CN116203329A - 一种三维空间电场和磁场可视化装置及控制系统 - Google Patents

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CN116203329A
CN116203329A CN202310278060.9A CN202310278060A CN116203329A CN 116203329 A CN116203329 A CN 116203329A CN 202310278060 A CN202310278060 A CN 202310278060A CN 116203329 A CN116203329 A CN 116203329A
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王孜涵
沈天南
程燕
吴禄志
关山俊逸
田荣刚
何九宁
刘双
邓邦林
张传瑜
刘雪峰
史顺平
刘冰欣
汪玮
薛又文
肖鸿雁
韦国丞
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Chengdu Univeristy of Technology
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Abstract

本发明公开的一种三维空间电场和磁场可视化装置及控制系统，包括：模拟场箱体、探测件、位置控制组件，所述探测件设置在所述模拟场箱体内，所述探测件在所述位置控制组件的控制下调整其位于所述模拟场箱体内的位置。所述探测件至少包括三个，各自位于所述模拟场箱体内的X、Y、Z轴方向上，所述位置控制组件控制所述探测件沿各自对应的轴上移动，所述模拟场箱体内布有电场或磁场或电场与磁场共同存在，本发明根据不同坐标位置数据进行判断后矫正错误数据，在可视化转换过程中在此进行可靠性验证并进行拟合，最后获得了能够准确反应待测电场或者磁场数据并且将其可视化获得可靠的三维图像表达，与现有技术相比提高了图像的准确性。

Description

一种三维空间电场和磁场可视化装置及控制系统
技术领域
本发明公开一种三维空间电场和磁场可视化装置及控制系统，涉及电场和磁场可视化技术领域。
背景技术
将三维电场与磁场可视化在教学中可以起到重要意义，使用探针可视化二维磁感线和测量电场二维电场线或等势线的方式进行场的可视化教学较为常见，为了实现三维电场与磁场的可视化，专利(CN 104299493 A)、(CN 113325341 A)、(CN 115083245 A)分别实现了对电场与磁场的可视化功能。
但是现有技术中实现电场与磁场可视化装仅仅局限于导出图像，图像是否具有较高的准确性，获得结果是否符合真实情况未做考虑。影响前述内容中结果是否精确的关键在于对检测位置的准确定位、对测试空间内的边界条件进行考虑。
本发明内容
本发明目的在于，提供一种三维空间电场和磁场可视化装置及控制系统，解决现有的三维空间电场与磁场可视化技术获得的结果准确性不佳的问题。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，发明是通过以下技术方案实现：一种三维空间电场和磁场可视化装置，包括：模拟场箱体、探测件、位置控制组件，所述探测件设置在所述模拟场箱体内，所述探测件在所述位置控制组件的控制下调整其位于所述模拟场箱体内的位置。
进一步的，所述探测件至少包括三个，各自位于所述模拟场箱体内的X、Y、Z轴方向上，所述位置控制组件控制所述探测件沿各自对应的轴上移动，所述模拟场箱体内布有电场或磁场或电场与磁场共同存在，所述模拟场箱满足边界条件，所述边界条件在所述模拟场箱为矩形体时满足条件，
Figure BDA0004137039480000011
Figure BDA0004137039480000012
