金属探测装置的制作方法

1.本技术涉及检测技术领域，特别是涉及一种金属探测装置。


背景技术：

2.随着微电子和计算机技术的迅速发展，传统的金属探测系统也向着更新的方向发展。金属探测装置在现在社会生活中与工业生产中的应用越来越广泛，例如旅行安检、食品、反恐、冶金和药品等方面。金属探测装置的主要用途是对金属物体进行探测和定位，主要是利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场，这个磁场能在金属物体内部能感生涡电流，涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声。
3.传统的金属探测装置采用两组反向的第一接收线圈和第二接收线线圈组成的接收线圈系统。调整第一、第二接收线圈的相对位置和放大率等参数，当探测装置处于无金属的本底环境中时第一、第二接收线圈的输出电压尽量相等但符号相反，则总输出电压因两线圈电压的互抵而接近于0；当探测区里存在金属物时则改变了电磁场分布、破坏了两接收线圈原有的电压平衡互抵，使总输出电压不为0，可供信号处理电路接收、放大和分析。但是当探测区中存在金属物体时，在两个接收线圈里激发出的感应电压也相当程度地同样互抵了，造成探测装置的整体灵敏度降低。
4.然而，现有的金属探测装置存在灵敏度低的问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种更灵敏的金属探测装置。
6.本技术提供了一种金属探测装置。所述装置包括：发射线圈、第一接收线圈和第二接收线圈；
7.发射线圈与第一接收线圈以及第二接收线圈相对平行设置，第一接收线圈和第二接收线圈设置于发射线圈的同一侧，第一接收线圈和第二接收线圈中第一区域和第二区域电磁场方向相反、且在未探测到金属时，第一区域内的磁场通量与第二区域内的磁场通量相等，第一区域为与发射线圈投影重叠的区域；第二区域为未与发射线圈投影重叠的区域；
8.第一接收线圈与第二接收线圈的绕向相同、且第一接收线圈与第二接收线圈的一端相连。
9.在其中一个实施例中，金属探测装置还包括连接导线，第一接收线圈与第二接收线圈的一端通过连接导线相连。
10.在其中一个实施例中，金属探测装置还包括电源，发射线圈与电源连接。
11.在其中一个实施例中，第一接收线圈与第二接收线圈位于同一平面。
12.在其中一个实施例中，第一接收线圈与第二接收线圈的大小相等
13.在其中一个实施例中，第一接收线圈与第二接收线圈为面积相等的两个半圆，第一接收线圈与第二接收线圈的第一区域围合成的区域与发射线圈大小相等。
14.在其中一个实施例中，发射线圈在第一接收线圈与第二接收线圈中的投影面积相等。
15.在其中一个实施例中，金属探测装置还包括开关模块和信号分析电路，第一接收线圈与第二接收线圈另一端通过开关模块与信号分析电路连接。
16.在其中一个实施例中，信号分析电路包括相互连接的运算放大器与处理器，运算放大器分别与第一接收线圈和第二接收线圈连接。
17.在其中一个实施例中，开关装置包括mos(metal oxde semconductor)管或三极管。
18.上述金属探测装置，发射线圈与第一接收线圈以及第二接收线圈相对平行设置且第一接收线圈和第二接收线圈设置于发射线圈的同一侧，第一接收线圈和第二接收线圈中第一区域和第二区域电磁场方向相反、且在未探测到金属时，第一区域内的磁场通量与第二区域内的磁场通量相等，周围没有检测到金属时，第一区域与第二区域中的磁通量能相互抵消。同时，第一接收线圈与第二接收线圈的绕向相同、且第一接收线圈与第二接收线圈的一端相连，两个线圈中产生的感应电压叠加，以得到的总感应电压作为依据就可以检测出是否有金属物体，相比于现有的金属探测装置，金属检测的灵敏度更高。
附图说明
19.图1为一个实施例中金属探测装置结构示意图；
20.图2为一个实施例中接收线圈与信号分析电路的连接示意图。
具体实施方式
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
