EP4100753A1 - Array of magnetometers operating in zero field and associated method for calibrating inter-magnetometer couplings - Google Patents

Array of magnetometers operating in zero field and associated method for calibrating inter-magnetometer couplings

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EP4100753A1
EP4100753A1 EP21707346.9A EP21707346A EP4100753A1 EP 4100753 A1 EP4100753 A1 EP 4100753A1 EP 21707346 A EP21707346 A EP 21707346A EP 4100753 A1 EP4100753 A1 EP 4100753A1
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EP
European Patent Office
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magnetometers
magnetometer
measurement
magnetic field
field
Prior art date
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Pending
Application number
EP21707346.9A
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German (de)
French (fr)
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Agustin PALACIOS LALOY
Matthieu Le Prado
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Definitions

  • the field of the invention is that of the imaging of biomagnetic fields, the invention relating more particularly to vector magnetometer arrays used in particular in magnetocardiography or in magnetoencephalography.
  • Imaging of magnetic fields generated by different organs of the human body, including the heart and brain uses arrays of magnetic sensors (magnetometers) to identify relevant information both from the point of view of medical research and that of diagnosis. different pathologies.
  • magnetometers magnetometers
  • the imaging of cerebral currents allows the study of rapid cerebral dynamics in a non-invasive manner. It is also used for the preoperative diagnosis of epilepsy, making it possible to locate epileptogenic areas much more precisely than electroencephalography.
  • magnetoencephalography techniques often use several hundred SQUID-type magnetic sensors which have very low intrinsic noise levels but require cryogenic cooling to operate.
  • these imaging techniques are usually carried out inside magnetically shielded enclosures to overcome external magnetic fields which could disturb the measurements.
  • the size of these enclosures should be large enough to accommodate the container cryogenic, which results in strong cost constraints as well as on the architecture of buildings containing these devices, constraints which are detrimental to their democratization.
  • optically pumped magnetometers which exhibit similar intrinsic noise levels but which do not need to be cooled.
  • the sensors can be placed closer to the patient's skin, which makes it possible to improve the amplitude of the signals as well as the spatial resolution of the measurements. Magnetic shielding can also be reduced, which makes it possible to envisage a greater diffusion of these techniques in hospitals.
  • optically pumped magnetometers make it possible to adapt the position of the sensors to the surface of the body of each patient in particular. This is an advantage, but requires a calibration of the position of the sensors which must be repeated each time the network is adjusted to the morphology of a new patient. It is therefore important to be able to efficiently calibrate the position of the different magnetometers with respect to each other, as well as the relative position of this network with respect to reference elements positioned on the patient.
  • Patent application EP 3 299831 A1 thus describes a way of correcting the couplings in a network of magnetometers operating in a closed loop, as well as a technique for determining the coupling matrix which can be broken down into two variants: one consists of to measure the couplings with all the magnetometers operating in open loop, the other to measure them with the different magnetometers operating successively in closed loop.
  • the invention aims to propose a method for determining the couplings between the different magnetometers of an array of optically pumped magnetometers, for example with Hanle effect or with parametric resonances, a method which is freed from the aforementioned drawbacks.
  • the invention relates to a method for determining a coupling between magnetometers of a network of N magnetometers where each magnetometer comprises a field cancellation system capable of being activated to make the magnetometer operate in zero field.
  • This method comprises a first phase during which the N magnetometers are separated into N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated and a measuring magnetometer whose field cancellation system is activated.
  • This first phase comprises the following steps: o generation, by each of the N magnetometers (ie the measurement magnetometer and the N61 magnetometers whose field cancellation system is deactivated), of a plurality of reference magnetic fields of amplitudes known and of distinct directions, o measurement, by the measurement magnetometer, of the ambient magnetic field on a plurality of measurement axes; o determination of coupling coefficients between the measurement magnetometer and each of the N magnetometers (i.e. each of the measurement magnetometer and of the N61 magnetometers whose field cancellation system is deactivated), said determination comprising:
  • ⁇ the detection of a contribution of a reference magnetic field in the measurement of the ambient magnetic field on one of the measurement axes; ⁇ calculating a ratio between the amplitude of the contribution of the reference magnetic field and the known magnitude of said reference magnetic field.
  • each reference magnetic field carries information specific to it and the detection of a contribution from a reference magnetic field comprises identifying information specific to said reference magnetic field;
  • the information specific to a reference magnetic field is a characteristic frequency, for example a base frequency raised to a power of a given number;
  • the magnetometers are parametric resonance magnetometers which each comprise an excitation system capable of being activated to induce radiofrequency fields of excitation of the parametric resonances and during the first phase said excitation system of the N magnetometers is activated; it comprises a second phase identical to the first phase (PI) except in that the excitation system of the N-1 magnetometers other than the measurement magnetometer is deactivated; the second phase comprises N iterations, each iteration using a different measurement magnetometer among the N magnetometers.
  • FIG. 1 is a diagram of a magnetometer belonging to a network of magnetometers according to the invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating different steps of a calibration method in accordance with the invention.
  • the invention relates to a magnetic field measuring apparatus, more particularly an apparatus having N (natural integer at least equal to two) vector magnetometers arranged in an array.
  • N natural integer at least equal to two vector magnetometers arranged in an array.
  • This device finds application in particular in the medical field for the imaging of biomagnetic fields, in particular in magnetoencephalography or in magnetocardiography.
  • the invention relates more particularly to an apparatus configured to allow the implementation of the method for calibrating magnetometers described below.
  • This method makes it possible to estimate the impact of the networking of the magnetometers, by measuring the disturbance that the operation of one of the magnetometers introduces to the measurement carried out by another magnetometer.
  • the magnetometers of this network are capable of measuring the three components of the magnetic field.
  • a closed loop operation does not make it possible to guarantee the absence of a residual field in any magnetometer of the network, a necessary condition for a measurement of the couplings free from the artifacts which have been described above.
  • the magnetometers of the network are preferably optically pumped magnetometers, for example Hanle effect magnetometers or parametric resonance magnetometers.
  • each of the magnetometers 20 of the network comprises a cell 1 filled with an atomic gas, for example helium-4 or an alkaline gas, subjected to an ambient magnetic field whose projection on three axes of rectangular coordinates x, y, z defines three components.
  • the ambient magnetic field is thus breaks down into three components Bx, By and Bz each along one of the measurement axes of the magnetometer x, y and z.
  • Cell 1 is illuminated by an optical pumping source 2, 3 arranged to emit in the direction of cell 1 a beam of light, for example a laser beam, tuned to a pump wavelength (this beam is thus also designated by pump harness).
  • the pumping wavelength is set on an atomic transition line, for example on the Do line at 1083 nm in the case of helium-4.
  • the light beam can be emitted by a laser source 2 and be linearly polarized by means of a rectilinear polarizer 3 interposed between the laser source 2 and the cell 1 or directly integrated into the laser source 2.
  • the light beam propagates according to a direction of propagation coincident with the x axis and is linearly polarized along the z axis.
  • the magnetometer 20 also comprises a high frequency (HF) discharge system, comprising an HF generator 4 and surge coils 5, to supply the atoms of the atomic gas in an energized state where they are able to undergo the atomic transition when they are illuminated by the light beam, typically in the 2 3 S 1 metastable state.
  • HF high frequency
  • the magnetometer 20 When the magnetometer 20 is a magnetometer with parametric resonances, it also comprises an excitation system capable of being activated to induce radiofrequency fields for excitation of the parametric resonances.
  • This parametric resonance excitation system comprises a radiofrequency generator 8 which feeds HelmhoItz coils 7 of orthogonal axes which surround the cell in order to generate a magnetic field of excitation of the parametric resonances, also referred to as a radiofrequency field of excitation.
  • the magnetometer 20 further comprises a photodetector 6 arranged to receive the light beam having passed through the cell and a parametric resonance detection circuit 9 configured, when the magnetometer 20 is a parametric resonance magnetometer, to carry out detection synchronous with one harmonic. of each of the oscillation frequencies of an electric signal delivered by the photodetector and a detection synchronous to an inter-harmonic of the oscillation frequencies of the electric signal delivered by the photodetector.
  • the device 9 has three detection channels: a first Vx channel for detecting the signal at ⁇ / 2 ⁇ (x axis), a second Vy channel for detecting the signal at ⁇ / 2 ⁇ (y axis), and a third channel Vz for signal detection at ⁇ ⁇ ⁇ / 2 ⁇ (z axis).
  • the signal on each of the first and second channels Vx, Vy is first amplified and then filtered with a bandpass filter corresponding to the adequate central frequency (i.e. corresponding to that of the applied RF field).
  • the signal obtained is then multiplied by a reference signal and processed by a synchronous detector DSx, DSy.
  • the third channel Vz uses two synchronous detections in series, one at ⁇ / 2 ⁇ by means of the detector DSy of the second channel Vy and the other at ⁇ / 2 ⁇ by means of a synchronous detector DSz.
  • the magnetometer 20 also includes a field cancellation system capable of being activated to operate the magnetometer in zero field.
  • This system can take the form of a closed loop magnetometer servo circuit 10.
  • Such a control circuit comprises three control channels Wx, Wy, Wz each coupled to an output of a corresponding detection channel Vx, Vy, Vz.
  • Each of the servo channels Wx, Wy, Wz uses the output of the corresponding detection channel as an error signal to constantly readjust a compensation field.
  • Each of the control channels Wx, Wy, Wz comprises an integrator Ix, ly, Iz configured to deliver a compensation signal and a current generator GCx, GCy, GCz controlled by the compensation signal to inject current into one Helmholtz coils 7 in order to generate a compensating magnetic field BCx, BCy, BCz opposed to a component of the ambient field Bx, By, Bz.
  • the measurement of the currents flowing in the coils 7 makes it possible to deduce the fields which it is necessary to apply to cancel the different components of the ambient field, and therefore to have the value of these different components.
  • the magnetometer 20 is also provided with a circuit for generating reference magnetic fields and the measuring device (ie the network of magnetometers) comprises for its part a computer configured to control the magnetometers of the network and to determine the coupling coefficients. between them in accordance with the method which will be described later.
