CN104142119A - 软管三维形状传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了软管三维形状传感装置，包括：外套软管、电磁器件、电磁器件导线连接器，所述电磁器件排列固定于所述外套软管中，所述外套软管和所述电磁器件与所述电磁器件导线连接器相连，本发明的优点是能够应用在通过磁场以非接触的方式确定软管三维形状的场合，本发明在医疗诊断、多媒体数据采集和远程控制等方面具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及软管三维形状传感装置,尤其涉及采用电磁的方法测量不规则的软管形状的三维形状的传感器，属于测量技术领域。
背景技术
目前，传统现有的测量三维形状的方法多采用机械接触式或光电传感的方式，虽然有使用磁场确定物体三维位置的，但基本上局限于单个传感器。例如，采用机械方式的开关扫描法，一个多方位的触点开关延物体表面移动，通过开关的通断确定物体表面的三维信息。该方法不能进行非接触测量。例如，采用光电传感方式的，将一束激光投射到物体表面，经过摄像机获取激光的投影图像，通过分析激光线的弯曲形状来判断物体表面的三维形状。该方法不能测量表面下，即内部物体，的三维形状。例如，中国专利公告号CN100394888C，授权日2008年6月18日，名称为基于磁标记物的吞服式电子遥测胶囊连续跟踪定位系统的专利中公开了利用磁场确定物体三维位置的方法。该方法只能确定单个点的三维信息，而无法用来测量三维形状。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的软管三维形状传感装置，本发明利用磁场测得固定在软管内的若干电磁器件的位置并通过插值计算出软管的形状，因此，本发明适用于测量软管状物体的三维形状，例如测定内窥镜的形状。
本发明包括外套软管、电磁器件、电磁器件导线连接器，所述电磁器件排列固定于所述外套软管中，所述外套软管和所述电磁器件与所述电磁器件导线连接器相连，本发明通过测定所述电磁器件的方位并经过插值计算确定所述外套软管的三维形状。
所述电磁器件为磁场传感器，用于接收由磁场发生器产生的特定磁场，通过处理所述电磁器件获得的磁场电信号，测定所述电磁器件的方位。
所述电磁器件为电磁线圈并发射特定磁场，所述特定磁场由另外的接收装置接收，通过处理接收装置获得所述特定磁场的电信号，测定所述电磁线圈的方位。
所述外套软管为实心外套软管或空心外套软管。
所述电磁线圈发射的特定磁场为多频率交变磁场。
所述电磁器件导线连接器内包含具有存储功能的存储器件，所述存储器件通过加密或非加密的方式存储所述电磁器件的以下信息：生产信息、校准信息、使用信息、维护信息。
所述电磁器件导线连接器为由印刷电路板制成的连接器。
当所述电磁器件为电磁线圈时，所述电磁线圈引出端的传感器导线走向朝着该电磁线圈的中部。
当所述电磁器件为电磁线圈时，不同的电磁线圈之间直接由外套软管固定。
所述磁场传感器为电磁线圈。
在本发明中，电磁器件是可以将电信号转换为磁信号或者将磁信号转换为电信号的器件。当某类电磁器件被用来测量磁场强度时，也就是说可以稳定地将磁信号转换为电信号并由该电信号表示磁场大小时，该类电磁器件被称为磁场传感器；当电磁线圈被用作磁场传感器时，被称为传感器电磁线圈，又简称为传感器线圈；当磁场传感器被用于测量该磁场传感器的三维方位时则该磁场传感器被称作基于磁场的三维方位传感器。当强调三维位置关系时磁场传感器被称之为三维方位传感器，当用来说明磁场相关特性时磁场传感器被称之为磁场传感器。
