CN108680960B - 一种差分输出驱动方式的金属探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种差分输出驱动方式的金属探测器，包括一探测单元，所述探测单元包括发射单元和接收单元；所述发射单元包括两第一线圈，两所述第一线圈对称分布在同一平面上，以反向串联方式将两第一线圈的同名端连接，所述接收单元包括至少一个单独绕组的第二线圈，各所述第二线圈与所述平面平行设置，且各个第二线圈相对于两第一线圈的电磁耦合面面积相等；对所述发射单元施加高频交流电后，两第一线圈产生大小相等、极性相反的电磁场；在未检测到金属时，接收单元的电磁耦合为零，输出电压为零，在检测到金属时，所述电磁场平衡被破坏，接收单元输出电压不为零，利用输出电压驱动报警电路报警。

Description

一种差分输出驱动方式的金属探测器

技术领域

本发明涉及一种差分输出驱动方式的金属探测器，属于安检用金属探测领域。

背景技术

一般的金属探测器采用一个发射线圈和两个接收线圈的结构，通过对发射线圈施加高频正弦波或PWM脉冲波，使发射线圈对接收面产生单一方向的最强的高频交变电磁场；待检金属物品接近时切割高频磁场产生涡流，通过接收线圈接收，然后解调放大得到所需报警信号。这种工作方式发射线圈产生的高频电磁场最强，对同一地点的其他金属检测设备干扰较大。例如，安检点设有足底式金属探测器的同时配套设置有金属探测门，足底式金属探测器产生的高频电磁场会对金属探测门产生较大干扰，影响探测门工作的稳定性。

公开号为CN104950336A的发明专利《用于监测金属探测系统的操作的方法以及金属探测系统》公开的技术方案为：包括一个发射线圈21和相互串联的第一接收线圈22和第二接收线圈23，发射线圈21发出的发射器信号s1包括至少第一操作频率fTX1和第二操作频率fTX2；第一接收器线圈22和第二接收器线圈23向接收器单元3提供输出信号s22、s23。该技术方案采用一个发射线圈和两个接收线圈的结构，且由发射线圈发出两种至少两种不同的发射频率，在接收端利用差频技术来检测金属，因此，其在结构上虽然与本发明相似，都采用发射线圈和接收线圈，但在探测原理上，与本发明的差分输出驱动方式有着本质不同。

同时，现有公开的文献中，也未曾记载本发明技术方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种差分输出驱动方式的金属探测器，其不仅能够探测金属，且对其他金属探测设备干扰小。

本发明的技术方案如下：

一种差分输出驱动方式的金属探测器，包括一探测单元，所述探测单元包括发射单元和接收单元；

所述发射单元包括两第一线圈，两所述第一线圈对称分布在同一平面上，将该平面定义为发射单元平面，以反向串联方式将两第一线圈的同名端连接，组成差分输出方式的发射单元；

所述接收单元包括至少一个单独绕组的第二线圈，各所述第二线圈与所述平面平行设置，且各个第二线圈相对于两第一线圈的电磁耦合面面积相等；

对所述发射单元施加高频交流电后，两第一线圈产生大小相等、极性相反的电磁场；在未检测到金属时，接收单元的电磁耦合为零，输出电压为零，在检测到金属时，所述电磁场平衡被破坏，接收单元输出电压不为零，利用输出电压驱动报警电路报警。

更优地，所述发射单元平面水平设置，所述接收单元紧贴在发射单元平面上，构成可用于检测足底金属的平面式检测组件。

更优地，所述发射单元平面与接收单元均竖直平行设置且保持间距，构成可用于通道检测的通道式检测组件。

更优地，所述第一线圈的形状包括方形、圆形、三角形、多边形和椭圆形，所述第二线圈的形状包括方形、圆形、三角形、多边形和椭圆形，且各第二线圈的形状与第一线圈的形状相同或不同。

更优地，各所述第二线圈的引出脚分别连接一信号放大解调电路，然后再驱动报警电路报警。

更优地，各所述第二线圈的引出脚分别连接一信号放大解调电路，各所述信号放大解调电路分别连接单片机，所述单片机还连接报警电路和差分输出驱动电路80，所述差分输出驱动电路80连接所述发射单元，为发射单元提供高频交流电。

更优地，所述单片机还连接一控制面板，所述控制面板由LCD显示屏和按键组成，通过控制面板设置工作参数。

本发明具有如下有益效果：

本发明一种差分输出驱动方式的金属探测器，两只相同的第一线圈在同一个平面上反向串联组成差分发射单元，接收单元内的第二线圈与发射单元的两第一线圈形成电磁耦合，利用待检金属物靠近时切割高频磁场时产生的涡流产生报警信号。本发明不仅能够探测金属，且对同一地点的其他金属检测设备（比如配套的金属探测门）的差频干扰小，使得现场其他的金属检测设备能稳定工作。

