CN117310574B - 获取磁场转换矩阵的方法、外部磁场测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种获取磁场转换矩阵的方法、外部磁场测量方法及系统，属于电磁参数测量技术领域，所述转换矩阵获取方法包括：建立与实际铁磁腔体尺寸相同的铁磁腔体模型，通过对铁磁腔体模型的磁化强度随机赋值与仿真3n次，得到磁化强度分布矩阵M、内部磁场分布矩阵B1、外部磁场分布矩阵B2；根据关系式B1=MA1、B2=MA2，求得铁磁腔体内外磁场的转换矩阵A，A=A1 ‑ 1A2。随后可基于求得的转换矩阵以及实时采集的内部磁场分布，计算得到外部特定点的磁场分布。本发明计算量小，计算效率高，且可根据需要调节预测精度。
Description
技术领域
本发明属于电磁参数测量技术领域，更具体地，涉及一种获取磁场转换矩阵的方法、外部磁场测量方法及系统。
背景技术
在资源探测领域，资源的具体位置往往通过磁场探测结合相关算法得到。然而，由于探测器可视为铁磁腔体，其产生的磁场会影响资源探测的准确性。因此，精确测量铁磁腔体外部的磁场，从而采用消磁等措施减小探测器本身对空间磁场的影响是十分重要的。铁磁腔体外部磁场预测技术是实现消磁的难点，直接决定了消磁系统的补偿效果。在实际工程中，铁磁腔体外部磁场的预测尚无明确、成熟的方法，各种理论、模型都需进行进一步的研究。
现有的铁磁腔体外部磁场预测主要包括以下几种方法：
1）磁场数据库法：将铁磁腔体放置于消磁场地，通过地磁模拟线圈对其多次磁化，此时内、外传感器同时测量磁场，在此基础上选取部分不同磁化状态下的内、外磁场计算校准保存在数据库中。此方法推算外部磁场很大程度上取决于选取部分不同磁化状态的磁场值计算校准，若选取不合适的内外磁场形成校准，则会严重影响预测结果；
2）标准值法：当铁磁腔体处于地磁场环境下，对消磁系统进行安匝调整和电流校准后，将所有内部传感器此时的值设为标准值，再改变激励磁场，只要通过调整电流等参数使所有内部传感器等于或接近标准值，则视为实现了补偿目的。从理论上说，当固定磁场变化较大时，很难将数十个传感器同时调整为标准值，预测精度并不高；
3）数值积分法：铁磁腔体磁场测量值和磁源的关系可利用数值积分来表征，此方法无需多次测量磁场，但建模难度较大、计算量较大，且计算精度有待提高；
4）内外映射法：得到外部磁场变化量与内部磁场变化量之间的转换关系，并通过神经网络等方法求解其转换关系。此方法得到的转换关系无明确物理意义，转换关系计算过程较为繁琐，且未考虑力磁耦合效应对预测结果的影响。
总之，通过以上方法预测铁磁腔体外部磁场，会存在计算量大、预测精度不高的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种获取磁场转换矩阵的方法、外部磁场测量方法及系统，其目的在于通过一种更加简单的方式预测出铁磁腔体外部磁场，且预测精度可以根据需要进行调控。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法，包括：
建立与实际铁磁腔体尺寸相同的铁磁腔体模型，确定所述铁磁腔体模型内n个测量点的位置，第k个测量点的位置与所述实际铁磁腔体内第k个三相磁通门传感器的位置相同，k=1,2,3,……,n，n为三相磁通门传感器的数量；
将所述铁磁腔体模型划分为n个域，对所述铁磁腔体模型进行3n次随机赋值与仿真操作，每次随机赋值与仿真操作得到大小均为1×3n的磁化强度分布向量m、内部磁场分布向量b1和外部磁场分布向量b2，3n个向量m组成满秩的3n×3n的磁化强度分布矩阵M、3n个向量b1组成3n×3n内部磁场分布矩阵B1、3n个向量b2组成3n×3n外部磁场分布矩阵B2；
根据关系式B1=MA1、B2=MA2，求得铁磁腔体内外磁场的转换矩阵A，A=A1 -1A2，A1为内转换矩阵，A2为外转换矩阵；
其中，每一次随机赋值与仿真操作包括：
对n个域的磁化强度分别进行随机赋值，赋值后形成向量m，向量m中第3i-2、3i-1、3i个元素分别为第i个域的磁化强度的X、Y、Z分量；设置背景磁场为0，通过仿真获取当前赋值下的所述铁磁腔体模型的向量b1和向量b2，向量b1中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个测量点磁场的X、Y、Z分量，向量b2中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量，其中，i,j,k=1,2,3,……,n。
