CN111580173B - 一种金属物体检测传感器及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属物体检测领域，提供了一种金属物体检测传感器及检测装置。其中，一种金属物体检测传感器包括发射线圈，其用于产生固定频率谐振磁场；所述发射线圈的发射区域覆盖整个探测区域；阵列式探测线圈，其铺设在探测区域内；阵列式探测线圈的每个探测线圈对应铺设在一个子探测区域中，所有子探测区域构成整个探测区域；每个探测线圈均与发射线圈相互耦合，产生相应感应电压信号；处理电路，其与每个探测线圈均相连，用于根据感应电压信号的峰值大小来检测并定位金属物体。

Description

一种金属物体检测传感器及检测装置

技术领域

本发明属于金属物体检测领域，尤其涉及一种金属物体检测传感器及检测装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

金属物体检测技术在安检等领域的应用受到广泛关注，目前用于安检的金属物体检测方法主要为手持式金属探测器和金属安检门，其基本原理均为平衡线圈检测法，如图1所示。

传统平衡线圈金属检测方法包括三个相同的圆形线圈，其中发射线圈在中央，两反向绕制的接收线圈对称分布在发射线圈两侧。三个圆的圆心位于一条直线上，且等间距排列。发射线圈通电后，空间产生一高频正弦交变磁场。当无金属异物存在时，两反向绕制的检测探头中感应出等大反向的电动势，做差值后得总电动势为零；当磁场中存在金属异物时，两探测线圈感应出的电势差不为零。发明人发现，这种通过检测两接收线圈电势差判断金属异物存在的方法抗干扰性较差，灵敏度依赖设备尺寸，对金属位置的判断粗略。

手持式金属探测器效率低，需要贴近被检测对象，用于人体安检时易造成被侵犯感；现有的金属安检门采用多区位线圈进行检测，门板由发射、探测和调零线圈组成，采用独立的圆形线圈或方形线圈，如图2所示。当交变电流驱动发射线圈时，周围空间激发交变磁场，没有金属物品通过时，探测线圈测到恒定的交变磁场；当有金属物品通过时，金属内形成涡流并产生二次场叠加到空间磁场，探测线圈探测到此交变磁场的变化而达到识别金属的目的。发明人发现，该方法对金属物体定位范围大，存在盲区，灵敏度差，难以识别相应物体大小、尺寸等信息，易造成误报或漏报。在安检机、设备输送机等应用场景的金属检测同样面临类似的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的提供一种金属物体检测传感器及检测装置，其能够避免金属物体误报或漏报的情况，提高金属物体检测精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种金属物体检测传感器。

一种金属物体检测传感器，包括：

发射线圈，其用于产生固定频率谐振磁场；所述发射线圈的发射区域覆盖整个探测区域；

阵列式探测线圈，其铺设在探测区域内；阵列式探测线圈的每个探测线圈对应铺设在一个子探测区域中，所有子探测区域构成整个探测区域；每个探测线圈均与发射线圈相互耦合，产生相应感应电压信号；

处理电路，其与每个探测线圈均相连，用于根据感应电压信号的峰值大小来检测并定位金属物体。

本发明的第二个方面提供一种金属物体检测装置。

一种金属物体检测装置，其包括如上述所述的金属物体检测传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的阵列式探测线圈铺设在探测区域内域，而且发射线圈的发射区域覆盖整个探测区域，进而覆盖所有探测线圈，探测区域被划分成若干个子探测区域，阵列式探测线圈中的每个探测线圈对应一个子探测区域，这样能够对进入探测区域内金属物体进行更细致地定位，减小了检测盲区，提高了金属检测的灵敏度，更加容易识别金属物体的大小和尺寸等相关信息，避免了金属物体误报或漏报的情况，提高了金属检测的精确性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是平衡线圈金属检测法；

图2是安检门线圈分布图；

图3是交错阵列式线圈示意图；

图4是独立阵列式线圈示意图；

图5是矩形互嵌交错阵列式线圈；

图6是三角互嵌交错阵列式线圈；

图7是圆形独立阵列式线圈示意图；

图8是三角形独立阵列式线圈示意图；

图9(a)是磁性材料整片铺设；

图9(b)是磁性材料条状铺设；

图9(c)是磁性材料辐射状铺设；

图10(a)是圆环状的发射线圈；

图10(b)是矩形满绕的发射线圈；

图10(c)是矩形带状的发射线圈；

图11是具有本发明实施例的金属物体检测传感器的安检门门板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

