ES2200161T3 - Correccion de inducciones mutuas. - Google Patents
Correccion de inducciones mutuas.Info
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Abstract
APARATO PARA GENERAR CAMPOS MAGNETICOS, INCLUYENDO VARIAS BOBINAS RADIADORAS (22, 24, 26) Y CIRCUITERIA EXCITADORA (30, 32, 33) ACOPLADAS AL MISMO, EL CUAL EXCITA LAS BOBINAS DE MANERA QUE GENEREN CAMPOS MAGNETICOS EN DIVERSAS FRECUENCIAS DE EXCITACION, EN EL QUE CADA UNA DE LAS DIVERSAS BOBINAS RADIADORAS (22, 24, 26) GENERA UN CAMPO ESENCIALMENTE A UNA SOLA FRECUENCIA DE EXCITACION RESPECTIVA. PREFERIBLEMENTE, LA CIRCUITERIA VA ASOCIADA CON AL MENOS UNA DE LAS BOBINAS RADIADORAS (22,24,26) PARA ELIMINAR ESENCIALMENTE LOS CAMPOS MAGNETICOS GENERADOS POR LAS OTRAS BOBINAS.
Description
Corrección de inducciones mutuas.
La presente invención se refiere de manera
genérica a un aparato para generar y detectar campos
electromagnéticos y de manera específica a procedimientos y
dispositivos electromagnéticos sin contacto para el seguimiento de
la posición y de la orientación de un objeto.
Los sistemas electromagnéticos de seguimiento sin
contacto son bien conocidos en la técnica, con un amplio abanico de
aplicaciones.
Por ejemplo, la patente de los Estados Unidos
4.054.881 describe un sistema de seguimiento que usa tres bobinas
para generar campos electromagnéticos en la cercanía del objeto.
Los campos generados por estas tres bobinas se distinguen de otro
por medio de una multiplexación en el tiempo, en frecuencia o en
fase de lazo abierto. Las corrientes de señal que circulan en las
tres bobinas sensoras ortogonales se usan para determinar la
posición del objeto, en base a un procedimiento iterativo de
cálculo.
La patente de los Estados Unidos 5.391.199
presentada el 20 de julio de 1993 que está transferida al
cesionario de la presente solicitud, describe un sistema para
generar la información de la localización tridimensional relativa a
una sonda médica o un catéter. Se coloca una bobina sensora en el
catéter y ésta genera señales en respuesta a campos magnéticos
aplicados externamente. Los campos magnéticos se generan por medio
de tres bobinas radiadoras, fijadas a la estructura de referencia
externa en posiciones conocidas mutuamente espaciadas. Las
amplitudes de las señales generadas en respuesta a cada uno de los
campos de las bobinas radiadoras son detectadas y usadas para
calcular la localización de la bobina sensora. Cada bobina radiadora
está excitada de manera preferible por medio de un sistema de
circuito excitador para generar un campo de una frecuencia
conocida, distinto al de las otras bobinas radiadoras, de forma que
las señales generadas por la bobina sensora se puedan separar en
frecuencia en las componentes correspondientes a las diferentes
bobinas radiadoras.
La solicitud de patente PCT número WO 96/05768
que está transferida al cesionario de la presente solicitud,
describe un sistema que genera información en seis dimensiones de
la posición y de la orientación relativa a la punta del catéter.
Este sistema usa una pluralidad de bobinas sensoras no concéntricas
adyacentes a un sitio localizable en el catéter, por ejemplo cerca
de su extremo distal y una pluralidad de bobinas radiadoras fijadas
en una estructura de referencia externa. Estas bobinas generan
señales en respuesta a campos magnéticos generados por las bobinas
radiadoras, cuyas señales permiten el cálculo de seis coordenadas de
localización y de orientación. Como en el caso de la solicitud de
patente 539 descrita anteriormente, las bobinas radiadoras
funcionan de manera simultánea a diferentes frecuencias, por ejemplo
a 1000, 2000 y 3000 Hz, respectivamente.
La solicitud de patente europea
EP-A-0339723 describe un aparato de
resonancia magnética que tiene un sistema de imán para generar un
campo magnético estacionario y un sistema de bobina de
radiofrecuencia para generar campos gradientes. En el sistema de
bobina de rf, cada bobina puede ser desintonizada para una
frecuencia dada de otra bobina. Por lo tanto, se evita la
influencia mutua.
