一种低频电磁感应的未爆弹探测装置及探测方法与流程

1.本发明属于金属目标探测领域，特别涉及该领域中的一种低频电磁感应的未爆弹探测装置及探测方法。


背景技术：

2.电磁感应探测是一种通过发射电磁波即一次场h1，激发附近金属物体产生涡流效应，再通过检测涡流产生的二次场h2来发现目标的金属探测技术，用于未爆弹探测的电磁频率范围一般为300hz-100khz，因此也称为低频电磁感应。
3.低频电磁感应探测是低频交变电流i1通过发射线圈时，在周围空间建立交变磁场h1，称为一次场。如果交变磁场h1穿过地下金属导体，则在电磁感应的作用下金属导体内部形成涡流电流i2，电流i2又在周围形成同频交变磁场h2，称为二次场，利用接收线圈接收二次场h2或一次场h1与二次场h2的总和场h，分析二次场h2或总和场h的变化规律，即可探测金属物体目标。
4.未爆弹通常是指在作战或演习中使用后未爆炸的炮弹、榴弹、航弹等，近年来，随着部队实弹训练任务的不断增加，排除靶场未爆弹的压力也进一步加重，如何安全、可靠、高效地排除未爆弹的难题日益凸显。我军已定型的gtl115型探雷器、gtl117型探雷器、gtl511型探雷器主要探测目标是埋深0-15cm的地雷，而埋深0-5m的未爆弹还没有专用电磁感应探测设备。采用现役电磁感应探雷器虽然可以探测未爆弹，但是探测深度浅，探测能力差；而其它的未爆弹探测技术虽然提高了探测深度，但是探测效率差，因此需要专用的未爆弹电磁感应探测装置提高探测深度、探测能力和探测效率。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题就是提供一种低频电磁感应的未爆弹探测装置及探测方法。
6.本发明采用如下技术方案：
7.一种低频电磁感应的未爆弹探测装置，其改进之处在于：包括能伸缩的探杆，发射探头和接收探头正交放置，分别固定在探杆两端，还包括与发射探头和接收探头电连接的主机。
8.进一步的，在探杆上安装能伸缩的提手，主机挂接在提手上。
9.进一步的，发射探头包括发射线圈、参考线圈和发射驱动电路，发射线圈与参考线圈空中耦合，参考线圈和发射驱动电路分别通过线缆与主机电连接，发射驱动电路为发射线圈供电。
10.进一步的，接收探头包括电连接在一起的接收线圈和信号放大电路，信号放大电路通过线缆与主机电连接。
11.进一步的，发射线圈、参考线圈和接收线圈均为多匝环形线圈。
12.进一步的，主机包括处理控制单元和与处理控制单元电连接的滤波采样单元、发
射放大单元、显示报警单元和数据传输单元，滤波采样单元分别通过线缆与参考线圈和信号放大电路电连接，发射放大单元通过线缆与发射驱动电路电连接，电源供电单元为主机内的各部件供电。
13.一种低频电磁感应的未爆弹探测方法，使用上述的探测装置，其改进之处在于：
14.启动探测装置，电源供电单元供电，处理控制单元控制发射放大单元产生发射频率ω0的交变电流，经由发射探头的发射驱动电路和发射线圈向地下发射，形成稳定一次场h1；
15.一次场h1激发地下未爆弹目标形成二次场h2；
16.发射探头参考线圈接收的发射线圈一次场h1信号，经滤波采样单元后，转换为数字信号送给处理控制单元；
17.接收探头接收线圈实时接收的二次场h2信号，经信号放大电路和滤波采样单元后，转换为数字信号送给处理控制单元；
18.由处理控制单元分别计算参考线圈接收的一次场h1信号相位角和接收线圈实时接收的二次场h2信号相位角根据相位角和计算出接收线圈实时接收的二次场h2信号幅值的阈值v
th
，并提取二次场h2信号消除干扰后的幅值vh2和相位
[0019][0020]
上式中，h
20
为二次场h2信号的幅值，k为几何因子，
[0021]
处理控制单元对提取的幅值vh2和相位与阈值v
th
比较判断探测异常，并将探测结果通过显示报警单元和数据传输单元输出。
[0022]
本发明的有益效果是：
[0023]
本发明所公开的探测装置，发射探头与接收探头正交放置可以有效抑制一次场h1信号的背景噪声，提高二次场h2信号的测量精度，提高分辨率，增强对微弱异常的检测能力和发现异常能力。
[0024]
