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金属探测器的基本工作原理

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-11-16  浏览次数:34
 

 

金属探测器的工作原理 
 
金属探测器,不同的人会有完全不同的反应。比如,有些人想到的是人们在海滩上搜索钱币或埋藏在地下的财宝。有些人则会想到机场安检,或是音乐会或大型运动会上在入场安检时保安人员所使用的手持扫描仪。当然还有可能是战士们用来排雷用的,至于你想到了什么,我们就解答一下这个小家伙是怎么样工作的吧。 
 
使用金属探测器探宝,能为您带来欢乐的时光。 
金属探测器确实就在我们的生活中,从休闲娱乐到工作再到安全保障,它们的用途十分广泛。机场、办公楼、学校、政府机构以及监狱等场所使用金属探测器,这有助于确保没有人携带武器进入这些场所。而面向普通消费者的金属探测器,则为世界各地数百万人提供了发现宝藏的机会。  
下面介绍金属探测器及与之相关的各种技术。重点锁定在面向普通消费者的金属探测器。 首先是金属探测器结构剖析。  
金属探测器一般重量较轻,仅由下面几个部件组成:  
1. 稳定器——在用探测器来回扫描时保持设备的稳定 (可有可无) 2. 控制台 ——包含电路、控制机关、扬声器、电池和微处理器  
3. 连接杆——将控制台与搜索线圈连接起来;一般是可调的,这样您可以根据身高调
节它的高度  
4. 搜索线圈——实际感测金属的部件;也称为“搜索探头”、“线圈”或“天线”  
 
Garrett GTI 1500金属探测器 
而且多数系统还会有一个用来连接听筒的插座,有些系统将控制台置于下方,将连接杆和一个小型显示部件放在上方。一般的金属探测器操作起来十分简便。打开探测器后,只需让探测器缓慢移过您想搜索的区域上方即可。如果扫过了目标物,探测器会发出一个能够让您听到的信号。更先进的金属探测器配有显示屏,能精确地识别所发现金属的类型,以及目
 
 
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标物在地下埋藏的深度。  
金属探测器实用技术可采用以下三种之一,我们一一介绍:    
甚低频(VLF)也称感应平衡,也许是当今最为常用的一种探测技术。甚低频金属探测器有两个截然不同的线圈:  
 发射线圈 ——外环线圈。里面是一个由导线绕成的线圈。设备沿导线交替变换方向发出电流,每秒钟变换数千次。每秒钟电流方向变换的次数就形成了探测器的频率。   接收线圈——内环线圈,由另一由导线绕成的线圈组成。这一线圈能起到天线的作用,用来收集并放大地下目标物发出的电磁波的频率。  
 
这种由Bounty Hunter出品的LandRanger金属探测器采用VLF技术。 
流经发射线圈的电流会产生一个电磁场,就如同电动机也会产生电磁场一样。磁场的极性垂直于线圈所在平面。每当电流改变方向,磁场的极性都会随之改变。这意味着,如果线圈平行于地面,那么磁场的方向会不断地交替变化,一会儿垂直于地面向下,一会儿又垂直于地面向上。  
 
随着磁场方向在地下反复变化,它会与所遇的任何导体目标物发生作用,导致目标物自身也会产生微弱的磁场。目标物磁场的极性同发射线圈磁场的极性恰好相反。如果发射线圈产生的磁场方向垂直地面向下,则目标物磁场就垂直于地面向上。  
            
接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场。但它不会屏蔽从地下目标物传来的磁场。这样一来,当接收线圈位于正在发射磁场的目标物上方时,线圈上就会产生一个微弱的电流。
 
 
 
  
 
 
这一电流振荡的频率与目标物磁场的频率相同。接收线圈会放大这一频率并将其传送到金属探测器的控制台,控制台上的元件继而对这一信号加以分析。  
 
金属探测器根据目标物产生的磁场的强度,能近似地判定目标物埋藏的深度。目标物埋藏得越浅,接收线圈收集到的磁场强度就越大,产生的电流也越大。目标物埋藏得越深,磁场就越弱。如果超过了一定的深度,目标物磁场在地表处的强度过于微弱,就不能被接收线圈感测到。  
 