Los anteriores sistemas de seguimiento dependen
de la separación de las señales sensibles a la posición en
componentes de frecuencia, en las que cada una de dichas
componentes se supone que corresponde de manera única a una sola
bobina radiadora, en una posición conocida, radiando en una banda
de frecuencia estrecha bien definida. En la práctica, sin embargo,
las bobinas radiadoras generan también campos magnéticos a las
frecuencias que se encuentran fuera de las bandas deseadas, por
ejemplo debidos a los efectos de inductancia mutua. Estos campos
inducidos mutuamente conducen a errores al determinar la posición
del objeto que se esté siguiendo.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar bobinas radiadoras electromagnéticas mejoradas y un
sistema de circuito excitador para las mismas, para su uso junto
con sistemas de seguimiento de objetos, de forma que se incremente
la precisión del seguimiento del objeto.
Un objeto adicional de la presente invención es
proporcionar bobinas generadoras de campos magnéticos y el sistema
de circuito excitador asociado que genere campos que tengan anchos
de banda estrechos en el dominio de la frecuencia.
En la presente invención, el ancho de banda de
campo estrechado se consigue por medio de la eliminación de los
efectos de inductancia mutua entre una pluralidad de bobinas, que
generan campos magnéticos a frecuencias diferentes.
La presente invención proporciona un aparato para
seguir un objeto por medio de la generación de campos magnéticos,
comprendiendo una pluralidad de bobinas radiadoras; el sistema de
circuito excitador acoplado a las mismas, que excita las bobinas
para generar campos magnéticos a una pluralidad de frecuencias de
excitación; en el que cada una de la pluralidad de bobinas
radiadoras genera un campo sustancialmente sólo a una única
frecuencia excitadora respectiva; caracterizado por: el sistema de
circuito asociado con al menos una de la mencionada pluralidad de
bobinas radiadoras, en el que dicho sistema de circuito genera
campos magnéticos para eliminar de manera sustancial los campos
magnéticos generados por al menos una bobina en respuesta a los
campos generados por las otras bobinas.
En algunas realizaciones preferidas de la
presente invención, una o más bobinas de compensación magnética
adicionales son adyacentes a cada una de las bobinas radiadoras.
Preferiblemente, las bobinas de compensación magnética están
interbobinadas con los arrollamientos de las bobinas radiadoras. Las
bobinas de compensación magnética de cada bobina radiadora están
excitadas por un sistema de circuito excitador para generar campos
magnéticos que son sustancialmente iguales en amplitud y en
frecuencia, y opuestos en dirección, a las componentes de campo
magnético inducido a lo largo del eje de esa bobina radiadora por
otras bobinas radiadoras.
En otras realizaciones preferidas de la presente
invención, el sistema de circuito excitador está asociado con cada
una de las bobinas y genera corrientes eléctricas excitadoras en
las mismas, en las que para cada bobina la corriente comprende una
componente principal a la frecuencia de excitación respectiva de la
bobina, y componentes menores a otras frecuencias. Las componentes
menores son sustancialmente iguales en amplitud y en frecuencia y
desfasadas 180º en fase con respecto a las corrientes inducidas en
la bobina debidas a los campos magnéticos generados por otras
bobinas radiadoras, para cancelar de manera sustancial el efecto de
las corrientes inducidas.
En una de dichas realizaciones preferidas de la
presente invención, el sistema de circuito excitador incluye un
aparato sensor, que mide la amplitud, frecuencia y la fase de las
corrientes inducidas en una bobina. El sistema de circuito excitador
incluye además una fuente de corriente adaptativa, que recibe datos
de la amplitud, frecuencia y fase medidos por medio del aparato
sensor, y genera las componentes de corriente menores desfasadas
para cancelar sustancialmente el efecto de las corrientes
inducidas.
En otras realizaciones preferidas adicionales de
la presente invención, el sistema de circuito excitador comprende
fuentes ideales de corriente que funcionan para mantener una
corriente constante en cada una de las bobinas a su frecuencia de
excitación fijada respectiva.
