本发明涉及利用电磁场探测出含金属物的技术，具体涉及含金属物探测装置。 本发明可在工业以及国民经济的各个领域中得到广泛的应用，例如建筑工程、大地测量、农业、工程构筑物管理、考古、地质以及其它部门，用以探测在地区或构筑物设计中已标出的或未标出的含金属的管线和设施，亦即，管道、电缆、基准点、钢筋混凝土板、地下井盖、以及其它含金属设施，其中也包括有色金属构制物。
本发明还可应用于木材加工、食品加工及其它工业和农业部门，用来探测建筑物和构筑物中暗藏的电线布线，以及原料、材料和饲料中的金属夹杂物。
目前急待解决的任务是搜寻地区或构筑物设计中未标出的含金属物，其中也包括由非铁磁性金属构制物。解决所述任务的可能方法之一是利用小型感应装置，这些装置同时具有辐射初级电磁场的功能，和接收该装置初级电磁场作用范围内的含金属物感应的次级电磁场的功能。
已知的各种地下含金属物探测装置有西德Seba Dynatronic公司生产的M480高频搜索器和美国Grigsby Company公司生产的TW-5管道-电缆探测器，它们的结构形式相似，每一种装置都包括：发生器、与发生器连接的激励线圈、与激励线圈垂直的接收线圈、与接收线圈相连接的是串联的选择放大器、信息处理单元和声信号装置。该装置具有由激励线圈的初级电磁场作用而产生的信号在接收线圈中几何位置补偿的功能。
这两种装置的工作原理的基础是利用激励线圈在搜索范围内形成分布的初级电磁场，以及接收由含金属物感应而生成的次级电磁场。
这些装置地特点是对外界电磁场影响的抗干扰能力低，其中也包括位于搜索区附近的含金属物的干扰，因为当激励线圈的初级电磁场作用于它们时，它们也辐射次级电磁场。
此外，如果管线的分布与装置的移动方向所夹角度小于20°时，则发现管线的可靠性很低。这是由于从激励线圈到达管线的感应信号量值小造成的。
还有一些众所周知的含金属物探测装置（Бахмутский B.φ.和зуенко г.и.著“感应电缆探测器”，1970，《通信》，（莫斯科），75～78页，图31、32），每种装置都具有激励线圈，和与激励线圈固定联接且垂直配置的两个差接的接收线圈，这两个接收线圈相对于激励线圈对称地配置在其两侧。一种情况是激励线圈水平设置，而两个接收线圈垂直设置。另一种情况，与上述线圈设置状态相反。这些方案中的电信号记录电路相同，而且结构形式也与上述的相似。
应当指出，装置的移动方向与两接收线圈的连接杆的轴线方向相重合。
这些装置的特点是对外界电磁场的影响和对搜索区周围的含金属物的影响的抗干扰能力低。这是由于两个接收线圈之间距离大所决定的，而这个距离对于保证足够的灵敏度和必要的几何补偿深度是必要的。此外，在管线分布与装置移动方向之间的夹角小于20°的情况下，发现管线的可靠性不大，其原因是：各线圈配置为第一种情况时，来自管线的次级电磁场的量值小，而在第二种设置情况时，由于从激励线圈到达管线的感应信号的量值小。
由此可见，由于上述这些装置的抗干扰能力低，因此不能把它们安装在车辆上使用，因为车辆本身就是这些装置的干扰源，所以其搜寻效率不高。
SU，A，1190330含金属物探测装置是一种高效的、对外界电磁场的影响具有高抗干扰能力的装置，它包括：激励线圈，该激励线圈与共轴设置的且相互平行的两个接收线圈固定联接，这两个接收线圈对于设在经过它们公共轴线平面上的激励线圈既对称又垂直;交变电压发生器，它与激励线圈在电气上相连;以及互相串联的接收线圈信号均衡单元（其各输入端连接到接收线圈上）和差动放大器，后者的输出端与由激励线圈的初级电磁场作用于各接收线圈引起的信号的电补偿单元的信息输入端相连接，该信号电补偿单元的控制输入端与交变电压发生器在电气上连接，而该部分的输出端与选择性放大器的输入端连接，后者的输出端与信息处理单元的输入端连接，信息处理单元的输出端连接在记录器上，并且与信号单元在电气上连接。
