浅谈金属探测技术的发展

金属探测技术的发展要追溯到上世纪六十年代，首先出现在矿产领域，为了检测矿产中金属的含量，提高金属纯度，世界上首台金属探测装备研制出来并取得了良好的效果，减少了工人们的工作量，提高了工作效率。金属探测在工业的成功应用，使其得到重视并快速发展，逐渐进入到安保、食品、考古等领域。

一开始，金属探测主要采用电磁感应技术，即通过发射连续的正弦载波，对金属回波信号进行处理以得到金属目标的信息，这种探测技术的使用时间更长，使用范围更广。基于电磁感应的探测技术在实现上较容易，因此得到快速发展。按照金属回波处理的方式不同，电磁式探测技术又可分为幅频探测、相位探测、双频探测、跨导探测等。

幅频和相位探测一般分为两种，一种是不具有接收线圈的探测方式，其应用于短距离、体积小的金属探测。发射线圈为感性器件，当金属接近发射线圈时，金属和线圈的互感系数发生改变，那么金属目标会改变发射信号的幅频和相位，监测发射信号的时域波形变化就可以达到探测金属目标的目的。另一种是带有接收线圈的探测方式，其工作原理是检测接收线圈感应信号的幅值和相位变化来探测金属目标，这种探测方式容易受背景干扰，需要抑制噪声，在实现上相对复杂一些，但是探测效果好。双频探测技术是对幅频相位探测技术的发展，这种技术能够在一定程度上提高系统探测灵敏度,其工作方法是发射端同时发射频率不同的两种信号，由于金属目标对频率敏感，因此对两种频率的影响不同，再经过接收端的混频滤波处理，金属存在时可以明显的看出信号变化。跨导探测是一种技术复杂的探测方式，其依据的原理是发射、接收线圈和金属目标在距离不同时其互感系数也不同,接收端接收信号的跨导阻抗会随着互感系数的变化而变化，那么通过分析跨导阻抗就可以探测到金属目标，这种探测技术为发展高灵敏度探测提供了思路。

除了电磁式的探测技术，基于霍尔元件的探测技术也较为普遍。1879年美国物理学家霍尔发现了霍尔效应,霍尔效应是指在磁场中金属导体或者半导体内的载流子受洛伦兹力影响，产生横向电位差的现象。如今的霍尔元件多为集成器件，当器件通上电后，周围存在附加磁场时，器件的输出端会产生信号，分析输出信号的幅值和相位可以检测到金属目标。依靠霍尔元件设计的探测系统效果好，基于霍尔元件的探测系统应用于要求高灵敏度、距离范围在米级别的探测环境下。其工作原理简单，通过发射端发射载波作用到金属目标产生涡流二次磁场,利用霍尔器件检测二次磁场信号就可探测到金属目标。这种方式的优点是探测灵敏度高，缺点是探测时容易受噪声影响，所以该系统在实现上要求比较高。

金属探测技术经过近60年的发展，越来越多新的探测方式被研究出来。从载波频率来看，利500MHz微波信号可以进行运动金属探测，其依据多普勒频移原理，当金属目标同向运动时，回波信号被拉长频率降低，反向运动时回波信号被挤压频率增大,通过监测回波信号的频率变化可以感知金属目标的动态信息。在地下探测领域，采用kHz 级别的载波信号可以探测地下矿藏，一般采用的探测方式叫瞬变电磁法，其原理是发射端间断地发射高频脉冲载波信号，载波信号作用到金属目标产生二次场，通过检测二次场来判断金属信息。

21世纪以来，金属探测技术又有新的发展，更多的探测方式被实现。经过长时期的发展，金属探测在不同领域采取的技术也不尽相同，但总体是朝着小型化和智能化的方向发展。随着国内外的科学技术发展,金属探测载波发展分为三个阶段分别是:模拟载波技术、数字载波技术和瞬变电磁技术。如今探测技术与主控芯片如单片机、DSP等的结合都使金属探测更加的智能化，可以预期不久的将来，金属探测将会和物联网、云计算等结合，届时会更加的智能。