El sistema de circuito para eliminar los campos
magnéticos comprende de manera preferible una o más bobinas de
compensación magnética, que preferiblemente están interbobinadas
con al menos una de dicha pluralidad de bobinas radiadoras. Además,
el sistema de circuito excitador preferiblemente excita una de una o
más bobinas de compensación magnética asociadas con al menos una de
dicha pluralidad de bobinas radiadoras a la frecuencia de
excitación respectiva de otra de la mencionada pluralidad de
bobinas radiadoras.
Preferiblemente, el sistema de circuito para la
eliminación incluye una fuente de corriente adaptativa, que genera
una corriente eléctrica en al menos una de la pluralidad de bobinas
radiadoras a la frecuencia de excitación respectiva de otra de la
pluralidad de bobinas radiadoras.
Preferiblemente, el sistema de circuito para la
eliminación incluye además un analizador de corriente acoplado a la
fuente de corriente adaptativa, cuyo analizador de corriente mide
la corriente eléctrica parásita que circula en al menos una de la
pluralidad de bobinas radiadoras a la respectiva frecuencia de
excitación de otra de la pluralidad de bobinas radiadoras, y
provoca que la fuente de corriente adaptativa se ajuste a la
corriente generada para minimizar la corriente eléctrica
parásita.
Preferiblemente, el sistema de circuito excitador
está adaptado para mantener una corriente constante en cada una de
la pluralidad de bobinas radiadoras a la frecuencia de excitación
única respectiva de las mismas.
La presente invención será entendida con más
detalle a partir de la siguiente descripción detallada de las
realizaciones preferidas, tomadas junto con los dibujos, en los
que:
La figura 1 es una representación esquemática de
un sistema de seguimiento de un objeto operativo de acuerdo con una
realización preferida de la presente invención;
la figura 2 es una representación esquemática de
una bobina radiadora de acuerdo con una realización preferida de la
presente invención;
la figura 3 es una representación esquemática de
un sistema de circuito excitador de la bobina de acuerdo con otra
realización preferida de la presente invención; y
la figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra
de manera esquemática un procedimiento de seguimiento de un objeto
de acuerdo con una realización preferida de la presente
invención.
Se hace referencia ahora a la figura 1, que
ilustra de manera esquemática un sistema para el seguimiento de una
sonda 20, tal como un catéter para uso médico, operativo de acuerdo
con una realización preferida de la presente invención. Como se
describe en la patente de los Estados Unidos 5.391.199, de
Ben-Haim, y en la solicitud de patente PCT número
WO 96/05768, que están transferidas al cesionario de la presente
solicitud, el sistema comprende una pluralidad de bobinas radiadoras
22, 24 y 26. Estas bobinas generan los campos magnéticos
respectivos H_{1}, H_{2} y H_{3} a las respectivas
frecuencias \omega_{1}, \omega_{2} y \omega_{3}, en la
cercanía de la sonda 20. La sonda incluye de manera adicional
bobinas sensoras 27, 28 y 29 que generan señales de corriente
eléctrica en respuesta a los campos magnéticos, en las que las
señales comprenden componentes a frecuencias \omega_{1},
\omega_{2} y \omega_{3}, cuyas amplitudes respectivas
dependen de la posición y de la orientación de la sonda 20.
El sistema incluye además un sistema de circuito
excitador 30, 32 y 33 acoplado a cada una de las bobinas
radiadoras, que excita las bobinas 22, 24 y 26 a las respectivas
frecuencias de excitación \omega_{1}, \omega_{2} y
\omega_{3}. Las señales generadas por las bobinas sensoras 27,
28 y 29 son preferiblemente procesadas por un sistema de circuito
de procesado de señal 34 y usadas después por un ordenador 36 para
calcular las coordenadas de la posición y la orientación de la sonda
20.
Por razones de claridad, la figura 1 muestra tres
bobinas radiadoras 22, 24 y 26 y tres bobinas sensoras 27, 28 y 29
en una sonda 20. Se entenderá sin embargo, que la presente
invención es igualmente aplicable a sistemas de seguimiento que
comprendan dos, cuatro o más bobinas radiadoras y una, dos o más
bobinas sensoras. la presente invención se puede usar en el
seguimiento de otros tipos de objetos también.