上述激励线圈和构成该装置的感应系统的各接收线圈的相互分布情况能极大地提高抗干扰能力，这是因为来自外界电磁场辐射源（输电线，电气化铁路、通信线路等）的信号电平在各接收线圈中实际上相同，又由于各接收线圈逆向相联而被抵消。
但是，如果搜索方向取垂直于连接接收线圈和激励线圈的连接杆的方向，且当含金属物管线的分布相对于搜索方向之间的夹角小于20°时，探测到管线的几率很小，这是由于激励线圈在管线中感生的次级电磁场的电平低造成的。
为了提高管线探测几率，必须在同一搜索区内在感应系统的不同分布情况下，对移动方向进行两次定线。但是，即使在这样的情况下，探测几率也不够大，这是由下述因素造成的，亦即不管是操作人员用手工方法进行搜索，还是将装置安装在车辆上，沿反方向定线时，很难保持原来的搜索方向。
本发明的任务是制造一种含金属物探测装置，该装置能保证初级电磁场有不同的方向性，并扩大其作用范围，因而能使含金属物的探测与初级电磁场相对于搜索方向的分布无关，这就提高了探测含金属物的可靠性和搜索作业的实际效率。
所提出任务是这样解决的，该含金属物探测装置包括激励线圈，该激励线圈与共轴设置且互相平行的两个接收线圈固定联接，这两个接收线圈相对于设在经过它们公共轴线的平面上的激励线圈是对称并且相垂直;交变电压发生器，它与激励线圈在电气上连接;与接收线圈串联的信号均衡单元（其输入端与接收线圈相接）;和差动放大器，后者的输出端与由激励线圈的初级电磁场作用于各接收线圈产生的信号的电补偿单元的信息输入端连接。该电补偿单元的控制输入端与交变电压发生器在电气上连接，而该单元的输出端与选择性放大器的输入端连接，后者的输出端与信息处理单元的输入端连接，信息处理单元的输出端连接在记录器上，并且与信号传输部件电气相连。根据本发明，该装置还包括：与主激励线圈相同的辅助激励线圈，它与两个接收线圈固定联接，并相对于它们对称且垂直地设在经过这两个接收线圈的公共轴线的平面上，与主激励线圈之间有一夹角;由辅助激励线圈的初级电磁场作用于各接收线圈而产生的信号的电补偿单元，该补偿单元的信息输入端连接到差动放大器的输出端上;辅助选择性放大器;切换器，它的各输入端分别与交变电压发生器、以及由主激励线圈和辅助激励线圈的初级电磁场作用于各接收线圈上产生的各信号的电补偿单元的输出端连接，而切换器的各输出端分别连接到主激励线圈和辅助激励线圈、由主激励线圈和辅助激励线圈的初级电磁场作用于各接收线圈引起的各信号的电补偿单元的控制输入端、以及主选择性放大器和辅助选择性放大器的各输入端上。切换器用来依次先将主激励线圈和由主激励线圈的初级电磁场作用于各接收线圈而产生的信号的电补偿单元的控制输入端连接到交变电压发生器上，并将该信号电补偿单元的输出端连接到主选择性放大器的输入端，然后再将辅助激励线圈和由辅助激励线圈的初级电磁场作用于各接收线圈产生的信号的电补偿单元的控制输入端连接到交变电压发生器上，并将该信号电补偿单元的输出端连接到辅助选择性放大器的输入端;辅助信息处理单元，其输入端连接到辅助选择性放大器的输出端;辅助记录器，它与辅助信息处理单元的输出端连接;以及“或”逻辑电路，它的各输入端分别连接到主信息处理单元和辅助信息处理单元的各输出端，而它的输出端则连接到信号传输部件上。
主激励线圈和辅助激励线圈之间的夹角最好在60°至120°的范围内。
最好使切换器包括三个常态下闭合的开关、一个常态下打开的开关、以及常态下闭合和常态下打开的开关的切换控制单元，该单元的各输出端分别连接在各开关的控制输入端上。而且第一常态下闭合开关和常态下打开开关的各输入端即作为与交变电压发生器相连接的切换器的各输入端，第一常态下闭合的开关的输出端作为与主激励线圈相连接的切换器的输出端，而常态下打开的开关的输出端作为与辅助激励线圈相连接的切换器的输出端，第二和第三常态下闭合的开关的各输入端作为分别与由主激励线圈和辅助激励线圈的初级电磁场作用于各接收线圈引起的各信号的电补偿单元的各输出端相连接的切换器的各输入端，而第二和第三常态下闭合的开关的各输出端作为与主选择性放大器和辅助选择性放大器的各输入端相连接的切换器的各输出端。
有益的是，使常闭和常开开关的切换控制单元包括：矩形脉冲发生器，该发生器的信号到达第一常态下闭合的开关和常态下打开的开关的各控制输入端;时间延迟电路的输入端连接在矩形脉冲发生器上;两个转换开关，其中的第一转换开关的输入端连接到矩形脉冲发生器上，而第二转换开关的输入端则连接到时间延迟电路的输出端;以及两个“与”逻辑电路，其中第一“与”电路的各输入端分别连接到矩形脉冲发生器上和时间延迟电路的输出端上，而第二“与”电路的各输入端则连接到转换开关的各输出端上，而且“与”逻辑电路的各输出端作为分别与第二和第三常态下闭合的开关的控制输入端相连接的常态下闭合和常态下打开的开关的转换控制单元的各输出端。
本发明能提高探测含金属物的可靠性，而与被探测物相对搜索方向的分布无关。
此外，由于对被搜索区（建筑物）只进行一次定线，所以利用该装置进行的搜索作业的效率至少能提高一倍。
下面通过描述本发明的具体实施例并参照以下附图来说明本发明。
图1示出本发明的含金属物探测装置的方块图;
图2示出本发明的激励线圈和接收线圈的相对位置（均角投影图），并示意性地示出初级和次级电磁场及激励线圈和接收线圈的局部剖面;
图3为图1所示装置的便携式实施方案的全视图;
图4（a、b、c、d、e、f、g、h）示出说明切换器工作的时序图。
图1所示的含金属物探测装置，包括：两个激励线圈1、2和两个接收线圈3、4，这些线圈同时构成感应系统5;交变电压发生器6和接收线圈的信号均衡单元7，该单元两输入端8、9分别与接收线圈3、4连接。均衡单元7对外界干扰电磁场作用于感应系统5造成干扰时在接收线圈3、4上产生的信号和由于接收线圈3、4的电磁参量不等性产生的信号予以均衡。
均衡单元7的两输出端10、11分别与差动放大器12的两输入端连接，后者的输出端连接到对应于激励线圈1、2的初级电磁场作用在接收线圈3、4引起的各信号的电补偿单元15、16的信息输入端13、14。
为了依次将激励线圈1、2和电补偿单元15、16的控制输入端17、18连接到交变电压发生器6上，本装置设有切换器19，其输入端20、21连接到交变电压发生器6，而输入端22、23则分别连接到电补偿单元15、16的输出端。切换器19的输出端24、25分别连接到激励线圈1、2和电补偿单元15、16的控制输入端17、18。
含金属物探测装置还包括：两个选择性放大器26、27，它们分别与切换器19的输出端28、29连接。切换器19相应地把激励线圈1、2和电补偿单元15、16的控制输入端17、18连接到交变电压发生器6上，而实现将电补偿单元15、16的各输出端分别连接到选择性放大器26、27的输入端上。
在所述的电信号切换器19的实施方案中，包括三个常态下闭合的开关30、31、32，一个常态下打开的开关33、以及常闭和常开开关的切换控制单元34，该切换控制单元34与开关30、31、32、33的各控制输入端35、36、37、38相连接。而且开关30、33的各输入端和输出端分别用作切换器19的输入端20、21和输出端24、25，而切换器19的输入端22、23和输出端28、29则分别是开关31、32的各输入端和输出端。
