ES2597779T3 - Dispositivos y métodos para determinar un campo magnético - Google Patents
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Abstract
Un método para determinar un campo magnético vectorial en un área predeterminada, comprendiendo dicho método: - la determinación de datos de distribución que comprenden valores de una primera de tres componentes de un campo magnético a lo largo de una primera dirección, para un área predeterminada (1) definida en una superficie predeterminada, estando dicha superficie predeterminada definida por unas direcciones segunda y tercera, en el que dichas direcciones primera, segunda y tercera constituyen un conjunto ortogonal de ejes; - la determinación de datos de distribución que comprenden valores de la segunda y la tercera componentes de dicho campo magnético en dichas direcciones segunda y tercera, respectivamente, para dicha área predeterminada (1) definida en dicha superficie predeterminada; caracterizado porque la determinación de los datos de distribución que comprenden valores de las componentes segunda y tercera se basa en hacer uso de relaciones físicas intrínsecas entre las componentes primera, segunda y tercera de dicha distribución del campo magnético; y en el que la determinación de los datos de distribución de dichas componentes segunda y tercera comprende realizar una transformación de Fourier, seguida de la realización de cálculos basados en relaciones físicas intrínsecas entre las componentes del campo magnético, seguida de una transformación de Fourier inversa.
Description
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DESCRIPCION
Dispositivos y metodos para determinar un campo magnetico Campo tecnico
La presente descripcion se refiere a dispositivos y metodos para determinar un campo magnetico de un iman. Tecnica antecedente
La rapida y precisa inspeccion de calidad de imanes permanentes es cada vez mas importante en el desarrollo y la produccion de muchos productos tecnologicos, tales como sensores de posicion, actuadores y motores electricos, altavoces y microfonos, dispositivos medicos, electronica del automovil, etc. La calidad del producto final recibe la influencia a menudo directamente y depende en gran medida de la calidad de los imanes permanentes en estos productos. Lo que es mas, teniendo en cuenta la volatilidad del precio de los materiales raros de tierra, que son criticos para hacer imanes permanentes, para que los desarrolladores de fuerza y los fabricantes utilicen estos materiales preciosos de una manera eficiente, reduciendo al minimo la cantidad de material de iman perdido, en otras palabras, para que obtengan el maximo rendimiento de la menor cantidad de material de iman, es necesario que cada iman se ajuste a unas exigencias de calidad estrictas. Tambien desde el punto de vista economico, el control de calidad de imanes permanentes esta creciendo en importancia.
Se conoce un sistema de medicion magnetica, tambien referido como camara de campo magnetico, que es una tecnologia avanzada de inspeccion magnetica para todo tipo de imanes permanentes, incluyendo los imanes de polos multiples y uniaxiales en diversas aplicaciones. La tecnologia de la camara de campo magnetico se basa en el mapeo de la distribucion del campo magnetico de un iman utilizando una pluralidad de sensores de campo magnetico.
En la solicitud de patente europea EP 1720026, se describe un ejemplo de una camara tal de campo magnetico, tambien llamada modulo de camara magnetica.
En la solicitud de patente europea EP 2508906, se describe una disposicion para la caracterizacion de sistemas magneticos en base a un conjunto inicializado de parametros de entrada del sistema magnetico, comprendiendo la disposicion:
- medios para medir la distribucion del campo magnetico, tipicamente realizado como un modulo de camara magnetica, y
- medios para determinar la distribucion de campo magnetico optima esperada del sistema magnetico.
Los dispositivos de camara magnetica existentes son capaces de medir la componente fuera de plano o componente z de un campo magnetico, con respecto al plano definido por la superficie principal de la camara.
En la practica, sin embargo, existe una necesidad industrial para la mejora de los dispositivos y metodos para medir los campos magneticos, que tambien proporcionan informacion sobre las componentes X e Y del campo magnetico.
En HWANG J y otros, "The application of a differential-type Hall sensors array to the nondestructive testing of express train wheels", NDT & E INTERNATIONAL, BUTTERWORTH-HEINEMANN, OXFORD, GB, vol. 42, n2 1, 1 de enero de 2009 (), paginas 34-41, se da a conocer un nuevo sistema de analisis no destructivo capaz de detectar una grieta con alta velocidad y alta resolucion espacial para la inspeccion de pequenas grietas en ruedas de tren expreso, y se propone una camara de tipo de escaneado magnetica, que utiliza dos matrices de sensor de Hall linealmente integradas en una oblea, y un pequeno magnetizador de tipo horquilla.
En Ji Seong Hwang y otros, "Modeling of a scan type magnetic camera image using the improved dipole model", JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY, vol. 20, n2 10, 1 de octubre de 2006 (), paginas 1691-1701, se propone una camara magnetica del tipo de escaneado para mejorar la resolucion espacial limitada debida al tamano de un sensor magnetico empaquetado.
En el documento US 2012/209546 A1, se describe un metodo para caracterizar imanes, que se basa en la obtencion de propiedades cuantitativas del sistema magnetico mediante la combinacion de datos de mediciones del campo magnetico y de datos de simulacion o de modelado teoricos.
En el documento US 2007/046287 A1, se da a conocer una solucion para proporcionar imagenes de campo local con alta resolucion espacial, de tiempo y de campo mediante el uso de una estructura de sensores de efecto de Hall que pueden ser leidos de forma individual.
Sumario de la divulgacion
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Es un objeto de la presente descripcion proporcionar un metodo y unos dispositivos asociados para determinar una distribucion de campo magnetico vectorial en un area predeterminada, por ejemplo a lo largo de la superficie principal de un iman, tal como se reivindica en la reivindicacion 1 y las reivindicaciones 14 respectivamente.
Un objeto adicional es proporcionar un programa informatico asociado.
En un primer aspecto de la presente invencion, se describe un metodo para la determinacion de un campo magnetico vectorial en un area de dos dimensiones predeterminada, comprendiendo el metodo:
- la determinacion de datos de distribucion que comprenden valores de una primera de tres componentes de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada de dos dimensiones definida en una superficie predeterminada, estando la superficie predeterminada definida por una segunda direccion y una tercera direccion, donde la primera, segunda y tercera direcciones constituyen un conjunto ortogonal de ejes, estando los datos de distribucion determinados preferiblemente por los puntos de una rejilla de dos dimensiones en el area predeterminada, por ejemplo por medio de una camara de campo magnetico;
- la determinacion de los datos de distribucion que comprenden valores de la segunda y la tercera componentes del campo magnetico en la segunda y la tercera direcciones, respectivamente, para el area predeterminada definida en la superficie predeterminada, preferiblemente en los puntos de la rejilla de dos dimensiones; donde el determinar una distribucion de la segunda y la tercera componentes se basa en hacer uso de las relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes primera, segunda y tercera de la distribucion del campo magnetico.
Una camara de campo magnetico puede, por ejemplo, comprender una estructura o matriz de sensores de Hall, o puede ser un sistema magneto-optico, o puede comprender una estructura de otros sensores de campo magnetico, tales como sensores magneto-resistivos, o puede comprender un unico sensor de campo magnetico que se escanea en el espacio.
Es una ventaja del metodo anterior que, solo midiendo una primera componente de un campo magnetico vectorial, las otras dos componentes del campo magnetico tambien se puedan determinar sin medir el campo magnetico en posiciones diferentes a lo largo de dicha primera direccion, o sin tener que cambiar las posiciones relativas de campo magnetico (por ejemplo, de un iman) y la camara de campo magnetico.
Preferiblemente, el area predeterminada tiene una superficie que es menor de 1m2. Mas preferiblemente, dicha area predeterminada tiene una superficie que es menor de 100 cm2. Preferiblemente, la rejilla de dos dimensiones en la que se determina la distribucion de datos tiene una distancia entre sus puntos de menos de 2 mm (o 2°) en la segunda y tercera direcciones. Mas preferiblemente dicha separacion es inferior a 0,2 mm (o 0,2°) en dichas direcciones, estando determinadas la unidad de "mm" o "°” por la unidad del eje correspondiente en el sistema de coordenadas utilizado.
