CN103300860B - 手持式磁感应测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及手持式磁感应测量仪，包括主磁场产生装置，产生主磁场；手持式磁场检测装置，测量二次磁场产生的电压信号；PC上位机，接收手持式磁场检测装置的输出信号，并经过处理形成磁感应图像；电源模块，分别给主磁场产生装置和手持式磁场检测装置供电。使用时，激励源通过激励线圈产生主磁场，主磁场穿过被测物体形成涡流，检测线圈传感器和参考线圈传感器感应涡流引起变化的磁场，产生电压信号，通过对电压信号的采集存储在控制芯片中，控制芯片将数据传入上位机，完成被测对象的磁感应图像重构。本发明适应性强，定位准确，摒弃了以往固定位置思路，很好的解决由于个体差异产生的模型误差，使用灵活，结构简单，便于携带。

Description

手持式磁感应测量仪

技术领域

本发明涉及一种人体手持式磁场检测装置，特别是一种用于人体的手持式磁感应测量仪。

背景技术

磁感应成像技术是一种非接触式测量组织电导率的成像技术。利用通过正弦电流的激励线圈产生主磁场，将被测物体置于主磁场中，测量主磁场下物体内部诱导出涡流电流产生二次磁场引起的空间磁场分布变化，磁感应测量仪能感应综合的磁场生成一个电压信号，当物体的电导率发生改变，物体内部的涡流电流分布将随之改变，从而测量仪感应的电压也发生变化，因此检测线圈传感器电压的变化与电导率分布存在密切的关系，利用重构算法可以实现对被测物体内部电导率分布的图像显示。传统的磁感应成像技术中，往往采用一个固定大小，固定线圈的模型，然而，实际使用中由于被测物体不方便移动或难以移动，造成测量的不便性。同时，传统的磁感应测量仪检测线圈传感器位置，个数都固定，所以成像的区域固定，成像的精细程度不能控制，体积大，不易携带，测量不灵活，不能满足一些实际的测量需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的中提供一种手持式磁感应测量仪，它根据实际测试人体的需要而放置在测试的位置，使用灵活，结构简单，便于携带。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，手持式磁感应测量仪，包括：主磁场产生装置，在被测对象周围产生主磁场；手持式磁场检测装置，测量二次磁场产生的电压信号，从而生成用于图像重构的数据；PC上位机，接收手持式磁场检测装置的输出信号，并经过处理完成被测对象的磁感应图像重构；电源模块，分别给主磁场产生装置和手持式磁场检测装置供电；

所述主磁场产生装置包括激励源和激励线圈，所述激励源产生电流作用于激

励线圈从而产生主磁场，被检测对象置于激励线圈中且激励线圈与被检测对象贴合；

所述手持式磁场检测装置包括一体式设计的检测线圈传感器、参考线圈传感器和信号处理电路，所述检测线圈传感器的位置根据检测对象的位置和成像的精细程度改变而改变；

所述激励线圈与检测线圈彼此分离。

进一步，所述激励源包括：控制芯片、DDS频率合成器和放大器，所述控制芯片发出正弦信号，DDS频率合成器接收到正弦信号并经过放大器形成正弦电流，正弦信号流入激励线圈中产生主磁场。

进一步，所述信号处理电路包括隔离放大器、增益相位检波器、滤波器、AD采样模块和控制器，参考线圈传感器产生的参考信号和检测线圈传感器产生的检测信号分别经过隔离放大器放大后共同输入增益相位检测器，增益相位检波器发出的信号经过滤波器滤波和AD采样进入控制器中，最终控制器将数据传入PC上位机中形成磁感应图像。

进一步，所述正弦电流为恒流，其频率为1MHz—10MHz。

进一步，所述控制器包括AD采样芯片控制电路和数据存储电路，所述AD采样芯片控制电路控制采样芯片完成采样工作并接受采样芯片完成采样的数据，所述数据存储电路用于接收并存储测量的数据。

