專利名稱：一種金屬探測裝置及探測方法
技術領域：
本發明屬于電子檢測和探測技術領域，尤其涉及一種金屬探測裝置及探測方法。
背景技術：
金屬探測廣泛應用于食品和藥品加工制造、軍事裝備、安全防范、刑事偵查等領域。現有的技術探測裝置一般基于電渦流原理，可分為基于頻率檢測、基于阻抗和相位檢測、基于差分電壓檢測等幾類。參見圖I示出的目前常用基于差分電壓檢測的金屬探測裝置的結構示意圖，包括電源001、發射線圈002、第一接收線圈003、第二接收線圈004和分析器005，電源001和發射線圈002組成發送回路，第一接收線圈003和第二接收線圈004完全相同且對稱布置在發射線圈002的兩側，分析器005分別與第一接收線圈003和第二接收線圈004相連，第一接收線圈003、第二接收線圈004和分析器005組成接收回路，分析器005分別采集第一接 第一接收線圈003和第二接收線圈004的感應電壓值并計算第一接收線圈003和第二接收線圈004之間的差分電壓，當沒有金屬靠近探測裝置時，第一接收線圈003和第二接收線圈004之間的差分電壓為零，當金屬距離一個接收線圈較近，距離另一個接收線圈較遠時，第一接收線圈003和第二接收線圈004之間的差分電壓不為零。實際應用中，由于兩個接收線圈參數不可能完全一致，也不可能完全對稱安裝在發射線圈的兩側，因此，兩個接收線圈與發射線圈間的互感不相等，沒有金屬靠近探測裝置時兩個接收線圈間的差分電壓仍然較大，造成探測的靈敏度較低。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種金屬探測裝置及探測方法，用以解決現有技術中由于兩個接收線圈的參數不完全一致及兩個接收線圈不完全對稱設置在發射線圈兩側對金屬探測靈敏度的影響的問題，其技術方案如下一種金屬探測裝置，包括電源、發射線圈、第一接收線圈、第二接收線圈、電流傳感器和處理器；所述電源、所述發射線圈和所述電流傳感器串接成回路；所述第一接收線圈、第二接收線圈分別和所述處理器相連，所述第一接收線圈和所述第二接收線圈分別設置于所述發射線圈的兩側；所述電源輸出交變電流以使與其連接的所述發射線圈產生交變磁場；所述電流傳感器實時采集流過所述發射線圈的電流信號，并將所述實時電流信號發送至所述處理器；所述處理器接收所述實時電流信號，實時檢測所述第一接收線圈在所述交變磁場作用下的第一感應電勢和所述第二接收線圈在所述交變磁場作用下的第二感應電勢，根據所述第一感應電勢和第二感應電勢得到實時差分電壓信號，依據預設的計算規則對所述實時電流信號和實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。所述檢測值具體為跨有功功率值，所述預設的計算規則包括將所述實時電流信號和所述實時差分電壓信號相乘后取平均值得到跨有功功率值。所述依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息具體為分析所述跨有功功率值，如果所述跨有功功率值發生變化，則判定探測到金屬，輸出探測到金屬的信息，如果所述跨有功功率沒有變化，則判定未探測到金屬，輸出未探測到金屬的信息。
所述金屬探測裝置還包括可選的，報警器，用于當所述處理器判定探測到金屬時發出警報。一種金屬探測裝置，包括電源、發射線圈、第一接收線圈、第二接收線圈、電流傳感器和處理器；所述電源、所述發射線圈和所述電流傳感器串接成回路；所述第一接收線圈的一端與所述第二接收線圈的一端相連，所述第一接收線圈的另一端與所述處理器相連，所述第二接收線圈的另一端與所述處理器相連，所述第一接收線圈和所述第二接收線圈分別設置于所述發射線圈的兩側；所述電源輸出交變電流以使與其連接的發射線圈產生交變磁場；所述電流傳感器實時采集流過所述發射線圈的電流信號，并將所述實時電流信號發送至所述處理器；所述處理器接收所述實時電流信號，實時檢測所述第一接收線圈和所述第二接收線圈在所述交變磁場作用下的實時差分電壓信號，依據預設的計算規則對所述實時電流信號和實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。