  • the reference magnetic field generation circuit may include a reference signal generator 11 connected to each of the HelmhoItz coils 7 in parallel with the circuit for connecting the coil to the generator 8 of the parameter resonance excitation system and to the circuit. closed loop magnetometer servo 10. This connection of the reference signal generator 11 to each of the HelmhoItz coils 7 can be made by means of a bias resistor of higher value than the impedance of the low frequency coil ( ⁇ kHz). The sum of the currents on the coil then makes it possible to keep the dynamics specific to the magnetometer unchanged, while generating the desired reference field.
  • the magnetic field measured at the level of a magnetometer integrates contributions from all of the other magnetometers.
  • the magnetic field B Gi generated by a magnetometer Mi induces a field B Mj at the level of a magnetometer M j (in reality on each of the measurement axes of the magnetometer Mj) according to a coupling coefficient
  • This operation uses the coils 7 of the magnetometers to generate, by means of the reference signal generator 11, magnetic fields of known amplitude. The resulting field is measured in turn by one of the magnetometers of the network, in order to establish the coupling matrix and its 3N x 3N coefficients.
  • the calibration operation comprises a first phase PI which comprises N iterations, each iteration using a different measurement magnetometer among the N magnetometers.
  • the N magnetometers are separated into N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated and a measuring magnetometer whose field cancellation system is activated.
  • the magnetometers are of the parametric resonance type, their system of excitation of the parametric resonances is activated during this first phase.
  • the measuring magnetometer operates in zero field and performs a measurement of the field (its field cancellation system is activated), while all the others do not measure and therefore do not compensate the field in their position (their system d field cancellation is deactivated), their role being limited to generating on their coils reference fields as well as, if necessary, the radiofrequencies corresponding to their usual operation (their system of excitation of the parametric resonances is activated).
  • Each iteration of the first phase PI comprises the following steps: o generation GENj, by each of the N magnetometers, of a plurality of reference magnetic fields of known amplitudes and of distinct directions, o measurement MESi, by the measurement magnetometer, the ambient magnetic field on a plurality of measurement axes; o determination CALCij of coupling coefficients between the measurement magnetometer and the N magnetometers, from said measurement of the ambient field and the known amplitudes of the reference fields.
  • the circuit for generating reference magnetic fields of each of the N magnetometers can thus be activated in such a way that each of the N magnetometers generates on each of these three axes (three distinct directions) a field of known amplitude reference. And during the MESi measurement step, the measurement magnetometer can measure the ambient magnetic field on each of its three measurement axes.
  • the determination CALCij of the coupling coefficients comprises the detection of a contribution of each of the reference magnetic fields in the measurement of the ambient magnetic field on one of the measurement axes. This detection is followed, for each reference magnetic fields, calculation of the coupling coefficient in the form of a ratio between the amplitude of said contribution of the reference magnetic field and the known amplitude of said reference magnetic field.
  • the measured coupling coefficients can, for each of the measurement axes, be normalized by the self-coupling of this axis, i.e. the ratio between the amplitude of the contribution on this axis of the reference field generated on this axis and l known amplitude of this reference field.
  • the coupling coefficients are symmetrical (i is coupled to j in the same way as j to i), it is possible to use the calculated coupling coefficients in both directions to identify possible problems in the process. calibration or to calculate only half of these coefficients.
  • the circuit for generating reference magnetic fields of each of the magnetometers can generate reference fields each carrying information specific to it (ie information specific to an axis of this magnetometer ), this information being able to be identified in the measurement of the ambient magnetic field carried out on one of the axes of the measurement magnetometer in order to isolate the contribution of the reference magnetic field carrying this information.
  • This information specific to a reference magnetic field can be a characteristic frequency
  • the reference signals generated by the signal generator 11 possibly being composed of sinusoids located at frequencies specific to each axis of each magnetometer. These frequencies can for example be chosen at harmonics corresponding to a high base frequency to the powers of a given number, or with f the base frequency and p said given number.
  • the characteristic frequencies are frequencies of 1, 2, 4, 8, 16, 32 ... Hz. This choice of characteristic frequencies offers the advantage that the presence of any harmonic not corresponding to a power of said given number constitutes a good means of diagnosis of an undesired inter-axis effect.
  • a first magnetometer can generate on its x axis a reference field B 1 sin (2 ⁇ t) on its y axis a reference field B 1 sin (2 ⁇ 2t) and on its z axis a reference field B 1 sin (2 ⁇ 4t), while a second magnetometer generates on its x axis a signal B 1 sin (2 ⁇ 8t,) on its y axis a reference field B 1 sin (2 ⁇ 16 t) and on its z axis a reference field B 1 sin (2 ⁇ 32 t), etc.
  • the detection of the contribution of a reference magnetic field in the measurement of the ambient magnetic field on one of the measurement axes of the measurement magnetometer can then comprise synchronous detection at the characteristic frequency of this reference field.
  • this information specific to an axis of a magnetometer can correspond to the duration of the high and low phases of reference signals taking the form of square waves.
  • the reference signals form an orthogonal basis such as that used in radio transmission techniques by spread spectrum, where each magnetometer signs its emission on one of its axes by a characteristic sequence of emission in different frequency bands, these bands being included in the signal band measurable by the magnetometers of the network.
  • the MESi measurement step is for example carried out sequentially on each of the axes of the measurement magnetometer, for example with a measurement first carried out according to a first axis of the measurement magnetometer for a time long enough to allow detection in a satisfactory manner.
  • the contribution of each of the reference magnetic fields in the measurement of the ambient magnetic field on this first axis for example to distinguish reference fields having similar characteristic frequencies.
  • a time of 10 seconds is thus largely sufficient to avoid any superposition of lines when the base frequency is as in the previous example of 1 Hz.
  • a similar procedure is then followed on the second axis, then on the third axis. of the measuring magnetometer.
  • the calibration method according to the invention can comprise a second phase P2 which also comprises N iterations, each iteration using, as illustrated by the CHANi block, a different measurement magnetometer among the N magnetometers.
  • the second phase can be implemented before or after the first phase.
  • it is possible to mix iterations of the first phase and iterations of the second phase for example by following an iteration of the first phase by an iteration of the second phase using the same measurement magnetometer.
  • the method according to the invention can comprise a second phase P2 identical to the first phase PI except in that, at each of its iterations, the system of excitation of the parametric resonances of the N-1 magnetometers other than the measurement magnetometer is deactivated.
  • the N magnetometers are separated into N-1 magnetometers whose excitation system is deactivated and the field cancellation system is deactivated and a measuring magnetometer whose system d The excitation is activated and the field cancellation system is activated.
  • this second phase comprises the following steps: generation GENSEj, by each of the N magnetometers, of a plurality of reference magnetic fields of known amplitudes and of distinct directions, o MESi measurement, by the measurement magnetometer, of the ambient magnetic field on a plurality of measurement axes; o determination CALCij * of coupling coefficients between the measurement magnetometer and the N magnetometers, from said measurement of the ambient field and the known amplitudes of the reference fields.
  • the coupling matrix obtained at the end of the second phase P2 does not take into account the misalignments of the axes resulting from the coupling between the radiofrequencies of the magnetometers other than the measurement one and the latter.
  • the coupling matrix determined in this second phase is used only for the calibration of the positions and orientations of the different magnetometers.
  • the nine coupling coefficients between two magnetometers can be used to establish the three angles and three distances between these two magnetometers as described for example in patent EP 3 343 240 B1.
  • a comparison between the matrices determined by each of the first and second phases also makes it possible to measure axis misalignments resulting from radiofrequency couplings.
  • the invention is not limited to the method described above but extends, as indicated above, to a magnetic field measuring device configured to allow the implementation of this method.
  • This apparatus comprises a computer and a network of N magnetometers where each magnetometer comprises a field cancellation system capable of being activated to operate the magnetometer in zero field.
  • the N magnetometers are in particular able to implement the following steps while they are separated into N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated and a measurement magnetometer whose field cancellation system is activated: o generation (GENj), by each of the N magnetometers, of a plurality of reference magnetic fields of known amplitudes and distinct directions, o measurement (MESi), by the measuring magnetometer, of the ambient magnetic field over a plurality of d 'measurement axes.
  • GENj o generation
  • MESi o measurement
  • the computer is in particular configured to detect a contribution of a reference magnetic field in the measurement of the ambient magnetic field on one measurement axes and for determining a coupling coefficient between the measurement magnetometer and one of the magnetometers by calculating a ratio between the amplitude of said contribution of the reference magnetic field and the known amplitude of said reference magnetic field.

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Abstract

The invention relates to a method for determining a coupling between magnetometers of an array of N magnetometers, for example optically pumped magnetometers, wherein each magnetometer comprises a field cancellation system capable of being activated such that the magnetometer operates in zero field. Said method comprises a first phase (P1) during which the N magnetometers are separated into N-1 magnetometers the field cancellation system of which is deactivated, and a measuring magnetometer the field cancellation system of which is activated. Said first phase comprises: - generating (GENj), by means of the magnetometers, a plurality of reference magnetic fields having known amplitudes and separate directions, - measuring (MESi), by means of the measuring magnetometer, the ambient magnetic field over a plurality of measurement axes; determining (CALCij) coupling coefficients between the measurement magnetometer and each of the N magnetometers from the measurement and the known amplitudes.

Description

RÉSEAU DE MAGNÉTOMÈTRES FONCTIONNANT EN CHAMP NUL ET PROCÉDÉ ASSOCIÉ DE CALIBRATION DES COUPLAGES INTER-MAGNÉTOMÈTRES NETWORK OF MAGNETOMETERS OPERATING IN ZERO FIELD AND ASSOCIATED PROCESS FOR CALIBRATION OF INTER-MAGNETOMETER COUPLINGS
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
Le domaine de l'invention est celui de l'imagerie des champs biomagnétiques, l'invention portant plus particulièrement sur les réseaux de magnétomètres vectoriels utilisés notamment en magnétocardiographie ou en magnétoencéphalographie. The field of the invention is that of the imaging of biomagnetic fields, the invention relating more particularly to vector magnetometer arrays used in particular in magnetocardiography or in magnetoencephalography.