进一步，所述检测线圈传感器和参考线圈传感器的结构相同，所述检测线圈传感器包括两块屏蔽电路板和设置在屏蔽电路板之间的检测线圈传感器电路板；

所述检测线圈传感器电路板包括检测板体，检测板体上设置有开孔，检测板体的正反两面围绕开孔覆盖有一圈一圈的检测线圈；

所述屏蔽电路板包括屏蔽板体，屏蔽板体上设置有与开孔相对应的正边形方孔，围绕方孔设置有非闭合的正方形导线圈，所述屏蔽板体上从方孔的顶点开始设置一条分隔线，四条分隔线将方孔四周分成四个屏蔽区；每个屏蔽区内覆盖有若干条屏蔽线，每个屏蔽区内的屏蔽线都垂直于该区域所对应的导线圈，每条屏蔽线的一端都于导线圈连接，另一端向外延伸；所述屏蔽板体正反两面由屏蔽线形成的屏蔽区的结构相同；

所述屏蔽线覆盖的区域大于或等于检测线圈传感器覆盖的区域。

进一步，所述控制器还包括充电控制模块和人机接口电路，所述充电控制模块用于控制电源的充电时间；所述人机接口模块用于输出数据到上位机。

进一步，所述人机接口电路包括激励信号触发子电路和删除子电路，所述激励信号触发子电路用于启动测量仪，使测量仪发出激励信号；所述删除子电路用于删除上一次的测量数据并撤销上一次测量。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点:

1、本发明适应性强，定位准确，摒弃了以往的固定位置的思路，而采用了根据不同测量病情，不同测量个体，而制定相应的测量范围，测量方式的特点，从而很好的解决了由于个体差异产生的模型误差，以满足医护人员的需求；

2、测量信号不受头发的影响，检测线圈传感器和参考线圈传感器都固定在两个屏蔽线圈中间，抗干扰能力强，稳定性好；

3、本发明结构简单，可以与上位机分开使用，可以由电池提供工作电源，可以手持到各种环境中完成测量工作；

4、一台上位机可以完成多台手持式磁感应测量仪的图像处理工作，降低了使用成本，提高了测量效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明手持式磁感应测量仪的结构简图；

图2为本发明手持式磁感应测量仪的测量示意图；

图3为本发明手持式磁感应测量仪的具体结构示意图；

图4为检测线圈传感器电路板和参考线圈传感器电路板的结构示意图；

图5为屏蔽电路板的结构示意图；

图6为本发明的检测流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为本发明的结构图；图2为本发明的测量示意图；图3为本发明的结构示意图；图4为检测线圈传感器和参考线圈传感器的结构示意图；图5为屏蔽线圈的结构示意图；图6为本发明的检测流程图。

如图1所示，手持式磁感应测量仪，包括：主磁场产生装置，在被测对象周围产生主磁场；手持式磁场检测装置，测量二次磁场产生的电压信号，从而生成用于图像重构的数据；PC上位机，接收手持式磁场检测装置的输出信号，并经过处理完成被测对象的磁感应图像重构；电源模块，分别给主磁场产生装置和手持式磁场检测装置供电，本实施例的电源模块分成两部分，其中主磁场产生装置由11V的电源供电，手持式磁场检测装置由7V电源供电。

如图3所示，所述主磁场产生装置包括激励源和激励线圈；所述激励源产生电流作用于激励线圈从而产生主磁场，被检测对象置于激励线圈中且激励线圈于被检测对象表面贴合；激励源包括控制芯片（其型号为C8051F）、DDS频率合成器（其型号为AD9805），控制芯片发出正弦信号，DDS频率合成器接受到正弦信号并将生成的信号流过一个放大器生成频率为1MHz—10MHz正弦电流，正弦电流流入一个激励线圈中产生主磁场。

所述手持式磁场检测装置包括一体式设计的检测线圈传感器传感器、参考线圈传感器和信号处理电路，所述信号处理电路包括隔离放大器、增益相位检波器（AD8302）、滤波器、AD采样模块和控制器（其型号为C8051F），参考线圈传感器产生的参考信号和检测线圈传感器产生的检测信号分别经过隔离放大器放大后共同作用于增益相位检测器，增益相位检波器发出的信号经过滤波器滤波和AD采样进入控制器中，最终控制器将数据传入PC上位机中形成磁感应图像。

所述控制器包括AD采样芯片控制电路和数据存储电路，所述AD采样芯片控制电路控制采样芯片完成采样工作并接受采样芯片完成采样的数据，所述数据存储电路用于接收并存储测量的数据。控制器还可以连接指示灯，用于显示测量仪的当前工作状态。