27.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种金属探测装置，包括发射线圈100、第一接收线圈200和第二接收线圈300；
28.发射线圈100与第一接收线圈200以及第二接收线圈300相对平行设置，第一接收线圈200和第二接收线圈300设置于发射线圈100的同一侧，第一接收线圈200和第二接收线圈300中第一区域和第二区域电磁场方向相反、且在未探测到金属时，第一区域第一区域内的磁场通量与第二区域内的磁场通量相等，第一区域第一区域第一区域第一区域为与发射线圈100投影重叠的区域；第二区域为未与发射线圈100投影重叠的区域；
29.第一接收线圈200与第二接收线圈300的绕向相同、且第一接收线圈200与第二接收线圈300的一端相连。
30.其中，发射线圈是金属探测装置中连续发射交变电磁场的线圈绕组；接收线圈是金属探测探测装置中用于感应和接收周围电磁场(含发射线圈连续发射的交变电磁场)的线圈绕组；具体地，金属探测装置中的发射线圈100与第一接收线圈200、第二接收线圈300相对平行设置，第一接收线圈200与第二接收线圈300位于发射线圈100的正上方且第一接收线圈200与第二接收线圈300设置于发射线圈100的同一侧，第一接收线圈200以及第二接收线圈300与发射线圈100相对平行，发射线圈100一部分与第一接收线圈200投影重叠，一部分投影与第二接收线圈300投影重叠，与第一接收线圈200或第二接收线圈300投影重叠的区域为第一区域第一区域第一区域第一区域未与发射线圈100投影重叠的区域为第二区域，其中第一区域第一区域与第二区域中的电磁场方向相反，例如将第一区域第一区域中的电磁场方向定义为+，第二区域中电磁场方向定义为－，对第一接收线圈200与第二接收线圈300中先任选其一，从远离发射线圈100中心的位置向接近中心的位置平稳移动，则接收线圈所包围的电磁总通量在远离发射线圈100中心时是-多，在接近发射线圈100中心时是+多，调整第一接收线圈200与发射线圈100的相对位置，调整至第一区域与第二区域中的磁通量能相互抵消，此时第一接收线圈200所包围的电磁总通量为第一区域与第二区域的磁通量之和，接近于0，然后对第二接收线圈300也如此调整其位置，使其电磁总通量也尽量接近0，在未探测到金属时，第一区域内的磁场通量与第二区域内的磁场通量互相抵消，此时第一接收线圈200和第二接收线圈300产生的电压处于一个相对平衡的状态，除此之外，由于第一接收线圈200与第二接收线圈300一端相连且两个线圈的绕向相同，都为顺时针或都为逆时针所以两个接收线圈所输出的总感应电压是由两个接收线圈的感应电压叠加得到的，其中感应电压公式是根据e＝nδφ/δt，e：感应电动势(v)，n：感应线圈匝数，δφ/
δt:磁通量的变化率，例如第一接收线圈200输出的感应电压为+0.01v，第二接收线圈300输出的感应电压为+0.01v，则输出的总感应电压为+0.02v，相对于+0.01v更容易看到总感应电压的变化。能增强接收线圈对金属的磁场感应的灵敏度，不会形成检测的盲区，大大提高了金属检测的准确性。
31.上述金属探测装置，发射线圈100与第一接收线圈200以及第二接收线圈300相对平行设置且第一接收线圈200和第二接收线圈300设置于发射线圈100的同一侧，第一接收线圈200和第二接收线圈300中第一区域和第二区域电磁场方向相反、且在未探测到金属时，第一区域内的磁场通量与第二区域内的磁场通量相等，周围没有检测到金属时，第一区域与第二区域中的磁通量能相互抵消，此时第一接收线圈200和第二接收线圈300处于一个电压相对平衡的状态，输出的感应电压都接近于0，例如第一接收线圈200输出的感应电压为+0.01，第二接收线圈300输出的感应电压为+0.01，同时，第一接收线圈200与第二接收线圈300的绕向相同、且第一接收线圈200与第二接收线圈300的一端相连，将第一接收线圈200中产生的感应电压与第二接收线圈300中产生的感应电压叠加，以得到的总感应电压变化作为依据就可以检测出是否有金属物体，相比于现有的金属探测装置，在保证了金属检测的灵敏度的同时，结构更加简单，从而能降低更多的生产成本。
