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毕业论文网 > 外文翻译 > 电子信息类 > 电子信息工程 > 正文

与基于三轴磁传感器阵列目标定位方法的研究毕业论文有关的外文翻译资料:立方3轴磁传感器阵列,用于无线跟踪磁体位置和方向

 2021-03-30 20:01:21  

英语原文共 11 页

立方3轴磁传感器阵列,用于无线跟踪磁体位置和方向

Chao Hu,Mao Li,Shuang Song,Wanan Yang,Rui Zhang,and Max Q. -H.Meng

摘要 - 在医学诊断和治疗,例如内窥镜检查,剂量转换监测中,通常期望无线跟踪移动通过人类胃肠道的物体。在本文中,我们提出了一种用于这种应用的磁定位和定向系统。该系统使用包围在物体中的小磁体作为激励源,因此不需要用于激励信号的连接线和电源。当磁体移动时,其在其周围建立静态磁场,其强度与磁体的位置和取向相关。利用磁传感器,可以检测在一些预定空间位置中的磁强度,并且可以基于适当的算法来计算磁体的位置和取向参数。在这里,我们提出了一个由霍尼韦尔3轴磁传感器HMC1043制成的立方磁传感器阵列开发的实时跟踪系统。使用一些高效的软件模块和校准方法,如果立方传感器阵列具有足够数量的3轴磁传感器,则系统可以实现令人满意的跟踪精度。实验结果表明,平均定位误差为1.8 mm。

索引术语 - AMR传感器阵列,立方磁传感器阵列,磁体,实时跟踪。

I.引言

最近,许多研究人员建议用于跟踪短距离物镜(例如,人体内的医疗设备[1] - [5])的磁畴定位和定向技术。这是因为人体的磁导率非常接近空气的磁导率,并且对静态(或低频)磁信号施加的影响非常小,因此可以实现高定位精度。此外,磁性技术具有更高的速度,并且与其他可能的技术(例如,CT,MRI和3-D超声技术)相比可以更容易地实现。通常,该技术使用具有一个或多个磁偶极子(或线圈)的磁激发源,其产生可以由磁性线圈(或传感器)检测的磁信号。基于这些检测到的信号,系统可以通过应用适当的算法来定位定位和定向参数。在一些应用中,低频交流信号可以用于激发偶极子[6],[23] - [25]。然而,对于跟踪人体内的目标,例如无线胶囊内窥镜[8] - [11]和监测药丸传输[7],[14],[16],无线技术是优选的。由于这种应用需要尽可能小的功率和空间,小的永磁体是用作激励偶极而不是磁线圈的更好的选择。

这种磁体的定位是5-D(3-D位置和2-D定向)问题,因此需要具有5个(或更多个)高灵敏度磁传感器的检测系统。一些研究人员建议使用超导量子干涉仪(SQUID)技术来监测磁标记的传输[7,16,26]。然而,SQUID需要冷却,并且测量通常在磁屏蔽室中执行。期望找到可以在正常环境中实现的更方便的磁检测技术。这种技术可以由Schlageter等人提出的系统来引用。 [14]和Golden et al。 [15]。他们建立了一个使用16个霍尔传感器的2-D阵列来跟踪由稀土圆柱形磁体制成的磁性标记的系统。然而,霍尔传感器的灵敏度太低,并且当磁体移离传感器阵列时,来自平面传感器阵列的检测信号变得太弱,这导致低信噪比(SNR)和低定位性准确性。磁传感器是用于定位系统的关键元件,并且存在许多类型的磁传感器,例如霍尔传感器[28],[29],巨磁阻(GMR)传感器[30] - [32],各向异性磁阻(AMR)传感器[33] - [35]和磁通门[36],[37]。为了保证检测到的信号具有足够的SNR,传感器必须具有高灵敏度,宽范围和强抗干扰能力。在我们以前的研究[12],我们尝试这些磁性传感器,最终选择霍尼韦尔3轴AMR磁传感器,HMC1043(或HMC1053)。其分辨率和灵敏度适合于由Nd-Fe-B磁体产生的磁信号如果磁体和传感器之间的距离在磁体长度的30倍内,则磁体的尺寸(或更大)。

如图1所示。如图1所示,早先通过使用16个HMC1053传感器构建了平面磁阵系统[12]。该系统的平均定位误差在3mm以内,(Nd-Fe-B)磁体,在传感器阵列上方在150mm内移动。然而,当磁体远离传感器阵列平面移动超过150mm时,精度急剧下降,因为磁信号随着磁体到传感器之间的距离衰减太多(反向立方)。为了保证精度和稳定性,我们设计了一个新的系统,通过使用更多的(64)3轴磁传感器来形成大小为大约的立方传感器阵列,并通过组合线性矩阵和非线性优化方法改进了定位算法。此外,我们对传感器参数应用了特定的校准方法。因此,定位和定向结果更准确和标准。

本文的结构如下。在第二部分,我们介绍系统的硬件设计。在第三部分,我们讨论定位算法和实时软件设计。在第四部分,我们建议传感器阵列的校准方法。在第五节中,我们提出真实的实验结果和一些分析的结果,其次是第六部分的结论。

II。 传感器阵列硬件设计

图2示出了立方磁传感器阵列。它由磁传感器的四个平面组成,形成立方体内部磁体可以在传感器阵列内自由移动。磁体的尺寸可以小或大作为应用程序,并且磁铁越大,SNR越高。在

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