基于相位差的电磁定位系统设计

发布时间：2021-04-10 04:01

　　为了提高电磁定位系统的定位精度、稳定性及抗干扰性,本文提出了一种基于相位差的电磁跟踪方法。在对方法的可行性进行了验证的基础上,设计实现了采用了C/S体系架构的电磁定位系统并进行了初步的测试。测试结果表明该系统的平均位置误差为0.104 7±0.000 6 cm,平均姿态误差为0.268 7°±0.028 7°。在1 kHz的激励信号下,该系统最快定位速度可达到3.5 ms。可见,基于相位差的电磁定位系统具有较高的定位速度和定位精度,同时具有较高的稳定性,经过进一步的优化可满足多种场景,包括介入式微创手术的定位需求。 

【文章来源】：电子测量技术. 2020,43(08)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

电磁定位系统

如果以一定频率一定幅度的正弦信号激励磁场源1沿Y轴方向的线圈,同时以相同频率相同幅度的余弦信号激励磁场源1沿Z轴方向的线圈,如图2所示。很明显,磁传感器检测到的合成磁感应强度的平方与余弦激励信号的平方之间存在相位差。我们发现,相位差的大小会随着磁传感器与磁场源相对位置的变化而改变。因此,假定两者之间存在某种关系。经过反复的理论推导以及实验验证表明,两者之间不仅存在关系,而且是一种线性的关系——相位差是投影角的两倍。即,如果以某种方式激励线圈,则可以通过测量传感器所处位置的合成磁感应强度的平方以及磁场源激励信号的平方之间的相位差获取投影角,进而计算出目标的六自由度位置。1.2 系统实现

根据上述原理,本文设计了基于相位差的电磁定位系统。系统以微处理器为核心,包括磁场源模块、磁传感器模块、激励源模块、通信模块以及上位机。磁场源在激励源模块的驱动下产生交变磁场,传感器上接收到的电压信号经过微控制器自带的ADC采样后传输到PC机进行处理,从而计算出目标的位置和姿态信息。系统的硬件框图如图3所示,整个系统的实物图如图4所示。图3为单服务端多客户端模式,图4为单客户端单服务器模式。图4 电磁定位系统实物图

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种实现建筑物内应答器定位跟踪的新方法[J]. 徐小辉,胡云鹏.  电子测量与仪器学报. 2019(04)
[2]工业物联网电磁噪声测量与分析[J]. 袁泽,刘留,张琨,张建华,刘志军.  电子测量与仪器学报. 2018(07)
[3]磁影响试验系统实现与不确定度评定[J]. 杨正桃.  国外电子测量技术. 2018(06)
[4]基于磁异常检测的磁性运动目标识别方法研究[J]. 银鸿,文轩,杨生胜,郑阔海.  仪器仪表学报. 2018(03)
[5]基于磁传感器的高速旋转弹姿态算法研究[J]. 张嘉易,李爽,郝永平,王磊.  国外电子测量技术. 2012(01)



本文编号：3128919