附图说明

图1为本发明中发射单元的结构示意图；

图2为本发明中接收单元的结构示意图（图中显示一个第二线圈）；

图3和图4为本发明探测单元采用平面式检测组件的结构示意图；

图5为本发明中通道式检测组件示意图；

图6为本发明较佳实施例（以一个第二线圈为例）的系统框图；

图7为本发明较佳实施例（以一个第二线圈为例）的电原理图；

图8至图10为本发明中第一线圈和第二线圈的多种形状组合方式示意图。

图中附图标记表示为：

10、发射单元；20、接收单元；30、发射单元平面；40、报警电路；50、信号放大解调电路；60、单片机；70、控制面板；80、差分输出驱动电路；11、第一线圈；12、中心线；13（14）、发射单元的信号输入引脚；21、第二线圈；22（23）、一第二线圈的引出脚；22’（23’）、另一第二线圈的引出脚；41、声音报警电路；42、LED光报警电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

请参阅图1至图4，一种差分输出驱动方式的金属探测器，包括一探测单元，所述探测单元包括发射单元10和接收单元20，所述发射单元10包括两第一线圈11，两所述第一线圈11对称分布在同一平面上，将该平面定义为发射单元平面30，以反向串联方式将两第一线圈11的同名端连接，组成差分输出方式的发射单元10；所述接收单元20包括至少一个单独绕组的第二线圈21，各所述第二线圈21与所述发射单元平面30平行设置，且各个第二线圈21相对于两第一线圈11的电磁耦合面面积相等。

对所述发射单元10施加一高频交流电后(发射单元10的信号输入引脚为13和14)，两第一线圈11产生大小相等、极性相反的电磁场；在未检测到金属时，接收单元20的电磁耦合为零，输出电压为零，在检测到金属时，所述电磁场平衡被破坏，接收单元20输出电压不为零，利用输出电压驱动报警电路40报警。

由两只第一线圈11（两线圈几何形状相同、圈数相等）的电磁线圈在同一个发射单元平面30上反向串联组成差分发射单元10，接收单元20内的第二线圈21与发射单元10的两第一线圈11形成电磁耦合，利用待检金属物靠近时切割高频磁场时产生的涡流产生报警信号。

由于两第一线圈11参数相同、形状大小、圈数等均相同且在同一平面上，因此两第一线圈11截面将产生与高频交流电频率相同且极性相反的交变磁场，互为抵消，在第一线圈11交接处中心线12产生的磁场强度为零。将接收单元20与所述发射单元平面30平行设置，且其相对两第一线圈11的电磁耦合面各占一半，则两第一线圈11相对接收单元20的电磁耦合强度相等，高频交流电某一瞬间，其中一第一线圈11产生磁场为N(S)，另一第一线圈11产生磁场为S(N)，没有金属靠近时，接收单元20感应的电磁强度为零，即电磁耦合为零，接收单元20的输出电压为零。此时如果有金属物靠近，则两第一线圈11产生磁场的平衡被破坏，不平衡量将对高频电流进行调制，接收单元20的输出电压将不再为零，该电压经信号放大、解调，驱动报警电路40报警。

各所述第二线圈21的引出脚（包括22和23，22’和23’）分别连接一信号放大解调电路50，然后再驱动报警电路40报警。

请参阅图6和图7，具体地，各所述第二线圈21的引出脚分别连接一信号放大解调电路50，各所述信号放大解调电路50分别连接单片机60，所述单片机60可以选用DSP芯片，所述单片机60还连接报警电路40和差分输出驱动电路80，所述单片机60为差分输出驱动电路80输出PWM信号或正弦波信号，所述差分输出驱动电路80连接所述发射单元10的输入引脚13和14，为发射单元10提供高频交流电。所述单片机60还连接一控制面板70，所述控制面板70由LCD显示屏和按键组成，通过控制面板70设置工作参数。

当有金属物靠近时，接收单元20输出的信号经过信号放大解调电路50的放大、解调后送入单片机60处理，由单片机60输出信号驱动报警电路40，图7中所示报警电路40包括声音报警电路41和LED光报警电路42。所述单片机60还可以连接一控制面板70，所述控制面板70由LCD显示屏和按键组成，通过控制面板70设置工作参数。

当采用多个第二线圈21作为接收单元20时，只要其中一个第二线圈21有输出信号，输入单片机60后，即可驱动报警电路40。设置多个第二线圈21作为接收单元20，可以扩大检测范围，提高检测准确度。

