运动对象的监测方法及装置与流程

本公开涉及传感器应用技术领域，特别涉及一种运动对象的监测方法及装置。

背景技术：

地磁传感器在国防建设、科学研究、医疗卫生、传统产业应用和改造、资源探查及综合利用、环境保护、生物工程、交通智能化管制等各个方面，发挥着愈来愈重要的作用。对于交通监控系统中的数据采集而言，地磁传感器作为数据采集的关键部件，其性能对数据采集的准确性起着决定性作用。

例如，地磁传感器可用于车辆的通过检测和车型识别。放置在高速公路边的地磁传感器可以计算和区别通过传感器的车辆，还可以探测出通过车辆的长度；放置于停车位的地磁传感器可以记录车辆进入停车位的时间以及停车的时间。

然而，由于地磁传感器感测由地磁场变化引起的磁通量变化随着距离的增大迅速衰减，现有技术中，地磁传感器对运动对象的监测受到感测距离的限制。通常感测距离超过3米时，地磁传感器就无法应用于对运动对象的检测。

例如，由于地磁传感器感测受到距离的限制，高速公路收费站无法获得车辆接近或者远离收费站时的距离和速度，舰载飞机从航母甲板起飞时无法获取舰载飞机的距离和速度。

因此，增大地磁传感器的感测距离成为当前所亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决相关技术中存在的地磁传感器感测距离较小的技术问题，本公开提供了一种运动对象的监测方法及装置。

一种运动对象的监测方法，所述方法用于在地磁传感器和信号处理电路之间配合下进行运动对象监测，包括：

通过所述地磁传感器自身进行的感测确定监测的所述运动对象，所述运动对象的运动将产生地磁场分布变化；

由所述地磁场分布变化而产生的磁通量变化获得对应磁通量变化率的电压信号，将所述电压信号输入至所述信号处理电路；

通过所述信号处理电路确定包含所述电压信号所指示电压的映射关系，由所述映射关系得到所述电压信号所指示电压映射的距离和速度。

一种运动对象的监测装置，所述装置包括：

运动对象监测模块，用于通过所述地磁传感器自身进行的感测确定监测的所述运动对象；

感应电压获取模块，用于由所述地磁场分布变化而产生的磁通量变化获得对应磁通量变化率的电压信号；

运动数据获取模块，用于通过所述信号处理电路确定包含所述电压信号所指示电压的映射关系，由所述映射关系得到所述电压信号所指示电压映射的距离和速度。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：由地磁传感器中的电磁感应传感器感测由地磁场分布变化而产生的磁通量变化，获得对应磁通量变化率的电压信号。通过对该电压的检测来计算磁通量变化率的大小。对应相同的磁通量变化率，通过增加感应线圈的线圈数量获得更大的感应电动势，使得地磁传感器能够感测更加微小的磁通量变化率，从而增大地磁传感器的感测距离。信号处理电路对地磁传感器获得的电压信号进行放大和模数转换处理，并对获得的数字化的电压信号滤波，提高电压信号的信噪比，进一步增大了地磁传感器的感测距离。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是一示例性实施例示出的一种运动对象的监测方法的流程图；

图2是另一示例性实施例示出的一种运动对象的监测方法的示意图；

图3是图1对应实施例示出的运动对象的监测方法中步骤110的一种具体实现流程图；

图4是图1对应实施例示出的运动对象的监测方法中步骤130的一种具体实现流程图；

图5是另一示例性实施例示出的一种运动对象的监测方法的示意图；

图6是一示例性实施例示出的一种运动对象的监测装置的框图；

图7是另一个示例性实施例示出的一种运动对象的监测装置的框图；

图8是根据图6对应实施例的运动对象监测模块在一个实施例的框图；

图9是根据图6对应实施例的感应电压获取模块在一个实施例的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种运动对象的监测方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