此外，含金属物探测装置还包括：两个信息处理单元39、40，它们分别与选择性放大器26、27的输出端连接;两个记录器41、42，它们分别与信号处理单元39、40的输出端连接;“或”逻辑电路45其输入端43、44分别与信息处理单元39、40的输出端和记录器41、42连接，“或”电路45的输出端与信号单元46连接。
均衡单元7可由已知电路来实施，在所述方案中，该单元包括：移相器47，其输入端当作均衡单元7的输入端9;电位器48，它与均衡单元7的输入端8和输出端11相连接;以及电位器49，它与移相器47的输出端和均衡单元7的输出端10相连接。
电补偿单元15、16完全相同，它们都包括：移相器50，其输入端当作电补偿单元15的控制输入端17或电补偿单元16的控制输入端18;电位器51，它与移相器50的输出端连接;以及差动放大器52，其一输入端与电位器51连接，另一输入端当作电补偿单元15的信息输入端13或电补偿单元16的信息输入端14，差动放大器52的输出端当作电补偿单元15或16的输出端。
选择性放大器26、27用以放大交变电压发生器6的工作频率电信号。
信息处理单元39、40由已知电路制作，在所述方案中这两单元都包括：串联连接的对数放大器53、检波器54和下限限幅器55。对数放大器53确保在搜索过程中不调节灵敏度就能扩大被发现对象的尺寸范围，下限限幅器55确保排除掉经常起作用的各种因素（仪器的杂波、振动影响等等）。
作为记录器41、42可用模拟的或数字的显示仪器（伏特计）。
信号单元46可以采用声信号源和指示灯，按已知电路之一作成，能发出探测到含金属物的声信号和光信号。
开关的转换控制单元34在所述方案中包括：矩形脉冲发生器56，它与开关30、33的控制输入端35、38连接;延时电路57，其输入端与矩形脉冲发生器56连接;以及两个转换开关58、59，其中，第一开关58的输入端与矩形脉冲发生器56连接，第二开关59的输入端与延时电路57的输出端连接。此外，控制单元34还包括两个“与”逻辑电路60、61，其中，第一“与”电路60的两个输入端分别与矩形脉冲发生器56和延时电路57的输出端连接，第二“与”电路61的两个输入端分别与转换开关58、59的输出端连接。“与”逻辑电路60、61的输出端分别与开关31、32的控制输入端36、37连接。
该装置的控制单元34使用了矩形脉冲发生器56，其占空系数等于2，这就能保证激磁线圈1、2连接到交变电压发生器6上的持续时间相同。而且，选取矩形脉冲发生器56的频率小于0.1f，这里f是发生器6的工作频率。在发生器56的频率决定激励线圈1、2连接到交变电压发生器6上的持续时间的条件下，考虑到转换过程，能够保证在含金属物感生的次级电磁场的作用下产生的各信号得到记录。
构成感应系统5的接收线圈3、4的结构完全相同，且彼此平行又共轴设置。激励线圈1、2相对于接收线圈3、4正交且对称地分别位于经过接收线圈3、4的公共轴线62（图2）的两个平面上，这两个平面之间的夹角α在60°至120°之间。
激磁线圈1、2和接吸线圈3、4之间借助于连接杆63、64联接构成一个固定的结构。
当角α取60°～120°范围内的任意值时，发现含金属物（例如管线）的可靠性将是最高的，这是因为管线与用以将两激励线圈1、2其中之一（在所述方案中为线圈2）与连杆64连接起来的连杆63之间的夹角B总是小于60°，这就能保证在管线中感应出来的信号电平足够大。
