一種傳感器、用于分析傳感器的測(cè)量信號(hào)的方法以及檢測(cè)物體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測(cè)定位領(lǐng)域，尤其涉及一種傳感器、用于分析該傳感器的測(cè)量信號(hào)的方法以及通過(guò)該傳感器進(jìn)行檢測(cè)物體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬探測(cè)器主要用于對(duì)金屬類物體進(jìn)行定位，現(xiàn)有的探測(cè)器分成很多類別，也通過(guò)多種原理進(jìn)行操作。比如，其主要組成部件為傳感器，傳感器通過(guò)線圈來(lái)構(gòu)成的，使用發(fā)射線圈來(lái)發(fā)射連續(xù)的交變場(chǎng)，該交變場(chǎng)由接收線圈接收，相對(duì)于發(fā)射線圈，此接收線圈布置成使得在沒有由待測(cè)物體產(chǎn)生影響的情況下，在接收線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓相互抵消，使得感應(yīng)電壓輸出接近為0，有待測(cè)物體產(chǎn)生影響的情況下，待測(cè)物體就會(huì)改變?cè)瓉?lái)的交變場(chǎng)，更準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，待測(cè)物體會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)交變的場(chǎng)，這種交變場(chǎng)會(huì)傳遞到接收線圈，并在接收線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通過(guò)放大并相應(yīng)進(jìn)行分析。
[0003]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，其幾何結(jié)構(gòu)為:由兩組反向的第一接收線環(huán)I和第二接收線環(huán)2組成的接收線圈系統(tǒng)，第一接收線環(huán)I和第二接收線環(huán)2在共同的平面3中彼此同軸地布置，發(fā)射機(jī)線圈4位于該共同的接收機(jī)平面3之上一定距離z處，該發(fā)射機(jī)線圈同樣與第一接收線環(huán)I和第二接收線環(huán)2同軸地布置。第一接收線環(huán)I的繞組在此例如設(shè)置為順時(shí)針方向纏繞，則第二接收線環(huán)2的繞組需采用逆時(shí)針方向纏繞，使得在這些繞組中所感生的電壓具有相反的符號(hào)，且在適當(dāng)確定尺寸后在不存在外部目標(biāo)物的情況下能達(dá)到彼此補(bǔ)償而不輸出感應(yīng)電壓。通過(guò)此類傳感器定位物體存在如下的缺陷:
(I)由于發(fā)射線圈產(chǎn)生一個(gè)很大的交變場(chǎng)，而被測(cè)物通過(guò)感應(yīng)產(chǎn)生的反向場(chǎng)是極其微小的，所以當(dāng)探測(cè)極其微弱的被測(cè)物產(chǎn)生的交變場(chǎng)時(shí)，接收線圈一定要忽略巨大的發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變場(chǎng)，使得接收線圈和發(fā)射線圈不存在感應(yīng)耦合，現(xiàn)有技術(shù)中線圈布局方式中，必需使第一接收線環(huán)I和第二接收線環(huán)2相反的繞向，這樣也務(wù)必抵消由目標(biāo)物產(chǎn)生的交變場(chǎng)，降低探測(cè)的靈敏度，目標(biāo)物在某個(gè)特定的位置，接收線圈中感應(yīng)第二磁場(chǎng)的感應(yīng)電壓處于完全抵消狀態(tài)，這樣就會(huì)形成測(cè)量的盲區(qū)，探測(cè)不到目標(biāo)物，而實(shí)際上目標(biāo)物是存在的，也就是說(shuō)，存在測(cè)量盲點(diǎn)或者靈敏度最極低區(qū)域；(2)由于第一線圈第二線圈同軸不同半徑，改變磁通量主要是通過(guò)改變面積來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了到達(dá)較大范圍的補(bǔ)償，2個(gè)線圈的半徑差不能太小，只能通過(guò)增大電路板的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣必然占用電路板空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種金屬傳感器，接收線圈之間布置具有相同的繞向，對(duì)于目標(biāo)金屬物產(chǎn)生的第二磁場(chǎng)，并在接收線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓相互疊加，能提高對(duì)目標(biāo)物的靈敏度，而且不會(huì)形成測(cè)量的盲區(qū)，大大提高了測(cè)量的精度。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決:
[0006]一種金屬傳感器，具有彼此感應(yīng)耦合的至少一個(gè)發(fā)射線圈和至少一個(gè)接收線圈系統(tǒng)，所述接收線圈系統(tǒng)包括位于同一平面的至少一個(gè)第一接收線圈和至少一個(gè)第二接收線圈，所述發(fā)射線圈在所述平面上形成投影，所述第一接收線圈在所述平面上形成的區(qū)域包含所述的投影，所述第二接收線圈在所述平面上形成的區(qū)域布置在所述投影的周圍，所述第一接收線圈和第二接收線圈電連接。
[0007]優(yōu)選的，所述第一接收線圈在所述平面上形成的區(qū)域全部包含所述的投影。
[0008]優(yōu)選的，所述第一接收線圈在所述平面上形成的區(qū)域部分包含所述的投影。
[0009]優(yōu)選的，所述第二接收線圈在所述平面上形成的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)，所述的區(qū)域呈開口環(huán)繞在所述投影的周圍。
[0010]優(yōu)選的，所述第二接收線圈在所述平面上形成的區(qū)域?yàn)橹辽賰蓚€(gè)，所述的區(qū)域依次分布在所述投影的周圍。
[0011]進(jìn)一步的，所述第一接收線圈和/或第二接收線圈和/或第一與第二接收線圈的連接線上分別設(shè)有I個(gè)輸出級(jí)。
[0012]進(jìn)一步的，所述第一接收線圈設(shè)有至少2個(gè)輸出級(jí)，所述第二接收線圈設(shè)有至少2個(gè)輸出級(jí)。
[0013]進(jìn)一步的，包括開關(guān)裝置，所述第一接收線圈、第二接收線圈上的輸出級(jí)分別與開關(guān)裝置相連。
[0014]進(jìn)一步的，所述開關(guān)裝置為Mos管或三級(jí)管。
[0015]進(jìn)一步的，包括分析電路，所述接收線圈系統(tǒng)的輸出級(jí)通過(guò)開關(guān)裝置與所述分析電路相連。
[0016]進(jìn)一步的，包括分析電路，所述接收線圈系統(tǒng)的輸出級(jí)與所述分析電路相連。
[0017]進(jìn)一步的，所述分析電路包括運(yùn)算放大器和處理器。
[0018]進(jìn)一步的，所述發(fā)射線圈嵌入式安裝在印制電路板上。
[0019]進(jìn)一步的，印制電路上設(shè)有至少兩個(gè)供所述發(fā)射線圈固定安裝的定位孔。
[0020]一種用于分析上述傳感器的測(cè)量信號(hào)的方法，通過(guò)數(shù)字地生成頻率Fl的激勵(lì)信號(hào)，以及對(duì)所述傳感器的分析電路的測(cè)量放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行相位同步的模數(shù)轉(zhuǎn)換并輸出轉(zhuǎn)換信號(hào)，對(duì)是否有目標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在無(wú)目標(biāo)物體時(shí)，對(duì)所述轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到頻率為Fl的矢量信號(hào)A，在有目標(biāo)物體時(shí)對(duì)所述轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到頻率為Fl的矢量信號(hào)B，將矢量信號(hào)A、B相減，得到新的矢量信號(hào)C。
[0021]進(jìn)一步的，當(dāng)所述矢量信號(hào)C的幅值大于設(shè)定閾值時(shí)，對(duì)所述矢量信號(hào)C的相位進(jìn)行分析，當(dāng)所述矢量C的相位在第一相位區(qū)間內(nèi)時(shí)輸出判斷信號(hào)顯示介質(zhì)中存在金屬物體，所述第一相位區(qū)間的兩端值分別為待檢測(cè)物體為磁導(dǎo)率最大和磁導(dǎo)率最小的金屬時(shí)矢量信號(hào)C的相位值。