TECHNIQUE ANTÉRIEURE PRIOR TECHNIQUE
L'imagerie des champs magnétiques générés par différents organes du corps humain, notamment le cœur et le cerveau, exploite des matrices de capteurs magnétiques (magnétomètres) pour identifier des informations pertinentes autant du point de vue de la recherche médicale que de celui du diagnostic de différentes pathologies. Ainsi, l'imagerie des courants cérébraux permet l'étude de la dynamique cérébrale rapide de manière non invasive. Elle sert également au diagnostic préopératoire de l'épilepsie, permettant de localiser les zones épileptogènes de manière nettement plus précise que l'électroencéphalographie. Imaging of magnetic fields generated by different organs of the human body, including the heart and brain, uses arrays of magnetic sensors (magnetometers) to identify relevant information both from the point of view of medical research and that of diagnosis. different pathologies. Thus, the imaging of cerebral currents allows the study of rapid cerebral dynamics in a non-invasive manner. It is also used for the preoperative diagnosis of epilepsy, making it possible to locate epileptogenic areas much more precisely than electroencephalography.
Pour réaliser une reconstruction des sources de champ magnétique (courants circulant dans le cœur ou dans le cerveau par exemple), il est nécessaire de disposer de mesures de champ magnétique selon un ou différents axes de mesure ainsi que de la position des capteurs qui les enregistrent. To perform a reconstruction of the magnetic field sources (currents circulating in the heart or in the brain for example), it is necessary to have magnetic field measurements along one or different measurement axes as well as the position of the sensors which record them. .
Actuellement, les techniques de magnétoencéphalographie mettent en œuvre souvent plusieurs centaines des capteurs magnétiques de type SQUID qui présentent des niveaux de bruits intrinsèques très réduits mais requièrent un refroidissement cryogénique pour fonctionner. Par ailleurs, ces techniques d'imagerie sont habituellement pratiquées à l'intérieur d'enceintes magnétiquement blindées pour s'affranchir des champs magnétiques extérieurs qui pourraient perturber les mesures. La taille de ces enceintes doit être suffisamment grande pour contenir le récipient cryogénique ce qui aboutit à des fortes contraintes de coût ainsi que sur l'architecture des bâtiments contenant ces dispositifs, contraintes qui nuisent à leur démocratisation. Currently, magnetoencephalography techniques often use several hundred SQUID-type magnetic sensors which have very low intrinsic noise levels but require cryogenic cooling to operate. Moreover, these imaging techniques are usually carried out inside magnetically shielded enclosures to overcome external magnetic fields which could disturb the measurements. The size of these enclosures should be large enough to accommodate the container cryogenic, which results in strong cost constraints as well as on the architecture of buildings containing these devices, constraints which are detrimental to their democratization.
Alternativement, il est possible d'utiliser des magnétomètres à pompage optique qui présentent des niveaux de bruits intrinsèques semblables mais qui n'ont pas besoin d'être refroidis. Ainsi les capteurs peuvent être disposés plus proches de la peau du patient ce qui permet d'améliorer l'amplitude des signaux ainsi que la résolution spatiale des mesures. Le blindage magnétique peut également être réduit, ce qui permet d'envisager une plus forte diffusion de ces techniques dans les centres hospitaliers. Alternatively, it is possible to use optically pumped magnetometers which exhibit similar intrinsic noise levels but which do not need to be cooled. Thus the sensors can be placed closer to the patient's skin, which makes it possible to improve the amplitude of the signals as well as the spatial resolution of the measurements. Magnetic shielding can also be reduced, which makes it possible to envisage a greater diffusion of these techniques in hospitals.
Par ailleurs, les magnétomètres à pompage optique permettent d'adapter la position des capteurs à la surface du corps de chaque patient en particulier. Cela est un avantage, mais requiert une calibration de la position des capteurs qui doit être répétée à chaque ajustement du réseau à la morphologie d'un nouveau patient. Il est donc important de pouvoir calibrer efficacement la position des différents magnétomètres les uns par rapport aux autres, ainsi que la position relative de ce réseau par rapport à des éléments de référence positionnés sur le patient. In addition, optically pumped magnetometers make it possible to adapt the position of the sensors to the surface of the body of each patient in particular. This is an advantage, but requires a calibration of the position of the sensors which must be repeated each time the network is adjusted to the morphology of a new patient. It is therefore important to be able to efficiently calibrate the position of the different magnetometers with respect to each other, as well as the relative position of this network with respect to reference elements positioned on the patient.
Une bonne partie des paramètres qui sont recherchés pour localiser et calibrer les magnétomètres à pompage optique (notamment le gain et la linéarité) peuvent être stabilisés (au lieu de devoir être mesurés en continu) par une opération des magnétomètres en boucle fermée, c'est-à-dire en rétroagissant sur les bobines de chaque magnétomètre pour créer des champs dits de compensation de manière à ce que chaque magnétomètre opère dans un champ magnétique total (champ ambiant + champ de compensation) nul selon ses différents axes de mesure. Ce mode d'opération en boucle fermée a été utilisé pour des mesures de magnétocardiographie et magnétoencéphalographie comme cela est par exemple rapporté dans la publication suivante : E. Labyt et al., « Magnetoencephalography With Optically Pumped 4He Magnetometers at Ambient Température », IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 38, n° 1, p. 90-98, janv. 2019. Many of the parameters that are sought after to locate and calibrate optically pumped magnetometers (including gain and linearity) can be stabilized (instead of having to be continuously measured) by closed loop magnetometers operation, that is that is to say by retroacting on the coils of each magnetometer to create so-called compensation fields so that each magnetometer operates in a total magnetic field (ambient field + compensation field) zero along its different measurement axes. This closed-loop mode of operation has been used for magnetocardiography and magnetoencephalography measurements as is for example reported in the following publication: E. Labyt et al., “Magnetoencephalography With Optically Pumped 4 He Magnetometers at Ambient Temperature”, IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 38, n ° 1, p. 90-98, Jan 2019.
Cependant, cette publication met uniquement en œuvre deux capteurs situés suffisamment loin l'un de l'autre pour ne pas être affectés de façon significative par les champs de compensation de l'autre capteur. Or dans le but de réaliser des mesures médicales utiles, il est nécessaire de mettre en œuvre plusieurs dizaines voire centaines de ces capteurs, ce qui oblige à les rapprocher les uns des autres. Un effet indésirable qui apparaît alors est celui d'un couplage entre magnétomètres disposés proches les uns des autres qui sont les uns sujets aux champs de compensation des autres. Ainsi, il n'est plus possible d'obtenir la valeur du champ magnétique préexistant à l'opération des magnétomètres à partir d'une simple lecture des sorties des capteurs. However, this publication only implements two sensors located sufficiently far from each other not to be significantly affected by the compensation fields of the other sensor. However in order to carry out measurements useful medical devices, it is necessary to use several tens or even hundreds of these sensors, which makes it necessary to bring them closer to each other. An undesirable effect which then appears is that of a coupling between magnetometers arranged close to each other which are each subject to the compensation fields of the other. Thus, it is no longer possible to obtain the value of the magnetic field existing before the operation of the magnetometers from a simple reading of the outputs of the sensors.
Des procédures permettent toutefois de récupérer ces valeurs de champ à partir de la lecture des sorties des capteurs et d'une matrice qui traduit les couplages entre les différentes bobines de compensation et les magnétomètres du réseau. La demande de brevet EP 3 299831 Al décrit ainsi une manière de corriger les couplages dans un réseau de magnétomètres opérant en boucle fermée, ainsi qu'une technique de détermination de la matrice de couplage qui peut être déclinée en deux variantes : l'une consiste à mesurer les couplages avec tous les magnétomètres opérant en boucle ouverte, l'autre de les mesurer avec les différents magnétomètres opérant successivement en boucle fermée. However, procedures make it possible to recover these field values from the reading of the outputs of the sensors and from a matrix which reflects the couplings between the various compensation coils and the magnetometers of the network. Patent application EP 3 299831 A1 thus describes a way of correcting the couplings in a network of magnetometers operating in a closed loop, as well as a technique for determining the coupling matrix which can be broken down into two variants: one consists of to measure the couplings with all the magnetometers operating in open loop, the other to measure them with the different magnetometers operating successively in closed loop.
La première de ces méthodes (calibration en boucle ouverte) aboutit aux vrais coefficients de couplage uniquement dans le cas où les opérations sont menées dans un environnement où les champs résiduels sont quasiment nuis. Or les inventeurs ont pu observer expérimentalement que la présence de champs de quelques nanotesla aboutit à la mesure de couplages importants (jusqu'à 17%) là où les couplages réels sont inférieurs à 1%. Cet artefact semble provenir d'un effet de deuxième ordre par lequel les magnétomètres à résonance paramétrique et à effet Hanle sont sensibles non seulement aux champs selon leurs axes de mesure nominaux (par exemple Bz pour l'axe z), mais également à de termes croisés tels que Bx.By. The first of these methods (open loop calibration) results in true coupling coefficients only in the case where the operations are carried out in an environment where the residual fields are almost harmful. Now, the inventors have been able to observe experimentally that the presence of fields of a few nanotesla leads to the measurement of large couplings (up to 17%) where the real couplings are less than 1%. This artefact seems to come from a second order effect whereby parametric resonance and Hanle effect magnetometers are sensitive not only to fields along their nominal measurement axes (e.g. B z for the z axis), but also to many cross terms such as B x. B y .
Par ailleurs, pour le cas des magnétomètres à résonances paramétriques et ainsi qu'il est décrit dans le brevet susmentionné, le couplage entre les bobines d'un capteur et l'élément sensible d'un autre capteur proche du premier aboutit également à un inconvénient supplémentaire. Dans cette configuration de magnétomètre, des champs radiofréquence sont appliqués selon un ou plusieurs axes du capteur qui définissent les axes géométriques selon lesquels sont mesurées les différentes composantes du champ magnétique. Les couplages entre deux magnétomètres dont les axes ne sont pas orientés de la même façon aboutit donc à une modification de leurs axes de mesure respectifs ce qui peut avoir un impact très négatif sur la justesse de la reconstruction des sources de champ magnétique. Furthermore, in the case of parametric resonance magnetometers and as described in the aforementioned patent, the coupling between the coils of a sensor and the sensitive element of another sensor close to the first also results in a drawback. additional. In this magnetometer configuration, radiofrequency fields are applied along one or more axes of the sensor which define the geometric axes along which the different components of the field are measured. magnetic. Couplings between two magnetometers whose axes are not oriented in the same way therefore results in a modification of their respective measurement axes, which can have a very negative impact on the accuracy of the reconstruction of the magnetic field sources.