Figure BDA0004137039480000013
其中A’为坐标原点,建立直角坐标系。A’D、A’B’、AA’分别为长宽高，令A’D长为a,A’B’长为b,AA’长为c。
所述模拟场箱为圆柱形时满足条件，
Figure BDA0004137039480000021
其中R为底面半径。
进一步的，所述模拟场箱的电场由设置在所述模拟场箱中心的电场产生件产生，所述模拟场箱的磁场由设置在所述模拟场箱中心的磁场产生件产生；
所述模拟场箱仅设置所述电场产生件或者磁场产生件时所述模拟场箱内仅具有电场或磁场。
进一步的，所述模拟场箱为外切正方体广度为53cm×53cm×32cm的矩形体或三棱柱或圆柱形容器，所述模拟场箱的壁面厚度为1mm-5mm。
进一步的，所述模拟场箱为矩形体，所述矩形体长52.5cm、宽52.5cm、高36cm。本发明的另一目的在于，提供一种一种三维空间电场和磁场可视化控制系统，根据前述内容中任意一项所述的一种三维空间电场和磁场可视化装置，还包括控制所述位置控制组件的控制系统，所述位置控制组件还包括触发件，所述触发件设置在对应轴上的端点，所述触发件与所探测件接触后产生电信号，所述控制系统包括位置控制模块，所述位置控制模块控制所述探测件的运行情况。
进一步的，所述位置控制模块的控制具体步骤为：
步骤1，测试X轴上的场信息，
位于所述X轴上的所述探测件沿轴的一端向另一端移动，所述探测件移动至对应轴上的端点接触所述接触件后执行步骤2。
步骤2，测试Y轴上的场信息，
位于所述Y轴上的所述探测件沿轴的一端向另一端移动，所述探测件移动至对应轴上的端点接触所述接触件后执行步骤3。
步骤3，测试Z轴上的场信息，
位于所述Z轴上的所述探测件沿轴的一端向另一端移动，所述探测件移动至对应轴上的端点接触所述接触件后执行步骤4。
进一步的，所述步骤1-3均包括矫正步骤，所述矫正步骤具体为任意一步骤中对应获得的场信息对比另外两步骤中获得的不同轴位场信息，如果偏差过大则进行报警。
进一步的，所述控制系统还包括数据处理模块，所述数据处理模块承载在单片机内，通过连接单片机中的数据包实现。
进一步的，所述控制系统还包括校验模块，所述校验模块包括仿真模拟步骤、拟合步骤，所述仿真模拟步骤获得理论图像，所述拟合步骤通过拟合所述理论图像与所述数据处理模块获得的实际图像得到可靠的结果图像。
进一步的，所述拟合步骤具体包括如下步骤：
步骤1，对比数据，
对两个图像的数值进行对比，分别求取各等值面实验数据和理论数据的平均值，根据所述平均值进行如下计算，
Figure BDA0004137039480000031
其中δm为满度相对误差
Figure BDA0004137039480000032
为实验数据各层平均值，
Figure BDA0004137039480000033
为理论各层数据平均值，Am为满度值，所述满度值为20-28V；
步骤2，修正可靠性检验，
对各个坐标上的数值进行拟合，具体为多项式的拟合模型，算式表达为，
z＝a+bx+cy+dx2+exy+fy2+gx3+hy2x+ix2y+jy3+kx4+lx3y+mx2y2+nxy3+oy4+px5+qx4y+rx3y2+sx2y3+tx4y+uy5；
步骤3，拟合效果评估从拟合优度、残差分析和置信水平与置信区间三个方面的评价指标对拟合曲面进行分析，用来衡量修正办法的优劣，具体计算方式如下，
Figure BDA0004137039480000034
步骤4，根据最优拟合结果输出图像，由R-Square数值进行评判，所述R-Square数值计算方法为，
所述R-Square为确定系数，由所述SSE与SST共同决定，所述SST为原始数据yi和其均值
Figure BDA0004137039480000035
之差的平方和，如公式(17)、(18).
