專利名稱：含金屬物探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電磁場(chǎng)探測(cè)出含金屬物的技術(shù)，具體涉及含金屬物探測(cè)裝置。
本發(fā)明可在工業(yè)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，例如建筑工程、大地測(cè)量、農(nóng)業(yè)、工程構(gòu)筑物管理、考古、地質(zhì)以及其它部門，用以探測(cè)在地區(qū)或構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中已標(biāo)出的或未標(biāo)出的含金屬的管線和設(shè)施，亦即，管道、電纜、基準(zhǔn)點(diǎn)、鋼筋混凝土板、地下井蓋、以及其它含金屬設(shè)施，其中也包括有色金屬構(gòu)制物。
本發(fā)明還可應(yīng)用于木材加工、食品加工及其它工業(yè)和農(nóng)業(yè)部門，用來探測(cè)建筑物和構(gòu)筑物中暗藏的電線布線，以及原料、材料和飼料中的金屬夾雜物。
目前急待解決的任務(wù)是搜尋地區(qū)或構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中未標(biāo)出的含金屬物，其中也包括由非鐵磁性金屬構(gòu)制物。解決所述任務(wù)的可能方法之一是利用小型感應(yīng)裝置，這些裝置同時(shí)具有輻射初級(jí)電磁場(chǎng)的功能，和接收該裝置初級(jí)電磁場(chǎng)作用范圍內(nèi)的含金屬物感應(yīng)的次級(jí)電磁場(chǎng)的功能。
已知的各種地下含金屬物探測(cè)裝置有西德Seba Dynatronic公司生產(chǎn)的M480高頻搜索器和美國(guó)Grigsby Company公司生產(chǎn)的TW-5管道-電纜探測(cè)器，它們的結(jié)構(gòu)形式相似，每一種裝置都包括發(fā)生器、與發(fā)生器連接的激勵(lì)線圈、與激勵(lì)線圈垂直的接收線圈、與接收線圈相連接的是串聯(lián)的選擇放大器、信息處理單元和聲信號(hào)裝置。該裝置具有由激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用而產(chǎn)生的信號(hào)在接收線圈中幾何位置補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br> 這兩種裝置的工作原理的基礎(chǔ)是利用激勵(lì)線圈在搜索范圍內(nèi)形成分布的初級(jí)電磁場(chǎng)，以及接收由含金屬物感應(yīng)而生成的次級(jí)電磁場(chǎng)。
這些裝置的特點(diǎn)是對(duì)外界電磁場(chǎng)影響的抗干擾能力低，其中也包括位于搜索區(qū)附近的含金屬物的干擾，因?yàn)楫?dāng)激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于它們時(shí)，它們也輻射次級(jí)電磁場(chǎng)。
此外，如果管線的分布與裝置的移動(dòng)方向所夾角度小于20°時(shí)，則發(fā)現(xiàn)管線的可靠性很低。這是由于從激勵(lì)線圈到達(dá)管線的感應(yīng)信號(hào)量值小造成的。
還有一些眾所周知的含金屬物探測(cè)裝置(Бахмутский B.φ.和зуенко г.и.著“感應(yīng)電纜探測(cè)器”，1970，《通信》，(莫斯科)，75～78頁(yè)，圖31、32)，每種裝置都具有激勵(lì)線圈，和與激勵(lì)線圈固定聯(lián)接且垂直配置的兩個(gè)差接的接收線圈，這兩個(gè)接收線圈相對(duì)于激勵(lì)線圈對(duì)稱地配置在其兩側(cè)。一種情況是激勵(lì)線圈水平設(shè)置，而兩個(gè)接收線圈垂直設(shè)置。另一種情況，與上述線圈設(shè)置狀態(tài)相反。這些方案中的電信號(hào)記錄電路相同，而且結(jié)構(gòu)形式也與上述的相似。
應(yīng)當(dāng)指出，裝置的移動(dòng)方向與兩接收線圈的連接桿的軸線方向相重合。
這些裝置的特點(diǎn)是對(duì)外界電磁場(chǎng)的影響和對(duì)搜索區(qū)周圍的含金屬物的影響的抗干擾能力低。這是由于兩個(gè)接收線圈之間距離大所決定的，而這個(gè)距離對(duì)于保證足夠的靈敏度和必要的幾何補(bǔ)償深度是必要的。此外，在管線分布與裝置移動(dòng)方向之間的夾角小于20°的情況下，發(fā)現(xiàn)管線的可靠性不大，其原因是各線圈配置為第一種情況時(shí)，來自管線的次級(jí)電磁場(chǎng)的量值小，而在第二種設(shè)置情況時(shí)，由于從激勵(lì)線圈到達(dá)管線的感應(yīng)信號(hào)的量值小。
由此可見，由于上述這些裝置的抗干擾能力低，因此不能把它們安裝在車輛上使用，因?yàn)檐囕v本身就是這些裝置的干擾源，所以其搜尋效率不高。
