[發明專利]一種基于亥姆霍茲線圈的磁性導絲操縱系統及操縱方法

在審

• 申請號: 202310433682.4
• 申請日: 2023-04-21
• 公開（公告）號: CN116421314A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 張金會;魏思億;吳志偉;陳端端;李崢;高玥揚;趙若彤;谷少萌;劉欣;曹城瑋;胡興
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20;A61B34/30;A61B34/00;A61B90/00;G16H40/63;G16H20/40
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種基于亥姆霍茲線圈的磁性導絲操縱系統，其包括依次電連接的服務器、信號發生器、功率放大器、亥姆霍茲線圈、磁性導絲和攝像設備；

所述服務器，用于設置從外部獲得所述亥姆霍茲線圈的工作電流大小、方向和所述亥姆霍茲線圈的波形參數，并輸出用于控制所述亥姆霍茲線圈引導所述磁性導絲的在目標環境內移動的電流信號；

所述信號發生器，用于將所述服務器的控制信號進行中轉；

所述功率放大器，用于將來自所述信號放大器的控制信號放大處理；

所述亥姆霍茲線圈包括三對相互正交的線圈即x線圈、y線圈和z線圈，接收來自所述功率放大器的電流信號，并對應分別產生x平面、y平面與z平面的勻強磁場，誘導所述磁性導絲偏轉；

所述攝像設備，用于采集所述磁性導絲的影像，并將所得影像傳輸回所述服務器中。

2.根據權利要求1所述基于亥姆霍茲線圈的磁性導絲操縱系統，其特征在于：所述磁性導絲選自釹鐵硼磁粉與聚二甲基硅氧烷組成的組合物。

3.根據權利要求1～2任一所述基于亥姆霍茲線圈的磁性導絲操縱系統的操縱方法，其特征在于：包括以下步驟：

S11：準備工作，將所述基于亥姆霍茲線圈的磁性導絲操縱系統的部件連接并調試完畢；準備所述磁性導絲；

S12：設置亥姆霍茲線圈中x、y、z線圈中各線圈的工作電流大小，所述磁性導絲的偏轉參數和波形電流；所述磁性導絲的偏轉參數包括偏轉角速度和偏轉角度；

S13:控制磁性導絲進行偏轉，將所述磁性導絲固定于目標環境的初始位置，控制磁性導絲操縱系統在x平面、y平面或z平面產生特定大小與方向的勻強磁場，使磁性導絲分別在x平面、y平面或z平面內逆時針偏轉與順時針偏轉至目標環境的目標位置。

4.根據權利要求3所述的操縱方法，其特征在于：S12具體包括以下步驟：

S121:首先分別設計x、y、z線圈的工作電流函數，通過所述工作電流函數，生成對應的電流波形，并將該電流波形分別對應作為x、y、z線圈的工作電流，經過所述信號發生器與所述功率放大器，分別輸入到所述亥姆霍茲線圈的x、y、z線圈中，進而分別產生x、y、z平面勻強磁場；

S122:控制所述磁性導絲的偏轉角速度，所述磁性導絲的偏轉角速度等于所述工作電流函數的導數；

S123:控制所述磁性導絲的偏轉角度大小,通過調整所述功率放大器的放大倍數來調整所述磁性導絲的偏轉角度大小。

5.根據權利要求4所述的操縱方法，其特征在于：所述x、y、z線圈的工作電流函數為Q(p)，其中p為時間，區間為[0,T]，其中T為能夠整除9400的正整數；Q值為電流的幅值，Q值的階段數量為2～10中的任意自然數。

6.根據權利要求5所述的操縱方法，其特征在于：S121步驟中的所述x、y、z線圈的工作電流函數分別如下式：

其中p為時間，區間為[0,100]，Q值為電流的幅值，區間為[0,10]。

7.根據權利要求6所述的操縱方法，其特征在于：S122步驟中的所述磁性導絲的偏轉角速度如下式：

8.根據權利要求5所述的操縱方法，其特征在于：S121步驟中的所述x、y、z線圈的工作電流函數Q(p)分別如下式：

其中p為時間，區間為[0,100]，Q值為電流的幅值，區間為[0,1]。

9.根據權利要求8所述的操縱方法，其特征在于：S122步驟中的所述磁性導絲的偏轉角速度如下式：