Figure BDA0004137039480000036
Figure BDA0004137039480000037
当所述R-Square数值范围在0.8-1之间时，拟合效果良好输出结果，否则重新进行步骤1-3。
有益效果：
本发明获取电场与磁场三维数据并进行可视化的过程中，申请人分别在现有技术的基础上加入边界条件分析，根据不同坐标位置数据进行判断后矫正错误数据，在可视化转换过程中在此进行可靠性验证并进行拟合，最后获得了能够准确反应待测电场或者磁场数据并且将其可视化获得可靠的三维图像表达，与现有技术相比提高了图像的准确性。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明实施例所述矩形结构边界条件模型图；
图2为本发明实施例所述三棱柱结构边界条件模型图；
图3为本发明实施例所述圆柱形结构边界条件模型图；
图4为本发明实施例2所述电场产生情况图；
图5为本发明实施例2所述磁场产生情况图；
图6为本发明实施例所述一种三维空间电场和磁场可视化装置图；
图7为本发明实施例所述展示面板图；
图8为本发明实施例所述另一种展示面板图；
图9-26为本发明实施例所述的各项实验结果图；
图27为本发明实施例所述的单片机接线图；
附图中：
1-模拟场箱，2-限位块，3-X轴，4-Z轴，5-Y轴；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合附图对实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
求解电磁场问题的时候由于会面临不同物质边界处不连续的情况，这种情况经常体现在对固定场内电场或者磁场的结果获取中，同理，对应在本实施例中的发明要获取更为准确的电场或磁场以及电磁场结果，具体的可视化装置就必须要解决前述的边界条件影响问题。
本实施例中的发明采取的是令模拟场符合对应的边界条件，因此本实施例中所述的一种三维空间电场和磁场可视化装置，包括模拟场箱体、探测件、位置控制组件，所述探测件设置在所述模拟场箱体内，所述探测件在所述位置控制组件的控制下调整其位于所述模拟场箱体内的位置。
所述模拟场箱体即为测试对象，简单来说所述模拟场箱体内的电场、磁场或者电磁场即为本实施例中发明的可视化对象。所述探测件在移动的过程中检测磁场或者电场情况，其检测方式可以是直接检测电场强度或者磁场强度等各类量化指标。
三维空间内的各项数据应当符合三维空间坐标轴，因此所述探测件至少包括三个，各自位于所述模拟场箱体内的X、Y、Z轴方向上，所述位置控制组件控制所述探测件沿各自对应的轴上移动，所述模拟场箱体内布有电场或磁场或电场与磁场共同存在，所述模拟场箱满足边界条件。
边界条件影响的是电磁场的数值求解，因此在本实施例中申请人进行了不同结构下应所述边界条件的推导过程并计算出了需要满足的条件。
首先是对静电场数值求解的理论推导，静电场的电位在周围空间满足下面的泊松方程：
Figure BDA0004137039480000051
其次是对于磁场数值求解的理论推导过程，稳恒磁场的向量磁位在周围空间满足如下方程：
Figure BDA0004137039480000052
最后申请人计算出了不同具体实施情况中所述模拟场箱应当具备的结构条件。
在一实施例中，理论计算图参考图1，图1为长方体容器,底部以两对称圆柱体表电极.以A’为坐标原点,建立直角坐标系.令A’D长为a,A’B’长为b,AA’长为c,，所述边界条件在所述模拟场箱为矩形体时满足条件
Figure BDA0004137039480000053
Figure BDA0004137039480000061
Figure BDA0004137039480000062
在一实施例中，理论计算图参考图2，所述模拟场箱为三棱柱形时满足条件与长方体边界条件类似，即各边界对电势
Figure BDA0004137039480000063
磁标势A求导为零。
