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淺談金屬探測技術的發展
- 2020-12-12-

淺談金屬探測技術的發展

金屬探測技術的發展要追溯到上世紀六十年代,首先出現在礦產領域,為了檢測礦產中金屬的含量,提高金屬純度,世界上第一臺金屬探測裝備研制出來并取得了良好的效果,減少了工人們的工作量,提高了工作效率。金屬探測在工業的成功應用,使其得到重視并快速發展,逐漸進入到安保、食品、考古等領域。

金屬探測器.png

一開始,金屬探測主要采用電磁感應技術,即通過發射連續的正弦載波,對金屬回波信號進行處理以得到金屬目標的信息,這種探測技術的使用時間最長,使用范圍更廣?;陔姶鸥袘奶綔y技術在實現上較容易,因此得到快速發展。按照金屬回波處理的方式不同,電磁式探測技術又可分為幅頻探測、相位探測、雙頻探測、跨導探測等。

幅頻和相位探測一般分為兩種,一種是不具有接收線圈的探測方式,其應用于短距離、體積小的金屬探測。發射線圈為感性器件,當金屬接近發射線圈時,金屬和線圈的互感系數發生改變,那么金屬目標會改變發射信號的幅頻和相位,監測發射信號的時域波形變化就可以達到探測金屬目標的目的。另一種是帶有接收線圈的探測方式,其工作原理是檢測接收線圈感應信號的幅值和相位變化來探測金屬目標,這種探測方式容易受背景干擾,需要抑制噪聲,在實現上相對復雜一些,但是探測效果好。雙頻探測技術是對幅頻相位探測技術的發展,這種技術能夠在一定程度上提高系統探測靈敏度,其工作方法是發射端同時發射頻率不同的兩種信號,由于金屬目標對頻率敏感,因此對兩種頻率的影響不同,再經過接收端的混頻濾波處理,金屬存在時可以明顯的看出信號變化??鐚綔y是一種技術復雜的探測方式,其依據的原理是發射、接收線圈和金屬目標在距離不同時其互感系數也不同,接收端接收信號的跨導阻抗會隨著互感系數的變化而變化,那么通過分析跨導阻抗就可以探測到金屬目標,這種探測技術為發展高靈敏度探測提供了思路。

除了電磁式的探測技術,基于霍爾元件的探測技術也較為普遍。1879年美國物理學家霍爾發現了霍爾效應,霍爾效應是指在磁場中金屬導體或者半導體內的載流子受洛倫茲力影響,產生橫向電位差的現象。如今的霍爾元件多為集成器件,當器件通上電后,周圍存在附加磁場時,器件的輸出端會產生信號,分析輸出信號的幅值和相位可以檢測到金屬目標。依靠霍爾元件設計的探測系統效果好,基于霍爾元件的探測系統應用于要求高靈敏度、距離范圍在米級別的探測環境下。其工作原理簡單,通過發射端發射載波作用到金屬目標產生渦流二次磁場,利用霍爾器件檢測二次磁場信號就可探測到金屬目標。這種方式的優點是探測靈敏度高,缺點是探測時容易受噪聲影響,所以該系統在實現上要求比較高。

金屬探測技術經過近60年的發展,越來越多新的探測方式被研究出來。從載波頻率來看,利500MHz微波信號可以進行運動金屬探測,其依據多普勒頻移原理,當金屬目標同向運動時,回波信號被拉長頻率降低,反向運動時回波信號被擠壓頻率增大,通過監測回波信號的頻率變化可以感知金屬目標的動態信息。在地下探測領域,采用kHz 級別的載波信號可以探測地下礦藏,一般采用的探測方式叫瞬變電磁法,其原理是發射端間斷地發射高頻脈沖載波信號,載波信號作用到金屬目標產生二次場,通過檢測二次場來判斷金屬信息。

21世紀以來,金屬探測技術又有新的發展,更多的探測方式被實現。經過長時期的發展,金屬探測在不同領域采取的技術也不盡相同,但總體是朝著小型化和智能化的方向發展。隨著國內外的科學技術發展,金屬探測載波發展分為三個階段分別是:模擬載波技術、數字載波技術和瞬變電磁技術。如今探測技術與主控芯片如單片機、DSP等的結合都使金屬探測更加的智能化,可以預期不久的將來,金屬探測將會和物聯網、云計算等結合,屆時會更加的智能。

手持金屬探測器.png


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