在其中一个实施例中，使用MATLAB调用COMSOL模型执行随机赋值、仿真操作，输出磁化强度分布矩阵M以及对应的内部磁场分布矩阵B1和外部磁场分布矩阵B2。
一种铁磁腔体外部磁场测量方法，包括：
将n个三相磁通门传感器采集的磁化强度所构成的1×3n的磁场分布向量B10代入公式B20=B10A+B0中，求得n个外部待测点的磁场分布向量B20；
其中，A为经上述的方法确定的转换矩阵；
B0为背景磁场分布向量；向量B10中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个三相磁通门传感器所采集的磁化强度的X、Y、Z分量，向量B20中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量；在向量B0中，第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点背景磁场的X、Y、Z分量，且每个外部待测点背景磁场相同，其中，i,j,k=1,2,3,……,n。
在其中一个实施例中，铁磁腔体外部磁场测量的精度与三相磁通门传感器的数量n正相关，n越大，测量精度越高。
按照本发明的另一方面，提供了一种铁磁腔体外部磁场测量系统，包括：
接收单元，用于接收实际铁磁腔体内n个三相磁通门传感器采集的磁化强度；
建模单元，用于建立与实际铁磁腔体尺寸相同的铁磁腔体模型，确定所述铁磁腔体模型内n个测量点的位置，第k个测量点的位置与所述实际铁磁腔体内第k个三相磁通门传感器的位置相同，k=1,2,3,……,n，n为三相磁通门传感器的数量；
赋值与仿真单元，用于将所述铁磁腔体模型划分为n个域，对n个域的磁化强度分别进行随机赋值，赋值后形成1×3n的磁化强度分布向量m，向量m中第3i-2、3i-1、3i个元素分别为第i个域的磁化强度的X、Y、Z分量；设置背景磁场为0，通过仿真获取当前赋值下的所述铁磁腔体模型的1×3n的内部磁场分布向量b1和1×3n的外部磁场分布向量b2，向量b1中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个测量点磁场的X、Y、Z分量，向量b2中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量，其中，i,j,k=1,2,3,……,n。；
转换矩阵计算单元，用于根据关系式B1=MA1、B2=MA2，求得转换矩阵A，A=A1 -1A2，A1为内转换矩阵，A2为外转换矩阵，M为3n个向量m组成的满秩的3n×3n的磁化强度分布矩阵，B1为3n个向量b1组成的3n×3n内部磁场分布矩阵，B2为3n个向量b2组成3n×3n外部磁场分布矩阵；
外部磁场求解单元，用于将n个三相磁通门传感器采集的磁化强度所构成的1×3n的磁场分布向量B10代入公式B20=B10A+B0中，求得n个外部待测点的磁场分布向量B20，其中，B0为背景磁场分布向量；向量B10中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个三相磁通门传感器所采集的磁化强度的X、Y、Z分量，向量B20中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量；在向量B0中，第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点背景磁场的X、Y、Z分量，每个外部待测点背景磁场相同，其中，i,j,k=1,2,3,……,n。。
在其中一个实施例中，所述赋值与仿真单元用于使用MATLAB调用COMSOL模型执行随机赋值、仿真操作。
在其中一个实施例中，还包括：
n个三相磁通门传感器，布置于所述实际铁磁腔体内，用于采集所处位置处的磁化强度；
数据集成器，用于将n个所述三相磁通门传感器所采集的数据传输至所述接收单元。
按照本发明的另一方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
