磁场测量设备

技术领域

本发明涉及机械领域，具体涉及到一种磁场测量设备。

背景技术

磁控胶囊内窥镜通过在胶囊内窥镜中设置小型永磁体，小型永磁体受控于体外的大型永磁体来实现对体内胶囊内窥镜的主动控制，提高了胶囊内窥镜的控制效率及检查结果的有效性，然而由于受到胶囊内窥镜尺寸及重量的限制，小型永磁体的尺寸和重量也受到了限制，为了使体外大型永磁体对体内胶囊内窥镜进行有效控制，胶囊内窥镜中的小型永磁体的选择和设计尤为重要，而小型永磁体选择和设计都是基于小型永磁体的磁感应强度为前提的。

永磁体磁场的磁感应强度随着距离的增加而急剧下降，当小型永磁体需要测得较远距离的磁场分布时，该小型永磁体本身的磁场在该远距离只有uT的微弱磁场时，周围地磁，运动电机，电器产生的电磁场或其他的磁场干扰会导致小型永磁体的磁场的磁感应强度测量结果出现较大偏差，导致测量噪音超过了本身要测量的磁场的磁感应强度值。

现有磁场测量设备没有考虑待测量永磁体的坐标系和磁传感器的坐标系的重合，导致测量时需要多次调试永磁体的坐标才能实现对中，或者最后对中失败，导致磁场测量结果偏差较大，从而导致对永磁体的磁场分布测量结果造成误判。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的至少一个技术问题，本发明提供一种磁场测量设备，旨在排除磁场测量过程中的干扰，实现待测磁体，比如永磁体的坐标与磁传感器的坐标对中，提高了永磁体的磁场磁感应强度的测量精度。

本发明实施例提供一种磁场测量设备，其特征在于，包括终端设备01、控制器02、屏蔽箱03以及设置在所述屏蔽箱中的驱动电机04、导轨05、磁传感器06、磁体支撑柱07和测距仪08，所述终端设备01与所述控制器02通讯连接，所述控制器02与所述驱动电机04通讯连接；