En ausencia de efectos de inductancia mutua, las
señales generadas por las bobinas sensoras 27, 28 y 29 a la
frecuencia \omega_{1} son proporcionales a la amplitud de la
derivada respecto al tiempo de la proyección del flujo magnético
debido al campo H_{1} en la sonda 20 a lo largo de cada uno de
los respectivos ejes de las bobinas sensoras. Las señales generadas
a las frecuencias \omega_{2} y \omega_{3} son, de manera
similar, proporcionales a las proyecciones de H_{2} y H_{3}. Ya
que la dirección y la amplitud del campo magnético debido a una
simple bobina radiadora de este tipo se puede calcular fácilmente
usando procedimientos conocidos en la técnica, las señales de la
bobina sensora debidas a una sola bobina radiadora pueden ser
relacionadas directamente con la distancia desde la bobina sensora
y la orientación relativa a la bobina radiadora.
En la práctica, sin embargo, el campo magnético
H_{1} generado por la bobina radiadora 22 no está limitado en el
espacio a una cercanía inmediata de la sonda 20, sino que también
tiene una amplitud no cero en una proximidad de las bobinas 24 y 26.
Como se conoce bien en la técnica (véase, por ejemplo,
"Electromagnetic Fields and Waves" de Lorrain y Corson,
segunda edición, 1970, páginas 343-345), el flujo
magnético \Phi_{2} a través de la bobina 24 debido a la
corriente I_{1} que circula por la bobina 22 se puede expresar
como:
(1)\Phi_{2} =
M_{12}I_{1}
donde M_{12} es la inductancia mutua de las
bobinas 22 y 24, y la tensión inducida en la bobina 24
será:
(2)V_{12} = -M_{12} (dI_{1}
/
dt)
Suponiendo que la bobina 24 tiene una inductancia
L y una resistencia cero, la tensión total en la bobina será:
(3)V_{2} = -L (dI_{2} /
dt)
Ya que el sistema de circuito excitador 30 y 32
preferiblemente excita las bobinas 22 y 24 con corrientes eléctricas
sinusoidales a las frecuencias respectivas de bobinas
\omega_{1} y \omega_{2}, aparecerá una corriente adicional
I_{12} a la frecuencia \omega_{1} circulando en la bobina 24,
que tendrá una amplitud dada por:
(4)I_{12} =
(M_{12}\omega_{1} / L\omega_{2})
I_{1}
La corriente I_{12} que circula en la bobina
radiadora 24 provocará un campo magnético parásito H_{1}2
generado a la frecuencia \omega_{1}, cuya amplitud será
aproximadamente proporcional a la relación M_{12}/L cuando
\omega_{1}\approx\omega_{12}. M_{12} depende de los
factores geométricos y del número de arrollamientos de cada una de
las bobinas. Se puede mostrar (véase, por ejemplo, "Classical
Electrodynamics" de J. D. Jackson, segunda edición, página 263)
que para dos lazos coplanares de corriente de radio a, mutuamente
espaciados una distancia R:
(5)M_{12}=\mu\pi
a\left[\left(\frac{a}{R}\right)^{3} + \frac{9}{4}
\left(\frac{a}{R}\right)^{5} +
\frac{375}{64}\left(\frac{a}{R}^{7}\right) +
...\right]
Para las bobinas 22 y 24 comprendiendo n_{1} y
n_{2} vueltas por unidad de longitud, respectivamente, y teniendo
sustancialmente longitudes idénticas \ell, radios interiores
r_{1} y radios exteriores r_{2} y suponiendo que el campo
magnético H_{1} es sustancialmente uniforme sobre todos los
arrollamientos de la bobina 24, podemos integrar la ecuación (5)
para encontrar la inductancia mutua de las bobinas:
(6)M_{12}=\mu\pi
n_{1}n_{2}\lambda^{2}R^{2} \left[\frac{1}{5}
\left(\frac{r_{2}{}^{5} - r_{1}{}^{5}}{R^{5}}\right) + \frac{9}{28}
\left(\frac{r_{2}{}^{7} - r_{1}{}^{7}}{R^{7}}\right) +
...\right]
Así, por ejemplo, en un sistema de seguimiento
tal como los que se describen en la patente de los Estados Unidos
5.391.199 y en la solicitud de patente PCT número WO 96/05768, en
las que las bobinas 22 y 24 tienen radios interiores de 25 mm y
radios exteriores de aproximadamente 60 mm, y están mutuamente
espaciadas en 39 cm, se observará que
I_{12}=0,0025(\omega_{1}/\omega_{2}) I_{1}, lo
que llevaría a un error del 0,5% cuando
\omega_{1}=2\omega_{2}. Así, las señales generadas por las
bobinas sensoras 27, 28 y 29 a la frecuencia \omega_{1}
incluirán tanto una componente de señal de posición debida a
H_{1} y una componente de señal parásita debida a H_{12}, que
puede introducir errores de hasta el 1% en la determinación de la
posición de la sonda 20. Las componentes de señal parásita
adicionales a la frecuencia \omega_{1} serán introducidas por
medio de la inductancia mutua en la bobina 26 y cualquier otra
bobina radiadora. De manera similar, las señales de bobina sensora
a las frecuencias \omega_{2} y \omega_{3} también incluirán
componentes parásitas.
