一种金属物体探测装置及金属探测方法与流程

本发明涉及金属探测领域，特别涉及一种基于频域的金属物体探测装置及方法。

背景技术：

随着社会的发展，金属探测技术在现代社会生活中的应用越来越广泛。在军事、安全领域、考古、工程应用、工业等领域都可见到金属探测器的身影。如常用的电磁感应式金属探测器，其基本原理就是利用通电的线圈产生一个探测磁场，当有金属进入探测磁场范围时，就会引起磁场的变化，由此判断是否有金属目标。同时也存在多种其他类型的探测器，如x射线检测型、微波检测型、激光检测型等。但总体来说，现有的金属探测技术中，无论是采用何种探测原理、何种探测技术，其目前均不具备区分不同材质金属目标的能力。此外，现有的金属探测技术大多只能用于陆地空气环境中的探测工作，而对水下工作环境并不适用。

目前，主要的金属探测技术方法如：基于电涡流的探测技术、基于激光偏振特性的探测技术、基于电磁法探测技术、基于hsv色空间的探测技术、基于导热性能的探测技术以及物理识别方法等。虽然存在一些水下金属探测技术，但是这些技术并不是普遍适应的，甚至还有诸多的限制因素导致其不能使用或探测效果不理想。如基于电涡流传感器的金属材质探测技术，其利用探测线圈产生的交变磁场，通过被测金属导体处于该磁场中引起探测磁场的变化来探测出金属物体。该技术应用于空气环境中效果较好，但不能识别被测金属物体的材质；基于金属目标表面激光的反射偏振特性的探测技术，通过对反射光stokes矢量的分析，线偏振光或圆偏振光经过金属表面反射后变为椭圆偏振光，根据其椭圆度和方位角的不同来区分被探测金属物体。虽然该技术能够识别水下金属物体材质，但这样的激光在水中传播的时候不可避免的会发生一些非线性光学作用，从而极大的影响金属探测的效果；基于hsv色空间的水下物体探测技术，它也是一种水下物体的光学识别技术，利用斯托克斯成像技术和hsv颜色空间相结合的方式，将同种颜色不同材料的物体偏振信息在hsv空间中展现出来。根据hsv色彩空间的色度(代表偏振度信息)、饱和度(表反射光的偏振方位角信息)、亮度的不同来对被测物体材质进行区分，该种技术与基于激光偏振特性探测技术一样，都要依靠反射光的特性来开展工作，难免会有同样的限制条件；而基于导热性能的水下金属探测技术，该技术是一种接触式探测技术，它依靠不同材料具有不同的导热性能的特性，通过测量材料的导热性即可达到识别材料的目的。但缺点是，需要接触被测物体才能检测出其导热性能，对于水下检测，该类探测传感器的探头暴露在介质环境中，探测时难免会带入介质环境对导热性产生的影响；而物理识别方法如感官鉴别，火花鉴别，看谱分析等都不宜在水中展开工作。

综上，现有的各种金属探测技术要么不能探测金属的具体种类，要么在针对水下环境探测时，易受到诸如探测环境、探测装置自身功能的限制而不能达到理想的探测效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种应用在导电液体(如水)中探测金属物体的金属物体探测装置；

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种金属物体探测装置，包括，

发射装置，包括至少两个发射电极，其中一个发射电极接地；所述发射装置用于在控制装置的控制下向目标探测区域发射具有指定频率的第一信号，从而在目标探测区域建立探测电场；

接收装置，包括接收电极，所述接收装置用于自所述探测电场中采集电场信号，并将该电场信号处理为第二信号后传送至控制装置，所述控制装置将接收到的第二信号处理为可以表征不同金属材质的第三信号。

