检测导电物体的存在的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于检测导电物体的存在的方法，该方法包括：确定无扰磁跟踪系统的特征频率函数；测量受扰实时频率函数；利用受扰实时频率函数对该无扰频率函数的卡方最小化，计算位置指示信号的实部和虚部；根据特征频率函数和受扰实时频率函数计算卡方值；以及监测该卡方值，以检测能指示导电物体的存在的变化。本发明专利技术的用于检测导电物体的存在的方法可确定磁跟踪系统的特征频率函数，并测量受扰频率函数。该方法还可根据特征无扰频率函数和受扰频率函数计算卡方值，以及监测该卡方值以检测能指示导电物体的存在的变化。

【技术实现步骤摘要】
检测导电物体的存在的方法及系统本申请是申请日为2004年4月19日、申请号为200480009830.5、专利技术名称为"检测和补偿涡流的方法"的中国专利技术专利申请的分案申请。本申请要求2003年4月17日提交的美国临时申请No.60/463,576的权、/-
技术介绍
磁跟踪系统适用于各种应用，例如图像导引医疗应用、放射治疗(例如肿瘤跟踪)、其他医疗诊断和治疗设备、生物工程学和人体运动研究(ergonomics and human motion research )、动画制作(animation )(例如动作捕捉)以及工业测量。磁跟踪系统附近存在的导电物体会降低系统的性能。导电物体内感应产生的涡流会干扰传感器的位置指示，并导致不准确的位置和/或方向信息。
技术实现思路
在本专利技术的一个方案，提供了一种失真补偿方法，其包括确定第一位置指示信号和第二位置指示信号中的至少一个的无扰相位。该方法包括确定第一频率下的第一位置指示信号的幅度与第二频率下的第二位置指示信号的幅度的无扰比值。该方法还包括确定位置指示信号的受扰幅度，以及根据受扰幅度和受扰相位、无扰幅度比值和无扰相位来调整位置指示。该方法还包括确定第一位置指示信号和第二位置指示信号的涡流相位间的关系。在本专利技术的另一方案，提供了一种用于检测导电物体的存在的方法，其包括确定磁跟踪系统的特征频率函数，并测量受扰频率函数。该方法还包括根据特征无扰频率函数和受扰频率函数计算卡方值，以及监测该卡方值以检测能指示导电物体的存在的变化。在本专利技术的又一方案，提供了一种方法，其包括测量导电物体的特征，并根据所定义的特征确定涡流相位。该方法还包括测量受扰幅度，以及根据4涡流相位、无扰传感器相位以及受扰幅度计算无扰(即校正后的)幅度。上述各方面的实施例可总结为一个或多个下述特征。可将第二无扰比值确定为第一或第二位置指示信号的幅度与第三频率下的第三位置指示信号的幅度的比值。能够确定第一或第二位置指示信号与第三位置指示信号的涡流相位之间的关系，从而调整位置指示。第一频率是第二位置指示信号的上次谐波(superiorharmonic)，而第二频率是第一位置指示信号的下次谐波(subordinate harmonic)。例如上次谐波可为基频，而下次谐波可为三次谐波。在某些实施例中，第一频率小于第二频率。第一频率和第二频率是谐波相关的。通过例如线性调频波形(chirpedwaveform)可产生多个频率。本专利技术的其他方案可包括从传感器接收第一和第二位置指示信号的实部和虚部。对于多个位置指示信号可重复该失真补偿方法。该方法可用于检测导电物体中的涡流的存在。对涡流的存在的检测包括监测第一位置指示信号的幅度与第二位置指示信号的幅度的比值。在另一实施例中，对涡流的存在的检测包括检测无扰相位的变化。在另一实施例中，对涡流的存在的检测包括检测位置指示信号的无扰的实部和虚部的特征的变化。确定无扰相位包括测量渐近相位值并利用渐近相位值计算无扰相位。确定无扰相位可以替换为或者还包括迭代计算相位值并调整渐近相位值。计算涡流相位包括利用数值方法(numerical method)求解一组方程或者利用封闭解(closed form solution)求解一组方程。在某些实例中，该方法包括监测多个位置指示信号的卡方值。该方法还包括为卡方值设置阈值以指示不同程度的失真。对位置指示信号的卡方值的变化的检测能够指示导电物体的存在。在特定频率范围(例如中频范围、低频范围或高频范围)内对卡方值的变化的检测能够指示特定类型的导电物体的存在。其他优点有，涡流补偿可以实时确定涡流相位和幅度。