La primera, segunda y tercera direcciones pueden constituir, por ejemplo, un sistema de eje ortogonal con coordenadas cartesianas (X, Y, Z). En tal sistema de referencia, un campo magnetico vectorial esta representado por un conjunto de componentes ortogonales (Bx, By, Bz). La primera lata componente, por ejemplo, corresponde a la componente Z de un campo magnetico Bz, que es el componente de plano de un campo vectorial con respecto a un plano definido por los ejes X e Y del sistema de coordenadas. Los ejes X e Y del sistema de coordenadas definen un plano que puede corresponder a una superficie de medicion, por ejemplo una superficie superior de un sensor de campo magnetico de una camara de campo magnetico.
Alternativamente, la primera, segunda y tercera direcciones pueden constituir, por ejemplo, un sistema de eje ortogonal con coordenadas cilindricas (R, e, Z). En tal sistema de referencia, un campo magnetico vectorial esta representado por un conjunto de componentes ortogonales (Br, Be, Bz). La primera componente puede, por ejemplo, corresponderse con la componente R de un campo magnetico Br, que es el componente radial de un campo vectorial con respecto a un eje del cilindro definido por el eje Z del sistema de coordenadas. Los E y Z ejes del sistema de coordenadas definen, para un determinado valor R, una superficie de cilindro que puede corresponder a la superficie de medicion de una matriz unidimensional de sensores de campo magnetico, que miden la componente radial del campo magnetico (es decir, el componente lo largo de dicho eje R), y que se escanea mientras que el cilindro esta rotando. Alternativamente, la primera, segunda y tercera direcciones pueden constituir, por ejemplo, un sistema de eje ortogonal con coordenadas esfericas (R, e, 9). En tal sistema de referencia, un campo magnetico vectorial esta representado por un conjunto de componentes ortogonales (Br, Be, B9). La primera componente puede, por ejemplo, corresponderse con la componente R de un campo magnetico Br, que es la componente radial de un campo vectorial con respecto a un punto definido por el centro del sistema esferico de coordenadas. Los ejes e y 9 del sistema de coordenadas definen una superficie esferica que puede corresponder a la superficie de medicion de una estructura doblada unidimensional de sensores de campo magnetico, que miden la componente radial del campo magnetico (es decir, la componente lo largo de dicho eje R). Los sensores pueden, por ello, estar dispuestos, por ejemplo, en un medio circulo que a continuacion se hace rotar alrededor de dicho punto central, describiendo por ello una superficie esferica, en la que resulta una rejilla de puntos de medicion.
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De acuerdo con realizaciones preferidas, el campo magnetico vectorial es un campo que debe ser caracterizado por un dispositivo de camara magnetica. Por ejemplo, el campo magnetico vectorial puede ser el campo generado por un iman permanente, un conjunto de imanes permanentes, un electroiman, o cualquier otro objeto que actua como una fuente de campo magnetico, las cualidades del cual tienen que ser medidos. El dispositivo de camara magnetica puede ser, por ejemplo, un dispositivo de camara basado en una matriz de sensores de Hall, o un dispositivo de camara magnetica del tipo magneto-optico, o puede estar basado en una matriz de otros sensores de campo magnetico, tales como sensores magneto-resistivos o bobinas de captacion. Estas realizaciones son especialmente beneficiosas cuando los datos de distribucion van a caracterizarse en un sistema de coordenadas cartesiano.
De acuerdo con realizaciones preferidas, el campo magnetico vectorial es un campo que debe estar caracterizado por una estructura unidimensional de sensores de campo magnetico, tales como sensores de Hall, sensores magneto-resistivos, o bobinas de captacion, que se escanea mecanicamente en una direccion con el fin de obtener una distribucion bidimensional del campo magnetico. Por ello, la direccion de escaneado podria ser en una direccion cartesiana (X, Y o Z) o en un eje en un sistema de coordenadas cilindrico (R, e o Z), por ejemplo, al rotar relativamente la estructura de sensores y de la fuente de campo magnetico que se va a medir, o puede estar en un sistema de coordenadas esferico. Por ejemplo, el campo magnetico vectorial puede ser el campo generado por un iman permanente, un conjunto de imanes permanentes, un electroiman, o cualquier otro objeto que actua como una fuente de campo magnetico, las cualidades del cual tienen que ser medidas. Estas realizaciones son especialmente beneficiosas cuando los datos de distribucion necesitan ser caracterizados en un sistema cartesiano o de coordenadas cilindricas.
De acuerdo con realizaciones preferidas, el campo magnetico vectorial es un campo que necesita estar caracterizado por un sensor de campo magnetico unico, tal como un sensor de Hall, un sensor magneto-resistivo, o una bobina de captacion, que se escanea mecanicamente en dos direcciones con el fin de obtener una distribucion bidimensional del campo magnetico. Por ello, la direccion de escaneado podria ser en una direccion cartesiana (X, Y o Z) o en un eje en un sistema de coordenadas cilindrico (R, e o Z), por ejemplo, rotando relativamente el sensor y la fuente de campo magnetico que se va a medir, o puede estar en un sistema de coordenadas esfericas. Por ejemplo, el campo magnetico vectorial puede ser el campo generado por un iman permanente, un conjunto de imanes permanentes, un electroiman, o cualquier otro objeto que actua como una fuente de campo magnetico, las cualidades del cual tienen que ser medidas. Estas realizaciones son especialmente beneficiosas cuando los datos de distribucion tienen que ser caracterizados en un sistema cartesiano de coordenadas cilindricas.
De acuerdo con realizaciones preferidas, el metodo comprende adicionalmente:
- generar datos adicionales de distribucion de la primera componente, comprendiendo, los datos de distribucion adicionales, valores esperados para la primera componente del campo magnetico en una area de extension, el area de extension adyacente al area predeterminada, por ejemplo, rodeando a dicha area predeterminada; y
- la determinacion de datos de distribucion que comprenden valores de la segunda y la tercera componentes de dicho campo magnetico en la segunda y la tercera direcciones, respectivamente, para un conjunto extendido de datos de distribucion, comprendiendo, el conjunto extendido de datos de distribucion, los datos de distribucion y los datos de distribucion adicionales.
El area predeterminada puede, por ejemplo, corresponder a un area sensible de un dispositivo de camara magnetica, por ejemplo el area sensible total.
Es una ventaja adicional de este tipo de realizaciones, que las componentes segunda y tercera del campo magnetico vectorial se puedan determinar de forma mas precisa que si no se generarian datos de distribucion adicionales. De hecho, mediante la generacion de los datos de distribucion adicionales y la aplicacion de, por ejemplo, una transformada de Fourier al conjunto extendido de datos de distribucion, los resultados de la operacion de transformada de Fourier, manipulaciones basadas en relaciones implicitas fisicas entre las componentes primera, segunda y tercera de la distribucion de campo y una transformada de Fourier inversa, y, de este modo, la determinacion de las componentes segunda y tercera del campo magnetico vectorial, se corresponde mejor a los valores reales de las componentes segunda y tercera.
De acuerdo con realizaciones preferidas, la determinacion de datos de distribucion que comprende valores de una primera componente de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada definida en una superficie predeterminada, comprende medir valores de medicion de la primera componente por medio de una camara magnetica.
De acuerdo con realizaciones preferidas, la determinacion de datos de distribucion que comprende valores de una primera componente de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada definida en una superficie predeterminada, comprende medir los valores de medicion de la primera componente por medio de una estructura bidimensional de sensores de campo magnetico, cuya posicion es accionada mecanicamente con el fin de escanear dicha area predeterminada.
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De acuerdo con realizaciones preferidas, determinar datos de distribucion que comprenden valores de una primera componente de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada definida en una superficie predeterminada, comprende la medicion de los valores de medicion de la primera componente por medio de un sensor de campo magnetico cuya posicion se acciona mecanicamente con el fin de escanear dicha area predeterminada.