在步骤110中，通过地磁传感器自身进行的感测确定监测的运动对象。

地磁传感器，是指通过感测运动对象在地磁场中的运动所引起的地磁场分布变化，而指示运动对象的运动状态和运动数据的测量装置。地磁传感器包括磁阻传感器和电磁感应传感器。

磁阻传感器，是指利用磁阻效应制成的地磁传感器。

电磁感应传感器，是指利用电磁感应效应制成的地磁传感器。

磁阻效应，是指磁场中的导体的阻抗会发生变化的现象。具体的，当沿着一条长而薄的铁磁合金的长度方向上施加一个电流，垂直于该电流方向施加一个磁场，则合金条自身的阻抗会发生变化。该阻抗变化值与磁场强度和电流强度成比例。更进一步，如果将两对合金条成一定角度放置，在地磁场的作用下，两对合金条的阻抗一个变大，一个变小。通过检测电路检测到该阻抗变化的差值，即可输出一个和地磁场强度成比例的电压信号。

电磁感应效应，是指线圈切割地磁场的磁力线而在线圈的两端产生感生电动势的现象。或者，当线圈在磁场中运动，由于线圈中磁力线的变化而引起的在线圈两端产生感生电动势的现象。

运动数据包括运动对象和地磁传感器的距离、运动对象的速度等数据。

通过磁阻传感器获得没有运动对象存在而对应的地磁场强度，并以获得的该地磁场强度作为参考地磁场强度。

随着运动对象进入地磁传感器服务范围内运动，通过电磁感应传感器感测由地磁场分布变化而产生的磁通量变化，获得由于该运动对象的运动而获得的地磁场强度。

通过比较由于运动对象的运动而获得的地磁场强度和参考地磁场强度，根据电磁感应传感器感测运动对象的运动而获得的地磁场强度在持续的时间内低于该参考地磁场强度，即可确定监测的运动对象进入地磁传感器的服务范围，从而实现运动对象的监测。

在步骤130中，由地磁场分布变化而产生的磁通量变化获得对应磁通量变化率的电压信号，将电压信号输入至信号处理电路。

随着运动对象进入地磁传感器所属服务范围运动，引起地磁场分布变化。通过地磁传感器中电磁感应传感器感测由地磁场分布变化而产生的磁通量变化，获得对应磁通量变化率的电压信号。

在一具体的示例性实施例中，电磁感应传感器基于微电子机械系统工艺制作，包括环形谐振子和环形谐振子中间的铁磁材料，感应线圈环绕于环形谐振子并在两端串联有电阻。

当由于运动对象的运动而引起贯穿于环形谐振子的磁力线变化，在环绕于环形谐振子的感应线圈中产生感应电动势。该感应电动势通过和感应线圈串联的电阻产生电压信号，电磁感应传感器通过对该电压信号的检测来感测磁通量变化率的大小。

在步骤150中，通过信号处理电路确定包含电压信号所指示电压的映射关系，由映射关系得到电压信号所指示电压映射的距离和速度。

通过信号处理电路对地磁传感器输出的电压信号进行放大和模数转换处理，获得数字化的电压信号。对该数字化的电压信号滤波以提高信噪比，从而进一步提高地磁传感器感测的距离。

电磁感应传感器获得的对应磁通量变化率的电压信号是一个随时间变化的连续的模拟量，通过对该模拟量采样和模数转换处理，得到数字化的电压信号。该电压信号是以时间为自变量的电压函数。在一个具体的示例性实施例中，该电压函数是单调递增或者单调递减的。

通过测量运动对象以设定的速度在地磁传感器的服务范围内运动，获得该运动对象和地磁传感器的距离随时间的变化曲线，通过对该距离随时间的变化曲线在不同的时间点取样，获得以时间为自变量的距离函数。在一个具体的示例性实施例中，该距离函数为单调递增或者单调递减函数。根据距离函数和电压函数具有相同的导函数，得到距离和电压信号之间一一对应的映射关系。