SU，A，1190330含金屬物探測(cè)裝置是一種高效的、對(duì)外界電磁場(chǎng)的影響具有高抗干擾能力的裝置，它包括激勵(lì)線圈，該激勵(lì)線圈與共軸設(shè)置的且相互平行的兩個(gè)接收線圈固定聯(lián)接，這兩個(gè)接收線圈對(duì)于設(shè)在經(jīng)過它們公共軸線平面上的激勵(lì)線圈既對(duì)稱又垂直;交變電壓發(fā)生器，它與激勵(lì)線圈在電氣上相連;以及互相串聯(lián)的接收線圈信號(hào)均衡單元(其各輸入端連接到接收線圈上)和差動(dòng)放大器，后者的輸出端與由激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈引起的信號(hào)的電補(bǔ)償單元的信息輸入端相連接，該信號(hào)電補(bǔ)償單元的控制輸入端與交變電壓發(fā)生器在電氣上連接，而該部分的輸出端與選擇性放大器的輸入端連接，后者的輸出端與信息處理單元的輸入端連接，信息處理單元的輸出端連接在記錄器上，并且與信號(hào)單元在電氣上連接。
上述激勵(lì)線圈和構(gòu)成該裝置的感應(yīng)系統(tǒng)的各接收線圈的相互分布情況能極大地提高抗干擾能力，這是因?yàn)閬碜酝饨珉姶艌?chǎng)輻射源(輸電線，電氣化鐵路、通信線路等)的信號(hào)電平在各接收線圈中實(shí)際上相同，又由于各接收線圈逆向相聯(lián)而被抵消。
但是，如果搜索方向取垂直于連接接收線圈和激勵(lì)線圈的連接桿的方向，且當(dāng)含金屬物管線的分布相對(duì)于搜索方向之間的夾角小于20°時(shí)，探測(cè)到管線的幾率很小，這是由于激勵(lì)線圈在管線中感生的次級(jí)電磁場(chǎng)的電平低造成的。
為了提高管線探測(cè)幾率，必須在同一搜索區(qū)內(nèi)在感應(yīng)系統(tǒng)的不同分布情況下，對(duì)移動(dòng)方向進(jìn)行兩次定線。但是，即使在這樣的情況下，探測(cè)幾率也不夠大，這是由下述因素造成的，亦即不管是操作人員用手工方法進(jìn)行搜索，還是將裝置安裝在車輛上，沿反方向定線時(shí)，很難保持原來的搜索方向。
本發(fā)明的任務(wù)是制造一種含金屬物探測(cè)裝置，該裝置能保證初級(jí)電磁場(chǎng)有不同的方向性，并擴(kuò)大其作用范圍，因而能使含金屬物的探測(cè)與初級(jí)電磁場(chǎng)相對(duì)于搜索方向的分布無關(guān)，這就提高了探測(cè)含金屬物的可靠性和搜索作業(yè)的實(shí)際效率。
所提出任務(wù)是這樣解決的，該含金屬物探測(cè)裝置包括激勵(lì)線圈，該激勵(lì)線圈與共軸設(shè)置且互相平行的兩個(gè)接收線圈固定聯(lián)接，這兩個(gè)接收線圈相對(duì)于設(shè)在經(jīng)過它們公共軸線的平面上的激勵(lì)線圈是對(duì)稱并且相垂直;交變電壓發(fā)生器，它與激勵(lì)線圈在電氣上連接;與接收線圈串聯(lián)的信號(hào)均衡單元(其輸入端與接收線圈相接);和差動(dòng)放大器，后者的輸出端與由激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈產(chǎn)生的信號(hào)的電補(bǔ)償單元的信息輸入端連接。該電補(bǔ)償單元的控制輸入端與交變電壓發(fā)生器在電氣上連接，而該單元的輸出端與選擇性放大器的輸入端連接，后者的輸出端與信息處理單元的輸入端連接，信息處理單元的輸出端連接在記錄器上，并且與信號(hào)傳輸部件電氣相連。根據(jù)本發(fā)明，該裝置還包括與主激勵(lì)線圈相同的輔助激勵(lì)線圈，它與兩個(gè)接收線圈固定聯(lián)接，并相對(duì)于它們對(duì)稱且垂直地設(shè)在經(jīng)過這兩個(gè)接收線圈的公共軸線的平面上，與主激勵(lì)線圈之間有一夾角;由輔助激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈而產(chǎn)生的信號(hào)的電補(bǔ)償單元，該補(bǔ)償單元的信息輸入端連接到差動(dòng)放大器的輸出端上;輔助選擇性放大器;切換器，它的各輸入端分別與交變電壓發(fā)生器、以及由主激勵(lì)線圈和輔助激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈上產(chǎn)生的各信號(hào)的電補(bǔ)償單元的輸出端連接，而切換器的各輸出端分別連接到主激勵(lì)線圈和輔助激勵(lì)線圈、由主激勵(lì)線圈和輔助激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈引起的各信號(hào)的電補(bǔ)償單元的控制輸入端、以及主選擇性放大器和輔助選擇性放大器的各輸入端上。