CN114721056A - 金属检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种金属检测装置，包括：信号源、感应单元以及处理单元，该信号源用于输出交流输入信号，感应单元用于接收该交流输入信号并基于感应区域内的磁场变化输出交流输出信号，感应单元包括至少一个感应线圈组，所述感应线圈组包括互相连接的第一感应线圈和第二感应线圈；在第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域无金属的情况下，第一感应线圈和第二感应线圈的感应电动势互相抵消；处理单元用于根据所述感应线圈组对应的交流输出信号，确定第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域中的金属检测结果，实现对金属所导致的气隙等效磁导率差异的高信噪比检测，并确定金属所在的位置信息。

Description

金属检测装置

技术领域

本申请涉及金属检测技术领域，特别是涉及一种金属检测装置。

背景技术

食品、电子电路、医疗等行业常需严格控制材料或物品中的微量金属混入物，为此需采用高灵敏度的金属检测装置。对于微小金属颗粒、碎片的检测需求，由于其一次电容、电磁效应微弱，仅通过增大传统检测电路的信号增益，无法实现可靠检出，其原因是敏感元件自身信噪比太低，有效信号在放大过程中容易被电源噪声、电子元件与电路噪声、电磁干扰噪声淹没。

现有技术中有采用公共发射线圈与双D形、双矩形差分线圈检测微小金属颗粒物的方案，但差分线圈制作复杂，且发射线圈较大时，中心区域灵敏度衰减明显；尤其是现有检测方法只能分辨有无金属物体，无法在传感器有效范围内提供更细节的位置信息，亦无法分辨有效范围内的多个金属物体。

针对相关技术中存在的微小金属检测方法只能分辨感应区域内有无金属物体，不能提供金属物体的位置信息的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

发明内容

在本实施例中提供了一种金属检测装置，以解决相关技术中不能提供金属物体的位置信息的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种金属检测装置，包括：信号源、感应单元以及处理单元，所述信号源用于输出交流输入信号，所述感应单元用于接收所述交流输入信号并基于感应区域内的磁场变化输出交流输出信号，其特征在于，

所述感应单元包括至少一个感应线圈组，所述感应线圈组包括互相连接的第一感应线圈和第二感应线圈；在所述第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域无金属的情况下，所述第一感应线圈和第二感应线圈的感应电动势互相抵消；

所述处理单元用于根据所述感应线圈组对应的交流输出信号，确定所述第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域中的金属检测结果。

在其中的一些实施例中，所述第一感应线圈包括上下设置的励磁线圈与传感线圈，所述第二感应线圈包括上下设置的励磁线圈与传感线圈；其中，所述第一感应线圈的励磁线圈的同名端与第二感应线圈的励磁线圈的非同名端连接，所述第一感应线圈的传感线圈的同名端与第二感应线圈的传感线圈的同名端连接。

在其中的一些实施例中，所述金属检测装置还包括与所述感应单元和所述处理单元连接的鉴相检波单元，所述鉴相检波单元用于根据所述交流输入信号的相位信息将所述交流输出信号整流为对应极性的直流信号，所述处理单元用于根据所述直流信号的极性确定对应的所述第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域的金属检测结果。

在其中的一些实施例中，所述金属检测装置还包括与所述处理单元和所述鉴相检波单元连接的调零单元，所述调零单元用于将所述处理单元发送的调零信号与所述直流信号互相抵消，使所述直流信号电压输出为零。

在其中的一些实施例中，所述金属检测装置还包括与所述感应单元连接的带通滤波单元，所述带通滤波单元用于以所述交流输入信号的频率作为中心频率对所述交流输出信号滤波。

在其中的一些实施例中，所述金属检测装置还包括与所述处理单元和所述调零单元连接的直流增益单元，所述直流增益单元用于将所述直流信号进行放大并发送给所述处理单元，所述处理单元用于根据所述直流信号的极性与电压值确定对应的所述第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域的金属检测结果。