所述导轨05包括X轴导轨0501、Y轴导轨0502和Z轴导轨0503，所述导轨05用于使所述磁传感器06分别在X轴、Y轴和Z轴移动；

所述磁传感器06和所述测距仪08设置在所述X轴导轨0501上；

所述磁体支撑柱07用于固定待测磁体09，所述磁体支撑柱07安装在与所述磁传感器06平行且对中的位置；

所述驱动电机04的外部设置有屏蔽罩10。

在一些实施例中，所述屏蔽箱03包括上屏蔽板0301，下屏蔽板0302，左屏蔽板0303，右屏蔽板0304，前侧可开关屏蔽板0305和后屏蔽板0306。

在一些实施例中，所述屏蔽箱03和所述屏蔽罩10分别由相对真空磁导率＞200的隔磁材料制成。

在一些实施例中，所述驱动电机04包括一个第一驱动电机0401、两个第二驱动电机0402和两个第三驱动电机0403；

一个所述第一驱动电机0401用于驱动所述磁传感器06沿所述X轴导轨0501移动；

两个所述第二驱动电机0402用于驱动所述磁传感器06沿所述Y轴导轨0502移动；

两个所述第三驱动电机0403用于驱动所述磁传感器06沿所述Z轴导轨0503移动。

在一些实施例中，所述下屏蔽板0302上设置有第一凸台0307，所述Y轴导轨0502固定在所述第一凸台0307上；所述磁体支撑柱07固定在所述第一凸台0307上。

在一些实施例中，所述第一凸台0307上设置有避空槽0308，所述避空槽0308贯穿所述下屏蔽板0302，所述避空槽0308设置有第一台阶0309；

所述磁体支撑柱07的底部设置有与所述第一台阶0309配合的第一凹槽0701。

在一些实施例中，所述磁体支撑柱07与所述第一凸台0307及所述下屏蔽板0302间隙配合，配合间隙d1∈[0.02,0.12]mm。

在一些实施例中，所述磁体支撑柱07设置有磁体固定块0702，所述磁体支撑柱07与所述磁体固定块0702之间间隙配合安装并通过螺丝固定；

所述磁体固定块0702与所述待测磁体09之间间隙配合安装并通过螺丝固定，配合间隙d2≤0.1mm。

在一些实施例中，所述待测磁体09的形状为圆柱形，方形，半圆形，球形等，所述磁体固定块0702的用于容置所述待测磁体09的凹槽呈双段圆弧形和双边切槽的形状。

在一些实施例中，所述磁传感器06集成在PCB电路板11上，所述PCB电路板11通过热固性定位销固定在固定块12的圆柱体1201上，所述圆柱体1201与所述固定块12一体成型，所述PCB电路板11开设有与所述圆柱体1201配合的配合圆弧1101和切边槽1102，所述磁传感器06的中心与所述配合圆弧1101的圆心重合；

所述测距仪08安装在所述固定块12上，且所述测距仪08的安装面与所述圆柱体1201垂直。

在一些实施例中，所述屏蔽箱的底部安装有滚轮支架13，所述滚轮支架上安装有移动滚轮14。

在一些实施例中，所述待测磁体09的质量m≤10g。

在一些实施例中，所述磁传感器06的运动距离范围分别为0mm～2000mm。

本发明实施例提供的一种磁场测量设备，包括终端设备01、控制器02、屏蔽箱03以及设置在所述屏蔽箱中的驱动电机04、导轨05、磁传感器06、磁体支撑柱07和测距仪08，所述终端设备01与所述控制器02通讯连接，所述控制器02与所述驱动电机04通讯连接；所述导轨05包括X轴导轨0501、Y轴导轨0502和Z轴导轨0503，所述导轨05用于使所述磁传感器06分别在X轴、Y轴和Z轴移动；所述磁传感器06和所述测距仪08设置在所述X轴导轨0501上；所述磁体支撑柱07用于固定待测磁体09，所述磁体支撑柱07安装在与所述磁传感器06平行且对中的位置；所述驱动电机04的外部设置有屏蔽罩10，实现了排除磁场测量过程中外界磁场及电器等的干扰，实现永磁体的坐标与磁传感器的坐标对中，提高永磁体的磁场磁感应强度的测量精度。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的立体图；

图2为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的局部立体图；

图3为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的另一局部立体图；

图4为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的驱动电机的截面图；

图5为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的屏蔽箱的立体图；

图6a为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的另一局部立体图；

图6b为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的下屏蔽板的立体图；

图7为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的另一下屏蔽板的立体图；

图8为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的局部结构的俯视图；

图9为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的磁体支撑柱的立体图；

图10为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的磁体支撑柱的截面图；

图11为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的局部结构的立体图；

图12为本发明实施例提供的一种磁场测量设备的另一局部结构的截面图；

图13为本发明实施例提供的另一种磁场测量设备的立体图。

附图标记说明：

终端设备01；

控制器02；

屏蔽箱03、上屏蔽板0301，下屏蔽板0302，左屏蔽板0303，右屏蔽板0304，前侧可开关屏蔽板0305、后屏蔽板0306、第一凸台0307、避空槽0308、第一台阶0309、螺丝安装阶梯孔030201；