De acuerdo con realizaciones preferidas, la determinacion de datos de distribucion que comprende valores de una primera componente de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada definida en una superficie predeterminada, comprende adicionalmente modelar los valores de medicion de la primera componente en base a un modelo predeterminado y/o a unos parametros de entrada predeterminados. Esto puede, por ejemplo ser realizado con los metodos y dispositivos descritos en el documento EP 2508906.
De acuerdo con realizaciones preferidas, los datos de distribucion de la primera componente comprenden valores distintos de cero para la primera componente del campo magnetico correspondiente a un emplazamiento en un borde exterior del area predeterminada.
De acuerdo con realizaciones preferidas, el metodo comprende la determinacion de los valores de la primera componente comprendidos en los datos de distribucion adicionales mediante simulacion de la primera componente en el area predeterminada y la extrapolacion de la simulacion dentro del area de extension.
De acuerdo con realizaciones preferidas, los valores de la primera componente comprendidos en los datos de distribucion adicionales se ponen a cero.
De acuerdo con realizaciones preferidas, los valores de la primera componente comprendidos en los datos de distribucion adicionales se establecen para ir decreciendo monotonamente a cero en el area de extension cuando se mueven desde un limite exterior del area predeterminada, lejos del area predeterminada, hacia un borde exterior del area de extension.
De acuerdo con realizaciones preferidas, el metodo comprende la determinacion de los valores de la primera componente, comprendidos en los datos de distribucion adicionales al:
- extrapolar o establecer valores de los primeros datos de distribucion de la primera componente correspondientes al limite exterior del area predeterminada en el area de extension;
- aplicar una funcion de ventana en los valores extrapolados para el area de extension, evolucionando dicha funcion de ventana del valor 1 al valor 0 sobre el area de extension al alejarnos del area predeterminada.
De acuerdo con realizaciones preferidas, el metodo comprende la determinacion de los valores de la primera componente comprendidos en los datos de distribucion adicionales mediante la generacion de valores de la primera componente que estan disminuyendo exponencialmente en el area de extension cuando al alejarnos del area predeterminada, a partir del limite exterior del area predeterminada, de manera que los valores de la primera componente se atenuan hacia cero, es decir que son cercanos a cero o cero, en el limite exterior del area de extension.
Opcionalmente, ademas, se puede aplicar una funcion de ventana en los valores exponencialmente decrecientes para el area de extension, evolucionando la funcion de ventana del valor 1 al valor 0 sobre el area de extension al alejarnos del area predeterminada.
De acuerdo con realizaciones preferidas, el metodo comprende la determinacion de los valores de la primera componente comprendidos en los datos de distribucion adicionales al:
- generar una representacion de nervadura polinomica o racional de los valores de la primera componente del campo magnetico para al menos una parte, al menos una parte exterior o periferica, o la totalidad del area predeterminada;
- extrapolar la representacion de nervadura polinomica o racional para valores extrapolados de la primera componente del campo magnetico en el area de extension;
- opcionalmente, aplicar una funcion de ventana en los valores extrapolados para el area de extension, evolucionando la funcion de ventana del valor 1 al valor 0 sobre el area de extension al alejarnos del area predeterminada.
Una representacion de nervadura (spline) es conocida por el experto en la tecnica. Una nervadura es una funcion polinomica suficientemente suave definida por tramos, y posee un alto grado de suavidad en los lugares donde las piezas polinomiales conectan. Tambien se supone que los conceptos de una representacion polinomica y una
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representacion racional son conocidos por el experto en la tecnica.
De acuerdo con realizaciones preferidas, la determinacion de los datos de distribucion de las componentes segunda y tercera comprende realizar una transformacion de Fourier, seguida de la realizacion de manipulaciones o calculos basados en las relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes del campo magnetico, seguida de una transformacion inversa de Fourier.
La transformacion de Fourier es conocida por el experto en la tecnica. La transformada de Fourier es una transformacion matematica que se usa comunmente en el procesamiento de la imagen y se usa para descomponer una imagen (o una estructura bidimensional de puntos de datos) en sus componentes de seno y coseno. La salida de la transformacion representa la imagen en el dominio de frecuencia o de Fourier, mientras que la imagen de entrada es el equivalente en el dominio espacial. En la imagen de dominio de Fourier, cada punto representa una frecuencia particular contenida en la imagen del dominio espacial. La frecuencia esta aqui para ser entendida en terminos de frecuencia espacial, tambien llamada "espacio-k1, termino que se utiliza comunmente para describir las frecuencias espaciales, tambien llamadas 'numeros de onda'. Sin embargo, las operaciones matematicas usadas en las transformadas de Fourier hacen abstraccion de las unidades y el sistema de coordenadas que se usan, y son igualmente utilizables para las senales de dominio de tiempo (que son por lo general de una sola dimension), asi como para las senales de dominio espaciales, ya sean de una dimension, de dos dimensiones o incluso de n dimensiones (donde ‘n’ es estrictamente un numero entero positivo).
Para el caso en el que ‘n'= 2, siendo el caso de dos dimensiones, el dominio espacial puede ademas ser especificado en cualquier sistema de coordenadas, tales como los sistemas de coordenadas cartesiano, el cilindrico o el esferico. En todos estos casos, los datos de distribucion se pueden formalizar en una matriz de dos dimensiones a las que se puede aplicar la transformada de Fourier. La determinacion de las componentes segunda y tercera de campo magnetico se basa en relaciones fisicas implicitas entre las componentes primera, segunda y tercera de la distribucion del campo magnetico, explotadas por ejemplo mediante la manipulacion de datos en el dominio transformado de Fourier, y, a continuacion, realizando una transformacion inversa de Fourier.
De acuerdo con realizaciones preferidas, realizar manipulaciones o calculos comprende multiplicar la transformada de Fourier de la primera componente con un factor que es al menos una funcion de las frecuencias espaciales correspondientes a las direcciones segunda y/o tercera. Preferiblemente, este factor es, o es tambien, una funcion de la magnitud del vector de frecuencia espacial determinada por la segunda y tercera direcciones.
De acuerdo con realizaciones preferidas, la funcion es una funcion compleja.
De acuerdo con realizaciones preferidas, la funcion solo tiene una parte imaginaria.
De acuerdo con realizaciones preferidas, el factor es o comprende una funcion de la relacion de la frecuencia espacial correspondiente a la segunda o la tercera direccion, sobre la magnitud del vector de frecuencia espacial determinada por la segunda y tercera direcciones.
De acuerdo con realizaciones preferidas, la transformacion de Fourier, los calculos basados en las relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes del campo magnetico y la transformacion inversa de Fourier se realizan en bloque, utilizando para ello metodos de ‘suma de solapamiento” o de ‘grabacion de solapamiento’.
En un segundo aspecto de la presente invencion, se da a conocer un dispositivo para determinar un campo magnetico vectorial en un area de dos dimensiones predeterminada, comprendiendo el dispositivo:
- unos medios para determinar la distribucion de una primera de las tres componentes de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada definida en una superficie predeterminada, estando la superficie predeterminada definida por una segunda y una tercera direccion, donde la primera, segunda y tercera direcciones constituyen un conjunto ortogonal de ejes;
- unos medios para determinar una distribucion de la segunda y la tercera componentes del campo magnetico en la segunda y la tercera direcciones, respectivamente, para el area predeterminada definida en la superficie predeterminada;
donde los medios para determinar los datos de distribucion que comprenden valores de la segunda y la tercera componente estan adaptados para la manipulacion de datos de distribucion de la primera componente en base a relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes primera, segunda y tercera del campo magnetico vectorial.
De acuerdo con realizaciones preferidas, los medios para determinar los datos de distribucion de las componentes segunda y tercera estan adaptados para realizar al menos una transformada de Fourier y una transformada inversa de Fourier.
