一种便携式地下金属物探测装置的制作方法

本发明属于电磁探测技术领域，具体涉及一种便携式地下金属物探测装置。

背景技术：

随着经济建设的迅猛发展，工业化、城市化进程的不断扩大，以往一些不被关注的地域被开发成工业区、专用仓库、桥梁、港口、航道、住宅区等大型建设用地。在此过程中，一些如地下管道、电缆、废弃炮弹(uxo)等的金属物探测问题大大增加了工程地质勘探的难度，尤其废弃的炮弹、细菌弹、毒气弹给人民生命财产安全构成了极大的隐患，世界上许多国家和地区不管是二战或是后来的局部战争都遗留了大量uxo，据统计：有50多国家都受到不同程度的伤害，近亿颗地雷和难以估计的uxo被埋藏于地下，给建设安全带来了巨大的威胁。如何采用经济、高效的探测方法对这些uxo、金属管线进行有效的探测定位就成为工程探测亟待解决的问题，同时也为诸如探矿、考古等的地球物理探测应用提供参考。

目前探测地下金属物的方法主要有电磁法、微重力方法、探地雷达、航空磁测以及地面磁测法，这些方法均有各自的优点，但也有局限性。电磁法的设备主要面向地质矿产勘探，在工程实践中很难得到广泛应用；使用微重力法探测的独特优势是可以给出场源的质量，探地雷达可以进行进一步确认场源的形状，但这两种方法的效率较低，成本较高，一般不用于大面积的探测；航空磁测可以实现快速大面积区域测量，但易受地面电网及航空平台的技术的影响，且成本较大；地面磁测仍是目前探测地下铁磁性体的首选方法。

地面磁测的基本原理是：地下埋藏的含铁磁性的物体会改变所在位置周围空间的地磁场分布，产生磁场异常信号，通过地面的包含有磁传感器和数据采集模块的装置就可检测到磁异常信号，通过绘制磁图就可得到地下物体的大概位置和走向。

目前地面磁测装置大多采用1个或2个精度较低的质子磁力仪或磁通门传感器进行局部区域的磁异常总场或梯度的单一点测来对该区域地下的铁磁性物体进行分析。其主要存在的问题有：

1)磁传感器灵敏度不高，信噪比低，不易对地下小磁性物体进行识别分辨，易造成漏检；

2)单一的点测容易受人为因素的影响，且信息量不够密集，检测准确度和可靠性不高；若进行总场或磁场分量的测量，易受到地磁日变、背景磁场波动的干扰而影响特征量的提取。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种便携式地下金属物探测装置，可以消除地磁场和干扰磁场的影响，扩大测量范围，增强信息采集密度，提高检测效率和准确度。

一种地下金属物探测装置，包括探测前端(1)、测速轮(2)、探测末端(3)以及连杆(4)；探测末端(3)固连在连杆(4)的后端；探测前端(1)固定在连杆(4)前端的一侧，测速轮(2)通过轴承安装在连杆(4)前端的另一侧，可转动；探测前端(1)包括长方形壳体以及布置在壳体内部的多组磁传感器(5)；各组传感器等间隔，并沿测速轮(2)中心轴线方向布置；每组包括两对单轴的磁传感器(5)，敏感方竖直向下；所述探测末端(3)获得每组中两个磁传感器(5)获得磁场信号b1、b2.，并计算该组磁传感器(5)的矢量梯度g12＝(b1-b2)/l；其中l为一组中两个磁传感器(5)的距离；根据矢量梯度获得磁梯度平面等值线图；最后根据磁梯度平面等值线图判断地下金属物的走向、形状和位置。

进一步的，测速轮(2)内含速度编码器，用于测量测速轮(2)运动速度；所述探测末端(3)根据测速轮(2)运动速度绘制均匀的磁梯度平面等值线图。

进一步的，所述连杆(4)为可折叠结构。

进一步的，所述测速轮(2)可拆卸。

本发明具有如下有益效果：

本发明采用多组超高灵敏度的磁电阻传感器构成阵列矢量梯度对地下铁磁性物体进行探测，高灵敏度磁电阻传感器的使用，减小了装置的功耗，提高了装置的信号分辨能力；由于地磁梯度很小，利用阵列矢量梯度，可以有效减小周围地磁场和干扰磁场的影响，同时增强了信息采集密度，提高了探测效率和有效性；可卸载测速轮的使用，减小了测试时人为因素的影响，提高了探测的可靠性。

