本公开涉及使用调制屏幕和压缩传感的磁场可视化。用于提供可视化能力以绘制磁场的系统和方法。系统利用布置在磁场调制屏幕(2)的一侧的高灵敏度磁场传感器(6)(例如，由磁屏蔽材料制成的管(16)内的磁力计(12))来获取表示磁场图像的测量数据。磁场调制屏幕包括多个生成磁场的像素元件(34)(例如，由导电材料制成的载流环(20))。可选地，系统还使用压缩传感技术来减少重建原始磁场图像所需的测量数据量。压缩传感通过在连续采样时间不向磁场调制屏幕的不同选择的单独磁场生成像素元件提供电流来实现。流来实现。流来实现。
【技术实现步骤摘要】
使用调制屏幕和压缩传感的磁场可视化
[0001]本文公开的技术主要涉及磁场的可视化。
技术介绍
[0002]磁场在人类环境中无处不在，它们的频率范围很广，从与磁性材料和给定位置处的地球磁场相关的静态场到与各种人造或自然源生成的电磁波相关的可变场，包括由于地球磁场中导体表面的运动而引起的感应场。
[0003]通常在应用中利用的电磁波的最低频带被称为极低频(ELF)，该类别包括低至几赫兹的频率，通常用于潜艇通信。目前有许多技术被用于可视化射频或微波范围内的电磁场(例如，磁共振成像和雷达)，但这些都是需要某种事先刺激的主动成像源，不适合在非常低的频率下可视化磁场。一个例外是使用铁屑绘制静态场(例如，由永磁体生成的磁场)，主要用于教学目的。另一个例外是使用灵敏度较低的霍尔效应传感器阵列对磁场布置进行静态成像。然而，有必要将人或设备(几乎是静态的)生成的非常低频的磁场可视化，这些磁场可以呈现为电子格式。在这种情况下，用于可视化大脑中磁场的一种方法是脑磁图，其依赖于多个电极的使用，然后通过计算合成这些电极的输出来创建三维图像。然而，这种技术不适合创建移动物体的图像，并且需要传感器阵列，而不是单个传感器。
[0004]磁场绘制中的上述缺点并不是由于没有能够检测各种来源生成的微小磁场的灵敏磁场传感器(磁力计)，而是由于缺乏低成本、紧凑、极其灵敏的磁检测器阵列。例如，在磁共振成像中，大型基于线圈的磁力计阵列被用于创建图像。这些阵列价格昂贵，体积庞大，并且只能在较高的(无线电)频率(RF)下工作。此外，此类系统通常检测使用RF磁“照明”源(类似于雷达的工作方式)生成的大振幅场以形成图像。
[0005]通过提供利用高灵敏度磁力计的紧凑系统，可以提高现有技术的水平，该磁力计可以使用单个检测器而不需要照明源来形成图像。
技术实现思路
[0006]下面详细公开的主题涉及用于提供可视化能力以绘制低水平或静态磁场(例如由人在建筑物中或潜艇中或其他源生成的磁场)的系统和方法。根据一些实施例，该系统利用布置在磁场调制屏幕的一侧的高灵敏度磁场传感器(例如，磁力计)来获取表示磁场图像的测量数据。磁场传感器可以是屏蔽总场传感器或方向/矢量传感器。磁场调制屏幕包括多个生成磁场的像素元件(例如，由生成磁场的材料制成的载流环)。
[0007]根据提出的一个实施方式，该系统利用灵敏度大于pT/Hz
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的磁力计，例如原子磁力计。原子磁力计可以检测从恒定(直流)到几百赫兹(交变磁振幅)的任何磁场。典型的原子磁力计被归类为总场或标量磁力计，因为其仅测量空间和时间上某一点的总场而没有方向性(标量测量)。然而，本文提出的技术不限于标量磁力计，并且也容易地适用于方向/矢量磁力计。本文提出的系统和方法提供空间和时间分辨信号的组合。在某些情况下，通过屏蔽技术和像素阵列的接近度来转换全场磁力计，以重新创建伪矢量信息。基于矢量的磁力