Por esta razón, en una realización preferida de
la presente invención mostrada en la figura 2, una o más bobinas de
compensación magnética 40 se encuentran adyacentes a la bobina
radiadora 24, y preferiblemente interbobinadas con ella. El sistema
de circuito excitador 32 excita la bobina 24 con la corriente
I_{2} a la frecuencia de excitación de la bobina \omega_{2}.
El sistema de circuito 32 excita además la bobina de compensación
magnética 40 con la corriente I_{2}^{(1)} a la frecuencia
\omega_{1}, en la que esta corriente provoca un campo magnético
H_{2}^{(1)} que se generará a lo largo del eje de la bobina 24
que es igual en amplitud y 180º desfasado con respecto al campo
magnético H_{12}. Por consiguiente, la corriente mutuamente
inducida I_{12} será sustancialmente cancelada por una corriente
igual opuesta inducida debida al campo H_{2}^{(1)}.
Aunque por motivos de claridad, la figura 2 y la
explicación anterior se refieren solamente a una única bobina de
compensación magnética, excitada a una sola frecuencia, se entenderá
que en las realizaciones preferidas de la presente invención, cada
una de las bobinas 22, 24 y 26 estarán interbobinadas con al menos
una bobina de compensación magnética, excitadas con las corrientes
y las frecuencias apropiadas para cancelar de manera sustancial las
corrientes mutuamente inducidas debidas a las otras bobinas.
La figura 3 ilustra de manera esquemática una
realización preferida alternativa de la presente invención, en la
que el sistema de circuito excitador 32 está adaptado para excitar
la bobina 24 para cancelar de manera sustancial las corrientes
mutuamente inducidas. El sistema de circuito 32 comprende una fuente
de corriente del sistema 50, que excita la bobina 24 a su
frecuencia de excitación \omega_{2}, y una fuente de corriente
adaptativa 52, que genera la corriente para excitar la bobina 24 a
las respectivas frecuencias de las bobinas 22 y 26, \omega_{1}
y \omega_{3}, con amplitudes y fases determinadas por el
analizador de corriente 54. El analizador de corriente muestrea la
corriente de la bobina 24, usando procedimientos conocidos en la
técnica, y separa la corriente muestreada en componentes de
frecuencia. El analizador 54 provoca que la fuente de alimentación
adaptativa 52 ajuste las amplitudes y fases de las corrientes
generadas \omega_{1} y \omega_{3} para minimizar las
componentes detectadas a las frecuencias \omega_{1} y
\omega_{3} en la corriente muestreada de la bobina 24.
Típicamente, las corrientes generadas \omega_{1} y
\omega_{3} son sustancialmente iguales en amplitud y desfasadas
180º con respecto a las corrientes mutuamente inducidas I_{12} y
I_{32}. Se entenderá que las bobinas 22 y 26 son excitadas por
medio de un sistema de circuito excitador adaptativa similar.
En otras realizaciones preferidas de la presente
invención, el sistema de circuito de procesado de señal 34 y el
ordenador 36 funcionan para determinar las amplitudes y las fases
de las componentes parásitas de señal generadas por las bobinas
sensoras 27, 28 y 29 debidas a la inductancia mutua entre las
bobinas radiadoras, y corregir la determinación de la posición de
la sonda 20 para tener en cuenta las componentes parásitas.