[0022]進(jìn)一步的，當(dāng)所述矢量信號(hào)C的幅值大于設(shè)定閾值時(shí)，對(duì)所述矢量信號(hào)C的相位進(jìn)行分析，當(dāng)所述矢量C的相位在第二相位區(qū)間內(nèi)時(shí)輸出判斷信號(hào)顯示介質(zhì)中存在磁性金屬物體，所述第二相位區(qū)間的兩端值分別為待檢測(cè)物體為磁導(dǎo)率最大和磁導(dǎo)率最小的磁性金屬時(shí)矢量信號(hào)C的相位值；當(dāng)所述矢量信號(hào)C的相位在第三相位區(qū)間內(nèi)時(shí)輸出判斷信號(hào)顯示介質(zhì)中物體為非磁性金屬，所述第三相位區(qū)間的兩端值分別為待檢測(cè)物體為磁導(dǎo)率最大和磁導(dǎo)率最小的非磁性金屬時(shí)矢量信號(hào)C的相位值。
[0023]進(jìn)一步的，分析矢量信號(hào)C的幅值變化，記錄矢量信號(hào)C的幅值變化中的第一波峰值和第二波峰值所在平面位置一和二，將平面位置一、二的中點(diǎn)位置信息作為介質(zhì)中物體的最接近位置信息輸出。
[0024]一種通過(guò)上述的傳感器檢測(cè)被包圍在介質(zhì)中物體的方法，通過(guò)分析測(cè)量信號(hào)來(lái)獲得被包圍物體的屬性和位置信息，所述測(cè)量信號(hào)為所述傳感器檢測(cè)狀態(tài)時(shí)接收線圈端產(chǎn)生的信號(hào)與預(yù)設(shè)信號(hào)相減后得到的矢量信號(hào)，所述預(yù)設(shè)信號(hào)為未存在物體情況下傳感器接收線圈端產(chǎn)生的信號(hào)。
[0025]進(jìn)一步的，當(dāng)所述矢量信號(hào)C的幅值大于設(shè)定閾值時(shí)，對(duì)所述矢量信號(hào)C的相位進(jìn)行分析，當(dāng)所述矢量C的相位在第一相位區(qū)間內(nèi)時(shí)輸出判斷信號(hào)顯示介質(zhì)中存在金屬物體，所述第一相位區(qū)間的兩端值分別為待檢測(cè)物體為磁導(dǎo)率最大和磁導(dǎo)率最小的金屬時(shí)矢量信號(hào)C的相位值。
[0026]進(jìn)一步的，當(dāng)所述矢量信號(hào)C的幅值大于設(shè)定閾值時(shí)，對(duì)所述矢量信號(hào)C的相位進(jìn)行分析，當(dāng)所述矢量C的相位在第二相位區(qū)間內(nèi)時(shí)輸出判斷信號(hào)顯示介質(zhì)中存在磁性金屬物體，所述第二相位區(qū)間的兩端值分別為待檢測(cè)物體為磁導(dǎo)率最大和磁導(dǎo)率最小的磁性金屬時(shí)矢量信號(hào)C的相位值；當(dāng)所述矢量信號(hào)C的相位在第三相位區(qū)間內(nèi)時(shí)輸出判斷信號(hào)顯示介質(zhì)中物體為非磁性金屬，所述第三相位區(qū)間的兩端值分別為待檢測(cè)物體為磁導(dǎo)率最大和磁導(dǎo)率最小的非磁性金屬時(shí)矢量信號(hào)C的相位值。
[0027]進(jìn)一步的，分析矢量信號(hào)C的幅值變化，記錄矢量信號(hào)C的幅值變化中的第一波峰值和第二波峰值所在平面位置一和二，將平面位置一、二的中點(diǎn)位置信息作為介質(zhì)中物體的最接近位置信息輸出。
[0028]一種測(cè)量設(shè)備，包括上述所述的傳感器。
[0029]進(jìn)一步的，所述測(cè)量設(shè)備是手持式定位設(shè)備。
[0030]本發(fā)明取得如下的有益效果:
[0031]對(duì)于目標(biāo)物產(chǎn)生的第二磁場(chǎng)，由于線圈的同向繞向，使得其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相互疊加，進(jìn)而增強(qiáng)接收線圈對(duì)目標(biāo)物的磁場(chǎng)感應(yīng)的靈敏度，且不會(huì)形成測(cè)量的盲區(qū)，大大提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性；同時(shí)第一接收線圈和第二接收線圈布置在電路板上，針對(duì)外置繞線接收線圈，具有位置的精度非常高，目前可以做到0.1mm以上，大大提高了產(chǎn)品的一致性，也可以更好的抵消第一磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，布置在電路板上可以降低成本。
[0032]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0033]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0034]圖1為現(xiàn)有技術(shù)金屬傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；