CN209231531U - 一种无线式脉冲金属探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无线式脉冲金属探测器，由探测器、副机和主机组成。本实用新型将现有主机内部所有的功能拆分由主机与副机来实现，主机与副机之间通过无线实现数据传输。脉冲发射、前端放大和ADC采集转移到副机上去，副机能够直接固定在探测框架上，这样探测线圈接收的回波信号只需要一小段很短的线进入副机内部的前端放大，然后ADC把采集到的前端信号转换成数字信号，这些数字信号再通过无线传输发送到主机上，主机只需要把接收到的数字信号经过处理，然后对应发出报警声音即可。通过这样的一个方式，就实现了线圈的探测信号与主机的全无线化连接，把整机的操作性、稳定性以最佳的方式发挥出来。

Description

一种无线式脉冲金属探测器

技术领域

本实用新型涉及金属探测技术领域，具体涉及一种无线式脉冲金属探测器。

背景技术

脉冲式金属探测器是一种探测深度非常深的仪器，非常适合考古堪探和路政工程方面的应用。不同于其他类型的金属探测器，脉冲式金属探测器的工作原理是：通过主机产生的脉冲信号去驱动线圈产生强大的短暂的脉冲电流。由于线圈所产生的每个脉冲都会产生一个磁场，而每个脉冲结束的时候磁场极性会反转并崩溃，因此会在线圈上产生一个尖峰波，这个尖峰电流持续的时间非常短，称为反射电流。如果有金属物体在线圈下方，脉冲结束后产生的磁场会在物体上产生相反的磁场，这一磁场叠加到反射电流中就引起这一电流衰减的速度变慢，主机会时刻监视这一衰减电流的长度变化，通过与预期设定的进行比较，如果衰减时间变长，主机就可以判定是由外界金属物引起的衰减时间变长，从而判断是有金属物。

现有脉冲式金属探测器主要由探测器和主机组成。探测器包括探测线圈和探测框架，探测线圈由一根多芯电缆绕制而成，并固定在PVC管制成的探测框架上。主机是挂在工作人员身上，探测线圈与主机之间通过一条非常长(至少2米以上)的信号线连接着，然后工作人员提着探测器以正常行走速度在待测区域进行探测，以寻找地下金属管道或者考古作业。这种结构的脉冲式金属探测器存在一个非常严重是弊端：探测线圈与主机之间有一条2到3米的非常长的信号线存在，且探测线圈与信号线均是处于主机内部前端放大器的最前端部分，信号线变相地称为了探测线圈的一部分，即信号线与探测线圈共同组成了一个极度敏感的回波接收装置。工作人员提着探测器走动的过程中，一旦与地面花草树枝之类的发生刮蹭，信号线是不可避免地发生晃动。当晃动较大时会对探测线圈所采集的信号产生干扰，而使得采集信号发生异常波动，这一异常波动经过主机内部前端放大器放大后，最终会导致主机发出误报警，从而让工作人员做出错误的判断，而引起管道施工的时候挖错或者挖偏位置，引发安全隐患。

此外，现有脉冲式金属探测器大多都由一根多芯电缆绕制而成，即采用单线圈同时承担发射和接收的任务。而单线圈在工作的时候是没有抵抗外界信号干扰的能力，一旦有外界的干扰信号，比如附近存在高压线、无线发射塔或基站等大功率的电磁信号源时，就很容易被脉冲式金属探测器的前端接收放大，也会导致误判的情况发生。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有脉冲式金属探测器因探测器和主机采用长信号线进行连接而容易发生误判的问题，提供一种无线式脉冲金属探测器。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种无线式脉冲金属探测器，其特征是，由探测器、副机和主机组成；

所述探测器包括探测框架和探测线圈；探测框架为水平设置的环形框架，探测线圈固定在探测框架上。

所述副机包括副机外壳和设置在副机外壳内的副机处理电路；副机处理电路由副机微控制器、副机无线模块、MOS管M1、前置放大器、电阻R1-R7、二极管D1-D2和光耦组成；副机微控制器的驱动脉宽调制端经由电阻R5连接光耦的一端，光耦的另一端连接电阻R7的一端；电阻R7的另一端同时连接MOS管M1的栅极和电阻R6的一端；电阻R6的另一端和MOS管M1的源极接负电源；探测线圈的其中一端同时连接MOS管M1的漏极、电阻R1和R2的其中一端；探测线圈的另一端同时连接电阻R1的另一端、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极、电阻R3的其中一端和地；电阻R2的另一端与二极管D1的阳极和二极管D2的阴极相连后，与前置放大器的输入负端连接；电阻R3的另一端与前置放大器的输入正端连接；电阻R4的两端分别连接前置放大器的输入负端和输出端；前置放大器的输出端连接副机微控制器的模数转换采集端；副机微控制器与副机无线模块相连。