通过读取存储于存储器中的对应各种速度的距离函数，根据距离和电压信号之间的映射关系，得到对应电压信号的距离函数，并由该距离函数得到对应运动对象的距离和速度。

在一个具体的实施例中，信号处理电路包括可编程放大器、零点调节电路、模数转换器、数字信号处理器、存储器、微处理器。

零点调节电路，用于调节可编程放大器的输入参考电压，获得可编程放大器的零点参考电压。

在一个具体的示例性实施例中，该零点参考电压等于地磁传感器获得的静态电压，该静态电压对应在没有运动对象进入时通过地磁传感器感测的地磁场强度。

可编程放大器，用于根据模数转换器接收输入信号的动态范围，调整和放大电压信号。

在一个具体的示例性实施例中，可编程放大器用于比较地磁传感器感测地磁场变化获得的电压信号和零点参考电压，以确定运动对象进入地磁传感器所属服务范围。

模数转换器，用于按照预选设定的采样率对模拟的电压信号进行采样，转换为对应的数字化的电压信号。

数字信号处理器，用于通过对数字化的电压信号滤波，以提高电压信号的信噪比。

存储器，用于存储对应各种速度的距离函数。

微处理器，用于通过读取存储于存储器中的对应各种速度的距离函数，根据距离和电压信号之间的映射关系，得到对应电压信号的距离函数，并由该距离函数得到对应运动对象的距离和速度。

对应相同的磁通量变化率，通过增加感应线圈的线圈数量可以获得更大的感应电动势。即可以通过增加感应线圈数量的方式，使得地磁传感器能够感测到更加微小的磁通量变化率，从而提高地磁传感器感测的距离。信号处理电路对地磁传感器获得的电压信号进行放大和模数转换处理，并对获得的数字化的电压信号滤波，提高电压信号的信噪比，进一步增大了地磁传感器的感测距离。

在一个示例性实施例中，执行步骤150之前，还包括步骤：存储通过测量得到的运动对象监测的距离和速度，距离对应通过地磁传感器感测以速度运动的运动物体而获得的电压信号。

具体的，通过测量运动对象以设定的速度在地磁传感器的服务范围内运动，获得该运动对象和地磁传感器的距离随时间的变化曲线，通过对该距离随时间的变化曲线在不同的时间点取样，获得以时间为自变量的距离函数。对应于车辆接近或者远离高速公路收费站时的应用场景，距离函数为单调递增或者单调递减函数。通过信号处理电路中的存储器存储对应各种速度的距离函数。

图2是另一示例性实施例示出的一种运动对象的监测方法的示意图。如图2所示，该方法包括以下步骤：

在步骤101中，通过磁阻传感器感测服务范围内没有运动对象存在而对应的地磁场强度，得到对应地磁场强度的静态电压信号。

为了实现地磁传感器对运动对象感测，需要得到当地磁传感器的服务范围内没有运动对象进入时，通过地磁传感器中磁阻传感器感测到的地磁场强度，获得对应地磁强度的静态电压。该静态电压用于根据该静态电压设定信号处理电路中可编程放大电路的零点参考电压。

在步骤103中，通过静态电压信号输入至信号处理电路，并调节信号处理电路中的零点调节电路，获得信号处理电路中的可编程放大电路的零点参考电压。

通过静态电压信号输入至信号处理电路，以静态电压作为可编程放大电路一个输入端，以零点调节电路的输出电压作为可编程放大电路的另一个输入端。通过调节零点调节电路的输出电压，以可编程放大电路的输出电压为零电平时零点调节电路的输出电压作为可编程放大电路的零点参考电压。

图3是图1对应实施例示出的运动对象的监测方法中步骤110的一种具体实现流程图。

在步骤111中，通过地磁传感器感测由地磁场分布变化产生的磁通量变化，获得对应磁通量变化率的电压信号。

随着运动对象进入地磁传感器的服务范围而产生的地磁场分布变化，通过地磁传感器感测由地磁场分布变化产生的磁通量变化，获得对应磁通量变化率的电压信号。

具体的，随着运动对象进入的服务范围，引起地磁场强度下降，即地磁场强度的跌落。该地磁场强度的下降导致通过地磁传感器的磁通量发生变化，地磁传感器通过感测磁通量变化率，获得对应该磁通量变化率的电压信号。