进一步的，所述发射装置还包括与所述发射电极连接的信号发生装置；所述信号发生装置用于根据控制装置的指令产生指定频率的信号。

进一步的，所述接收装置包括第一接收电极和第二接收电极，还包括同时跟所述第一接收电极和第二接收电极连接的数据采样器；

所述数据采样器用于将两个接收电极分别采集到电场信号处理为第二信号。

优选的，所述发射电极为两个，两个发射电极之间距离为10～90mm；

所述接收电极为两个，两个接收电极之间的距离为5～80mm。

优选的，所述发射电极和接收电极之间至少距离5mm。

本发明同时提供一种可以在导电液体中探测金属材质的金属物体探测方法，

具体的，一种金属物体探测方法，包括如下步骤：

步骤1：按照指定频率向目标探测区域发射第一信号建立探测电场；

步骤2：按照指定路线移动发射电极和接收电极，自探测电场采集电场信号；

步骤3：根据采集到的电场信号获取不同时刻的信号幅度值，并形成幅度-时间曲线；

步骤4：根据幅度-时间曲线进行判断，调整或维持所述指定频率，以获取待探测金属的转折频率，进而根据所述转折频率判断金属材质。

本方法可以探测不同金属材质的原理是：不同类型的导电液体(如水)内的金属物体在在交流电激励下会形成复杂阻抗特性变化，进而在扰动电场产生电势差不同，具体的，在探测电场中，被测金属物体会由于自身阻抗特性而引起电场扰动，而不同的水下金属材质会又因为其复杂阻抗特性的不同，引起不同的电场扰动，从而产生特定的转折频率，通过探测探测电场中电势差变化的趋势，确定被探测金属的转折频率值，进而可以比对获取金属材质；在此原理下，即使被测金属物体体积很小，只要其材质不同，那么探测到的转折频率值也就不同，从而根据这转折频率值的不同来区分被测金属物体的材质，同时，根据大量的金属物体测试结果表明，体积近似、材质不同的金属物体转折频率差距非常明显，采用本方法判断金属物体材质准确率较高。

进一步的，自探测电场采集电场信号的步骤中，

使用至少两个接收电极分别采集所述探测电场的电场信号，并获取两个电场信号的差分信号。

进一步的，根据采集到的电场信号获取不同时刻的信号幅度值中，对所述差分信号进行傅里叶变换，以获取所述信号幅度值。

进一步的，根据幅度-时间曲线进行判断，调整或维持所述指定频率，以获取待探测金属的转折频率的步骤中，

对幅度-时间曲线进行判断，如果，幅度-时间曲线中幅度值包含凸出曲线，则增加所述指定频率一定数值，并重新进行步骤1～步骤3。

进一步的，根据幅度-时间曲线进行判断，调整或维持所述指定频率，以获取待探测金属的转折频率的步骤中，如果，幅度-时间曲线中幅度值包含凹陷曲线，则降低所述指定频率一定数值，并重新进行步骤1～步骤3。

进一步的，根据幅度-时间曲线进行判断，调整或维持所述指定频率，以获取待探测金属的转折频率的步骤中，如果，幅度-时间曲线为直线，则此时所述指定频率为待探测金属的转折频率。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的金属检测装置及检测方法基于主动电场探测技术，硬件结构简单，易小型化，克服了其他检测方法硬件和能量开销过大的问题；工作时，装置中仅发射电极及接收电极需进入待探测液体中，而发射电极及接收电极可以方便的集成或设置在任意满足要求的航行器或运动机构上面；使用方便，适用于在具有导电特性的液体(如水)环境中，对于液体环境中已知体积的金属物体的材质检测具有良好的效果。