切換器用來依次先將主激勵(lì)線圈和由主激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈而產(chǎn)生的信號(hào)的電補(bǔ)償單元的控制輸入端連接到交變電壓發(fā)生器上，并將該信號(hào)電補(bǔ)償單元的輸出端連接到主選擇性放大器的輸入端，然后再將輔助激勵(lì)線圈和由輔助激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈產(chǎn)生的信號(hào)的電補(bǔ)償單元的控制輸入端連接到交變電壓發(fā)生器上，并將該信號(hào)電補(bǔ)償單元的輸出端連接到輔助選擇性放大器的輸入端;輔助信息處理單元，其輸入端連接到輔助選擇性放大器的輸出端;輔助記錄器，它與輔助信息處理單元的輸出端連接;以及“或”邏輯電路，它的各輸入端分別連接到主信息處理單元和輔助信息處理單元的各輸出端，而它的輸出端則連接到信號(hào)傳輸部件上。
主激勵(lì)線圈和輔助激勵(lì)線圈之間的夾角最好在60°至120°的范圍內(nèi)。
最好使切換器包括三個(gè)常態(tài)下閉合的開關(guān)、一個(gè)常態(tài)下打開的開關(guān)、以及常態(tài)下閉合和常態(tài)下打開的開關(guān)的切換控制單元，該單元的各輸出端分別連接在各開關(guān)的控制輸入端上。而且第一常態(tài)下閉合開關(guān)和常態(tài)下打開開關(guān)的各輸入端即作為與交變電壓發(fā)生器相連接的切換器的各輸入端，第一常態(tài)下閉合的開關(guān)的輸出端作為與主激勵(lì)線圈相連接的切換器的輸出端，而常態(tài)下打開的開關(guān)的輸出端作為與輔助激勵(lì)線圈相連接的切換器的輸出端，第二和第三常態(tài)下閉合的開關(guān)的各輸入端作為分別與由主激勵(lì)線圈和輔助激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈引起的各信號(hào)的電補(bǔ)償單元的各輸出端相連接的切換器的各輸入端，而第二和第三常態(tài)下閉合的開關(guān)的各輸出端作為與主選擇性放大器和輔助選擇性放大器的各輸入端相連接的切換器的各輸出端。
有益的是，使常閉和常開開關(guān)的切換控制單元包括矩形脈沖發(fā)生器，該發(fā)生器的信號(hào)到達(dá)第一常態(tài)下閉合的開關(guān)和常態(tài)下打開的開關(guān)的各控制輸入端;時(shí)間延遲電路的輸入端連接在矩形脈沖發(fā)生器上;兩個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中的第一轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸入端連接到矩形脈沖發(fā)生器上，而第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸入端則連接到時(shí)間延遲電路的輸出端;以及兩個(gè)“與”邏輯電路，其中第一“與”電路的各輸入端分別連接到矩形脈沖發(fā)生器上和時(shí)間延遲電路的輸出端上，而第二“與”電路的各輸入端則連接到轉(zhuǎn)換開關(guān)的各輸出端上，而且“與”邏輯電路的各輸出端作為分別與第二和第三常態(tài)下閉合的開關(guān)的控制輸入端相連接的常態(tài)下閉合和常態(tài)下打開的開關(guān)的轉(zhuǎn)換控制單元的各輸出端。
本發(fā)明能提高探測(cè)含金屬物的可靠性，而與被探測(cè)物相對(duì)搜索方向的分布無關(guān)。
此外，由于對(duì)被搜索區(qū)(建筑物)只進(jìn)行一次定線，所以利用該裝置進(jìn)行的搜索作業(yè)的效率至少能提高一倍。
下面通過描述本發(fā)明的具體實(shí)施例并參照以下附圖來說明本發(fā)明。


圖1示出本發(fā)明的含金屬物探測(cè)裝置的方塊圖;
圖2示出本發(fā)明的激勵(lì)線圈和接收線圈的相對(duì)位置(均角投影圖)，并示意性地示出初級(jí)和次級(jí)電磁場(chǎng)及激勵(lì)線圈和接收線圈的局部剖面;
圖3為圖1所示裝置的便攜式實(shí)施方案的全視圖;
圖4(a、b、c、d、e、f、g、h)示出說明切換器工作的時(shí)序圖。
圖1所示的含金屬物探測(cè)裝置，包括兩個(gè)激勵(lì)線圈1、2和兩個(gè)接收線圈3、4，這些線圈同時(shí)構(gòu)成感應(yīng)系統(tǒng)5;交變電壓發(fā)生器6和接收線圈的信號(hào)均衡單元7，該單元兩輸入端8、9分別與接收線圈3、4連接。均衡單元7對(duì)外界干擾電磁場(chǎng)作用于感應(yīng)系統(tǒng)5造成干擾時(shí)在接收線圈3、4上產(chǎn)生的信號(hào)和由于接收線圈3、4的電磁參量不等性產(chǎn)生的信號(hào)予以均衡。
均衡單元7的兩輸出端10、11分別與差動(dòng)放大器12的兩輸入端連接，后者的輸出端連接到對(duì)應(yīng)于激勵(lì)線圈1、2的初級(jí)電磁場(chǎng)作用在接收線圈3、4引起的各信號(hào)的電補(bǔ)償單元15、16的信息輸入端13、14。