在其中的一些实施例中，所述金属检测装置还包括与所述感应单元连接的交流增益单元，所述交流增益单元用于将所述交流输出信号进行放大。

在其中的一些实施例中，所述传感线圈匝数与所述励磁线圈匝数之比小于特定阈值。

在其中的一些实施例中，所述传感线圈与励磁线圈的横截面形状与尺寸相同且互相贴合放置。

在其中的一些实施例中，所述金属检测装置还包括与所述处理单元连接的输入显示单元，所述输入显示单元用于输入所述交流输入信号的参数，并显示所述金属检测结果。

与相关技术相比，在本实施例中提供的金属检测装置，通过在感应单元中设置至少一个感应线圈组，感应线圈组包括互相连接的第一感应线圈和第二感应线圈，向感应线圈组输入交流输入信号时，第一感应线圈和第二感应线圈可产生相应的感应电动势；且在该感应线圈组的感应区域内无金属的情况下，第一感应线圈与第二感应线圈所产生的感应电动势可互相抵消；通过交流输出信号确定该感应线圈组的感应区域的磁场变化，在感应区域存在金属的情况下磁通增强，对应的感应线圈感应电动势增加，导致交流输出信号存在正向或反向偏移；通过该交流输出信号确定金属所在的感应线圈对应的感应区域，从而实现对金属所导致的气隙等效磁导率差异的高信噪比检测，并确定金属所在的位置信息。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例的金属检测装置的结构示意图；

图2是本申请实施例的金属检测装置的连接示意图；

图3是本申请实施例的包含鉴相检波单元和调零单元的金属检测装置的结构示意图；

图4是本申请优选实施例的金属检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

请参阅图1所示，为本申请实施例的金属检测装置的结构示意图。本申请实施例提供了一种金属检测装置，包括信号源4、感应单元13以及处理单元6。信号源4用于输出交流输入信号，感应单元13用于接收该交流输入信号并基于感应区域内的磁场变化输出交流输出信号。

具体地，感应单元13包括至少一个感应线圈组14，感应线圈组14包括互相连接的第一感应线圈15和第二感应线圈16；在第一感应线圈15的感应区域和第二感应线圈16的感应区域无金属的情况下，第一感应线圈15和第二感应线圈16产生的感应电动势互相抵消；处理单元6用于根据感应线圈组14对应的交流输出信号，确定第一感应线圈15的感应区域和第二感应线圈16的感应区域中的金属检测结果。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的连接仅为示意，其并不对金属检测装置的构成造成限制。例如，感应线圈组14还可包括比图1中所示更多或者更少的数量，或者具有与图1所示出的不同配置和连接方式。在本实施例中，第一感应线圈15和第二感应线圈16产生的感应电动势可以互相抵消，本实施例对第一感应线圈15和第二感应线圈16的材质、结构参数、连接方式和摆放布局方式不作限制。

具体地，信号源4、感应线圈组14和处理单元6依次连接，信号源4为交流信号源，可以向感应单元13提供正弦信号、余弦信号等规律性的交流输入信号。多个感应线圈组14可使用信号源4的同一个交流输入信号，多个感应线圈组14之间为并联关系。感应单元13中的感应线圈组14在交流输入信号的激励下，产生对应的感应电动势，并向处理单元6输出交流输出信号。处理单元6对该交流输出信号进行处理，可以包括放大、整流、模拟数字转换处理等过程。处理单元6可以将处理结果与设定的阈值进行比较，确定对应的感应线圈组14中是否存在金属，如果存在，进一步确定该金属位于第一感应线圈15还是第二感应线圈16的感应区域中。感应线圈组14的数量可以根据需求设置，每个感应线圈组14会产生一个对应的交流输出信号，各感应线圈组14产生的交流输出信号相互独立，处理单元6的信号处理通道数量应满足交流输出信号的处理需求。