在一实施例中，理论计算图参考图3，图3为由亚克力板组成的圆柱体容器,在底部圆心处放一电极。以底面圆心为原点建立柱坐标系.令底面圆半径为R,则其所满足的边界条件为所述模拟场箱为圆柱形时满足条件
Figure BDA0004137039480000064
现有技术中，文件(钱楠,王广华,黄豫,曾友石,包广粮,吴胜伟,刘卫.COMSOL法模拟测氚电离室静电场[J].核电子学与探测技术,2018,38(01):11-15.)在电场的可视化研究中涉及了电场的边界条件，但是针对其研究问题只对一个截面的等势线进行了研究，并未获取整个空间的数据并进行研究分析。
与现有技术相比，本实施例中的发明考虑到三维尺度上的边界条件对可视化结果的影响，根据理论计算获得相应的所述模拟场箱结构范围，将边界条件考虑后获得的结果准确性更好。
实施例2
结合实施例1中涉及的所述模拟场箱结构设计的内容，本实施例中进一步对所述模拟箱场的结构进行具体描述。在本实施例中所述模拟场箱内产生的电场或磁场均由一个发出磁场或电场的源头以及若干板件构成的半封闭结构组成。
所述模拟场箱的电场由设置在所述模拟场箱中心的电场产生件产生，所述模拟场箱的磁场由设置在所述模拟场箱中心的磁场产生件产生。所述模拟场箱仅设置所述电场产生件或者磁场产生件时所述模拟场箱内仅具有电场或磁场。
在一实施例中，所述电场产生件可以为水中的电极形成的电场，具体情况参考图4。
在一实施例中，所述磁场产生件可以为磁铁，具体情况参考图5。
当然，对于一些符合本实施例中发明检测条件的带电场或者带磁场物体也可以使用本实施例中的发明进行检测。
在一实施例中，申请人根据实施例1中所述的计算过程推算出在一实施例中，所述模拟场箱为外切正方体广度为53cm×53cm×32cm的矩形体或三棱柱或圆柱形容器，所述模拟场箱的壁面厚度为1mm-5mm是满足边界条件的。
在一实施例中，所述模拟场箱为矩形体，所述矩形体长52.5cm、宽52.5cm、高36cm。
实施例3
为了获得准确度更高的可视化结果，本实施例中的装置根据实施例1-2中涉及的任意一种所述的三维空间电场和磁场可视化装置基础上增设了控制系统，控制系统的目的在于控制所述位置控制组件以获得更精确的电场或者磁场数值。
所述位置控制组件还包括触发件，所述触发件设置在对应轴上的端点，所述触发件与所探测件接触后产生电信号，所述控制系统包括位置控制模块，所述位置控制模块控制所述探测件的运行情况。
所述触发件可以为设有金属接触点的限位块，所述探测件在检测电场时选用探针，所述探测件在检测磁场时选用正交放置的霍尔元件。
在一实施例中，不考虑所述探测件与实时坐标系之间的吻合情况前提下，所述位置控制模块的控制步骤为，
步骤1，测试X轴上的场信息，
位于所述X轴上的所述探测件沿轴的一端向另一端移动，所述探测件移动至对应轴上的端点接触所述接触件后执行步骤2。
步骤2，测试Y轴上的场信息，
位于所述Y轴上的所述探测件沿轴的一端向另一端移动，所述探测件移动至对应轴上的端点接触所述接触件后执行步骤3。
步骤3，测试Z轴上的场信息，
位于所述Z轴上的所述探测件沿轴的一端向另一端移动，所述探测件移动至对应轴上的端点接触所述接触件后执行步骤4。
在一实施例中，申请人选用了实施例2中涉及的所述模拟场箱为矩形体，所述矩形体长52.5cm、宽52.5cm、高36cm情况中进行了具体设计。具体结构参考图6，其中所述限位块包括设置在所述X轴两端的限位块1、2、3、4，与Y轴两端的限位块5、6，以及设置在Z轴上端的限位块7。
限位块1、2、3、4并联，限位块5、6并联，限位块7单独与另外两组串联.限位块未触发时，电路闭合，输出高电平；限位块触发后，电路断开，输出高电平.该信号通过面包板传输到单片机的数字引脚，当单片机接收到高电平后启动触发程序，即电机反转一小段距离后，复位到初始状态，进行下一步测量，直至完成三个维度上的测量。