為了依次將激勵(lì)線圈1、2和電補(bǔ)償單元15、16的控制輸入端17、18連接到交變電壓發(fā)生器6上，本裝置設(shè)有切換器19，其輸入端20、21連接到交變電壓發(fā)生器6，而輸入端22、23則分別連接到電補(bǔ)償單元15、16的輸出端。切換器19的輸出端24、25分別連接到激勵(lì)線圈1、2和電補(bǔ)償單元15、16的控制輸入端17、18。
含金屬物探測(cè)裝置還包括兩個(gè)選擇性放大器26、27，它們分別與切換器19的輸出端28、29連接。切換器19相應(yīng)地把激勵(lì)線圈1、2和電補(bǔ)償單元15、16的控制輸入端17、18連接到交變電壓發(fā)生器6上，而實(shí)現(xiàn)將電補(bǔ)償單元15、16的各輸出端分別連接到選擇性放大器26、27的輸入端上。
在所述的電信號(hào)切換器19的實(shí)施方案中，包括三個(gè)常態(tài)下閉合的開關(guān)30、31、32，一個(gè)常態(tài)下打開的開關(guān)33、以及常閉和常開開關(guān)的切換控制單元34，該切換控制單元34與開關(guān)30、31、32、33的各控制輸入端35、36、37、38相連接。而且開關(guān)30、33的各輸入端和輸出端分別用作切換器19的輸入端20、21和輸出端24、25，而切換器19的輸入端22、23和輸出端28、29則分別是開關(guān)31、32的各輸入端和輸出端。
此外，含金屬物探測(cè)裝置還包括兩個(gè)信息處理單元39、40，它們分別與選擇性放大器26、27的輸出端連接;兩個(gè)記錄器41、42，它們分別與信號(hào)處理單元39、40的輸出端連接;“或”邏輯電路45其輸入端43、44分別與信息處理單元39、40的輸出端和記錄器41、42連接，“或”電路45的輸出端與信號(hào)單元46連接。
均衡單元7可由已知電路來實(shí)施，在所述方案中，該單元包括移相器47，其輸入端當(dāng)作均衡單元7的輸入端9;電位器48，它與均衡單元7的輸入端8和輸出端11相連接;以及電位器49，它與移相器47的輸出端和均衡單元7的輸出端10相連接。
電補(bǔ)償單元15、16完全相同，它們都包括移相器50，其輸入端當(dāng)作電補(bǔ)償單元15的控制輸入端17或電補(bǔ)償單元16的控制輸入端18;電位器51，它與移相器50的輸出端連接;以及差動(dòng)放大器52，其一輸入端與電位器51連接，另一輸入端當(dāng)作電補(bǔ)償單元15的信息輸入端13或電補(bǔ)償單元16的信息輸入端14，差動(dòng)放大器52的輸出端當(dāng)作電補(bǔ)償單元15或16的輸出端。
選擇性放大器26、27用以放大交變電壓發(fā)生器6的工作頻率電信號(hào)。
信息處理單元39、40由已知電路制作，在所述方案中這兩單元都包括串聯(lián)連接的對(duì)數(shù)放大器53、檢波器54和下限限幅器55。對(duì)數(shù)放大器53確保在搜索過程中不調(diào)節(jié)靈敏度就能擴(kuò)大被發(fā)現(xiàn)對(duì)象的尺寸范圍，下限限幅器55確保排除掉經(jīng)常起作用的各種因素(儀器的雜波、振動(dòng)影響等等)。
作為記錄器41、42可用模擬的或數(shù)字的顯示儀器(伏特計(jì))。
信號(hào)單元46可以采用聲信號(hào)源和指示燈，按已知電路之一作成，能發(fā)出探測(cè)到含金屬物的聲信號(hào)和光信號(hào)。
開關(guān)的轉(zhuǎn)換控制單元34在所述方案中包括矩形脈沖發(fā)生器56，它與開關(guān)30、33的控制輸入端35、38連接;延時(shí)電路57，其輸入端與矩形脈沖發(fā)生器56連接;以及兩個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)58、59，其中，第一開關(guān)58的輸入端與矩形脈沖發(fā)生器56連接，第二開關(guān)59的輸入端與延時(shí)電路57的輸出端連接。此外，控制單元34還包括兩個(gè)“與”邏輯電路60、61，其中，第一“與”電路60的兩個(gè)輸入端分別與矩形脈沖發(fā)生器56和延時(shí)電路57的輸出端連接，第二“與”電路61的兩個(gè)輸入端分別與轉(zhuǎn)換開關(guān)58、59的輸出端連接?！芭c”邏輯電路60、61的輸出端分別與開關(guān)31、32的控制輸入端36、37連接。
該裝置的控制單元34使用了矩形脈沖發(fā)生器56，其占空系數(shù)等于2，這就能保證激磁線圈1、2連接到交變電壓發(fā)生器6上的持續(xù)時(shí)間相同。而且，選取矩形脈沖發(fā)生器56的頻率小于0.1f，這里f是發(fā)生器6的工作頻率。在發(fā)生器56的頻率決定激勵(lì)線圈1、2連接到交變電壓發(fā)生器6上的持續(xù)時(shí)間的條件下，考慮到轉(zhuǎn)換過程，能夠保證在含金屬物感生的次級(jí)電磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的各信號(hào)得到記錄。