De acuerdo con realizaciones preferidas, los medios para determinar la distribucion de una primera componente en
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el area predeterminada comprenden un dispositivo de camara magnetica que comprende un area de deteccion, correspondiendo el area de deteccion al area predeterminada.
De acuerdo con realizaciones preferidas, los medios para determinar la distribucion de una primera componente en el area predeterminada comprenden una estructura unidimensional de sensores de campo magnetico cuya posicion se acciona mecanicamente con el fin de escanear el area predeterminada, y graban la primera componente de la distribucion en el area predeterminada.
De acuerdo con realizaciones preferidas, los medios para determinar la distribucion de una primera componente en el area predeterminada comprenden un unico sensor de campo magnetico cuya posicion se acciona mecanicamente con el fin de escanear el area predeterminada y graba la primera componente de la distribucion en el area predeterminada.
De acuerdo con realizaciones preferidas, el dispositivo comprende adicionalmente medios para generar datos de distribucion adicionales de la primera componente, comprendiendo los datos de distribucion adicional valores esperados para la primera componente del campo magnetico en un area de extension, el area de extension adyacente a la area predeterminada; y medios para realizar una transformacion de Fourier sobre un conjunto extendido de datos de distribucion, comprendiendo el conjunto extendido de datos de distribucion los datos de distribucion y los datos de distribucion adicionales.
De acuerdo con realizaciones preferidas, los medios para generar datos adicionales de distribucion de la primera componente comprenden medios para la simulacion de la primera componente en el area predeterminada y la extrapolacion de la simulacion en el area de extension.
En un tercer aspecto de la presente invencion, se describe un programa de ordenador o producto de software, que esta adaptado para realizar cualquiera de los metodos de acuerdo con el primer aspecto de la presente invencion, cuando se ejecuta en un ordenador.
Las caracteristicas y ventajas descritas para uno de los aspectos anteriores de la presente invencion estan por la presente tambien implicitamente descritas para los demas aspectos, mutatis mutandis, que el experto en la tecnica reconocera. Por ejemplo, el dispositivo puede comprender cualesquiera medios necesarios que estan adaptados para realizar cualquiera de las realizaciones descritas para el aspecto de metodo de la presente invencion.
De acuerdo con realizaciones preferidas, la totalidad o parte de lo anterior se aplica para la inspeccion de imanes permanentes o conjuntos de imanes en aplicaciones industriales o academicas, tales como sistemas de sensores, interruptores y reles, motores electricos, actuadores, altavoces, microfonos, acoplamientos magneticos, imanes de retencion, sistemas de guiado de haz, onduladores diversos, cojinetes magneticos permanentes, instrumentos de medicion, equipamiento de investigacion, nuevos materiales magneticos, o analisis no destructivos de materiales magneticos tales como el acero.
Ejemplos de industrias en las que la presente invencion se pueden aplicar son: automocion, industria, medicina, electronica de consumo, produccion de imanes y laboratorios de investigacion.
Breve descripcion de los dibujos
La divulgacion se aclarara adicionalmente por medio de la siguiente descripcion y las figuras adjuntas.
Las figuras 1-8 ilustran realizaciones de la presente invencion. Las figuras 3 a 8 ilustran ejemplos de como se pueden generar datos de distribucion adicionales para la primera componente del campo magnetico vectorial, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion.
Descripcion detallada de realizaciones preferidas
La presente descripcion se describira con respecto a realizaciones particulares y con referencia a ciertos dibujos pero la descripcion no se limita a ello, sino solamente por las reivindicaciones. Los dibujos descritos son solamente esquematicos y no limitativos. En los dibujos, el tamano de algunos de los elementos puede ser exagerado y no dibujado a escala para fines ilustrativos. Las dimensiones y las dimensiones relativas no corresponden necesariamente a las reducciones reales para la practica de la divulgacion.
Ademas, los terminos “primero”, “segundo”, “tercero” y similares en la descripcion y en las reivindicaciones se usan para distinguir entre elementos similares y no necesariamente para describir un orden secuencial o cronologico. Los terminos son intercambiables en circunstancias apropiadas y las realizaciones de la divulgacion pueden operar en otras secuencias que las descritas o ilustradas en este documento.
Por otra parte, los terminos “superior”, “inferior”, “sobre”, “debajo” y similares en la descripcion y las reivindicaciones se utilizan con fines descriptivos y no necesariamente para describir posiciones relativas. Los terminos asi usados
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son intercambiables bajo circunstancias apropiadas y las realizaciones de la divulgacion descrita en este documento puede funcionar en otras orientaciones que las descritas o ilustradas en este documento.
Ademas, las diversas realizaciones, si bien se mencionan como "preferidas" se han de interpretar como maneras ejemplares en que la divulgacion puede ser implantada en lugar de como limitacion del alcance de la descripcion.
Se describe un metodo para la determinacion de un campo magnetico vectorial en un area predeterminada, lo que permite una determinacion de los tres componentes del campo magnetico vectorial, por medio de un dispositivo de camara magnetica. El metodo comprende los pasos de:
- determinar los datos de distribucion que comprenden valores de una primera de tres componentes de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada definida en una superficie predeterminada, estando la superficie predeterminada definida por una segunda y una tercera direccion, en el que la primera, segunda y tercera direcciones constituyen un conjunto ortogonal de ejes;
- determinar los datos de distribucion que comprenden valores de la segunda y la tercera componentes del campo magnetico en la segunda y la tercera direcciones respectivamente, para el area predeterminada definida en la superficie predeterminada;
en el que determinar la distribucion de datos que comprenden valores de la segunda y la tercera componente se basa en hacer uso de las relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes primera, segunda y tercera de la distribucion del campo magnetico.
La determinacion de una distribucion de la segunda y la tercera componentes preferiblemente incluye la realizacion de una transformacion de Fourier en los datos de distribucion de la primera componente, la manipulacion de los datos de la transformada de Fourier y la realizacion de la transformada inversa de Fourier. Aqui se explotan las relaciones fisicas entre las componentes primera, segunda y tercera de la distribucion de campo.
Una relacion fisica entre las componentes primera, segunda y tercera de la distribucion del campo magnetico es la Ley circuital simplificada de Ampere, que es valida para las regiones donde no hay fuentes de campo magnetico y no hay campos electricos variables:
Ecuacion 1 VxB=0
donde B con la flecha es el vector de campo magnetico. Expresando la ecuacion 1 en rendimientos de coordenadas cartesianas:
3A_^=0.
Ecuacion 2 ^ Sz
^-^ = 0;
dx dz
donde z es la direccion fuera del plano y x e y son las coordenadas en el plano. Ahora definimos las transformadas de Fourier Bx, By, Bz con virgulilla de las componentes del campo magnetico Bx, By, Bz como sigue:
Ecuacion 3
donde i es la unidad imaginaria, kx y ky denotan los numeros de onda o frecuencias espaciales en el plano xy, y Bx, By, Bz con virgulilla denotan las transformadas de Fourier de Bx, By, Bz, respectivamente. La segunda formula en la ecuacion 3 es la transformada de Fourier inversa.
Cuando la transformada de Fourier de las expresiones en la ecuacion 2 se calcula, obtenemos:
Ecuacion 4
Las dos primeras formulas de la ecuacion 4 contienen derivadas parciales de las componentes del campo magnetico en el plano en el dominio de frecuencia espacial con respecto a la direccion z. Estas dos expresiones se pueden reescribir, haciendo uso de la definicion de una derivada parcial:
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Ecuacion 5
La ecuacion 5 puede reescribirse adicionalmente mediante el uso de identidades de Green:
Ecuacion 6
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Los limites de la ecuacion 6 se pueden evaluar usando la regla de l'Hopital y resultan las siguientes expresiones:
Ecuacion 7
La ecuacion 7 dice que las componentes Bx y By del campo magnetico se pueden obtener a partir de una distribucion 15 bidimensional de la componente Bz del campo magnetico.
