CN111290032B - 一种基于电磁的地层金属智能识别装置及识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电磁的地层金属智能识别装置和识别方法，其中装置利用金属的电磁感应原理通过激励线圈感应出均匀磁场使被探测金属感应出感应电流，从而产生感应次生磁场，并有磁传感器拾取并处理，实现对该地层金属的智能识别，节省了人力，提高了地层金属识别的准确率；识别方法通过采集被探测地层金属的样本，采用该装置分别测出对应地层金属的参考次生磁场信号，建立对应的映射数据库，并且可根据使用历史和经验不断修正，实现了对地层金属的智能识别。
Description
技术领域
本发明属于地层金属探测技术领域，尤其涉及一种基于电磁的地层金属智能识别装置及识别方法。
背景技术
在物理勘探领域中，对于采矿及探测地层含有金属的种类进行分类是物探工作的重要环节。目前对于地层金属探测过程中的分类主要依靠相关专业人员，相关人员通过取样观察并通过经验积累和知识判断地层金属的种类。
但是，当金属探测区域较大或存在人工无法取样的探测盲区时，人工判断将带来较大的工作量，并且对于地层深处的地层金属无法做到准确全面的判断。
有鉴于此，提出本发明。
发明内容
本发明针对上述的技术问题，提出一种基于电磁的地层金属智能识别装置，通过电磁感应原理实现对地层金属的智能识别。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于电磁的地层金属智能识别装置，它包括：
探测杆；圆柱安装腔，固定安装于所述探测杆的一端；圆环磁芯，所述圆环磁芯套设在所述圆周安装腔的外圆周；激励线圈，所述激励线圈沿所述圆环磁芯轴向方向缠绕在所述圆环磁芯上；信号发生器，电连接于所述激励线圈，用于向所述激励线圈输入交流电，以使所述激励线圈产生感应交流电磁场；磁传感器，所述磁传感器布置于所述圆柱安装腔的内侧壁上，用于接收地层金属产生的次生电磁场；信号处理器，连接于所述磁传感器的信号输出端，用于对来自所述磁传感器的信号进行放大和滤波；信号采集卡，所述信号采集卡连接于所述信号处理器的信号输出端，用于采集所述信号处理器输出的信号；后处理显示端，连接于所述信号采集卡，用于处理所述信号采集卡的信号并显示。
作为优选，所述信号发生器向所述激励线圈输入正弦交流电，所述正弦交流电的电压为10V，电流为5A，频率为1kHZ-10kHz，所述信号采集卡的采样频率大于20kHz。
作为优选，所述磁传感器为缠绕在圆柱磁芯的线圈传感器，所述线圈传感器的直径为0.8mm，所述信号处理器为信号放大器，用于将所述磁传感器的信号进行放大和滤波。
作为优选，所述信号发生器向所述激励线圈输入脉冲交流电，所述正弦交流电的电压为10V，电流为5A，频率为10kHZ-20kHz，所述信号采集卡的采样频率大于40kHz。
本发明实施例还提供一种基于电磁的地层金属智能识别方法，包括以下步骤：
采用所述基于电磁的地层金属智能识别装置建立地层金属和参考次生磁场信号映射数据库；
接收数据采集卡采集的地层金属的次生磁场信号；
将所述次生磁场信号与所述参考次生磁场比较得到所述地层金属的种类。
其中，将所述次生磁场信号与所述参考次生磁场比较得到所述地层金属的种类具体为：
所述次生磁场信号与所述参考次生磁场比较小于预设阈值时，将所述次生磁场信号转换为所述参考次生磁场，将所述参考次生磁场对应的地层金属种类确定为所述次生磁场信号的地层金属。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提出一种基于电磁的地层金属智能识别装置，它利用金属的电磁感应原理通过激励线圈感应出均匀磁场使被探测金属感应出感应电流，从而产生感应次生磁场，并有磁传感器拾取并处理，实现对该地层金属的智能识别，节省了人力，提高了地层金属识别的准确率。