驱动电机04、第一驱动电机0401、第二驱动电机0402、第三驱动电机0403、导轨05、X轴导轨0501、Y轴导轨0502、Z轴导轨0503；

磁传感器06；

磁体支撑柱07、第一凹槽0701、磁体固定块0702、螺纹孔0703、第一开槽面0704；

测距仪08；

待测磁体09；

屏蔽罩10；

PCB电路板11、配合圆弧1101、切边槽1102、第一定位孔1103、固定块12、圆柱体1201、走线凹槽1202、第二定位孔1203；

滚轮支架13；

移动滚轮14；

照明灯15；

摄像头16；

定位销17、光轴圆柱1701、阶梯圆柱1702。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2、图3所示，本发明实施例提供一种磁场测量设备，用于测量应用于胶囊内窥镜的小型永磁体的磁感应强度，为小型永磁体的尺寸、质量选择和设计提供依据。所述磁场测量设备包括终端设备01、控制器02、屏蔽箱03以及设置在所述屏蔽箱中的驱动电机04、导轨05、磁传感器06、磁体支撑柱07和测距仪08，所述终端设备01与所述控制器02通讯连接，所述控制器02与所述驱动电机04通讯连接；所述导轨05包括X轴导轨0501、Y轴导轨0502和Z轴导轨0503，所述导轨05用于使所述磁传感器06分别在X轴、Y轴和Z轴移动；所述磁传感器06和所述测距仪08设置在所述X轴导轨0501上；所述磁体支撑柱07用于固定待测磁体09，所述磁体支撑柱07安装在与所述磁传感器06平行且对中的位置；所述驱动电机04的外部设置有屏蔽罩10。

具体地，终端设备01可以是电脑、手机等，在此不做限定，终端设备01用于发送控制指令给控制器02，控制器02根据控制指令控制驱动电机04驱动导轨05实现磁传感器06在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的运动。驱动电机04、导轨05、磁传感器06、磁体支撑柱07和测距仪08都安装在屏蔽箱03内，屏蔽箱形成一个封闭的空间，实现对外界磁场的屏蔽，避免外界磁场干扰待测磁体09的磁感应强度的测量，外界磁场包括地磁、其他永磁体磁场，终端设备及控制器等电器产生的电磁场。其中，待测磁体09的质量m≤10g，比如待测磁体09的质量m可以为10g，或者5g，或者0.7g，或者0.65g，或者0.3g。

所述磁传感器06运动距离范围分别为0mm～2000mm，可以理解的是，具体300mm，700mm，1000mm，1500mm或2000mm等。

测距仪08可以是激光测距仪。所述导轨05包括X轴导轨0501、Y轴导轨0502和Z轴导轨0503；X轴导轨0501有一条，Y轴导轨0502有两条，Z轴导轨0503有两条；X轴导轨0501的一端与其中一条Z轴导轨0503连接，X轴导轨0501的另一端与另一条Z轴导轨0503连接；其中一条Z轴导轨0503与其中一条Y轴导轨0502连接，另一条Z轴导轨0503与另一条Y轴导轨0502连接。

所述驱动电机04包括一个第一驱动电机0401、两个第二驱动电机0402和两个第三驱动电机0403；一个所述第一驱动电机0401用于驱动所述磁传感器06沿所述X轴导轨0501移动；两个所述第二驱动电机0402用于驱动所述磁传感器06沿所述Y轴导轨0502移动；两个所述第三驱动电机0403用于驱动所述磁传感器06沿所述Z轴导轨0503移动。如图4所示，每个驱动电机的外部设置有屏蔽罩10，屏蔽罩10用于屏蔽驱动电机产生的电磁场以及漏磁场，避免对待测磁体09的磁感应强度的测量的干扰。所述磁传感器06和所述测距仪08设置在X轴导轨0501上，所述磁体支撑柱07安装在与所述磁传感器06平行且对中的位置；第一驱动电机0401驱动X轴导轨0501带动磁传感器06和测距仪08沿着X轴运动；两个所述第三驱动电机0403驱动Z轴导轨0503带动X轴导轨0501沿着Z轴运动，从而带动磁传感器06和测距仪08沿着Z轴运动；两个所述第二驱动电机0402驱动Y轴导轨0502带动Z轴导轨0503沿着Y轴运动，从而带动磁传感器06和测距仪08沿着Y轴运动，进而实现磁传感器06和测距仪08在X轴、Y轴和Z轴的运动，进而实现磁传感器06与待测磁体09的对中。为了可以实时观察磁场测量设备内的情况，可以在屏蔽箱03内设置照明灯15及摄像头16，该摄像头16与终端设备01连接，在测量过程中，摄像头实时拍摄屏蔽箱03内的图像或者视频，并将拍摄的图像或者视频实时传输至终端设备，终端设备显示图像或播放视频。