所述控制器还包括充电控制模块和人机接口电路，所述充电控制模块用于控制电源的充电时间，电源使用锂电池作为工作电源，可以避免直接供电可能威胁被测人员的情况，同时也减小了测量仪的体积，工作电源也可以由室内电源提供；所述人机接口电路用于通过有线或者无线的方式将数据输出到上位机，所述人机接口电路包括激励信号触发子电路和删除子电路，所述激励信号触发子电路用于启动测量仪。工作人员通过触发子电路启动测量仪，使测量仪发出激励信号，由于测量过程中，操作失误可能引起的某点测量误差较大，而影响后续重构成像的结果，删除子电路可以删除上一次测量并撤销上一次测量数据。

如图4所示，所述检测线圈传感器包括两块屏蔽电路板和设置在屏蔽电路板之间的检测线圈传感器电路板，检测线圈传感器电路板包括检测板体，检测板体上设置有开孔，检测板体的正反两面围绕开孔覆盖有一圈一圈的检测线圈传感器，本实施例的检测线圈传感器和参考线圈传感器的结构相同。检测线圈传感器、参考线圈传感器设置在两块屏蔽电路板中间，能够达到提高采集精度的目的，能够有效的屏蔽磁感应成像技术中的干扰信号。

如图5所示，所述屏蔽电路板包括屏蔽板体，屏蔽板体上设置有与开孔相对应的正边形方孔，围绕方孔设置有非闭合的正方形导线圈，所述屏蔽板体上从方孔的顶点开始设置一条分隔线，四条分隔线将方孔四周分成四个屏蔽区，每个屏蔽区内覆盖有若干条屏蔽线，每个屏蔽区内的屏蔽线都垂直于该区域所对应的导线圈，每条屏蔽线的一端都于导线圈连接，另一端向外延伸；所述屏蔽板体正反两面由屏蔽线形成的屏蔽区的结构相同；所述屏蔽线覆盖的区域大于或等于检测线圈传感器覆盖的区域。

本实施例中经过放大器输出的正弦电流为恒流。

本发明中的激励源由多个位置、大小、形状可改变的线圈组成，测量时，被检测对象置于激励线圈中且激励线圈始终与被检测对象贴合，可以根据不同的测量对象而改变,适应性强，定位准确，摒弃了以往的固定位置的思路，而采用了根据不同测量病情，不同测量个体，而制定相应的测量范围，测量方式的特点，从而很好的解决了由于个体差异产生的模型误差，以满足医护人员的需求；

手持式磁场检测装置包括一体式设计的检测线圈传感器、参考线圈传感器和信号处理电路，检测线圈传感器的位置根据检测对象的位置和成像的精细程度改变而改变；本发明的激励线圈和检测线圈传感器采用分离式设计，彼此不固定，能够根据测量对象改变两者具体的位置，容易携带，测量灵活

使用时，激励源通过激励线圈产生主磁场，主磁场穿过被测物体形成涡流，检测线圈传感器和参考线圈传感器感应涡流引起变化的磁场，产生一个电压信号，通过对电压信号的采集存储在控制芯片中，控制芯片将数据传入上位机中，完成被测人体的磁感应图像重构。

本发明的规格尺寸能够实现自适应的阵列式点阵的逐点采集，用于在动态MIT临床应用的支撑***。通过物理模型实验对比了不同激励源的频率响应、噪声特性，比较不同空间位置测量的二维成像的效果，选择最佳的人体MIT动态监测及测量点位置组合模式，在此基础上研制能对中心微弱电导率变化敏感的数据进行连续采集。

