[发明专利]高信噪比差分式金属收发探测器的线圈结构及其探测器

说明书

本发明公开了一种高信噪比差分式金属收发探测器的线圈结构及其探测器，包括：发射线圈、补偿线圈和一对接收梯度线圈，补偿线圈位于发射线圈内，接收梯度线圈位于补偿线圈内，且三者在同一平面内，且两两电磁耦合连接；发射线圈用于产生交变或者脉冲磁场，从而在金属内部形成涡流；补偿线圈用于产生一个与励磁信号同频反相的磁场，最大程度抑制发射线圈对接收梯度线圈的电磁干扰；接收梯度线圈是一对与发射线圈在同一平面内的平面差分接收线圈，用于抑制背景环境噪声及附加的发射信号经由互感的电磁干扰等信号。本发明可以有效的抑制背景环境噪声，以及发射线圈对接收梯度线圈的互感干扰，从而提升检测金属物体的灵敏度，并提升金属探测的距离。

技术领域

本发明涉及金属探测技术领域，更具体的说是涉及一种具有高信噪比差分式金属收发探测器的线圈结构及其探测器。

背景技术

基于脉冲涡流技术的金属收发探测器是利用信号发射装置激励被测物体内产生涡流，磁传感器检测被测物体内的涡流产生的二次衰减磁场，并通过理论计算反演就可以得到被测物体的电磁属性，从而判断出探测金属的种类、尺寸和埋藏深度等信息。因此，高灵敏度、高信噪比、高空间分辨率是金属收发探测器的发展趋势。

基于电磁感应原理的金属收发探测器，一般采用的激励信号为单频正弦信号，随着深入研究，发现用正弦波信号及其无数的奇数倍频信号叠加而成的脉冲合成波信号作为激励信号进行金属探测时，会得到更多的金属物体信息，具有更高的针对不同探测物体的分辨能力，因此逐渐采用脉冲涡流检测技术。

一般来说，金属收发探测器由以下几个部分组成：发射线圈，接收线圈，滤波电路，有些大型探矿探测器还包含工控机，用于方便绘制某些区域的地下矿藏分布。当发射线圈产生的交变磁场在被测导体表面产生涡流，探测线圈感应到导体表面的涡流产生的交变磁场时，就会触发报警电路，从而检测到金属的存在。

由于目前金属收发探测器在结构设计上通常采用接收线圈与发射线圈同轴放置，接收线圈与发射线圈的距离远远小于它与探测物体的距离，因此接收线圈受到来自发射线圈的干扰就会非常大，使得金属收发探测器无法准确识别微弱的目标二次衰减信号，除此之外，复杂的背景环境噪声也会干扰金属收发探测器对目标的有效识别。

因此，如何提供一种具有高信噪比的新型金属收发探测器，抑制内部互感等噪声和其他背景电磁场的干扰，实现远距离金属探测是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高信噪比差分式金属收发探测器的线圈结构及其探测器，可以显著提升电磁兼容性及抑制背景噪声，在空载情况下，探测器接收线圈可以实现微伏级电压信号输出，提高信噪比40dB以上。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

高信噪比差分式金属收发探测器的线圈结构，包括：发射线圈、补偿线圈和一对接收梯度线圈，所述补偿线圈位于所述发射线圈内，所述接收梯度线圈位于所述补偿线圈内，且所述发射线圈、所述接收梯度线圈与所述发射线圈位于同一平面内，所述发射线圈、所述补偿线圈和所述接收梯度线圈两两电磁耦合连接。

进一步，一对所述接收梯度线圈串联反向连接。

进一步，所述发射线圈内部任意位置的磁感应强度为：

其中，M表示发射线圈的磁矩，R₁表示发射线圈的等效半径，r表示发射线圈平面内任意点到中心的距离，μ₀为真空磁导率，N₁为发射线圈的匝数，I₁为发射线圈内部的电流，S₁为发射线圈的表面积。

进一步，所述接收梯度线圈输出电压为：