Mientras que la derivacion de la ecuacion 7 hace uso de un sistema de coordenadas cartesiano, este resultado tambien se puede aplicar en un sistema de coordenadas cilindrico, como se muestra ahora. Consideremos un sistema de coordenadas cilindrico, determinado por un eje Z, con las siguientes direcciones ortogonales: la direccion 20 radial 'r' es perpendicular al eje Z, la direccion angular 'e' es perpendicular tanto al eje Z como a la direccion radial e indica la direccion de rotacion alrededor del eje Z, la tercera coordenada es la direccion Z.
En primer lugar, se muestra como las componentes de 0 y Z, Be y Bz, de una distribucion del campo magnetico se pueden obtener a partir de la distribucion de la componente radial Br en la superficie curvada de un cilindro de radio 25 ‘R’ y altura 'H' en la direccion Z. La superficie curvada del cilindro se puede transformar en una superficie plana por
"desarrollo" del cilindro. Esta superficie cilindrica en el sistema de coordenadas cilindrico (R, 0, Z) es entonces proyectada sobre un sistema de coordenadas cartesiano (X ', Y', Z ') de la siguiente forma:
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Ecuacion 8
X' = Rd Y’ = Z
Z' = R
Y las componentes del campo magnetico en el sistema de componentes cartesianas de la siguiente forma:
coordenadas
cilindrico se transforman en las
Ecuacion 9
Bx = B9 By = Bz
Bz = Br
Las componentes del campo magnetico en el sistema de coordenadas cilindrico ahora pueden ser tratadas como componentes en un sistema de coordenadas cartesianas, y la ecuacion 7 se puede aplicar con el fin de determinar las componentes Be y Bz. Por ello se debe observar que la distribucion de campo en el cilindro es periodica en la direccion e y de este modo esta preferiblemente sujeta a condiciones periodicas de limite en el sistema de coordenadas cartesianas cuando se realiza la transformada de Fourier.
Ahora se muestra como las componentes de e y R, Be y Br, de una distribucion del campo magnetico se pueden obtener a partir de la distribucion de la componente axial (de Z) en una superficie de disco de un cilindro de radio ‘r'. La superficie del disco en el sistema de coordenadas cilindrico (R, e, Z) se puede transformar en una superficie de coordenadas cartesianas proyectandola en un sistema de coordenadas cartesianas (X', Y', Z') de la siguiente forma:
X' = R cos#
Ecuacion 10 Y' = /?sin#
Z' = Z
Y las componentes del campo magnetico en el sistema de coordenadas cilindrico se transforman en las componentes cartesianas de la siguiente forma:
Br = BR- cos 6 - Bg • sin 9 Ecuacion 11 Br = BR ■ sm9+Be ■ cos#
Br = Bz
Las componentes del campo magnetico en el sistema de coordenadas cilindricas ahora pueden ser tratadas como componentes en un sistema de coordenadas cartesianas y la ecuacion 7 se pueden aplicar con el fin de determinar las componentes Bx’ y By. Por ello se observa que la rejilla en el sistema de coordenadas cilindricas puede no transformarse en una rejilla regular en el sistema de coordenadas cartesianas cuando se aplica la ecuacion 10. Sin embargo, la rejilla transformada puede volverse regular de nuevo por metodos de interpolacion que son bien conocidos para los expertos en la tecnica. A partir de las componentes Bx’ y By’ encontradas, las componentes Be and Br pueden ser facilmente recuperadas mediante la realizacion de la transformacion inversa de la ecuacion 11. Por ello, podria ser necesario otro paso de interpolacion con el fin de obtener los valores de Be y Br en los puntos originales de rejilla en el sistema de coordenadas cilindrico.
Con el fin de obtener condiciones de limite adecuadas en la periferia exterior de la superficie de disco transformada en coordenadas cartesianas, puede ser necesario aplicar metodos de extrapolacion de acuerdo con los metodos descritos en la presente invencion. Los expertos en la tecnica reconoceran que el metodo anterior se aplica igualmente a una superficie anular, en donde solo se considera el area entre un radio interior y un radio exterior. Por ello, la superficie interior del disco, en la que no hay puntos de datos presentes, puede ser extrapolada de acuerdo con los metodos descritos en la presente invencion.
Sera evidente para un experto en la tecnica que se pueden aplicar enfoques similares a otros sistemas de coordenadas, como el sistema de coordenadas esfericas.
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En el espacio tridimensional con el sistema de ejes cartesianos (X, Y, Z), la distribucion espacial de las componentes de un campo magnetico se mide en un area predeterminada, por ejemplo, un area rectangular o cuadrada, siendo el area predeterminada plana y correspondiente al plano XY del sistema de ejes cartesianos. La medicion de la distribucion del campo magnetico se puede realizar por medio de una camara de campo magnetico, que se basa en una matriz bidimensional de sensores de Hall, midiendo, cada uno de los sensores de Hall, el campo magnetico localmente. Alternativamente, la medicion del campo magnetico se puede realizar con dispositivos magneto-opticos. Hoy en dia, los dispositivos magneticos de camara son capaces solo de medir un componente fuera del plano de un campo magnetico. De acuerdo con realizaciones de la presente invencion, una distribucion de campo magnetico medido por la primera componente del campo magnetico vectorial, por ejemplo, la componente Z, se puede usar para determinar las componentes X e Y. Por el presente documento, el analisis de Fourier se puede utilizar ventajosamente. Un area practica de aplicacion es el campo de determinar la distribucion del campo magnetico de un objeto magnetico, como por ejemplo un iman permanente.
El metodo descrito posteriormente se puede aplicar en una distribucion medida de la componente Z de un campo magnetico vectorial, o se puede aplicar en una version mejorada de la misma. De hecho, la distribucion medida de la componente Z del campo magnetico se puede optimizar, por ejemplo de acuerdo con un metodo descrito en la solicitud de patente europea EP2508906, antes de que las componentes X e Y sean determinadas como se establece posteriormente.
Se apreciara ademas que el metodo puede ser utilizado para determinar los valores de las componentes segunda y tercera de un campo magnetico vectorial a lo largo de cualquier superficie, por ejemplo una superficie plana o curva, siendo esta ultima por ejemplo una superficie cilindrica o una superficie esferica, que puede ser virtual, para lo cual se conoce la distribucion de la primera componente. De hecho, los datos de distribucion utilizados que comprenden valores para la primera componente de un campo magnetico vectorial pueden corresponder a valores medidos, a valores medidos corregidos o a valores puramente simulados basados en modelos teoricos, dependiendo, por ejemplo, del contexto y de la aplicacion.
Una condicion importante para permitir un calculo correcto de las componentes X e Y es que el campo magnetico, en el limite exterior del area medida, el area predeterminada, satisfaga las condiciones de limite adecuadas. En la practica, esto puede significar que el campo en el limite sea cercano a cero o cero (por ejemplo, por debajo del nivel de ruido), o podria significar que hay condiciones de limite periodicas. Si las condiciones de limite no se satisfacen, pueden introducirse errores en las componentes X e Y calculadas. Al considerar el caso en el que se supone que el campo magnetico cae a cero a distancias suficientemente grandes de la fuente magnetica, se puede usar, en teoria, un area predeterminada, o area de medicion, que sea lo suficientemente grande, de modo que la primera componente medida del campo magnetico se puede despreciar con respecto al ruido de medicion en el limite exterior del area de medicion, de modo que no se introduzcan estos errores.
En la practica, no obstante, el aumento del area de medicion no siempre es posible, ya que esto significaria un aumento del area activa de un dispositivo magnetico de camara o el uso de sistemas de dispositivos magneticos de camara mas complejos, que combinen una pluralidad de mediciones de camara de campo magnetico en paralelo o en serie tomadas por una sola camara magnetica o por una pluralidad de camaras magneticas. Esto significa que, en la practica, los dispositivos magneticos de camara tienen un area de medicion limitada, que corresponde al area predeterminada para la que se esta midiendo la primera componente del campo magnetico vectorial. En ese caso, la componente Z del campo magnetico no puede ser lo suficientemente pequena o cero en sus limites exteriores, lo que pone en peligro la posibilidad de determinar las componentes X e Y dentro del area predeterminada con la precision suficiente.