本发明采用若干基于磁场的三维方位传感器，该三维方位传感器能够测出三维空间中某点的磁场强度，通过在不同位置的多组磁场发生装置，如电磁线圈，可以产生这样一组磁场，使得所述三维方位传感器的测量矢量和所述三维方位传感器相对所述磁场发生装置的三维方向与位置唯一对应，也就是说，已知所述三维方位传感器测得的磁场强度，能够计算出其在三维空间的相对方向与位置，本发明中所涉及的方位均指方向和位置。
将所述三维方位传感器排列安装在一条外套软管内，三维方位传感器之间有固定的间隔，在测得这些三维方位传感器三维空间的方位的基础上，由计算机系统通过对三维方位传感器的三维方位进行插值计算，可以确定外套软管的三维形状。
所述磁场发生装置、所述三维方位传感器的测量系统以及所述的计算机系统通称为主机系统，所述三维方位传感器可以通过所述电磁器件导线连接器与所述主机系统相连，使得在需要的时候可以更换。
本发明适用于测量软管物体的三维形状，可以应用于多媒体制作、远程控制、医疗器械等领域。其中一个应用实例就是测量软管内窥镜的三维形状。将本发明的外套软管插入到内窥镜的钳道中，外套软管的形状就是内窥镜钳道的形状，钳道的形状就是内窥镜的形状，所以通过测量本发明可以得知内窥镜的三维形状。
因为对磁场强度的测量是一种非接触的测量，因此，本发明的优点是能够应用在通过磁场以非接触的方式确定软管三维形状的场合，本发明在医疗诊断、多媒体数据采集和远程控制等方面具有很高的实用价值。
附图说明
图1是本发明所述软管三维形状传感装置的整体结构示意图；
图2是本发明所述软管三维形状传感装置的磁场三维方位传感器的线圈示意图，其引出线走向线圈外部；
图3是本发明所述软管三维形状传感装置的磁场三维方位传感器的线圈示意图，其引出线走向线圈中部；
图4是本发明所述软管三维形状传感装置的磁场三维方位传感器的线圈示意图，其引出线走向线圈中部的另一种形式；
图5是本发明所述软管三维形状传感装置的磁场三维方位传感器在外套软管内的安装示意图；
图6是本发明所述软管三维形状传感装置的外套软管顶端的密封和磁场三维方位传感器在外套软管顶端的固定安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
在图1所示的实施例中，本发明由内部装有若干所述三维方位传感器14的外套软管12，外套软管顶端11和末端的电磁器件导线连接器13构成，为表现清晰，图1未绘出传感器导线。
所述三维方位传感器14可以是检测交变磁场的线圈，如图2，图3和图4所示，所述传感器导线的引出端指的是传感器上引出导线的位置，所述引出端的传感器导线是指在所述传感器导线的引出端所引出的导线，所述三维方位传感器14由传感器磁芯23、绕在所述传感器磁芯23上的传感器线圈22和线圈传感器导线21构成，为了减少传感器导线在所述引出端的应力，从而增加传感器导线在所述引出端的可靠性，引出端的传感器导线应当朝传感器线圈22中间方向走线，如图3和图4所示，图2所示的引出端的传感器导线是朝传感器线圈22外部方向走线，图2所示的传感器导线在所述引出端，特别是所述引出端的根部在随三维方位传感器14的外套软管12弯曲而活动时产生较大的应力，所述软管三维形状传感装置通常是用来传感可变形物体的三维形状及位置，如内窥镜的三维形状及位置，所述软管三维形状传感装置使用过程中需要经常随着被传感的物体弯曲，图2所示的传感器导线的所述引出端的根部因为弯曲产生较大的内用力，相对图3和图4的方式比较容易折断。
图5所示结构是将作为磁场传感器的线圈通过外套软管直接固定，为表现清晰，图5中未绘出传感器导线，在外套软管12内，传感器线圈22和传感器磁芯23构成所述磁场传感器，传感器线圈22和传感器磁芯23通过间隔软管31固定；间隔软管31部分套在传感器磁芯23上并固定，通过外套软管直接固定的结构的稳定性比较好且更加坚固耐用，不过在实施例中要对传感器磁芯23和间隔软管31进行固定会增加工作量；本发明还有一种实施方式是在外套软管12内，传感器线圈22和传感器磁芯23构成所述磁场传感器，传感器线圈22和传感器磁芯23通过间隔物间隔从而保持一定的间隔，所述由传感器线圈22和传感器磁芯23构成的所述磁场传感器之间在一定范围内保持相对固定的位置关系。