第一、本发明计算量小，计算效率高：本发明将空间磁场按来源分为磁化磁场与外部磁场两类，其中，磁化磁场由铁磁腔体的磁化强度唯一确定，因此，本发明以磁化强度分布矩阵M作为桥梁，先随机赋值形成满秩的磁化强度分布矩阵M，通过仿真得到对应的铁磁腔体内部所有测量点处的内部磁场分布矩阵B1以及外部所有待测点处的外部磁场分布矩阵B2。基于获得的内部磁场分布矩阵B1、外部磁场分布矩阵B2和磁化强度分布矩阵M，便能够求出内部磁场分布矩阵B1与外部磁场分布矩阵B2之间的转换矩阵A。当外部待测点与内部测量点的相对位置关系不变时，在所确定的划分域下，两者之间的转换矩阵A是唯一不变的。因此，一旦确定转换矩阵A，在利用铁磁腔体内部的三相磁通门传感器采集内部各测量点处的磁化分布向量B10后，便能直接算出铁磁腔体外部的磁场分布向量B20。本发明通过简单换算得出转换矩阵并基于转换矩阵直接计算得出外部磁场，计算量小，计算效率高。
第二、本发明预测精度可调：本发明预测精度与三相磁通门传感器的数量有关，三相磁通门传感器的数量越多，预测精度越高，但是计算量也会有所增加，因此，可以根据实际情况调节三相磁通门传感器的数量，从而使预测精度符合要求。
此外，本发明不受铁磁腔体形状以及剩磁的影响，对于任何形状、剩磁分布的铁磁腔体，只要划分域确定，转换矩阵便唯一确定，故本方法不受铁磁腔体形状及剩磁的影响。
而且，本发明适用于力磁耦合工况，力磁耦合通过改变铁磁腔体磁化强度的方式改变空间磁场，在本发明中，这部分影响被归结在磁化磁场中，只要划分域不变，力磁耦合效应的影响便被隐含在了转换矩阵中，因此，本发明也适用于力磁耦合工况。
附图说明
图1为一实施例的预测铁磁腔体外部磁场的场景图。
图2为一实施例的获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法的步骤流程图。
图3为一实施例的铁磁腔体外部磁场测量方法的步骤流程图。
图4为一实施例的铁磁腔体外部磁场测量系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示为一实施例中的预测铁磁腔体外部磁场的场景图。铁磁腔体内可以设置若干三相磁通门传感器，每个三相磁通门传感器可以采集所在位置处的磁场强度并发送给上位机，例如图中示出了三个三相磁通门传感器，所采集的磁场强度分别为B11、B12、B13，上位机需要根据三相磁通门传感器所采集的数据预测出铁磁腔体外部特定位置处的待测空间点（简称待测点）的磁场，例如预测三个待测空间点的磁场，分别为B21、B22、B23，在得到预测结果后，便能采取消磁措施，减小铁磁腔体对空间磁场的影响，提高探测精度。
本发明提出了一种新的方案，可以快速基于三相磁通门传感器所采集的数据预测出铁磁腔体外部特定位置处的待测点的磁场。
实施例1
如图2所示为一实施例中的获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法的步骤流程图，以下分别对其中的每个关键步骤进行介绍。
步骤S11：建立与实际铁磁腔体尺寸相同的铁磁腔体模型，确定铁磁腔体模型内n个测量点的位置，第k个测量点的位置与实际铁磁腔体内第k个三相磁通门传感器的位置相同，k= 1, 2, 3, ……,n，n为三相磁通门传感器的数量。
具体地，按照实际铁磁腔体的尺寸建立与之形态完全相同的铁磁腔体模型，并在铁磁腔体模型内选定若干测量点，铁磁腔体模型内测量点的位置和数量与实际铁磁腔体内三相磁通门传感器的位置和数量完全相同，实际铁磁腔体内三相磁通门传感器数量为n，则铁磁腔体模型内测量点的数量也为n，且第k个测量点的位置与第k个三相磁通门传感器的位置相同。
步骤S12：将铁磁腔体模型划分为n个域，对铁磁腔体模型进行3n次随机赋值与仿真操作，每次随机赋值与仿真操作得到维度均为1×3n的磁化强度分布向量m、内部磁场分布向量b1和外部磁场分布向量b2，3n个向量m组成满秩的3n×3n的磁化强度分布矩阵M、3n个向量b1组成3n×3n内部磁场分布矩阵B1、3n个向量b2组成3n×3n外部磁场分布矩阵B2。
具体地，按照实际铁磁腔体内布置的三相磁通门传感器的数量将铁磁腔体模型划分为与之数量相同的若干域，每个域认为是一个磁化强度均匀的子空间。实际铁磁腔体内三相磁通门传感器数量为n，则划分域的数量也为n。此处，划分域的方式不限，只要数量与三相磁通门传感器数量相同即可。
完成域划分之后，便对铁磁腔体模型中各个域的磁化强度进行随机赋值，赋值后的铁磁腔体模块有了磁化强度参数，便能通过仿真的手段确定在当前磁化强度参数下任意位置处的磁场参数。
其中，每一个赋值与仿真的操作具体包括：
对n个域的磁化强度分别进行随机赋值，赋值后形成1×3n的磁化强度分布向量m，向量m中第3i-2、3i-1、3i个元素分别为第i个域的磁化强度的X、Y、Z分量；设置背景磁场为0，通过仿真获取当前赋值下的铁磁腔体模型的1×3n的内部磁场分布向量b1和1×3n的外部磁场分布向量b2，向量b1中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个测量点磁场的X、Y、Z分量，向量b2中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量。