Si se mide la componente Z de un campo magnetico vectorial de un objeto magnetico, el campo magnetico medido evolucionara monotonamente a cero cuando la distancia con respecto al objeto magnetico este aumentando. Si se mide en un area de dos dimensiones, por medio de, por ejemplo, el dispositivo magnetico de camara que comprende un area activa o de medicion que corresponde a el area predeterminada, la cual incluye, por ejemplo, un objeto magnetico, se puede esperar que el campo magnetico en el limite exterior del area predeterminada evolucione monotonamente a cero, pero no alcanzara tal valor cercano a cero o cero en estos limites.
Es un objeto adicional de la presente invencion extrapolar la evolucion adicional de las componentes del campo magnetico virtualmente al expandir virtualmente el area predeterminada (1), es decir, el area activa de la camara de campo magnetico, con el fin de lograr una imagen mas grande. Estas areas se ilustran en la figura 1. Esta imagen mas grande puede ser elegida de tal manera que el campo magnetico en los limites exteriores de la misma sea de hecho lo suficientemente pequeno; es decir, cercano a cero o cero. Esta imagen mas grande corresponde al area predeterminada (1) y a un area (2) de extension, que es adyacente a, preferiblemente directamente adyacente a, el area predeterminada. Preferiblemente, el area (2) de extension esta rodeando el area predeterminada (1). El area de extension puede ser, por ejemplo, el area de complemento del area predeterminada, de un area rectangular o cuadrada que rodea el area predeterminada, mediante la cual el area predeterminada puede, por ejemplo, ser colocada en el centro de esta area rectangular o cuadrada. Es el objeto de las realizaciones de la presente invencion simular los valores esperados de la primera componente de campo magnetico en el area de extension de tal manera que no se desvie sustancialmente de la manera en que el campo evolucionaria a cero en la realidad. El resultado es
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una distribucion de la primera componente del campo magnetico en un area mas grande virtual que no se desvia sustancialmente de una imagen que se haria si fuera posible medir en el area de extension directamente. Los datos de distribucion adicionales de la primera componente del campo magnetico correspondiente a los valores esperados para la primera componente del campo magnetico en el area de extension se combinan despues con los datos de distribucion de la primera componente del campo magnetico en el area predeterminada, formando juntos un conjunto ampliado de datos de distribucion, y se aplica una transformacion de Fourier a este conjunto extendido.
Tal transformacion de Fourier, la manipulacion de los datos de transformada de Fourier, que explota relaciones fisicas inherentes entre las componentes primera, segunda y tercera de la distribucion de campo, y la realizacion de la transformada inversa de Fourier, dan como resultado las componentes X e Y del campo magnetico. Estas distribuciones de las componentes X e Y se generan automaticamente para no solo el area predeterminada, sino tambien para el area de extension. La distribucion de X e Y del campo magnetico vectorial en el area de extension es a menudo menos importante, y se puede retirar del conjunto de datos con el fin de terminar con las componentes X, Y y Z del campo magnetico vectorial en el area predeterminada solamente.
En terminos mas generales, las direcciones primera, segunda y tercera no se corresponden necesariamente con las instrucciones de un sistema de coordenadas cartesianas, pero igualmente puede aplicarse a otros sistemas de coordenadas, tales como sistemas de coordenadas esfericas o cilindricas. En los dos ultimos casos, algunas direcciones tienen dimensiones angulares en lugar de dimensiones longitudinales. Para tales direcciones, por lo general no se necesita el area extendida, ya que es suficiente para obtener datos de medicion a lo largo de la circunferencia completa de dicha direccion, por ejemplo, a lo largo de toda la circunferencia de un cilindro. Los datos de medicion en tales dimensiones son inherentemente periodicos y tienen condiciones periodicas de limite, lo que significa que el valor en 360° es igual al de en 0°. Por lo tanto, en tal caso, la transformada de Fourier se calculara de manera correcta sin aplicar el area de extension en tales direcciones. Condiciones similares de limite pueden ser apropiadas en algunos casos en coordenadas cartesianas, donde por ejemplo se mide un objeto magnetico muy largo con perfil periodico de magnetizacion, y para el cual se aplican condiciones periodicas de limite.
Cuando la distribucion de la componente de campo magnetico medida en los limites del area predeterminada no se acerca a cero, porque, por ejemplo, el objeto magnetico es mayor que el area de medicion de la camara de campo magnetico, puede ser necesario extender el area predeterminada de medicion con el fin de asegurar que la distribucion medida se aproxime suficientemente a cero en sus limites, de modo que los metodos de la presente invencion se puedan aplicar. Para tal caso, puede ser necesario medir un area mas grande mediante la progresion del area de medicion en las direcciones segunda y/o tercera, y, en cada nueva ubicacion, medir la distribucion en una nueva area predeterminada que es adyacente al area predeterminada anterior, tras de lo cual todas las distribuciones determinadas se 'cosen' juntas como para dar como resultado una gran area predeterminada, en los bordes de la cual el campo magnetico ha evolucionado lo suficiente hacia cero como para aplicar los metodos de extrapolacion descritos en la presente invencion, con el objeto de determinar las componentes segunda y tercera de la distribucion del campo magnetico. Ciertos metodos y dispositivos para lograr esto estan descritos, por ejemplo, en la solicitud de patente europea EP12188521.4 presentada el 15 de octubre de 2012 por el solicitante de la presente solicitud. Tal dispositivo puede ser descrito como un dispositivo para determinar una distribucion de campo magnetico de un iman a lo largo de una superficie principal del iman, comprendiendo el dispositivo:
a. una disposicion de al menos dos modulos de camara de campo magnetico independientes, estando dispuestos en una posicion relativa fija uno con respecto al otro, estando cada modulo de camara de campo magnetico adaptado para medir una distribucion del campo magnetico para la cual se expone por medio de una superficie respectiva de deteccion;
b. un medio para proporcionar un movimiento relativo predeterminado entre la superficie principal y la disposicion para escanear por ello la distribucion del campo magnetico del iman a lo largo de la superficie principal.
El metodo asociado es un metodo para determinar una distribucion de campo magnetico de un iman a lo largo de una superficie principal del iman, comprendiendo el dispositivo:
- proporcionar el iman;
- proporcionar una disposicion de al menos dos modulos de camara de campo magnetico independientes estando dispuestos en una posicion relativa fija uno con respecto al otro, estando cada modulo de la camara de campo magnetico adaptado para medir una distribucion del campo magnetico para la cual se expone por medio de una superficie respectiva de deteccion;
- proporcionar un movimiento relativo predeterminado entre la superficie principal y la disposicion para escanear por ello la distribucion del campo magnetico del iman a lo largo de la superficie principal.
Con el fin de determinar las componentes segunda y tercera del campo magnetico para esta distribucion cosida, los metodos descritos en la presente invencion se pueden aplicar al area predeterminada resultante (cosida).
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Otro metodo, sin embargo, consiste en aplicar los denominados metodos de ‘suma de solapamiento’ o de ‘grabacion de solapamiento’, que son conocidos para el experto en la tecnica de procesamiento de senales, por lo que la transformada de Fourier, la manipulacion de datos basada en propiedades fisicas intrinsecas de un campo magnetico vectorial, y la transformacion inversa se realizan en cada area predeterminada individual comprendiendo el area predeterminada combinada mayor, sin la aplicacion de los metodos de extrapolacion descritos en la presente invencion. Cuando se combinan las componentes segunda y tercera determinadas en la distribucion mayor, se aplica la ‘suma de solapamiento’ o la ‘grabacion de solapamiento’.