计可以是总场磁力计的替代物，并且甚至可能需要更少的屏蔽，下面一些细节中公开的技术允许可视化低水平磁场(例如，比地球磁场小1000到10000倍)，以便可视化和识别移动物体。杂散源(包括活的物体)生成的各种场使情况变得复杂。能够从大背景中分辨出特定源的特征是一个挑战，特别是在具有合理外形尺寸、分辨率和成本的单个传感器中。
[0008]可选地，该系统还使用压缩传感技术以显著低于Nyquist速率的速率捕获和表示可压缩信号，从而减少需要传输和存储的测量数据量。压缩传感通过在连续采样时间不向磁场调制屏幕的不同选择的单独磁场生成像素元件提供电流来实现。
[0009]尽管用于可视化低水平磁场的系统和方法的各种实施例在本文稍后的一些细节中描述，但是这些实施例中的一个或多个可以由以下一个或多个方面来表征。
[0010]下面详细公开的主题的一个方面是磁场传感系统，其包括磁力计、磁场调制屏幕和以一定位置关系支撑磁力计和磁场调制屏幕的支撑框架。根据一个实施例，该磁场调制屏幕包括单独可寻址和可控的磁场生成元件的阵列，以及被布置为可切换地将电流源与相应的磁场生成元件连接的开关阵列。根据提出的一个实施方式，该磁场调制屏幕包括多个印刷电路板，其上印刷有相应的磁场生成元件组。该印刷电路板以重叠关系定位，使得磁场生成元件组彼此偏移。
[0011]根据在紧接在前的段落中描述的磁场传感系统的一些实施例，该系统还包括：控制器，其与开关阵列连接，并且被配置为控制该开关，以便从电流源向除一个外的所有磁场生成元件提供电流；以及处理节点，该处理节点与控制器连接并且被配置为向该控制器发送控制信号，该控制信号使得磁场调制屏幕采用连续状态，其中在时间上的连续时刻磁场生成元件中的不同的一个不从电流源接收电流。
[0012]根据其他实施例，该系统还包括处理节点，该处理节点与开关阵列连接并且被配置为控制该开关采用连续状态，其中在时间上的连续时刻磁场生成元件中的不同的一个不从电流源接收电流。
[0013]下面详细公开的主题的另一方面是磁场可视化系统，其包括：电流源；显示装置，其被配置为显示表示磁场分布的图像；磁力计，其被配置为在时间间隔期间检测磁场并且输出包含磁场测量数据的电信号；磁场调制屏幕，其被布置为与磁力计有固定位置关系，其中，该磁场调制屏幕包括分别与磁场生成元件和电流源连接的磁场生成元件阵列和开关阵列；以及处理节点，其与开关阵列连接并且被配置为控制开关采用连续状态，其中在时间间隔期间的连续时刻磁场生成元件中的不同的一个不从电流源接收电流。该处理节点还被配置为使用图像重建算法处理磁场测量数据以使用压缩传感技术重建表示磁场分布的图像，然后将处理后的数据发送到显示装置以显示表示检测到的磁场的分布的图像。
[0014]下面详细公开的主题的另一方面是磁场调制屏幕，其包括：第一印刷电路板，其上印刷有第一组间隔的磁场生成元件；第二印刷电路板，其上印刷有第二组间隔的磁场生成元件，第三印刷电路板，其上印刷有第三组间隔的磁场生成元件；以及第四印刷电路板，其上印刷有第四组间隔的磁场生成元件，其中，第一至第四印刷电路板以重叠关系定位，第一至第四组间隔的磁场生成元件中的每一组彼此偏移。根据一个实施例，每个磁场生成元件包括环。
[0015]下面详细公开的主题的又一方面是用于可视化磁场的方法，其包括：将磁场调制屏幕放置在相对于磁力计的固定位置，该磁场调制屏幕包括单独可寻址和可控的磁场生成
元件的阵列；将磁力计和磁场调制屏幕放置在磁场内；操作该磁力计，以在时间间隔期间连续检测磁场并且输出包含磁场测量数据的电信号；操作磁场调制屏幕，使得在时间间隔期间的连续时刻磁场生成元件中的不同的一个不从电流源接收电流；使用包括压缩传感技术的图像重建算法处理磁场测量数据，以重建表示磁场分布的图像；以及显示表示检测到的磁场的分布的图像。