EXPOSÉ DE L'INVENTION DISCLOSURE OF THE INVENTION
L'invention vise à proposer une méthode de détermination des couplages entre les différents magnétomètres d'un réseau de magnétomètres à pompage optique, par exemple à effet Hanle ou à résonances paramétriques, méthode qui s'affranchisse des inconvénients susmentionnés. The invention aims to propose a method for determining the couplings between the different magnetometers of an array of optically pumped magnetometers, for example with Hanle effect or with parametric resonances, a method which is freed from the aforementioned drawbacks.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de détermination d'un couplage entre magnétomètres d'un réseau de N magnétomètres où chaque magnétomètre comprend un système d'annulation de champ apte à être activé pour faire fonctionner le magnétomètre en champ nul. Ce procédé comprend une première phase au cours de laquelle les N magnétomètres sont séparés en N-1 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé et un magnétomètre de mesure dont le système d'annulation de champ est activé. Cette première phase comprend les étapes suivantes : o génération, par chacun des N magnétomètres (i.e. le magnétomètre de mesure et les N61 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé), d'une pluralité de champs magnétiques de référence d'amplitudes connues et de directions distinctes, o mesure, par le magnétomètre de mesure, du champ magnétique ambiant sur une pluralité d'axes de mesure ; o détermination de coefficients de couplage entre le magnétomètre de mesure et chacun des N magnétomètres (i.e. chacun du magnétomètre de mesure et des N61 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé), ladite détermination comprenant : To this end, the invention relates to a method for determining a coupling between magnetometers of a network of N magnetometers where each magnetometer comprises a field cancellation system capable of being activated to make the magnetometer operate in zero field. This method comprises a first phase during which the N magnetometers are separated into N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated and a measuring magnetometer whose field cancellation system is activated. This first phase comprises the following steps: o generation, by each of the N magnetometers (ie the measurement magnetometer and the N61 magnetometers whose field cancellation system is deactivated), of a plurality of reference magnetic fields of amplitudes known and of distinct directions, o measurement, by the measurement magnetometer, of the ambient magnetic field on a plurality of measurement axes; o determination of coupling coefficients between the measurement magnetometer and each of the N magnetometers (i.e. each of the measurement magnetometer and of the N61 magnetometers whose field cancellation system is deactivated), said determination comprising:
■ la détection d'une contribution d'un champ magnétique de référence dans la mesure du champ magnétique ambiant sur l'un des axes de mesure ; ■ le calcul d'un ratio entre l'amplitude de ladite contribution du champ magnétique de référence et l'amplitude connue dudit champ magnétique de référence. ■ the detection of a contribution of a reference magnetic field in the measurement of the ambient magnetic field on one of the measurement axes; ■ calculating a ratio between the amplitude of the contribution of the reference magnetic field and the known magnitude of said reference magnetic field.
Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants : lesdites étapes de la première phase sont réitérées N en adoptant à chaque itération un nouveau magnétomètre du réseau en tant que magnétomètre de mesure ; chaque champ magnétique de référence est porteur d'une information qui lui est propre et la détection d'une contribution d'un champ magnétique de référence comprend l'identification de l'information propre audit champ magnétique de référence ; l'information propre à un champ magnétique de référence est une fréquence caractéristique, par exemple une fréquence de base élevée à une puissance d'un nombre donné ; les magnétomètres sont des magnétomètres à résonance paramétriques qui comprennent chacun un système d'excitation apte à être activé pour induire des champs radiofréquence d'excitation des résonances paramétriques et au cours de la première phase ledit système d'excitation des N magnétomètres est activé ; il comprend une deuxième phase identique à la première phase (PI) sauf en ce que le système d'excitation des N-1 magnétomètres autres que le magnétomètre de mesure est désactivé ; la deuxième phase comporte N itérations, chaque itération utilisant un magnétomètre de mesure différent parmi les N magnétomètres. Certain preferred but non-limiting aspects of this method are as follows: said steps of the first phase are reiterated N by adopting at each iteration a new magnetometer of the network as measurement magnetometer; each reference magnetic field carries information specific to it and the detection of a contribution from a reference magnetic field comprises identifying information specific to said reference magnetic field; the information specific to a reference magnetic field is a characteristic frequency, for example a base frequency raised to a power of a given number; the magnetometers are parametric resonance magnetometers which each comprise an excitation system capable of being activated to induce radiofrequency fields of excitation of the parametric resonances and during the first phase said excitation system of the N magnetometers is activated; it comprises a second phase identical to the first phase (PI) except in that the excitation system of the N-1 magnetometers other than the measurement magnetometer is deactivated; the second phase comprises N iterations, each iteration using a different measurement magnetometer among the N magnetometers.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma d'un magnétomètre appartenant à un réseau de magnétomètres selon l'invention ; la figure 2 est un schéma illustrant différentes étapes d'un procédé de calibration conforme à l'invention. Other aspects, aims, advantages and characteristics of the invention will become more apparent on reading the following detailed description of preferred embodiments thereof, given by way of non-limiting example, and made with reference to the accompanying drawings. in which: FIG. 1 is a diagram of a magnetometer belonging to a network of magnetometers according to the invention; FIG. 2 is a diagram illustrating different steps of a calibration method in accordance with the invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
L'invention porte sur un appareil de mesure de champ magnétique, plus particulièrement un appareil doté de N (entier naturel au moins égal à deux) magnétomètres vectoriels agencés en réseau. Cet appareil trouve en particulier application dans le domaine médical pour l'imagerie des champs biomagnétiques, notamment en magnétoencéphalographie ou en magnétocardiographie. The invention relates to a magnetic field measuring apparatus, more particularly an apparatus having N (natural integer at least equal to two) vector magnetometers arranged in an array. This device finds application in particular in the medical field for the imaging of biomagnetic fields, in particular in magnetoencephalography or in magnetocardiography.
L'invention porte plus particulièrement sur un appareil configuré pour permettre la mise en œuvre du procédé de calibration des magnétomètres décrit ci-après. Ce procédé permet d'estimer l'impact de la mise en réseau des magnétomètres, en venant mesurer la perturbation que le fonctionnement de l'un des magnétomètres vient introduire à la mesure réalisée par un autre magnétomètre. The invention relates more particularly to an apparatus configured to allow the implementation of the method for calibrating magnetometers described below. This method makes it possible to estimate the impact of the networking of the magnetometers, by measuring the disturbance that the operation of one of the magnetometers introduces to the measurement carried out by another magnetometer.
Pour appliquer ce procédé, ainsi que plus généralement pour pouvoir opérer avec succès un réseau de magnétomètres en boucle fermée, il est préférable que les magnétomètres de ce réseau soient capables de mesurer les trois composantes du champ magnétique. En effet, dans le cas contraire, une opération en boucle fermée ne permet pas de garantir l'absence de champ résiduel en tout magnétomètre du réseau, condition nécessaire à une mesure des couplages exempte des artefacts qui ont été décrits plus haut. To apply this method, as well as more generally to be able to successfully operate a closed loop magnetometer network, it is preferable for the magnetometers of this network to be capable of measuring the three components of the magnetic field. In fact, in the opposite case, a closed loop operation does not make it possible to guarantee the absence of a residual field in any magnetometer of the network, a necessary condition for a measurement of the couplings free from the artifacts which have been described above.
Sans que cela soit limitatif de l'invention, les magnétomètres du réseau sont de préférence des magnétomètres à pompage optique, par exemple des magnétomètres à effet Hanle ou des magnétomètres à résonances paramétriques. Without limiting the invention, the magnetometers of the network are preferably optically pumped magnetometers, for example Hanle effect magnetometers or parametric resonance magnetometers.
La description qui suit prend ainsi l'exemple des magnétomètres à pompage optique. En référence à la figure 1, chacun des magnétomètres 20 du réseau comprend une cellule 1 remplie d'un gaz atomique, par exemple de l'hélium-4 ou un gaz alcalin, soumis à un champ magnétique ambiant dont la projection sur trois axes de coordonnées rectangulaires x, y, z définit trois composantes. Le champ magnétique ambiant se décompose ainsi en trois composantes Bx, By et Bz chacune selon l'un des axes de mesure du magnétomètre x, y et z. The following description thus takes the example of optically pumped magnetometers. With reference to FIG. 1, each of the magnetometers 20 of the network comprises a cell 1 filled with an atomic gas, for example helium-4 or an alkaline gas, subjected to an ambient magnetic field whose projection on three axes of rectangular coordinates x, y, z defines three components. The ambient magnetic field is thus breaks down into three components Bx, By and Bz each along one of the measurement axes of the magnetometer x, y and z.
La cellule 1 est éclairée par une source de pompage optique 2, 3 agencée pour émettre en direction de la cellule 1 un faisceau de lumière, par exemple un faisceau laser, accordé à une longueur d'onde de pompage (ce faisceau est ainsi également désigné par faisceau de pompe). La longueur d'onde de pompage est calée sur une raie de transition atomique, par exemple sur la raie Do à 1083 nm dans le cas de l'hélium-4. Le faisceau de lumière peut être émis par une source laser 2 et être polarisé linéairement au moyen d'un polariseur rectiligne 3 intercalé entre la source laser 2 et la cellule 1 ou directement intégré à la source laser 2. Le faisceau de lumière se propage selon une direction de propagation confondue avec l'axe x et est polarisé linéairement selon l'axe z. Cell 1 is illuminated by an optical pumping source 2, 3 arranged to emit in the direction of cell 1 a beam of light, for example a laser beam, tuned to a pump wavelength (this beam is thus also designated by pump harness). The pumping wavelength is set on an atomic transition line, for example on the Do line at 1083 nm in the case of helium-4. The light beam can be emitted by a laser source 2 and be linearly polarized by means of a rectilinear polarizer 3 interposed between the laser source 2 and the cell 1 or directly integrated into the laser source 2. The light beam propagates according to a direction of propagation coincident with the x axis and is linearly polarized along the z axis.