本发明发射单元10和接收单元20的检测组合方式包括：

请参阅图3和图4，一、所述发射单元平面30水平设置，所述接收单元20紧贴在发射单元平面30上，即各第二线圈21均紧贴在发射单元平面30上，构成可用于检测足底金属的平面式检测组件。平面式检测组件主要应用于检测人体鞋底是否携带有金属类管制刀具等物品；

请参阅图5，二、所述发射单元平面30与接收单元20均竖直平行设置且保持间距，构成可用于通道检测的通道式检测组件。待检测金属从反射单元和接收单元20之间的通过。各第二线圈21可以位于同一竖直平面内，也可以交错分布，只要各第二线圈21与发射单元10竖直平行设置且保持间距即可。

任意的检测组合方式中，所述第一线圈11的形状包括方形、圆形、三角形、多边形和椭圆形，两第一线圈11必须对称分布，即安装角度对称，所述第二线圈21的形状包括方形、圆形、三角形、多边形和椭圆形，且第二线圈21的形状与第一线圈11的形状相同或不同，第二线圈21在安装时必须使两第一线圈11分别相对第二线圈21的电磁耦合面面积相等。请参阅图8至图10，给出了多种形状的组合方式。

本发明一种差分输出驱动方式的金属探测器，由于差分输出驱动方式发射的两个单元（即两第一线圈11）产生了（S、N）大小相等，极性相反的互为抵消的高频交变磁场，等效于高频电磁场为零，所以对同一地点的其他金属检测设备（比如配套的金属探测门）的差频干扰大大减小，使得现场其他的金属检测设备能稳定工作，所以对现场其他金属探测设备干扰比现有技术中一个发射线圈模式要低很多。本发明适用于各种金属探测技术的应用，包括金属探测门、手持式金属探测器、地下金属探测器等。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种差分输出驱动方式的金属探测器，其特征在于：包括一探测单元，所述探测单元包括发射单元（10）和接收单元（20）；

所述发射单元（10）包括两第一线圈（11），两所述第一线圈（11）对称分布在同一平面上，将该平面定义为发射单元平面（30），以反向串联方式将两第一线圈（11）的同名端连接，组成差分输出方式的发射单元（10）；

所述接收单元（20）包括至少一个单独绕组的第二线圈（21），各所述第二线圈（21）与所述平面平行设置，且各个第二线圈（21）相对于两第一线圈（11）的电磁耦合面面积相等；

对所述发射单元（10）施加高频交流电后，两第一线圈（11）产生大小相等、极性相反的电磁场；在未检测到金属时，接收单元（20）的电磁耦合为零，输出电压为零，在检测到金属时，所述电磁场平衡被破坏，接收单元（20）输出电压不为零，利用输出电压驱动报警电路（40）报警；

所述第一线圈（11）的形状为圆形、多边形或椭圆形，所述第二线圈（21）的形状为圆形、多边形或椭圆形，且各第二线圈（21）的形状与第一线圈（11）的形状相同或不同。

2.根据权利要求1所述的一种差分输出驱动方式的金属探测器，其特征在于：所述发射单元平面（30）水平设置，所述接收单元（20）紧贴在发射单元平面（30）上，构成可用于检测足底金属的平面式检测组件。

3.根据权利要求1所述的一种差分输出驱动方式的金属探测器，其特征在于：所述发射单元平面（30）与接收单元（20）均竖直平行设置且保持间距，构成可用于通道检测的通道式检测组件。

4.根据权利要求1所述的一种差分输出驱动方式的金属探测器，其特征在于：各所述第二线圈（21）的引出脚分别连接一信号放大解调电路（50），然后再驱动报警电路（40）报警。

5.根据权利要求1所述的一种差分输出驱动方式的金属探测器，其特征在于：各所述第二线圈（21）的引出脚分别连接一信号放大解调电路（50），各所述信号放大解调电路（50）分别连接单片机（60），所述单片机（60）还连接报警电路（40）和差分输出驱动电路（80），所述差分输出驱动电路（80）连接所述发射单元（10），为发射单元（10）提供高频交流电。

6.根据权利要求5所述的一种差分输出驱动方式的金属探测器，其特征在于：所述单片机（60）还连接一控制面板（70），所述控制面板（70）由LCD显示屏和按键组成，通过控制面板（70）设置工作参数。

7.根据权利要求1所述的一种差分输出驱动方式的金属探测器，其特征在于：所述所述第一线圈（11）的形状为三角形或方形，所述第二线圈（21）的形状为三角形或方形。