VLF技术的金属探测器具有了一种识别能力。由于大多数金属具有不同的电导值和电阻值,VLF金属探测器可利用一对称为相位解调器的电子线路测出相移量,并将实测数据同某一种类的金属相移均值进行比较。然后探测器就会以听觉或视觉信号的形式,将目标物可能所处的金属类型范围告知探测者。  
更高级的探测器甚至支持设定多个忽略区间。例如,可以对探测器进行设置,让它忽略与易拉罐拉环或小钉子的相移区间相当的物体。识别和忽略功能的缺点是,有可能过滤掉很多与“废物”具有相近相移的有价值的东西。但如果您要寻找某一特定类型的目标物,这类功能就会极为有用。   
脉冲感应(PI)技术的金属探测器不是很常见。有别于VLF系统,PI系统可以利用单个线圈来承担发射器和接收器的双重任务,也可利用两个甚至三个线圈协同工作。这种技术向线圈发送高能、短时的电流脉冲(冲击)。每一次脉冲都产生一个瞬时磁场。脉冲结束后,磁场极性会反转,然后迅速衰减,产生一个尖锐的电流毛刺。这一毛刺可持续几微秒(一微秒等于百万分之一秒),并导致线圈上产生另一电流。这一电流称为反射脉冲,持续的时间极为短暂,只有30微秒左右。随后下一个脉冲会到达线圈,并重复上述过程。基于PI技术的金属探测器每秒一般要发送约100个脉冲,但这一数字可因生产商和产品型号的不同而有很大变化,每秒发送的脉冲数小可至数十次,多可达上千次。  
 
这部Garrett金属探测器采用脉冲感应技术。 
假设金属探测器下方有金属物体,脉冲会在该物体内部形成一个反向磁场。当脉冲产生的磁场衰减并形成反射脉冲时,目标物产生的磁场能够延长反射脉冲从衰减到消失的时间。这一过程的原理有些类似于回声现象。PI金属探测器中,目标物产生的磁场加强了反射脉
 
 
 
  
 
 
冲的“回声”,使得它持续的时间要比没有“回声”时略长一些。  
金属探测器中的采样电路用来检测反射脉冲的时长。将实测时长与预期时长两相比较,该电路就能判定是否存在另一个磁场延缓了反射脉冲的衰减。如果反射脉冲的衰减时间比通常情况下长出数微秒,就可能是由于存在了金属物体而干预了反射脉冲。  
 
采样电路将它所监测到的微弱信号传送给一个称为集成器的设备。集成器会读取从采样电路传来的信号,将其放大并转化为直流(DC)信号。这一直流电压连到一个音频电路上,在那里被转化为声音,金属探测器就是利用这一声音作为发现目标物的指示信号。 
  
基于PI技术的探测器不擅长识别金属的种类。但在很多情况下VLF金属探测器会遇到一些困难,这时PI系统就能派上用场。每个线圈都与一个每秒钟能产生数千次电流脉冲的振荡器相连。两线圈脉冲频率之间存在一个微小的偏移量脉冲在每个线圈中传播时,线圈都会发出射频电波。控制台内的微型接收器接收这些射频电波,并根据两线圈的频率差生成一个声音序列。当搜索探头内的线圈经过金属物体上方时,线圈内的电流所产生的磁场会在该物体周围形成另一个磁场。目标物磁场会干扰搜索探头发出的射频电波的频率。当这一频率偏离了控制台内线圈的频率时,差拍声音的时长和音调就会发生改变。  
 
BFO技术的原理 
由于BFO系统较为简单,因而其生产成本和销售价格都很低。不过这种探测器的控制能力和精确度都难以达到VLF或PI系统的水准。金属探测器特别适合用来寻找埋藏的物体。
 
 
 
  
 
 
但一般来说,这些物体的埋藏深度需在30厘米以内,探测器才能找到它们。多数探测器都有一个正常最大探测深度,大约在20至30厘米左右。探测深度的准确值受到下面几个因素的影响:  
 金属探测器的类型  目标物的金属类型   目标物的大小  土壤的成分  
 目标物的边带效应 
 其他物体的干扰——例如管道或缆线,也可以是地面上方的物体,例如输电电线。  
 
金属探测器的控制单元 
 
有很多实用价值。固定的探测器通常采用各类 PI技术,而很多基本型手持式扫描仪则基于BFO技术。
 
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