所述主机包括主机外壳和设置在主机外壳内的主机处理电路；主机处理电路由主机微控制器、主机无线模块、显示屏、功能操作按键、音频脉宽调制模块和报警喇叭组成；显示屏和功能操作按键作为人机交互界面，同时嵌设在主机外壳的表面，并与主机微控制器相连；主机无线模块与副机无线模块无线通信连接，主机无线模块与主机微控制器相连；主机微控制器的输出端经由音频脉宽调制模块与报警喇叭的输入端连接。

上述方案中，探测线圈为方环形或圆环形。

上述方案中，探测线圈固定在探测框架的下方。

与现有技术相比，本实用新型将现有主机内部所有的功能拆分由主机与副机来实现，主机与副机之间通过无线实现数据传输。脉冲发射、前端放大和ADC采集转移到副机上去，副机能够直接固定在探测框架上，这样探测线圈接收的模拟回波信号只需要一小段很短的线(约几厘米)进入副机内部的前端放大，然后ADC把采集到的前端信号转换成数字信号，这些数字信号再通过无线传输发送到主机上，主机只需要把接收到的数字信号经过处理，然后对应发出报警声音即可。因为探测线圈所采集的模拟信号不再需要很长的信号线，所以晃动引起的由信号线产生的不稳定因素基本上已经避免。而且由于主机与副机都有各自的MCU，所以在数据处理的速度上将会变得相当快，而主机的任务处理也将变得非常简单，只需要按键处理和显示屏显示功能信息，把一些要求副机进行调节的参数，如发射频率、接收灵敏度、功率等，发送给副机，然后副机再把采集到的数据发送给主机，最后主机只需把接收到的数据转换成报警音频即可。通过这样的一个方式，就实现了线圈的探测信号与主机的全无线化连接，把整机的操作性、稳定性以最佳的方式发挥出来。

附图说明

图1为一种无线式脉冲金属探测器的原理框图。

图2为副机处理电路的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

参见图1，一种无线式脉冲金属探测器，主要由探测器、副机和主机组成。

所述探测器包括探测框架和探测线圈。探测框架为水平设置的环形框架。探测框架作为探测线圈的安装载体，主要由绝缘材质组成。探测线圈作为探测器的主体，由一根多芯电缆缠绕而成，其圈数一般为6圈到7圈。探测线圈固定在探测框架上，其可以位于探测框架的正上方，或者位于探测框架的正下方，或者缠绕在探测框架上。在本实用新型优选实施例中，探测线圈固定在探测框架的正下方。探测线圈的形状和尺寸与探测框架相同。在设计时，探测框架也即探测线圈的大小尺寸可以根据探测的单位面积来决定，当探测线圈的环形尺寸较大时，发射脉冲相对大。反之，当探测线圈的环形尺寸较小时，发射脉冲相对大。另外，探测框架也即探测线圈的形状也可以根据具体设计要求而确定，其可以为正方环形、长方环形、圆环形、多边环形、甚至是不规则的环形。但考虑到正方环形和长方环形不容易出现探测死角，而作为优选方案。

所述副机固定在探测器上，其包括副机外壳以及设置在副机外壳内的副机处理电路。副机处理电路由副机微控制器、副机无线模块、MOS管M1、前置放大器、电阻R1-R7、二极管D1-D2和光耦组成。副机微控制器的驱动脉宽调制端经由电阻R5连接光耦的一端，光耦的另一端连接电阻R7的一端。电阻R7的另一端同时连接MOS管M1的栅极和电阻R6的一端。电阻R6的另一端和MOS管M1的源极接负电源。探测线圈的其中一端同时连接MOS管M1的漏极、电阻R1和R2的其中一端。探测线圈的另一端同时连接电阻R1的另一端、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极、电阻R3的其中一端和地。电阻R2的另一端与二极管D1的阳极和二极管D2的阴极相连后，与前置放大器的输入负端连接。电阻R3的另一端与前置放大器的输入正端连接。电阻R4的两端分别连接前置放大器的输入负端和输出端。前置放大器的输出端连接副机微控制器的模数转换采集端。副机微控制器与副机无线模块相连。参见图2。