感应线圈组14中的第一感应线圈15和第二感应线圈16基于各自磁场的变化产生对应的感应电动势，由于第一感应线圈15和第二感应线圈16的输出端互相连接并共同输出交流输出信号，因此，该交流输出信号为第一感应线圈15和第二感应线圈16分别输出的感应信号的叠加。通过对第一感应线圈15和第二感应线圈16之间的连接关系、线圈构成材料、线圈结构参数等因素进行设计，可以在线圈的感应区域没有金属存在的情况下，使第一感应线圈15和第二感应线圈16产生的感应电动势频率相等、幅值近似相等，从而使两个感应线圈串联输出的交流输出信号基频电压互相抵消，主要包含空间电磁波噪声。

当第一感应线圈15和/或第二感应线圈16的感应区域有金属存在时，金属被交流输入信号所激励产生磁通，对应的感应区域的磁通增强，感应电动势增加，从而使交流输出信号包含明显的基频电压分量，处理单元对该交流输出信号进行处理，根据该交流输出信号的相位、幅值等信息确定对应的感应线圈组中是否有金属物体存在，以及该金属物体位于第一感应线圈15或第二感应线圈16中哪个感应线圈的感应区域。

本实施例提供的金属检测装置，通过在感应单元中设置至少一个感应线圈组，感应线圈组包括互相连接的第一感应线圈和第二感应线圈，向感应线圈组输入交流输入信号时，第一感应线圈和第二感应线圈可产生相应的感应电动势；且在该感应线圈组的感应区域内无金属的情况下，第一感应线圈与第二感应线圈所产生的感应电动势可互相抵消；通过交流输出信号确定该感应线圈组的感应区域的磁场变化，在感应区域存在金属的情况下磁通增强，对应的感应线圈感应电动势增加，导致交流输出信号存在正向或反向偏移；通过该交流输出信号确定金属所在的感应线圈对应的感应区域，从而实现对金属所导致的气隙等效磁导率差异的高信噪比检测，并确定金属所在的位置信息。

在一些实施例中，请参阅图2所示，为本申请实施例的金属检测装置的连接示意图。图2中的感应单元仅示出一个感应线圈组14作为连接示意，实际使用中感应线圈组14的数量可以根据需求设置。感应线圈组14中的第一感应线圈15包括上下设置的第一励磁线圈31与第一传感线圈32，第二感应线圈16包括上下设置的第二励磁线圈33与第二传感线圈34；第一励磁线圈31与第一传感线圈32具有耦合关系，第二励磁线圈33与第二传感线圈34具有耦合关系。励磁线圈与传感线圈上下放置的顺序可以根据需要调整。

第一感应线圈15与第二感应线圈16的材质与尺寸一致。其中，第一感应线圈15的第一励磁线圈31的同名端与第二感应线圈16的第二励磁线圈33的非同名端连接，第一感应线圈15的第一传感线圈32的同名端与第二感应线圈16的第二传感线圈34的同名端连接。图2中传感线圈32、34和励磁线圈31、33一端的黑色原点表示该线圈的同名端。第一励磁线圈31的非同名端和第二励磁线圈33的同名端分别连接信号源4的两端。第一传感线圈32的非同名端和第二传感线圈34的非同名端互相连接并输出交流输出信号。

传感线圈32、34的感应电动势，与穿过其中的交变磁通量成比例关系，而交变磁通量为同轴励磁线圈磁动势，及其所包围气隙等效磁导率共同作用的结果。由于微小金属目标远小于感应区域的体积，励磁线圈31、33的磁芯材料可视作为气隙。由于第一感应线圈15与第二感应线圈16的材质与尺寸一致，励磁线圈31与33串联连接，使得两个励磁线圈的励磁电流相同、磁动势也相同；两个励磁线圈31与33的同名端与非同名端互相连接，两个传感线圈32与34的同名端互相连接，使两个传感线圈32与34产生的感应电动势方向相反，构成平衡励磁、差动感应的检测方式，实现气隙条件下，第一感应线圈15、第二感应线圈16感应电动势的良好平衡。