構(gòu)成感應(yīng)系統(tǒng)5的接收線圈3、4的結(jié)構(gòu)完全相同，且彼此平行又共軸設(shè)置。激勵(lì)線圈1、2相對(duì)于接收線圈3、4正交且對(duì)稱地分別位于經(jīng)過接收線圈3、4的公共軸線62(圖2)的兩個(gè)平面上，這兩個(gè)平面之間的夾角α在60°至120°之間。
激磁線圈1、2和接吸線圈3、4之間借助于連接桿63、64聯(lián)接構(gòu)成一個(gè)固定的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)角α取60°～120°范圍內(nèi)的任意值時(shí)，發(fā)現(xiàn)含金屬物(例如管線)的可靠性將是最高的，這是因?yàn)楣芫€與用以將兩激勵(lì)線圈1、2其中之一(在所述方案中為線圈2)與連桿64連接起來的連桿63之間的夾角B總是小于60°，這就能保證在管線中感應(yīng)出來的信號(hào)電平足夠大。
對(duì)激勵(lì)線圈1、2和接收線圈3、4所采取的相對(duì)位置保證在激勵(lì)線圈1、2和接收線圈3、4之間電磁耦合最小。激勵(lì)線圈1、2和接收線圈3、4之間的距離L的選擇是根據(jù)四個(gè)線圈1、2、3、4的相對(duì)位置不變而確定的感應(yīng)系統(tǒng)5所需的穩(wěn)定性和激勵(lì)線圈1、2和接收線圈3、4之間的距離確定的，對(duì)初級(jí)電磁場(chǎng)的幾何補(bǔ)償深度選定的。眾所周知，在其它條件都相同的情況下，當(dāng)距離L增大時(shí)，幾何補(bǔ)償深度增加，而當(dāng)距離L減小時(shí)，穩(wěn)定性增大。因此要根據(jù)該裝置的具體用途(便攜式的還是安裝在車輛上的)和結(jié)構(gòu)實(shí)施的可能性(采用的材料、制作工藝)來分別地選取每一種情況下的距離L，但應(yīng)同時(shí)保證所需的穩(wěn)定性和幾何補(bǔ)償深度。
激勵(lì)線圈1、2和接收線圈3、4用導(dǎo)線65繞制，它們的線匝示意性地示于圖2。圖中還用實(shí)線示出激勵(lì)線圈1、2在搜索區(qū)產(chǎn)生的初級(jí)電磁場(chǎng)的磁力線66，以及用虛線示出地下含金屬物68感生的次級(jí)電磁場(chǎng)的磁力線67。
搜索方向(感應(yīng)系統(tǒng)5的移動(dòng)方向)用箭頭A表示。
根據(jù)該裝置的具體用途選擇角α的大小。當(dāng)感應(yīng)系統(tǒng)5安裝在車輛上時(shí)，為了保證其高速行進(jìn)，必須使激勵(lì)線圈1、2之間的夾角α接近或等于120°。
圖3示出便攜式裝置的實(shí)施例，裝置的小型化具有重大意義。在這種情況下，激勵(lì)線圈1、2之間的夾角α應(yīng)接近或等于60°。要這樣組裝該裝置，亦即讓激勵(lì)線圈1、2位于操作者的兩側(cè)，而裝置中的電氣部分(其中包括交流變化電壓發(fā)生器6(見圖1))都組裝在殼體69內(nèi)，直接放在操作者面前，方便地讀出記錄器41、42(見圖1)的指示。接收線圈位于殼體70內(nèi)(見圖3)。
為了更好地理解所述裝置的實(shí)質(zhì)，圖4(a、b、c、d、e、f、g、h)給出了表明切換器19的工作情況的時(shí)序圖。圖4a表示矩形脈沖發(fā)生器56的輸出信號(hào)V1的時(shí)序圖;圖4b表示延時(shí)電路57的輸出信號(hào)V2的時(shí)序圖;圖4c表示到達(dá)開關(guān)31的控制信號(hào)V3的時(shí)序圖;圖4d表示到達(dá)開關(guān)32的控制信號(hào)V4的時(shí)序圖;圖4e、4f、4g、4h分別表示開關(guān)30、33、31、32的狀態(tài)，而且位置1對(duì)應(yīng)于開關(guān)30、33、31、32的打開狀態(tài)，而位置0對(duì)應(yīng)于它們的閉合狀態(tài)。
所建議的含金屬物探測(cè)裝置按如下的方式操作在搜索作業(yè)開始之前，為了保證裝置具有較高的抗干擾能力和較高的探測(cè)含金屬物的可靠性，預(yù)先使接收線圈3、4(見圖1)的輸出信號(hào)均衡。為此，將激勵(lì)線圈1、2與交變電壓發(fā)生器6斷開，將電補(bǔ)償單元15、16的電位器51調(diào)至零，于是外界電磁場(chǎng)作用在該裝置的感應(yīng)系統(tǒng)5上。這種電磁場(chǎng)之源可以是類似于激勵(lì)線圈的一個(gè)線圈，并且與發(fā)生器6接通，相對(duì)于接收線圈3、4盡量對(duì)稱設(shè)置，其間距要大于所設(shè)定的探測(cè)含金屬物的深度，該深度是由交變電壓發(fā)生器6的功率和感應(yīng)系統(tǒng)5的電信號(hào)參量決定的。同時(shí)，借助于電位器48、49和移相器47，使記錄器41、42的指示接近于零。
平衡調(diào)整只是在裝置的工作條件改變時(shí)才需求進(jìn)行。例如，將該裝置安裝到另一個(gè)車輛上，或者最初按便攜式的方式手工操作裝置，而后來將其安裝在車輛上，反者亦然。
