专利名称：一种金属探测装置及探测方法
技术领域：
本发明属于电子检测和探测技术领域，尤其涉及一种金属探测装置及探测方法。
背景技术：
金属探测广泛应用于食品和药品加工制造、军事装备、安全防范、刑事侦查等领域。现有的技术探测装置一般基于电涡流原理，可分为基于频率检测、基于阻抗和相位检测、基于差分电压检测等几类。参见图I示出的目前常用基于差分电压检测的金属探测装置的结构示意图，包括电源001、发射线圈002、第一接收线圈003、第二接收线圈004和分析器005，电源001和发射线圈002组成发送回路，第一接收线圈003和第二接收线圈004完全相同且对称布置在发射线圈002的两侧，分析器005分别与第一接收线圈003和第二接收线圈004相连，第一接收线圈003、第二接收线圈004和分析器005组成接收回路，分析器005分别采集第一接 第一接收线圈003和第二接收线圈004的感应电压值并计算第一接收线圈003和第二接收线圈004之间的差分电压，当没有金属靠近探测装置时，第一接收线圈003和第二接收线圈004之间的差分电压为零，当金属距离一个接收线圈较近，距离另一个接收线圈较远时，第一接收线圈003和第二接收线圈004之间的差分电压不为零。实际应用中，由于两个接收线圈参数不可能完全一致，也不可能完全对称安装在发射线圈的两侧，因此，两个接收线圈与发射线圈间的互感不相等，没有金属靠近探测装置时两个接收线圈间的差分电压仍然较大，造成探测的灵敏度较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属探测装置及探测方法，用以解决现有技术中由于两个接收线圈的参数不完全一致及两个接收线圈不完全对称设置在发射线圈两侧对金属探测灵敏度的影响的问题，其技术方案如下一种金属探测装置，包括电源、发射线圈、第一接收线圈、第二接收线圈、电流传感器和处理器；所述电源、所述发射线圈和所述电流传感器串接成回路；所述第一接收线圈、第二接收线圈分别和所述处理器相连，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈分别设置于所述发射线圈的两侧；所述电源输出交变电流以使与其连接的所述发射线圈产生交变磁�。凰龅缌鞔衅魇凳辈杉鞴龇⑸湎呷Φ牡缌餍藕牛⒔鍪凳钡缌餍藕欧⑺椭了龃砥鳎凰龃砥鹘邮账鍪凳钡缌餍藕牛凳奔觳馑龅谝唤邮障呷υ谒鼋槐浯懦∽饔孟碌牡谝桓杏Φ缡坪退龅诙邮障呷υ谒鼋槐浯懦∽饔孟碌牡诙杏Φ缡疲菟龅谝桓杏Φ缡坪偷诙杏Φ缡频玫绞凳辈罘值缪剐藕牛谰菰ど璧募扑愎嬖蚨运鍪凳钡缌餍藕藕褪凳辈罘值缪剐藕沤屑扑愕玫郊觳庵担⒁谰菰ど璧姆治龉嬖蚨运黾觳庵到蟹治觯涑鍪欠裉讲獾浇鹗舻男畔�。所述检测值具体为跨有功功率值，所述预设的计算规则包括将所述实时电流信号和所述实时差分电压信号相乘后取平均值得到跨有功功率值。所述依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息具体为分析所述跨有功功率值，如果所述跨有功功率值发生变化，则判定探测到金属，输出探测到金属的信息，如果所述跨有功功率没有变化，则判定未探测到金属，输出未探测到金属的信息。
所述金属探测装置还包括可选的，报警器，用于当所述处理器判定探测到金属时发出警报。一种金属探测装置，包括电源、发射线圈、第一接收线圈、第二接收线圈、电流传感器和处理器；所述电源、所述发射线圈和所述电流传感器串接成回路；所述第一接收线圈的一端与所述第二接收线圈的一端相连，所述第一接收线圈的另一端与所述处理器相连，所述第二接收线圈的另一端与所述处理器相连，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈分别设置于所述发射线圈的两侧；所述电源输出交变电流以使与其连接的发射线圈产生交变磁�。凰龅缌鞔衅魇凳辈杉鞴龇⑸湎呷Φ牡缌餍藕牛⒔鍪凳钡缌餍藕欧⑺椭了龃砥鳎凰龃砥鹘邮账鍪凳钡缌餍藕牛凳奔觳馑龅谝唤邮障呷退龅诙邮障呷υ谒鼋槐浯懦∽饔孟碌氖凳辈罘值缪剐藕牛谰菰ど璧募扑愎嬖蚨运鍪凳钡缌餍藕藕褪凳辈罘值缪剐藕沤屑扑愕玫郊觳庵担⒁谰菰ど璧姆治龉嬖蚨运黾觳庵到蟹治觯涑鍪欠裉讲獾浇鹗舻男畔�。所述检测值具体为跨有功功率值，所述预设的计算规则为将所述实时电压信号和所述实时差分电压信号相乘后取平均值得到跨有功功率值。所述依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息具体为分析所述跨有功功率值，如果所述跨有功功率值发生变化，则判定探测到金属，输出探测到金属的信息，如果所述跨有功功率没有变化，则判定未探测到金属，输出未探测到金属的信息。可选的，所述金属探测装置还包括报警器，用于当所述处理器判定探测到金属时发出警报。一种金属探测方法，包括电源输出交变电流以使发射线圈产生交变磁场；电流传感器实时采集流过所述发射线圈的电流信号，并将所述实时电流信号发送至处理器；处理器接收所述实时电流信号，实时检测所述第一接收线圈在所述交变磁场作用下的第一感应电势和所述第二接收线圈在所述交变磁场作用下的第二感应电势，根据所述第一感应电势和第二感应电势得到实时差分电压信号，依据预设的计算规则对所述实时电流信号和实时差分电压信号进行计算得到检测值，并依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息。一种金属探测方法，包括电源输出交变电流以使发射线圈产生交变磁场；电流传感器实时采集流过所述发射线圈的电流信号，并将所述实时电流信号发送至处理器；处理器接收所述实时电流信号，实时检测所述第一接收线圈和所述第二接收线圈在所述交变磁场作用下的实时差分电压信号，依据预设的计算规则对所述实时电流信号和实时差分电压信号进行计算得到检测值，并依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息。 本发明提供的一种金属探测装置及探测方法，电源输出交变电流使与其连接的发射线圈产生交变磁�。坏缌鞔衅魇凳辈杉鞴⑸湎呷Φ牡缌餍藕牛⒔凳钡缌餍藕欧⑺椭链砥鳎淮砥鹘邮帐凳钡缌餍藕牛凳奔觳獾谝唤邮障呷υ诮槐浯懦∽饔孟碌牡谝桓杏Φ缡坪偷诙邮障呷υ诮槐浯懦∽饔孟碌牡诙杏Φ缡疲莸谝桓杏Φ缡坪偷诙杏Φ缡频玫绞凳辈罘值缪剐藕牛蛘咧苯蛹觳獾谝唤邮障呷偷诙邮障呷Φ氖凳辈罘值缪剐藕牛缓笠谰菰ど璧募扑愎嬖蚨允凳钡缌餍藕藕褪凳辈罘值缪剐藕沤屑扑愕玫郊觳庵担⒁谰菰ど璧姆治龉嬖蚨约觳庵到蟹治觯涑鍪欠裉讲獾浇鹗舻男畔�。本发明提供的金属探测装置及方法，处理器依据两个接收线圈的之间的实时差分电压和发射线圈的实时电流信号进行计算获得跨有功功率值或跨阻抗实部值，并根据跨有功功率值或跨阻抗实部值是否变化来探测有无金属，金属探测灵敏度不受接收线圈的参数一致性和安装对称性的影响，据此得到的金属探测准确度高。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是现有技术中差分电压检测的金属探测装置的结构示意图；图2是本发明实施例一提供的金属探测装置的结构示意图；图3是本发明实施例一提供的金属探测装置的另一结构示意图；图4是本发明实施例一提供的金属探测方法的流程示意图；图5是本发明实施例二提供的金属探测装置的结构示意图；图6是本发明实施例二提供的金属探测装置的另一结构示意图；图7是本发明实施例二提供的金属探测方法的流程示意图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。实施例一本发明实施例一提供了一种金属探测装置，图2为该装置的结构示意图，该装置可以包括电源101、发射线圈102、第一接收线圈103、第二接收线圈104、电流传感器105和处理器106。其中，电源101、发射线圈102和电流传感器105串接成回路，第一接收线圈103、第二接收线圈104分别和处理器106相连，第一接收线圈103和第二接收线圈104分别设置于发射线圈102的两侧。在本实施例中，第一接收线圈103和第二接收线圈104优选为对称设置于发射线圈102的两侧。 电源101输出交变电流以使与其连接的发射线圈102产生交变磁�。缌鞔衅�105实时采集流过发射线圈102的电流信号，并将实时电流信号发送至处理器106。处理器106接收实时电流信号，实时检测第一接收线圈103在交变磁场作用下的第一感应电势和第二接收线圈104在交变磁场作用下的第二感应电势，根据第一感应电势和第二感应电势得到实时差分电压信号，依据预设的计算规则对实时电流信号和实时差分电压信号进行计算得到检测值，并依据预设的分析规则对检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息。发射线圈102的一端与电源101相连,另一端与电流传感器105的第一检测端SI相连；电流传感器105的第二检测端S2与电源101相连，电源101、发射线圈102和电流传感器105组成一个发射回路；第一接收线圈103和处理器106、第二接收线圈104和处理器106分别组成接收回路；电流传感器105的输出端S3与处理器106连接。在本实施例中，检测值具体为跨有功功率值，预设的计算规则为将所述实时电流信号和所述实时差分电压信号相乘后取平均值得到跨有功功率值。跨有功功率值为发射线圈102电流瞬时值即实时电流i。与第一接收线圈103和第二接收线圈104间差分电压瞬时值即实时差分电压值e的乘积的平均值(1-1)在本实施例中，处理器分析跨有功功率值Pg，如果Pg发生变化，则判定探测到金属，输出探测到金属的信息，如Pg没有变化，则判定未探测到金属，输出未探测到金属的信息，当然，当未探测到金属时，也可不输出信息。检测实时电流信号的有效值，将跨有功功率值除以实时电流信号的有效值的平方值得到跨阻抗实部值，即跨阻抗实部值为Rg=Pg/I2，当可知发射线圈102实时电流i。的有效值I以及跨有功功率值Pg时，也可依据跨阻抗实部值进行分析是否探测到金属。下面给出根据跨有功功率值Pg*Rg的变化判定是否探测到金属的原理设发射线圈102在无金属靠近和空气介质中的电感为L1, AL3为铁磁性金属靠近发射线圈102时因磁导率增大引起的电感增大量，激励电源101、发射线圈102、电流传感器105构成的回路电阻为R1，被探测金属的涡流电感、涡流电阻分别为L2、R2，激励电源101的电压有效值、角频率、电流有效值分别为Ep U1，被探测金属的涡流电流有效值I2，发射线圈102与被探测金属的互感为M。激励电源101、发射线圈102、电流传感器105串联回路的电气方程为
E1+jM w I2=I1R1+j (L1+A L3) ^I1 (1-2)金属电涡流回路电气方程为jM co I1=I2R^jL2O I2 (1-3)设札为发射线圈102与第一接收线圈103的互感，Miw为金属与第一接收线圈103的互感，M2为发射线圈102与第二接收线圈104的互感，M2ff为金属与第二接收线圈104的互感。第一接收线圈103的感应电势有效值为Erl = jco (M1I^MlffI2) (1-4)第二接收线圈104的感应电势有效值为Er2 = j w (M2I^M2ffI2) (1-5)则第一接收线圈103和第二接收线圈104之间的差分电压有效值为Er=j Co [ (M1-M2) I1+ (Mlff-M2ff) I2] (1-6)由式(1-2)、(1-3)、(1-6)得到
权利要求
1.一种金属探测装置，其特征在于，包括电源、发射线圈、第一接收线圈、第二接收线圈、电流传感器和处理器； 所述电源、所述发射线圈和所述电流传感器串接成回路；所述第一接收线圈、第二接收线圈分别和所述处理器相连，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈分别设置于所述发射线圈的两侧； 所述电源输出交变电流以使与其连接的所述发射线圈产生交变磁场； 所述电流传感器实时采集流过所述发射线圈的电流信号，并将所述实时电流信号发送至所述处理器； 所述处理器接收所述实时电流信号，实时检测所述第一接收线圈在所述交变磁场作用下的第一感应电势和所述第二接收线圈在所述交变磁场作用下的第二感应电势，根据所述第一感应电势和第二感应电势得到实时差分电压信号，依据预设的计算规则对所述实时电流信号和所述实时差分电压信号进行计算得到检测值，并依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息。
2.根据权利要求I所述的金属探测装置，其特征在于，所述检测值具体为跨有功功率值，所述预设的计算规则为将所述实时电流信号和所述实时差分电压信号相乘后取平均值得到跨有功功率值。
3.根据权利要求2所述的金属探测装置，其特征在于，所述依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息具体为 分析所述跨有功功率值，如果所述跨有功功率值发生变化，则判定探测到金属，输出探测到金属的信息，如果所述跨有功功率没有变化，则判定未探测到金属，输出未探测到金属的信息。
4.根据权利要求I所述的金属探测装置，其特征在于，还包括 报警器，用于当所述处理器判定探测到金属时发出警报。
5.一种金属探测装置，其特征在于，电源、发射线圈、第一接收线圈、第二接收线圈、电流传感器和处理器； 所述电源、所述发射线圈和所述电流传感器串接成回路；所述第一接收线圈的一端与所述第二接收线圈的一端相连，所述第一接收线圈的另一端与所述处理器相连，所述第二接收线圈的另一端与所述处理器相连，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈分别设置于所述发射线圈的两侧； 所述电源输出交变电流以使与其连接的所述发射线圈产生交变磁�。� 所述电流传感器实时采集流过所述发射线圈的电流信号，并将所述实时电流信号发送至所述处理器； 所述处理器接收所述实时电流信号，实时检测所述第一接收线圈和所述第二接收线圈在所述交变磁场作用下的实时差分电压信号，依据预设的计算规则对所述实时电流信号和所述实时差分电压信号进行计算得到检测值，并依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息。
6.根据权利要求5所述的金属探测装置，其特征在于，所述检测值具体为跨有功功率值，所述预设的计算规则包括将所述实时电流信号和所述实时差分电压信号相乘后取平均值得到跨有功功率值。
7.根据权利要求6所述的金属探测装置，其特征在于，所述依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息具体为 分析所述跨有功功率值，如果所述跨有功功率值发生变化，则判定探测到金属，输出探测到金属的信息，如果所述跨有功功率没有变化，则判定未探测到金属，输出未探测到金属的信息。
8.根据权利要求5所述的金属探测装置，其特征在于，还包括 报警器，用于当所述处理器判定探测到金属时发出警报。
9.一种金属探测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4中任意一项所述的金属探测装置，包括 电源输出交变电流以使发射线圈产生交变磁�。� 电流传感器实时采集流过所述发射线圈的电流信号，并将所述实时电流信号发送至处理器； 处理器接收所述实时电流信号，实时检测所述第一接收线圈在所述交变磁场作用下的第一感应电势和所述第二接收线圈在所述交变磁场作用下的第二感应电势，根据所述第一感应电势和第二感应电势得到实时差分电压信号，依据预设的计算规则对所述实时电流信号和实时差分电压信号进行计算得到检测值，并依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息。
10.一种金属探测方法，其特征在于，应用于如权利要求5-8中任意一项所述的金属探测装置，包括 电源输出交变电流以使发射线圈产生交变磁场； 电流传感器实时采集流过所述发射线圈的电流信号，并将所述实时电流信号发送至处理器； 处理器接收所述实时电流信号，实时检测所述第一接收线圈和所述第二接收线圈在所述交变磁场作用下的实时差分电压信号，依据预设的计算规则对所述实时电流信号和实时差分电压信号进行计算得到检测值，并依据预设的分析规则对所述检测值进行分析，输出是否探测到金属的信息。
全文摘要
本发明提供的一种金属探测装置，包括电源、发射线圈和电流传感器串接成回路；第一接收线圈、第二接收线圈分别和处理器相连；电源输出交变电流以使与其连接的发射线圈产生交变磁场；电流传感器实时采集流过发射线圈的电流信号；处理器获得，依据预设的计算规则对发射线圈的实时电流信号和第一接收线圈和第二接收线圈在交变磁场作用下的实时差分电压信号进行计算得到检测值，并依据预设的分析规则对检测值进行分析，判断是否探测到金属。本发明提供的一种金属探测装置，处理器依据两个接收线圈的之间的实时差分电压和发射线圈的实时电流信号进行计算判断，计算结果不受接收线圈的一致性和安装对称度的影响，据此得到的判断结果准确度高。
文档编号G01V3/10GK102759752SQ201210260860
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者彭磊 申请人:彭磊
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