Los metodos de ‘suma de solapamiento’ y de ‘grabacion de solapamiento’ tambien se pueden aplicar en los otros casos descritos en la presente invencion de la siguiente manera. En lugar de determinar primero la distribucion adicional del area extendida y despues aplicar la manipulacion de datos sobre la base de las propiedades fisicas intrinsecas de un campo magnetico vectorial (por ejemplo, comprendiendo la aplicacion de una transformada de Fourier, la manipulacion de datos de la transformada de Fourier, y la realizacion de una transformada inversa de Fourier) con el fin de obtener los otros componentes de la distribucion, la aplicacion de una transformada de Fourier, la manipulacion de datos y la realizacion de una transformada inversa de Fourier se aplican por separado en el area predeterminada y a las (subregiones de) el area extendida de una forma por bloques. Por ello, cada uno de los bloques puede estar relleno de ceros en cierta medida con el fin de crear regiones de solapamiento entre los bloques re transformados. Los bloques re transformados resultantes se combinan entonces en la matriz mayor final, con lo cual se anaden las regiones de solapamiento juntas. Adicionalmente, el area predeterminada en si puede tambien ser tratada por bloques, por ejemplo en el caso de un iman grande en el que el area predeterminada es relativamente grande y se mide de una forma por bloques. Este metodo corresponde al metodo de suma de solapamiento. Una persona experta en la tecnica reconocera facilmente la posibilidad analoga de aplicar el metodo de grabacion de solapamiento a los mismos datos.
Alternativamente, las areas predeterminadas y extendidas pueden ser tratadas por bloques o por secciones, en donde la determinacion de las componentes segunda y tercera se realiza en cada bloque/seccion por separado, y sus resultados se suman juntos o se guardan de acuerdo con los metodos de suma de solapamiento y grabacion de solapamiento, respectivamente.
Como una mejora adicional del metodo anterior, los metodos de suma de solapamiento y grabacion de solapamiento tambien se pueden utilizar en un area de extension infinita, en donde la extrapolacion se expresa como una funcion analitica en la que la transformada de Fourier y otras operaciones pueden ser analiticamente determinadas en el intervalo que va desde el infinito hasta el borde del area predeterminada.
Los datos de distribucion de la primera componente del campo magnetico vectorial en el area de extension se pueden determinar de muchas maneras, algunas de las cuales se explican a continuacion.
Las figuras 3-8 ilustran ejemplos de como se pueden generar datos de distribucion adicionales para la primera componente del campo magnetico vectorial, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion. Los patrones representados ilustran la evolucion de los valores de la primera componente a lo largo de una seccion transversal S como se representa en la figura 1. La seccion transversal puede comprender una porcion exterior del area predeterminada solamente, pero se puede extender hasta el centro del area predeterminada.
De acuerdo con una primera realizacion, ilustrada en la figura 3, la componente Z o primera componente del campo magnetico vectorial se ajusta al valor cero (0) en el area completa de extension. Cuando los valores medidos de la componente del campo magnetico vectorial en el limite exterior del area predeterminada difieren de cero, el metodo puede introducir sin embargo una discontinuidad de los valores en el limite exterior del area predeterminada, que todavia puede introducir errores en un calculo subsiguiente de las componentes X e Y del vector de campo magnetico.
De acuerdo con una realizacion alternativa, ilustrada en la figura 8, de la presente invencion, los datos de distribucion adicionales que comprenden la primera componente del campo magnetico vectorial se simulan o modelan para el area predeterminada, y los resultados de la simulacion o del modelado estan/se extrapolan en el area de extension.
De acuerdo con realizaciones preferidas, ilustradas en la figura 2, el campo magnetico en posiciones situadas en el area de extension se puede establecer en el mismo valor que el punto mas cercano del area predeterminada. Para un area predeterminada rectangular, esto significaria que los valores de limite del area predeterminada y del area de este modo medida se establecen como un valor fijo, constante, en toda el area de extension a lo largo de una direccion que es ortogonal en el limite exterior del area predeterminada (las porciones 20). En las areas de esquina que luego quedan (21), el valor de la esquina correspondiente del area predeterminada se establece como un valor constante. Subsiguientemente, se aplica una funcion de ventana sobre el area predeterminada y el area de extension, que tiene un valor "1" en el area predeterminada o medida y que evoluciona continuamente hasta el (cerca del) valor cero en el limite exterior del area predeterminada. Por ejemplo, la funcion de ventana puede ser una ventana de Tukey (ilustrada en la figura 5) o una ventana de Planck-Taper. Alternativamente, se pueden usar las denominadas " funcion de bump" o una "funcion de test", que tienen la propiedad de que evolucionan a partir de un
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valor 1 a un valor cero dentro de un area limitada, por lo que pueden ser infinitamente diferenciadas, y por lo que, de este modo, no introducen discontinuidades en la funcion o en ninguna de sus derivadas primera o de orden superior, lo que las hace adecuadas para ser usadas como una funcion de ventana en este contexto.
De acuerdo con una realizacion adicional, ilustrada en la figura 4, los valores de la primera componente del campo magnetico vectorial en el limite exterior del area predeterminada estan evolucionando exponencialmente hacia un valor cero en el area de extension. Preferiblemente, el factor exponencial esta predeterminado de modo que su valor suficientemente pequeno o el valor cero se alcanza en el limite exterior del area de extension. En la practica, es suficiente que la distribucion del campo magnetico en el limite exterior del area de extension tenga un valor que este por debajo del ruido de medicion. Este metodo garantiza la continuidad de los valores en el borde exterior del area predeterminada, pero no garantiza la continuidad de la primera de sus derivadas.
En una realizacion preferida adicional, la primera componente del campo magnetico vectorial en el (area limite del) area predeterminada esta representada por una representacion polinomica. El orden de la funcion polinomica extrapolada se puede reducir, por ejemplo, a orden dos ("polinomio cuadratico"), o a orden uno ("polinomio lineal"), a fin de no obtener valores de extrapolacion inestables. Este metodo garantiza que la continuidad de los valores de medicion y de las derivadas se determine en la misma medida que el orden de la funcion polinomica usada. En la practica, se prefiere adicionalmente aplicar adicionalmente una funcion de ventana en estos valores extrapolados, de manera que se pueda garantizar que la distribucion de la primera componente del campo magnetico vectorial llega a un valor que es suficientemente pequeno o cero en el limite exterior del area de extension.
En una realizacion preferida adicional, la primera componente del campo magnetico vectorial en el (area limite del) area predeterminada esta representada por una representacion de funcion racional. El orden de la funcion racional extrapolada se puede elegir para, por ejemplo, orden -1 ("1/x"), orden -2 ("1/x2") u orden -3 ("1/x3"). El ultimo caso es particularmente util ya que corresponde a la tasa de disminucion del campo magnetico de un dipolo magnetico, que es la aproximacion de un iman a grandes distancias del iman. Este metodo garantiza que el campo magnetico se aproxima a cero cuando se mueve adicionalmente en el area de extension. En la practica, puede ser adicionalmente preferible aplicar una funcion de ventana en estos valores extrapolados, de manera que se puede garantizar que la distribucion de la primera componente del campo magnetico vectorial llega a un valor que es suficientemente pequeno o cero en el limite exterior del area de extension.
En una realizacion preferida adicional, la primera componente del campo magnetico vectorial en el (area limite del) area predeterminada esta representada por una representacion "de nervadura", que se ilustra en la figura 6. El orden de la funcion extrapolada de nervadura se puede reducir, por ejemplo, a orden dos ("de nervadura cuadratica"), o a orden uno ("de nervadura lineal"), a fin de no obtener valores de extrapolacion inestables. Este metodo garantiza que la continuidad de los valores de medicion y las derivadas se determina en la misma medida que el orden de la funcion de nervadura usada. En la practica, se prefiere adicionalmente aplicar adicionalmente una funcion de ventana en estos valores extrapolados, de manera que se pueda garantizar que la distribucion de la primera componente del campo magnetico vectorial llega a un valor que es suficientemente pequeno o cero en el limite exterior del area de extension. Esto se ilustra en la figura 7.
