技术第4版》", 30 April 2016 *
黄贞贞: "《模拟电子技术基础[M]》", 30 July 2009 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110161569A (zh) * 2019-06-06 2019-08-23 北京卫星环境工程研究所 探测地下金属氧化物的装置和方法
CN110208864A (zh) * 2019-06-06 2019-09-06 海南电网有限责任公司白沙供电局 一种地下金属探测系统及其探测方法
CN110525921A (zh) * 2019-09-29 2019-12-03 神华神东煤炭集团有限责任公司 皮带输送机金属检测方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019127842A1 (zh) 2019-07-04
US20200003926A1 (en) 2020-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108387939A (zh) 面向埋地日遗化武的专用金属探测器
Li et al. Determination of As and Se in coal and coal combustion products using closed vessel microwave digestion and collision/reaction cell technology (CCT) of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)
CN201689125U (zh) 零磁通电流传感器
CN108279439B (zh) 面向埋地锈蚀管道的专用金属探测器
AU2020100984A4 (en) A Method and Apparatus for Ground-tunnel Wide Field Electromagnetic Surveying
CN105846914A (zh) 一种无线磁感应透地通信装置和通信方法
Giudicepietro et al. Seismological monitoring of Mount Vesuvius (Italy): more than a century of observations
CN103995286B (zh) 一种声波接收换能器及井下方位噪声检漏装置和检漏方法
CN106646278B (zh) 一种利用高分辨力磁场探测的低噪声mems前置放大器件
CN108226280A (zh) 面向水域锈蚀管道的专用金属探测器
CN105403138A (zh) 一种智能式磁致伸缩位移传感器
CN108254793B (zh) 面向水域未爆弹的专用金属探测器
CN204330896U (zh) 组合式海洋电场传感器
CN112630707A (zh) 一种磁场探测器
CN101593603A (zh) 细长铁磁性构件的弱磁规划方法
CN104374972A (zh) 一种高精度示波器
CN106843624A (zh) 磁力感应触控模组、方法、磁场发射模组和触控显示装置
Zhang et al. Magnetic anomaly detection for simultaneous moving target and magnetometer
CN201674477U (zh) 水下非接触磁敏开关电路
CN203083663U (zh) 数字液位传感器
CN203606503U (zh) 一种柱形陆用压电检波器
CN104391152A (zh) 一种改进运算放大器电路的示波器
CN112285789B (zh) 一种基于差分接收的阵列式电磁感应探头及其探测方法
CN109597135A (zh) 一种水上电法勘探测深装置及方法
CN204256577U (zh) 电压衰减型调理电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination