KR102178705B1 - Apparatus for detecting metal explosives buried underground by multi-frequency domain method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a frequency-domain processing-type metal detector capable of processing N frequencies. According to the present invention, the frequency-domain processing-type metal detector capable of processing N frequencies comprises: a transmission processing board (21); transmission output boards (22, 23); a concentric transmission and reception sensor (40) consisting of two transmission coils (41, 42) and one reception coil (43); a reception input board (32); and a reception processing board (31). According to the present invention, the accuracy of metal classification can be greatly increased.

Description

N개 주파수처리 가능 주파수영역 처리방식 금속 탐지기{Apparatus for detecting metal explosives buried underground by multi-frequency domain method} N frequency processing available frequency domain processing method metal detector {Apparatus for detecting metal explosives buried underground by multi-frequency domain method}

본 발명은 주파수영역 처리방식 금속 탐지기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송수신을 효과적으로 분리하고 다중 주파수 신호에 대해서 높은 성능의 수신특성을 가지며 동일한 시간과 동일한 지점에서는 여러 개의 주파수성분을 동시에 처리하는 N개 주파수처리 가능 주파수영역 처리방식 금속 탐지기에 관한 것이다. The present invention relates to a frequency domain processing method metal detector, and more particularly, effectively separates transmission and reception, has high-performance reception characteristics for multi-frequency signals, and simultaneously processes several frequency components at the same time and at the same point. It relates to a metal detector with a frequency domain processing method capable of frequency processing.

현재 가장 많이 보급되어 있는 금속 탐지기는 자기유도 방식을 사용한다. 즉, 땅속으로 자기장을 걸어주면 땅속의 금속 표면에 와전류(Eddy current)가 발생하고 이에 의해 생기는 2차 자기장을 수신하여 금속의 존재를 탐지하는 것을 기본 원리로 한다. 이러한 자기유도 방식의 금속 탐지기 구현방식으로는 시간영역 처리방식과 주파수영역 처리방식이 있다. Currently, the most popular metal detector uses magnetic induction. In other words, when a magnetic field is applied to the ground, an eddy current is generated on the surface of the metal in the ground, and the secondary magnetic field generated by it is detected to detect the presence of the metal. Methods of implementing such a magnetic induction type metal detector include a time domain processing method and a frequency domain processing method.

시간영역 처리방식은 송신시간과 수신시간이 분리되어 있어서 송,수신코일 사이에 상호 간섭없이 큰 송신신호를 출력할 수 있기 때문에 타 방식에 비해 땅속 깊이까지 탐지할 수 있으며, 금속탐지에 큰 영향을 주는 광물성 흙성분을 가진 땅에서도 타 방식에 비해서 비교적 덜 민감하게 동작하는 것으로 알려져 있다. 또한 알고리즘이 간단하여 탐지작업 시 처리속도가 빠른 점도 장점이다.다만, 시간영역 방식은 금속의 종류를 구분하기는 어려운 점이 단점이다. The time domain processing method has a separate transmission time and reception time, so it can output a large transmission signal without mutual interference between the transmission and reception coils, so it can detect deeper than other methods, and has a great influence on metal detection. The state is known to operate relatively less sensitively than other methods even in land with mineral soil components. It is also an advantage that the algorithm is simple and the processing speed is fast during detection. However, the time domain method has a disadvantage in that it is difficult to distinguish the types of metals.

주파수영역 처리방식은 시간영역 처리방식과 같이 금속의 표면에서 자기유도에 의해 생기는 와전류(Eddy current)와 2차 자기장을 이용하는 점에서는 같으나, 사용하는 송수신 신호가 특정 주파수 신호를 사용하여 땅속으로 송신한 후(1차 자기장), 이 1차 자기장에 의해서 땅속 금속에서 발생한 와전류에 의한 2차 자기장이 1차 자기장과 동일 주파수의 신호가 발생하며, 이 신호를 수신하면 금속의 종류, 크기 및 자세 등에 따라서 주파수 성분의 크기와 위상이 변화되어, 이를 기준으로 금속의 존재 여부뿐만 아니라 금속의 종류, 크기나 자세 등에 대한 정보를 추가적으로 얻을 수 있는 장점이 있다(도 1 참조). The frequency domain processing method is the same in that the eddy current generated by magnetic induction on the surface of the metal and the secondary magnetic field are used like the time domain processing method, but the transmission/reception signals used are transmitted to the ground using a specific frequency signal. After (primary magnetic field), the secondary magnetic field due to the eddy current generated in the underground metal by this primary magnetic field generates a signal with the same frequency as the primary magnetic field, and upon receiving this signal, depending on the type, size, and posture of the metal Since the magnitude and phase of the frequency component are changed, there is an advantage in that information on the type, size, or posture of the metal as well as the presence or absence of metal can be additionally obtained based on this (see FIG. 1).

이러한 주파수영역 처리방식은 시간영역 처리방식과는 달리 송수신 신호가 동시에 발생되어, 송수신 신호사이의 간섭을 줄 수 있어서 이를 최소화하기 위한 송수신 신호의 분리가 매우 중요하다(이하 송수신분리 문제라 칭함). Unlike the time domain processing method, this frequency domain processing method generates transmission/reception signals simultaneously and may cause interference between transmission/reception signals, and thus separation of transmission/reception signals to minimize this is very important (hereinafter referred to as a transmission/reception separation problem).

이를 해결하기 위한 방식중 하나가 Concentric 방식의 송수신센서(도 2 참조)로서, 같은 중심점을 가지는 원형의 송신코일을 2개 두고 서로 반대방향으로 전류를 흘려 수신코일이 있는 중앙부분에서는 2개의 송신코일에 의한 자기장이 서로 상쇄되는 자기공동(magnetic cavity)을 만들어 수신코일이 있는 중앙부분에서는 송신신호 간섭을 최소화하면서 순수하게 땅속 금속에서 발생한 2차 자기장만을 수신하도록 하고, 송수신센서로부터 떨어진 땅속 금속으로는 송신코일에 의한 원거리 자기장(Far-field)이 거의 감쇠되지 않고 도달시키도록 한다. One of the ways to solve this problem is a concentric transmission/reception sensor (refer to FIG. 2), with two transmission coils having the same center point and passing current in opposite directions to each other, so that two transmission coils are located at the center of the receiving coil. By creating a magnetic cavity in which the magnetic fields are canceled by each other, the central part of the receiving coil minimizes the interference of the transmission signal and only receives the secondary magnetic field generated from the underground metal. It allows the far-field by the transmission coil to reach almost without attenuation.

이러한 주파수영역 처리방식은 단일 주파수를 사용할 수도 있으나, 더 다양한 정보를 얻기 위해서 다중 주파수를 사용하여 여러 주파수에서의 크기와 위상 특성을 측정함으로써 금속의 종류를 분류하는데 보다 더 결과의 신뢰도를 높일 수 있다. This frequency domain processing method may use a single frequency, but by measuring the magnitude and phase characteristics at multiple frequencies using multiple frequencies to obtain more diverse information, the reliability of the result can be further improved in classifying the type of metal. .

다중주파수를 발생시키고 수신처리하는 방안은 동기검파기 사용방식과 Sync신호나 Sweep신호를 사용하는 방식이 있다. 먼저 Sync신호나 Sweep신호 사용 방식은 Sync신호나 Sweep신호처럼 다중주파수가 포함된 신호를 발생시키고, 이에 의해 땅속 금속에서 발생된 2차자기장에 의한 신호를 수신하여 AD변환을 하고 고속 푸리에 변환(FFT)을 하여 주파수별 크기와 위상특성을 한번에 추출하는 방식으로서 최근 많이 연구되고 있는 방식의 하나이다. There are two ways to generate and process multiple frequencies: a synchronization detector and a sync signal or sweep signal. First, the Sync signal or Sweep signal use method generates a signal containing multiple frequencies like the Sync signal or Sweep signal, and thereby receives the signal by the secondary magnetic field generated from the underground metal, performs AD conversion, and performs fast Fourier transform (FFT ) To extract the size and phase characteristics of each frequency at once, which is one of the methods that have been studied a lot recently.

그러나 이 방식은 많은 주파수성분이 있어서 송수신분리를 구현하기가 매우 어렵고, 고가의 고성능 AD변환기를 사용해야 하며, 동기검파방식대비 수신성능이 떨어지는 단점이 있는 것으로 알려지고 있다(선행기술문헌의 비특허문헌 pp.38~39). However, it is known that this method has many frequency components, so it is very difficult to implement transmission/reception separation, requires the use of an expensive high-performance AD converter, and has a disadvantage in that the reception performance is inferior to the synchronous detection method (non-patent literature in the preceding technical literature). pp.38~39).

동기검파방식은 특정주파수를 발생시키고 수신단에서 이를 기준신호로 사용하여 수신신호를 동기검파 처리하여 크기와 위상정보를 얻는 방식으로서, 동기검파에 의한 SNR수신 특성이 매우 좋고 송수신 분리 문제를 비교적 용이하게 구현할 수 있는 점이 장점이다. 다만 여러 주파수에 대해서 처리하려면 주파수를 순차적으로 변경해가면서 처리를 하는데, 이러한 방식은 시간이 소요되고, 특히 금속탐지 시 이동하면서 탐지가 진행되어 측정지점이 차이가 나는 문제가 발생한다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 방안에 관한 것이다. The synchronous detection method generates a specific frequency and uses it as a reference signal at the receiving end to synchronously detect the received signal to obtain size and phase information. The SNR reception characteristics by the synchronous detection are very good and the problem of transmission and reception is relatively easy. The advantage is that it can be implemented. However, in order to process multiple frequencies, processing is performed by sequentially changing the frequencies, and this method takes time, especially when detecting metals, the detection proceeds while moving, resulting in a problem that the measurement point is different. The present invention relates to a solution to this problem.

US5,557,206 (Apparatus and method for detecting a weak induced magnetic field by means of two concentric transmitter loops,1996.09.17)US5,557,206 (Apparatus and method for detecting a weak induced magnetic field by means of two concentric transmitter loops, 1996.09.17) KR 특허 제2001246호(시간영역 및 주파수영역 처리방식 복합모드 금속폭발물 탐지 장치(2019.07.11)KR Patent No.2001246 (Time domain and frequency domain processing method complex mode metal explosive detection device (2019.07.11)

Jakub SVATOS,“Advanced Instrumentation for Polyharmonic Metal Detectors” Feb. 2015 (Czech Technical University in Prague의 박사학위 논문 Jakub SVATOS, “Advanced Instrumentation for Polyharmonic Metal Detectors” Feb. 2015 (Doctoral thesis at Czech Technical University in Prague

기존 주파수영역 처리방식의 금속 탐지기들은 다음의 문제를 가지고 있다. Metal detectors of the conventional frequency domain processing method have the following problems.

첫째, 민간용 금속탐지기 대부분은 단일 주파수용으로 구현하여, 금속 분류 신뢰성이 높지 못하여 다중 주파수 주파수영역 처리방식의 효과적인 구현이 필요하다. First, most of the civilian metal detectors are implemented for a single frequency, and thus the reliability of metal classification is not high, and thus an effective implementation of a multi-frequency frequency domain processing method is required.

둘째, 다중 주파수 주파수영역 처리방식에서 여러 주파수를 순차적으로 처리하는 동기검파기 방식이 주파수 변경에 따른 시간소요 및 측정 데이터의 위치 불일치에 따른 탐지 정확도 저하가 발생하여 이의 해결이 필요하다. Second, in the multi-frequency frequency domain processing method, the synchronous detector method that sequentially processes multiple frequencies causes a decrease in detection accuracy due to the time consuming due to frequency change and the position mismatch of measurement data, which needs to be resolved.

셋째, 다중 주파수 주파수영역 처리방식으로서 현재 많이 연구되고 있는 Sync신호나 Sweep신호 사용 방식은 광대역 주파수 성분이 있어서 송수신분리를 구현하기가 매우 어렵고, 고가의 고성능 AD변환기를 사용해야 하며, 동기검파방식대비 수신성능이 떨어지는 단점을 해결하는 다중 주파수 주파수영역 처리방식의 구현방안이 필요하다. Third, as a multi-frequency frequency domain processing method, the Sync signal or Sweep signal use method, which is currently being studied a lot, has a broadband frequency component, so it is very difficult to implement transmission/reception separation, and requires the use of an expensive high-performance AD converter, and reception compared to the synchronization detection method. There is a need for an implementation plan of a multi-frequency frequency domain processing method that solves the disadvantage of poor performance.

