金属定位装置及方法

技术领域

本申请涉及金属探测技术领域，具体涉及一种金属定位装置及方法。

背景技术

目前市场上金属定位装置主要通过磁场感应原理实现，主要部件通过将交变的电压施加在发射线圈两端，用来向空间发射交变的电磁场，同时接收线圈实现的方式各不相同，通常是设置成多个接收线圈，在没有目标金属的情况下，让多个接收线圈上的感应电压相互抵消，使得感应电压为接近为零。当有待测物体的情况下，会改变原有的磁场分布，使得接收线圈上有感应电压。现有的技术方案中，通常接收线圈至少有两个或者多个，且接收线圈和发射线圈没有相互耦合，导致了生产成本提高，而且在金属定位装置的初始化调试步骤繁琐，降低了探测的灵敏度和精准度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种金属定位装置，采用只设置一个接收线圈，通过发射磁场和接收磁场相互耦合，结合法拉第电磁感应定律来实现对金属物品的探测，既能降低生产成本，又可以简化调试过程，提高探测的灵敏度和精准度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种金属定位装置，包括供电模块、波形发生电路模块、发射线圈、接收线圈、信号放大模块、处理器以及人机交互模块；

所述供电模块分别与所述波形发生电路模块、信号放大模块、处理器以及人机交互模块电连接并供电；所述波形发生电路模块与所述发射线圈连接，用于产生交变的电压并施加给所述发射线圈；所述发射线圈用于发射交变的电磁波；所述接收线圈至少为一个，所述接收线圈与所述发射线圈在水平投影面上存在重叠交叉部分，使得所述接收线圈的磁场密度线与所述发射线圈的磁场密度线相交叉，所述接收线圈用于接收所述发射线圈发射的电磁波并产生感应电压；所述信号放大模块分别与所述接收线圈以及所述处理器电连接，用于将从所述发射线圈接收的感应电压放大后发送给所述处理器；所述处理器与所述人机交互模块连接，用来处理信号并将处理结果输出给人机交互模块。

进一步地，所述的金属定位装置，还包括开关装置，所述开关装置与所述接收线圈连接，用于调整所述接收线圈的匝数。

进一步地，所述开关装置为mos管或三极管。

进一步地，所述处理器型号为STM32F030C8T6。

相应地，本发明还提供了一种采用所述金属定位装置进行金属定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在没有靠近金属的情况下，驱动所述发射线圈使其产生交变的磁场，通过所述人机交互模块读取当前感应的磁场强度值；

步骤2、通过调整与所述接收线圈连接的所述开关装置，使得从所述人机交互模块读取当前感应的磁场强度值为零；

步骤3、将所述金属定位装置靠近待测物体时，若待测物体为金属，会改变初始的电磁场分布情况，通过所述人机交互模块读取当前感应的磁场强度值进行分析。

区别于现有技术，本发明技术方案的有益效果有：

1.通过设置金属探测设备的发射线圈和接收线圈在水平投影面上有相交，使得所述接收线圈的磁场密度线与所述发射线圈的磁场密度线相交叉，即发射磁场和接收磁场相互耦合，再结合法拉第电磁感应定律，即可实现对待测物体的磁场感应测量。相对于现有技术需要至少一个发射线圈以及两个以上接收线圈才能实现对待测物体的磁场感应测量，本申请既能降低生产成本，又可以简化调试过程，提高探测的灵敏度和精准度。

2.通过设置与所述接收线圈连接的开关装置，微调所述接收线圈的匝数，用于抵消因为生产过程中发射线圈和接收线圈安装位置偏差导致的磁场感应个体误差。

附图说明

图1是本申请金属定位装置结构图。

图2是本申请发射线圈与接收线圈的示意图一。

图3是本申请发射线圈与接收线圈的示意图二。

图4是本申请金属定位装置的电路图。

图5是本申请金属定位方法的步骤图。

其中，1为发射线圈，2为接收线圈，3为开关装置，4为信号放大模块，5为处理器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本申请金属定位装置结构图，包括供电模块、波形发生电路模块、发射线圈、接收线圈、信号放大模块、处理器以及人机交互模块；

其中，所述供电模块分别与所述波形发生电路模块、信号放大模块、处理器以及人机交互模块电连接并为上述模块供电。

所述波形发生电路模块与所述发射线圈连接，用于产生正弦交变的电压并施加给所述发射线圈。

所述发射线圈是一组顺时针或者逆时针缠绕的线圈，当接收到波形发生电路模块施加的产生正弦交变的电压后，发射交变的电磁波产生电磁场。具体地，发射线圈可以是圆形、椭圆形，方形或者其他形状，同时可以是外置线圈装置或者是设计于PCB板上的线圈方式。

