环境磁场测试装置、测试方法及计算机可读存储介质与流程

本发明属于磁场测量技术领域，涉及一种测试装置和测试方法，特别是涉及一种环境磁场测试装置、测试方法及计算机可读存储介质。

背景技术：

心磁图(Magnetocardiogram，MCG)仪是一种无创，无接触，高特异性的新型心脏诊疗仪器。心磁图仪采用极其灵敏的超导量子干涉器件(Superconducting QUantum Interference Device，SQUID)作磁传感器，扫描人体心脏上方平面内一定区域内心磁信号，对心脏进行磁信息成像。但高灵敏度的磁探测系统，对电磁环境有选择性,完成对目标环境磁场监测和评估工作是使用SQUID开展弱磁测量和系统应用的重要恰提工作，其主要是监测目标环境场中磁场空间分布特征、时域波动强度和地平振动参量，并评估其是否满足SQUID弱磁测量条件。其中，磁场空间分布是影响弱磁测量应用的主要和直接因素；地平振动参量通过使得磁探头在环境磁场产生相对微位移，切割磁感线造成干扰，是次要和间接因素。因此，为保证SQUID弱磁探测应用顺利开展，必须首先保证目标环境场的磁场空间分布和地坪振动满足相应技术参数。

现有用于环境监测的系统或装置，通常存在如下缺陷：

1)不能同时测量磁场分量和地坪振动分量；

2)系统或装置复杂，便携性和操控性不足。

因此，如何提供一种环境磁场测试装置、测试方法及计算机可读存储介质，以解决现有技术不能同时测量磁场分量和地坪振动分量，系统或装置复杂，便携性和操控性不足等缺陷，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种环境磁场测试装置、测试方法及计算机可读存储介质，用于解决现有技术不能同时测量磁场分量和地坪振动分量，系统或装置复杂，便携性和操控性不足的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种环境磁场测试装置，包括：磁传感梯度计，设置于一无磁支架上，用于探测其所处环境的磁场强度；振动传感器，设置于地平表面，用于探测地平振动；测试机箱，用于通过一连接器与所述磁传感梯度计电性连接，以采集所述磁传感梯度计所产生的磁场信号和所述振动传感器所阐述的振动信号，并将所述磁场信号和振动信号进行对应的处理；分析器，与所述测试机箱电性连接，用于对测试机箱处理后的磁场信号和振动信号进行分析，以评估该环境。

于本发明的一实施例中，所述环境磁场测试装置包括2N个所述磁传感梯度计，N为大于等于1的正整数。

于本发明的一实施例中，所述磁传感梯度计为三分量磁传感梯度计，其中，每个三分量磁传感梯度计均包括三个同型号，结构完全相同的的单分量磁传感器，单分量磁传感器之间以两两垂直地固定于所述无磁支架上；所述振动传感器由三个两两正交的单分量振动传感器构成。

于本发明的一实施例中，所述无磁支架包括定位基座、竖向支架及H型固定臂；所述竖向支架为包括一根立柱的非拼接竖向支架，或包括至少两根立柱的可拼接竖向支架。

于本发明的一实施例中，所述定位基座的中央开设有螺纹孔；当所述无磁支架为非拼接竖向支架时，所述H型固定臂横向地、且中间区域固定于立柱的上部；当所述无磁支架为可拼接竖向支架时，第一根立柱至倒数第二根立柱的柱底心设置有与所述定位基座的螺纹孔形状匹配的连接件，顶柱心设置有螺纹孔，所述第一立柱的连接件旋接于所述定位基座的螺纹孔内，第一根立柱，第二根立柱，直至倒数第二根立柱依次旋接；最后一根立柱的柱底心的连接件旋接于所述倒数第二根立柱的顶柱心的螺纹孔；所述H型固定臂横向地、且中间区域固定于第二根立柱上。

于本发明的一实施例中，2N个所述磁传感梯度计平行地、对称地设置于所述H型固定臂的两端。

于本发明的一实施例中，所述磁传感梯度计与所述连接器之间通过12芯62GB型射频屏蔽电缆电性连接。

于本发明的一实施例中，所述测试机箱将所述磁场信号和振动信号进行对应的处理包括将磁场信号和振动信号进行模数转换，并将模数转换后的数据进行二进制编码。

于本发明的一实施例中，所述连接器为前置电路盒，用于为所述磁传感梯度计提供电源，对所述磁传感梯度计所产生的磁场信号进行信号隔离和阻抗转换。

本发明另一方面提供一种基于所述环境磁场测试装置的测试方法，所述测试方法包括：记录经所述测试机箱处理过的磁场信号和振动信号的时域信息；将时域信息转换成频域信息，获取所述环境磁场测试装置所处环境的磁场信号及振动信号各频点的幅值，以从中提取磁场信号的直流量、最大值、最小值、最大变化值及样本方差和振动信号的直流量、最大值、最小值、最大变化值及样本方差，以评估该环境。