넷째, 다중 주파수 주파수영역 처리방식을 구현할 때, 통상적으로는 N개의 신호가 동기를 맞추어 출력이 되는 것이 일반적이나, 주파수 구성에 따라서 여러 주파수 성분이 합쳐지면 부분적으로 혹은 순간적으로 합이 매우 커지거나 매우 작아져서(음수로 절대값이 커지는 경우) 신호가 포화상태가 되어 순간적으로 선형동작을 못할 수가 있다. 이를 방지하기 위해서 주파수간 출력 위상을 조정하여 일시적인 포화상태를 막아 항상 일정한 성능을 유지할 필요가 있다. Fourth, when implementing a multi-frequency frequency domain processing method, it is common to output N signals in synchronization. However, depending on the frequency configuration, when several frequency components are combined, the sum is partially or momentarily increased or As it becomes small (in case the absolute value increases as a negative number), the signal becomes saturated, and the linear motion may not be possible instantaneously. To prevent this, it is necessary to maintain a constant performance by adjusting the output phase between frequencies to prevent temporary saturation.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 주파수영역 처리방식을 사용하는 금속 탐지기중에서도 다중주파수를 사용하는 주파수영역 처리방식을 효과적으로 구현하기 위해 주파수영역 처리방식에 가장 문제가 되는 송수신분리를 효율적으로 해결하면서도, 다중 주파수 신호에 대해서 높은 성능의 수신특성을 제공하고, 동일한 시간과 동일한 지점에서는 여러 개의 주파수성분을 동시에 처리하기 위한 N개 주파수처리 가능 주파수영역 처리방식 금속 탐지기를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, and among metal detectors using the frequency domain processing method, the frequency domain processing method is the most problematic in order to effectively implement the frequency domain processing method using multiple frequencies. It provides high-performance reception characteristics for multi-frequency signals while efficiently solving the separation of transmission and reception, and N frequency processing is possible to simultaneously process multiple frequency components at the same time and at the same point. It has its purpose to provide.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 N개 주파수처리 가능 주파수영역 처리방식 금속 탐지기는 주파수영역 처리방식 금속 탐지기에 있어서, N개의 주파수의 송신신호1(51)를 일정한 크기로 출력할 수 있는 기준신호발생기1-1~N(24)와 이득조정기1-1~N(25), 상기 기준신호발생기와 이득조정기로부터 출력된 N개의 주파수성분신호를 합치는 신호결합기1(28), 상기 송신신호1(51)에 의해 발생된 자기장 신호를 수신코일(43)로 유입되는 것을 방지하는 송신신호2(52)를 발생시키는 이득조정기2-1~N(25)와 위상조정기2-1~N(27), 및 상기 이득조정기와 위상조정기로부터 출력된 N개의 주파수성분신호를 합치는 신호결합기2(29), 가 구성된 송신처리반(21); 상기 신호결합기(28,29)에서 출력된 신호를 전압,전류 변환하여 송수신센서(40)의 송신코일(41,42)로 보내는 송신출력반(22,23); 2개의 송신코일(41,42)과 1개의 수신코일(43)로 구성되어 2개의 송신코일(41,42)에 의한 1차자기장신호(61,62)가 수신코일(43)에서는 서로 상쇄가 되는 특성을 갖는 Concentric방식의 송수신센서(40); 상기 수신코일(43)에서 수신한 신호를 저역필터(33)에서 필터링 후 저잡음증폭기(34)에서 증폭하여 수신처리반(31)으로 보내는 수신입력반(32); 상기 수신입력반(32)에서 수신된 신호를 받아 송신처리반(21)의 기준신호1~N(38)를 기준으로 하여 [In,Qn](n=1~N)을 구하는 각 주파수별 N개의 전용 동기검파기(36), 및 상기 [In,Qn](n=1~N)로부터 각 주파수별 크기(An)와 위상(θn)을 구하는 수신처리기(37), 가 구성된 수신처리반(31); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve such an object, the N-frequency processing capable frequency domain processing method metal detector of the present invention is a reference for outputting transmission signals 1 (51) of N frequencies in a constant size in a frequency domain processing method metal detector. Signal generators 1-1 to N (24) and gain adjusters 1 to 1 to N (25), signal combiner 1 (28) which combines N frequency component signals output from the reference signal generator and gain adjuster, and the transmission signal Gain adjusters 2-1 to N(25) and phase adjusters 2-1 to N (which generate transmission signals 2 (52)) that prevent the magnetic field signal generated by 1 (51) from flowing into the receiving coil (43) 27), and a signal combiner 2 (29) that combines N frequency component signals output from the gain adjuster and the phase adjuster, and a transmission processing panel 21 comprising; Transmitting output panels (22, 23) converting the signals output from the signal combiners (28, 29) to voltage and current to transmit coils (41, 42) of the transceiving sensor (40); Consisting of two transmission coils (41, 42) and one receiving coil (43), the primary magnetic field signals (61, 62) by the two transmission coils (41, 42) cancel each other out of the receiving coil (43). Concentric transmission and reception sensor 40 having a characteristic; A receiving input panel 32 that filters the signal received by the receiving coil 43 by a low-pass filter 33, amplifies it by a low noise amplifier 34, and sends the amplified signal to the receiving processing panel 31; N number of frequencies for each frequency to obtain [In, Qn] (n=1~N) based on the reference signals 1~N(38) of the transmission processing panel 21 by receiving the signal received from the reception input panel 32. A dedicated synchronous detector 36, and a receiving processor 37 configured to obtain a magnitude (An) and a phase (θn) for each frequency from the [In, Qn] (n=1 to N), and a receiving processing panel 31 comprising: It characterized in that it is configured to include.

여기서, 상기 수신처리반(31)은, 상기 수신입력반(32)에서 수신된 신호를 받아 주파수별로 N개의 대역 필터(35)에서 필터링한 후 송신처리반(21)의 기준신호1~N(38)를 기준으로 하여 [In,Qn](n=1~N)을 구하는 각 주파수별 N개의 전용 동기검파기(36); 및 상기 [In,Qn](n=1~N)로부터 각 주파수별 크기(An)와 위상(θn)을 구하는 수신처리기(37); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, the reception processing panel 31 receives the signals received from the reception input panel 32 and filters them by N band filters 35 for each frequency, and then the reference signals 1 to N (38) of the transmission processing panel 21 N dedicated synchronous detectors 36 for each frequency for obtaining [In, Qn] (n=1 to N) based on [0108]; And a receiving processor 37 for obtaining a magnitude (An) and a phase (θn) for each frequency from the [In, Qn] (n=1 to N). It characterized in that it is configured to include.

그리고, 상기 송수신센서(40)는, 송신코일(41,42)의 권선수, 직경 비율, 송신신호 전류의 방향 및 비율을 송신신호1(51)과 송신신호2(52)에 의한 자기장이 수신코일(43)에서 서로 상쇄되도록 설정하고, 추가적으로 미세조정을 하기 위하여 이득조정기2-1~N(25)와 위상조정기2-1~N(27)를 구비시켜 소프트웨어적으로 주파수별로 이득과 위상을 미세 조정하는 것을 특징으로 한다. In addition, the transmission/reception sensor 40 receives the magnetic field by the transmission signal 1 (51) and the transmission signal 2 (52) of the number of windings, the diameter ratio, and the direction and ratio of the transmission signal current of the transmission coils (41, 42). The coils 43 are set to cancel each other, and gain adjusters 2-1 to N(25) and phase adjusters 2-1 to N(27) are provided to perform additional fine adjustments to adjust the gain and phase by frequency by software. It is characterized by fine adjustment.

또한, 상기 송신처리반(21)은, 기준신호발생기1-1~N(24)가 N개의 주파수 기준신호를 출력할 때 위상조정기2-1~N(27)를 사용하여 각 주파수별 위상을 랜덤하게 조정해가며, 여러 개의 주파수 신호가 합쳐졌을 때 나올 수 있는 최대값이 가장 작은 조합을 선택하여 각 주파수별 위상을 설정하는 것을 특징으로 한다. In addition, when the reference signal generators 1-1 to N (24) output N frequency reference signals, the transmission processing panel 21 uses a phase adjuster 2-1 to N (27) to randomize the phase for each frequency. It is characterized in that the phase for each frequency is set by selecting the combination with the smallest maximum value that can be generated when multiple frequency signals are combined.

이와 같이 구성된 본 발명의 N개 주파수처리 가능 주파수영역 처리방식 금속 탐지기는 다음과 같은 유용한 효과를 발휘한다. The metal detector of the present invention configured as described above has the following useful effects.

본 발명은 주파수영역 처리방식을 구현함에 있어서, 각 주파수별 동기검파가 동시에 진행되고 이와 같이 다중 주파수에 대해서 주파수별로 수신신호의 크기와 위상정보를 동시에 획득할 수 있고, 이를 통해서 단일 주파수 대비 더 많은 다양한 정보를 수집하고, 동일 지점의 정보를 동시에 획득하여서 금속 분류의 정확도를 크게 높일 수 있다. In the present invention, in implementing the frequency domain processing method, synchronization detection for each frequency is performed at the same time, and the magnitude and phase information of the received signal for each frequency can be obtained simultaneously for multiple frequencies. By collecting various pieces of information and acquiring information of the same point at the same time, the accuracy of metal classification can be greatly improved.