32.在一个实施例中，金属探测装置还包括连接导线，第一接收线圈200与第二接收线圈300的一端通过连接导线相连。
33.具体地，在第一接收线圈200与第二接收线圈300的末端通过连接导线相连，形成完整的电气回路，由于连接导线也会引起一些感应电压的变化，所以将两个接收线圈连接起来后可以稍微挪动某个接收线圈的半圆形天线让它更接近或更远离发射线圈100的圆心，使得输出的总感应电压能更接近于0。
34.在本实施例中，将第一接收线圈200与第二接收线圈300的一端通过连接导线相连，另一端用于输出两个线圈的总感应电压，形成完整的电气回路，用于后续将第一接收线圈200或第二接收线圈300中产生的总感应电压传输给信号分析电路。
35.在一个实施例中，金属探测装置还包括电源，发射线圈100与电源连接。
36.具体地，发射线圈100产生交变电磁场的条件是需要接入电路产生交变电流。所以在本技术中的金属探测装置中将发射线圈100与金属探测装置中的电源连接，从而接入电路，随着电源的打开，发射线圈100会发射连续的交变磁场。
37.在本实施例中，将发射线圈100与内部电源连接，产生交变电流，从而发射连续的交变磁场，接收线圈接收发射线圈100发射的交变磁场，在与发射线圈100投影重叠的第一区域内，第一接收线圈200接收发射线圈100发射的交变磁场后输出一个感应电压e1，第二接收线圈300接收发射线圈100发射的交变磁场后也会输出一个感应电压e2，由于第一接收线圈200与第二接收线圈300的绕向相同，所以第一接收线圈200输出的感应电压e1与第二接收线圈300所输出的感应电压e2符号一致，通过接收线圈所输出的总感应电压为两个感应电压叠加得到的，即e＝e1+e2，得到两个线圈叠加的总感应电压，用于后续作为检测金属是否存在的依据。
38.在一个实施例中，第一接收线圈200与第二接收线圈300位于同一平面。
39.具体地，第一接收线圈200与第二接收线圈300位于同一平面，第一接收线圈200与第二接收线圈300共同构成接收线圈系统，发射线圈100均匀地投影在接收圈系统中，避免
由于发射线圈100与第一接收线圈200以及第二接收线圈300的距离不一致导致两个接收线圈接收到的磁通量差距过大，从而使得到的感应电压的差距过大，影响金属探测的准确性与精度，接收线圈系统输出总感应电压为第一接收线圈200与第二接收线圈300产生的感应电压之和，由于第一接收线圈200与第二接收线圈300的绕向相同，所以总感应电压是通过两个线圈产生的感应电压互相叠加得到的，当检测到周围存在金属时，以总感应电压的变化作为探测周围是否有金属存在的依据，总感应电压的变化过大，则可以判定周围存在金属
40.在本实施例中，第一接收线圈200与第二接收线圈300位于同一平面，可以有效避免发射线圈100与第一接收线圈200以及第二接收线圈300的距离不一致导致两个接收线圈接收到的磁通量差距过大，从而使得到的感应电压的差距过大，减少误差，提高金属探测的准确性与精度。
41.在一个实施例中，第一接收线圈200与第二接收线圈300的大小相等。
42.具体地，第一接收线圈200与第二接收线圈300的大小相等，发射线圈100均匀投影在第一接收线圈200与第二接收线圈300200中，两个线圈感应并接收发射线圈100交变磁场的范围相同，且两个线圈所包围的磁通量大致相等。
43.在本实施例中，第一接收线圈200与第二接收线圈300的大小相等，保证两个线圈感应并接收发射线圈100交变磁场的范围相同，使得两个线圈所包围的磁通量大致相等，产生的感应电压区别很小，避免由于感应电压区别过大，对金属的检测造成干扰，从而影响金属检测的准确性和精度。
44.在一个实施例中，第一接收线圈200与第二接收线圈300为面积相等的两个半圆，第一接收线圈200与第二接收线圈300的第一区域围合成的区域与发射线圈100大小相等。
45.具体地，第一接收线圈200与第二接收线圈300面积相等且形状都为半圆状，呈对称分布，有利于第一接收线圈200与第二接收线圈300的第一区域与第二区域的磁通量+-互相抵消，使得输出的感应电压接近于0，同时第一接收线圈200与第二接收线圈300的第一区域围合成的区域，与发射线圈100大小相等，即发射线圈100与两个接收线圈的投影重叠部分的集合区域与发射线圈100的大小相等，第一接收线圈200与第二接收线圈300将发射线圈100100平均分成两部分，使得发射线圈100一半投影在第一接收线圈200中，一半则投影在第二接收线圈300中。