本实施例提供的金属检测装置，通过对第一感应线圈和第二感应线圈中励磁线圈和传感线圈的连接方式、材质和尺寸进行设置，实现气隙条件下，第一感应线圈和第二感应线圈感应电动势的良好平衡，从而在无金属的情况下，第一感应线圈与第二感应线圈所产生的感应电动势可互相抵消，为后续进行金属目标所导致第一、第二感应线圈气隙等效磁导率差异的高信噪比检测奠定了基础。

进一步地，可以将同一感应线圈中的传感线圈与励磁线圈的横截面形状与尺寸设为相同且互相贴合放置，实现同轴紧密贴合，以最大化传感线圈与励磁线圈的磁链，避免传感线圈与励磁线圈不吻合导致的漏磁通，以及漏磁通所引发的感应电动势衰减和外部干扰。

由于励磁线圈的磁芯材料可视作为气隙，使得励磁线圈所产生磁通近似为气隙磁通，磁通量微弱，还可以设置传感线圈匝数与励磁线圈匝数之比小于特定阈值，例如1：5，以降低传感线圈工作电流对气隙磁通的抵消作用。

在实际应用中，感应线圈组中的第一感应线圈15和第二感应线圈16可以通过线槽进行固定。线槽中心可以为通孔结构，作为感应线圈的感应区域，允许待检测物体通过。第一感应线圈15和第二感应线圈16可以嵌入线槽内。由于微小金属目标远小于线槽中空区域体积，励磁线圈31、33的磁芯材料可视作为气隙，使得励磁线圈31、33所产生磁通近似为气隙磁通，磁通量微弱，避免对金属检测过程中的检测结果造成干扰。

当待测目标进入线槽的感应范围时，可以从不同的方向进入，例如横向穿过第一感应线圈15和/或第二感应线圈16，也可从远处逼近感应线圈15、16的中空区域；金属物体距离第一励磁线圈31或第二励磁线圈33几何中心越近，对该励磁线圈内的磁通量增强幅度越大，对应的第一传感线圈32或第二传感线圈34感应电动势越大。

进一步地，还可将线槽与线框配合，通过支撑件或手持件与线框连接，线框中可以包含一个以上的感应线圈组14，以实现手持或可移动的金属检测。

在执行金属检测之前，可以根据待测金属的类别设定交流输入信号的频率，该频率与金属的种类相关。可以通过处理单元6发出交流输入信号的频率、幅值指令至信号源4，也可直接控制信号源4发出对应频率、幅值的交流输入信号，激励第一感应线圈15、第二感应线圈16中的第一励磁线圈31、第二励磁线圈33，以提高对应类型金属检测的灵敏度。

在一些实施例中，该金属检测装置还包括与感应单元和处理单元连接的鉴相检波单元，鉴相检波单元用于根据交流输入信号的相位信息将交流输出信号整流为对应极性的直流信号，处理单元用于根据直流信号的极性确定对应的第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域的金属检测结果。

鉴相检波单元根据交流输入信号的相位信息，确定直流信号为正或负。本实施例中通过处理单元将相位信息发送给鉴相检波单元，也可以通过信号源发送。鉴相检波单元根据该相位信息，确定整流得到的直流信号的极性。处理单元对该直流信号进行处理，根据处理后信号数字量的大小和正负极性，判断对应的感应线圈组中是否存在金属，如果存在，该金属位于第一感应线圈还是第二感应线圈的感应区域中。

当第一感应线圈、第二感应线圈的感应区域范围内无金属物体时，第一感应线圈、第二感应线圈为纯气隙状态，磁通差异极小，两个传感线圈的感应电压相位相等、幅值近似相等，两者连接输出的交流输出信号，基频电压相互抵消，主要包含空间电磁波噪声。经过鉴相检波单元后，所得直流信号的输出电压近似为零。