在测量前需要对磁传感器06的坐标系和待测磁体09的坐标系对中原点进行标定。通过终端设备01下达控制指令给控制器02，控制器02控制驱动电机04驱动导轨05带动磁传感器06运动到L2为0mm处，L2＝L1-L，其中L2为磁传感器06与待测磁体09之间的距离，L1为激光测距仪实测数值，L为激光测距仪的激光发射口距离磁传感器06的距离；同时开启磁传感06进行测量，此时实现了Y轴0点的对中。基于永磁体磁场的分布原理，磁场强度与距离成反比。基于摄像头拍摄的视频的视觉引导，将磁传感器06大致移动到磁体支撑柱07附近，驱动电机04驱动导轨移动沿Z轴，X轴正向负向运动，每次移动距离为0.5mm。终端设备01通过磁传感器06测量可得到X轴磁感应强度Bx，Y轴磁感应强度By，Z轴磁感应强度Bz。通过以下公式可以计算得到磁感应强度B：

在移动过程中终端设备01通过对比上一次运动测量得到的磁感应强度B1和当前测量的磁感应强度B2大小，直到找到最大的磁感应强度点，通过控制器02记录该点驱动电机04的运转绝对位置信息，并在终端设备01记录该点的位置信息，则该点为磁传感器06和待测磁体09的对中原点。后续测量可基于此点做相关方向的测试运动。后续待测磁体09固定不动多次测量可基于此点作为原点进行测量。如果更换了待测磁体09，需重新进行对中并记录。

本发明实施例提供的一种磁场测量设备，包括终端设备01、控制器02、屏蔽箱03以及设置在所述屏蔽箱中的驱动电机04、导轨05、磁传感器06、磁体支撑柱07和测距仪08，所述终端设备01与所述控制器02通讯连接，所述控制器02与所述驱动电机04通讯连接；所述导轨05包括X轴导轨0501、Y轴导轨0502和Z轴导轨0503，所述导轨05用于使所述磁传感器06分别在X轴、Y轴和Z轴移动；所述磁传感器06和所述测距仪08设置在所述X轴导轨0501上；所述磁体支撑柱07用于固定待测磁体09，所述磁体支撑柱07安装在与所述磁传感器06平行且对中的位置；所述驱动电机04的外部设置有屏蔽罩10。实现了排除磁场测量过程中外界磁场及电器等的干扰，实现永磁体的坐标与磁传感器的坐标对中，提高永磁体的磁场磁感应强度的测量精度。

在一些实施例中，如图3和图5所示，所述屏蔽箱03包括上屏蔽板0301，下屏蔽板0302，左屏蔽板0303，右屏蔽板0304，前侧可开关屏蔽板0305和后屏蔽板0306。上屏蔽板0301，下屏蔽板0302，左屏蔽板0303，右屏蔽板0304和后屏蔽板0306之间通过螺丝等方式固定连接。前侧可开关屏蔽板0305与左屏蔽板0303活动连接。在开始测量前，前侧可开关屏蔽板0305关闭使得整个磁场测量设备形成封闭的磁场屏蔽。照明灯15可以分别安装左屏蔽板0303和右屏蔽板0304上，摄像头16安装在后屏蔽板0306上，开始测量时，开启照明灯15和摄像头16，在测量过程中，通过终端设备01监控磁传感器06的运动状态。

在一些实施例中，所述屏蔽箱03和所述屏蔽罩10分别由相对真空磁导率＞200的隔磁材料制成。比如隔磁材料可以是铁或者铸铁等，这些隔磁材料本身不具备磁性，能隔绝外部磁场。

在一些实施例中，如图6a和图6b所示，所述下屏蔽板0302上设置有第一凸台0307，所述Y轴导轨0502固定在所述第一凸台0307上；所述磁体支撑柱07固定在所述第一凸台0307上。