本发明另一方面还提供一种基于电磁的地层金属智能识别方法，首选将所述次生磁场信号与所述参考次生磁场比较得到所述地层金属的种类具体为：由于首先基于该电磁的地层金属智能识别装置建立了地层金属和参考次生磁场信号的映射数据库，即首选采集被探测地层金属的样本，采用该装置分别测出对应地层金属的参考次生磁场信号，建立对应的映射数据库，并且可根据使用历史和经验不断修正。当所述次生磁场信号与所述参考次生磁场比较小于预设阈值时，将所述次生磁场信号转换为所述参考次生磁场，将所述参考次生磁场对应的地层金属种类确定为所述次生磁场信号的地层金属，实现对地层金属的智能识别。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于电磁的地层金属智能识别装置的结构示意图；
图2为本发明基于电磁的地层金属智能识别装置中的激励线圈缠绕在圆环磁芯结构示意图；
图3为本发明基于电磁的地层金属智能识别方法的流程图一；
图4为本发明基于电磁的地层金属智能识别方法的流程图二。以上各图中：探测杆10；连接线11；圆柱安装腔12；圆环磁芯13；激励线圈14；信号发生器15；磁传感器16；信号处理器17；信号采集卡18；PC电脑19。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例提供一种基于电磁的地层金属智能识别装置，应用于地层金属探测领域，可借助电磁感应原理，实现对地层金属的智能识别和分类。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种基于基于电磁的地层金属智能识别装置，包括：
探测杆10，该探测杆10方便钻探人员使用，钻探人员可通过手握该探测杆10进行对地层金属的勘探。
圆柱安装腔12，固定安装于探测杆10的一端，通过探测杆10的移动，该圆周安装腔被带动而移动。
圆环磁芯13，圆环磁芯13套设在圆周安装腔的外圆周，该圆环磁芯13具有较高的导电率，具体可为锰-锌铁氧体或镍-锌铁氧体。
激励线圈14，该激励线圈14的材料为铜，铜具有较高的电流传导性，且散热效果较好，激励线圈14沿圆环磁芯13轴向方向缠绕在圆环磁芯13上，即激励线圈14密集的缠绕在圆环磁芯13，且缠绕方向为沿圆环磁芯13的轴向方向。
信号发生器15，通过连接线11电连接于激励线圈14，用于向激励线圈14输入交流电，以使激励线圈14产生感应交流电磁场。具体的，该信号发生器15可为信号发生仪器，可发射相应功率和频率的交流信号，也可为信号发生器15模块，信号发生器15模块可便携式安装与该装置内部。
磁传感器16，磁传感器16布置于圆柱安装腔12的内侧壁上，用于接收地层金属产生的次生电磁场。具体地，磁传感器16可为TMR磁传感器16，可以为线圈式磁传感器16，磁传感器16的选择应符合微小磁场的检测要求，以能实现对微小磁场的检测拾取。
信号处理器17，通过连接线11连接于磁传感器16的信号输出端，用于对来自磁传感器16的信号进行放大和滤波。具体该信号处理器17为AD620信号放大器构成的信号放大器，因磁传感器16输出的信号通常较小且容易拾取探测过程中抖动带来的噪声，因此该信号处理器17还有信号过滤功能。
信号采集卡18，信号采集卡18连接于信号处理器17的信号输出端，用于采集信号处理器17输出的信号，该信号采集卡18的采集速率应保证为信号发生器15发生信号的2倍以上，以保证被采集信号完整度较好而不失真。
后处理显示端，具体可为PC电脑19，或便携式显示终端，其内置于CPU处理器，并连接于信号采集卡18，用于处理信号采集卡18的信号并显示。具体连接可为有线连接，也可通过无线网进行数据传输。
具体地，针对地层金属探测时，信号发生器15向激励线圈14输入正弦交流电，正弦交流电的电压为10V，电流为5A，频率为1kHZ-10kHz，信号采集卡18的采样频率大于20kHz，从而保证激励线圈14可产生均匀的交流感应磁场，并且该感应磁场接近被探测地层金属时，地层金属表面将被感应出均匀涡流，进一步，该均匀涡流将产生次感应磁场，从而被磁传感器16拾取。而为了保证信号采集卡18采集到的数据不失真，采集卡的采样频率要大于20kHz。