本实施例的一种金属物体检测传感器，其包括：

发射线圈，其用于产生固定频率谐振磁场；所述发射线圈的发射区域覆盖整个探测区域；

阵列式探测线圈，其铺设在探测区域内；阵列式探测线圈的每个探测线圈对应铺设在一个子探测区域中，所有子探测区域构成整个探测区域；每个探测线圈均与发射线圈相互耦合，产生相应感应电压信号；

处理电路，其与每个探测线圈均相连，用于根据感应电压信号的峰值大小来检测并定位金属物体。

在具体实施中，处理电路包括依次串联连接的放大电路、滤波电路、峰值检测电路和处理器。

其中，放大电路用于对接收到的感应电压信号进行放大处理；

滤波电路用于对放大后的感应电压信号进行滤波处理；

峰值检测电路用于对滤波处理后的感应电压信号进行峰值检测；

处理器用于接收峰值检测电路所检测到的所有峰值并输出最大峰值及其对应的位置。

按照线圈种类，阵列式探测线圈分为交错阵列式线圈和独立阵列式线圈，分别如图3和图4所示。

交错阵列式线圈在X方向或Y方向上每两个线圈为一个单元，利用行列交错重叠布置的方式可实现金属物体在被检测区域的定位，在保证检测精度的前提下尽量减少线圈组数，从而降低控制难度。

可以理解的，本实施例的所述交错阵列式结构不仅仅局限于图3所示示例简单条形的探测线圈，以图5所示矩形互嵌交错阵列式线圈、图6所示三角互嵌交错阵列式线圈为例对检测原理进行说明。

图5和图6均展示了一个检测单元，每个单元由p线圈和d线圈彼此互补而组成。应用于产品时，需将多个检测单元按照图3所示方式覆盖整个检测区域，由电磁感应定律，在发射线圈的激励作用下，

无异物通过时，p线圈和d线圈感应的电压相等，则有ΔV＝Vp-Vb＝0，有异物通过时，ΔV≠0。当金属物体通过检测区域时，金属物体正对的检测单元的ΔV最大，临近检测单元ΔV值随距离增大而降低，将探测线圈检测到的电压信号经放大电路、滤波电路、峰值检测电路输入处理器(比如：STM32F407)中，利用X、Y方向所检测的ΔV峰值即可对金属物体所处位置实现定位；统计X方向检测单元ΔV较大的单元总数，即可对金属物体在Y方向上的尺寸进行识别，统计Y方向检测单元ΔV较大的单元总数，即可对金属物体在X方向上的尺寸进行识别。由此便实现了对金属物体尺寸和位置的检测。

独立阵列式线圈利用单层平铺布置的方式可实现金属物体在被检测区域的定位，每一个网格都是一个单独的线圈，在保证检测精度的前提下尽量减少线圈个数，从而降低控制难度。

需要说明的是，本实施例的所述独立阵列式结构不仅仅局限于图4所示示例简单矩形的探测线圈，以图7所示圆形独立阵列式线圈、图8所示三角独立阵列式线圈为例对检测原理进行说明。

当金属物体通过检测区域时，金属物体正对的探测线圈的ΔV最大，临近探测线圈ΔV值随距离增大而降低，利用探测线圈所，检测的ΔV的峰值即可对金属物体所处位置实现定位；统计ΔV较大的线圈总数，即可对金属物体的尺寸进行识别。由此便实现了对金属物体尺寸和位置的检测。

在检测面板上设置发射线圈，依据应用场景和检测面板形状确定发射线圈形状，如矩形或圆形，发射区域应满足覆盖所有探测线圈。发射区域覆盖所有探测线圈，并且发射线圈背面铺设磁芯或者软磁材料，约束磁力线方向，增大检测距离，减小漏磁，降低临近金属或者安检门对检测效果的影响。

此处需要说明的是，磁性材料可整片铺设、条状铺设、辐射状铺设等，如图9(a)-图9(c)所示；发射线圈可满绕、环状绕制、带状绕制等，如图10(a)-图10(c)所示。

