基于板级微型全集成磁通门张量的双目标磁异常检测与识别，用于未爆弹（UXO）任务

发现地下的隐患

在昔日战场和试验场，未爆的炮弹和炸弹可能埋藏数十年，威胁平民、施工人员和环境。许多此类物体由钢制成，会微弱地扰动地球磁场。本文介绍了一种新的袖珍磁传感器阵列，能够同时探测并区分多个埋藏金属目标，为使用便携或无人系统更安全、更高效地清除未爆弹（UXO）铺平道路。

一种新型的磁“之眼”

作者基于一种称为磁异常检测的感测原理：铁磁物体会轻微弯曲地球磁场，灵敏的仪器可以捕捉到这些扭曲。传统仪器通常体积大、易损、能耗高或易受背景噪声干扰。团队采用了一种称为磁通门传感器的技术，这种技术在高灵敏度、坚固性和室温工作能力之间提供了实用的平衡。他们用类似于计算机芯片制造的微加工方法缩小了这项技术，使许多微小传感器能够紧密集成到单一紧凑模块中，同时仍能测量完整的三维磁场。

构建紧凑的传感器网格

系统的核心是一种构建在玻璃芯片上的毫米级磁传感器。每个芯片包含一个包裹着微型线圈的特殊金属芯，线圈既用于激励也用于读出磁响应。通过使用厚光刻胶、多层电镀和绝缘聚合物膜，研究者形成了受控性良好的三维线圈结构，且芯片间具有出色的一致性。三个这种单方向传感器以直角粘接在 U 形支架中，形成一个可感测三轴磁场的三轴传感器。四个这样的三轴单元以十字形安装在小电路板上，相邻单元之间仅相隔 20 毫米。最终设备——一个完整的“磁张量”阵列——尺寸仅为 86 × 80 × 16 毫米，功耗低于十分之一瓦。

通过磁影看见形状

由于四个三轴传感器按精确模式排列，设备不仅能测量局部磁场，还能测量磁场随位置的变化——即磁梯度“张量”。这种更丰富的信息像影子一样编码了埋藏物体的尺寸和形状，并有助于抵消背景干扰。团队首先验证了十二个单独芯片的基本性能，发现其灵敏度高且噪声极低。随后他们在户外设置了一个 1.2 米见方的测试区，将不同的磁体放在中心，并将阵列抬高 10 厘米在多个点上扫描区域。从这些测量数据中，他们重建了彩色的磁梯度图并分析了异常图案的轮廓。

区分两个隐藏物体

在单目标测试中，研究者比较了橄榄形磁体和球形磁体。两者的中心位置均可在约 15 厘米范围内定位，但它们的磁“足迹”不同：拉长的磁体产生伸展的图案，而球形则近似圆形。团队用纵横比来量化这一点，实际上比较异常图的长短维度；橄榄形磁体的纵横比高于近圆形的球体。接着，他们同时测试两个空心磁体——一个圆柱形和一个球形——并排放置。即便这些磁体相对较弱，张量图仍然显示出两个不同的峰值和截然不同的轮廓形状。同样，拉长的目标产生更拉伸的图案，使系统能够识别出同一区域内存在两种不同类型的物体。

对更安全清理的意义

对非专业读者而言，关键信息是：这种微型化传感器电路板能通过读取地球磁场的微小扭曲来同时发现并区分多个埋藏金属物体，而且体积小、重量轻且能耗低。与旧有磁力系统相比，这使其更容易装载于无人机、小型机器人或手持工具上。随着作者改进电子设备以更快、更高分辨率地采集数据，这项技术可能显著提升 UXO 勘测的速度、准确性和可靠性，从而以更低成本和更高安全性清理前冲突区。

引用: Pu, Z., Fang, D., Dai, Y. et al. Dual-target magnetic anomaly detection and recognition based on a board-level micro fully integrated fluxgate tensor for unexploded ordnance (UXO) mission. Microsyst Nanoeng 12, 119 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01227-y

关键词: 未爆弹探测, 磁异常感测, 磁通门传感器阵列, MEMS 磁力计, 便携 UXO 调查