在搜索作業(yè)開始前，每次都要調(diào)整電補(bǔ)償單元15、16。電補(bǔ)償單元15、16的信號(hào)是由激勵(lì)線圈1、2感生的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于接收線圈3、4后產(chǎn)生的，而它既未利用幾何補(bǔ)償法，也未利用接收線圈3、4的差接法補(bǔ)償過。將該裝置放在無含金屬物的區(qū)域內(nèi)，按以下方式調(diào)整單元15、16。
逐漸增大發(fā)生器6的輸出信號(hào)振幅，利用該單元15、16中的移相器50和電位器51調(diào)整來自發(fā)生器6的信號(hào)的相位和振幅，使記錄器41、42的指示接近于零。這一操作過程一直進(jìn)行到發(fā)生器6的輸出信號(hào)振幅等于工作信號(hào)振幅時(shí)為止。
借助于以這樣方式準(zhǔn)備好的裝置，開始搜索含金屬物。矩形脈沖發(fā)生器56產(chǎn)生出持續(xù)時(shí)間τ1的信號(hào)V1(圖4a)，這些信號(hào)到達(dá)開關(guān)30、33的控制輸入端35、38(圖1)和延時(shí)電路57，該電路經(jīng)過時(shí)間τ2后產(chǎn)生出信號(hào)V2(圖4b)。開關(guān)30、33(圖1)根據(jù)控制信號(hào)將激勵(lì)線圈1、2(圖1)通過切換器19的輸出端24、25和輸入端20、21周期性地(經(jīng)過時(shí)間τ1，圖4e、4f)與發(fā)生器6相接。激勵(lì)線圈1、2在搜索區(qū)形成頻率為f的初級(jí)電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)方向的改變決定于激勵(lì)線圈1、2中的那一個(gè)線圈與發(fā)生器6相接，此時(shí)線圈1、2的接通時(shí)間相同，且由持續(xù)時(shí)間τ1決定(圖4a、4b)。
在時(shí)刻t1，例如切換器19(圖1)將激勵(lì)線圈1接入發(fā)生器6，而在時(shí)刻t2(圖4c)，“與”電路60(圖1)開始工作，來自發(fā)生器56和延時(shí)電路57的各信號(hào)分別到達(dá)電路60的各輸入端?！芭c”電路60輸出的單個(gè)信號(hào)輸入打開的開關(guān)31的控制輸入端36(圖4g)，並經(jīng)過切換器19的輸入端22和輸出端28，將電補(bǔ)償單元15與選擇性放大器26相接。同時(shí)電補(bǔ)償單元16同選擇性放大器27斷開，換句話說，由電補(bǔ)償單元15、選擇性放大器26、信息處理單元39和記錄器41構(gòu)成的第一接收電路開始工作。
在時(shí)刻t3(圖4a)，根據(jù)切換控制單元34(圖1)的控制信號(hào)，開關(guān)30、31閉合(圖4e、4g)，使激勵(lì)線圈1(圖1)同發(fā)生器6斷開，而選擇性放大器26則同電補(bǔ)償單元15斷開。與此同時(shí)開關(guān)33斷開(圖4f)，激勵(lì)線圈2通過切換器19的輸出端25和輸入端21連與發(fā)生器6接通。
在時(shí)刻t4(圖4d)，“與”邏輯電路61(圖1)開始工作，被轉(zhuǎn)換過的信號(hào)從矩形脈沖發(fā)生器56和延時(shí)電路57分別到達(dá)電路61的輸入端。從“與”電路61的輸出的單個(gè)信號(hào)輸入開關(guān)32的控制輸入端37，開關(guān)32斷開(圖4h)，並通過切換器19的輸入端23和輸出端29將電補(bǔ)償單元16連接到選擇性放大器27上。這時(shí)由電補(bǔ)償單元16、選擇性放大器27、信息處理單元40和記錄器42構(gòu)成的第二接收電路開始工作。
在時(shí)刻t5(圖4a)，切換器19(圖1)將激勵(lì)線圈2同發(fā)生器6斷開，而選擇性放大器27則同單元16斷開，同時(shí)將激勵(lì)線圈1與發(fā)生器6相接。以后的信號(hào)轉(zhuǎn)換過程如上所述依次往復(fù)進(jìn)行。
圖4b中的τ2是通過電路57將脈沖發(fā)生器56產(chǎn)生的脈沖延遲的時(shí)間，從而形成一組跟蹤脈沖。τ2由轉(zhuǎn)換過程的持續(xù)時(shí)間決定，且應(yīng)大于由激勵(lì)線圈1或2形成的初級(jí)電磁場(chǎng)在線圈同發(fā)生器6斷開后的衰減時(shí)間。
調(diào)整第一和第二接收電路，在搜索區(qū)無含金屬物時(shí)，使其輸出端(記錄器41、42)上的信號(hào)接近于零。