所述檢測值具體為跨有功功率值，所述預設的計算規則為將所述實時電壓信號和所述實時差分電壓信號相乘后取平均值得到跨有功功率值。所述依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息具體為分析所述跨有功功率值，如果所述跨有功功率值發生變化，則判定探測到金屬，輸出探測到金屬的信息，如果所述跨有功功率沒有變化，則判定未探測到金屬，輸出未探測到金屬的信息。可選的，所述金屬探測裝置還包括報警器，用于當所述處理器判定探測到金屬時發出警報。一種金屬探測方法，包括電源輸出交變電流以使發射線圈產生交變磁場；電流傳感器實時采集流過所述發射線圈的電流信號，并將所述實時電流信號發送至處理器；處理器接收所述實時電流信號，實時檢測所述第一接收線圈在所述交變磁場作用下的第一感應電勢和所述第二接收線圈在所述交變磁場作用下的第二感應電勢，根據所述第一感應電勢和第二感應電勢得到實時差分電壓信號，依據預設的計算規則對所述實時電流信號和實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。一種金屬探測方法，包括電源輸出交變電流以使發射線圈產生交變磁場；電流傳感器實時采集流過所述發射線圈的電流信號，并將所述實時電流信號發送至處理器；處理器接收所述實時電流信號，實時檢測所述第一接收線圈和所述第二接收線圈在所述交變磁場作用下的實時差分電壓信號，依據預設的計算規則對所述實時電流信號和實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。 本發明提供的一種金屬探測裝置及探測方法，電源輸出交變電流使與其連接的發射線圈產生交變磁場；電流傳感器實時采集流過發射線圈的電流信號，并將實時電流信號發送至處理器；處理器接收實時電流信號，實時檢測第一接收線圈在交變磁場作用下的第一感應電勢和第二接收線圈在交變磁場作用下的第二感應電勢，根據第一感應電勢和第二感應電勢得到實時差分電壓信號，或者直接檢測第一接收線圈和第二接收線圈的實時差分電壓信號，然后依據預設的計算規則對實時電流信號和實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。本發明提供的金屬探測裝置及方法，處理器依據兩個接收線圈的之間的實時差分電壓和發射線圈的實時電流信號進行計算獲得跨有功功率值或跨阻抗實部值，并根據跨有功功率值或跨阻抗實部值是否變化來探測有無金屬，金屬探測靈敏度不受接收線圈的參數一致性和安裝對稱性的影響，據此得到的金屬探測準確度高。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是現有技術中差分電壓檢測的金屬探測裝置的結構示意圖；圖2是本發明實施例一提供的金屬探測裝置的結構示意圖；圖3是本發明實施例一提供的金屬探測裝置的另一結構示意圖；圖4是本發明實施例一提供的金屬探測方法的流程示意圖；圖5是本發明實施例二提供的金屬探測裝置的結構示意圖；圖6是本發明實施例二提供的金屬探測裝置的另一結構示意圖；圖7是本發明實施例二提供的金屬探測方法的流程示意圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例一本發明實施例一提供了一種金屬探測裝置，圖2為該裝置的結構示意圖，該裝置可以包括電源101、發射線圈102、第一接收線圈103、第二接收線圈104、電流傳感器105和處理器106。其中，電源101、發射線圈102和電流傳感器105串接成回路，第一接收線圈103、第二接收線圈104分別和處理器106相連，第一接收線圈103和第二接收線圈104分別設置于發射線圈102的兩側。在本實施例中，第一接收線圈103和第二接收線圈104優選為對稱設置于發射線圈102的兩側。 電源101輸出交變電流以使與其連接的發射線圈102產生交變磁場，電流傳感器105實時采集流過發射線圈102的電流信號，并將實時電流信號發送至處理器106。處理器106接收實時電流信號，實時檢測第一接收線圈103在交變磁場作用下的第一感應電勢和第二接收線圈104在交變磁場作用下的第二感應電勢，根據第一感應電勢和第二感應電勢得到實時差分電壓信號，依據預設的計算規則對實時電流信號和實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。