또한 현재 많이 연구되고 있는 Sync신호나 Sweep신호를 사용하여 광대역 송신신호를 발생시킨 후 수신된 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)로 처리하는 방식은 광대역의 연속적인 주파수 특성을 갖고 있어서 송수신분리를 구현하기가 매우 어렵고, 고가의 고성능 AD변환기를 사용해야 하며, 동기검파방식대비 수신성능이 떨어지는 단점이 있는 것으로 알려지고 있어서 본 발명은 이를 적절히 해결할 수 있는 방안으로 볼 수 있다. In addition, the method of generating a wideband transmission signal using a Sync signal or Sweep signal, which is currently being studied, and processing the received signal by Fast Fourier Transform (FFT), has a broadband continuous frequency characteristic to implement transmission and reception separation. It is known that it is very difficult, requires the use of an expensive high-performance AD converter, and has a disadvantage in that the reception performance is deteriorated compared to the synchronous detection method, so the present invention can be viewed as a solution to this appropriately.

이를 폭발물 탐지기에 적용하면, 금속에 대한 종류, 크기 및 자세 등의 정보 제공과 특히 해당지역에 매설 가능성이 높은 지뢰나 폭발물 자료와 비교하여 유사성이 높을 때 정확도와 신뢰성이 크게 제고된 추가 정보를 제공함으로써, 지뢰 탐지 및 제거작업에 있어서 작업 효율을 높이고 작업자의 안전을 획기적으로 높일 수 있다. When this is applied to an explosive detector, it provides information on the type, size, and attitude of the metal and provides additional information with greatly improved accuracy and reliability, especially when the similarity is high compared to data on landmines or explosives that are likely to be buried in the area. By doing so, it is possible to increase work efficiency and significantly increase the safety of workers in the mine detection and removal work.

민간용 귀금속 탐지기에 적용할 때도 금, 은 등 귀금속 종류에 대해서 보다 정확하고 신뢰성 높은 정보를 제공함으로써 귀금속 탐지기 사용상 효용성을 극대화할 수 있다. Even when applied to civilian precious metal detectors, it is possible to maximize the utility of using precious metal detectors by providing more accurate and reliable information on precious metal types such as gold and silver.

도 1은 종래 기술에 따른 Concentric방식의 송수신센서를 사용한 금속 탐지기의 블록도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 Concentric방식의 송수신센서 동작 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수 주파수영역 처리방식의 구성도이다.
도 4는 일반적인 동기검파기의 동작원리의 예이다.
도 5는 일반적인 주파수영역 처리방식 시의 송신신호(VT) 및 수신신호(VR)특성(단일 주파수 예)이다. 1 is a block diagram of a metal detector using a transmission/reception sensor of a concentric method according to the prior art.
2 is a conceptual diagram illustrating an operation of a transmission/reception sensor of a concentric method according to the prior art.
3 is a block diagram of a multi-frequency frequency domain processing method according to an embodiment of the present invention.
4 is an example of the principle of operation of a general synchronization detector.
5 is a transmission signal (VT) and a reception signal (VR) characteristics (single frequency example) in a general frequency domain processing method.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭이 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments in which the object of the present invention can be realized in detail will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the present embodiment, the same name is used for the same configuration, and additional description thereof will be omitted.

도 1은 Concentric방식 코일을 사용하는 일반적인 금속탐지기의 구성도 예이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 N개의 주파수 성분을 사용하는 주파수영역 처리방식 금속 탐지기(이하 “금속탐지기”로 칭함)의 개략적인 구성을 나타낸 블록 구성도이다. 1 is an example of the configuration of a general metal detector using a concentric coil. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a frequency domain processing method metal detector (hereinafter referred to as “metal detector”) using N frequency components according to an embodiment of the present invention.

전체 구성은 크게 제어처리부(10), 송신부(20), 수신부(30) 그리고 송수신센서(40)로 구성된다. The overall configuration is largely composed of a control processing unit 10, a transmission unit 20, a receiving unit 30, and a transmission/reception sensor 40.

제어처리부(10)는 전체 장비의 상태를 감시하고 사용자의 설정에 따라서 운용모드를 설정하여 송신부와 수신부를 동작시키고 수신부에서 측정된 데이터를 전달받아 금속탐지, 금속 종류, 크기나 자세 등에 대한 정보를 추출하고 이를 사용자에게 소리, 진동, 화면, 저장매체나 통신망을 통해서 전달하는 역할을 한다. The control processing unit 10 monitors the state of the entire equipment and sets the operation mode according to the user's settings to operate the transmitter and the receiver, and receive the measured data from the receiver to receive information on metal detection, metal type, size or posture. It extracts and transmits it to the user through sound, vibration, screen, storage medium or communication network.

제어처리부(10)는 제어처리반(11), 외부접속반(12) 그리고 사용자 인터페이스(13)으로 구성된다. The control processing unit 10 is composed of a control processing panel 11, an external connection panel 12, and a user interface 13.

제어처리반(11)은 프로세서, 프로그램 메모리와 데이터 저장 메모리 및 기타 지원 소자 등으로 구성되며, 내장된 프로그램에 의해서 모든 처리가 이루어지며, 제어처리부(10)의 주요 기능의 대부분을 담당한다. The control processing panel 11 is composed of a processor, a program memory, a data storage memory, and other supporting elements, and all processes are performed by a built-in program, and takes charge of most of the main functions of the control processing unit 10.

외부접속반(12)은 사용자에게 탐지기의 감시, 제어 및 결과의 출력을 담당하며, 화면출력기, 소리로 출력하기 위한 이어폰이나 스피커 접속, 진동, WiFi나 Bluetooth와 같은 무선망이나 USB와 같은 유선 접속 장치를 사용할 수 있다. The external connection panel 12 is in charge of monitoring, controlling, and outputting results of the detector to the user, and a screen output device, earphone or speaker connection for sound output, vibration, wireless network such as WiFi or Bluetooth, or wired connection such as USB. The device can be used.

모드선택 스위치(13)는 금속 탐지기의 동작모드를 사용자가 간편하게 선택하기 위한 스위치로서 제어처리반(11)에서 감지하여 그에 따른 모드를 선택을 하게 된다. The mode selection switch 13 is a switch for the user to conveniently select an operation mode of the metal detector, and the control processing panel 11 detects it and selects a mode accordingly.

송신부(20)는 제어처리부(10)의 설정에 따라서 N개의 주파수 성분을 가지는 송신신호1(51)과 송신신호2(52)를 발생시켜 송수신센서(40)의 송신코일1(41)과 송신코일2(42)에 전류로 흘려 1차 자기장을 발생시키는 역할을 하며, 크게 송신처리반(21)과 2개의 송신출력반1(22)과 송신출력반2(23)으로 구성된다. The transmission unit 20 generates transmission signal 1 (51) and transmission signal 2 (52) having N frequency components according to the settings of the control processing unit (10), and transmits the transmission coil 1 (41) of the transmission/reception sensor (40). It plays a role of generating a primary magnetic field by flowing current through the coil 2 (42), and is largely composed of a transmission processing panel 21, two transmission output panels 1 (22), and a transmission output panel 2 (23).

