[发明专利]一种三维磁源动态探测系统和探测方法

说明书

本发明公开了一种三维磁源动态探测系统和探测方法。通过磁场信号检测模块的霍尔效应磁场传感器感应动态磁场获得动态电压信号，经信号调理模块调理、A/D转换模块转换为数字信号后发送到数据采集分析模块，数据采集分析模块中根据动态电压信号的数字信号计算得到动态磁场的强度和极性信息，并将动态磁场的强度和极性信息采用磁参数反演方法计算出三维磁源所在的移动空间范围内的三维磁源的分布，即识别获得三维磁源的形状。本发明结构简单便于实现，使用方便，可以实现磁性体三维形状的重建，在电机和磁性医疗设备动态磁场分布研究和故障分析等领域具有十分重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于电磁探测领域的一种磁源探测系统和探测方法，具体涉及了一种三维磁源动态探测系统和探测方法。

背景技术

通过磁传感器测量所得数据进行磁源重建的问题近年来引起了人们的广泛关注，并且有大量的应用场景。目前国内外对于三维磁性目标重建技术的相关研究仍处于起步阶段，类似的磁源反演技术主要应用于地质勘探方面。

目前的磁源反演技术主要分为三维形态反演和物性反演。形态反演是在测量面下半空间场源体给定磁性参数大小的基础上，利用观测异常数据来拟合几何体形状，通过拟合体的形态大小模拟目标的三维姿态。物性反演是将观测区域对应的测量面的下半空间离散成规则的长方体单元，通过反演的方法估计每个离散单元的磁性值，由磁性的分布勾绘出场源的三维姿态。形态和物性反演均可实现目标的三维重建，但物性反演需要求解关于未知磁性参数的欠定方程组，存在解不唯一且不稳定的问题。

磁性目标的三维重建问题虽然可以借鉴地质勘探中的磁源反演技术，但两者又存在一定的差别，磁性目标的三维重建问题对磁性参数反演的要求精度更高。同时对于动态变化的空间磁性目标，其三维参数实时追踪和分析具有更高的难度，目前通常采用的扫描式磁场探测设备无法进行高速和实时的动态分析。磁性目标的动态三维重建在电机特性分析、医学磁性材料分布和军事目标的精确识别等领域均具有十分重要的实际应用价值，因此需要实现一种结构简单、便于使用且精确度较高的三维磁源动态探测系统。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种三维磁源动态探测系统和探测方法，利用磁效应进行空间磁场分布检测，对磁场分布情况进行成像，并采用磁参数反演方法实现三维磁源的重构，结构简单，便于实现，使用方便。

本发明的技术方案是包括：

一、一种三维磁源动态探测系统：

磁场信号检测模块：包括由霍尔效应磁场传感器组成的磁场传感器阵列，霍尔效应磁场传感器接收三维磁源移动或磁场强度变化过程中产生的动态磁场信号，并将动态磁场信号转换为动态电压信号，磁场传感器阵列输出多路动态电压信号至信号调理模块；

信号调理模块：信号调理模块接收磁场信号检测模块输出的多路动态电压信号，对多路动态电压信号进行通道选择，同一时间只选取其中一路动态电压信号，将该路动态电压信号调理到满足A/D转换模块的输入电压范围后输出至 A/D转换模块；

A/D转换模块：包括一个A/D转换器，A/D转换模块接收信号调理模块处理后输出的动态电压信号，将动态电压信号转换为数字信号，并输出数字信号至微控制器；

数据采集分析模块：包括微控制器和PC端，微控制器接收A/D转换模块输出的数字信号，通过计算得到霍尔效应磁场传感器所处空间位置的动态磁场的强度和极性信息，并将动态磁场的强度和极性信息通过串口发送至PC端，PC 端利用动态磁场的强度和极性信息计算出三维磁源所在的移动空间范围内的三维磁源的分布，实现三维磁源动态探测。

所述多个霍尔效应磁场传感器以阵列排布布置在二维磁场检测平面上组成磁场传感器阵列，磁场信号检测模块采用磁场传感器阵列。

所述信号调理模块包含一个多通道信号选择电路，实现多路动态电压信号间的快速切换并处理，使信号调理模块的带宽不低于动态磁场信号的带宽。