具体地，为保证待测磁体09的中心和磁传感器06的中心的对中性，对磁传感器06的安装及待测磁体09的安装从结构上保证其对中性，下屏蔽板0302为整块非拼接板，这样利于加工和保证加工精度。所述下屏蔽板0302上设置有第一凸台0307，所述Y轴导轨0502固定在所述第一凸台0307上，所述磁体支撑柱07固定在所述第一凸台0307上，主要是整个板由于加工面大难以保证安装面的平面度，在下屏蔽板0302上加工出第一凸台0307可以保证其平面度，从而保证Y轴导轨0502安装后的平面度。在导轨安装过程中，需保证X轴导轨0501、Y轴导轨0502、Z轴导轨0503的相互垂直度，目前按导轨的行业加工水平，垂直度误差可控制在1mm以内。

在一些实施例中，如图7、图8和图9所示，所述第一凸台0307上设置有避空槽0308，所述避空槽0308贯穿所述下屏蔽板0302，所述避空槽0308设置有第一台阶0309；所述磁体支撑柱07的底部设置有与所述第一台阶0309配合的第一凹槽0701。

具体地，下屏蔽板0302上安装有磁体支撑柱07，为保证磁体支撑柱07便于安装，沿第一凸台0307并贯穿下屏蔽板0302设置有避空槽0308，避空槽0308的形状与磁体支撑柱07的形状匹配。所述避空槽0308设置有第一台阶0309；

所述磁体支撑柱07的底部设置有与所述第一台阶0309配合的第一凹槽0701。第一台阶0309具有导向及保证避空槽0308的加工精度的作用。避空槽0308需保证第一凸台0307的垂直度在0.1mm以内，磁体支撑柱07的底部的第一凹槽0701需保证4个配合面的平面度误差在0.1mm以内。进一步地，所述磁体支撑柱07与所述第一凸台0307及所述下屏蔽板0302间隙配合，配合间隙d1∈[0.02,0.12]mm。这样可以保证磁体支撑柱07安装在下屏蔽板0302上二者的垂直度及竖向平面度，为待测磁体09的定位中心提供结构性保障。在磁体支撑柱07有螺纹孔0703，对应的下屏蔽板0302有螺丝安装阶梯孔030201，螺纹孔0703和螺丝安装阶梯孔030201配合可将磁体支撑柱07锁紧在下屏蔽板0302上。

在一些实施例中，如图10所示，所述磁体支撑柱07设置有磁体固定块0702，所述磁体支撑柱07与所述磁体固定块0702之间间隙配合安装并通过螺丝固定；所述磁体固定块0702与所述待测磁体09之间间隙配合安装并通过螺丝固定，配合间隙d2≤0.1mm。

具体地，为实现不同形状的待测磁体在测试过程中能快速更换，本发明实施例在所述磁体支撑柱07设置有磁体固定块0702，磁体固定块0702和磁体支撑柱07采用间隙配合安装的方式，装配完成后用螺丝进行锁紧固定。待测磁体09安装在磁体固定块0702中，并采用间隙配合的方式，配合间隙d2≤0.1mm，并通过螺丝固定。待测磁体09的形状可为方形，圆柱形，球形，半月形等各种形状。整个磁场测量设备在更换不同尺寸、形状的待测磁体时仅需更换磁体固定块0702及待测磁体09即可，无需更换磁体支撑柱07，可实现快速更换及节约工装成本。本发明实施例以所述待测磁体09的形状为圆柱形，所述磁体固定块0702的用于容置所述待测磁体09的凹槽呈双段圆弧形和双边切槽的形状。