發射線圈102的一端與電源101相連,另一端與電流傳感器105的第一檢測端SI相連；電流傳感器105的第二檢測端S2與電源101相連，電源101、發射線圈102和電流傳感器105組成一個發射回路；第一接收線圈103和處理器106、第二接收線圈104和處理器106分別組成接收回路；電流傳感器105的輸出端S3與處理器106連接。在本實施例中，檢測值具體為跨有功功率值，預設的計算規則為將所述實時電流信號和所述實時差分電壓信號相乘后取平均值得到跨有功功率值。跨有功功率值為發射線圈102電流瞬時值即實時電流i。與第一接收線圈103和第二接收線圈104間差分電壓瞬時值即實時差分電壓值e的乘積的平均值(1-1)在本實施例中，處理器分析跨有功功率值Pg，如果Pg發生變化，則判定探測到金屬，輸出探測到金屬的信息，如Pg沒有變化，則判定未探測到金屬，輸出未探測到金屬的信息，當然，當未探測到金屬時，也可不輸出信息。檢測實時電流信號的有效值，將跨有功功率值除以實時電流信號的有效值的平方值得到跨阻抗實部值，即跨阻抗實部值為Rg=Pg/I2，當可知發射線圈102實時電流i。的有效值I以及跨有功功率值Pg時，也可依據跨阻抗實部值進行分析是否探測到金屬。下面給出根據跨有功功率值Pg*Rg的變化判定是否探測到金屬的原理設發射線圈102在無金屬靠近和空氣介質中的電感為L1, AL3為鐵磁性金屬靠近發射線圈102時因磁導率增大引起的電感增大量，激勵電源101、發射線圈102、電流傳感器105構成的回路電阻為R1，被探測金屬的渦流電感、渦流電阻分別為L2、R2，激勵電源101的電壓有效值、角頻率、電流有效值分別為Ep U1，被探測金屬的渦流電流有效值I2，發射線圈102與被探測金屬的互感為M。激勵電源101、發射線圈102、電流傳感器105串聯回路的電氣方程為
E1+jM w I2=I1R1+j (L1+A L3) ^I1 (1-2)金屬電渦流回路電氣方程為jM co I1=I2R^jL2O I2 (1-3)設札為發射線圈102與第一接收線圈103的互感，Miw為金屬與第一接收線圈103的互感，M2為發射線圈102與第二接收線圈104的互感，M2ff為金屬與第二接收線圈104的互感。第一接收線圈103的感應電勢有效值為Erl = jco (M1I^MlffI2) (1-4)第二接收線圈104的感應電勢有效值為Er2 = j w (M2I^M2ffI2) (1-5)則第一接收線圈103和第二接收線圈104之間的差分電壓有效值為Er=j Co [ (M1-M2) I1+ (Mlff-M2ff) I2] (1-6)由式(1-2)、(1-3)、(1-6)得到
權利要求
1.一種金屬探測裝置，其特征在于，包括電源、發射線圈、第一接收線圈、第二接收線圈、電流傳感器和處理器； 所述電源、所述發射線圈和所述電流傳感器串接成回路；所述第一接收線圈、第二接收線圈分別和所述處理器相連，所述第一接收線圈和所述第二接收線圈分別設置于所述發射線圈的兩側； 所述電源輸出交變電流以使與其連接的所述發射線圈產生交變磁場； 所述電流傳感器實時采集流過所述發射線圈的電流信號，并將所述實時電流信號發送至所述處理器； 所述處理器接收所述實時電流信號，實時檢測所述第一接收線圈在所述交變磁場作用下的第一感應電勢和所述第二接收線圈在所述交變磁場作用下的第二感應電勢，根據所述第一感應電勢和第二感應電勢得到實時差分電壓信號，依據預設的計算規則對所述實時電流信號和所述實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。
2.根據權利要求I所述的金屬探測裝置，其特征在于，所述檢測值具體為跨有功功率值，所述預設的計算規則為將所述實時電流信號和所述實時差分電壓信號相乘后取平均值得到跨有功功率值。
3.根據權利要求2所述的金屬探測裝置，其特征在于，所述依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息具體為 分析所述跨有功功率值，如果所述跨有功功率值發生變化，則判定探測到金屬，輸出探測到金屬的信息，如果所述跨有功功率沒有變化，則判定未探測到金屬，輸出未探測到金屬的信息。