本发明最后一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述测试方法。

如上所述，本发明的所述环境磁场测试装置、测试方法及计算机可读存储介质，具有以下有益效果：

本发明中所述环境磁场测试装置便携易用，模块式拆装组合，常温操作维护；测试量程够大，测试精度够高，满足大部分常规环境磁场测试；评估方法有效，多维度观测样本，信息更丰富，结论更有说服力。

附图说明

图1显示为本发明的环境磁场测试装置于一实施例中的原理结构示意图。

图2显示为本发明的无磁支架的一实施立体结构示意图。

图3显示为本发明的基于环境磁场测试装置的测试方法于一实施例中的流程示意图。

元件标号说明

1 环境磁场测试装置

11 磁传感梯度计

12 无磁支架

13 振动传感器

14 连接器

15 测试机箱

16 分析器

121 定位基座

122 竖向支架

123 H型固定臂

122A 第一根立柱

122B 第二根立柱

S1～Sn 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种环境磁场测试装置，包括：

磁传感梯度计，设置于一无磁支架上，用于探测其所处环境的磁场强度；

振动传感器，设置于地平表面，用于探测地平振动；

测试机箱，用于通过一连接器与所述磁传感梯度计电性连接，以采集所述磁传感梯度计所产生的磁场信号和所述振动传感器所阐述的振动信号，并将所述磁场信号和振动信号进行对应的处理；

分析器，与所述测试机箱电性连接，用于对测试机箱处理后的磁场信号和振动信号进行分析，以评估该环境。

以下将结合图示对本实施例所提供的环境磁场测试装置进行详细描述。请参阅图1，显示为环境磁场测试装置于一实施例中的原理结构示意图。如图1所示，所述环境磁场测试装置1包括磁传感梯度计11、无磁支架12、振动传感器13、连接器14、测试机箱15及分析器16。

所述磁传感梯度计11用于探测其所处环境的磁场强度。所述环境磁场测试装置包括2N个所述磁传感梯度计，N为大于等于1的正整数。于本实施例中，N等于1。

在本实施例中，所述磁传感梯度计11为三分量磁传感梯度计(即X，Y，Z分量)，其中，每个三分量磁传感梯度计均包括三个同型号，结构完全相同的的单分量磁传感器，单分量磁传感器之间以两两垂直地安装在所述无磁支架12上。两组三分量磁传感器安装方向保持一致。

以下为传感器的布置：

首先取出三分量磁传感梯度计，将其竖直地固定在无磁支架的H臂的竖直固定孔中(依照测试高度需求，上下竖直调节适宜高度，并用直尺测试离地高度)，调节好测试方位，可用旋紧旋钮锁死三分量磁感应梯度计外壳，最后将水平仪放置于三分量磁感应梯度计外壳顶部，微调中心旋钮使其水平态。其次，取出振动传感器，并将目标测试点地表清洁，使用黏着剂固定三个单分量振动传感器(橡皮泥或者纸质双面胶)，且使其方向于三分量磁感应梯度计标识方向基本一致。

所述无磁支架12用于固定所述磁传感梯度计11。请参阅图2，显示为无磁支架的一实施立体结构示意图。如图2所示，所述无磁支架12包括采用无磁材料制成的定位基座121、竖向支架122及H型固定臂123。在本实施例中，使用时，将定位基座121轻放置于地面，平板中心带机械开孔一侧朝上，配合使用木工水平仪，旋转平板外围四角的调节螺栓，实现平板水平。所述定位基座121的中央开设有螺纹孔。所述竖向支架122为包括一根立柱的非拼接竖向支架，或包括至少两根立柱的可拼接竖向支架。