在金属物体与金属检测装置的位置相对固定的情况下，通过鉴相检波单元输出的直流信号的电压和极性，可以确定金属所在的感应区域；在金属物体与金属检测装置发生相对移动的情况下，也可以根据直流信号电压和极性的动态变化确定金属所在的位置。例如当金属物体进入第一感应线圈感应范围时，第一感应线圈磁通被增强，对应的传感线圈感应电压幅值明显大于第二感应线圈的传感线圈，使得交流输出信号包含明显的基频电压分量，致使鉴相检波单元输出的直流信号电压从近似零上升为正值，且金属目标越接近第一感应线圈的传感线圈中心，输出电压越高；当金属物体进入第二感应线圈感应范围时，第二感应线圈磁通被增强，对应的传感线圈感应电压幅值明显大于第一感应线圈的传感线圈，同样使得交流输出信号包含明显的基频电压分量，但相位与金属物体在第一感应线圈的情况相反，致使鉴相检波单元输出的直流信号电压变为负值，且金属目标越接近传感线圈中心，负值越大。

当金属颗粒从第一感应线圈的感应区域移动到第二感应线圈的感应区域时，第一感应线圈的传感线圈感应电动势恢复初始平衡状态，第二感应线圈的传感线圈感应电动势增加，鉴相检波单元输出的直流信号极性反转，处理单元可以根据该直流信号的极性变化判断金属当前所在的位置。

当两个或更多金属颗粒进入同一感应线圈的感应区域时，导致该感应线圈磁通增强，对该感应线圈的传感线圈的效果与较大尺寸的单一金属类似，处理单元判断其为单个金属物；当两个或更多金属颗粒分别进入第一感应线圈、第二感应线圈的感应区域时，第一感应线圈、第二感应线圈磁通被同时增强，若两个金属颗粒电磁效应相同，其引发的第一感应线圈、第二感应线圈的传感线圈感应电动势增量完全抵消，处理单元无法检出金属目标。如果两个金属颗粒电磁效应不同，则处理单元将两个金属物体判定为单颗较小的金属目标。

进一步地，为了避免第一感应线圈和第二感应线圈同时感应到金属目标导致的相互抵消问题，可以通过设置两组以上的感应线圈组，通过改变两组以上感应线圈组之间的连接关系，并进行两次以上的金属检测，根据每次金属检测的结果综合判断各感应线圈的感应区域内是否有金属物体。

以两组感应线圈组构成的四象限金属检测装置为例，设置第一感应线圈组和第二感应线圈组，第一感应线圈组中包括第一感应线圈和第二感应线圈，第二感应线圈组中包括第三感应线圈和第四感应线圈。在第一次金属检测前，将第一感应线圈的励磁线圈的同名端与第二感应线圈的励磁线圈的非同名端连接，第一感应线圈的传感线圈的同名端与第二感应线圈的传感线圈的同名端连接；将第四感应线圈的励磁线圈的同名端与第三感应线圈的励磁线圈的非同名端连接，第四感应线圈的传感线圈的同名端与第三感应线圈的传感线圈的同名端连接。然后进行第一次金属检测。

在第二次金属检测前，将第一感应线圈的励磁线圈的同名端与第三感应线圈的励磁线圈的非同名端连接，第一感应线圈的传感线圈的同名端与第三感应线圈的传感线圈的同名端连接；将第四感应线圈的励磁线圈的同名端与第二感应线圈的励磁线圈的非同名端连接，第四感应线圈的传感线圈的同名端与第二感应线圈的传感线圈的同名端连接。然后进行第二次金属检测。

如果第一次和第二次金属检测结果相同，无金属或金属均在同一个感应区域，则不存在各感应区域互相抵消的问题，检测结果正确；如果第一次和第二次金属检测的结果不同，则根据两次检测结果判断是否有多个感应区域存在金属。

