CN102680800A

CN102680800A - 一种三维磁场扫描系统

Info

Publication number: CN102680800A
Application number: CN2011100617915A
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 许毓钦; 徐冠雄; 季春霖
Original assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology; Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Current assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology; Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明涉及一种三维磁场扫描系统，包括：采集单元(2)，采集三维空间中各点的电磁场特征参数，生成模拟信号；移动单元(5)，与所述采集单元(2)连接并带动其在三维空间中移动；控制单元(6)，控制所述移动单元(5)的启动和停止；信号转化单元(3)，与所述采集单元(2)连接，并将所述模拟信号转化为数字信号；处理单元(4)，与所述信号转化单元(3)连接，并将所述数字信号经过运算处理可视化显示出来。采用本发明的三维磁场扫描系统，实现了软件和硬件的结合，提供了一套完整的解决方案，能够实现空间电磁场的三维扫描、信号采集、信号转化、信号处理、数据显示一系列过程，最终实现介质电磁响应特征的测量和分析。

Description

一种三维磁场扫描系统

技术领域

本发明涉及电磁场检测领域，更具体地说，涉及一种三维磁场扫描系统。

背景技术

电磁场与电磁波在现代社会的各个领域的广泛应用，例如应用在于医疗器械领域，用激发的磁场侦测人体的各种病症，已经取得了很好的效果。但是，对三维磁场本身，尤其是近场磁场三维矢量的认识和磁场场强与方向的分布仍然有需要进一步的加深认识，对三维空间磁场场强，方向，特性的测量还缺乏一套完整的系统设备。因此，设计和制造一种高效、精确、可视化的三维空间磁场矢量扫描系统将更有利于各种磁性元器件如永磁体、电磁体的测量，以加速其在不同技术和工程领域的应用。

现有技术的缺点或不足在于，没有提供一个完整的解决方案，或只侧重机械部分设计，或只涉及软件处理部分，而没有一个完善的软硬件综合解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种三维磁场扫描系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种三维磁场扫描系统，包括：采集单元，采集三维空间中各点的电磁场特征参数，生成模拟信号；移动单元，与所述采集单元连接并带动其在三维空间中移动；控制单元，控制所述移动单元的启动和停止；信号转化单元，与所述采集单元连接，并将所述模拟信号转化为数字信号；处理单元，与所述信号转化单元连接，并将所述数字信号经过运算处理可视化显示出来。

在本发明的三维磁场扫描系统中，所述采集单元为三维磁场传感器，由分别在X、Y、Z轴三个方向上的三个磁感线圈构成。

在本发明的三维磁场扫描系统中，所述移动单元包括三个电机以及分别与各个电机连接的三个机械摇臂，所述三个电机分别控制所述采集单元在X、Y、Z轴方向上的移动。

在本发明的三维磁场扫描系统中，所述控制单元为运动控制卡，其发送信号给电机以控制所述电机的运动。

在本发明的三维磁场扫描系统中，所述电机为伺服电机，所述运动控制卡还可接收所述伺服电机发送回来的位置、速度信息，实现闭环控制。

在本发明的三维磁场扫描系统中，所述移动单元还包括便于所述采集单元沿X轴方向移动的滑轨、位于所述滑轨两端用于供所述滑轨两端沿Y轴方向滑行的滑道。

在本发明的三维磁场扫描系统中，所述信号转化单元将所述模拟信号放大、滤波和模数转化，生成相应的数字信号。

在本发明的三维磁场扫描系统中，所述信号转化单元为磁场检测仪。

在本发明的三维磁场扫描系统中，所述处理单元集成在计算机中，所述计算机具有将所述数字信号通过二维或三维图像显示出来的显示屏。

在本发明的三维磁场扫描系统中，所述控制单元集成在所述计算机中，所述处理单元和控制单元由同一应用模块实现。

实施本发明的三维磁场扫描系统，具有以下有益效果：采用本发明的三维磁场扫描系统，实现了软件和硬件的结合，提供了一套完整的解决方案，能够实现空间电磁场的三维扫描、信号采集、信号转化、信号处理、数据显示一系列过程，最终实现介质电磁响应特征的测量和分析。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的三维磁场扫描系统的结构框图；

图2是本发明优选实施例的三维磁场扫描系统的结构示意图；

图3是图2所示实施例中的移动元件的立体结构图。

具体实施方式

本发明涉及一种三维磁场扫描系统，用于扫描电磁波经过介质后的三维空间上的电磁场分布，然后对扫描到的电磁场分布进行分析，得出该介质对电磁波的响应特性。

如图1、图2所示，本发明的三维磁场扫描系统包括采集单元2、移动单元5、控制单元6、信号转化单元3、处理单元4。

其中，采集单元2用于采集三维空间中各点的电磁场特征参数，例如磁感应强度、磁场方向等。本实施例中，采集单元2为三维磁场传感器，由分别在X、Y、Z轴三个方向上的三个磁感线圈构成的球形传感器，每个磁感线圈的中轴线分别为X轴、Y轴和Z轴。每个磁感线圈在电磁场中将产生感应电流，感应电流即为一个模拟信号，可以表征出在该空间点上磁感应强度的变化特征。当然，本发明的采集单元2也可以是其它传感器，例如霍尔传感器，可在磁场频率较低的情况下使用。

信号转化单元3与采集单元2通信连接，可将采集单元2产生的模拟信号放大、滤波和模数转化，生成相应的数字信号，以便于处理单元4处理。常用的信号转化单元3为磁场检测仪。信号转化单元3也可以是矢量网络分析仪等，能实现同样的功能。