对激励线圈1、2和接收线圈3、4所采取的相对位置保证在激励线圈1、2和接收线圈3、4之间电磁耦合最小。激励线圈1、2和接收线圈3、4之间的距离L的选择是根据四个线圈1、2、3、4的相对位置不变而确定的感应系统5所需的稳定性和激励线圈1、2和接收线圈3、4之间的距离确定的，对初级电磁场的几何补偿深度选定的。众所周知，在其它条件都相同的情况下，当距离L增大时，几何补偿深度增加，而当距离L减小时，稳定性增大。因此要根据该装置的具体用途（便携式的还是安装在车辆上的）和结构实施的可能性（采用的材料、制作工艺）来分别地选取每一种情况下的距离L，但应同时保证所需的稳定性和几何补偿深度。
激励线圈1、2和接收线圈3、4用导线65绕制，它们的线匝示意性地示于图2。图中还用实线示出激励线圈1、2在搜索区产生的初级电磁场的磁力线66，以及用虚线示出地下含金属物68感生的次级电磁场的磁力线67。
搜索方向（感应系统5的移动方向）用箭头A表示。
根据该装置的具体用途选择角α的大小。当感应系统5安装在车辆上时，为了保证其高速行进，必须使激励线圈1、2之间的夹角α接近或等于120°。
图3示出便携式装置的实施例，装置的小型化具有重大意义。在这种情况下，激励线圈1、2之间的夹角α应接近或等于60°。要这样组装该装置，亦即让激励线圈1、2位于操作者的两侧，而装置中的电气部分（其中包括交流变化电压发生器6（见图1））都组装在壳体69内，直接放在操作者面前，方便地读出记录器41、42（见图1）的指示。接收线圈位于壳体70内（见图3）。
为了更好地理解所述装置的实质，图4（a、b、c、d、e、f、g、h）给出了表明切换器19的工作情况的时序图。图4a表示矩形脉冲发生器56的输出信号V1的时序图;图4b表示延时电路57的输出信号V2的时序图;图4c表示到达开关31的控制信号V3的时序图;图4d表示到达开关32的控制信号V4的时序图;图4e、4f、4g、4h分别表示开关30、33、31、32的状态，而且位置1对应于开关30、33、31、32的打开状态，而位置0对应于它们的闭合状态。
所建议的含金属物探测装置按如下的方式操作：
在搜索作业开始之前，为了保证装置具有较高的抗干扰能力和较高的探测含金属物的可靠性，预先使接收线圈3、4（见图1）的输出信号均衡。为此，将激励线圈1、2与交变电压发生器6断开，将电补偿单元15、16的电位器51调至零，于是外界电磁场作用在该装置的感应系统5上。这种电磁场之源可以是类似于激励线圈的一个线圈，并且与发生器6接通，相对于接收线圈3、4尽量对称设置，其间距要大于所设定的探测含金属物的深度，该深度是由交变电压发生器6的功率和感应系统5的电信号参量决定的。同时，借助于电位器48、49和移相器47，使记录器41、42的指示接近于零。
平衡调整只是在装置的工作条件改变时才需求进行。例如，将该装置安装到另一个车辆上，或者最初按便携式的方式手工操作装置，而后来将其安装在车辆上，反者亦然。
在搜索作业开始前，每次都要调整电补偿单元15、16。电补偿单元15、16的信号是：由激励线圈1、2感生的初级电磁场作用于接收线圈3、4后产生的，而它既未利用几何补偿法，也未利用接收线圈3、4的差接法补偿过。将该装置放在无含金属物的区域内，按以下方式调整单元15、16。
逐渐增大发生器6的输出信号振幅，利用该单元15、16中的移相器50和电位器51调整来自发生器6的信号的相位和振幅，使记录器41、42的指示接近于零。这一操作过程一直进行到发生器6的输出信号振幅等于工作信号振幅时为止。
借助于以这样方式准备好的装置，开始搜索含金属物。矩形脉冲发生器56产生出持续时间τ1的信号V1（图4a），这些信号到达开关30、33的控制输入端35、38（图1）和延时电路57，该电路经过时间τ2后产生出信号V2（图4b）。开关30、33（图1）根据控制信号将激励线圈1、2（图1）通过切换器19的输出端24、25和输入端20、21周期性地（经过时间τ1，图4e、4f）与发生器6相接。激励线圈1、2在搜索区形成频率为f的初级电磁场，该电磁场方向的改变决定于激励线圈1、2中的那一个线圈与发生器6相接，此时线圈1、2的接通时间相同，且由持续时间τ1决定（图4a、4b）。