其***参数性能如下：

（a）测量信噪比＞60dB；

（b）完成一点完全测量时间＜1S；

（c）***工作频带：1MHz—10MHz；

（d）电导率灵敏度＜0.29度/s/m；

（e）电导率异常的空间分辨率达到5mm,***检测深度达到5cm；

（f）连续供电时间3小时左右，一次通常能够完成40位病人的检测。

如图6所示，具体测量步骤如下：

S1：确定测量部位与产生主磁场的激励线圈的安放位置；

S2：根据对测量精度的需求，对一次测量后关心的重点部位进行二次加密测量，确定加密后的测量点分布，如果实际需求还可以进行三次加密测量；

S3：根据测量位置及一次、二次及后续测量的需求制作相应的柔性表面覆膜或者标示线；

S4：按照上述柔性表面覆膜或者标示线的位置，依次测量；

S5：获取相应测量的感应信号并输入运算处理器进行处理；

S6：当相应测量方式的所有测量组合完成后，根据所有信号完成被测物体磁感应图像重构。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.手持式磁感应测量仪，包括：主磁场产生装置，在被测对象周围产生主磁场；

手持式磁场检测装置，测量二次磁场产生的电压信号，从而生成用于图像重构的数据；PC上位机，接收手持式磁场检测装置的输出信号，并经过处理完成被测对象的磁感应图像重构；电源模块，分别给主磁场产生装置和手持式磁场检测装置供电；其特征在于：

所述主磁场产生装置包括激励源和激励线圈；所述激励源产生电流作用于激励线圈从而产生主磁场，被检测对象置于激励线圈中且激励线圈与被检测对象贴合；

所述手持式磁场检测装置包括一体式设计的检测线圈传感器、参考线圈传感器和信号处理电路，所述检测线圈传感器的位置根据检测对象的位置和成像的精细程度改变而改变；

所述激励线圈与检测线圈彼此分离。

2.根据权利要求1所述的手持式磁感应测量仪，其特征在于：所述激励源包括：控制芯片、DDS频率合成器和放大器，所述控制芯片发出正弦信号，DDS频率合成器接收到正弦信号并经过放大器形成正弦电流，正弦电流流入激励线圈中产生主磁场。

3.根据权利要求1所述的手持式磁感应测量仪，其特征在于：所述信号处理电路包括隔离放大器、增益相位检波器、滤波器、AD采样模块和控制器，参考线圈传感器产生的参考信号和检测线圈传感器产生的检测信号分别经过隔离放大器放大后共同输入增益相位检波器，增益相位检波器发出的信号经过滤波器滤波和AD采样进入控制器中，最终控制器将数据传入PC上位机中形成磁感应图像。

4.根据权利要求2所述的手持式磁感应测量仪，其特征在于：所述正弦电流为恒流，其频率为1MHz—10MHz。

5.根据权利要求3所述的手持式磁感应测量仪，其特征在于：所述检测线圈传感器和参考线圈传感器的结构相同，所述检测线圈传感器包括两块屏蔽电路板和设置在屏蔽电路板之间的检测线圈传感器电路板；

所述检测线圈传感器电路板包括检测板体，检测板体上设置有开孔，检测板体的正反两面围绕开孔覆盖有一圈一圈的检测线圈；

所述屏蔽电路板包括屏蔽板体，屏蔽板体上设置有与开孔相对应的正边形方孔，围绕方孔设置有非闭合的正方形导线圈，所述屏蔽板体上从方孔的顶点开始设置一条分隔线，四条分隔线将方孔四周分成四个屏蔽区；每个屏蔽区内覆盖有若干条屏蔽线，每个屏蔽区内的屏蔽线都垂直于该区域所对应的导线圈，每条屏蔽线的一端都于导线圈连接，另一端向外延伸；所述屏蔽板体正反两面由屏蔽线形成的屏蔽区的结构相同；所述屏蔽线覆盖的区域大于或等于检测线圈传感器覆盖的区域。

6.根据权利要求3所述的手持式磁感应测量仪，其特征在于：所述控制器包括AD采样芯片控制电路和数据存储电路，所述AD采样芯片控制电路控制采样芯片完成采样工作并接受采样芯片完成采样的数据，所述数据存储电路用于接收并存储测量的数据。

7.根据权利要求6所述的手持式磁感应测量仪，其特征在于：所述控制器还包括充电控制模块和人机接口电路，所述充电控制模块用于控制电源的充电时间；所述人机接口模块用于输出数据到上位机。

8.根据权利要求7所述的手持式磁感应测量仪，其特征在于：所述人机接口电路包括激励信号触发子电路和删除子电路，所述激励信号触发子电路用于启动测量仪，使测量仪发出激励信号；所述删除子电路用于删除上一次的测量数据并撤销上一次测量。