[0016]下面公开用于可视化低水平磁场的系统和方法的其它方面。
附图说明
[0017]在前面部分中讨论的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立地实现，或者可以在其他实施例中组合。为了说本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁场传感系统(6)，包括磁力计(12)、磁场调制屏幕(2)和以一定位置关系支撑所述磁力计和所述磁场调制屏幕的支撑框架(8)。2.根据权利要求1所述的磁场传感系统，还包括磁屏蔽(16)。3.根据权利要求1所述的磁场传感系统，其中，所述磁场调制屏幕包括单独可寻址和可控的磁场生成元件(34)的阵列。4.根据权利要求3所述的磁场传感系统，还包括电流源，其中，所述磁场调制屏幕还包括开关(48)阵列(46)，所述开关阵列被布置为切换地将所述电流源与相应的磁场生成元件连接。5.根据权利要求3所述的磁场传感系统，其中，每个磁场生成元件包括环(20)。6.根据权利要求5所述的磁场传感系统，其中，每个磁场生成元件还包括第一电流馈线(22)和第二电流馈线(24)，所述第一电流馈线和所述第二电流馈线与所述环电连接，并且彼此平行地布置成彼此接触。7.根据权利要求1所述的磁场传感系统，其中，所述磁场调制屏幕包括其上印刷有相应的磁场生成元件组的多个印刷电路板，并且其中，所述印刷电路板以重叠关系定位，使得所述磁场生成元件组彼此偏移。8.根据权利要求4所述的磁场传感系统，还包括控制器(44)，所述控制器与所述开关阵列连接，并且被配置为控制所述开关，以从所述电流源向除一个外的所有所述磁场生成元件提供电流。9.根据权利要求8所述的磁场传感系统，还包括处理节点(32)，所述处理节点(32)与所述控制器连接并且被配置为向所述控制器发送控制信号，所述控制信号使得所述磁场调制屏幕采用连续状态，其中，在时间上的连续时刻所述磁场生成元件中的不同的一个不从所述电流源接收电流。10.根据权利要求4所述的磁场传感系统，还包括处理节点(32)，所述处理节点(32)与所述开关阵列连接并且被配置为控制所述开关采用连续状态，其中，在时间上的连续时刻所述磁场生成元件中的不同的一个不从所述电流源接收电流。11.根据权利要求1所述的磁场传感系统，还包括由磁屏蔽材料制成并且具有轴线和端开口的几何形状的管(16)，其中，所述磁力计布置在所述管内，所述磁场调制屏幕的视场部分地由最靠近所述磁场调制屏幕的所述管的所述开口限定。12.一种磁场可视化系统(30，40)，包括：电流源(42)；显示装置(26)，被配置为显示表示磁场分布的图像；磁力计(12)，被配置为在时间间隔期间检测磁场并且输出包含磁场测量数据的电信号；磁场调制屏幕(2)，被布置为与所述磁力计有固定位置关系，其中，所述磁场调制屏幕包括磁场生成元件(34)阵列和分别与所述磁场生成元件和所述电流源连接的开关(48)阵列(46)；以及处理节点(32)，与所述开关阵列连接并且被配置为控制所述开关采用连续状态，其中，在所述时间间隔期间的连续时刻所述磁场生成元...
【专利技术属性】
技术研发人员：米纳斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：
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