进一步地，在一些实施例中，请参阅图3所示，为本申请实施例的包含鉴相检波单元53和调零单元54的金属检测装置的结构示意图。金属检测装置还包括与处理单元6和鉴相检波单元53连接的调零单元54，调零单元54用于将处理单元6发送的调零信号与直流信号互相抵消，使直流信号电压输出为零。

在进行金属检测之前，可以通过调零单元进行直流信号的零点标定。在确定感应线圈组的感应区域范围内无金属物体，或其它可导致电磁感应的物体情况下，处理单元向调零单元发送调零信号，该调零信号为可调节的直流信号，根据鉴相检波单元输出的直流信号的极性和大小，调整调零信号的极性和大小，直至调零信号与鉴相检波单元的输出互相抵消，使得调零单元的输出为零。

本实施例提供的金属检测装置，在感应线圈组的第一感应线圈和第二感应线圈已经实现感应电动势平衡的情况下，通过设置调零单元进一步平衡了直流信号的输出电压，在感应区域无金属的情况下进行零点标定，提高了金属检测的准确性。

在一些实施例中，金属检测装置还包括与感应单元连接的带通滤波单元，带通滤波单元用于以交流输入信号的频率作为中心频率对交流输出信号滤波。可滤除传感线圈所感应的其它空间电磁场的干扰信号，避免传感线圈输出的交流输出信号的信噪比损失。

在一些实施例中，金属检测装置还包括与处理单元和调零单元连接的直流增益单元，直流增益单元用于将调零单元输出的直流信号进行放大并发送给处理单元，处理单元用于根据该直流信号的极性与电压值确定对应的第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域的金属检测结果。处理单元可以将直流增益单元输出的直流信号转换为数字量，并与设定阈值比较，确定是否有金属检出，并进一步根据数字量的极性确定金属所在位置属于哪个感应线圈的感应区域。放大后的直流信号更有利于进行模拟数字信号的转换和阈值判定，降低误判的概率。

在一些实施例中，金属检测装置还包括与感应单元连接的交流增益单元，交流增益单元用于将交流输出信号进行放大。由于微小金属颗粒产生的交流输出信号比较微弱，需要经过放大和滤波才能转换为直流信号，否则容易与空间电磁波噪声混淆，导致检测结果的误判。

在一些实施例中，金属检测装置还包括与处理单元连接的输入显示单元，输入显示单元用于输入交流输入信号的参数，并显示金属检测结果。操作人员可以根据待测金属类别在输入显示单元中设定工作频率和幅值等参数，处理单元根据该参数向信号源发送对应的交流输入信号。完成金属检测后，将感应区域是否存在金属，以及金属所在的感应线圈组、第一感应线圈或第二感应线圈等具体的位置信息显示在输入显示单元中。

下面通过优选实施例对本实施例进行描述和说明。

图4是本优选实施例的金属检测装置的结构示意图。

该金属检测装置包括支撑杆1、线框2、第一感应线圈组、第二感应线圈组、第三感应线圈组、第四感应线圈组、正弦信号源4、信号调理单元5、处理单元6、输入显示单元7和电源模块8；其中，信号调理单元5包括交流增益单元51、带通滤波单元52、鉴相检波单元53、调零单元54、直流增益单元55。支撑杆1末端与线框2连接，线框2上有田字格分布的四象限线槽，各线槽中心为通孔结构、允许待检测物体通过；第一感应线圈组嵌合在第一象限线槽21内，第二感应线圈组嵌合在第二象限线槽22内，第三感应线圈组嵌合在第三象限线槽23内，第四感应线圈组嵌合在第四象限线槽24内；各感应线圈组包括上下堆叠的励磁线圈与传感线圈，且第一励磁线圈31同名端与第二励磁线圈33非同名端连接、第四励磁线圈37同名端与第三励磁线圈35非同名端连接，第一传感线圈32同名端与第二传感线圈34同名端连接、第四传感线圈38同名端与第三传感线圈36同名端连接；正弦信号源4分别与第二、三励磁线圈33、35同名端、第一、四励磁线圈31、37非同名端连接；交流增益单元51输入通道A与第一、二传感线圈32、34非同名端连接，输入通道B与第四、三传感线圈38、36非同名端连接；带通滤波单元52输入通道A、B，分别与交流增益单元51输出通道A、B连接；鉴相检波单元53输入通道A、B，分别与带通滤波单元52输出通道A、B连接；调零单元54输入通道A、B，分别与鉴相检波单元53输出通道A、B连接；直流增益单元55输入通道A、B，分别与调零单元54输出通道A、B连接；正弦信号源4、带通滤波单元52、鉴相检波单元53、调零单元54、直流增益单元55、输入显示单元7和处理单元6电连接；输入显示单元7用于显示处理单元6的金属检测状态，也用于设置正弦信号源4、信号调理单元5的工作参数；电源模块8为正弦信号源4、交流增益单元51、带通滤波单元52、鉴相检波单元53、调零单元54、直流增益单元55以及处理单元6供电。