송신처리반(21)에서는 기준신호1~N(38)을 발생시키고 이득조정기1-1~N(25)를 통해 정해진 크기를 가지는 N개의 주파수의 기준신호를 발생시키고 이들을 신호결합기1(28)에서 합친 후 송신출력반1(22)에서 전압/전류변환을 하여 송신신호1(51)로 만들어 송수신센서(40)의 송신코일1(42)로 들어간다. The transmission processing panel 21 generates reference signals 1 to N (38), and generates reference signals of N frequencies having a predetermined size through the gain adjusters 1 to 1 to N (25), and converts them to the signal combiner 1 (28). After they are combined, voltage/current conversion is performed in the transmission output panel 1 (22) to make the transmission signal 1 (51) and enter the transmission coil 1 (42) of the transmission/reception sensor (40).

송신신호1(51)에 의한 1차자기장(61)이 수신코일(43)로 직접 유입되어 수신하고자 하는 땅속 금속으로부터 발생하는 2차자기장 신호의 수신을 방해하는 것을 막기 위해, 송신신호2(52)에 의한 1차자기장(62)를 만들어 수신코일(43)로 유입된 송신신호1에 의한 1차자기장(61)을 상쇄시키도록 한다(도 2). In order to prevent the primary magnetic field 61 by the transmission signal 1 51 from directly flowing into the receiving coil 43 and interfering with the reception of the secondary magnetic field signal generated from the underground metal to be received, the transmission signal 2 52 ) To offset the primary magnetic field 61 caused by the transmission signal 1 flowing into the receiving coil 43 (Fig. 2).

송신신호2(52)는 기준신호1~N(38)을 기준으로 이득조정1-2~N(26)과 위상조정기1~N(27)를 통해 각 주파수성분 별로 크기와 이득을 조정하여 신호결합기(29)에서 합친 후 송신출력반(23)에서 전압/전류변환되어 송수신센서(40)의 송신코일2(42)로 들어가서 송신코일2(42)에 1차자기장(62)를 만들어 송신신호1(51)과 송신신호2(52)에 의한 1차자기장(61,62)들이 수신코일(43)에서는 서로 상쇄되도록 한다. Transmission signal 2(52) is a signal by adjusting the size and gain for each frequency component through gain adjustment 1-2~N(26) and phase adjuster 1~N(27) based on the reference signals 1~N(38). After combining in the combiner 29, the voltage/current is converted in the transmission output panel 23, enters the transmission coil 2 42 of the transmission/reception sensor 40, and creates a primary magnetic field 62 in the transmission coil 2 42 to transmit the signal. The primary magnetic fields 61 and 62 by the 1 51 and the transmission signal 2 52 cancel each other in the receiving coil 43.

각각 N개의 주파수성분을 가진 송신신호1(51)과 송신신호2(52)에 의한 N개 주파수성분의 자기장들이 서로 상쇄되도록, 송신코일1(41)과 송신코일2(42)의 직경, 권선수와 전류비를 설정하여 송신신호에 의한 1차자기장(61,62) 수신코일(43)에서는 서로 상쇄되어 마치 도달하지 않은 효과를 주어, 수신코일(43)이 땅속 금속으로부터 발생하는 2차자기장 신호만을 온전히 받을 수 있도록 한다. The diameter and volume of the transmission coil 1 (41) and transmission coil 2 (42) so that the magnetic fields of the N frequency components by the transmission signal 1 (51) and transmission signal 2 (52) each having N frequency components cancel each other. By setting the current ratio with the bow, the first magnetic field (61, 62) by the transmission signal is canceled from each other in the receiving coil (43), giving the effect that the receiving coil (43) does not reach the second magnetic field generated from the underground metal. Make sure that only the signal is fully received.

실제 장비구현 시에는 각 소자들이 이상적인 특성을 갖는 게 아니므로, 송신처리반(21)에서 송신신호2(52)의 크기와 위상을 각 주파수별로 미세조정할 수 있도록 N개의 이득조정기1~N(26)와 위상조정기1~N(27)을 두어 N개 주파수의 송신신호1에 의한 1차자기장(61)과 송신신호2에 의한 1차자기장(62)이 수신코일(43)에서는 주파수별로 완전히 상쇄될 수 있도록 미세조정할 수 있도록 한다. Since each device does not have ideal characteristics in the actual equipment implementation, N gain adjusters 1~N(26) so that the size and phase of the transmission signal 2 (52) can be finely adjusted for each frequency in the transmission processing panel (21). And phase adjusters 1 to N (27), the primary magnetic field 61 by the transmission signal 1 of N frequencies and the primary magnetic field 62 by the transmission signal 2 can be completely canceled for each frequency in the reception coil 43. So that you can fine tune it.

즉, 상기 송신처리반(21)은 기준신호발생기1-1~N(24)가 N개의 주파수 기준신호를 출력할 때 위상조정기2-1~N(27)를 사용하여 각 주파수별 위상을 랜덤하게 조정해가며, 여러 개의 주파수 신호가 합쳐졌을 때 나올 수 있는 최대값이 가장 작은 조합을 선택하여 각 주파수별 위상을 설정하도록 구성할 수 있다. That is, when the reference signal generators 1-1 to N (24) output N frequency reference signals, the transmission processing panel 21 uses the phase adjusters 2-1 to N (27) to randomly adjust the phase for each frequency. It can be configured to set the phase for each frequency by selecting the combination with the smallest maximum value that can be generated when multiple frequency signals are combined.

수신부(30)는 송신부(20)와 송수신센서(40)를 통해 발생되어 수신코일(43)에서는 서로 상쇄되나, 땅속 다른 지점에서는 상쇄되지 않는 1차자기장(61, 62)으로 인해 땅속에 있는 금속 표면에 생긴 와전류(Eddy current)에 의해 발생된 2차자기장이 생기고, 이를 송수신센서(40)의 수신코일(43)에서 수신하여 저역필터(33)에서 저역필터링하고 저잡음증폭기(34)에서 저잡음 증폭을 하며 이로부터 주파수별 크기와 위상 특성을 추출하여 이를 제어처리부(10)로 보내는 역할을 한다. The receiving unit 30 is generated through the transmitting unit 20 and the transmitting/receiving sensor 40 so that the receiving coil 43 cancels each other, but the metal in the ground due to the primary magnetic fields 61 and 62 that are not canceled at other points in the ground A secondary magnetic field generated by the eddy current generated on the surface is generated, which is received by the receiving coil 43 of the transmitting/receiving sensor 40, low-pass filtered by the low-pass filter 33, and low noise amplified by the low-noise amplifier 34 And extracts the magnitude and phase characteristics for each frequency from this and sends them to the control processing unit 10.

수신부(30)는 수신입력반(32)과 수신처리반(31)으로 구성된다. 수신입력반(32)은 송수신센서(40)의 수신코일(43)으로부터 수신한 수신신호(53)을 저역필터(33)에서 저역필터링하고 저잡음증폭기(34)에서 저잡음 증폭하여 수신처리반(31)으로 보낸다. The receiving unit 30 is composed of a receiving input panel 32 and a receiving processing panel 31. The reception input panel 32 performs low-pass filtering of the reception signal 53 received from the reception coil 43 of the transmission/reception sensor 40 in a low-pass filter 33 and amplifies the low-noise in a low-noise amplifier 34, and the reception processing panel 31 To send.