在时刻t1，例如切换器19（图1）将激励线圈1接入发生器6，而在时刻t2（图4c），“与”电路60（图1）开始工作，来自发生器56和延时电路57的各信号分别到达电路60的各输入端。“与”电路60输出的单个信号输入打开的开关31的控制输入端36（图4g），並经过切换器19的输入端22和输出端28，将电补偿单元15与选择性放大器26相接。同时电补偿单元16同选择性放大器27断开，换句话说，由电补偿单元15、选择性放大器26、信息处理单元39和记录器41构成的第一接收电路开始工作。
在时刻t3（图4a），根据切换控制单元34（图1）的控制信号，开关30、31闭合（图4e、4g），使激励线圈1（图1）同发生器6断开，而选择性放大器26则同电补偿单元15断开。与此同时开关33断开（图4f），激励线圈2通过切换器19的输出端25和输入端21连与发生器6接通。
在时刻t4（图4d），“与”逻辑电路61（图1）开始工作，被转换过的信号从矩形脉冲发生器56和延时电路57分别到达电路61的输入端。从“与”电路61的输出的单个信号输入开关32的控制输入端37，开关32断开（图4h），並通过切换器19的输入端23和输出端29将电补偿单元16连接到选择性放大器27上。这时由电补偿单元16、选择性放大器27、信息处理单元40和记录器42构成的第二接收电路开始工作。
在时刻t5（图4a），切换器19（图1）将激励线圈2同发生器6断开，而选择性放大器27则同单元16断开，同时将激励线圈1与发生器6相接。以后的信号转换过程如上所述依次往复进行。
图4b中的τ2是通过电路57将脉冲发生器56产生的脉冲延迟的时间，从而形成一组跟踪脉冲。τ2由转换过程的持续时间决定，且应大于由激励线圈1或2形成的初级电磁场在线圈同发生器6断开后的衰减时间。
调整第一和第二接收电路，在搜索区无含金属物时，使其输出端（记录器41、42）上的信号接近于零。
当搜索区内有含金属物68时（图2），激励线圈1、2中的每一个线圈所形成的初级电磁场，其磁力线66穿透含金属物68中，並在其中感应出电流，该感生电流本身又形成次级电磁场，该场的磁力线67穿过感应系统5的接收线圈3、4。次级电磁场在接收线圈3、4中感应出电动势，该感生电动势的大小与线圈3、4中的每一个线圈与含金属物68之间的距离成比例。因为这个距离是不同的，所以在电补偿单元15或16（图1）的输出端形成差动信号，该信号随着从接收线圈3、4到含金属物68（图2）的距离（平面距离）的变化而变化。如上所述，电补偿单元15、16（图1）中的某个单元输出的信号借助切换器19输入对应的选择性放大器26、27，之后再输入到对应的信息处理单元39、40的输入端。在单元39、40中，这些信号由对数放大器53放大后检波，再输入下限限幅器55。由信号处理单元39、40中的某一单元输出的信号输入到对应的记录器41、42和“或”逻辑电路45的输入端43、44中的一端，再从“或”门输入到信号单元46。
记录器41、42的指示器件随着从接收线圈3、4到含金属物68（图2）的距离（平面距离）的变化而改变其指示。接着信号到达信号单元46（图1），在这里形成探测到含金属物的光信号和声信号。
总之，本装置保证探测的可靠性高，既能手提操作（如图3所示），又能安装在车辆上使用。使用本装置比使用其它已知的类似装置，其搜索作业的效率相当，因为在搜索区只需一次搜索定线。