Dans le cas où l'élément sensible est l'hélium-4, le magnétomètre 20 comporte par ailleurs un système de décharge haute fréquence (HF), comprenant un générateur HF 4 et des bobines de surtension 5, pour amener les atomes du gaz atomique dans un état énergisé où ils sont aptes à subir la transition atomique lorsqu'ils sont éclairés par le faisceau de lumière, typiquement dans l'état métastable 23S1. In the case where the sensitive element is helium-4, the magnetometer 20 also comprises a high frequency (HF) discharge system, comprising an HF generator 4 and surge coils 5, to supply the atoms of the atomic gas in an energized state where they are able to undergo the atomic transition when they are illuminated by the light beam, typically in the 2 3 S 1 metastable state.
Lorsque le magnétomètre 20 est un magnétomètre à résonances paramétriques, il comprend également un système d'excitation apte à être activé pour induire des champs radiofréquence d'excitation des résonances paramétriques. Ce système d'excitation des résonances paramétriques comporte un générateur de radiofréquence 8 qui alimente des bobines d'HelmhoItz 7 d'axes orthogonaux qui entourent la cellule afin de générer un champ magnétique d'excitation des résonances paramétriques, également désigné par champ radiofréquence d'excitation. Ce circuit d'excitation vient plus particulièrement générer un champ magnétique radiofréquence présentant deux composantes orthogonales à la direction de polarisation et oscillant chacune à sa propre fréquence d'oscillation, à savoir une composante Bωcosω t selon l'axe x oscillant à la pulsation w (avec par exemple w=2p.3000 kHz) et une composante BΩcosΩ t selon l'axe y oscillant à la pulsation W (avec par exemple W=2p.16 kHz). Ces composantes conduisent à des résonances à chacune des fréquences d'oscillation Ω/2 π, ω/2 π et à un inter-harmonique des fréquences d'oscillation (ω ± Ω)/2 π, ces résonances étant associées aux valeurs du champ ambiant dans les directions x, y et z respectivement. When the magnetometer 20 is a magnetometer with parametric resonances, it also comprises an excitation system capable of being activated to induce radiofrequency fields for excitation of the parametric resonances. This parametric resonance excitation system comprises a radiofrequency generator 8 which feeds HelmhoItz coils 7 of orthogonal axes which surround the cell in order to generate a magnetic field of excitation of the parametric resonances, also referred to as a radiofrequency field of excitation. This excitation circuit more particularly generates a radiofrequency magnetic field having two components orthogonal to the direction of polarization and each oscillating at its own oscillation frequency, namely a component B ω cos ω t along the x axis oscillating at the pulsation w (with for example w = 2p.3000 kHz) and a component B Ω cos Ω t along the y axis oscillating at the pulsation W (with for example W = 2p.16 kHz). These components lead to resonances at each of the oscillation frequencies Ω / 2 π, ω / 2 π and to an inter-harmonic oscillation frequencies (ω ± Ω) / 2 π, these resonances being associated with the values of the ambient field in the x, y and z directions respectively.
Le magnétomètre 20 comprend par ailleurs un photodétecteur 6 agencé pour recevoir le faisceau de lumière ayant traversé la cellule et un circuit de détection de résonances paramétriques 9 configuré, lorsque le magnétomètre 20 est un magnétomètre à résonances paramétriques, pour réaliser une détection synchrone à un harmonique de chacune des fréquences d'oscillation d'un signal électrique délivré par le photodétecteur et une détection synchrone à un inter-harmonique des fréquences d'oscillation du signal électrique délivré par le photodétecteur. Le dispositif 9 comporte trois voies de détection : une première voie Vx pour la détection du signal à Ω/2π (axe x), une second voie Vy pour la détection du signal à ω/2π (axe y), et une troisième voie Vz pour la détection du signal à Ω±ω/2 π (axe z). Le signal sur chacune des première et deuxième voies Vx, Vy est d'abord amplifié puis filtré avec un filtre passe-bande correspondant à la fréquence centrale adéquate (i.e. correspondant à celle du champ RF appliqué). Le signal obtenu est alors multiplié par un signal de référence et traité par un détecteur synchrone DSx, DSy. La troisième voie Vz utilise deux détections synchrones en série, l'une à ω/2π au moyen du détecteur DSy de la deuxième voie Vy et l'autre à Ω/2π au moyen d'un détecteur synchrone DSz. The magnetometer 20 further comprises a photodetector 6 arranged to receive the light beam having passed through the cell and a parametric resonance detection circuit 9 configured, when the magnetometer 20 is a parametric resonance magnetometer, to carry out detection synchronous with one harmonic. of each of the oscillation frequencies of an electric signal delivered by the photodetector and a detection synchronous to an inter-harmonic of the oscillation frequencies of the electric signal delivered by the photodetector. The device 9 has three detection channels: a first Vx channel for detecting the signal at Ω / 2π (x axis), a second Vy channel for detecting the signal at ω / 2π (y axis), and a third channel Vz for signal detection at Ω ± ω / 2 π (z axis). The signal on each of the first and second channels Vx, Vy is first amplified and then filtered with a bandpass filter corresponding to the adequate central frequency (i.e. corresponding to that of the applied RF field). The signal obtained is then multiplied by a reference signal and processed by a synchronous detector DSx, DSy. The third channel Vz uses two synchronous detections in series, one at ω / 2π by means of the detector DSy of the second channel Vy and the other at Ω / 2π by means of a synchronous detector DSz.
Le magnétomètre 20 comprend également un système d'annulation de champ apte à être activé pour faire fonctionner le magnétomètre en champ nul. Ce système peut prendre la forme d'un circuit d'asservissement 10 du magnétomètre en boucle fermée. Un tel circuit d'asservissement comprend trois voies d'asservissement Wx, Wy, Wz chacune couplée à une sortie d'une voie de détection correspondante Vx, Vy, Vz. Chacune des voies d'asservissement Wx, Wy, Wz exploite la sortie de la voie de détection correspondante en tant que signal d'erreur pour venir constamment réajuster un champ de compensation. Chacune des voies d'asservissement Wx, Wy, Wz comprend un intégrateur Ix, ly, Iz configuré pour délivrer un signal de compensation et un générateur de courant GCx, GCy, GCz piloté par le signal de compensation pour injecter du courant dans l'une des bobines de Helmholtz 7 afin de générer un champ magnétique de compensation BCx, BCy, BCz opposé à une composante du champ ambiant Bx, By, Bz. La mesure des courants circulant dans les bobines 7 permet de déduire les champs qu'il est nécessaire d'appliquer pour annuler les différentes composantes du champ ambiant, et donc de disposer de la valeur de ces différentes composantes. The magnetometer 20 also includes a field cancellation system capable of being activated to operate the magnetometer in zero field. This system can take the form of a closed loop magnetometer servo circuit 10. Such a control circuit comprises three control channels Wx, Wy, Wz each coupled to an output of a corresponding detection channel Vx, Vy, Vz. Each of the servo channels Wx, Wy, Wz uses the output of the corresponding detection channel as an error signal to constantly readjust a compensation field. Each of the control channels Wx, Wy, Wz comprises an integrator Ix, ly, Iz configured to deliver a compensation signal and a current generator GCx, GCy, GCz controlled by the compensation signal to inject current into one Helmholtz coils 7 in order to generate a compensating magnetic field BCx, BCy, BCz opposed to a component of the ambient field Bx, By, Bz. The measurement of the currents flowing in the coils 7 makes it possible to deduce the fields which it is necessary to apply to cancel the different components of the ambient field, and therefore to have the value of these different components.
Le magnétomètre 20 est par ailleurs doté d'un circuit de génération de champs magnétiques de référence et l'appareil de mesure (i.e. le réseau de magnétomètres) comporte quant à lui un calculateur configuré pour piloter les magnétomètres du réseau et déterminer des coefficients de couplage entre ceux-ci conformément au procédé qui sera décrit par la suite. Le circuit de génération de champs magnétiques de référence peut comprendre un générateur de signaux de référence 11 connecté à chacune des bobines d'HelmhoItz 7 en parallèle du circuit de connexion de la bobine au générateur 8 du système d'excitation des résonances paramètres et au circuit d'asservissement 10 du magnétomètre en boucle fermée. Cette connexion du générateur de signaux de référence 11 à chacune des bobines d'HelmhoItz 7 peut être réalisée par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation de valeur plus élevée que l'impédance de la bobine à basse fréquence (< kHz). La somme des courants sur la bobine permet alors de garder inchangée la dynamique propre au magnétomètre, tout en générant le champ de référence voulu. The magnetometer 20 is also provided with a circuit for generating reference magnetic fields and the measuring device (ie the network of magnetometers) comprises for its part a computer configured to control the magnetometers of the network and to determine the coupling coefficients. between them in accordance with the method which will be described later. The reference magnetic field generation circuit may include a reference signal generator 11 connected to each of the HelmhoItz coils 7 in parallel with the circuit for connecting the coil to the generator 8 of the parameter resonance excitation system and to the circuit. closed loop magnetometer servo 10. This connection of the reference signal generator 11 to each of the HelmhoItz coils 7 can be made by means of a bias resistor of higher value than the impedance of the low frequency coil (<kHz). The sum of the currents on the coil then makes it possible to keep the dynamics specific to the magnetometer unchanged, while generating the desired reference field.