当所述无磁支架为非拼接竖向支架时，所述H型固定臂横向地、且中间区域固定于立柱的上部。

当所述无磁支架为可拼接竖向支架时，第一根立柱至倒数第二根立柱的柱底心设置有与所述定位基座的螺纹孔形状匹配的连接件，顶柱心设置有螺纹孔，通过所述第一立柱的连接件与所述定位基座旋接，第一根立柱，第二根立柱，直至倒数第二根立柱依次旋接；最后一根立柱的柱底心的连接件旋接与所述倒数第二根立柱的顶柱心的螺纹孔；所述H型固定臂横向地、且中间区域固定于第二根立柱上。在本实施例中，可以根据测试需要的高度决定立柱的数量。

如图2所示，所述无磁支架12为可拼接竖向支架，且该可拼接竖向支架由第一根立柱122A和第二根立柱122B构成。第一根立柱122A的柱底心设置有与所述定位基座121的螺纹孔形状匹配的连接件，顶柱心设置有螺纹孔，所述第一立柱122A的连接件旋接于所述定位基座121的螺纹孔内，第二根立柱122B的柱底心的连接件旋接于所述第一根立柱的顶柱心的螺纹孔内；所述H型固定臂横向地、且中间区域固定于第二根立柱122B上。

如图2所示，2个所述磁传感梯度计11平行地、对称地设置于所述H型固定臂123的两端。

所述振动传感器13设置于地平表面，用于探测地平振动。于本实施例中，所述振动传感器由三个两两正交的单分量振动传感器构成，以实现地坪振动的三分量测试。所述振动传感器13通过射频屏蔽电缆，具体地，采用BNV(M-M)连接线连接到所述测试机箱15上。

所述磁传感梯度计11通过一连接器14与所述测试机箱15电性连接。与本实施例中，所述连接器14为前置电路盒。所述磁传感梯度计与所述前置电路盒之间通过12芯62GB型射频屏蔽电缆电性连接。所述前置电路盒具体通过15针D(M)型-9BNC(F)。所述前置电路盒用于为所述磁传感梯度计11提供电源，对所述磁传感梯度计11所产生的磁场信号进行信号隔离和阻抗转换，并可作为磁传感梯度计的测试端口。

在本实施例中，取出并连接好前置电路220v电源适配器，上电，观察电源指示灯是否工作正常，若不正常，先切断电源，检查适配器各接口，再测试；若正常，请进行下一步操作；

取出并连接好测试机箱220v电源适配器，上电，观察电源指示灯是否工作正常，若不正常，先切断电源，检查适配器各接口，再测试；若正常，请进行下一步操作；

取出并连接好测试电脑220v适配器，上电，观察电源指示灯是否工作正常，若不正常，先切断电源，检查适配器各接口，再测试；若正常，请进行下一步操作。

与所述振动传感器13和连接器14电性连接的测试机箱15用以采集所述磁传感梯度计所产生的磁场信号和所述振动传感器所阐述的振动信号，并将所述磁场信号和振动信号进行对应的处理。在本实施例中，所述测试机箱15将所述磁场信号和振动信号进行对应的处理包括将磁场信号和振动信号进行模数转换，并将模数转换后的数据进行二进制编码。

具体地，所述测试机箱15设置有4个采样卡槽，卡槽间相互独立；每个采样卡，有4个独立采样通道。磁传感梯度计有XYZ多路输出信号，通过屏蔽线缆依次将磁场信号输出端口和采样卡上输入端口对应连接。

与所述测试机箱15电性连接的分析器16用于对测试机箱处理后的磁场信号和振动信号进行分析，以评估该环境。在本实施例中，所述分析器16为人机交互设备，人际交互界面包含数据采集界面和数据分析界面；

数据采集界面包含测控采样参数设置，包括但不限于硬件测试通道设置、采样控制按钮、采样时长和采样率设置、采样存储文件名和文件路径设置；设置完备，可启动采集，采集过程中，可以实时观测各通道数据。

数据分析界面包含分析设置，包括但不限于分析控制按钮和分析文件路径。设置完备，可启动分析，分析结束后，可以获取数据特征值和特征频谱；读取特征值和频谱幅值，完成初步判断。