46.在本实施例中，第一接收线圈200与第二接收线圈300为面积相等的两个半圆，两个半圆接收到的交变磁场范围相同且包围的磁通量基本一致，能够保证两个线圈产生的感应电压区别很小，避免由于感应电压区别过大，对金属的检测造成干扰，从而影响金属检测的准确性和精度。
47.在一个实施例中，发射线圈100在第一接收线圈200与第二接收线圈300中投影面积相等。
48.具体地，发射线圈100一半投影在第一接收线圈200，一半投影在第二接收线圈300中，形成两个相等的投影面积，发射线圈100中的交变磁场均匀地分布在第一、第二接收线圈300周。
49.在本实施例中，发射线圈100均匀投影在第一接收线圈200与第二接收线圈300中，形成的投影面积相等，使得第一接收线圈200与第二接收线圈300所包围的磁通量基本一
致，保证两个线圈输出的感应电压差值很小，避免由于感应电压差值过大，对金属的检测造成干扰，从而影响金属检测的准确性和精度。
50.在一个实施例中，如图2所示，金属探测装置还包括开关模块和信号分析电路，第一接收线圈200与第二接收线圈300的另一端通过开关模块与信号分析电路连接。
51.其中，信号分析电路是指可接收、方法、分析金属信号的电路；具体地，第一接收线圈200与第二接收线圈300各自会输出一个感应电压，输出总感应电压，将第一接收线圈200与第二接收线圈300的另一端通过开关模块与信号分析电路400连接，将得到的总感应电压以供信号分析电路接收、放大、分析，从而得到最终的金属探测结果。
52.在本实施例中，通过开关模块将两个接收线圈与信号分析电路连接，以总感应电压的变化作为判断周围是否有金属的依据，通过信号分析电路对两个线圈进行接收、放大、分析金属信号后，能够得到准确的金属探测结果。
53.在一个实施例中，如图2所示，信号分析电路包括相互连接的运算放大器与处理器，运算放大器分别与第一接收线圈200和第二接收线圈300连接。
54.其中，运算放大器为一种可以执行各种功能或操作(如放大、加法和减法)的专用集成电路；具体地，信号分析电路要想实现对接收、放大和分析金属信号的功能，需要包括运算放大器与信号处理器，运算放大器分别与第一接收线圈200和第二接收线圈300连接，先通过运算放大器401对第一接收线圈200与第二接收线圈300输出的总感应电压进行放大处理，便于后续处理器402对其进行分析，得到准确的金属探测结果。
55.在本实施例中，运算放大器分别与第一接收线圈200和第二接收线圈300连接，将两个接收线圈输出的总感应电压通过运算放大器进行放大处理后，便于处理器进行分析，可以得到准确的金属探测结果。
56.在一个实施例中，开关装置为mos管或三极管。
57.具体地，开关装置包括mos管或三极管，三极管和mos管都是很常用的电子元器件，两者都可以作为电子开关管使用，而且很多场合两者可以互换使用。
58.为了更好的说明本技术方案，对整个方案的实现过程与技术原理进行完整描述。
59.金属探测装置包括发射线圈100、第一接收线圈200和第二接收线圈300，发射线圈100与第一接收线圈200以及第二接收线圈300相对平行设置，第一接收线圈200与第二接收线圈300位于同一侧，且位于同一平面，两个接收线圈的大小相等，为面积相等的两个半圆，发射线圈100与金属探测装置内部的电源连接，发射连续的交变磁场，均匀地投影在第一接收线圈200与第二接收线圈300中，两个接收线圈与发射线圈100投影重叠的部分为第一区域，不与发射线圈100投影重叠的部分为第二区域，且发射线圈100在第一接收线圈200与第二接收线圈300中的投影面积相等，第一区域与第二区域内的电磁场方向相反，可以定义第一区域中的磁通量为+，第二区域中的磁通量为-，在两个接收线圈中都存在一个第一区域中的磁通量与第二区域中的磁通量+-抵消的中间位置，此时两个接收线圈所包围的磁通量为第一区域的磁通量与第二区域的磁通量之和，根据磁通量而产生的感应电压接近于0，并在预设的范围内，则将其作为判定周围没有金属存在的临界条件，同时第一接收线圈200与第二接收线圈300的一端通过导线相连，另一端通过开关模块与信号分析电路连接，形成完整的电气回路。由于第一接收线圈200与第二接收线圈300的绕向相同，两个接收线圈根据所包围的磁通量而产生的感应电压的方向相同，输出的总感应电压是由两个接收线圈产生
