[發(fā)明專利]一種三維磁源動態(tài)探測系統(tǒng)和探測方法

有效

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• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111158055B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 吳玉婷;皇甫江濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08;G01R33/07;G01R33/02;G01R33/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種三維磁源動態(tài)探測系統(tǒng)和探測方法。通過磁場信號檢測模塊的霍爾效應磁場傳感器感應動態(tài)磁場獲得動態(tài)電壓信號，經信號調理模塊調理、A/D轉換模塊轉換為數字信號后發(fā)送到數據采集分析模塊，數據采集分析模塊中根據動態(tài)電壓信號的數字信號計算得到動態(tài)磁場的強度和極性信息，并將動態(tài)磁場的強度和極性信息采用磁參數反演方法計算出三維磁源所在的移動空間范圍內的三維磁源的分布，即識別獲得三維磁源的形狀。本發(fā)明結構簡單便于實現(xiàn)，使用方便，可以實現(xiàn)磁性體三維形狀的重建，在電機和磁性醫(yī)療設備動態(tài)磁場分布研究和故障分析等領域具有十分重要的實際應用價值。

技術領域

本發(fā)明屬于電磁探測領域的一種磁源探測系統(tǒng)和探測方法，具體涉及了一種三維磁源動態(tài)探測系統(tǒng)和探測方法。

背景技術

通過磁傳感器測量所得數據進行磁源重建的問題近年來引起了人們的廣泛關注，并且有大量的應用場景。目前國內外對于三維磁性目標重建技術的相關研究仍處于起步階段，類似的磁源反演技術主要應用于地質勘探方面。

目前的磁源反演技術主要分為三維形態(tài)反演和物性反演。形態(tài)反演是在測量面下半空間場源體給定磁性參數大小的基礎上，利用觀測異常數據來擬合幾何體形狀，通過擬合體的形態(tài)大小模擬目標的三維姿態(tài)。物性反演是將觀測區(qū)域對應的測量面的下半空間離散成規(guī)則的長方體單元，通過反演的方法估計每個離散單元的磁性值，由磁性的分布勾繪出場源的三維姿態(tài)。形態(tài)和物性反演均可實現(xiàn)目標的三維重建，但物性反演需要求解關于未知磁性參數的欠定方程組，存在解不唯一且不穩(wěn)定的問題。

磁性目標的三維重建問題雖然可以借鑒地質勘探中的磁源反演技術，但兩者又存在一定的差別，磁性目標的三維重建問題對磁性參數反演的要求精度更高。同時對于動態(tài)變化的空間磁性目標，其三維參數實時追蹤和分析具有更高的難度，目前通常采用的掃描式磁場探測設備無法進行高速和實時的動態(tài)分析。磁性目標的動態(tài)三維重建在電機特性分析、醫(yī)學磁性材料分布和軍事目標的精確識別等領域均具有十分重要的實際應用價值，因此需要實現(xiàn)一種結構簡單、便于使用且精確度較高的三維磁源動態(tài)探測系統(tǒng)。

發(fā)明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種三維磁源動態(tài)探測系統(tǒng)和探測方法，利用磁效應進行空間磁場分布檢測，對磁場分布情況進行成像，并采用磁參數反演方法實現(xiàn)三維磁源的重構，結構簡單，便于實現(xiàn)，使用方便。

本發(fā)明的技術方案是包括：

一、一種三維磁源動態(tài)探測系統(tǒng)：

磁場信號檢測模塊：包括由霍爾效應磁場傳感器組成的磁場傳感器陣列，霍爾效應磁場傳感器接收三維磁源移動或磁場強度變化過程中產生的動態(tài)磁場信號，并將動態(tài)磁場信號轉換為動態(tài)電壓信號，磁場傳感器陣列輸出多路動態(tài)電壓信號至信號調理模塊；

信號調理模塊：信號調理模塊接收磁場信號檢測模塊輸出的多路動態(tài)電壓信號，對多路動態(tài)電壓信號進行通道選擇，同一時間只選取其中一路動態(tài)電壓信號，將該路動態(tài)電壓信號調理到滿足A/D轉換模塊的輸入電壓范圍后輸出至 A/D轉換模塊；

A/D轉換模塊：包括一個A/D轉換器，A/D轉換模塊接收信號調理模塊處理后輸出的動態(tài)電壓信號，將動態(tài)電壓信號轉換為數字信號，并輸出數字信號至微控制器；

數據采集分析模塊：包括微控制器和PC端，微控制器接收A/D轉換模塊輸出的數字信號，通過計算得到霍爾效應磁場傳感器所處空間位置的動態(tài)磁場的強度和極性信息，并將動態(tài)磁場的強度和極性信息通過串口發(fā)送至PC端，PC 端利用動態(tài)磁場的強度和極性信息計算出三維磁源所在的移動空間范圍內的三維磁源的分布，實現(xiàn)三維磁源動態(tài)探測。

所述多個霍爾效應磁場傳感器以陣列排布布置在二維磁場檢測平面上組成磁場傳感器陣列，磁場信號檢測模塊采用磁場傳感器陣列。

所述信號調理模塊包含一個多通道信號選擇電路，實現(xiàn)多路動態(tài)電壓信號間的快速切換并處理，使信號調理模塊的帶寬不低于動態(tài)磁場信號的帶寬。