在另一实施例中，为了提高装置获得的坐标位置与实际坐标位置一致，本实施例中的发明还具体包括矫正步骤，具体而言所述步骤1-3均包括矫正步骤，所述矫正步骤具体为任意一步骤中对应获得的场信息对比另外两步骤中获得的不同轴位场信息，如果偏差过大则进行报警。
不难理解的是，根据实施例1-3中涉及的计算内容，实际上可以根据任意两坐标中的场信息对剩余一信息进行预估，如果偏差过大则代表某轴位置上的检测出现问题。其次，所述的矫正步骤是依附于所述步骤1-3中每一个步骤后的，因此具体实现过程中获取X轴位置时用于计算的是前一轮步骤中的Z与Y轴数据，对比的是前一轮步骤中的X数据。
考虑到前述的评估实际上是一个互相依附的过程，即X轴数据出现错误的情况导致预估值错误进而导致正确的其他轴场数据被错误报警，申请人还在所述矫正模块中增加了三轮步骤校验条件，即产生报警的前提是至少进行三轮步骤1-3并且某一轴位置产生的错误次数最多时确定为此轴错误。
实施例4
在本实施例中，申请人应用单片机承载所述数据处理模块，具体而言，该系统的搭建使用了INA219电压检测模块、Arduino UNO MEGA2560 R3开发板(后简称为单片机)、V-154限位开关、42步进电机、A4988及CNC拓展板和同步带轮组。
更具体而言，其中电机为四相双向步进电机，使用12.2V的电源供电，CNC拓展板上安有四个A4988驱动板，如图5所示，其中上面两个拓展板连接x方向上的电机，左下角拓展板控制y方向上的电机，右下角拓展板控制z方向上的电机。四个拓展版通过向四个电机提供不同的高低电平，来控制电机中的电磁铁通断状态，从而影响电机中的转子的状态，以便控制探针的移动。
电机电路电路图如图27。单片机由PC端供电，使用Arduino的IED编写程序后，单片机接收并储存PC端输入的控制程序，并为CNC拓展版提供上升沿信号和步进方向信号。
实施例5
基于实施例1-4中所述的内容，申请人考虑到如果仅仅对实验结果进行输出，如果在出现严重误差的情况下也无法发现，为了进一步提高结果的准确性，本实施例中的发明还提供了一种应用理论结果拟合实验结果以验证结果的正确性以及提高结果的准确性。
所述控制系统还包括校验模块，所述校验模块包括仿真模拟步骤、拟合步骤，所述仿真模拟步骤获得理论图像，所述拟合步骤通过拟合所述理论图像与所述数据处理模块获得的实际图像得到可靠的结果图像。
所述仿真模拟步骤可以获得仿真模拟结果，其获取方式可以通过任意一种可以获得仿真结果的软件，在本实施例中，申请人使用COMSOL进行理论仿真。
在进行COMSOL理论仿真后将仿真获得的数值与实验获得的数值导入同一个系统中进行拟合，所述系统可以是Origin或者其他任意一种可以实现以下算法的系统。
步骤1，对比数据，
对两个图像的数值进行对比，分别求取各等值面实验数据和理论数据的平均值，根据所述平均值进行如下计算，
Figure BDA0004137039480000091
其中δm为满度相对误差
Figure BDA0004137039480000092
为实验数据各层平均值，
Figure BDA0004137039480000093
为理论各层数据平均值，Am为满度值，所述满度值为20-28V；
步骤2，修正可靠性检验，
对各个坐标上的数值进行拟合，具体为多项式的拟合模型，算式表达为，
z＝a+bx+cy+dx2+exy+fy2+gx3+hy2x+ix2y+jy3+kx4+lx3y+mx2y2+nxy3+oy4+px5+qx4y+rx3y2+sx2y3+tx4y+uy5；
步骤3，拟合效果评估从拟合优度、残差分析和置信水平与置信区间三个方面的评价指标对拟合曲面进行分析，用来衡量修正办法的优劣，具体计算方式如下，
Figure BDA0004137039480000094
步骤4，根据最优拟合结果输出图像，由R-Square数值进行评判，所述R-Square数值计算方法为，
所述R-Square为确定系数，由所述SSE与SST共同决定，所述SST为原始数据yi和其均值
Figure BDA0004137039480000095
之差的平方和，如公式(17)、(18).