附图说明：

图1本发明提供的检测装置的结构原理图。

图2本发明实施例中提供的检测装置在进行探测时的工作流程图。

图3本发明实施例中探测电极(发射电极和接收电极)与信号发射器及采样器之间的连接图。

图4离散信号的短时傅里叶变换(stft)变换图。

图5a没有被测金属时，探测电极(发射电极和接收电极)在水下建立的电场模拟图。

图5b有被测金属时，探测电极(发射电极和接收电极)在水下建立的电场模拟图。

图6a、图6b被测金属物体分别为铝和铜处于探测电场中时导致的探测电场变化图。

图7有效探测范围与不同探测路径示意图。

图8a为探测频率为10hz时铁圆柱的联合时频分布图谱示例。

图8b为探测频率为12hz时时铁圆柱的联合时频分布图谱示例。

图9是探测装置实施例探测示例图。

图10探测信号产生的流程图。

图11实例中信号产生的程序图。

图12信号记录收集装置接收回来的无金属时的探测波形。

图13具体探测示例中信号幅值变化曲线示例图。

图14数据记录收集装置保存下来的数据图示例。

图15被测物体为金属铁圆柱时，探测介质的电导率跟频率转折点的关系图示例。

图16被测物体铝圆柱体采用低于转折频率、采用转折频率、高于转折频率时探测得到的联合时频谱对比示意图。

图17被测物体铁圆柱体采用低于转折频率、采用转折频率、高于转折频率时探测得到的联合时频谱对比示意图。

图18被测物体铜圆柱体采用低于转折频率、采用转折频率、高于转折频率时探测得到的联合时频谱对比示意图。

图中标记：1-发射装置，10-多功能采集卡，11-发射电极，12-信号发生器，21-数据采样器，22-接收电极，20-被探测导电液体20，3-控制装置，4-运动模块，5-固定支架，6-被测金属，7-信号传输线，100-采样窗口，200-有效探测范围，400-凸出曲线，500-凹进曲线，600-直线，s1、s2、s3-探测路线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1：如图1所示，本实施例提供一种金属物体探测装置，包括，控制装置3、发射装置1及接收装置，其中，发射装置1包括两个发射电极11，其中一个发射电极11接地；所述发射装置1用于在控制装置3的控制下向目标探测区域发射具有指定频率的第一信号，从而在目标探测区域建立探测电场；接收装置包括接收电极22，所述接收装置用于自所述探测电场中采集电场信号，并将该电场信号处理为第二信号后传送至控制装置3，所述控制装置3将接收到的第二信号处理为可以表征不同金属材质的第三信号。

本实施例中，发射装置1还包括与所述发射电极11连接的信号发生装置；所述信号发生装置用于根据控制装置3的指令产生指定频率的信号；所述接收装置包括第一接收电极22和第二接收电极22，还包括同时跟所述第一接收电极22和第二接收电极22连接的数据采样器；所述数据采样器用于将两个接收电极22分别采集到电场信号处理为第二信号。具体的，本实施例采用ni公司的多功能采集卡10来实现信号发生装置和数据采样器。

同时，本发明中，控制装置3可以是一切具有信号、数据处理能力的控制器、处理器、单片机或者pc机，控制装置3可以通过有线或者无线方式与与信号发生装置和数据采样器连接；而在本实施例中，控制装置3为pc机，同时，pc机通过数据总线与多功能采集卡10连接，而如图3所示，多功能采集卡10中信号发生器模块以及采样器模块分别通过相应端口与两个发射电极11、两个接收电极22连接，具体如图3所示；工作时，pc机向多能采集卡中信号发生器模块发出带参数(信号类型，信号幅值，信号频率等)的信号指令，信号发生器模块根据指令产生探测信号，图11给出了本实施例中信号发生器模块的具体结构框图，探测信号通过发射电极11向目标探测区域发出，该探测信号可以是任意常见的周期信号，如方波信号、三角波信号、锯齿波信号、脉冲信号、正弦波信号，本实施例中采用正弦波信号，这是由于，如果探测信号采用非周期信号，则其在探测完后采用傅里叶变换展开后得到的是一系列频率不同的周期信号的叠加，从而造成信号频率不固定；而本发明提供的探测装置或方法在工作时要求探测信号具有固定的探测信号频率，因此本发明中探测信号均需要采用周期信号，图12给出了在待探测区域没有金属时，本实施例提供的装置进行探测后，信号记录收集装置记录的信号波形示例。