수신처리반(31)은 수신입력반(32)에서 들어온 다중 수신신호를 주파수별 대역필터1~N(35)에서 주파수별로 대역필터링(35)하여 다른 주파수 성분을 제거한 후 각 주파수별로 전용 동기검파기1~N(36)에서 동시에 도 4와 같이 수신된 신호를 측정신호로 하고, 송신부(20)에서 만들어진 기준신호1~N(38)을 기준신호로 입력시키고 동기검파(Synchronous Detection)를 하여 각 주파수별 [In,Qn](n=1~N)(I : In-phase성분, Q : Quadrature성분, 도 4)를 추출하여 제어처리반(11)으로 보낸다. The reception processing panel 31 filters the multiple received signals from the reception input panel 32 for each frequency in a frequency band filter 1 to N 35 to remove other frequency components, and then a dedicated synchronization detector 1 for each frequency. The signal received at the same time from ~N(36) as a measurement signal as shown in Fig.4, and the reference signals 1~N(38) made by the transmitter 20 are input as the reference signal, and synchronous detection is performed to each frequency. Star [In, Qn] (n=1~N) (I: In-phase component, Q: Quadrature component, Fig. 4) is extracted and sent to the control processing panel 11.

제어처리반(11)에서는 각 주파수별 [In,Qn]신호(n=1~N)를 이용해서 크기(An)와 위상(θn) 정보를 다음과 같이 구하고 이들 주파수별 크기와 위상 정보를 이용하여 금속의 종류를 보다 정확히 분류한다. The control processing panel 11 uses the [In, Qn] signals (n=1~N) for each frequency to obtain the magnitude (An) and phase (θn) information as follows, and uses the magnitude and phase information for each frequency. Classify the types of metal more accurately.

[수학식 1] [ Equation 1 ]

Figure 112020089715017-pat00001
Figure 112020089715017-pat00001

송수신센서(40)는 1차자기장(61,62)을 발생시키는 송신코일 2개(41,42)와 이 1차 자기장에 의해 땅속 금속의 표면에서 발생한 2차자기장을 수신하기 위한 수신코일(43)으로 구성된다. 송신코일1(41)과 송신코일2(42)은 1:1로 연결된 송신부(20)의 송신출력반1(22)와 송신출력반2(23)의 구동에 따라서 1차 자기장을 발생시킨다. The transmission/reception sensor 40 includes two transmission coils 41 and 42 that generate primary magnetic fields 61 and 62, and a receiving coil 43 for receiving a secondary magnetic field generated on the surface of the underground metal by the primary magnetic field. ). The transmission coil 1 41 and the transmission coil 2 42 generate a primary magnetic field according to the driving of the transmission output panel 1 22 and the transmission output panel 2 23 of the transmission unit 20 connected 1:1.

수신코일(43)은 이 1차 자기장에 의해 땅속 금속의 표면에서 발생한 2차 자기장을 수신하여 수신부(30)의 수신입력반(32)으로 보내는 역할을 하며, 송신코일 2개(41,42)와 수신코일(43) 1개로 구성된 Concentric 방식을 사용한다. The receiving coil 43 serves to receive the secondary magnetic field generated on the surface of the underground metal by this primary magnetic field and send it to the receiving input panel 32 of the receiving unit 30, and two transmitting coils (41,42) It uses a concentric method consisting of one and one receiving coil 43.

송수신센서(40)의 동작은 다음과 같다. The operation of the transmission/reception sensor 40 is as follows.

다중 주파수는 미리 선택된 N개의 주파수성분으로 구성되어 다중 주파수 특성을 가지는 송신신호1(41)과 송신신호2(42)를 발생시킨다. 주파수영역 처리방식에서는 송신신호와 수신신호가 거의 동시에 발생되므로 송신코일(41, 42)에 의한 1차자기장 신호가 수신코일(43)으로 인입되어 간섭을 일으키므로 이를 최소화하기 위한 송수신신호 분리가 매우 중요하다. The multi-frequency is composed of N frequency components selected in advance to generate transmission signals 1 (41) and 2 (42) having multiple frequency characteristics. In the frequency domain processing method, since the transmission signal and the reception signal are generated almost at the same time, the primary magnetic field signal by the transmission coils 41 and 42 enters the reception coil 43 and causes interference. It is important.

이를 위해서 2개의 송신코일(송신코일1(41)과 송신코일2(42))에 의해 발생된 송신신호 1차자기장(61,62)이 수신코일(43)이 위치하는 송수신센서(40) 중앙부근에서는 크기가 동일하면서 서로 반대방향으로 발생되면 도 2와 같이 송신코일(41,42)에 의한 1차자기장(61,62)이 상쇄되는데, 이를 위해서는 송신코일1(41)과 송신코일2(42)의 코일의 권선수, 반경, 그리고 코일에 흐르는 전류는 다음과 같은 수식을 만족하여야 한다. For this, the transmission signal primary magnetic field (61, 62) generated by the two transmission coils (transmission coil 1 (41) and transmission coil 2 (42)) is located in the center of the transmission/reception sensor 40 where the reception coil 43 is located. In the vicinity, if the size is the same and is generated in opposite directions, the primary magnetic fields 61 and 62 by the transmission coils 41 and 42 are canceled as shown in FIG. 2. To this end, the transmission coil 1 (41) and the transmission coil 2 ( The number of turns, radius, and current flowing through the coil of 42) must satisfy the following equation.

[수학식 2] [ Equation 2 ]

Figure 112020089715017-pat00002
Figure 112020089715017-pat00002

여기서 I1은 송신코일1(41)의 전류(51), I2는 송신코일2(42)의 전류(52), N1는 송신코일1(41)의 코일 권선수, N2는 송신코일2(42)의 코일 권선수, R1은 송신코일1(41)의 반경(71), R2은 송신코일2(42)의 반경(72), r은 수신코일(43)의 반경(73)이다. Here, I1 is the current 51 of the transmission coil 1 (41), I2 is the current 52 of the transmission coil 2 (42), N1 is the number of coil windings of the transmission coil 1 (41), and N2 is the transmission coil 2 (42). The number of coil windings of R1 is the radius 71 of the transmission coil 1 41, R2 is the radius 72 of the transmission coil 2 42, and r is the radius 73 of the reception coil 43.

따라서, 송수신센서(40)의 설계 및 제작 시에는 이상의 조건을 만족하는 값으로 송수신센서(40)가 설계 및 제작되어야 한다. Therefore, when designing and manufacturing the transmission/reception sensor 40, the transmission/reception sensor 40 should be designed and manufactured with a value that satisfies the above conditions.

즉, 송수신센서(40)는 송신코일(41,42)의 권선수, 직경 비율, 송신신호 전류의 방향 및 비율을 송신신호1(51)과 송신신호2(52)에 의한 자기장이 수신코일(43)에서 서로 상쇄되도록 설정하고, 추가적으로 미세조정을 하기 위하여 이득조정기2-1~N(25)와 위상조정기2-1~N(27)를 구비시켜 소프트웨어적으로 주파수별로 이득과 위상을 미세 조정하도록 구성할 수 있다. That is, the transmission/reception sensor 40 determines the number of windings, the diameter ratio, and the direction and ratio of the transmission signal current of the transmission coils 41 and 42. The magnetic field of the transmission signal 1 51 and the transmission signal 2 52 In 43), gain adjusters 2-1~N(25) and phase adjusters 2-1~N(27) are provided to cancel each other and fine-tune the gain and phase for each frequency by software. Can be configured to

요약하면, 본 발명은 제어처리부(10)의 제어에 따라서, 송신부(20)에서 기준신호발생기1~N(24)로 N개의 주파수성분의 기준신호1~N(38)를 동시에 발생시킨다. 이들 기준신호1~N(38)들은 각각 혹은 동일한 레벨이 되도록 이득조정기1~N(25)로 이득조정을 하여 신호결합기1(28)에서 합쳐진 후 증폭기를 통해 송수신센서(40)의 송신코일1(41)로 출력시킨다(송신신호1). In summary, the present invention simultaneously generates reference signals 1 to N 38 of N frequency components from the transmission unit 20 to the reference signal generators 1 to N 24 under the control of the control processing unit 10. These reference signals 1 to N (38) are combined at the signal combiner 1 (28) by adjusting the gain with the gain adjusters 1 to N (25) so that they are each or at the same level, and then the transmission coil 1 of the transmission/reception sensor 40 through an amplifier. Output to (41) (transmission signal 1).