在步骤113中，通过将电压信号和输入参考电压输入至可编程放大电路，获得可编程放大电路的输出电压。

可编程增益放大电路用于根据模数转换器接收输入信号的动态范围，调整电压信号的电压值。由于地磁传感器输出至信号处理电路的电压信号是一个较小的模拟电压信号，需要通过对该电压信号进行调整和放大，使其满足数转换器能接收的输入信号动态范围。

在一个具体的实施例中，模数转换器接收输入信号的动态范围为20mv至3.3v。通过地磁传感器感测地磁场分布变化而产生的磁通量变化，获得的对应磁通量变化率的电压信号为20mv。由于地磁传感器输出至信号处理电路的电压信号为20mv，该电压信号不在模数转换器接收输入信号的动态范围之内。该电压信号通过可编程放大器的放大得到的输出电压为400mv，该输出电压即处于模数转换器的动态范围之内。

在步骤115中，根据输出电压在设定的时间内持续超过预先设定的阈值，确定运动对象进入所述地磁传感器所属服务范围。

随着运动对象进入地磁传感器的服务范围而产生地磁场分布变化，通过地磁传感器感测由地磁场分布变化产生的磁通量变化，获得对应磁通量变化率的电压信号。将获得的电压信号输入至信号处理电路中的可编程放大电路，通过可编程放大电路对输入的电压信号进行放大而获得输出电压。根据该输出电压超过预先设定的阈值，确定运动对象进入地磁传感器所属服务范围。

具体的，地磁传感器在固定的位置测量地磁场，得到的地磁场强度接近于一个恒定值。但地磁场强度并不是一个常数，而会在一定范围内变化。因此，通过设定可编程放大器的阈值和增益，根据可编程放大器输出电压低于该阈值，确定没有运动对象进入地磁传感器所属服务范围。根据该输出电压超过预先设定的阈值，则确定运动对象进入地磁传感器所属服务范围。

更进一步，即使没有运动对象的进入，由于地磁传感器的电源不稳定等因素，可能导致地磁场强度变化。处于工作状态的地磁传感器感测该地磁场强度变化而获得对应的电压信号。该电压信号输入至信号处理电路中的可编程放大器，可能引起可编程放大电路的输出电压瞬时的超过预先设定的阈值。为解决该问题，通过预先设定一个持续时间，信号处理电路根据可编程放大器的输出电压在该设定的时间内持续的超过预先设定的阈值，确定运动对象进入地磁传感器服务范围。

图4是图1对应实施例示出的运动对象的监测方法中步骤130的一种具体实现流程图。

在步骤131中，通过地磁传感器中的电磁感应传感器的x轴放大模块、y轴放大模块和z轴放大模块感测各自轴向上的磁通量变化，分别获得对应x轴、y轴和z轴方向上磁通量变化率的电压信号。

电磁感应传感器不仅要求有磁场的存在而且还要求有运动对象切割磁力线的运动，电磁感应传感器感测运动对象获得的电压信号与被感测的运动对象的运动速度密切相关。

电磁感应传感器包括x轴放大模块、y轴放大模块和z轴放大模块。通过电磁感应传感器中的x轴传感器、y轴传感器和z轴传感器感测各自轴向上的磁通量变化，分别获得对应x轴、y轴和z轴方向上磁通量变化率的电压信号。

具体的，电磁感应传感器基于微电子机械系统工艺制作，包括x轴放大模块、y轴放大模块和z轴放大模块。其中每个放大模块均包括环形谐振子和环形谐振子中间的铁磁材料，感应线圈环绕于环形谐振子并在两端串联有电阻。当由于地磁场分布变化而引起的贯穿于环形谐振子的磁力线变化，环绕于环形谐振子的感应线圈中产生感应电动势。该感应电动势通过和感应线圈串联的电阻产生电压，电磁感应传感器通过对该电压的检测来感测磁通量变化率的大小。

在步骤133中，通过选通电路选通地磁传感器中的电磁感应传感器，电磁感应传感器通过选通电路和信号处理电路建立连接。

选通电路，是指通过微电子工艺制作的多路模拟开关，它可以选择一路或者多路电压信号通过，也可以设定一路或者多路电压信号不能通过。通过选通电路实现地磁传感器和后续信号处理电路的连接。