数字信号生成后，即被传输给处理单元4进行运算处理，这里的处理单元4也即通常意义上的计算机，计算机上配置有相关软件，这种软件可以将空间各点所对应的数字信号通过运算和处理后，通过二维或三维图像显示出来，以便实验人员可以直观了解空间电磁场的分布特征。这些二维或三维图像需要依赖计算机所配备的显示屏来展示出来。上述软件有多种，如matlab等，均可用在本发明的计算机中构成处理单元4来实现信号处理运算和显示功能。

采集单元2需要在空间中移动，以便能采集空间各个点上的电磁场特征参数，因此采集单元2可以沿X轴、Y轴和Z轴三个方向移动。本发明的采集单元2安装在一个三维的移动单元5上，移动单元5包括平行于X轴的滑轨、位于滑轨两端且分别平行于Y轴的滑道以及分别连接在滑轨和滑道上的两个电机，采集单元2平行于Z轴地直立于一底座上，底座与采集单元2之间的连接杆上也连接有一电机，连接杆上装有丝杆机构，电机通过减速机构最终与丝杆机构连接，使得电机转动被减速后传递给丝杆机构，最终带动采集单元2沿Z轴移动。底座与滑轨之间也可通过丝杆传动实现，滑轨上的电机提供动力，底座与滑轨之间的传动还可以是齿轮齿条机构或者其他机械方式来实现。滑道呈长槽型，滑轨的两端分别置于槽内，确保滑轨沿Y方向移动平稳，提高测量精度。同样，滑轨带动采集单元2在滑道上沿Y轴移动，也可利用电机带动丝杆机构、齿轮齿条机构等实现。或者每个电机上连接有机械摇臂，启动电机可分别驱动三个机械摇臂带动采集单元2分别沿X轴、Y轴和Z轴移动。

控制单元6与移动单元5连接，用来控制移动单元5的动作。本实施例中，控制单元6为运动控制卡，其发送信号给电机以控制电机的启动、加速、减速、暂停、关闭停止等工作状态。当电机为伺服电机时，运动控制卡还可接收伺服电机发送回来的位置、速度信息，实现闭环控制。

在本发明的优选实施例中，控制单元6集成在计算机中；更优的是，将处理单元4和控制单元6由同一应用模块实现，例如设计一个应用程序或软件，可以同时实现对电机的控制和数字信号的处理显示。

本发明的三维磁场扫描系统，能够很好地计算出一个空间磁场在空间中(X，Y，Z)三个方向分量上的分布状况，将其通过可视化技术和计算机图形技术展现出来。另一方面，能够帮助设计和改进磁场发生器件，使得发生磁场的器件性能鉴定和检测变得更加容易和方便，帮助器件的性能改进，缩短研发周期。

采用本发明的三维磁场扫描系统，实现了软件和硬件的结合，提供了一套完整的解决方案，能够实现空间电磁场的三维扫描、信号采集、信号转化、信号处理、数据显示一系列过程，最终实现介质1电磁响应特征的测量和分析。

因此，上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种三维磁场扫描系统，其特征在于，包括：

采集单元(2)，采集三维空间中各点的电磁场特征参数，生成模拟信号；

移动单元(5)，与所述采集单元(2)连接并带动其在三维空间中移动；

控制单元(6)，控制所述移动单元(5)的启动和停止；

信号转化单元(3)，与所述采集单元(2)连接，并将所述模拟信号转化为数字信号；

处理单元(4)，与所述信号转化单元(3)连接，并将所述数字信号经过运算处理可视化显示出来。

2.根据权利要求1所述的三维磁场扫描系统，其特征在于，所述采集单元(2)为三维磁场传感器，由分别在X、Y、Z轴三个方向上的三个磁感线圈构成。

3.根据权利要求1所述的三维磁场扫描系统，其特征在于，所述移动单元(5)包括三个电机以及分别与各个电机连接的三个机械摇臂，所述三个电机分别控制所述采集单元(2)在X、Y、Z轴方向上的移动。

4.根据权利要求3所述的三维磁场扫描系统，其特征在于，所述控制单元(6)为运动控制卡，其发送信号给电机以控制所述电机的运动。

5.根据权利要求4所述的三维近场扫描系统，其特征在于，所述电机为伺服电机，所述运动控制卡还可接收所述伺服电机发送回来的位置、速度信息，实现闭环控制。

6.根据权利要求3所述的三维磁场扫描系统，其特征在于，所述移动单元(5)还包括便于所述采集单元(2)沿X轴方向移动的滑轨、位于所述滑轨两端用于供所述滑轨两端沿Y轴方向滑行的滑道。

7.根据权利要求1所述的三维磁场扫描系统，其特征在于，所述信号转化单元(3)将所述模拟信号放大、滤波和模数转化，生成相应的数字信号。

8.根据权利要求7所述的三维磁场扫描系统，其特征在于，所述信号转化单元(3)为磁场检测仪。

9.根据权利要求1所述的三维磁场扫描系统，其特征在于，所述处理单元(4)集成在计算机中，所述计算机具有将所述数字信号通过二维或三维图像显示出来的显示屏。

10.根据权利要求9所述的三维磁场扫描系统，其特征在于，所述控制单元(6)集成在所述计算机中，所述处理单元(4)和控制单元(6)由同一应用模块实现。