具体地，铁磁腔体模型划分成n个域，对每个域的磁化强度进行赋值，磁化强度具有X、Y、Z分量，因此，需要对每个域磁化强度的X、Y、Z分量分别随机赋值，n个域赋值完成后便得到1×3n的磁化强度分布向量m，向量m中第3i-2、3i-1、3i个元素分别为第i个域的磁化强度的X、Y、Z分量。每完成一次铁磁腔体模型的赋值，便能通过仿真计算出铁磁腔体模型内部各测量点处的磁场以及铁磁腔体模型外部待测点处的磁场。n个测量点的磁场构成1×3n的内部磁场分布向量b1，向量b1中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个测量点磁场的X、Y、Z分量。n个外部待测点的磁场构成1×3n的外部磁场分布向量b2，向量b2中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量。需要说明的是，本发明计算要求外部待测点的数量、内部测量点的数量以及三相磁通门传感器的数量保持一致，若实际需要求得的外部待测点的数量不足n，可随机添加若干外部待测点，将参与计算的外部待测点的数量补足至n，待完成全部外部待测点的磁场求解后，选择所需的外部待测点的磁场即可。
在本发明中，仿真时背景磁场设置为0，背景磁场为铁磁腔体所处空间由地磁场等外部作用产生的磁场，将背景磁场设置为0，可以避免背景磁场对后续求取转换矩阵A的影响。
每一次赋值与仿真便得到一个1×3n的磁化强度分布向量m以及对应的1×3n的内部磁场分布向量b1与1×3n的外部磁场分布向量b2，进行3n次赋值与仿真后，便能得到3n个向量m、3n个向量b1和3n个向量b2，3n个向量m组成满秩的3n×3n的磁化强度分布矩阵M，3n个向量b1组成3n×3n内部磁场分布矩阵B1、3n个向量b2组成3n×3n外部磁场分布矩阵B2，矩阵M、矩阵B1、矩阵B2中位于同一行的向量为同一次赋值与仿真所得的向量。
本发明中对于随机赋值的方式与范围不做限定，只要满足最后所得的磁化强度分布矩阵M具有满秩性即可，矩阵M满秩时才存在具有逆矩阵，可用于执行后续计算。
在一实施例中，为提高上述操作的执行速度，可以直接利用现成工具，例如使用MATLAB调用有限元模型如COMSOL模型建立铁磁腔体模型并执行随机赋值、仿真操作，输出磁化强度分布矩阵M以及对应的内部磁场分布矩阵B1和外部磁场分布矩阵B2。
步骤S13：根据关系式B1=MA1、B2=MA2，求得转换矩阵A，A=A1 -1A2，A1为内转换矩阵，A2为外转换矩阵。
在步骤S12中，已经通过仿真确定了磁化强度分布矩阵M、内部磁场分布矩阵B1、外部磁场分布矩阵B2，本发明分析发现三者存在如下关系：
磁化强度分布矩阵与内部磁场分布矩阵满足：
B1=MA1
其中，A1为内转换矩阵，维度为3n×3n。
磁化强度分布矩阵与外部磁场分布矩阵满足：
B2=MA2
其中，A2为外转换矩阵，维度为3n×3n。
基于以上两个关系式，本发明可以以磁化强度矩阵M为桥梁，得到外部磁场分布矩阵与内部磁场分布矩阵的关系如下：
B2=B1A1 -1A2=B1A
其中，A为转换矩阵，维度为3n×3n。
由于铁磁腔体模型与实际铁磁腔体的形态尺寸完全相同，故模型的内、外磁场的转换矩阵与实际铁磁腔体的内、外磁场的转换矩阵相同，可以将模型所得的转换矩阵A应用于实际铁磁腔体外磁场的预测。
实施例2
如图3所示为一实施例中的铁磁腔体外部磁场测量方法的步骤流程图，以下分别对其中的每个关键步骤进行介绍。
步骤S21：获取转换矩阵A。
具体地，获取实施例1所得的转换矩阵A。
步骤S22：将n个三相磁通门传感器采集的磁化强度所构成的1×3n的内部磁场分布向量B10代入公式B20=B10A+B0中，求得n个外部待测点的外部磁场分布向量B20，其中，B0为背景磁场分布向量。
其中，向量B10中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个三相磁通门传感器所采集的磁化强度的X、Y、Z分量，向量B20中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量；在向量B0中，第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点背景磁场的X、Y、Z分量，每个外部待测点背景磁场相同。