本实施例中，两个发射电极11、两个接收电极22采用同样的结构、材质，如其可以是高导电率的金属电极或石墨电极；本实施例中，采用金属钛丝作为探测电极(包括发射电极11和接收电极22)。采用相同结构、材质的探测电极可以保证输入到发射电极11中的探测信号，只有电荷或电压的变化而没有其他的因素来影响发射极的两个电极建立的有规律变化的探测电场。

图2给出了本装置运行的流程图，具体的，发射信号时，信号发生器模块采用的是单端输出模式，如图3中所示，两个发射电极11中，a电极传输探测信号，b电极用于水下探测环境跟探测系统共地，实现以公共地为参考点；两个接收电极22采用差分输入方式采集信号，即两个接收电极22将探测到的水下电场信息经由两路信号线传输到数据采样器，数据采样器进行采样的差分信号是c电极相对于共地参考点的电势与d电极相对于共地参考点的电势之间的差值信号f(t)，采用差分信号的优点是：接收极的两根信号线之间耦合程度很好，当探测环境中存在干扰信号时，几乎会同时被耦合到两条线上，而接收端(这里就是指输入到采样器进行采样)关心的只是两信号的差值，所以外界的干扰信号可以抵消。

具体使用时，发射电极11和接收电极22应按照预设距离和方式进行固定，如在本实施例中，探测电极固定时，两个发射电极11之间距离为10～90mm；两个接收电极22之间的距离为5～80mm。所述发射电极11和接收电极22之间距离30mm；具体应用时，探测电极之间的距离会根据具体被探测金属的体积大小等因素进行调整，具体的，由于被测物体只要处于该探测电场中时就可以进行探测工作，但实际探测时，如果能够让被探测物体在探测电场的内电场内(即探测时让被测物体穿过两个发射极之间的那片电场区域，接着穿过两个接收电极之间)进行探测，其探测效果更佳，因为在整个探测电场中此区域中电场强度较大，其电场线的密度相对较高，更有利于接收电极对水下畸变电场信息的采集，因此无论是两个发射电极之间的距离，还是两个接收电极之间的距离并不是恒定值，具体应用中，两个电极之间的距离只需保证最好让被测物体经过探测电极之间的那片电场即可获得最佳的探测效果。而发射电极与接收电极之间的距离理论上是越近越好，因为越接近发射电极，探测时接收电极采集的数据越接近于采用发射电极之间的区域探测的到的电场信息，但实际的电极布置时跟发射电极太过靠近反而影响接探测介质中畸变电场信息的采集，因而设置让发射电极跟接收电极之间留有一点的距离(在实例中的该距离设置为30mm时探测效果较好)。

在此基础上，发射电极11和接收电极22可以设置在预设的固定支架5上，也可以按照上述固定距离的要求，设置在其他运动装置或者航行器(运动模块4)上；控制装置3会通过预设的指令控制运动装置或者航行器按照预定路线运行，该路线如可以是图7中的s1、s2、s3；其中，被探测金属6周围一定范围内为有效探测区域200，如图7所示，当发射电极11、接收电极22的运行路线经过有效探测区域200时，如路线s2、s3，则可以探测到被探测金属，而当运行路线没有能经过探测区域200时，如路线s1，则其不能探测到被探测金属；当本装置各个电极的相对位置被固定，并发射指定频率的探测信号后，当探测电场区域中没有目标体时，发射电极11跟接收电极22之间的建立的电场分布是平行分布(如图5a所示)。当电场中有目标体(被探测金属)存在时，则发射电极11跟接收电极22之间的建立的电场分布受到影响，具体如图5b所示；应注意的是，接收电极22与被探测金属的距离将影响接收电极22上检测到的信号幅度，而被探测金属的大小也将影响到这个电场的分布情况，具体的，被测目标物体将在其周围区域形成的幅值发生变化区域较大，而体积小的该区域小。

