[发明专利]一种三维空间测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维方位测量装置，尤其涉及采用电磁的方法同时测量多个三维位置传感器方位的测量装置。

背景技术

近距离磁场被用于三维方位检测已经有超过四十年的历史。在这种检测系统中，磁场发生器利用多个电磁线圈产生不同位置，不同方向的电磁场。磁场传感器可以检测到这种磁场，并可以建立测量值和磁场传感器相对方位的方程组。通过数值求解该方程组，能计算出该传感器相对磁场发生器的方位。不过现有的这类系统，特别是一些早期的系统，大量的依赖复杂的模拟信号滤波和跟踪，导致系统的成本高，并且不适合多传感器的同时定位。有的系统采用多维磁场传感器(即对二个及以上方向都敏感的磁场传感器)，这样的传感器体积大成本高。还有的系统限制传感器只能在一个或有限的几个方向上运动。另外现有的系统采用分时磁场驱动磁场发生器的各个线圈，使得系统的测量速度较低。

发明内容

本发明目的在于，克服现有技术的缺陷，提供采用多频弱磁场确定一维磁场传感器(即只对单一方向敏感的磁场传感器)的三维方位，使测量速度快可以达到25Hz以上，并可以达到磁场传感器的成本低，体积小，没有辐射，并可以进行非可见测量的三维空间测量装置。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：提供一种三维空间测量装置，其特征在于，所述装置包括设置在软管内的若干个磁场传感器、磁场发生器、信号处理单元、集中控制单元、计算装置和显示器；磁场发生器包含若干个线圈按照不同位置不同方向排列，不同线圈通不同频率的交流电后产生不同频率的交变磁场，磁场传感器将检测到的交变磁场转化为电信号并传送至信号处理单元，信号处理单元将磁场传感器的电信号转换为数字信号，集中控制单元综合控制所述线圈的磁场的发生，同时接收信号处理单元的数字信号，并将该数字信号传送给计算装置，计算装置由集中控制单元传送过来的经信号处理单元数字转换的磁场传感器信号计算出所述磁场传感器的三维位置和方向数据，并将处理后的该磁场传感器三维数据构建出三维图形，再通过显示器显示出软管的三维形状及位置。

其中优选的技术方案是，所述磁场传感器为电感线圈，将若干个电感线圈均布在软管内，将每个线圈的两端通过插座与信号处理单元连接，所述软管依据使用需要可构成任意三维空间的曲线结构。

优选的技术方案还有，所述磁场发生器的线圈的轴向均在同一平面内。

优选的技术方案还有，所述线圈至少被分为两组，由测得的磁场传感器的位置来确定驱动哪组磁场发生器的线圈发出电磁信号。

优选的技术方案还有，所述磁场发生器中安装有一个或多个监测磁场传感器，其信号用来监测所述磁场发生器的磁场。

优选的技术方案还有，所述磁场传感器为霍尔传感器，或为磁阻传感器。

进一步优选的技术方案还有，所述信号处理单元的电路板与所述磁场发生器的线圈的轴向平面位于同一平面内。

进一步优选的实施方案还有，所述磁场发生器的不同线圈的不同频率交流电的频率由相同的参考频率合成。

优选的技术方案还有，所述计算装置为嵌入式计算机，所述磁场发生器、信号处理单元、集中控制单元、嵌入式计算机和显示器分别设置在可移动装置上，在所述移动装置上设有底座、立柱和操作台，将嵌入式计算机和信号处理单元置于底座上，将显示器设置在操作台上，在操作台上还设有调节旋钮，所述磁场传感器通过插座与该移动装置相连。

优选的技术方案还有，所述软管内的若干个磁场传感器可以随其软管插入内窥镜的取样通道，从而测量该内窥镜的三维形状及位置。

本发明的优点及有益效果是：该三维空间测量装置可以用于非接触非可视的三维方位测量，例如医疗器械的三维形状跟踪，虚拟现实的控制以及远程控制等。其中一个应用就是由若干磁场传感器构成软管状的三维形状传感装置，这种三维形状传感装置的外套软管插入到内窥镜的钳道中，外套软管的形状就是内窥镜钳道的形状，钳道的形状就是内窥镜的形状，所以通过测量该三维形状传感器可以得知内窥镜的三维形状。并通过该发明的装置实时显示内窥镜的三维形状。再由于该装置采用多频弱磁场确定一维磁场传感器(即只对单一方向敏感的磁场传感器)的三维方位，使测量速度快可以达到25Hz以上，并可以达到磁场传感器的成本低，体积小，没有辐射，并可以进行非可见测量等效果。

附图说明

图1为本发明三维空间测量装置中三维形状传感器的结构示意图；

图2为本发明三维空间测量装置的总体结构示意图；

图3为本发明三维空间测量装置中磁场发生器线圈的结构示意图；

图4为本发明三维空间测量装置中磁场发生器线圈的结构示意图；