具体地，所述分析器16首先将二进制的磁场信号和振动信号转换成十六进制数据格式，再记录经所述测试机箱处理过的磁场信号(B(X1/Y1/Z1，X2/Y2/Z2))和振动信号(Vibration(X/Y/Z))的时域信息，最后将时域信息转换成频域信息，获取所述环境磁场测试装置所处环境的磁场信号及振动信号各频点的幅值，以从中提取磁场信号的直流量(mean，磁场信号样本均值)、最大值(+Vpk，磁场信号正向峰值)、最小值(-Vpk，磁场信号负向峰值)、最大变化值(Vpp＝+Vpk-(-Vpk))及样本方差S，和振动信号的直流量(mean，振动信号样本均值)、最大值(+Vpk，振动信号正向峰值)、最小值(-Vpk，振动信号负向峰值)、最大变化值(Vpp＝+Vpk-(-Vpk))及样本方差S，输出上述数据，以评估该环境。在本实施例中，评估包括样本方差，尤其是Z方向，需要尽可能的小；观测频域信息，小于200Hz频段，有无明显峰值信号。

在本实施例中，将时域信息，频域信息及样本统计后样本信息以时域图、频域图、统计图，包括各分量时域波动的直流量、最大波动值，幅值-频率曲线输出。

所述分析器16的具体操作方法如下：

第一，开启分析器16，启动硬件驱动控制软件，检测并确认测试箱内硬件工作正常，若正常，进行下一步；若不正常，按照流程，可重新开启软件或者分析器16，重新启动测试机箱。

第二，启动测试软件，在界面依次配置测试通道、采样率和采样时间、文件存储路径和文件名。待传感器上电15min工作状态稳定后，可鼠标点击“开始”按钮，开启采样，采样过程中，可以观测各通道信号变化；

若采样中途需要暂停或者放弃采样，可依次点击“暂停”“退出”按钮；

若正常采样完成，可以更改文件名(放置文件被新文件替换)，采用上次采样参数，继续采样；可以点击”退出”按钮，重新配置采样参数。

第三，启动分析软件，在界面上选择分析文件名，配置采样率，鼠标点击“分析”按钮，分析结果提供时域图、频域图、统计图，包括各分量时域波动的直流量、最大波动值，幅值-频率曲线，样本统计方差和置信区间。可选择“打印报告”，输出测试数据；点击”退出”按钮，退出分析模块。

第四，测试完成后，按照上述逆过程，收起设备装箱。

本实施例所述环境磁场测试装置便携易用，模块式拆装组合，常温操作维护；测试量程够大，测试精度够高，满足大部分常规环境磁场测试；评估方法有效，多维度观测样本，信息更丰富，结论更有说服力。

实施例二

本实施例提供一种基于实施例一所述环境磁场测试装置的测试方法，请参阅图3，显示为基于环境磁场测试装置的测试方法于一实施例中的流程示意图。如图3所示，所述测试方法包括：

S31，根据采集指令，采集所述测试机箱处理过的磁场信号和振动信号的时域信息，并将二进制的磁场信号和振动信号转换成十六进制数据格式。

S32，记录经所述测试机箱处理过的磁场信号和振动信号的时域信息。在本实施例中，根据需求，可采用段时间高采样率或者长时段低采样率，可获取环境磁场及振动全时段波动特征和某目标时段具体信息。

S33，将时域信息转换成频域信息，获取所述环境磁场测试装置所处环境的磁场信号及振动信号各频点的幅值，以从中提取磁场信号的直流量、最大值、最小值、最大变化值及样本方差和振动信号的直流量、最大值、最小值、最大变化值及样本方差，以评估该环境。

具体地，S33包括：

将时域信息转换成频域信息，获取所述环境磁场测试装置所处环境的磁场信号及振动信号各频点的幅值，以从中提取磁场信号的直流量(mean，磁场信号样本均值)、最大值(+Vpk，磁场信号正向峰值)、最小值(-Vpk，磁场信号负向峰值)、最大变化值(Vpp＝+Vpk-(-Vpk))及样本方差S，和振动信号的直流量(mean，振动信号样本均值)、最大值(+Vpk，振动信号正向峰值)、最小值(-Vpk，振动信号负向峰值)、最大变化值(Vpp＝+Vpk-(-Vpk))及样本方差S，输出上述数据，以评估该环境。在本实施例中，评估包括样本方差，尤其是Z方向，需要尽可能的小；观测频域信息，小于200Hz频段，有无明显峰值信号。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行上述测试方法。本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本发明中所述环境磁场测试装置便携易用，模块式拆装组合，常温操作维护；测试量程够大，测试精度够高，满足大部分常规环境磁场测试；评估方法有效，多维度观测样本，信息更丰富，结论更有说服力。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。