如图2-3所示，是本申请发射线圈与接收线圈的示意图，本申请中，所述接收线圈同样是一组顺时针或者逆时针缠绕的线圈，线圈缠绕方向与发射线圈的缠绕方向相同或者相反，至少设置一个接收线圈，且每个接收线圈与所述发射线圈在水平投影面上存在重叠交叉部分，使得所述接收线圈的磁场密度线与所述发射线圈的磁场密度线相交叉，所述接收线圈用于接收所述发射线圈发射的电磁波并产生感应电压。同样的，接收线圈可以是圆形、椭圆形，方形或者其他形状，同时可以是外置线圈装置或者是设计于PCB板上的线圈方式。另外，发射线圈和接收线圈部分的交叉部分不局限于上，下,左,右或者其他方向，相交叉的面积也没有限制，只要接收线圈与发射线圈的磁场密度线有交叉即可。同时，发射线圈与接收线圈是否在同一水平方向并不影响本方案的实施。

通过设置金属探测设备的发射线圈和接收线圈在水平投影面上有相交，使得所述接收线圈的磁场密度线与所述发射线圈的磁场密度线相交叉，即发射磁场和接收磁场相互耦合，再结合法拉第电磁感应定律，即可实现对待测物体的磁场感应测量。与现有技术需要至少一个发射线圈以及两个以上接收线圈通过两组接收线圈相互之间电势相抵消实现对待测物体的磁场感应测量的方式相比，本申请既能降低生产成本，又可以简化调试过程，提高探测的灵敏度和精准度。

所述信号放大模块分别与所述接收线圈以及所述处理器电连接，用于将从所述发射线圈接收的感应电压放大后发送给所述处理器；由于通过接收线圈感应磁场变化产生的电压通常很微弱，不便于观察和后续的分析，因此需要通过信号放大模块进行放大后再处理。

所述处理器与所述人机交互模块连接，用来处理信号并将处理结果输出给人机交互模块，由人机交互模块显示磁场的感应强度。优选地，所述处理器型号为STM32F030C8T6。

在一优选的实施例中，本申请所述的金属定位装置，还包括开关装置，如图4所示，是本申请金属定位装置的电路图。所述开关装置与所述接收线圈连接，用于调整所述接收线圈的匝数，从而改变接收线圈的磁通量使得接收线圈内部的总磁通量为零。在具体实施例中，该开关装置有多个起始点和终止点可以选择，每个起始点或终止点均对应接收线圈上的一个位置，通过选择不同的起始点和终止点，改变所述接收线圈的匝数，改变接收线圈的磁通量。通常，在生产过程中，初始的起始点和终止点位置可以通过单片机程序记录下来，保存在非易失性存储里，在使用初始化时通过开关装置进行微调，可以抵消因为生产过程中发射线圈和接收线圈安装位置偏差导致的磁场感应个体误差，解决了批量生产的产品精度问题。优选地，所述开关装置为mos管或三极管。

如图5所示，是采用本申请所述金属定位装置进行金属定位的方法，包括以下步骤：

步骤1、在没有靠近金属的情况下，上电工作后，波形发生电路模块产生交变电压施加给发射线圈，驱动所述发射线圈产生交变的磁场，接收线圈感应到发射线圈的磁场产生感应电压发送给信号放大模块进行放大，处理器读取放大信号进行处理后发送给人机交互模块，通过所述人机交互模块读取当前感应的磁场强度值。

步骤2、通过开关装置调整接收线圈的匝数，从而改变接收线圈磁通量，使得从所述人机交互模块读取当前感应的磁场强度值为零。通过切换开关装置不同起始点和结束点的组合，获得不同组合下人机交互模块显示信号的磁场强度值，使得最小磁场强度值基本接近于零，即此时接收线圈内部磁通量基本为零。

步骤3、将调整好的金属定位装置靠近待测物体时，若待测物体为金属，会改变初始的电磁场分布情况，破坏了原先的电磁场平衡，即待测物体会产生另一个交变场，这种交变场会传递到接收线圈，并在接收线圈中产生感应电压，这时可通过所述人机交互模块读取当前感应的磁场强度值根据大小进行分析判断。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。