CN112363232A - 一种多模阵列激励下的金属检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多模阵列激励下的金属检测系统,包括:发射模块、接收模块及多模信号处理模块，发射模块，包括信号源和发射阵列，信号源用于产生矩形交变脉冲信号，发射阵列根据矩形交变脉冲信号产生交变磁场；接收模块包括接收阵列和信号采集模块，接收阵列用于接收有/无地下目标干扰后的交变磁场并产生感应信号，信号采集模块用于采集感应信号并传输至多模信号处理模块。本发明的信号源产生占空比可调节的信号，降低了一次场的干扰；当增大信号的占空比时，发射信号零电平的时间增长，此时观测时间也随之增强，采集感应信号的时间也增长，可除去前期采集的感应信号来降低干扰。

Description

一种多模阵列激励下的金属检测系统

技术领域

本发明属于信息探测技术领域，尤其涉及一种多模阵列激励下的金属检测系统。

背景技术

目前，人们探测的地下目标有：未爆弹、金属管线、非金属管线等。未爆弹作为战争或军事演练遗留的未爆武器，即使在数十年之后也会存在再次爆炸的可能性，对人民的生命和财产的安全造成威胁。地下管线作为现代人类必不可缺的生活设施，必须进行详细的管理，以便在城市建设时不会对地下管线出现挖断现象，造成不必要的财产损失。

国内外探测地下目标应用较多的主要有电法探测、磁法探测、探地雷达探测、热力学探测等，在这些方法中，电法探测以目标与欧威环境之间电阻率差异为基础进行探测，仅适用于裸露在地表的目标探测；磁法探测利用铁磁性目标在地磁场中产生的局部磁异常进行探测，虽具有成本低、探测深度大的优点，但是该方法对目标体的空间分辨率低；探地雷达探测是向地下发射高频电磁波后根据回波信号进行探测，可提供目标体影像但是反演时数据解释复杂；热力学探测是利用目标与周围介质的热性差异来探测，精度高但是探测范围小、设备复杂。

随着技术的进一步发展，瞬变电磁法由于具有无损非接触的优点而被广泛使用。利用瞬变电磁法来探测地下目标的技术虽愈发成熟，但是仍然存在问题，如发射线圈单一导致地下目标激励不充分、探测范围有限、非目标磁场干扰对探测精度影响较高。

发明内容

鉴于上述技术需求，本发明的目的在于，提供一种多模阵列激励下的金属检测系统，对地下目标进行探测定位。多模激励提高了地下目标的磁化程度，非接触式检测提高了检测效率，更有效的简化了检测的步骤，同时还避免了对被检测物体的破坏，进一步节省了财力物力。

为了达到上述目的，进而采取的技术方案如下：

一种多模阵列激励下的金属检测系统,包括:发射模块、接收模块及多模信号处理模块，其中：

所述发射模块，包括信号源和发射阵列，所述信号源用于产生矩形交变脉冲信号，所述发射阵列根据矩形交变脉冲信号产生交变磁场；

所述接收模块包括接收阵列和信号采集模块，所述接收阵列用于接收有/无地下目标干扰后的交变磁场并产生感应信号，所述信号采集模块用于采集所述感应信号并传输至所述多模信号处理模块；

所述多模信号处理模块用于对所述感应信号进行放滤波、放大处理，并进行地下目标埋深的反演，以此来探测是/否有金属。

优选的，所述发射阵列由若干匝发射线圈组成。

优选的，所述发射阵列采用独立放置的单线圈、双线圈、三线圈以及四线圈中的一种。

优选的，所述矩形交变脉冲信号的幅值、频率和占空比均可实时调节。

优选的，所述接收阵列由若干匝接收线圈组成。

优选的，所述信号采集模块采用多通道采集方式，同时对多匝接收线圈的感应信号进行接收，以及通过磁通传感器对接收线圈中心处的磁场强度性探测，并利用磁场梯度来对地下目标测深。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：

本发明的信号源产生占空比可调节的信号，降低了一次场的干扰；当增大信号的占空比时，发射信号零电平的时间增长，此时观测时间也随之增强，采集感应信号的时间也增长，可除去前期采集的感应信号来降低干扰。

另外，发射阵列产生的磁场方向、深度、强度可控，对不同深度的目标均可充分激励；当发射线圈个数增加时，其产生的一次场区域也增大，可对地下目标多角度激励。

加之，探测系统在非运动状态下可对目标进行定位；在实现信号源幅值、频率、占空比可调，发射线圈个数灵活可调的情况下，保持探测系统不变就可实现不同区域内、不同深度下的地下目标探测，实现非运动下的目标定位。

附图说明

构成本申请的一部分的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。在附图中：

图1为本发明使用时信息传递结构示意图；

图2为本发明探测原理图；

图3为本发明探测流程图；

图4为本发明一个发射线圈激励产生的磁力线图；

图5为本发明两个发射线圈激励产生的磁力线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，一种多模阵列激励下的金属检测系统,包括:发射模块、接收模块及多模信号处理模块，其中：

