一种收发线圈互感式磁探测方法及系统

本发明属于磁感应探测，更具体地，涉及一种收发线圈互感式磁探测方法及系统。

背景技术：

1、磁探测技术通常利用交变磁场与金属目标之间的电磁耦合关系实现目标检测。当金属目标进入交变磁场区域时，金属目标内部会产生涡流，涡流反过来改变周围磁场分布以及线圈回路的电路参数，因此可以通过感应电压、等效阻抗、谐振频率或功率响应等量表征目标影响；该技术在复杂电磁环境中展现出了优异的抗干扰能力、信号穿透性和多向辐射特性，近年来被广泛应用于地下探测、水下探测等场景中。

2、现有的单线圈自感式磁探测方法通常需要一个发送线圈，通过判断发送线圈的谐振点是否偏移来进行目标探测，虽然系统结构较为简单，但是该方法难以充分表征金属目标影响，难以同时兼顾环境本底变化、线圈耦合状态变化、损耗变化以及金属目标附加扰动对系统响应的综合影响，抗波动能力较弱，目标探测准确性较低。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种收发线圈互感式磁探测方法及系统，用以解决现有技术目标探测准确性较低的技术问题。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种收发线圈互感式磁探测方法，应用于包括一个发射线圈和一个接收线圈的收发线圈互感式磁探测装置；

3、上述磁探测方法包括：

4、向发射线圈施加交变激励电压信号，使发射线圈在待探测区域内产生交变磁场；

5、获取接收线圈的接收信号功率下降到接收信号功率极大值的预设比例

p时所对应的频率范围，作为预设比例

p所对应的检测带宽；

6、判断检测带宽与对应的基准带宽的差值绝对值是否小于或等于预设阈值，若是，则判定待探测区域内不存在金属目标；否则，判定待探测区域内存在金属目标；

7、其中，基准带宽为在不存在金属目标的基准状态下时，预先获取的接收线圈的接收信号功率下降到接收信号功率极大值的预设比例

p时所对应的频率范围。

8、进一步优选地，上述获取接收线圈的接收信号功率下降到接收信号功率极大值的预设比例

p时所对应的频率范围，作为预设比例

p所对应的检测带宽，包括：

9、将发射线圈的本征阻抗、接收线圈的阻抗、金属目标的等效阻抗、激励电压信号的角频率和电压值、发射线圈与接收线圈之间的互感、以及发射线圈的等效电流和接收线圈的等效电流代入至三回路耦合等效电路模型中进行求解，得到发射线圈与金属目标之间的互感以及接收线圈与金属目标之间的互感，进而计算得到发射线圈的等效阻抗；

10、根据发射线圈的等效阻抗计算得到发射线圈的等效自感，分别计算得到发射线圈的谐振频率和品质因素；

11、基于谐振频率和品质因素，计算接收线圈的接收信号功率下降到接收信号功率极大值的预设比例

p时所对应的频率范围，作为预设比例

p所对应的检测带宽；

12、其中，上述三回路耦合等效电路模型为分别针对发射线圈与接收线圈、发射线圈与金属目标以及接收线圈与金属目标，建立得到的kvl方程所构成的方程组。

13、进一步优选地，三回路耦合等效电路模型为：

14、

15、其中，表示虚数符号；为金属目标中的涡流等效电流。

16、进一步优选地，发射线圈的等效阻抗为：

17、。

18、进一步优选地，谐振频率和品质因素分别为：

19、

20、

21、其中，为发射线圈的匹配谐振电容；为发射线圈的电阻值。

22、进一步优选地，等效自感为：

23、

24、其中，表示虚数符号；为发射线圈的等效阻抗；表示的虚部。

25、进一步优选地，上述基于谐振频率和品质因素，计算接收线圈的接收信号功率下降到接收信号功率极大值的预设比例

p时所对应的频率范围，作为预设比例

p所对应的检测带宽，包括：

26、当耦合因子小于1时，判定磁探测装置处于欠耦合状态，检测带宽；

27、当耦合因子等于1时，判定磁探测装置处于临界耦合状态，检测带宽；

28、当耦合因子大于1时，判定磁探测装置处于过耦合状态，检测带宽；

29、其中，耦合系数。

30、进一步优选地，预设比例

p为1/2或1/10。

31、进一步优选地，上述磁探测方法还包括：当待探测区域内存在金属目标时，基于当前带宽特征确定金属目标的位置：

32、获取预先采集的样本集合；

33、从样本集合中获取与当前带宽特征最相似的k个特征样本，构成候选样本集；；

34、将候选样本集中出现次数最多的标签作为待探测区域内金属目标的当前位置；

35、其中，上述样本集合通过以下方式获取得到：

36、获取与金属目标的尺寸及材料类型均相同的金属样本；

37、对待探测区域进行体素网格划分；

38、将每一个体素网格的中心点作为金属样本的位置，获取金属样本在该位置时所对应的带宽特征；构建以带宽特征为特征样本，对应位置为标签的样本集合；

39、上述带宽特征为：预设比例

p所对应的差值绝对值，或者预设比例集合中各预设比例

p'所对应的差值绝对值所构成的向量；预设比例集合包括预设比例

p；为与的差值绝对值。

40、进一步优选地，采用knn算法从样本集合中获取与当前带宽特征最相似的k个特征样本。

41、第二方面，本发明提供了一种收发线圈互感式磁探测系统，包括：收发线圈互感式磁探测装置和控制模块；其中，收发线圈互感式磁探测装置包括：一个发射线圈和一个接收线圈；控制模块用于执行本发明第一方面所提供的收发线圈互感式磁探测方法。

42、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

43、1、本发明提供了一种收发线圈互感式磁探测方法，向发射线圈施加交变激励电压信号，获取接收线圈的接收信号功率下降到接收信号功率极大值的预设比例

p时所对应的频率范围，作为预设比例

p所对应的检测带宽；当检测带宽与对应的基准带宽的差值绝对值小于或等于预设阈值时，判定待探测区域内不存在金属目标；否则，判定待探测区域内存在金属目标。由于带宽并非单一点值，而是谐振响应在一定衰减条件下的区间特征，能够综合反映环境本底、线圈耦合、损耗变化以及金属目标扰动对系统频率响应的共同作用，抗波动能力较强，基于此，本发明提高了目标探测的准确性。

44、2、进一步地，在本发明所提供的收发线圈互感式磁探测方法中，检测带宽通过三回路耦合模型计算得到；三回路耦合等效电路模型为分别针对发射线圈与接收线圈、发射线圈与金属目标以及接收线圈与金属目标，建立得到的kvl方程所构成的方程组，可同时表征发射与接收、发射与目标和接收与目标三类耦合关系对发射线圈的等效阻抗的影响，从而使带宽变化能够对环境变化表现出更高敏感性，进一步提高了目标探测的准确性。