Segun una realizacion adicional de la presente invencion, los valores de la primera componente del campo magnetico en el limite del area predeterminada se pueden extrapolar sobre la base de una distribucion de campo magnetico simulada para el objeto magnetico del cual fue medida la distribucion del campo magnetico. Los algoritmos de simulacion se pueden utilizar para calcular la distribucion del campo magnetico basandose, por ejemplo, en una o mas propiedades del objeto magnetico, tales como, por ejemplo, forma, material, vector de magnetizacion, posicion, y asi sucesivamente. Tambien aqui, se puede hacer uso de cualquiera de los metodos descritos por ejemplo en el documento EP 2508906.
De acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, las componentes segunda y tercera de la distribucion del campo magnetico de un area de 'cosido' predeterminada se realizan de la siguiente manera, cuando se utilicen los metodos de suma de solapamiento o de grabacion de solapamiento. De este modo, la transformada de Fourier y las operaciones de transformada inversa se realizan en cada area predeterminada individual, que puede o no puede estar rellena de ceros, sin aplicar los metodos de extrapolacion descritos en la presente invencion. Cuando se combinan las componentes segunda y tercera determinadas en la distribucion mayor, se aplican metodos de suma de solapamiento y grabacion de solapamiento.
De acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, los metodos de suma de solapamiento y grabacion de solapamiento se usan en un area de extension finita o infinita.
Claims (15)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Un metodo para determinar metodo:- la determinacion de datos de campo magnetico a lo largo de predeterminada, estando dicha superficie predeterminada definida por unas direcciones segunda y tercera, en el que dichas direcciones primera, segunda y tercera constituyen un conjunto ortogonal de ejes;- la determinacion de datos de distribucion que comprenden valores de la segunda y la tercera componentes de dicho campo magnetico en dichas direcciones segunda y tercera, respectivamente, para dicha area predeterminada(1) definida en dicha superficie predeterminada;caracterizado porque la determinacion de los datos de distribucion que comprenden valores de las componentes segunda y tercera se basa en hacer uso de relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes primera, segunda y tercera de dicha distribucion del campo magnetico; y en el que la determinacion de los datos de distribucion de dichas componentes segunda y tercera comprende realizar una transformacion de Fourier, seguida de la realizacion de calculos basados en relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes del campo magnetico, seguida de una transformacion de Fourier inversa.
- 2. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente:- generar datos adicionales de distribucion de dicha primera componente, comprendiendo, dichos datos de distribucion adicionales, valores esperados para dicha primera componente de dicho campo magnetico en un area(2) de extension, estando dicha area (2) de extension adyacente a dicha area predeterminada (1); y- determinar datos de distribucion comprendiendo valores de las componentes segunda y tercera de dicho campo magnetico en dichas direcciones segunda y tercera, respectivamente, para un conjunto extendido de datos de distribucion, comprendiendo dicho conjunto extendido de datos de distribucion dichos datos de distribucion y dichos datos de distribucion adicionales.
- 3. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que determinar los datos de distribucion comprendiendo valores de una primera componente de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada (1) definida en una superficie predeterminada, comprende medir valores de medicion de dicha primera componente por medio de una camara de campo magnetico.
- 4. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que determinar los datos de distribucion comprendiendo valores de una primera componente de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada (1) definida en una superficie predeterminada, comprende adicionalmente modelar dichos valores de medicion de dicha primera componente en base a un modelo predeterminado y/o a parametros de entrada predeterminados.
- 5. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que dichos datos de distribucion de dicha primera componente comprende valores distintos de cero para dicha primera componente de dicho campo magnetico correspondiente a un emplazamiento en un borde exterior de dicha area predeterminada (1).
- 6. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la determinacion de dichos valores de dicha primera componente comprendido en dichos datos de distribucion adicionales por simulacion o modelizacion de dicha primera componente en dicha area predeterminada (1) y la extrapolacion del resultado de dicha simulacion a dicha area (2) de extension.
- 7. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 5, en el que dichos valores de dicha primera componente comprendidos en dichos datos de distribucion adicionales se ponen a cero.
- 8. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 5, en el que dichos valores de dicha primera componente comprendidos en dichos datos de distribucion adicionales se establecen para ir decreciendo monotonamente a cero en dicha area (2) de extension cuando nos movemos desde un limite exterior de dicha area predeterminada (1), lejos de dicha area predeterminada, hacia un borde exterior de dicha area (2) de extension.
- 9. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, que comprende la determinacion de dichos valores de dicha primera componente comprendidos en dichos datos de distribucion adicionales al:- extrapolar o establecer valores de dichos primeros datos de distribucion de dicha primera componente correspondientes a dicho limite exterior de dicha area predeterminada (1) sobre dicha area (2) de extension;un campo magnetico vectorial en un area predeterminada, comprendiendo dichodistribucion que comprenden valores de una primera de tres componentes de un una primera direccion, para un area predeterminada (1) definida en una superficie5101520253035404550- aplicar una funcion de ventana en dichos valores extrapolados para dicha area de extension, evolucionando dicha funcion de ventana del valor 1 al valor 0 a traves de dicha area de extension cuando nos alejamos de dicha area predeterminada (1).
- 10. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, que comprende la determinacion de dichos valores de dicha primera componente comprendidos en dichos datos de distribucion adicionales mediante la generacion de valores de la primera componente que van disminuyendo exponencialmente a traves de dicha area (2) de extension cuando nos alejamos de dicha area predeterminada (1), comenzando desde dicho limite exterior de dicha area predeterminada (1), de manera que dichos valores de dicha primera componente se atenuan hacia cero en el limite exterior de dicha area de extension.
- 11. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, que comprende la determinacion de dichos valores de dicha primera componente comprendidos en dichos datos de distribucion adicionales al:- generar una representacion de nervadura (spline) polinomica o racional de dichos valores de dicha primera componente de dicho campo magnetico, para al menos parte de dicha area predeterminada (1);- extrapolar dicha representacion de nervadura polinomica o racional para valores extrapolados de dicha primera componente de dicho campo magnetico en dicha area (2) de extension.
- 12. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, que comprende adicionalmente la aplicacion de una funcion de ventana en dichos valores extrapolados para dicha area (2) de extension, evolucionando dicha funcion de ventana del valor 1 al valor 0 a traves de dicha area (2) de extension cuando nos alejamos de dicha area predeterminada (1).
- 13. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende realizar dicha transformacion de Fourier, dichos calculos basados en relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes del campo magnetico y dicha transformacion inversa de Fourier por bloques, utilizando por ello metodos de ‘suma de solapamiento’ o de ‘grabacion de solapamiento'.
- 14. Un dispositivo para determinar un campo magnetico vectorial en un area predeterminada, comprendiendo dicho dispositivo:- un medio para determinar los datos de distribucion de la primera de tres componentes de un campo magnetico a lo largo de una primera direccion, para un area predeterminada (1) definida en una superficie predeterminada, estando dicha superficie predeterminada definida por unas direcciones segunda y tercera, en el que dichas direcciones primera, segunda y tercera constituyen un conjunto ortogonal de ejes;- un medio para determinar los datos de distribucion de los valores de las componentes segunda y tercera de dicho campo magnetico en dichas direcciones segunda y tercera, respectivamente, para dicha area predeterminada (1) definida en dicha superficie predeterminada;en el que dichos medios para determinar datos de distribucion que comprenden valores de las componentes segunda y tercera estan adaptados para manipular datos de distribucion de la primera componente en base a relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes primera, segunda y tercera de dicho campo magnetico vectorial; y estan adaptados para realizar una transformacion de Fourier, seguida de la realizacion de los calculos basados en las relaciones fisicas intrinsecas entre las componentes del campo magnetico, seguida de una transformacion de Fourier inversa.
- 15. Un programa de ordenador adaptado para realizar el metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
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