En dicha realización preferida de la presente
invención, la amplitud y la fase del campo magnético debido a cada
una de las bobinas se encuentra usando un procedimiento armónico de
detección. De acuerdo con este procedimiento, las señales son
muestreadas de manera que se mida un número entero de periodos de
cada una de las señales, es decir, 2\pif_{s} / \omega = N,
donde f_{s} es la frecuencia de muestreo, y N es el número de
puntos de muestreo. De esta manera, el muestreo de la señal está así
sincronizado con las frecuencias del campo magnético. Si N es un
número pequeño, entonces el muestreo está sincronizado
preferiblemente con el campo magnético, y puede preferiblemente
estar sincronizado para que tenga lugar en el pico del campo
magnético periódico. Las señales así obtenidas a la frecuencia
\omega se pueden expresar como:
\newpage
U=\frac{2}{N}\sum\limits_{n=0}^{N-1}
\ A \ sen(n\omega_{f_{s}}+ \phi)sen\left(\frac{2\pi
n}{N}\right) = A \ cos \ \phi
(7)
V=\frac{2}{N}\sum\limits_{n=0}^{N-1}A
\ sen (n\omega_{f_{s}} + \phi)cos\left(\frac{2\pi
n}{N}\right) = A \ sen \
\phi
En presencia de inductancia mutua, las señales
generadas por la bobina sensora j-ésima comprenden componentes de
frecuencia cuyas amplitudes respectivas Uij y Vij, a la frecuencia
de la bobina radiadora \omega_{i} se pueden expresar de la
siguiente manera:
(8)U_{ij}=A_{ij} \ cos \
\phi_{i} + \sum\limits_{K\neq i}^{3}A_{ijk}^{m} \ cos \
\phi_{ik}^{m}
(9)V_{ij}=A_{ij} \ sen \
\phi_{i} + \sum\limits_{K\neq i}^{3}A_{ijk}^{m} \ sen \
\phi_{ik}^{m}
En las ecuaciones (8) y (9), Aij y \phi_{i}
representan la amplitud y la fase respectivamente, de las
componentes de señal de posición recibidas desde la bobina sensora
28 (identificada aquí como la bobina sensora j-ésima) a la
frecuencia \omega_{i} debidas al campo magnético de la bobina
radiadora i-ésima, obviando los efectos de inductancia mutua.
Aijk^{m} y \phiik^{m} son las respectivas amplitudes y fases
de las componentes de señal parásita generadas por la bobina sensora
j-ésima a la frecuencia \omega_{i}, debidas a la inductancia
mutua entre las bobinas radiadoras i-ésima y k-ésima.
Con el fin de determinar de manera correcta la
posición de las bobinas sensoras27, 28 y 29 y la sonda 20, las
señales recibidas desde la bobina son preferiblemente procesadas
usando el procedimiento mostrado en la figura 4. Primero (60) las
señales son separadas en las componentes Uij y Vij a las frecuencias
\omega_{1}, \omega_{2} y \omega_{3} usando
procedimientos conocidos en la técnica, tales como la detección de
armónicos. Las amplitudes de estas señales Aij son determinadas
entonces (62) dando por supuesto que los efectos de inductancia
mutua son insignificantes, es decir, que todas las Aijk^{m} son
cero. Las fases \varphi_{i} y \varphi _{ik}^{m} que
dependen solamente de las bobinas radiadoras, se derivan midiendo
las respectivas fases de bobina radiadora (64). Las amplitudes Aij
se usan entonces para estimar la posición y la orientación de las
bobinas 27, 28 y 29 (66), como se describe por ejemplo en la
solicitud de patente PCT número WO 96/05768.
Los valores teóricos de Aijk^{m} se calculan
entonces para la posición estimada de las bobinas sensoras (68).
Para realizar este cálculo, los campos magnéticos parásitos
generados debidos a la inductancia mutua entre bobinas radiadoras,
Hik, son determinados en la posición estimada de las bobinas
sensoras. Estos campos parásitos son transformados del sistema de
coordenadas de las bobinas radiadoras al sistema de las bobinas
sensoras en base a las proyecciones de los campos parásitos a lo
largo de los respectivos ejes de las bobinas sensoras. Las
proyecciones de campo se usan para calcular las amplitudes teóricas
de las componentes de señal parásita generadas por las bobinas
sensoras, usando la relación
(10)A_{ijk}^{m}=\sum\limits_{p=1}^{3}M_{jp}\
\bar{A}_{ipk}^{m}
donde los tres valores de \bar{A}_{ipk}^{m} son
las amplitudes teóricas de señal en el sistema de coordenadas de
referencia de las bobinas radiadoras, y Mjp son los elementos de la
matriz de
orientación.