的感应电压叠加得到的，例如：第一接收线圈200产生的感应电压为+0.01v,第二接收线圈300产生的感应电压也为+0.01v，由此输出的总感应电压为+0.02v，接着信号分析电路接收输出的感应电压，其中的运算放大器先对其进行放大处理，再通过处理器对其进行分析，根据总感应电压的变化，判断出周围是否存在金属，若得到的总感应电压的值超过预设的范围时，得到周围存在金属的判断结果。
60.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
61.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种金属探测装置，其特征在于，包括发射线圈、第一接收线圈和第二接收线圈；所述发射线圈与所述第一接收线圈以及所述第二接收线圈相对平行设置，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈设置于所述发射线圈的同一侧，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈中第一区域和第二区域电磁场方向相反、且在未探测到金属时，所述第一区域内的磁场通量与所述第二区域内的磁场通量相等，所述第一区域为与所述发射线圈投影重叠的区域；所述第二区域为未与所述发射线圈投影重叠的区域；所述第一接收线圈与所述第二接收线圈的绕向相同、且所述第一接收线圈与所述第二接收线圈的一端相连。2.根据权利要求1所述的金属探测装置，其特征在于，还包括连接导线，所述第一接收线圈与第二接收线圈的一端通过所述连接导线相连。3.根据权利要求1所述的金属探测装置，其特征在于，还包括电源，所述发射线圈与所述电源连接。4.根据权利要求1所述的金属探测装置，其特征在于，所述第一接收线圈与所述第二接收线圈位于同一平面。5.根据权利要求1所述的金属探测装置，其特征在于，所述第一接收线圈与所述第二接收线圈的大小相等。6.根据权利要求1所述的金属探测装置，其特征在于，所述第一接收线圈与所述第二接收线圈为面积相等的两个半圆，所述第一接收线圈与所述第二接收线圈的所述第一区域围合成的区域与发射线圈大小相等。7.根据权利要求1所述的金属探测装置，其特征在于，所述发射线圈在所述第一接收线圈与所述第二接收线圈中的投影面积相等。8.根据权利要求1所述的金属探测装置，其特征在于，还包括开关模块和信号分析电路；所述第一接收线圈与所述第二接收线圈的另一端通过所述开关模块与信号分析电路连接。9.根据权利要求8所述的金属探测装置，其特征在于，所述信号分析电路包括相互连接的运算放大器与处理器，所述运算放大器分别与所述第一接收线圈和所述第二接收线圈连接。10.根据权利要求8或9所述的金属探测装置，其特征在于，所述开关模块包括mos管或三极管。

技术总结
本申请涉及一种金属探测装置。所述装置包括：发射线圈、第一接收线圈和第二接收线圈；发射线圈与第一接收线圈以及第二接收线圈相对平行设置，第一接收线圈和第二接收线圈设置于发射线圈的同一侧，第一接收线圈和第二接收线圈中第一区域和第二区域电磁场方向相反、且在未探测到金属时，第一区域内的磁场通量与第二区域内的磁场通量相等，第一区域为与发射线圈投影重叠的区域；第二区域未与发射线圈投影重叠的区域；第一接收线圈与第二接收线圈的绕向相同、且第一接收线圈与第二接收线圈的一端相连。本金属探测装置相比于现有的金属探测装置，金属检测的灵敏度更高。金属检测的灵敏度更高。金属检测的灵敏度更高。


技术研发人员：黄杰峰 骆龙 侴智
受保护的技术使用者：深圳市迈测科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/3/8