本实施例还提供了一种金属物体检测装置，其包括如上述所述的金属物体检测传感器。

金属物体检测装置可应用于安检门、安检机、设备输送机等场景。

其中，所述金属物体检测传感器设置在探测区域两侧。

所述金属物体检测装置还包括交变电流驱动模块，所述交变电流驱动模块与阵列式探测线圈和发射线圈分别相连。

所述变电流驱动模块用于控制金属物体检测传感器单边收发，双边同向或反向收发。

下面以安检门为例：

如图11所示，在安检门门板上依次布置磁性材料，发射线圈，探测线圈。

在该布置方式下，线圈的控制方式可设置为单边收发，双边同向或反向收发多种方式可任意切换，可以实现同时发送磁场方向一致和同时发送磁场方向相反，满足多种控制需求。

所述单边收发即左边发射，右边接收或右边发射，左边接收，由于金属物体所感应出的二次场强度对原磁场强度的影响大小与金属到探测线圈之间的距离相关呈正相关，因此所述单边收发线圈控制方式对靠近探测线圈的金属物体比较敏感，对靠近发射线圈端的金属物体检测灵敏度较低。

同样的原理，所述单边发射，同边接收的线圈控制方式对安检门左右两侧的金属物体检测度较高，对处于安检门中间位置的金属异物检测精度相对较低。

所述双边收发的线圈控制方式为单边即可作为发射端又可作为探测端，两者交替进行，该方式集成了上述两种方法的优点，对处于安检门内任何位置的金属物体能够进行精确地判断。用户可根据实际需求选择不同的线圈控制方式。

本实施例的阵列式探测线圈铺设在探测区域内域，而且发射线圈的发射区域覆盖所有探测线圈，探测区域被划分成若干个子探测区域，阵列式探测线圈中的每个探测线圈对应一个子探测区域，这样能够对进入探测区域内金属物体进行更细致地定位，减小了检测盲区，提高了金属检测的灵敏度，更加容易识别金属物体的大小和尺寸等相关信息，避免了金属物体误报或漏报的情况，提高了金属检测的精确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种金属物体检测传感器，其特征在于，包括：

发射线圈，其用于产生固定频率谐振磁场；发射线圈的发射区域覆盖整个探测区域；

阵列式探测线圈，其铺设在探测区域内；阵列式探测线圈的每个探测线圈对应铺设在一个子探测区域中，所有子探测区域构成整个探测区域；每个探测线圈均与发射线圈相互耦合，产生相应感应电压信号；

所述阵列式探测线圈为交错阵列式线圈，所述交错阵列式线圈在X方向或Y方向上每两个线圈为一个单元，其采用行列交错重叠布置的方式实现金属物体在被探测区域的定位；当金属物体通过检测区域时，利用X、Y方向所检测的ΔV峰值即可对金属物体所处位置实现定位；统计X、Y方向检测单元ΔV峰值较大的单元总数，即可对金属物体在X、Y方向上的尺寸进行识别；

或，所述阵列式探测线圈为独立阵列式线圈，所述独立阵列式线圈利用单层平铺布置的方式实现金属物体在被探测区域的定位；每一个网格都是一个单独的线圈；在保证检测精度的前提下减少线圈个数，降低控制难度；当金属物体通过检测区域时，利用探测线圈所检测的ΔV峰值即可对金属物体所处位置实现定位；统计ΔV峰值较大的线圈总数即可对金属物体的尺寸进行识别；

所述发射线圈设置在阵列式探测线圈与磁性材料之间，所述磁性材料用于约束磁力线方向；所述磁性材料整片铺设、条状铺设或辐射状铺设在发射线圈的一面；

处理电路，其与每个探测线圈均相连，用于根据感应电压信号的峰值大小来检测并定位金属物体；所述处理电路包括依次串联连接的放大电路、滤波电路、峰值检测电路和处理器，放大电路用于对接收到的感应电压信号进行放大处理后传送至滤波电路，经滤波电路滤波处理后传送至峰值检测电路，峰值检测电路用于对滤波处理后的感应电压信号进行峰值检测；处理器用于接收所有峰值并输出最大峰值及其对应的位置。

2.如权利要求1所述的金属物体检测传感器，其特征在于，所述发射线圈的绕制方式为满绕、环状绕制或带状绕制。

3.一种金属物体检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-2中任一项所述的金属物体检测传感器；

所述金属物体检测装置还包括交变电流驱动模块，交变电流驱动模块与阵列式探测线圈和发射线圈分别相连，变电流驱动模块用于控制金属物体检测传感器单边收发，双边同向或反向收发。

4.如权利要求3所述的金属物体检测装置，其特征在于，所述金属物体检测传感器设置在探测区域两侧。

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