当经过有效探测区域200时，数据采样器将采集到的差分信号进行离散采样形成第二信号，并将该第二信号传输至控制装置3，控制装置3将该离散数据进行傅里叶变换以获取运行路线上各个位置的信号幅度值，形成幅度-时间曲线，并根据该信号幅度值的变化判断当前信号频率是否被探测金属物体的转折频率；如果幅度-时间曲线如图8a所示存在凸出曲线，则说明当前频率低于被探测金属的转折频率，如果幅度-时间曲线如图8b所示，存在凹陷曲线，则说明当前探测信号频率高于被探测金属的转折频率，根据幅度-时间曲线调整探测信号频率，重新按照原有路线进行探测，直至幅度-时间曲线为一直线，则当前探测频率为被探测金属的转折频率，根据被探测金属的体积大小、形状查询预设表格，得出被探测金属的材质。

具体的，被探测导电液体20的导电率和被探测金属的大小、形状以及被探测金属的材质都会对转折频率有响应影响，但是，在被探测液体导电率恒定，被探测金属大小、形状固定的前提下，不同材质的被探测金属的转折频率差异明显，因此采用本方法进行材质探测的准确率较高。

具体的，为了研究探测介质具有不同导电率时对被测金属转折频率的影响，我们以不同导电率的水为实验对象，对导电率对转折频率的影响进行了测试，以铁材质的圆柱体(尺寸为：20mm*40mm)为例进行说明：在平时探测试验用的淡水(自来水)电导率约为400us/cm，我们通过加碘盐的方式随机配置了五组逐渐增大的水的电导率，经电导率仪测得对应的电导率分别约为400us/cm、5400us/cm、11000us/cm、26000us/cm、40800us/cm。这里主要说明电导率发生变化的时候探测得到结果变化(主要关注转折频率点的变化)。通过其他实验环境条件一样的情况下(都跟电导率为400us/cm时的环境一致)，控制水的电导率的变化，在介质环境具有不同的电导率的情况下我们得到如表1得实验结果。可以看出不同的电导率环境中对20mmx40mm铁圆柱体的主动电场探测实验对应的频率转折点不同，并且表现出随水的电导率的增大对应的频率转折点也随之增大，具体如图15所示。因此，在做水下金属导体的材质判别时，需要注意当时被测物体所处的介质的导电率(平常的淡水环境电导率约为400us/cm，因此本专利中的实例说明基本以此环境下的测试数据来进行说明，其他电导率不同的介质环境下的测试原理也都一致)。应注意的是，我们以主动电场实验环境中水的电导率改变，对导体的主动电场探测实验接收电极22接收到的电场信息分布变化趋势会有影响，具体的，对导体主动电场探测对应的频率转折点会随着实验环境中水的电导率增大而增大，但不论实验环境中水的电导率的大小如何改变，对导体的主动电场探测过程中均会出现“凹凸”现象及对应的频率转折点。

表1

图10给出了本实施例中，多功能采集卡10的启动流程，具体的，控制装置3首先选择多功能采集卡10(又称数据采集卡)的模型输出通道，进而选择所需要的探测信号类型(如正弦波)，根据需要调用库函数产生所需波形的控制信号，控制信号发生器12的波形模块输出所需信号；具体的，控制装置3对信号发生器12发出的指令中包括叠加/单一信号、偏移量、信号类型、指定频率、幅值、方波占空比、频率倍数中的一个或多个。而图9则给出了探测装置进行探测时方位的示例图，由图9中可见，本装置在使用时，可以是，仅仅将探测电极(包括发射电极11和接收电极22)通过特定的固定支架5按照预设距离进行固定后放入水中进行探测，而探测电极与多功能采集卡10之间通过信号传输线7连接。