具体地，利用模型所得的转换矩阵A预测实际铁磁腔体外磁场分布时，需要先获取实际铁磁腔体内n个三相磁通门传感器采集的磁化强度，按照内部磁场分布向量b1的排布规则，构成1×3n的磁场分布向量B10，即向量B10中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个三相磁通门传感器所采集的磁化强度的X、Y、Z分量。将磁场分布向量B10代入公式：
B20=B10A + B0
上述公式添加实际铁磁腔体所处环境处的背景磁场，即添加背景磁场分布向量B0，具体位置处的背景磁场可以通过查表获得。
当铁磁腔体空间位置改变或受力改变时，转换矩阵A可视为不变，故可通过上式实时采集内部磁场分布向量B10，并计算外部磁场分布向量B20。计算结果具体可以在上位机上显示。因此，本发明适用于以下所有四种工况：1）背景磁场为0且不受力；2）背景磁场不为0且不受力；3）背景磁场为0且受力；4）背景磁场不为0且受力。对于背景磁场不为0的工况，仅需在计算结果的基础上加上的背景磁场即可。需要说明的是，转换矩阵A只需计算一次，当铁磁腔体空间位置改变或受力改变时，只需将更新的磁场分布向量B10代入公式B20=B10A+B0，便能得到对应的外部磁场分布向量B20。
在本发明中，铁磁腔体外部磁场测量的精度与三相磁通门传感器的数量n正相关，n越大，进行建模时划分域的数量越多，测量精度越高，但是计算转换矩阵A的计算量也会相应增大。
具体地，预测误差E与n可表示为如下关系：
；
其中，函数为减函数，且当n趋于无穷大时，E趋于0。
因此，可以根据实际情况设计三相磁通门传感器的数量n，以达到合适的预测精度。
具体地，以n= 3为例说明，采用随机数对磁化强度进行3n= 9次赋值，得到大小为9×9的磁化强度分布矩阵M。每次对磁化强度赋值后，在模型中均可计算传感器所在处的磁场以及外部待测点的磁场，因变量数均为9。故进行9次赋值之后，应用COMSOL内置的“磁场，无电流”模块，可得大小为9×9的内部磁场分布矩阵B1以及外部磁场分布矩阵B2。基于磁化强度分布矩阵M、内部磁场分布矩阵B1以及外部磁场分布矩阵B2计算出9 × 9的转换矩阵A，然后将三相磁通门传感器采集的1×9的内部磁场分布矩阵B10代入公式B20=B10A+B0中，得到1×9的外部磁场分布矩阵B2，即为3个外部待测点的磁场。
实施例3
本发明还公开一种铁磁腔体外部磁场测量系统，其包括接收单元、建模单元、转换矩阵计算单元以及外部磁场求解单元，以下对各个单元进行介绍。
接收单元用于接收实际铁磁腔体内n个三相磁通门传感器采集的磁化强度。
建模单元用于建立与实际铁磁腔体尺寸相同的铁磁腔体模型，确定铁磁腔体模型内n个测量点的位置，第k个测量点的位置与实际铁磁腔体内第k个三相磁通门传感器的位置相同，k= 1, 2, 3, ……,n，n为三相磁通门传感器的数量。
赋值与仿真单元用于将铁磁腔体模型划分为n个域，对n个域的磁化强度分别进行随机赋值，赋值后形成1×3n的磁化强度分布向量m，向量m中第3i-2、3i-1、3i个元素分别为第i个域的磁化强度的X、Y、Z分量；设置背景磁场为0，通过仿真获取当前赋值下的铁磁腔体模型的1×3n的内部磁场分布向量b1和1×3n的外部磁场分布向量b2，向量b1中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个测量点磁场的X、Y、Z分量，向量b2中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量。
转换矩阵计算单元用于根据关系式B1=MA1、B2=MA2，求得转换矩阵A，A=A1 -1A2，A1为内转换矩阵，A2为外转换矩阵，M为3n个向量m组成的满秩的3n×3n的磁化强度分布矩阵，B1为3n个向量b1组成的3n×3n内部磁场分布矩阵，B2为3n个向量b2组成3n×3n外部磁场分布矩阵。
外部磁场求解单元用于将n个三相磁通门传感器采集的磁化强度所构成的1×3n的磁场分布向量B10代入公式B20=B10A+B0中，求得n个外部待测点的磁场分布向量B20，其中，B0为背景磁场分布向量；向量B10中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个三相磁通门传感器所采集的磁化强度的X、Y、Z分量，向量B20中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量；在向量B0中，第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点背景磁场的X、Y、Z分量，每个外部待测点背景磁场相同。