更进一步，当需要设定信号处理电路中可编程放大电路的零点参考电压，此时只需要选通地磁传感器中的磁阻传感器和后续信号处理电路的连接。根据地磁传感器获得的静态电压设定可编程放大电路的零点参考电压。当完成了零点参考电压的设定，则可以通过选通电路将地磁传感器中的电磁感应传感器和后续信号处理电路的连接，通过电磁感应传感器监测运动对象的运动。

在一个具体的应用场景中，对运动对象进行监测的网络拓扑可以如图5所示。其中地磁传感器包括磁阻传感器和电磁感应传感器。磁阻传感器包括x轴磁阻传感器、y轴磁阻传感器和z轴磁阻传感器。电磁感应传感器包括x轴放大模块、y轴放大模块和z轴放大模块。磁阻传感器和电磁感应传感器通过选通电路和后续信号处理电路连接。由于磁阻传感器具有非常高的地磁场感测准确度，通过磁阻传感器感测没有运动物体进入时的地磁场强度得到对应该地磁场强度的静态电压，以该静态电压为输入参考信号输入至可编程放大电路，通过调节零点调节电路得到可编程放大模块的零点参考电压。当地磁传感器通过自身的感测确定监测的运动对象进入地磁传感器服务范围，通过选通电路选通地磁传感器中的电磁感应传感器，由电磁感应传感器感测地磁场分布变化而产生的磁通量变化，获得对应磁通量变化率的电压信号，将电压信号输入至后续信号处理电路进行处理。

图6是一示例性实施例示出的一种运动对象的监测装置的框图。如图6所示，该装置包括但不限于：运动对象监测模块610，感应电压获取模块630，运动数据获取模块650。

运动对象监测模块610，用于通过地磁传感器自身进行的感测确定监测的运动对象；

感应电压获取模块630，用于由地磁场分布变化而产生的磁通量变化获得对应磁通量变化率的电压信号；

运动数据获取模块650，用于通过信号处理电路确定包含所述电压信号所指示电压的映射关系，由映射关系得到所述电压信号所指示电压映射的距离和速度。

图7是另一个示例性实施例示出的一种运动对象的监测装置的框图。如图7所示，该装置包括但不限于：静态电压获取模块710，零点电压获取模块730。

静态电压获取模块710，用于通过地磁传感器中的磁阻传感器感测所属服务范围内没有运动对象存在而对应的地磁场强度，得到对应地磁场强度的静态电压信号；

零点电压获取模块730，用于通过所述静态电压信号输入至所述信号处理电路，并调节所述信号处理电路中的零点调节电路，获得信号处理电路中的可编程放大电路的输入参考电压。

图8是根据图6对应实施例的运动对象监测模块在一个实施例的框图。如图8所示，该装置包括但不限于：电压信号获取单元611，输出电压获取单元613，运动对象确定单元615。

电压信号获取单元611，用于通过所述地磁传感器感测由所述地磁场分布变化产生的磁通量变化，获得对应所述磁通量变化率的电压信号；

输出电压获取单元613，用于通过将所述电压信号和所述输入参考电压输入至可编程放大电路，获得所述可编程放大电路的输出电压信号；

运动对象确定单元615，用于根据所述输出电压信号在设定的时间内持续超过预先设定的阈值，确定所述运动对象进入所述地磁传感器所属服务范围。

图9是根据图6对应实施例的电压信号获取模块在一个实施例的框图。如图9所示，该装置包括但不限于：选通单元631，感应电压获取单元633。

选通单元631，用于通过选通电路选通所述地磁传感器中的电磁感应传感器，所述电磁感应传感器通过选通电路和所述信号处理电路建立连接；

感应电压获取单元633，用于通过电磁感应传感器中的x轴放大模块、y轴放大模块和z轴放大模块感测各自轴向上的磁通量变化，分别获得对应x轴、y轴和z轴方向上磁通量变化率的电压信号。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。