实施例2：本实施例提供一种可以在导电液体中探测金属材质的金属物体探测方法，具体的，包括如下步骤：

步骤1：按照指定频率向目标探测区域发射第一信号建立探测电场；该指定频率可以是任意指定的频率，理论上只要包含了常见待探测金属的转折频率范围即可，因此，本实施例中，指定频率为0hz～2000hz；这是由于对常见的小型金属物体(如尺寸为20mm*40mm左右的金属物体)做探测实验时，所有金属物体转折频率远远低于2000hz这一频率值，所以我们选择了0hz—2000hz这一段的频率。实际上，如表2所示，对应体积在12cm³左右的铁质材料圆柱体来说，其转折频率在5hz左右，这样，其实0hz～10hz范围内的转折频率就可以探测出体积在12cm³左右的铁质材料圆柱体。

步骤2：按照指定路线移动发射电极11和接收电极22，自探测电场采集电场信号；具体的，使用至少两个接收电极22分别采集所述探测电场的电场信号，并获取两个电场信号的差分信号。数据采样器对差分信号f(t)进行采样处理得到采样信号fm(n)，其中，m为第m次采样，n为采样时间段内的运动时间t的离散值；

步骤3：根据采集到的电场信号获取不同时刻的信号幅度值，并形成幅度-时间曲线；具体的，对所述差分信号进行傅里叶变换，以获取所述信号幅度值。

具体的，设置采样窗口100，对采样窗口100内的探测信号fm(n)进行傅里叶变换，其傅里叶变换函数为：

计算傅里叶变换后的幅度值fm(k)，结合采样的时间n及采样时所用的检测信号频率f，并绘制出如图8a、图8b、图16、图17、图18所示的时频联合分布谱图。具体采用联合时频分析方法，该方法通过呈现信号在不同时间和特定频率时的能量密度的方式，描述信号频率随时间变化的情况。联合时频分析方法中主要用到的短时傅里叶变换(stft)的主要思想是将信号加窗函数将加窗函数后的信号再进行傅里叶变换，加窗函数后使得其变为很小时间上的局部谱，窗函数可以根据时间的变化在整个时间轴上平移，利用窗函数可以实现得到任意位置附近的时间段频谱实现时间局部化，具体如附图4所示为离散信号的短时傅里叶变换(stft)变换图。

根据短时傅里叶变换(stft)我们可以通过滑动窗口到合适的时间点并且计算新的频谱来建立一个完整的三维联合时频谱图。在三维联合时频谱图中，x轴表示的是激励信号的频率其单位赫兹(hz)、y轴表示的是定位装置单个探测过程运行的时间其单位为秒(s)、z轴表示的是傅里叶变换后振幅峰值(fftamplitudepeak简称fap)大小以颜色色彩显示，其单位为伏特(v)。傅里叶变换后振幅峰值大小(fap)与加窗函数后的信号在时域上的点的数量有关。可以用以下的公式计算傅里叶变换后振幅峰值大小(fap)：

real[fft(a)]和imag[fft(a)]分别表示傅里叶变换后的信号数据的实部和虚部，n表示输入信号的大小。

而对于待探测物体来说，通常其周围一定范围内是有效探测范围200，如图7所示，被探测金属6附近的一定范围内，如该范围可能是30cm*30cm*30cm的立体范围，也可能是其他的常见范围，该有效探测范围200的具体尺寸并不重要，这是由于，当探测电极(包括发射电极11、接收电极22)移动的路线如路线s1一般不在有效探测范围200内时，探测电场不会发生被干扰现象，这时探测信号不会发生任何变化，而只有探测电极移动路线如路线s2及路线s3般通过有效探测范围200时，探测信号才会由于被探测金属对探测电场产生干扰，进而对探测信号的幅度值造成影响；具体的，分别以同样大小的圆柱形铝金属和圆柱形铜金属为例，我们在100hz频率的探测信号下，均匀采集了被探测金属周围30cm*30cm范围内的400点离散数据，具体如图6a、图6b所示，图中的z轴表示为该采集点处信号经过傅里叶变换后的幅度值，单位为v；x、y轴表示的该方向的数据点数。图中幅值最高点或是最低点就是物体的中心位置(当探测频率大于物体的转折频率时最低点为物体的中心点，反之，则最高点为物体的中心点)。其中图6a是圆柱形铝金属的探测信号幅值，图6b为圆柱形铜金属探测信号幅度值，可以发现，在探测信号频率不是被测金属6转折频率的前提下，探测电极经过有效探测区域200时，不论路线是否经过被测金属6所在中心位置，其幅值一定会发生向上或者向下的变化，单次固定路线的检测结果可以如图13所示，而信号记录收集装置保存数据如图14所示。而实际探测时，幅值是向上还是向下弯曲，与探测信号的频率大于被探测金属的转折频率还是小于转折频率直接相关，由此，本方法还有步骤4，具体的。