Figure BDA0004137039480000096
Figure BDA0004137039480000097
当所述R-Square数值范围在0.8-1之间时，拟合效果良好输出结果，否则重新进行步骤1-3。
在一实施例中，所述数据在参数输入后进行图像输出，其具体情况参考图7-8。
实施例6
为了验证实施例1-5所述的内容可行，申请人在本实施例中进行了验证实验。
首先对电场进行模拟检测，用方桶水环境里进行实验以探究电极位置对电场的影响。我们用两根20*0.9cm的相同铜棒分别固定成“＝”形和“I_”形并进行实验，对两者均采用每层38*38cm测量范围，2cm步长，前者4层，后者7层的测量高度进行实验，记录数据。
实验结果参考图9-10，其中右为实验组，左为仿真组。
改变电极形状在此测试，用方桶水环境里进行实验以探究电极形状对电场的影响。我们用一根20*0.9cm的铜棒和一片10*10*0.03cm的铜片均固定成“＝”形进行实验，对两者均采用每层38*38cm测量范围，2cm步长，前者4层，后者6层的测量高度进行实验，实验结果参考图11-12，左为铜棒实验结果，右为铜片实验结果。
改变电极个数进行测试，用方桶水环境里进行实验以探究电极个数对电场的影响。我们用10*10*0.03cm的铜片均固定成“＝”形和“≡”进行实验，对两者均采用每层38*38cm测量范围，2cm步长，前者6层，后者7层的测量高度进行实验，记录数据，实验结果参考图13-14，左为“＝”形，右为“≡”型。
改变容器形状进行测试，用方桶、三角桶、圆桶在水环境里进行实验以探究容器形状对电场的影响。我们用20*0.9cm的铜棒均固定成“＝”进行实验，对两者均采用每层38*38cm测量范围，2cm步长，前两者7层，后者4层的测量高度进行实验，记录数据，实验结果参考图15-17，图15为三角形结果，16为圆形结果，17为方形结果。
结束对电场的模拟后，进行对磁场的模拟测试。
改变磁铁个数，用方桶在空气环境里进行实验以探究磁铁个数对电场的影响。我们用1*1*0.5cm的圆柱形磁铁分别进行4块叠加和8块叠加进行实验，对两者均采用每层32*32*16cm测量范围，4cm步长，均为5层的测量高度进行实验，记录数据，结果参考图18-20，图中中心左侧为实验结果，右侧为仿真结果。
改变磁铁组数在此进行实验，用方桶在空气环境里进行实验以探究磁铁个数对电场的影响。我们用1*1*0.5cm的圆柱形磁铁进行4块叠加为一个单位，分别用一个单位和两个单位进行实验，对两者均采用每层32*32*16cm测量范围，4cm步长，均为5层的测量高度进行实验，记录数据，实验结果如图21-23。
最后通过对不同实验数据进行误差分析发现，误差在2％以内，本实施例中的各项具体实施过程中涉及的发明装置与测试方法准确度高。
实施例7
基于实施例6的内容，为了进一步验证装置与系统的准确性，在本实施例中对可能产生的误差进行了分析与测试。
对测量误差进行分析，通过拍摄视频，使用Tracker追踪测量，测量6次求取平均值，再使用Origin作图展示.我们分别得到了探测装置随摆长、探测装置的浸入深度和电机每转动1.8度的延迟时间而改变的摆动时间(探测装置从开始摆动到止)、最大振幅(探测装置振动过程中的最大振幅)、和半周期数(探测装置从开始振动到结束共经历的半周期数)。
如图24所示，随着摆长的增加，摆动时间，最大振幅以及半周期数逐渐增大增大，即摆长越长，测量的误差就会越大；如图25所示，随着浸入深度的增加，摆动时间，最大振幅以及半周期数逐渐减小，即探针的浸入深度越深，测量的误差就会减小；如图26所示，随着延迟时间的增加，摆动时间，最大振幅以及半周期数逐渐减小，即电机的运作时间越长，电机的运作速度就越慢，测量的误差就会减小。
结合前述内容可以发现，实际上缩短距离可以减弱误差，因此实验场应当尽量取小值。
以上仅是该申请的实施例部分，并非对该申请做任何形式上的限制。对以上实施例所做的任何简单的修改实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，仍属于该申请技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种三维空间电场和磁场可视化装置，包括模拟场箱体、探测件、位置控制组件，所述探测件设置在所述模拟场箱体内，所述探测件在所述位置控制组件的控制下调整其位于所述模拟场箱体内的位置，其特征在于：所述探测件至少包括三个，各自位于所述模拟场箱体内的X、Y、Z轴方向上，所述位置控制组件控制所述探测件沿各自对应的轴上移动；
所述模拟场箱体内布有电场或磁场或电场与磁场共同存在，所述模拟场箱满足边界条件，所述边界条件在所述模拟场箱为矩形体时满足条件，
Figure FDA0004137039470000011
Figure FDA0004137039470000012
Figure FDA0004137039470000013