该方法提供对位置指示的补偿以抵消导电物体产生的涡流。其他优点有，在某些实施例中，使用多个场发生器线圈将有利于提供增强的灵敏度和冗余备份。由于与一个或多个场发生器和/或传感器线圈耦合，使得存在的导电物体可能引起信号干扰。附图说明图l是坐标测量系统的框图2是包括无扰矢量、受扰矢量及涡流矢量的矢量图；图3是信号补偿过程的流程图4示出了当不锈钢环移动到图1的系统附近时的实验结果，这些实验结果用于确定^;图5示出了当用不锈钢环干扰静止的传感器的信号时，三次和五次谐波的;c的实验值；图6示出了;c(w)的实验值，/c(w)是受到不锈钢环干扰的传感器的频率函数；图7是确定渐近的无扰相位的过程的流程图；图8示出了涡流补偿的实验结果；图9示出了涡流补偿的实验结果；图IO是根据卡方值确定干扰是否存在的过程的流程图；图ll是信号补偿过程的流程图。具体实施例方式参考图1，坐标测量系统10包括具有一个或多个传感器16的磁跟踪系统14。由于在传感器16和/或场发生器12中或附近存在的导电材料引起了涡流，使得磁跟踪系统(也称为坐标测量系统)容易失真(也称为干扰)。导电材料的实例包括金属(例如不锈钢)、碳化纤维以及某些导电塑料。产生涡流的电磁耦合取决于传播的AC磁场的频率。此外，涡流相对于产生磁场的磁跟踪器源驱动电流(source drive current)存在相移。为了准确地提供位置指示，磁跟踪系统包括场发生器12，其产生具有两个或更多频率成分的输入信号。这些频率成分中的最低频率称为基频。例如，典型的基频可以是1000Hz。其他的频率成分可以是基频的谐波或是其他非谐波频率。通过输入信号而输入的波形的实例包括方波、三角波、锯齿波(例如斜坡)、正弦波、线性调频波(chirped wave)、各种多频波形或者上述波形的任何组合。磁跟踪系统14附近存在的导电物体产生的涡流的特性取决于传播的AC磁场的激发频率与耦合。计算机系统18或其他计算单元分析在多个频率下产生的位置指示信号。基于这些位置指示信号，计算机系统18计算涡流相位和幅度，并补偿位置指示以消除涡流导致的测量误差。参考图2，示出了无扰矢量31、受扰矢量或总矢量32以及涡流矢量33的图形表示30。各矢量用幅度(J)和相位(-)表示。例如，无扰矢量31表示为无扰幅度(4) 34和无扰相位(A) 35，受扰或总矢量32表示为受扰或总幅度(4) 36和受扰或总相位(A) 37，以及涡流矢量33表示为涡流幅度(4)38和涡流相位(& ) 39。受扰或总矢量32是无扰矢量31和涡流矢量33的矢量和。系统利用4;的值计算位置指示。这是因为用于位置量测(fit)的基本场模型基于无扰场。参考图3，示出了对受扰信号提供补偿的过程40。可计算涡流幅度和相位并将其从受扰矢量32中去除，仅剩下无扰矢量31。过程包括两个阶段。在第一阶段(步骤41、 42和43)中，通过将给定导电物体置入场中(步骤41)并收集受扰信号测量值(步骤42)来定义导电物体的特征。在定义导电物体的特征时，A和^为已知值,并可与受扰数据一起用于确定涡流相位(步骤43)。下面给出步骤43的具体描述。过程40的第二阶段(步骤44、 45、46和47)是在实时收集位置指示信号期间进行涡流补偿(步骤44)。如果已知该定义了特征的导电物体处于场中，则将步骤43的涡流相位(A)和步骤44的位置指示信号用作向补偿程序的输入量(步骤45)。否则，不需要补偿，并且过程直接进行到步骤47。下面给出补偿程序的具体描述。参考图4，曲线图56显示了当不锈钢环在传感器附近随机移动时静止的传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测导电物体的存在的方法，该方法包括：　确定无扰磁跟踪系统的特征频率函数；　测量受扰实时频率函数；　利用受扰实时频率函数对该无扰频率函数的卡方最小化，计算位置指示信号的实部和虚部；　根据特征频率函数和受扰实时 频率函数计算卡方值；以及　监测该卡方值，以检测能指示导电物体的存在的变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰M涅米宁，斯特凡R基尔希，
申请(专利权)人：北方数字化技术公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]