Se pueden usar varios procedimientos para
determinar la amplitud y la dirección de los campos magnéticos
parásitos Hik en la posición de las bobinas sensoras. En una
realización preferida de la presente invención, las inductancias
mutuas entre las bobinas y los campos magnéticos resultantes se
calculan teóricamente a partir de consideraciones geométricas,
usando procedimientos bien conocidos en la técnica. En una
realización preferida alternativa, la inductancia mutua de un par de
bobinas radiadoras se determina activando el sistema de circuito
excitador de una de las bobinas, para generar un campo magnético a
su frecuencia de excitación, y medir después la corriente eléctrica
que circula por la otra bobina a esta frecuencia. Estas
inductancias mutuas medidas se usan después para calcular los campos
magnéticos parásitos resultantes, como se ha explicado antes.
\newpage
Finalmente, los coeficientes Aijk^{m} teóricos
se sustituyen en las ecuaciones (8) y (9) para determinar los
valores corregidos de los nueve elementos Aij (70), y estos valores
se usan para corregir las coordenadas de la posición y la
orientación de la sonda (72). Los pasos (68), (70) y (72) son
preferiblemente repetidos de manera iterativa hasta que converjan
las coordenadas de la posición y la orientación de la sonda.
Se comprenderá que mientras que el procedimiento
anterior ha sido descrito con referencia a un sistema que comprende
tres bobinas radiadoras y tres bobinas sensoras, se puede aplicar
igualmente a otro sistema de seguimiento de objeto
electromagnético, usando un número mayor o menor de bobinas o
antenas.
Claims (9)
1. Un aparato para el seguimiento de un objeto
por medio de la generación de campos magnéticos, que comprende:
una pluralidad de bobinas radiadoras (22, 24,
26);
un sistema de circuito excitador (30, 32, 33)
acoplado al mismo, que excita las bobinas (22, 24, 26) para generar
campos magnéticos a una pluralidad de frecuencias de
excitación;
en el que cada una de la pluralidad de bobinas
radiadoras (22, 24, 26) genera un campo sustancialmente sólo a una
sola frecuencia de excitación respectiva, caracterizado
por:
un sistema de circuito (32) asociado con al menos
una de dicha pluralidad de bobinas radiadoras (24), en la que dicho
sistema de circuito (32) genera campos magnéticos para eliminar de
manera sustancial los campos magnéticos generados por al menos una
bobina (24) en respuesta a los campos generados por las otras
bobinas (22, 26).
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dicho sistema de circuito para la eliminación comprende
una o más bobinas de compensación magnética (40).
3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 2,
en el que la bobina o las bobinas de compensación magnética (40)
están interbobinadas con al menos una de la mencionada pluralidad de
bobinas radiadoras (24).
4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 2
ó 3, en el que el sistema de circuito excitador (32) excita además
una de las bobinas de compensación magnética (40) asociadas con al
menos una de la mencionada pluralidad de bobinas radiadoras (24) a
la frecuencia respectiva de otra bobina de la mencionada pluralidad
de bobinas radiadoras (22).
5. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de circuito (32)
para la eliminación incluye una fuente de corriente adaptativa
(52).
6. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 5,
en el que la fuente de corriente adaptativa (52) genera corriente
eléctrica en al menos una de dicha pluralidad de bobinas radiadoras
(24) a la respectiva frecuencia de excitación de otra de dicha
pluralidad de bobinas radiadoras (22).
7. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 5
ó 6, en el que el sistema de circuito (32) para eliminación incluye
además un analizador de corriente (54) acoplado a la fuente de
corriente adaptativa (52).
8. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 7,
en el que el analizador de corriente (54) mide la corriente
eléctrica parásita que circula por al menos una de la mencionada
pluralidad de bobinas radiadoras (24) a la respectiva frecuencia de
excitación de otra de la mencionada pluralidad de bobinas radiadoras
(22), y provoca que la fuente de corriente adaptativa (52) para
ajustar la corriente generada para minimizar la corriente eléctrica
parásita.
9. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de circuito
excitador mantiene una corriente constante en cada una de la
pluralidad de bobinas radiadoras (22, 24, 26) a la única frecuencia
de excitación respectiva de la misma.
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