[发明专利]一种基于巨磁电阻和正交偏置调制的金属探测方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于巨磁电阻和正交偏置调制的金属探测方法及装置。本发明的方法包括两部分：第一部分针对克服激励线圈磁场分量，提出了“正交偏置”方法，即巨磁电阻传感器的偏置电流与激励线圈电流频率相同、相位相差90°，从而使巨磁电阻传感器输出的直流信号仅与金属电涡流磁场有关；第二部针对克服放大电路的直流失调，提出了“移相调制”方法，经过低通滤波器，从而率除了放大电路的直流失调，获得仅与金属电涡流有关的信号输出。本发明的装置由激励线圈、巨磁电阻传感器、检测电路组成。巨磁电阻传感器置于激励线圈中，激励线圈用于产生交流磁场，巨磁电阻传感器用于敏感金属电涡流磁场，检测电路用于检测金属涡流信号。

主权项

1.一种基于巨磁电阻和正交偏置调制的金属探测装置，由巨磁电阻传感器、激励线圈、检测电路组成，巨磁电阻传感器置于激励线圈中，激励线圈用于产生交流磁场，巨磁电阻传感器用于敏感金属电涡流磁场，检测电路用于检测金属涡流信号，其特征在于检测电路包括正弦波信号发生器、功率驱动器、激励线圈电流取样电阻、正交移相电路、方波发生器、调制开关、电压缓冲器、低通放大电路、反相器、解调开关、低通滤波器；正弦波信号发生器产生的正弦波信号经功率驱动器进行功率放大后驱动激励线圈；激励线圈电流取样电阻用于将激励线圈的交流电流转换为电压信号；正交移相电路分别对激励线圈电流取样电阻两端的电压移相+90°和-90°，分别称为+90°移相信号和-90°移相信号；方波发生器输出占空比50％的方波信号；方波发生器输出信号高电平、低电平分别选择调制开关的输出为+90°移相信号或-90°移相信号，或为-90°移相信号或+90°移相信号；调制开关的输出经电压缓冲器缓冲后，提供巨磁电阻传感器的偏置电流；低通放大电路滤除交流分量，对信号进行放大；反相器对低通放大电路的输出进行单位增益反相；方波发生器输出信号高电平、低电平分别选择解调开关的输出为低通放大电路的输出和反相器的输出，或为反相器的输出和低通放大电路的输出；解调开关的输出经低通滤波器滤除交流分量，得到仅与金属电涡流有关的信号输出；巨磁电阻传感器输出电压等效为Uo＝k(Ba+Be+Bb)Ia+γIa＝k(Ba+Bb)Ia+γIa+kBeIa (1)式(1)中，k、Ba、Bε、Bb、γ、Ia分别为巨磁电阻传感器的磁场灵敏度系数、激励电流产生的交流磁场、金属涡流磁场、环境磁场、与磁场无关的等效零偏电阻、巨磁电阻传感器的偏置电流；由式(1)可知，激励电流产生的交流磁场、环境磁场、与磁场无关的等效零偏电阻会对金属涡流信号探测的灵敏度产生影响；设激励线圈的电感为L1，激励线圈电阻为R1，金属涡流等效电感为L2、金属涡流等效电阻为R2，金属涡流电流有效值为I2，激励线圈与金属涡流的互感为M，激励线圈的电压有效值为E1、激励电压的角频率为ω、激励电流有效值为I1，则电气方程：E1+jωMI2＝I1R1+jωL1I1 (2)jωMI1＝I2R2+jωL2I2 (3)由式(2)与(3)可得： I 2 = ω 2 ML 2 + jR 2 ω M R 2 2 + ω 2 L 2 2 I 1 - - - ( 4 ) ]]>激励电流产生的磁场为：Ba＝λI1 (5)式(5)中λ为金属探测器的结构常数；金属涡流产生的磁场为： B e = ρI 2 = ω 2 ML 2 + jR 2 ω M R 2 2 + ω 2 L 2 2 × ρI 1 - - - ( 6 ) ]]>

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