[發明專利]一種機械臂控制的磁場主動補償系統及方法

在審

• 申請號: 202110496460.8
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113568053A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 李曙光;金銘;劉金生;王凱杰;泰特·阿克提·肯尼斯;沃東姆·托初烏·艾瑞克泰·費勒斯
• 申請（專利權）人: 浙江科技學院
• 主分類號: G01V3/10
• 分類號: G01V3/10
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 趙芳;張瑜

本發明提供了一種機械臂控制的磁場主動補償系統及方法，其中機械臂控制的磁場主動補償系統，包括線圈，所述線圈安裝于一六自由度的機械臂上，所述線圈內安裝有用于檢測線圈內部的磁場分布的磁場傳感器，所述磁場傳感器與接收其檢測信號得到磁場大小及向量的控制器電性連接，所述線圈上連接有用于驅動其的電流源，所述控制器與由其根據磁場方向控制轉動調整線圈位置的機械臂電性連接，所述控制器與由其根據磁場大小控制驅動線圈的電流源電性連接。

技術領域

本發明屬于弱磁探測技術領域，具體涉及一種機械臂控制的磁場主動補償系統及方法。

背景技術

現有高靈敏度弱磁探測技術主要有基于光學技術的無自旋交換弛豫(SERF)、光泵浦(Optical Pumping)、非線性磁光旋轉(NMOR)等方法，主要原理是利用激光來測量極化原子在磁場中的振蕩信號或自旋演化信號，進而得到磁場的大小。

基于這些弱磁探測技術的磁力儀在某個給定方向上的磁場中，其靈敏度可以達到最優值，然而隨著磁力儀敏感方向與待測對象的磁場角度發生偏差，在敏感方向上的磁場分布均勻性顯著下降，導致磁力儀靈敏度會逐漸下降，甚至到某些特定角度靈敏度下降為接近零(即存在一定“死區”)。

前人針對磁力儀本身做了許多改進的研究來減少或消除“死區”效應。例如采用相干布居囚禁(CPT)(文獻：Phys.Rev.Lett.105,193601(2010))、多氣室或探頭(文獻：Eur.Phys.J.Appl.Phys.13,143(2001)、Phys.Rev.A 82,013837(2010)等，此方案極易受磁場梯度干擾)、正交偏振態調制法(文獻：Phys.Rev.A89,062507(2014))、橢圓偏振探測光技術(文獻Phys.Rev.A 101,063408(2020))、光強度調制法(文獻：Rev.Sci.Instrum.86,103105(2015))、基于雙諧振的單光束探測法(文獻：Phys.Rev.Appl.15,024033(2021))等。

當磁力儀應用到具體場景中，特別是將裝置放入地磁場中時，由于外磁場的不確定性和變化性，需要采用上述改進的磁力儀，或需要考慮對外磁場的補償從而減少其對待測對象磁場的干擾。

然而，磁場補償的主要途徑，包括上述文獻中涉及的無死區磁力儀研究，都是基于利用導磁材料制作的磁屏蔽，將磁力儀和待測對象(或模擬磁場)放入磁屏蔽當中。此方法雖然能實現較高靈敏度，但依賴于體積龐大、笨重的磁屏蔽，成本較高且在移動的場景應用極其不便。

還有一種補償方法是采用三維線圈，通過調整三個方向上的不同電流，使得中心均勻區的磁場穩定在某個范圍。此種方法簡便，但存在的明顯問題是，由于外磁場方向的不確定性，要達到均勻的補償效果，對三個方向上的線圈設計要求非常高。這是因為三個方向線圈的地位是相等的，需要每個方向上的線圈都能產生均勻區較一致的補償磁場。常用的三維Helmholtz線圈，每個方向具有較一致的均勻區，但每個均勻區較小，不適合需要較大均勻區的場合。

高靈敏度弱磁探測技術在空間探測、地球物理、生物醫學、海洋探測等具有重要應用，而目前能移動并用在戶外的磁力儀仍會受到“死區”效應的影響(文獻：Phys.Rev.Appl.14,011002(2020).)。

因此，需要一種能減少“死區”的影響、減少補償線圈的復雜性、實現較大的磁場補償均勻區范圍、有效地減少體積與質量、能方便在戶外應用的磁場補償技術。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種能減少“死區”的影響、減少補償線圈的復雜性、實現較大的磁場補償均勻區范圍、有效地減少體積與質量、能方便在戶外應用的機械臂控制的磁場主動補償系統及方法。

本發明采用的技術方案是：