其中，处理单元6发出电信号至正弦信号源4，控制正弦信号源4发出设定频率、幅值的正弦电压信号，以激励与其连接的励磁线圈；处理单元6发出电信号至带通滤波单元52，调节带通滤波单元52的中心频率，与正弦信号源4输出频率一致；处理单元6发出电信号至鉴相检波单元53，控制鉴相检波单元53将所输入的交流电压信号，变换为双极性直流信号；处理单元6发出电信号至调零单元54，控制调零单元54调整其输出信号值归零；处理单元6接收直流增益单元55输出通道A信号，根据转换所得数字量大小及正负极性，判断第一、第二象限是否有金属物体；处理单元6接收直流增益单元55输出通道B信号，根据转换所得数字量大小及正负极性，判断第四、第三象限是否有金属物体。

线槽21、线槽22感应范围内无金属物体时，第一、第二象限为纯气隙状态，磁通差异极小，第一传感线圈32、第二传感线圈34的感应电压相位相等、幅值近似相等，两者串联输出的传感信号，基频电压相互抵消，主要包含空间电磁波噪声；传感信号经交流增益单元51放大后，依次被带通滤波单元52、鉴相检波单元53、调零单元54、直流增益单元55处理，所得直流输出电压近似为零；金属物体进入线槽21感应范围时，第一象限磁通被增强，第一传感线圈32感应电压幅值明显大于第二传感线圈34，使得传感信号包含明显的基频电压分量，致使直流增益单元55输出电压从近似零上升为正值，且金属目标越接近第一传感线圈32中心，输出电压越高；金属物体进入线槽22感应范围时，第二象限磁通被增强，第二传感线圈34感应电压幅值明显大于第一传感线圈32，同样使得传感信号包含明显的基频电压分量，但相位与金属物体在第一象限的情况相反，致使直流增益单元55输出电压变为负值，且金属目标越接近第二传感线圈34中心，负值越低。

当金属物体A、金属物体B同时进入线槽21、线槽24感应范围时，第一、第四象限磁通被增强，第一、第四传感线圈32、38的感应电压幅值，分别大于第二、第三传感线圈34与36，相应的，A通道传感信号、B通道传感信号经信号调理单元5处理后，直流增益单元55输出通道A、输出通道B均为正电压；金属物体A、金属物体B同时进入线槽22、线槽23感应范围时，直流增益单元55输出通道A、输出通道B均为负电压；金属物体A、金属物体B同时进入线槽21、线槽23感应范围内，直流增益单元55输出通道A、输出通道B分别为正电压、负电压；金属物体A、金属物体B同时进入线槽22、线槽24感应范围内，直流增益单元55输出通道A、输出通道B分别为负电压、正电压。