具体地，上述铁磁腔体外部磁场测量系统可以用于执行前文的铁磁腔体外部磁场测量方法，其中各个功能单元用于执行方法中对应的步骤，具体细节可参考前文介绍，在此不再赘述。
具体地，上述测量系统中，赋值与仿真单元可以使用MATLAB调用COMSOL模型执行随机赋值、仿真操作，得到每次赋值的磁化强度分布向量m以及对应仿真所得的内部磁场分布向量b1外部磁场分布向量b2，组合多次赋值与仿真结果便能得到磁化强度分布矩阵M、内部磁场分布矩阵B1、外部磁场分布矩阵B2。
具体地，上述测量系统中的接收单元、建模单元、转换矩阵计算单元以及外部磁场求解单元均位于上位机中，上位机接收到数据后便能执行相应的操作并预测出外部空间待测点的磁场。
具体地，上述测量系统还包括布置于实际铁磁腔体内的n个三相磁通门传感器，用于采集所处位置处的磁化强度，还包括数据集成器，用于将n个三相磁通门传感器所采集的数据传输至接收单元。
如图4所示为一实施例中的铁磁腔体外部磁场测量系统的结构示意图，n个三相磁通门传感器构成传感器阵列，用于实时采集磁场分布向量B10并通过数据集成器传输给上位机，上位机通过建模、赋值和仿真操作，确定转换矩阵A，在得到转换矩阵A后，对磁场分布向量B10进行转换，得到磁场分布向量B20并在上位机上显示。
实施例4
本发明还涉及一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上文实施例1的步骤。
该电子设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所称处理器可以是中央处理单元(Central Process1g Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific 1tegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，电子设备的各种功能。
实施例5
本发明还涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上文实施例1的步骤。
具体的，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（SecureDigital,SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法，其特征在于，包括：
调用有限元软件建立与实际铁磁腔体尺寸相同的铁磁腔体模型，所述铁磁腔体模型为有限元模型，确定所述铁磁腔体模型内n个测量点的位置，第k个测量点的位置与所述实际铁磁腔体内第k个三相磁通门传感器的位置相同，k = 1, 2, 3, ……, n，n为三相磁通门传感器的数量；
将所述铁磁腔体模型划分为n个域，对所述铁磁腔体模型进行3n次随机赋值与仿真操作，每次随机赋值与仿真操作得到大小均为1 × 3n的磁化强度分布向量m、内部磁场分布向量b1和外部磁场分布向量b2，3n个向量m组成满秩的3n× 3n的磁化强度分布矩阵M、3n个向量b1组成3n× 3n内部磁场分布矩阵B1、3n个向量b2组成3n× 3n外部磁场分布矩阵B2；
根据关系式B1 = MA1、B2 = MA2，求得铁磁腔体内外磁场的转换矩阵A，A = A1 -1A2，A1为内转换矩阵，A2为外转换矩阵；
其中，每一次随机赋值与仿真操作包括：
对n个域的磁化强度分别进行随机赋值，赋值后形成向量m，向量m中第3i-2、3i-1、3i个元素分别为第i个域的磁化强度的X、Y、Z分量；设置背景磁场为0，通过仿真获取当前赋值下的所述铁磁腔体模型的向量b1和向量b2，向量b1中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个测量点磁场的X、Y、Z分量，向量b2中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量，其中，i, j, k = 1, 2, 3, ……, n。
2.如权利要求1所述的获取铁磁腔体内外磁场转换矩阵的方法，其特征在于，使用MATLAB调用COMSOL模型执行随机赋值、仿真操作，输出磁化强度分布矩阵M以及对应的内部磁场分布矩阵B1和外部磁场分布矩阵B2。