4.根據權利要求I所述的金屬探測裝置，其特征在于，還包括 報警器，用于當所述處理器判定探測到金屬時發出警報。
5.一種金屬探測裝置，其特征在于，電源、發射線圈、第一接收線圈、第二接收線圈、電流傳感器和處理器； 所述電源、所述發射線圈和所述電流傳感器串接成回路；所述第一接收線圈的一端與所述第二接收線圈的一端相連，所述第一接收線圈的另一端與所述處理器相連，所述第二接收線圈的另一端與所述處理器相連，所述第一接收線圈和所述第二接收線圈分別設置于所述發射線圈的兩側； 所述電源輸出交變電流以使與其連接的所述發射線圈產生交變磁場； 所述電流傳感器實時采集流過所述發射線圈的電流信號，并將所述實時電流信號發送至所述處理器； 所述處理器接收所述實時電流信號，實時檢測所述第一接收線圈和所述第二接收線圈在所述交變磁場作用下的實時差分電壓信號，依據預設的計算規則對所述實時電流信號和所述實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。
6.根據權利要求5所述的金屬探測裝置，其特征在于，所述檢測值具體為跨有功功率值，所述預設的計算規則包括將所述實時電流信號和所述實時差分電壓信號相乘后取平均值得到跨有功功率值。
7.根據權利要求6所述的金屬探測裝置，其特征在于，所述依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息具體為 分析所述跨有功功率值，如果所述跨有功功率值發生變化，則判定探測到金屬，輸出探測到金屬的信息，如果所述跨有功功率沒有變化，則判定未探測到金屬，輸出未探測到金屬的信息。
8.根據權利要求5所述的金屬探測裝置，其特征在于，還包括 報警器，用于當所述處理器判定探測到金屬時發出警報。
9.一種金屬探測方法，其特征在于，應用于如權利要求1-4中任意一項所述的金屬探測裝置，包括 電源輸出交變電流以使發射線圈產生交變磁場； 電流傳感器實時采集流過所述發射線圈的電流信號，并將所述實時電流信號發送至處理器； 處理器接收所述實時電流信號，實時檢測所述第一接收線圈在所述交變磁場作用下的第一感應電勢和所述第二接收線圈在所述交變磁場作用下的第二感應電勢，根據所述第一感應電勢和第二感應電勢得到實時差分電壓信號，依據預設的計算規則對所述實時電流信號和實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。
10.一種金屬探測方法，其特征在于，應用于如權利要求5-8中任意一項所述的金屬探測裝置，包括 電源輸出交變電流以使發射線圈產生交變磁場； 電流傳感器實時采集流過所述發射線圈的電流信號，并將所述實時電流信號發送至處理器； 處理器接收所述實時電流信號，實時檢測所述第一接收線圈和所述第二接收線圈在所述交變磁場作用下的實時差分電壓信號，依據預設的計算規則對所述實時電流信號和實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對所述檢測值進行分析，輸出是否探測到金屬的信息。
全文摘要
本發明提供的一種金屬探測裝置，包括電源、發射線圈和電流傳感器串接成回路；第一接收線圈、第二接收線圈分別和處理器相連；電源輸出交變電流以使與其連接的發射線圈產生交變磁場；電流傳感器實時采集流過發射線圈的電流信號；處理器獲得，依據預設的計算規則對發射線圈的實時電流信號和第一接收線圈和第二接收線圈在交變磁場作用下的實時差分電壓信號進行計算得到檢測值，并依據預設的分析規則對檢測值進行分析，判斷是否探測到金屬。本發明提供的一種金屬探測裝置，處理器依據兩個接收線圈的之間的實時差分電壓和發射線圈的實時電流信號進行計算判斷，計算結果不受接收線圈的一致性和安裝對稱度的影響，據此得到的判斷結果準確度高。
文檔編號G01V3/10GK102759752SQ201210260860
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月25日 優先權日2012年7月25日
發明者彭磊 申請人:彭磊