本发明所公开的探测方法，接收的二次场h2信号采用数字信号处理方式，可根据土壤不同实时调整参数，提高了探测装置的探测效率，更适合探测炮弹、航弹、榴弹等目标。通过智能学习，可用来探测不同土壤、不同深度、不同材质、不同大小的各种目标。
附图说明
[0025]
图1是本发明实施例1所公开探测装置的结构示意图；
[0026]
图2是本发明实施例1所公开探测装置中发射探头的结构连接示意图；
[0027]
图3是本发明实施例1所公开探测装置中接收探头的结构连接示意图；
[0028]
图4是本发明实施例1所公开探测装置中主机的电气连接框图。
[0029]
附图标记：1-主机，2-发射探头，3-接收探头，4-探杆，6-提手，7-未爆弹，8-一次场h1，9-二次场h2，10-线缆，11-参考线圈，12-滤波采样单元，13-发射驱动电路；14-接收线圈，15-信号放大电路，17-发射线圈，18-处理控制单元，19-发射放大单元，20-电源供电单元，21-显示报警单元，22-数据传输单元。
具体实施方式
[0030]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0031]
实施例1，本实施例公开了一种低频电磁感应的未爆弹探测装置，如图1所示，包括能伸缩的探杆4，发射探头2和接收探头3正交放置，分别固定在探杆两端，还包括与发射探头和接收探头通过线缆10电连接的主机1。探杆是长度连续可调的伸缩杆，以便调节接收探头与发射探头的间距。在探杆上安装能伸缩的提手6，提手长度连续可调，主机挂接在提手上。探测深度与电流、发射探头和接收探头的间距、发射探头和接收探头的尺寸成正比。
[0032]
如图2所示，发射探头2包括发射线圈17、参考线圈11和发射驱动电路13，发射线圈与参考线圈空中耦合(类似于变压器)，参考线圈和发射驱动电路分别通过线缆10与主机电连接，发射驱动电路为发射线圈供电(提供大电流)。
[0033]
如图3所示，接收探头3包括电连接在一起的接收线圈14和信号放大电路15，信号放大电路通过线缆10与主机电连接。接收线圈接收到的二次场h2信号由信号放大电路放大电压。
[0034]
如图4所示，主机1包括处理控制单元18和与处理控制单元电连接的滤波采样单元12、发射放大单元19、显示报警单元21和数据传输单元22，滤波采样单元分别通过线缆与发射探头的参考线圈和接收探头的信号放大电路电连接，发射放大单元通过线缆与发射探头的发射驱动电路电连接，电源供电单元20为主机内的各部件供电。
[0035]
在本实施例中，发射线圈、参考线圈和接收线圈均为多匝环形线圈。线缆采用屏蔽多芯线，电源供电单元为电池。
[0036]
本实施例还公开了一种低频电磁感应的未爆弹探测方法，使用上述的探测装置：
[0037]
启动探测装置，电源供电单元供电，处理控制单元控制发射放大单元产生发射频率ω0的交变电流，经由发射探头的发射驱动电路和发射线圈向地下发射，形成稳定一次场h1(8)；
[0038]
一次场h1激发地下未爆弹7目标形成二次场h2(9)；
[0039]
发射探头参考线圈接收的发射线圈一次场h1信号，经滤波采样单元后，转换为数字信号送给处理控制单元；
[0040]
接收探头接收线圈实时接收的二次场h2信号，经信号放大电路和滤波采样单元后，转换为数字信号送给处理控制单元；
[0041]
由处理控制单元内部嵌入的数字信号处理算法分别计算参考线圈接收的一次场h1信号相位角和接收线圈实时接收的二次场h2信号相位角根据相位角和调整相位，计算出接收线圈实时接收的二次场h2信号幅值的阈值v
th
，并提取二次场h2信号消除干扰后的幅值vh2和相位
[0042][0043]
上式中，h
20
为二次场h2信号的幅值，k为几何因子，
[0044]
处理控制单元对提取的幅值vh2和相位与阈值v
th
比较判断探测异常，并将探测结果通过显示报警单元和数据传输单元输出。
[0045]
在探测装置开始工作之前，先确定默认发射频率ω0。由于不同土壤、探测环境的噪声不同，探测装置启动时需要根据土壤和环境的不同，预先计算参考线圈接收一次场h1信号的相位角接收线圈接收二次场h2信号的相位角根据相位角计算出接收线圈接收二次场h2信号幅值的阈值v