Du fait de la mise en réseau des magnétomètres et en utilisation usuelle de ce réseau, le champ magnétique mesuré au niveau d'un magnétomètre intègre des contributions de l'ensemble des autres magnétomètres. Ainsi, le champ magnétique BGi généré par un magnétomètre Mi (en réalité par une bobine du magnétomètre M,) induit un champ BMj au niveau d'un magnétomètre Mj (en réalité sur chacun des axes de mesure du magnétomètre Mj) selon un coefficient de couplage Due to the networking of magnetometers and in usual use of this network, the magnetic field measured at the level of a magnetometer integrates contributions from all of the other magnetometers. Thus, the magnetic field B Gi generated by a magnetometer Mi (in reality by a coil of the magnetometer M,) induces a field B Mj at the level of a magnetometer M j (in reality on each of the measurement axes of the magnetometer Mj) according to a coupling coefficient
On cherche à déterminer, lors d'une opération de calibration préalable à une utilisation usuelle du réseau de magnétomètres, une matrice de couplage constitué des différents coefficients de couplage. Cette matrice est de taille 3N x 3N, où N correspond au nombre de magnétomètres dans le réseau et le chiffre 3 illustre les trois axes des magnétomètres. On a ainsi BMj = Σi Cij. BGi, avec les indices i et j variant de 1 à 3N, chaque composante d'un champ généré par un magnétomètre étant vue sur chacun des axes de mesure des magnétomètres (on a ainsi trois mesures BMj intégrant chacune la contribution de chacun des trois champs BGi). An attempt is made to determine, during a calibration operation prior to usual use of the magnetometer network, a coupling matrix made up of the various coupling coefficients. This matrix is of size 3N x 3N, where N corresponds to the number of magnetometers in the network and the number 3 illustrates the three axes of the magnetometers. We thus have B Mj = Σ i C ij . B Gi , with the indices i and j varying from 1 to 3N, each component of a field generated by a magnetometer being seen on each of the measurement axes of the magnetometers (there are thus three measurements B Mj each integrating the contribution of each of the three fields B Gi ).
Lors d'une phase de mesure ultérieure à cette phase de calibration, il est possible, en ayant recours à une inversion de la matrice de couplage, de remonter pour chaque magnétomètre au champ magnétique réel, tel qu'il serait mesuré en l'absence du réseau. During a measurement phase subsequent to this calibration phase, it is possible, by resorting to an inversion of the coupling matrix, to return for each magnetometer to the real magnetic field, as it would be measured in the absence network.
Les différentes étapes de cette opération de calibration sont décrites par la suite en référence à la figure 2. Cette opération exploite les bobines 7 des magnétomètres pour venir générer, au moyen du générateur de signaux de référence 11, des champs magnétiques d'amplitude connue. Le champ résultant est tour à tour mesuré par l'un des magnétomètres du réseau, afin d'établir la matrice de couplage et ses 3N x 3N coefficients. The various steps of this calibration operation are described below with reference to FIG. 2. This operation uses the coils 7 of the magnetometers to generate, by means of the reference signal generator 11, magnetic fields of known amplitude. The resulting field is measured in turn by one of the magnetometers of the network, in order to establish the coupling matrix and its 3N x 3N coefficients.
L'opération de calibration comprend une première phase PI qui comporte N itérations, chaque itération utilisant un magnétomètre de mesure différent parmi les N magnétomètres. The calibration operation comprises a first phase PI which comprises N iterations, each iteration using a different measurement magnetometer among the N magnetometers.
Au cours de chaque itération de la première phase PI, les N magnétomètres sont séparés en N-1 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé et un magnétomètre de mesure dont le système d'annulation de champ est activé. Lorsque les magnétomètres sont du type à résonances paramétriques, leur système d'excitation des résonances paramétriques est activé au cours de cette première phase. Ainsi, le magnétomètre de mesure fonctionne en champ nul et réalise une mesure du champ (son système d'annulation de champ est activé), tandis que tous les autres ne mesurent pas et ne compensent donc pas le champ en leur position (leur système d'annulation de champ est désactivé), leur rôle se cantonnant à générer sur leurs bobines des champs de référence ainsi que le cas échéant les radiofréquences correspondantes à leur fonctionnement habituel (leur système d'excitation des résonances paramétriques est activée). During each iteration of the first phase PI, the N magnetometers are separated into N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated and a measuring magnetometer whose field cancellation system is activated. When the magnetometers are of the parametric resonance type, their system of excitation of the parametric resonances is activated during this first phase. Thus, the measuring magnetometer operates in zero field and performs a measurement of the field (its field cancellation system is activated), while all the others do not measure and therefore do not compensate the field in their position (their system d field cancellation is deactivated), their role being limited to generating on their coils reference fields as well as, if necessary, the radiofrequencies corresponding to their usual operation (their system of excitation of the parametric resonances is activated).
Cette manière d'opérer avec le magnétomètre de mesure en boucle fermée garantit que la caractérisation des couplages est réalisée avec ce magnétomètre de mesure opérant en champ nul selon ses trois axes de mesure, ce qui évite l'apparition de nombreux artefacts procédant d'effets inter-axes qui sont nuisibles à la caractérisation des couplages. Par ailleurs, le fait que les circuits d'excitation des résonances paramétriques soient activés au cours de cette caractérisation des couplages permet de mesurer ces couplages en prenant en compte les éventuels désalignements des axes de mesure résultant des couplages entre les radio-fréquences des différents magnétomètres lorsque ceux-ci sont du type à résonances paramétriques. Ces désalignements sont également présents pendant l'opération du réseau de capteurs et il est donc nécessaire de les prendre en compte dans la détermination de la matrice de couplage. This way of operating with the closed-loop measurement magnetometer guarantees that the characterization of the couplings is carried out with this measurement magnetometer operating in zero field according to its three measurement axes, which avoids the appearance of numerous artifacts resulting from effects. inter-axes which are detrimental to the characterization couplings. Moreover, the fact that the excitation circuits of the parametric resonances are activated during this characterization of the couplings makes it possible to measure these couplings by taking into account any misalignments of the measurement axes resulting from the couplings between the radio frequencies of the different magnetometers. when these are of the type with parametric resonances. These misalignments are also present during the operation of the sensor array and it is therefore necessary to take them into account in determining the coupling matrix.
Chaque itération de la première phase PI comprend les étapes suivantes : o génération GENj, par chacun des N magnétomètres, d'une pluralité de champs magnétiques de référence d'amplitudes connues et de directions distinctes, o mesure MESi, par le magnétomètre de mesure, du champ magnétique ambiant sur une pluralité d'axes de mesure ; o détermination CALCij de coefficients de couplage entre le magnétomètre de mesure et les N magnétomètres, à partir de ladite mesure du champ ambiant et des amplitudes connues des champs de référence. Each iteration of the first phase PI comprises the following steps: o generation GENj, by each of the N magnetometers, of a plurality of reference magnetic fields of known amplitudes and of distinct directions, o measurement MESi, by the measurement magnetometer, the ambient magnetic field on a plurality of measurement axes; o determination CALCij of coupling coefficients between the measurement magnetometer and the N magnetometers, from said measurement of the ambient field and the known amplitudes of the reference fields.
Au cours de l'étape de génération GENj, le circuit de génération de champs magnétiques de référence de chacun des N magnétomètres peut ainsi être activé de telle manière que chacun des N magnétomètres génère sur chacun de ces trois axes (trois directions distinctes) un champ de référence d'amplitude connue. Et au cours de l'étape de mesure MESi, le magnétomètre de mesure peut venir mesurer le champ magnétique ambiant sur chacun de ses trois axes de mesure. During the generation step GENj, the circuit for generating reference magnetic fields of each of the N magnetometers can thus be activated in such a way that each of the N magnetometers generates on each of these three axes (three distinct directions) a field of known amplitude reference. And during the MESi measurement step, the measurement magnetometer can measure the ambient magnetic field on each of its three measurement axes.
Il peut arriver que l'amplitude d'un champ de référence soit trop forte et provoque des effets indésirables comme par exemple des courants de Foucault dans des éléments métalliques situés à proximité du réseau. Il est alors possible de décroître cette amplitude, par exemple d'un ordre de grandeur par rapport à l'amplitude des autres champs de référence, puis de prendre en compte cette réduction lors du calcul des coefficients de couplage. It can happen that the amplitude of a reference field is too strong and causes undesirable effects such as eddy currents in metallic elements located near the network. It is then possible to decrease this amplitude, for example by an order of magnitude with respect to the amplitude of the other reference fields, then to take this reduction into account when calculating the coupling coefficients.
La détermination CALCij des coefficients de couplage comprend la détection d'une contribution de chacun des champs magnétiques de référence dans la mesure du champ magnétique ambiant sur l'un des axes de mesure. Cette détection est suivie, pour chacun des champs magnétiques de référence, du calcul du coefficient de couplage sous la forme d'un ratio entre l'amplitude de ladite contribution du champ magnétique de référence et l'amplitude connue dudit champ magnétique de référence. Les coefficients de couplage mesurés peuvent, pour chacun des axes de mesure, être normalisés par l'auto-couplage de de cet axe, i.e. le ratio entre l'amplitude de la contribution sur cet axe du champ de référence généré sur cet axe et l'amplitude connue de ce champ de référence. The determination CALCij of the coupling coefficients comprises the detection of a contribution of each of the reference magnetic fields in the measurement of the ambient magnetic field on one of the measurement axes. This detection is followed, for each reference magnetic fields, calculation of the coupling coefficient in the form of a ratio between the amplitude of said contribution of the reference magnetic field and the known amplitude of said reference magnetic field. The measured coupling coefficients can, for each of the measurement axes, be normalized by the self-coupling of this axis, i.e. the ratio between the amplitude of the contribution on this axis of the reference field generated on this axis and l known amplitude of this reference field.
Etant donné que les coefficients de couplages sont symétriques (i est couplé à j de la même manière que j à i), il est possible d'utiliser les coefficients de couplage calculés dans les deux sens pour identifier d'éventuels problèmes dans le procédé de calibration ou encore de ne calculer que la moitié de ces coefficients. Since the coupling coefficients are symmetrical (i is coupled to j in the same way as j to i), it is possible to use the calculated coupling coefficients in both directions to identify possible problems in the process. calibration or to calculate only half of these coefficients.