图6展示了外套软管12的顶端11及其固定结构，为表现清晰，图6中未绘出传感器导线，外套软管12的顶端11通常为树脂或塑料柱，它一方面起到密封外套软管12的作用，另一方面将传感器线圈22通过间隔软管31固定在外套软管12的顶端，这样，后续的传感器线圈都会与外套软管12保持固定的位置关系。
除了采用线圈作为磁场传感器，还可以采用霍尔传感器(Hall)、磁阻传感器(AMR)、巨磁阻传感器(GMR)等其他传感器作为磁场传感器。
在如图1所示，所述传感器线圈22或者其他类型的磁场传感器的导线通过电磁器件导线连接器13连接到本发明的外部，这样本发明在使用过程中能够易于更换，所述电磁器件导线连接器13可以是标准的多芯电磁器件导线连接器，例如航空电磁器件导线连接器；所述电磁器件导线连接器13也可以是由印刷电路板制成的连接器。
在如图1所示的电磁器件导线连接器13里内置具有存储功能的存储器件，所述存储器件用来存放所述电磁器件的生产区日期、批号、校准信息等生产信息，所述存储器件也用来存放所述三维方位传感器14的极性、三维方位传感器14的灵敏度、三维方位传感器14在所述外套软管12中的位置等不同的三维方位传感器14的参数；所述存储器件也用来存放所述电磁器件的使用次数、使用时间等使用信息；所述存储器件也用来存放所述电磁器件的最近维护日期等维护信息。上述所述的电磁器件的信息均可以是加密的或者是非加密的。
所述外套软管12实质上是所述三维方位传感器的载体，所述外套软管12通过但不局限于以下制造工艺来制造：注塑、浇注、粘合，所述外套软管12是空心软管或是实心软管。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.软管三维形状传感装置，其特征在于，包括：外套软管、电磁器件、电磁器件导线连接器，所述电磁器件排列固定于所述外套软管中，所述外套软管和所述电磁器件与所述电磁器件导线连接器相连，所述电磁器件导线连接器内包含具有存储功能的存储器件，所述存储器件通过加密或非加密的方式存储所述电磁器件的以下信息：生产信息、校准信息、使用信息、维护信息。
2.根据权利要求1所述的软管三维形状传感装置，其特征在于，所述电磁器件为磁场传感器，用于接收由磁场发生器产生的特定磁场，通过处理所述电磁器件获得的磁场电信号，测定所述电磁器件的方位。
3.根据权利要求1所述的软管三维形状传感装置，其特征在于，所述电磁器件为电磁线圈并发射特定磁场，所述特定磁场由另外的接收装置接收，通过处理接收装置获得所述特定磁场的电信号，测定所述电磁线圈的方位。
4.根据权利要求1所述的软管三维形状传感装置，其特征在于，所述外套软管为实心外套软管或空心外套软管。
5.根据权利要求1所述的软管三维形状传感装置，其特征在于，所述电磁线圈发射的特定磁场为多频率交变磁场。
6.根据权利要求1所述的软管三维形状传感装置，其特征在于，所述电磁器件导线连接器为由印刷电路板制成的连接器。
7.根据权利要求1所述的软管三维形状传感装置，其特征在于，当所述电磁器件为电磁线圈时，所述电磁线圈引出端的传感器导线走向朝着该电磁线圈的中部。
8.根据权利要求1所述的软管三维形状传感装置，其特征在于，当所述电磁器件为电磁线圈时，不同的电磁线圈之间直接由外套软管固定。
9.根据权利要求2所述的软管三维形状传感装置，其特征在于，所述磁场传感器为电磁线圈。
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