本实施例提供的金属检测装置，第一象限与第二象限的同轴感应线圈组构成一副差动感应器，其传感信号由信号调理单元通道A处理；第四象限与第三象限同轴感应线圈组共同构成一副差动感应器，其传感信号由信号调理单元通道B处理；信号调理单元通道A与通道B互不影响、可同时检测线槽21、22，与线槽24、23感应范围内的金属物体。

进一步地，除上述实施例中以两副同轴感应线圈组构建四感应区域外，还可进一步增加同轴感应线圈组数量，构建区域更多、位置分辨能力更强、检测覆盖范围更大的线槽与同轴感应线圈组阵列；相应的，每增加一副感应线圈组，信号调理单元通道和微控制器模数转换通道亦需增加。

进一步地，除上述实施例中将第一、第二象限同轴感应线圈组串联连接，第四、第三象限同轴感应线圈组连接的方式外，亦可采用其它两两组合，如第一与第三串联，第二与第四串联等；此外，同轴感应线圈组两两串联既可以采用固定接线方式，亦可采用动态切换以实现优化的检测效果，如避免固定接线方式时两个象限同时感应金属目标的相互抵消作用。

需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种金属检测装置，包括：信号源、感应单元以及处理单元，所述信号源用于输出交流输入信号，所述感应单元用于接收所述交流输入信号并基于感应区域内的磁场变化输出交流输出信号，其特征在于，

所述感应单元包括至少一个感应线圈组，所述感应线圈组包括互相连接的第一感应线圈和第二感应线圈；在所述第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域无金属的情况下，所述第一感应线圈和第二感应线圈的感应电动势互相抵消；

所述处理单元用于根据所述感应线圈组对应的交流输出信号，确定所述第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域中的金属检测结果。

2.根据权利要求1所述的金属检测装置，其特征在于，所述第一感应线圈包括上下设置的励磁线圈与传感线圈，所述第二感应线圈包括上下设置的励磁线圈与传感线圈；其中，所述第一感应线圈的励磁线圈的同名端与第二感应线圈的励磁线圈的非同名端连接，所述第一感应线圈的传感线圈的同名端与第二感应线圈的传感线圈的同名端连接。

3.根据权利要求1所述的金属检测装置，其特征在于，还包括与所述感应单元和所述处理单元连接的鉴相检波单元，所述鉴相检波单元用于根据所述交流输入信号的相位信息将所述交流输出信号整流为对应极性的直流信号，所述处理单元用于根据所述直流信号的极性确定对应的所述第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域的金属检测结果。

4.根据权利要求3所述的金属检测装置，其特征在于，还包括与所述处理单元和所述鉴相检波单元连接的调零单元，所述调零单元用于将所述处理单元发送的调零信号与所述直流信号互相抵消，使所述直流信号电压输出为零。

5.根据权利要求1所述的金属检测装置，其特征在于，还包括与所述感应单元连接的带通滤波单元，所述带通滤波单元用于以所述交流输入信号的频率作为中心频率对所述交流输出信号滤波。

6.根据权利要求4所述的金属检测装置，其特征在于，还包括与所述处理单元和所述调零单元连接的直流增益单元，所述直流增益单元用于将所述直流信号进行放大并发送给所述处理单元，所述处理单元用于根据所述直流信号的极性与电压值确定对应的所述第一感应线圈的感应区域和第二感应线圈的感应区域的金属检测结果。

7.根据权利要求1所述的金属检测装置，其特征在于，还包括与所述感应单元连接的交流增益单元，所述交流增益单元用于将所述交流输出信号进行放大。

8.根据权利要求2所述的金属检测装置，其特征在于，所述传感线圈匝数与所述励磁线圈匝数之比小于特定阈值。

9.根据权利要求2所述的金属检测装置，其特征在于，所述传感线圈与励磁线圈的横截面形状与尺寸相同且互相贴合放置。

10.根据权利要求1所述的金属检测装置，其特征在于，还包括与所述处理单元连接的输入显示单元，所述输入显示单元用于输入所述交流输入信号的参数，并显示所述金属检测结果。

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