所述主机挂在探测者的身上或固定在探测记录点处，包括主机外壳以及设置在主机外壳内的主机处理电路组成。主机处理电路由主机微控制器、主机无线模块、显示屏、功能操作按键、音频脉宽调制模块和报警喇叭组成。显示屏和功能操作按键作为人机交互界面，同时嵌设在主机外壳的表面，并与主机微控制器相连。主机无线模块与副机无线模块无线通信连接，主机无线模块与主机微控制器相连。主机微控制器的输出端经由音频脉宽调制模块与报警喇叭的输入端连接。

主机无线模块与副机无线模块无线通信连接。在本实用新型中，主机无线模块与副机无线模块均采用2.4G无线数据传输方案，即主机无线模块与副机无线模块均采用NRF24L01芯片，其可由微控制器随时根据需要自动设置为发送或者接收模式。NRF24L01芯片工作在2.4～2.5GHz全球免申请ISM频段，它一共有125个频道，可以通过改变频道和地址来实现1对1或者1对多的互传，具备自动应答及自动重发功能、数据传输率1或2Mbps、SPI接口数据速率0～8Mbps、地址及CRC检验功能。由于NRF24L01芯片是通过频道和地址来实现连接的，当主机把副机的地址匹配好以后，它只和这一地址建立通信，其它的任何频道地址都不会对它造成影响，保密性非常高，而且每个频道可以建立无数个地址。正因为它有众多的优点，所以我们采用这一芯片作为无线数据传输的核心。

使用时，操作者只需提着探测器，并让探测器的探测框架离开地面一定距离，保持平衡慢慢在待测区域行走。此时，副机微控制器发出驱动脉冲，并经由MOS管M1去同时驱动探测线圈，探测线圈同时产生强大的短暂的脉冲电流，其两者工作在相同相位下。当探测器的正下方存在金属物体时，探测线圈的反射电流发生变化，副机微控制器接收到探测线圈所反馈回来的反射电流后，前置放大器进行放大后送入到副机微控制器中。副机微控制器将数据通过副机无线模块和主机无线模块送入到主机微控制器。主机微控制器将反射电流与预期设定的进行比较，如果衰减时间变长，主机微控制器就可以判定是由外界金属物引起的衰减时间变长，从而判断是有金属物。当金属物体进入到探测框的范围内，主机微控制器控制报警喇叭就会发出声音警报提示。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (3)

1.一种无线式脉冲金属探测器，其特征是，由探测器、副机和主机组成；

所述探测器包括探测框架和探测线圈；探测框架为水平设置的环形框架，探测线圈固定在探测框架上；

所述副机包括副机外壳和设置在副机外壳内的副机处理电路；副机处理电路由副机微控制器、副机无线模块、MOS管M1、前置放大器、电阻R1-R7、二极管D1-D2和光耦组成；副机微控制器的驱动脉宽调制端经由电阻R5连接光耦的一端，光耦的另一端连接电阻R7的一端；电阻R7的另一端同时连接MOS管M1的栅极和电阻R6的一端；电阻R6的另一端和MOS管M1的源极接负电源；探测线圈的其中一端同时连接MOS管M1的漏极、电阻R1和R2的其中一端；探测线圈的另一端同时连接电阻R1的另一端、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极、电阻R3的其中一端和地；电阻R2的另一端与二极管D1的阳极和二极管D2的阴极相连后，与前置放大器的输入负端连接；电阻R3的另一端与前置放大器的输入正端连接；电阻R4的两端分别连接前置放大器的输入负端和输出端；前置放大器的输出端连接副机微控制器的模数转换采集端；副机微控制器与副机无线模块相连；

所述主机包括主机外壳和设置在主机外壳内的主机处理电路；主机处理电路由主机微控制器、主机无线模块、显示屏、功能操作按键、音频脉宽调制模块和报警喇叭组成；显示屏和功能操作按键作为人机交互界面，同时嵌设在主机外壳的表面，并与主机微控制器相连；主机无线模块与副机无线模块无线通信连接，主机无线模块与主机微控制器相连；主机微控制器的输出端经由音频脉宽调制模块与报警喇叭的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种无线式脉冲金属探测器，其特征是，探测线圈为方环形或圆环形。

3.根据权利要求1或2所述的一种无线式脉冲金属探测器，其特征是，探测线圈固定在探测框架的下方。