이와 동일한 방법으로 송신신호2를 발생시키는데, 이 송신신호2는 송신신호1신호를 상쇄시켜 송신신호 성분이 수신코일(43)에 직접 수신되지 않도록 하는 역할을 하는데(송수신분리) 이를 위하여 송수신센서(40)는 송신센서 코일 2개(41,42)와 수신코일(43) 1개로 구성된 Concentric 방식을 사용한다. In the same way, the transmission signal 2 is generated, and the transmission signal 2 cancels the transmission signal 1 signal so that the transmission signal component is not directly received by the reception coil 43 (transmission/reception separation). 40) uses a concentric method consisting of two transmitting sensor coils (41, 42) and one receiving coil (43).

먼저 주파수영역 처리방식에서 가장 문제가 되는 송수신 신호 분리를 위해 2개의 송신 코일(41,42)은 각각 반대방향으로 전류가 흐르게 하여(51,52) 중앙에 있는 수신코일(43)에서는 2개의 송신신호가 서로 상쇄되어 나타나지 않도록 하고(61, 62) 땅속 금속으로부터 수신되는 2차 자기장 신호만을 수신할 수 있도록 한다. First, in order to separate the transmission/reception signal, which is the most problematic in the frequency domain processing method, the two transmission coils 41 and 42 allow current to flow in opposite directions (51, 52), and the reception coil 43 at the center transmits two transmissions. It prevents the signals from appearing offset from each other (61, 62) and allows only the secondary magnetic field signal received from the underground metal to be received.

이를 위해서 송수신센서(40)에서 송신코일2(42)는 송신코일1(41)에 의한 송신신호와 정확히 상쇄될 수 있는 코일 권선수, 직경 및 전류의 크기 비율을 설정하고, 전류를 서로 반대방향으로 흐르게 한다. To this end, in the transmission/reception sensor 40, the transmission coil 2 42 sets the number of coil windings, the diameter, and the size ratio of the current that can be accurately canceled from the transmission signal by the transmission coil 1 41, and the currents are in opposite directions. Let it flow.

다만, 송신부(20) 회로나 송수신센서(40)의 구현상 발생하는 오차 등에 의한 송신신호1과 송신신호2간의 상쇄동작상의 오차를 보정하기 위해서 송신출력반(21)에서 송신신호2의 크기와 위상을 미세 조정하기 위한 이득조정부2-1~N(26)와 위상조정부2-1~N(27)을 둔다. However, in order to correct the error in the offset operation between the transmission signal 1 and the transmission signal 2 due to an error occurring in the implementation of the transmission unit 20 circuit or the transmission/reception sensor 40, the size of the transmission signal 2 and the Gain adjustment units 2-1 to N (26) and phase adjustment units 2-1 to N (27) are provided to finely adjust the phase.

수신부(30)는 수신입력반(32)에서 저역필터(33)와 저잡음 증폭기(34)에 의해 수신신호가 증폭되어 수신처리반(31)으로 들어간다. The receiving unit 30 amplifies the received signal by the low-pass filter 33 and the low-noise amplifier 34 in the receiving input panel 32 and enters the receiving processing panel 31.

수신처리반(31)에는 다중 주파수 신호를 수신할 수 있도록 주파수별 대역필터1~N(35)와 기준신호1~N(38)을 기준으로 도 4와 같이 동기검파 동작을 하는 N개의 동기검파기1~N(36)를 두어 각 주파수별 동기검파를 동시에 진행하고 그 결과 각 주파수별 [In,Qn](n=1~N) 신호(I : In-phase성분, Q : Quadrature성분, 도 4)가 출력되어 이로부터 크기와 위상정보를 추출한다. The reception processing panel 31 includes N synchronization detectors 1 that perform a synchronization detection operation as shown in FIG. 4 based on frequency-specific band filters 1 to N (35) and reference signals 1 to N (38) so as to receive multiple frequency signals. [In, Qn] (n=1~N) signal (I: In-phase component, Q: Quadrature component, Fig. 4) for each frequency. Is output to extract the magnitude and phase information from it.

이와 같이 다중 주파수별로 수신신호의 크기와 위상정보를 동시에 획득할 수 있고, 이를 통해서 단일 주파수 대비 다양한 정보를 수집하고, 동일 지점의 정보를 동시에 획득하여 정보의 신뢰성도 높여 금속 분류의 정확도를 크게 높일 수 있다. In this way, it is possible to obtain the size and phase information of the received signal by multiple frequencies at the same time, and through this, various information is collected compared to a single frequency, and information at the same point is acquired at the same time, thereby enhancing the reliability of the information and greatly increasing the accuracy of metal classification. I can.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 사람에게는 자명한 것이다.As described above, preferred embodiments according to the present invention have been looked at, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from its spirit or scope in addition to the above-described embodiments is a matter of ordinary knowledge in the relevant technical field. It is self-evident to those who have.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다. Therefore, the above-described embodiments should be regarded as illustrative rather than restrictive, and accordingly, the present invention is not limited to the above description, and may be modified within the scope of the appended claims and equivalents thereof.

10: 제어처리부 11: 제어처리반
12: 외부접속반 13: 모드선택 스위치
20: 송신부 21: 송신처리반
22: 송신출력반1 23: 송신출력반2
22‘: 전압/전류변환기1 23’: 전압/전류변환기2
24: 기준신호발생기1~N 25: 이득조정기1-1~1-N
26: 이득조정2-1~N 27: 위상조정기2-1~N
28, 신호결합기1 29: 신호결합기2
30: 수신부 31: 수신처리반
32: 수신입력반 33: 저역필터
34: 저잡음증폭기 35: 대역필터1~N
36: 동기검파기1~N 37: 수신처리기
38: 기준신호1~N
40: 송수신센서 41: 송신코일1
42: 송신코일2 43: 수신센서 코일
51: 송신출력반1 송신신호 52: 송신출력반2 송신신호
53: 수신코일 수신신호 54: 송신 기준신호
55: 수신처리반 제어감시신호 56: 송신처리반 제어감시신호
61: 송신코일1에 의한 1차자기장 62: 송신코일2에 의한 1차자기장
71: 송신코일1의 반경 72: 송신코일2의 반경
73: 수신코일의 반경 10: control processing unit 11: control processing unit
12: External connection panel 13: Mode selection switch
20: transmitting unit 21: transmitting processing unit
22: transmission output panel 1 23: transmission output panel 2
22': voltage/current converter 1 23': voltage/current converter 2
24: reference signal generator 1~N 25: gain adjuster 1-1~1-N
26: gain adjustment 2-1~N 27: phase adjuster 2-1~N
28, signal combiner 1 29: signal combiner 2
30: receiving unit 31: receiving processing unit
32: receiving input panel 33: low pass filter
34: low noise amplifier 35: band filter 1 to N
36: sync detector 1~N 37: receiving processor
38: reference signal 1 to N
40: transmission/reception sensor 41: transmission coil 1
42: transmitting coil 2 43: receiving sensor coil
51: transmission output panel 1 transmission signal 52: transmission output panel 2 transmission signal
53: receiving coil receiving signal 54: transmitting reference signal
55: receiving processing panel control monitoring signal 56: transmitting processing panel control monitoring signal
61: primary magnetic field by transmission coil 1 62: primary magnetic field by transmission coil 2
71: radius of transmission coil 1 72: radius of transmission coil 2
73: radius of receiving coil