當(dāng)搜索區(qū)內(nèi)有含金屬物68時(shí)(圖2)，激勵(lì)線圈1、2中的每一個(gè)線圈所形成的初級(jí)電磁場(chǎng)，其磁力線66穿透含金屬物68中，並在其中感應(yīng)出電流，該感生電流本身又形成次級(jí)電磁場(chǎng)，該場(chǎng)的磁力線67穿過感應(yīng)系統(tǒng)5的接收線圈3、4。次級(jí)電磁場(chǎng)在接收線圈3、4中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，該感生電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈3、4中的每一個(gè)線圈與含金屬物68之間的距離成比例。因?yàn)檫@個(gè)距離是不同的，所以在電補(bǔ)償單元15或16(圖1)的輸出端形成差動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)隨著從接收線圈3、4到含金屬物68(圖2)的距離(平面距離)的變化而變化。如上所述，電補(bǔ)償單元15、16(圖1)中的某個(gè)單元輸出的信號(hào)借助切換器19輸入對(duì)應(yīng)的選擇性放大器26、27，之后再輸入到對(duì)應(yīng)的信息處理單元39、40的輸入端。在單元39、40中，這些信號(hào)由對(duì)數(shù)放大器53放大后檢波，再輸入下限限幅器55。由信號(hào)處理單元39、40中的某一單元輸出的信號(hào)輸入到對(duì)應(yīng)的記錄器41、42和“或”邏輯電路45的輸入端43、44中的一端，再?gòu)摹盎颉遍T輸入到信號(hào)單元46。
記錄器41、42的指示器件隨著從接收線圈3、4到含金屬物68(圖2)的距離(平面距離)的變化而改變其指示。接著信號(hào)到達(dá)信號(hào)單元46(圖1)，在這里形成探測(cè)到含金屬物的光信號(hào)和聲信號(hào)。
總之，本裝置保證探測(cè)的可靠性高，既能手提操作(如圖3所示)，又能安裝在車輛上使用。使用本裝置比使用其它已知的類似裝置，其搜索作業(yè)的效率相當(dāng)，因?yàn)樵谒阉鲄^(qū)只需一次搜索定線。
權(quán)利要求
1.一種含金屬物探測(cè)裝置，包括激勵(lì)線圈(1)，該線圈與兩個(gè)共軸且彼此平行設(shè)置的接收線圈(3、4)固定連接，接收線圈(3、4)與位于通過接收線圈(3、4)的公共軸線(62)的平面上的激勵(lì)線圈(1)對(duì)稱且正交；交變電壓發(fā)生器(6)，它與激勵(lì)線圈(1)電氣相接；以及串聯(lián)在一起的與接收線圈串聯(lián)的用以均衡接收線圈的信號(hào)的均衡單元(7)，它的輸入端(8、9)與接收線圈(3、4)相接；和差動(dòng)放大器(12)，差動(dòng)放大器(12)的輸出端與電補(bǔ)償單元(15)的信息輸入端(13)相連接，電補(bǔ)償單元(15)用以對(duì)激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈引起的信號(hào)予以補(bǔ)償電補(bǔ)償單元(15)的控制輸入端(17)與交變電壓發(fā)生器(6)在電氣上連接，電補(bǔ)償單元(15)的輸出端與選擇性放大器(26)的輸入端連接，放大器(26)的輸出端與信息處理單元(39)的輸入端連接，信息處理單元(39)的輸出端連接到記錄器(41)上，並與信號(hào)單元(46)在電氣上相連，其特征在于它還包括一個(gè)與主激勵(lì)線圈完全相同的輔助激勵(lì)線圈(2)，它與接收線圈(3、4)固定連接，位于通過接收線圈(3、4)的公共軸線(62)的平面上與(3、4)對(duì)稱且垂直，線圈(2)與主激勵(lì)線圈(1)之間的夾角為(a)；由輔助激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈引起的信號(hào)的電補(bǔ)償單元(16)，電補(bǔ)償單元部分(16)的信息輸入端(14)與差動(dòng)放大器(12)的輸出端相接；輔助選擇性放大器(27)；切換器(19)，它的各輸入端(20、21、22、23)分別與交變電壓發(fā)生器(6)相接，與由主激勵(lì)線圈及輔助激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈引起的各信號(hào)的電補(bǔ)償單元(15、16)的各輸出端相接，而切換器(19)的輸出端(24、25)則分別與主激勵(lì)線圈(1)和輔助激勵(lì)線圈(2)相接、並與主激勵(lì)線圈和輔助激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈引起的各信號(hào)的電補(bǔ)償單元(15、16)的控制輸入端(17、18)相接、切換器(19)的輸出端(28、29)與主選擇性放大器和輔助選擇性放大器(26、27)的輸入端相接，該切換器先將主激勵(lì)線圈(1)和由主激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈產(chǎn)生的信號(hào)的電補(bǔ)償單元(15)的控制輸入端(17)與交變電壓發(fā)生器(6)相接，並將單元(15)的輸出端連接到主選擇性放大器(26)的輸入端，然后再將輔助激勵(lì)線圈(2)和由輔助激磁線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈產(chǎn)生的信號(hào)的電補(bǔ)償單元(16)的