用于变化磁场胶囊全姿态测定系统的空间磁场检测装置的制作方法

本实用新型涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种用于变化磁场胶囊全姿态测定系统的空间磁场检测装置。

背景技术：

在医疗诊断中，胶囊内窥镜极大地拓展了医生的消化道检查视野，填补了胃镜、肠镜检查的盲区，解决了多年来小肠疾病和胃肠道隐血诊断方面的难题。

而目前广泛使用外部磁场驱动方式的主动可控式胶囊系统，该系统包括内置在胶囊内的永磁体或在胶囊外表面上包覆永磁体层以及外部牵引磁体，该外部牵引磁体可以采用能够通过人工控制的磁力臂，或者也可以采用三轴亥姆霍兹线圈，通过该三轴亥姆霍兹线圈的万向均匀旋转磁场驱动胶囊进行滚动、俯仰、偏航和前进等运动。

在主动式胶囊(以后简称胶囊)的使用中，胶囊空间姿态的全解析对于检测过程来说十分有必要。目前，胶囊的空间姿态全解析的实现方式是：胶囊内部集成传感器，对自身的各个姿态角进行测量，然后将数据实时的传递出来，在上位计算机中解析出胶囊的全姿态信息。

在现有技术中一种测量刚体全姿态信息的方法是使用加速度传感器和磁场传感器来完成主要的测量工作，通过胶囊的加速度向量和所处位置的空间磁场向量的数据融合，即可测定胶囊的姿态角。该空间磁场向量为由外部牵引磁体产生的外部预设磁场，该外部预设磁场一般是由医护人员设置、兼做控制胶囊在人体消化道内移动用，其产生的磁场处于周期性变化中。

然而，在通过磁场传感器进行胶囊的空间姿态角测定时，必须使外部预设磁场满足一定预设条件，即该外部预设磁场需为水平定向磁场(或者磁感线平行度高于95％的水平磁场)，只有满足该条件的外部预设磁场，才能与加速度传感器数据融合后精确计算出胶囊的姿态角，但该在医护人员正常使用外部牵引磁体时，外部预设磁场不可能始终处于水平定向状态，在外部牵引磁体操作胶囊移动时，外部预设磁场的方向和磁场强度均不一致，此时再进行测定的话，角度误差太大，无法完成全姿态测定。而现有技术中还不存在有效可行的手段对空间磁场的情况实时进行准确获取，进而影响胶囊的姿态确定的准确性。

因此，如何实现实时对空间磁场情况的准确获取，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种用于变化磁场胶囊全姿态测定系统的空间磁场检测装置，能够实时对空间磁场情况进行准确获取。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于变化磁场胶囊全姿态测定系统的空间磁场检测装置，包括：

磁场测量组件，包括至少两个用于测量外部牵引磁体所生成外部预设磁场内的特定位置的磁场向量的三轴磁传感器；

信号连接于所述磁场测量组件的下位机，用于采集所述三轴磁传感器所测得的数据并传输至上位机；

信号连接于所述下位机的所述上位机，用于接收所述下位机的数据并进行数据融合以确定所述外部牵引磁体的磁场方向。

优选地，每个所述磁场测量组件中的所有所述三轴磁传感器设于同一设定平面上。

优选地，所述设定平面平行于所述外部牵引磁体处于标准测量方位时所述外部预设磁场的磁场方向。

优选地，所述磁场测量组件为至少两个，且所有所述磁场测量组件沿距离所述外部牵引磁体由近至远的方向依次排列。

优选地，所述磁场测量组件中的所有所述三轴磁传感呈M×M矩阵排列，其中，M为≥2的正整数。

优选地，每个所述磁场测量组件中的所述三轴磁传感器与横向相邻所述三轴磁传感器、纵向相邻所述三轴磁传感器的距离均相同。

优选地，每个所述磁场测量组件对应一个所述下位机，且所述磁场测量组件与对应的所述下位机集成于同一测量装置中。

本实用新型提供的用于变化磁场胶囊全姿态测定系统的空间磁场检测装置中，包括磁场测量组件、下位机和上位机。依次通过三轴磁传感器的测量、下位机的数据采集以及上位机的数据融合，至少两点的测量结合数据融合技术，可保证测量精度，可以实时对空间磁场情况进行准确获取，进而为之后进行胶囊全姿态确定的过程提供准确的依据，提高胶囊姿态确定的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供空间磁场检测装置所测量的外部预设磁场分布图，其中，实现表示磁感线，虚线矩形框中为外部预设磁场；

图2为本实用新型所提供空间磁场检测装置的结构示意图。

图1和图2中：

1-外部牵引磁体，2-胶囊，3-三轴磁传感器，4-下位机，5-测量装置，6-通讯线缆，7-上位机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种用于变化磁场胶囊全姿态测定系统的空间磁场检测装置，能够实时对空间磁场情况进行准确获取。

请参考图1和图2，图1为本实用新型所提供空间磁场检测装置所测量的外部预设磁场分布图；图2为本实用新型所提供空间磁场检测装置的结构示意图。

本实用新型所提供用于变化磁场胶囊全姿态测定系统的空间磁场检测装置的一种具体实施例中，包括磁场测量组件、下位机4和上位机7。

磁场测量组件包括至少两个用于测量外部牵引磁体1所生成外部预设磁场内的特定位置的磁场向量的三轴磁传感器3。其中，磁场测量组件中可以根据实际需要设置两个或多个三轴磁传感器3。