Lors de l'étape de génération GENij, le circuit de génération de champs magnétiques de référence de chacun des magnétomètres peut venir générer des champs de référence chacun porteur d'une information qui lui est propre (i.e. une information propre à un axe de ce magnétomètre), cette information pouvant être identifiée dans la mesure du champ magnétique ambiant réalisée sur l'un des axes du magnétomètre de mesure afin d'isoler la contribution du champ magnétique de référence porteur de cette information. During the generation step GENij, the circuit for generating reference magnetic fields of each of the magnetometers can generate reference fields each carrying information specific to it (ie information specific to an axis of this magnetometer ), this information being able to be identified in the measurement of the ambient magnetic field carried out on one of the axes of the measurement magnetometer in order to isolate the contribution of the reference magnetic field carrying this information.
Cette information propre à un champ magnétique de référence peut être une fréquence caractéristique, les signaux de référence générés par le générateur de signaux 11 pouvant par exemple être composées de sinusoïdes situées à des fréquences propres à chaque axe de chaque magnétomètre. Ces fréquences peuvent par exemple être choisies à des harmoniques correspondant une fréquence de base élevée aux puissances d'un nombre donné, soit avec f la fréquence de base et p ledit nombre donné. Ainsi, si la fréquence de base est de 1 Hz et si ledit nombre donné est 2, les fréquences caractéristiques sont des fréquences de 1, 2, 4, 8, 16, 32... Hz. Ce choix des fréquences caractéristiques offre l'avantage que la présence de tout harmonique ne correspondant pas à une puissance dudit nombre donné constitue un bon moyen de diagnostic d'un effet inter-axe non souhaité. A titre d'exemple, un premier magnétomètre peut générer sur son axe x un champ de référence B1sin ( 2πt)ur son axe y un champ de référence B1sin ( 2π2t) et sur son axe z un champ de référence B1sin ( 2π4t), tandis qu'un deuxième magnétomètre génère sur son axe x un signal B1sin ( 2π8t,) sur son axe y un champ de référence B1sin ( 2π16 t) et sur son axe z un champ de référence B1sin ( 2π32 t), etc. La détection de la contribution d'un champ magnétique de référence dans la mesure du champ magnétique ambiant sur l'un des axes de mesure du magnétomètre de mesure peut alors comprendre une détection synchrone à la fréquence caractéristique de ce champ de référence. This information specific to a reference magnetic field can be a characteristic frequency, the reference signals generated by the signal generator 11 possibly being composed of sinusoids located at frequencies specific to each axis of each magnetometer. These frequencies can for example be chosen at harmonics corresponding to a high base frequency to the powers of a given number, or with f the base frequency and p said given number. Thus, if the base frequency is 1 Hz and if said given number is 2, the characteristic frequencies are frequencies of 1, 2, 4, 8, 16, 32 ... Hz. This choice of characteristic frequencies offers the advantage that the presence of any harmonic not corresponding to a power of said given number constitutes a good means of diagnosis of an undesired inter-axis effect. By way of example, a first magnetometer can generate on its x axis a reference field B 1 sin (2πt) on its y axis a reference field B 1 sin (2π2t) and on its z axis a reference field B 1 sin (2π4t), while a second magnetometer generates on its x axis a signal B 1 sin (2π8t,) on its y axis a reference field B 1 sin (2π16 t) and on its z axis a reference field B 1 sin (2π32 t), etc. The detection of the contribution of a reference magnetic field in the measurement of the ambient magnetic field on one of the measurement axes of the measurement magnetometer can then comprise synchronous detection at the characteristic frequency of this reference field.
Alternativement, cette information propre à un axe d'un magnétomètre (à un champ de référence généré par ce magnétomètre) peut correspondre à la durée de phases haute et basse de signaux de référence prenant la forme de créneaux. Dans une autre variante, les signaux de référence forment une base orthogonale telle que celle utilisée dans les techniques d'émission radio par étalement de spectre, où chaque magnétomètre signe son émission sur l'un de ses axes par une séquence caractéristique d'émission dans différentes bandes de fréquence, ces bandes étant incluses dans la bande de signaux mesurables par les magnétomètres du réseau. Alternatively, this information specific to an axis of a magnetometer (to a reference field generated by this magnetometer) can correspond to the duration of the high and low phases of reference signals taking the form of square waves. In another variant, the reference signals form an orthogonal basis such as that used in radio transmission techniques by spread spectrum, where each magnetometer signs its emission on one of its axes by a characteristic sequence of emission in different frequency bands, these bands being included in the signal band measurable by the magnetometers of the network.
L'étape de mesure MESi est par exemple réalisée séquentiellement sur chacun des axes du magnétomètre de mesure, avec par exemple une mesure tout d'abord réalisée selon un premier axe du magnétomètre de mesure pendant un temps suffisamment long pour permettre de détecter de façon satisfaisante la contribution de chacun des champs magnétiques de référence dans la mesure du champ magnétique ambiant sur ce premier axe, par exemple pour distinguer des champs de référence présentant des fréquences caractéristiques proches. Un temps de 10 secondes s'avère ainsi très largement suffisant pour éviter toute superposition de raies lorsque la fréquence de base est comme dans l'exemple précédent de 1 Hz. Une procédure similaire est ensuite suivie sur le second axe, puis sur le troisième axe du magnétomètre de mesure. The MESi measurement step is for example carried out sequentially on each of the axes of the measurement magnetometer, for example with a measurement first carried out according to a first axis of the measurement magnetometer for a time long enough to allow detection in a satisfactory manner. the contribution of each of the reference magnetic fields in the measurement of the ambient magnetic field on this first axis, for example to distinguish reference fields having similar characteristic frequencies. A time of 10 seconds is thus largely sufficient to avoid any superposition of lines when the base frequency is as in the previous example of 1 Hz. A similar procedure is then followed on the second axis, then on the third axis. of the measuring magnetometer.
A l'issue d'une itération de la première phase, on procède, comme illustré par le bloc CHANi sur la figure 2, à la sélection d'un nouvel magnétomètre de mesure parmi les N magnétomètres pour une nouvelle itération de la première phase. Les opérations précédemment décrites sont ainsi réitérées de manière à être au total réalisées N fois en utilisant à chaque fois un magnétomètre de mesure différent parmi les N magnétomètres En référence à la figure 2, le procédé de calibration selon l'invention peut comprendre une deuxième phase P2 qui comporte également N itérations, chaque itération utilisant, comme illustré par le bloc CHANi, un magnétomètre de mesure différent parmi les N magnétomètres. La deuxième phase peut être mise en œuvre avant ou après la première phase. Alternativement, il est possible de mélanger itérations de la première phase et itérations de la deuxième phase, par exemple en faisant suivre une itération de la première phase par une itération de la deuxième phase utilisant le même magnétomètre de mesure. At the end of an iteration of the first phase, one proceeds, as illustrated by the CHANi block in FIG. 2, with the selection of a new measurement magnetometer from among the N magnetometers for a new iteration of the first phase. The operations described above are thus reiterated so as to be carried out in total N times each time using a different measurement magnetometer among the N magnetometers With reference to FIG. 2, the calibration method according to the invention can comprise a second phase P2 which also comprises N iterations, each iteration using, as illustrated by the CHANi block, a different measurement magnetometer among the N magnetometers. The second phase can be implemented before or after the first phase. Alternatively, it is possible to mix iterations of the first phase and iterations of the second phase, for example by following an iteration of the first phase by an iteration of the second phase using the same measurement magnetometer.
On a vu précédemment que le fait d'activer les radiofréquences d'excitation des résonances paramétriques pendant la première phase permet de prendre en compte les éventuels désalignements des axes de mesure résultant des couplages entre les radiofréquences des différents magnétomètres. En revanche, ces couplages sont nuisibles à l'estimation des orientations et positions des différents magnétomètres du réseau par une méthode de triangulation ou par d'autres méthodes plus élaborées telles qu'une estimation par la méthode des moindres carrées prenant en compte la configuration géométrique théorique des champs magnétiques créés par chaque bobine de chaque magnétomètre. We have seen previously that the fact of activating the radiofrequencies of excitation of the parametric resonances during the first phase makes it possible to take into account the possible misalignments of the measurement axes resulting from the couplings between the radiofrequencies of the various magnetometers. On the other hand, these couplings are harmful to the estimation of the orientations and positions of the various magnetometers of the network by a triangulation method or by other more elaborate methods such as an estimation by the least squares method taking into account the geometric configuration. theory of the magnetic fields created by each coil of each magnetometer.
C'est pour cette raison que pour le cas d'un magnétomètre à résonances paramétriques le procédé selon l'invention peut comprendre une deuxième phase P2 identique à la première phase PI sauf en ce que, à chacune de ses itérations, le système d'excitation des résonances paramétriques des N-1 magnétomètres autres que le magnétomètre de mesure est désactivé. Ainsi, au cours d'une itération de la deuxième phase, les N magnétomètres sont séparés en N-1 magnétomètres dont le système d'excitation est désactivé et le système d'annulation de champ est désactivé et un magnétomètre de mesure dont le système d'excitation est activé et le système d'annulation de champ est activé. En référence à la figure 2, cette deuxième phase comprend les étapes suivantes : o génération GENSEj, par chacun des N magnétomètres, d'une pluralité de champs magnétiques de référence d'amplitudes connues et de directions distinctes, o mesure MESi, par le magnétomètre de mesure, du champ magnétique ambiant sur une pluralité d'axes de mesure ; o détermination CALCij* de coefficients de couplage entre le magnétomètre de mesure et les N magnétomètres, à partir de ladite mesure du champ ambiant et des amplitudes connues des champs de référence. It is for this reason that, for the case of a magnetometer with parametric resonances, the method according to the invention can comprise a second phase P2 identical to the first phase PI except in that, at each of its iterations, the system of excitation of the parametric resonances of the N-1 magnetometers other than the measurement magnetometer is deactivated. Thus, during an iteration of the second phase, the N magnetometers are separated into N-1 magnetometers whose excitation system is deactivated and the field cancellation system is deactivated and a measuring magnetometer whose system d The excitation is activated and the field cancellation system is activated. With reference to FIG. 2, this second phase comprises the following steps: generation GENSEj, by each of the N magnetometers, of a plurality of reference magnetic fields of known amplitudes and of distinct directions, o MESi measurement, by the measurement magnetometer, of the ambient magnetic field on a plurality of measurement axes; o determination CALCij * of coupling coefficients between the measurement magnetometer and the N magnetometers, from said measurement of the ambient field and the known amplitudes of the reference fields.