具体地，由于地层金属感应出的次感应磁场信号较小，因此，线圈传感器应具有微小信号的识别能力，磁传感器16为缠绕在圆柱磁芯的线圈传感器，线圈传感器的直径为0.8mm，信号处理器17为信号放大器，用于将磁传感器16的信号进行放大和滤波。
另一地层金属识别的实施例中，信号发生器15向激励线圈14输入脉冲交流电，正弦交流电的电压为10V，电流为5A，频率为10kHZ-20kHz，信号采集卡18的采样频率大于40kHz。该脉冲交流电可探测带有泥土等带有包覆层的金属，具有深层地层金属探测的功能。
如图3所示，本发明实施例提供一种基于电磁的地层金属智能识别方法，包括以下步骤：
S1：采用基于电磁的地层金属智能识别装置建立地层金属和参考次生磁场信号映射数据库；
S2：接收数据采集卡采集的地层金属的次生磁场信号；
S3：将次生磁场信号与参考次生磁场比较得到地层金属的种类。
具体地，如图4所示，将次生磁场信号与参考次生磁场比较得到地层金属的种类具体为：由于首先基于该电磁的地层金属智能识别装置建立了地层金属和参考次生磁场信号的映射数据库，即首选采集被探测地层金属的样本，采用该装置分别测出对应地层金属的参考次生磁场信号，建立对应的映射数据库，并且可根据使用历史和经验不断修正。S31:当次生磁场信号与参考次生磁场比较小于预设阈值时，将次生磁场信号转换为参考次生磁场，S32:将参考次生磁场对应的地层金属种类确定为次生磁场信号的地层金属，实现对地层金属的智能识别。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种基于电磁的地层金属智能识别装置，其特征在于：包括：
探测杆；
圆柱安装腔，固定安装于所述探测杆的一端；
圆环磁芯，所述圆环磁芯套设在所述圆柱安装腔的外圆周；
激励线圈，所述激励线圈沿所述圆环磁芯轴向方向缠绕在所述圆环磁芯上；
信号发生器，电连接于所述激励线圈，用于向所述激励线圈输入交流电，以使所述激励线圈产生感应交流电磁场；
磁传感器，所述磁传感器布置于所述圆柱安装腔的内侧壁上，用于接收地层金属产生的次生电磁场；
信号处理器，连接于所述磁传感器的信号输出端，用于对来自所述磁传感器的信号进行放大和滤波；
信号采集卡，所述信号采集卡连接于所述信号处理器的信号输出端，用于采集所述信号处理器输出的信号；
后处理显示端，连接于所述信号采集卡，用于处理所述信号采集卡的信号并显示；
所述磁传感器为缠绕在圆柱磁芯的线圈传感器，所述线圈传感器的直径为0.8mm，所述信号处理器为信号放大器，用于将所述磁传感器的信号进行放大和滤波；
所述信号发生器向所述激励线圈输入脉冲交流电，所述脉冲交流电的电压为10V，电流为5A，频率为10kHZ-20kHz，所述信号采集卡的采样频率大于40kHz。
2.根据权利要求1所述的基于电磁的地层金属智能识别装置，其特征在于：所述信号发生器向所述激励线圈输入正弦交流电，所述正弦交流电的电压为10V，电流为5A，频率为1kHZ-10kHz，所述信号采集卡的采样频率大于20kHz。
3.一种基于电磁的地层金属智能识别方法，应用于权利要求1-2任一所述的基于电磁的地层金属智能识别装置，包括以下步骤：
采用所述基于电磁的地层金属智能识别装置建立地层金属和参考次生磁场信号映射数据库；
接收数据采集卡采集的地层金属的次生磁场信号；
将所述次生磁场信号与所述参考次生磁场比较得到所述地层金属的种类。
4.根据权利要求3所述的一种基于电磁的地层金属智能识别方法，其特征在于，将所述次生磁场信号与所述参考次生磁场比较得到所述地层金属的种类具体为：
所述次生磁场信号与所述参考次生磁场比较小于预设阈值时，将所述次生磁场信号转换为所述参考次生磁场，将所述参考次生磁场对应的地层金属种类确定为所述次生磁场信号的地层金属。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20220715 |