步骤4：根据如图8a、图8b所示的幅度-时间曲线进行判断，调整或维持所述指定频率，以获取待探测金属的转折频率，具体的，对幅度-时间曲线进行判断，如果，幅度-时间曲线中幅度值包含凸出曲线400，则说明当前探测信号的指定频率小于被探测金属的转折频率，此时，增加所述指定频率一定数值，并重新进行步骤1～步骤3；如果，幅度-时间曲线中幅度值包含凹陷曲线，则说明当前指定频率大于转折频率，此时，降低所述指定频率一定数值，并重新进行步骤1～步骤3；如果，幅度-时间曲线变成直线，则此时所述指定频率为待探测金属的转折频率；进而根据该转折频率判断金属材质。当然，在一些情况下，幅度-时间曲线为直线也可能是运行路线没有进入有效探测区域，因此，实际探测时，应至少保证该路线下，出现一次突出曲线400或出现一次凹陷曲线500，进而才能证明当前探测路线是经过有效探测区域的。

本方法可以探测不同金属材质的原理是：不同类型的水下金属物体的在交流激励下其显示复杂阻抗特性不同，进而在扰动电场产生电势差不同，具体的，在探测电场中，被测水下金属6物体会由于自身阻抗特性而引起电场扰动，而不同的金属材质会又因为阻抗特性的不同，引起不同的电场扰动，通过探测探测电场中电势差变化的趋势，确定被探测金属的转折频率值，进而可以比对获取金属材质；在此原理下，即使被测金属6物体体积很小，只要其材质不同，那么探测到的转折频率值也就不同，从而根据这转折频率值的不同来区分被测金属6物体的材质，同时，根据大量的金属物体测试结果表明，体积近似、材质不同的金属物体转折频率差距非常明显，采用本方法判断金属物体材质准确率较高。

图16为被测物体铝圆柱体在一个方向上采用不同探测频率得到的联合时频谱图，图中x轴表示频率(hz)，y轴表示时间(s)，z轴表示fft变换后的幅度峰值，单位为伏特(v)。其对应的探测频率分别为50hz、150hz、170hz，当探测频率为小于转折频率150hz时频谱图中表现为“上凸”的现象，即出现凸出曲线400，此时表示为探测电极在由远离被测物体到接近物体过的过程中其幅值逐渐增大，电极处于物体正上方时，其幅值达到最大。然后在探测电极逐渐远离物体时其幅值又逐渐变小。对于小于这一转折频值150hz得情况，探测频率越小，其“上凸”的显现表现的越明显。当探测频率为大于这一值时表现为”下凹”的现象，即出现凹陷曲线500，且探测频率越大“下凹”显现也越明显。在多次调整探测频率得到的联合时频谱图中，在频率为150hz时其fft幅值表现出现常值现象，即图中，幅值为直线600，此时说明该圆柱体的转折频率在150hz附近。而图17、图18则分别给出了铁圆柱体、铜圆柱体的采用不同探测频率得到的联合时频谱图，表2则给出了常见的不同金属材质不同形状下的转折频率值。

表2