所述发射模块，包括信号源1和发射阵列2，所述信号源1用于产生矩形交变脉冲信号，所述发射阵列2根据矩形交变脉冲信号产生交变磁场；

所述接收模块包括接收阵列3和信号采集模块4，所述接收阵列3用于接收有/无地下目标干扰后的交变磁场并产生感应信号，所述信号采集模块4用于采集所述感应信号并传输至所述多模信号处理模块；

所述多模信号处理模块5用于对所述感应信号进行放滤波、放大处理，并进行地下目标埋深的反演，以此来探测是/否有金属。

所述发射阵列2由若干匝发射线圈组成。

所述发射阵列2采用独立放置的单线圈、双线圈、三线圈以及四线圈中的一种。

所述矩形交变脉冲信号的幅值、频率和占空比均可实时调节。

所述接收阵列3由若干匝接收线圈组成。

所述信号采集模块4采用多通道采集方式，同时对多匝接收线圈的感应信号进行接收，以及通过磁通传感器对接收线圈中心处的磁场强度性探测，并利用磁场梯度来对地下目标测深。

如图2所示，通过在所探测的地下区域内放置数量可变的发射线圈，信号源在线圈上施加适当的交变电压作为矩形交变脉冲信号，则在区域内会产生交变磁场，称为一次场。同时，在该区域内还会放置接收线圈，该接收线圈在一次场的感应下会产生感应信号。若该地下区域内有金属，则金属的导磁特性会导致接收线圈的感应信号的幅值和没有金属时的感应信号的幅值不同，同时，金属的存在也会反过来影响该区域的磁感应强度，从而那个接收线圈的感应信号，将其所产生的变化称为二次场信号。此时，通过观察二次场信号的大小，即可达到探测地下金属的位置、大小等目的。

如图3所示，由于地下目标深度未知，须先对目标的大致深度进行定位，即判断目标位于浅层、中层、中深层还是深层。因此，在刚开始探测时，利用信号源幅值频率可调的特性，先给发射线圈施加幅值小、频率高的激励信号，对地下浅层进行激励；若此时接收信号幅值高于预期值，说明此时目标存在于浅层，之后保持信号幅值频率不变，通过改变信号的占空比或者发射线圈的个数来提高探测精度；若此时接收信号的幅值接近于预期值，说明此时浅层不存在目标，或者地下目标存在但未被充分激励。之后，开始对更深层的目标进行探测；给发射线圈逐渐施加幅值大、频率低的激励信号，按照上述步骤对地下中层、中深层、深层目标进行探测。

如图4和图5中所示，激励信号的幅值决定激励强度；频率决定一次场的穿透深度；信号的占空比决定探测信号的精度，当采集到的感应信号受一次场干扰较强时，可通过增加占空比调整接收时间来减弱一次场干扰；发射线圈的个数决定地下目标的磁化程度，当只有一个发射线圈时，其磁力线分布如下图4所示，若地下目标位于线圈正下方时，不能被充分磁化；当增加一个发射线圈时，其磁力线分布如下图5所示，其激励效果明显优于一个线圈激励。以此类推，在条件允许的条件下继续增加发射线圈，可进一步提高对地下目标的磁化程度，提高探测精度。

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、部件拆分或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多模阵列激励下的金属检测系统,其特征在于,包括:发射模块、接收模块及多模信号处理模块，其中：

所述发射模块，包括信号源和发射阵列，所述信号源用于产生矩形交变脉冲信号，所述发射阵列根据矩形交变脉冲信号产生交变磁场；

所述接收模块包括接收阵列和信号采集模块，所述接收阵列用于接收有/无地下目标干扰后的交变磁场并产生感应信号，所述信号采集模块用于采集所述感应信号并传输至所述多模信号处理模块；

所述多模信号处理模块用于对所述感应信号进行放滤波、放大处理，并进行地下目标埋深的反演，以此来探测是/否有金属。

2.根据权利要求1所述的一种多模阵列激励下的金属检测系统,其特征在于,所述发射阵列由若干匝发射线圈组成。

3.根据权利要求2所述的一种多模阵列激励下的金属检测系统,其特征在于,所述发射阵列采用独立放置的单线圈、双线圈、三线圈以及四线圈中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种多模阵列激励下的金属检测系统,其特征在于,所述矩形交变脉冲信号的幅值、频率和占空比均可实时调节。

5.根据权利要求4所述的一种多模阵列激励下的金属检测系统,其特征在于,所述接收阵列由若干匝接收线圈组成。

6.根据权利要求5所述的一种多模阵列激励下的金属检测系统,其特征在于,所述信号采集模块采用多通道采集方式，同时对多匝接收线圈的感应信号进行接收，以及通过磁通传感器对接收线圈中心处的磁场强度性探测，并利用磁场梯度来对地下目标测深。

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