具体地，以所述待测磁体09的形状为圆柱形为例，如图10所示，所述磁体固定块0702的用于容置所述待测磁体09的凹槽采用双段圆弧加双边切槽的结构方式，其中双边切槽留有更大的间隙便于磁体固定块0702安装导向及螺丝固定。双段圆弧型采用小间隙配合，该间隙最大不超过0.1mm，在加工时应保证双段圆弧的圆柱度及磁体支撑柱07的第一开槽面0704的垂直度均控制在0.1mm，从而控制磁体固定块0702倾斜误差。进一步地，磁体固定块0702上的用于容置所述待测磁体09的凹槽与磁体固定块0702的第二开槽面(在图中未示出)的垂直度应小于0.1mm，从而保证待测磁体09与第一凸台0307的垂直度。

在一些实施例中，如图11所述磁传感器06集成在PCB电路板11上，所述PCB电路板11通过热固性定位销固定在固定块12的圆柱体1201上，所述圆柱体1201与所述固定块12一体成型，所述PCB电路板11开设有与所述圆柱体1201配合的配合圆弧1101和切边槽1102，所述磁传感器06的中心与所述配合圆弧1101的圆心重合；所述测距仪08安装在所述固定块12上，且所述测距仪08的安装面与所述圆柱体1201垂直。

具体地，所述磁传感器06集成在PCB电路板11上，所述PCB电路板11通过热固性定位销固定在固定块12的圆柱体1201上，所述圆柱体1201与所述固定块12一体成型，所述固定块12安装在X轴导轨0501上。PCB电路板11上开设有与圆柱体1201配合的配合圆弧1101，PCB电路板11的两侧开设有切边槽1102，PCB电路板11上还有均布分布成120°的三个第一定位孔1103。定位销17与第一定位孔1103配合，并采用小间隙配合方式，配合最大间隙为小于等于0.1mm。磁传感器06采集三轴，即X轴、Y轴及Z轴的磁感应强度数值，磁传感器06的灵敏度为0.2uT。磁传感器06的中心与配合圆弧1101的圆心重合。固定块12和圆柱体1201可以采用金属材质，PCB电路板11的配合圆弧1101与圆柱体1201采用小间隙配合，配合最大间隙小于等于0.15mm。PCB电路板11两侧的切边槽1102和圆柱体1201采用大间隙配合，最小间隙为1mm，该两个切边槽1102起到安装PCB电路板导向和防错作用，防止其安装错位。圆柱体1201有第二定位孔1203，定位销17采用塑料材质，定位销17与第一定位孔1103、第二定位孔1203采用过盈配合。PCB电路板11依靠定位销17进行最终的固定和定位。如图12所示，定位销17初始安装时为光轴圆柱1701，后经过高温的热熔夹具形成类似于螺帽的阶梯圆柱1702，对比传统用螺丝固定的方式，定位精度高，一体式热熔对PCB电路板11固定处受力均匀，不会引起PCB电路板11翘曲和变形。在圆柱体1201上有PCB引线走线凹槽1202，可方便固定走线。所述测距仪08安装在所述固定块12上，且所述测距仪08的安装面与所述圆柱体1201垂直，保证加工垂直度小于0.05mm，同时需保证圆柱体1201与配合圆弧1101的同心度控制在0.1mm以内。测距仪08可以是激光测距仪，该测距仪08用于测量磁传感器06与待测磁体09之间的距离Y方向。激光测距仪的激光发射口距离磁传感器06的距离为L，则磁传感器06与待测磁体09之间的距离L2＝激光测距仪实测数值L1-L。

在一些实施例中，如图13所示，所述屏蔽箱的底部安装有滚轮支架13，所述滚轮支架上安装有移动滚轮14，使得整个磁场测量设备方便移动，增加了测量的便捷性。

本发明实施例提供的一种磁场测量装置，通过屏蔽箱03及屏蔽罩10来屏蔽地磁、电机及电器等产生的电磁，从而消除内外部磁场对待测磁体09的磁感应强度测量的干扰影响；通过磁传感器06在X轴、Y轴及Z轴三个轴的运动，测距仪，以及待测磁体09的固定来实现磁传感器06与待测磁体09的对中，从而提高了待测磁体09的三维磁场的测量精度。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。