其中A’为坐标原点,建立直角坐标系。A’D、A’B’、AA’分别为长宽高，令A’D长为a,A’B’长为b,AA’长为c；
所述模拟场箱为圆柱形时满足条件，
Figure FDA0004137039470000014
其中R为底面半径。
2.根据权利要求1所述的一种三维空间电场和磁场可视化装置，其特征在于：所述模拟场箱的电场由设置在所述模拟场箱中心的电场产生件产生，所述模拟场箱的磁场由设置在所述模拟场箱中心的磁场产生件产生；
所述模拟场箱仅设置所述电场产生件或者磁场产生件时所述模拟场箱内仅具有电场或磁场。
3.根据权利要求2所述的一种三维空间电场和磁场可视化装置，其特征在于：所述模拟场箱为外切正方体广度为53cm×53cm×32cm的矩形体或三棱柱或圆柱形容器，所述模拟场箱的壁面厚度为1mm-5mm。
4.根据权利要求3所述的一种三维空间电场和磁场可视化装置，其特征在于：所述模拟场箱为矩形体，所述矩形体长52.5cm、宽52.5cm、高36cm。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种三维空间电场和磁场可视化装置，还包括控制所述位置控制组件的控制系统，其特征在于，所述位置控制组件还包括触发件，所述触发件设置在对应轴上的端点，所述触发件与所探测件接触后产生电信号，所述控制系统包括位置控制模块，所述位置控制模块控制所述探测件的运行情况。
6.根据权利要求5所述的一种三维空间电场和磁场可视化控制系统，其特征在于，所述位置控制模块的控制具体步骤为：
步骤1，测试X轴上的场信息，
位于所述X轴上的所述探测件沿轴的一端向另一端移动，所述探测件移动至对应轴上的端点接触所述接触件后执行步骤2。
步骤2，测试Y轴上的场信息，
位于所述Y轴上的所述探测件沿轴的一端向另一端移动，所述探测件移动至对应轴上的端点接触所述接触件后执行步骤3。
步骤3，测试Z轴上的场信息，
位于所述Z轴上的所述探测件沿轴的一端向另一端移动，所述探测件移动至对应轴上的端点接触所述接触件后执行步骤4。
7.根据权利要求6所述的一种三维空间电场和磁场可视化控制系统，其特征在于，所述步骤1-3均包括矫正步骤，所述矫正步骤具体为任意一步骤中对应获得的场信息对比另外两步骤中获得的不同轴位场信息，如果偏差过大则进行报警。
8.根据权利要求6所述的一种三维空间电场和磁场可视化控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括数据处理模块，所述数据处理模块承载在单片机内，通过连接单片机中的数据包实现。
9.根据权利要求8所述的一种三维空间电场和磁场可视化控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括校验模块，所述校验模块包括仿真模拟步骤、拟合步骤，所述仿真模拟步骤获得理论图像，所述拟合步骤通过拟合所述理论图像与所述数据处理模块获得的实际图像得到可靠的结果图像。
10.根据权利要求9所述的一种三维空间电场和磁场可视化控制系统，其特征在于，所述拟合步骤具体包括如下步骤：
步骤1，对比数据，
对两个图像的数值进行对比，分别求取各等值面实验数据和理论数据的平均值，根据所述平均值进行如下计算，
Figure FDA0004137039470000021
其中δm为满度相对误差
Figure FDA0004137039470000022
为实验数据各层平均值，
Figure FDA0004137039470000023
为理论各层数据平均值，Am为满度值，所述满度值为20-28V；
步骤2，修正可靠性检验，
对各个坐标上的数值进行拟合，具体为多项式的拟合模型，算式表达为，
z＝a+bx+cy+dx2+exy+fy2+gx3+hy2x+ix2y+jy3+kx4+lx3y+mx2y2+nxy3+oy4+px5+qx4y+rx3y2+sx2y3+tx4y+uy5；
步骤3，拟合效果评估
从拟合优度、残差分析和置信水平与置信区间三个方面的评价指标对拟合曲面进行分析，用来衡量修正办法的优劣，具体计算方式如下，
Figure FDA0004137039470000031
步骤4，根据最优拟合结果输出图像，由R-Square数值进行评判，所述R-Square数值计算方法为，
所述R-Square为确定系数，由所述SSE与SST共同决定，所述SST为原始数据yi和其均值
Figure FDA0004137039470000032
之差的平方和，如公式(17)、(18).
Figure FDA0004137039470000033
Figure FDA0004137039470000034
当所述R-Square数值范围在0.8-1之间时，拟合效果良好输出结果，否则重新进行步骤1-3。
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