th
。此时接收线圈接收的二次场h2信号幅值动态变化范围最小，探测灵敏度最高。
[0046]
接收线圈感应信号包括激发一次场h1信号、二次场h2信号和环境噪声信号，由于发射探头和接收探头正交放置，穿过接收线圈上下表面的一次场h1信号方向相反，大小相等，因此接收线圈得到的信号是一次场信号h1相互抵消后的包含环境噪声信号的二次场h2信号，有效抑制了一次场h1背景值对二次场h2信号的干扰，提高测量精度、分辨率和检测微弱异常的能力。探测装置的探测深度与发射线圈、接收线圈大小有关，与电流的大小有关，同时也与发射探头和接收探头的间距有关。当电流一定时，探测深度与线圈直径、收发探头间距成正比；当线圈直径、收发探头间距一定时，探测深度与电流成正比。
[0047]
处理控制单元输出发射信号频率ω0，经发射放大单元后，输出到发射探头，由发射驱动电路驱动，向发射线圈输出激发频率为ω0的交变电流，形成一次场h1。接收线圈接收感应的二次场h2信号，经过信号放大电路后进行实时采集，将模拟的二次场h2信号转换成相应的数字信号，传回处理控制单元中；参考线圈接收感应的一次场h1信号，经滤波采样单元后进行实时采集，将一次场h1信号转换成相应的数字信号，传回处理控制单元中。提取二次场h2的幅值和相位，与预置的阈值v
th
比较判断探测异常。最后的探测结果由处理控制单元控制显示报警单元显示。
[0048]
(1)未爆弹标准样品为直径155mm榴弹，为锥形金属体，将此未爆弹标准样品埋在地下150cm深处，收发探头间距150cm，6v电池供电，中心频率ω0＝4khz；发射电流i0＝500ma。
[0049]
a、启动探测装置，电池供电，处理控制单元控制发射放大单元，经由发射探头向地下发射3a交变电流；
[0050]
b、一次场h1激发地下未爆弹目标形成二次场h2；
[0051]
c、参考线圈接收一次场h1的信号，经滤波采样单元转换为数字信号送给处理控制单元；
[0052]
d、接收线圈接收二次场h2信号，经滤波采样单元转换为数字信号送给处理控制单元；
[0053]
e、处理控制单元提取二次场h2的幅值和相位，与预置的阈值v
th
比较判断探测异常；
[0054]
f、探测结果由处理控制单元控制显示报警单元显示。
[0055]
(2)未爆弹标准样品为直径60mm迫击炮弹，为锥形金属体，将此未爆弹标准样品埋在地下100cm深处，收发探头间距150cm，6v电池供电，中心频率ω0＝4khz；发射电流i0＝500ma。
[0056]
a、启动探测装置，电池供电，处理控制单元控制发射放大单元，经由发射探头向地下发射3a交变电流；
[0057]
b、一次场h1激发地下未爆弹目标形成二次场h2；
[0058]
c、参考线圈接收一次场h1的信号，经滤波采样单元转换为数字信号送给处理控制
单元；
[0059]
d、接收线圈接收二次场h2信号，经滤波采样单元转换为数字信号送给处理控制单元；
[0060]
e、处理控制单元提取二次场h2的幅值和相位，与预置的阈值vth比较判断探测异常；
[0061]
f、探测结果由处理控制单元控制显示报警单元显示。
[0062]
(3)未爆弹标准样品为直径155mm榴弹，为锥形金属体，将此未爆弹标准样品埋在地下200cm深处，收发探头间距180cm，6v电池供电，中心频率ω0＝4khz；发射电流i0＝500ma。
[0063]
a、启动探测装置，电池供电，处理控制单元控制发射放大单元，经由发射探头向地下发射3a交变电流；
[0064]
b、一次场h1激发地下未爆弹目标形成二次场h2；
[0065]
c、参考线圈接收一次场h1的信号，经滤波采样单元转换为数字信号送给处理控制单元；
[0066]
d、接收线圈接收二次场h2信号，经滤波采样单元转换为数字信号送给处理控制单元；
[0067]
e、处理控制单元提取二次场h2的幅值和相位，与预置的阈值vth比较判断探测异常；
[0068]
f、探测结果由处理控制单元控制显示报警单元显示。