附图说明

图1为本发明的便携式金属物探测装置示意图；

图2为本发明的探测装置前端构造示意图；

图3为本发明的探测装置末端组成框图；

图4为本发明的测网区域探测路线图；

图5为测试试验中地下金属物水平布置示意图；

图6为采用本发明的金属物探测装置对图5所示的金属物探测后得到的磁梯度平面等值线图；

其中，1-探测前端，2-测速轮，3-探测末端，4-连杆，5-磁传感器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

针对目前地面磁测装置存在的探测能力弱、易受人为因素影响，可靠性低的问题，利用磁异常探测原理设计了一种利用超高灵敏度的传感器和阵列矢量梯度对地下铁磁性物体进行探测的装置，该装置具有灵敏度高、可靠性高、抗干扰能力强的特点，能够实现区域内磁梯度图的快速均匀绘制、对地下小的铁磁性物体进行快速定位，且可适应多种复杂地形的探测。

如图1所示，本发明的金属物探测装置主要包括探测前端1、测速轮2、探测末端3以及连杆4；探测末端3固连在连杆4的后端；探测前端1固定在连杆4前端的一侧，测速轮2通过轴承安装在连杆4前端的另一侧，可转动；如图2所示，探测前端1包括长方形壳体以及布置在壳体内部的多组磁传感器5；各组传感器等间隔，并沿测速轮2中心轴线方向布置；每组包括两对单轴的磁传感器5，敏感方竖直向下，间隔距离为l，一般在30cm左右；每组中两个磁传感器5均获得一个磁场信号b1、b2.，因此可获得该组磁传感器5的矢量梯度g12＝(b1-b2)/l；由于在探测前端1中布置了多组磁传感器5，因此同一时刻可实现大范围的地下矢量梯度探测。在一定范围内，矢量梯度愈多，有数据采集处理后绘制的磁梯度平面等值线图分辨率愈高。

测速轮2内含速度编码器，配合在探测前端1，能保证不同速度下绘制出均匀的磁梯度平面等值线图，增大了探测可靠性。当测速轮2在探测区域滚动时，保证了离地面同一高度的探测，减小了人为因素影响，提高了地下磁性目标定位的准确度；此外，测速轮2可拆卸，可满足复杂地形的探测。

如图3所示，探测末端3包括数据采集与处理模块、处理器模块、显示模块、无线上传模块、报警模块及电源模块，主要完成探测装置前端整列磁传感器5电压信号的采集，信号滤波、放大，后经模数转换电路将电压信号转化为数字信号，然后由处理器和程序的处理获得地下目标信息，并由显示器显示，由报警器及时对地下金属物进行提醒；同时可手动启动无线发射装置进行上位机的数据交换以获得更进一步的处理。

装置的测速轮2、轴承、外壳等均由非铁磁性轻质材料组成；连杆4使用伸缩杆，探测前端1可设计成折叠式，减小装置的质量，提高便携性和灵活性，减小装置本身对磁传感器5的影响。

在进行地下金属物探测时，将传感器的敏感轴始终竖直向下，对着地下，体过程如下：

如图4所示，确定测网区域和探测路径，探测路径为迂回线路径，相邻路径间距s约为探测前端1长度的2倍。

开启探测装置开关，人力推动配置有测速轮2的探测装置沿着探测路径进行探测，磁传感器5阵列中各传感器将实时输出路径下方的磁场值；探测末端3根据每组磁传感器5获得的磁场值计算得到磁异常矢量梯度值，并在显示器上实时显示磁梯度平面等值线图，通过磁梯度平面等值线图的异常可判断出地下有无金属物。当有金属物时，通过磁梯度平面等值线图可显示金属物在地下的大致走向、形状和位置，报警器将发出提醒，并储存区域的磁场信息。

当遇到颠簸复杂的测网地域时，可拆卸测速轮2，手持装置进行灵活探测。

如图5所示，为测试试验中地下金属物分布情况，采用本发明的金属物探测装置探测后，得到如图6所示的磁梯度平面等值线图，从该图中可分辨出地下物体的大致走向、形状和位置，具有很高的分辨能力。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。