La matrice de couplage obtenue à l'issue de la deuxième phase P2 ne prend pas en compte les désalignements des axes résultants du couplage entre les radiofréquences des magnétomètres autres que celui de mesure et celui-ci. La matrice des couplages déterminée dans cette deuxième phase sert uniquement à la calibration des positions et orientations des différents magnétomètres. Ainsi les neuf coefficients de couplage entre deux magnétomètres peuvent être utilisés pour établir les trois angles et trois distances entre ces deux magnétomètres comme décrit par exemple dans le brevet EP 3 343 240 Bl. Une comparaison entre les matrices déterminées par chacune des premières et deuxièmes phases permet également de mesurer les désalignements d'axes résultant des couplages radiofréquences. The coupling matrix obtained at the end of the second phase P2 does not take into account the misalignments of the axes resulting from the coupling between the radiofrequencies of the magnetometers other than the measurement one and the latter. The coupling matrix determined in this second phase is used only for the calibration of the positions and orientations of the different magnetometers. Thus the nine coupling coefficients between two magnetometers can be used to establish the three angles and three distances between these two magnetometers as described for example in patent EP 3 343 240 B1. A comparison between the matrices determined by each of the first and second phases also makes it possible to measure axis misalignments resulting from radiofrequency couplings.
L'invention n'est pas limitée au procédé précédemment décrit mais s'étend comme indiqué précédemment à un appareil de mesure de champ magnétique configuré pour permettre la mise en œuvre de ce procédé. Cet appareil comprend un calculateur et un réseau de N magnétomètres où chaque magnétomètre comprend un système d'annulation de champ apte à être activé pour faire fonctionner le magnétomètre en champ nul. Les N magnétomètres sont notamment aptes à mettre en œuvre les étapes suivantes alors qu'ils sont séparés en N-1 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé et un magnétomètre de mesure dont le système d'annulation de champ est activé : o génération (GENj), par chacun des N magnétomètres, d'une pluralité de champs magnétiques de référence d'amplitudes connues et de directions distinctes, o mesure (MESi), par le magnétomètre de mesure, du champ magnétique ambiant sur une pluralité d'axes de mesure. The invention is not limited to the method described above but extends, as indicated above, to a magnetic field measuring device configured to allow the implementation of this method. This apparatus comprises a computer and a network of N magnetometers where each magnetometer comprises a field cancellation system capable of being activated to operate the magnetometer in zero field. The N magnetometers are in particular able to implement the following steps while they are separated into N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated and a measurement magnetometer whose field cancellation system is activated: o generation (GENj), by each of the N magnetometers, of a plurality of reference magnetic fields of known amplitudes and distinct directions, o measurement (MESi), by the measuring magnetometer, of the ambient magnetic field over a plurality of d 'measurement axes.
Le calculateur est quant à lui notamment configuré pour détecter une contribution d'un champ magnétique de référence dans la mesure du champ magnétique ambiant sur l'un des axes de mesure et pour déterminer un coefficient de couplage entre le magnétomètre de mesure et l'un des magnétomètres en calculant un ratio entre l'amplitude de ladite contribution du champ magnétique de référence et l'amplitude connue dudit champ magnétique de référence. The computer is in particular configured to detect a contribution of a reference magnetic field in the measurement of the ambient magnetic field on one measurement axes and for determining a coupling coefficient between the measurement magnetometer and one of the magnetometers by calculating a ratio between the amplitude of said contribution of the reference magnetic field and the known amplitude of said reference magnetic field.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d'un couplage entre magnétomètres (20) d'un réseau de N magnétomètres où chaque magnétomètre comprend un système d'annulation de champ (10) apte à être activé pour faire fonctionner le magnétomètre en champ nul, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une première phase (P1) au cours de laquelle les N magnétomètres sont séparés en N-1 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé et un magnétomètre de mesure dont le système d'annulation de champ est activé, ladite première phase comprenant les étapes suivantes : o génération (GENj), par chacun du magnétomètre de mesure et des N-1 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé, d'une pluralité de champs magnétiques de référence d'amplitudes connues et de directions distinctes, o mesure (MESi), par le magnétomètre de mesure, du champ magnétique ambiant sur une pluralité d'axes de mesure ; o détermination (CALCij) de coefficients de couplage entre le magnétomètre de mesure et chacun du magnétomètre de mesure et des N-1 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé, ladite détermination comprenant : 1. Method for determining a coupling between magnetometers (20) of a network of N magnetometers where each magnetometer comprises a field cancellation system (10) capable of being activated to operate the magnetometer in zero field, the method being characterized in that it comprises a first phase (P1) during which the N magnetometers are separated into N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated and a measurement magnetometer whose measurement cancellation system field is activated, said first phase comprising the following steps: o generation (GENj), by each of the measurement magnetometer and of the N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated, of a plurality of reference magnetic fields of known amplitudes and distinct directions, o measurement (MESi), by the measurement magnetometer, of the ambient magnetic field on a plurality of measurement axes; o determination (CALCij) of coupling coefficients between the measurement magnetometer and each of the measurement magnetometer and of the N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated, said determination comprising:
■ la détection d'une contribution d'un champ magnétique de référence dans la mesure du champ magnétique ambiant sur l'un des axes de mesure ; ■ the detection of a contribution of a reference magnetic field in the measurement of the ambient magnetic field on one of the measurement axes;
■ le calcul d'un ratio entre l'amplitude de ladite contribution du champ magnétique de référence et l'amplitude connue dudit champ magnétique de référence. ■ calculating a ratio between the amplitude of the contribution of the reference magnetic field and the known magnitude of said reference magnetic field.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites étapes de la première phase sont réitérées N en adoptant à chaque itération un nouveau magnétomètre du réseau en tant que magnétomètre de mesure. 2. Method according to claim 1, wherein said steps of the first phase are reiterated N by adopting at each iteration a new magnetometer of the network as measurement magnetometer.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel chaque champ magnétique de référence est porteur d'une information qui lui est propre et dans lequel la détection d'une contribution d'un champ magnétique de référence comprend l'identification de l'information propre audit champ magnétique de référence. 3. Method according to one of claims 1 and 2, in which each reference magnetic field carries information which is specific to it and in which the detection of a contribution from a reference magnetic field comprises the identification. information specific to said reference magnetic field.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'information propre à un champ magnétique de référence est une fréquence caractéristique. 4. The method of claim 3, wherein the information specific to a reference magnetic field is a characteristic frequency.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la fréquence caractéristique d'un champ magnétique de référence est une fréquence de base élevée à une puissance d'un nombre donné. 5. The method of claim 4, wherein the characteristic frequency of a reference magnetic field is a base frequency raised to a power of a given number.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les magnétomètres sont des magnétomètres à résonance paramétriques qui comprennent chacun un système d'excitation (8) apte à être activé pour induire des champs radiofréquence d'excitation des résonances paramétriques et dans lequel au cours de la première phase ledit le système d'excitation des N magnétomètres est activé. 6. Method according to one of claims 1 to 5, wherein the magnetometers are parametric resonance magnetometers which each comprise an excitation system (8) capable of being activated to induce radiofrequency fields of excitation of the parametric resonances and wherein during the first phase said the excitation system of the N magnetometers is activated.
7. Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre une deuxième phase (P2) identique à la première phase (PI) sauf en ce que le système d'excitation des N-1 magnétomètres autres que le magnétomètre de mesure est désactivé. 7. The method of claim 6, further comprising a second phase (P2) identical to the first phase (PI) except in that the excitation system of the N-1 magnetometers other than the measurement magnetometer is deactivated.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel dans lequel la deuxième phase comporte N itérations, chaque itération utilisant un magnétomètre de mesure différent parmi les N magnétomètres. 8. The method of claim 7, wherein the second phase comprises N iterations, each iteration using a different measurement magnetometer among the N magnetometers.
9. Appareil de mesure de champ magnétique, comprenant un calculateur et un réseau de N magnétomètres vectoriels où chaque magnétomètre comprend un système d'annulation de champ (10) apte à être activé pour faire fonctionner le magnétomètre en champ nul, les N magnétomètres étant aptes à mettre en œuvre les étapes suivantes alors qu'ils sont séparés en N-1 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé et un magnétomètre de mesure dont le système d'annulation de champ est activé : o génération (GENj), par chacun du magnétomètre de mesure et des N-1 magnétomètres dont le système d'annulation de champ est désactivé, d'une pluralité de champs magnétiques de référence d'amplitudes connues et de directions distinctes, o mesure (MESi), par le magnétomètre de mesure, du champ magnétique ambiant sur une pluralité d'axes de mesure ; et le calculateur étant configuré pour détecter une contribution d'un champ magnétique de référence dans la mesure du champ magnétique ambiant sur l'un des axes de mesure et pour déterminer un coefficient de couplage entre le magnétomètre de mesure et l'un des magnétomètres en calculant un ratio entre l'amplitude de ladite contribution du champ magnétique de référence et l'amplitude connue dudit champ magnétique de référence. 9. Magnetic field measuring apparatus, comprising a computer and a network of N vector magnetometers where each magnetometer comprises a field cancellation system (10) capable of being activated to operate the magnetometer in zero field, the N magnetometers being able to implement the following steps while they are separated into N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated and a measurement magnetometer whose field cancellation system is activated: o generation (GENj), by each of the measurement magnetometer and of the N-1 magnetometers whose field cancellation system is deactivated, of a plurality of reference magnetic fields of known amplitudes and of distinct directions, o measurement (MESi ), by the measuring magnetometer, of the ambient magnetic field on a plurality of measuring axes; and the computer being configured to detect a contribution of a reference magnetic field in the measurement of the ambient magnetic field on one of the measurement axes and to determine a coupling coefficient between the measurement magnetometer and one of the magnetometers in calculating a ratio between the amplitude of said contribution of the reference magnetic field and the known amplitude of said reference magnetic field.
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