3.一种铁磁腔体外部磁场测量方法，其特征在于，包括：
将n个三相磁通门传感器采集的磁化强度所构成的1 × 3n的内部磁场分布向量B10代入公式B20 = B10A+B0中，求得n个外部待测点的外部磁场分布向量B20；
其中，A为经权利要求1或2所述的方法确定的转换矩阵；
B0为背景磁场分布向量；向量B10中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个三相磁通门传感器所采集的磁化强度的X、Y、Z分量，向量B20中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量；在向量B0中，第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点背景磁场的X、Y、Z分量，且每个外部待测点背景磁场相同，其中，i, j, k = 1, 2, 3, ……, n。
4.如权利要求3所述的铁磁腔体外部磁场测量方法，其特征在于，铁磁腔体外部磁场测量的精度与三相磁通门传感器的数量n正相关，n越大，测量精度越高。
5.一种铁磁腔体外部磁场测量系统，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收实际铁磁腔体内n个三相磁通门传感器采集的磁化强度；
建模单元，用于调用有限元软件建立与实际铁磁腔体尺寸相同的铁磁腔体模型，所述铁磁腔体模型为有限元模型，确定所述铁磁腔体模型内n个测量点的位置，第k个测量点的位置与所述实际铁磁腔体内第k个三相磁通门传感器的位置相同，k = 1, 2, 3, ……, n，n为三相磁通门传感器的数量；
赋值与仿真单元，用于将所述铁磁腔体模型划分为n个域，对n个域的磁化强度分别进行随机赋值，赋值后形成1 × 3n的磁化强度分布向量m，向量m中第3i-2、3i-1、3i个元素分别为第i个域的磁化强度的X、Y、Z分量；设置背景磁场为0，通过仿真获取当前赋值下的所述铁磁腔体模型的1 × 3n的内部磁场分布向量b1和1 × 3n的外部磁场分布向量b2，向量b1中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个测量点磁场的X、Y、Z分量，向量b2中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量，其中，i, j, k = 1, 2, 3, ……, n；
转换矩阵计算单元，用于根据关系式B1 = MA1、B2 = MA2，求得转换矩阵A，A = A1 -1A2，A1为内转换矩阵，A2为外转换矩阵，M为3n个向量m组成的满秩的3n× 3n的磁化强度分布矩阵，B1为3n个向量b1组成的3n× 3n内部磁场分布矩阵，B2为3n个向量b2组成3n × 3n外部磁场分布矩阵；
外部磁场求解单元，用于将n个三相磁通门传感器采集的磁化强度所构成的1 × 3n的磁场分布向量B10代入公式B20 = B10A+B0中，求得n个外部待测点的磁场分布向量B20，其中，B0为背景磁场分布向量；向量B10中第3k-2、3k-1、3k个元素分别为第k个三相磁通门传感器所采集的磁化强度的X、Y、Z分量，向量B20中第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点磁场的X、Y、Z分量；在向量B0中，第3j-2、3j-1、3j个元素分别为第j个外部待测点背景磁场的X、Y、Z分量，每个外部待测点背景磁场相同，其中，i, j, k = 1, 2, 3, ……, n。
6.如权利要求5所述的铁磁腔体外部磁场测量系统，其特征在于，所述赋值与仿真单元用于使用MATLAB调用COMSOL模型执行随机赋值、仿真操作。
7.如权利要求5所述的铁磁腔体外部磁场测量系统，其特征在于，还包括：
n个三相磁通门传感器，布置于所述实际铁磁腔体内，用于采集所处位置处的磁化强度；
数据集成器，用于将n个所述三相磁通门传感器所采集的数据传输至所述接收单元。
8.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1或2所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1或2所述的方法的步骤。
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