控制輸入端(18)與交變電壓發(fā)生器(6)相接，並將單元(16)的輸出端與輔助選擇性放大器(27)的輸入端相接；輔助信息處理單元(40)，它的輸入端連接到輔助選擇性放大器(27)的輸出端；輔助記錄器(42)，它與輔助信息處理單元(40)的輸出端相接；以及“或”邏輯電路(45)，它的輸入端(43、44)分別與主信息處理單元和輔助信息處理單元(39、40)的各輸出端相接，而它的輸出端則接到信號(hào)單元(46)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為主激勵(lì)線圈和輔助激勵(lì)線圈(1、2)之間的夾角(α)在60°至120°的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于切換器(19)包括三個(gè)常態(tài)下閉合的開關(guān)和一個(gè)常態(tài)下打開的開關(guān)(30、31、32、33)，以及常態(tài)下閉合的和常態(tài)下打開的開關(guān)的轉(zhuǎn)換控制單元(34)，該單元的各輸出端分別連接到這些開關(guān)的控制輸入端(35、36、37、38)，而且第一常態(tài)時(shí)閉合的開關(guān)和常態(tài)時(shí)打開的開關(guān)(30、33)各自的輸入端用作切換器(19)的輸入端(20、21)且與交變電壓發(fā)生器(6)相接，第一常態(tài)下閉合的開關(guān)(30)的輸出端用作切換器(19)的輸出端(24)，且連接到主激勵(lì)線圈(1)上，而常態(tài)下打開的開關(guān)(33)的輸出端用作切換器(19)的輸出端(25)，且與輔助激勵(lì)線圈(2)相接，第二和第三常態(tài)下閉合的開關(guān)(31、32)各自的輸入端用作切換器(19)的輸入端(22、23)，且分別與由主激勵(lì)線圈和輔助激勵(lì)線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)作用于各接收線圈引起的各信號(hào)的電補(bǔ)償單元(15、16)的各輸出端相接，而這兩個(gè)開關(guān)的輸出端用作切換器(19)的輸出端(28、29)，且分別與主選擇性放大器和輔助選擇性放大器(26、27)的各輸入端相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于常態(tài)下閉合的和常態(tài)下打開的開關(guān)的轉(zhuǎn)換控制單元(34)包括矩形脈沖發(fā)生器(56)，信號(hào)從該發(fā)生器到達(dá)第一常態(tài)下閉合的開關(guān)和常態(tài)下打開的開關(guān)(30、33)的控制輸入端(35、38);延時(shí)電路(57)，它的輸入端與矩形脈沖發(fā)生器(56)相接;兩個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)(58、59)，其中第一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)(58)的輸入端與矩形脈沖發(fā)生器(56)相接，而第二個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)(59)的輸入端與延時(shí)電路(57)的輸出端相接;以及兩個(gè)“與”邏輯電路(60、61)，第一個(gè)“與”電路(60)的一個(gè)輸入端與矩形脈沖發(fā)生器(56)相接，另一個(gè)輸入端與時(shí)間延遲電路(57)的輸出端相接，而第二個(gè)“與”電路的各輸入端分別連接到轉(zhuǎn)換開關(guān)(58、59)的各輸出端，而且“與”邏輯電路(60、61)的各輸出端用作常態(tài)下閉合的和常態(tài)下打開的開關(guān)的轉(zhuǎn)換控制單元(34)的各輸出端，且分別連接到第二和第三常態(tài)下閉合的開關(guān)(31、32)的控制輸入端(36、37)上。
全文摘要
本裝置包括激勵(lì)線圈1、2、接收線圈3、4、均衡單元7、差動(dòng)放大器12、電補(bǔ)償單元15、16、切換器19。切換器先將激勵(lì)線圈1和電補(bǔ)償單元15與交變電壓發(fā)生器6相接。同時(shí)將單元15與選擇放大器26的相接，然后再將激勵(lì)線圈2和補(bǔ)償單元16與發(fā)生器6相接，同時(shí)將單元16與選擇放大器27相接。與放大器26、27相接的是信息處理單元39、40，記錄器41、42，或門45和信號(hào)器46。
文檔編號(hào)G01V3/11GK1055068SQ9010152
公開日1991年10月2日 申請(qǐng)日期1990年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月20日
發(fā)明者朱利·米克哈依洛維奇·馬蒙托夫, 弗拉基米爾·尤里耶維奇·達(dá)尼洛夫, 鮑里斯·亞歷山大羅維奇·特盧克林 申請(qǐng)人:全蘇科學(xué)情報(bào)所建筑管理工程中心