Claims (4)

주파수영역 처리방식 금속 탐지기에 있어서,
N개의 주파수의 송신신호1(51)를 일정한 크기로 출력할 수 있는 기준신호발생기1-1~N(24)와 이득조정기1-1~N(25), 상기 기준신호발생기와 이득조정기로부터 출력된 N개의 주파수성분신호를 합치는 신호결합기1(28), 상기 송신신호1(51)에 의해 발생된 자기장 신호를 수신코일(43)로 유입되는 것을 방지하는 송신신호2(52)를 발생시키는 이득조정기2-1~N(25)와 위상조정기2-1~N(27), 및 상기 이득조정기와 위상조정기로부터 출력된 N개의 주파수성분신호를 합치는 신호결합기2(29), 가 구성된 송신처리반(21);
상기 신호결합기(28,29)에서 출력된 신호를 전압,전류 변환하여 송수신센서(40)의 송신코일(41,42)로 보내는 송신출력반(22,23);
2개의 송신코일(41,42)과 1개의 수신코일(43)로 구성되어 2개의 송신코일(41,42)에 의한 1차자기장신호(61,62)가 수신코일(43)에서는 서로 상쇄가 되는 특성을 갖는 Concentric방식의 송수신센서(40);
상기 수신코일(43)에서 수신한 신호를 저역필터(33)에서 필터링 후 저잡음증폭기(34)에서 증폭하여 수신처리반(31)으로 보내는 수신입력반(32);
상기 수신입력반(32)에서 수신된 신호를 받아 송신처리반(21)의 기준신호1~N(38)를 기준으로 하여 [In,Qn](n=1~N)을 구하는 각 주파수별 N개의 전용 동기검파기(36), 및 상기 [In,Qn](n=1~N)로부터 각 주파수별 크기(An)와 위상(θn)을 구하는 수신처리기(37), 가 구성된 수신처리반(31); 을 포함하여 구성되며,
상기 송신처리반(21)은,기준신호발생기1-1~N(24)가 N개의 주파수 기준신호를 출력할 때 위상조정기2-1~N(27)를 사용하여 각 주파수별 위상을 랜덤하게 조정해가며, 여러 개의 주파수 신호가 합쳐졌을 때 나올 수 있는 최대값이 가장 작은 조합을 선택하여 각 주파수별 위상을 설정하는 것을 특징으로 하는 N개 주파수처리 가능 주파수영역 처리방식 금속 탐지기. In the frequency domain processing method metal detector,
Reference signal generators 1-1 to N (24) and gain adjusters 1-1 to N (25) capable of outputting transmission signals 1 (51) of N frequencies in a constant size, output from the reference signal generator and gain adjuster A signal combiner 1 (28) that combines the N frequency component signals and generates a transmission signal 2 (52) that prevents the magnetic field signal generated by the transmission signal 1 (51) from flowing into the reception coil (43). Transmission consisting of gain adjusters 2-1 to N(25), phase adjusters 2-1 to N(27), and signal combiner 2(29) which combines N frequency component signals output from the gain adjusters and phase adjusters. Processing panel 21;
Transmitting output panels (22, 23) converting the signals output from the signal combiners (28, 29) to voltage and current to transmit coils (41, 42) of the transceiving sensor (40);
Consisting of two transmission coils (41, 42) and one receiving coil (43), the primary magnetic field signals (61, 62) by the two transmission coils (41, 42) cancel each other out of the receiving coil (43). Concentric transmission and reception sensor 40 having a characteristic;
A receiving input panel 32 that filters the signal received by the receiving coil 43 by a low-pass filter 33, amplifies it by a low noise amplifier 34, and sends the amplified signal to the receiving processing panel 31;
N number of frequencies for each frequency to obtain [In, Qn] (n=1~N) based on the reference signals 1~N(38) of the transmission processing panel 21 by receiving the signal received from the reception input panel 32. A dedicated synchronous detector 36, and a receiving processor 37 configured to obtain a magnitude (An) and a phase (θn) for each frequency from the [In, Qn] (n=1 to N), and a receiving processing panel 31 comprising: Consists of including,
When the reference signal generators 1-1 to N (24) output N frequency reference signals, the transmission processing panel 21 uses a phase adjuster 2-1 to N (27) to randomly adjust the phase for each frequency. A metal detector with a frequency domain processing method capable of processing N frequencies, characterized in that the phase for each frequency is set by selecting a combination with the smallest maximum value that can be generated when multiple frequency signals are combined. 제 1 항에 있어서,
상기 수신처리반(31)은,
상기 수신입력반(32)에서 수신된 신호를 받아 주파수별로 N개의 대역 필터(35)에서 필터링한 후 송신처리반(21)의 기준신호1~N(38)를 기준으로 하여 [In,Qn](n=1~N)을 구하는 각 주파수별 N개의 전용 동기검파기(36); 및
상기 [In,Qn](n=1~N)로부터 각 주파수별 크기(An)와 위상(θn)을 구하는 수신처리기(37); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 N개 주파수처리 가능 주파수영역 처리방식 금속 탐지기. The method of claim 1,
The reception processing panel 31,
After receiving the signal received from the reception input panel 32 and filtering it by N band filters 35 for each frequency, [In, Qn] ([In, Qn]() based on the reference signals 1 to N (38) of the transmission processing panel 21 N dedicated synchronization detectors 36 for each frequency to obtain n=1 to N); And
A receiving processor 37 for obtaining a magnitude (An) and a phase (θn) for each frequency from the [In, Qn] (n=1 to N); N frequency range processing method metal detector, characterized in that configured to include. 제 1 항에 있어서,
상기 송수신센서(40)는,
송신코일(41,42)의 권선수, 직경 비율, 송신신호 전류의 방향 및 비율을 송신신호1(51)과 송신신호2(52)에 의한 자기장이 수신코일(43)에서 서로 상쇄되도록 설정하고, 추가적으로 미세조정을 하기 위하여 이득조정기2-1~N(25)와 위상조정기2-1~N(27)를 구비시켜 소프트웨어적으로 주파수별로 이득과 위상을 미세 조정하는 것을 특징으로 하는 N개 주파수처리 가능 주파수영역 처리방식 금속 탐지기. The method of claim 1,
The transmission and reception sensor 40,
The number of windings of the transmission coils 41 and 42, the diameter ratio, and the direction and ratio of the current of the transmission signal are set so that the magnetic fields by the transmission signal 1 (51) and the transmission signal 2 (52) cancel each other in the reception coil (43). , N frequencies, characterized in that the gain adjusters 2-1 to N (25) and the phase adjusters 2-1 to N (27) are provided for additional fine adjustment to finely adjust the gain and phase for each frequency by software. Metal detector with processing frequency domain. 삭제delete
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