下位机4用于采集三轴磁传感器3所测得的数据并传输至上位机7，下位机4信号连接于磁场测量组件。

上位机7用于接收下位机4的数据并进行数据融合以确定外部牵引磁体1的磁场方向，上位机7信号连接于下位机4。

其中，每个磁场测量组件中的所有三轴磁传感器3可以设于同一设定平面上，在便于进行三轴磁传感器3的安装操作，且可以简化上位机7进行数据融合的复杂程度。

其中，设定平面可以平行于外部牵引磁体1处于标准测量方位时外部预设磁场的磁场方向，以进一步简化上位机7进行数据融合的复杂程度。当然，设定平面与外部牵引磁体1处于标准测量方位时外部预设磁场的磁场方向之间也可以具有一定的夹角，通常需要保证在30°之内。

在外部牵引磁体1处于一些特定姿态的情况下，在其某一划定区域内的磁场分布基本是同向的，其区域或此区域中的一部分为外部预设磁场，胶囊2在外部预设磁场中进行相应的运动。在应用磁场传感器进行胶囊2的空间姿态角测定时，外部牵引磁体1应处于标准测量方位，在此方位下，外部牵引磁体1所提供的磁场为水平定向磁场或者磁感线平行度高于95％的水平磁场。

以外部牵引磁体1处于标准测量方位时其下方所设定区域的外部预设磁场的磁场为水平定向磁场为例，则每个磁场测量组件中的所有三轴磁传感器3所在的同一设定平面为一水平面。在外部牵引磁体1处于标准测量方位的状态下，其下方外部预设磁场的磁感线分布基本是水平的，此时，三轴磁传感器3的测量值经上位机7的数据融合后可得到外部牵引磁体1处于标准测量方位时对应的磁场向量。

若在任意时刻，上位机7经数据融合后得到的结果与外部牵引磁体1处于标准测量方位时对应的磁场向量不同，而可以认定此时外部牵引磁体1相对于标准测量方位发生变化，同时，根据数据融合的结果，可以判定外部预设磁场的磁场大小与方向的具体变化情况，获得外部预设磁场的水平方向偏转角，进一步地，根据该空间磁场检测装置的检测结果即可判断是否可以利用磁场传感器确定胶囊2的姿态。当然，上位机7进行数据融合的具体算法不限于本实施例。

其中，磁场测量组件具体可以设置外部预设磁场的较边缘处，胶囊2位于磁场测量组件与外部牵引磁体1之间，以保证磁场测量组件的测量范围，此时，在实际测量中，磁场测量组件具体可以位于人体至下。当然，磁场测量组件在外部预设磁场中的位置设置不限于此。

可见，此种空间磁场检测装置中，依次通过三轴磁传感器3的测量、下位机4的数据采集以及上位机7的数据融合，至少两点的测量结合数据融合技术，可保证测量精度，可以实时对空间磁场情况进行准确获取，进而为之后进行胶囊2全姿态确定的过程提供准确的依据，提高胶囊2姿态确定的准确性，同时，不需要对外部牵引磁体1本身的姿态进行确定，测量的效率以及使用的安全性较高，成本较低。

具体地，磁场测量组件可以为至少两个，且所有磁场测量组件沿距离外部牵引磁体1由近至远的方向依次排列，即，磁场测量组件并列设置在外部牵引磁体1的一侧。

本实施例中，磁场测量组件具体可以为两个或多个，具体可以根据实际可占用空间或者其他因素确定数量。至少两个磁场测量组件的配合测定，可以提高测量精度。当然，磁场测量组件也可以为一个。

具体地，磁场测量组件中的所有三轴磁传感器3可以呈M×M矩阵排列，其中，M为≥2的正整数，以便于上位机7中数据融合算法的设定。

进一步地，每个磁场测量组件中的三轴磁传感器3可以与横向相邻三轴磁传感器3、纵向相邻三轴磁传感器3的距离均相同，以进一步便于上位机7中数据融合算法的设定。

显然，每个磁场测量组件中的三轴磁传感器3的排列方式不限于上述各个实施例。例如，在每个磁场测量组件中，所有三轴磁传感器3也可以排列形成一个圆圈。

上述各个实施例中，下位机4可以通过通讯线缆6连接于上位机7。由于在胶囊2的使用环境中存在磁场，通过通讯线缆6进行信号传输可以有效避免环境中的磁场对下位机4与上位机7之间的信号产生干扰。

上述各个实施例中每个磁场测量组件对应一个下位机4，且磁场测量组件与对应的下位机4集成于同一测量装置5中，以便于对磁场测量组件于下位机4进行取用操作。

上述各个实施例中，上位机7可以通过多种方式进行数据融合。一种具体的实施例中，每个三轴磁传感器3所测得的磁场向量为：

上位机7经如下方式进行数据融合并得到的磁场向量

其中：

设定一个磁场测量组件中包括n(n≥2且为正整数)个三轴磁传感器3，对每个三轴磁传感器3对应设定一个编号k，1≤k≤n且k为正整数；

以空间中一预设点为中心、以垂直于设定平面的方向为Z轴建立空间直角坐标系，X轴、Y轴均平行于设定平面，则X轴基向量为[1 0 0]，Y轴基向量为[0 1 0]，Z轴基向量为[0 0 1]。

以外部牵引磁体1处于标准测量方位时其下方所提供的预设外部磁场为水平定向磁场为例，则此时，以空间中一预设点为中心建立地面直角坐标系即为上述空间直角坐标系。其中，Z轴指向铅垂方向，X轴、Y轴均平行于水平面。根据上位机7数据融合后的结果，可方便计算磁场的水平偏转角，数据融合的方式较为简单，从而可以提高上位机7的运算效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的用于变化磁场胶囊全姿态测定系统的空间磁场检测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。