體內膠囊內窺鏡磁場(chǎng)定位檢測系統的研究與設計

　　4. 實(shí)驗步驟

　　如圖4所示為實(shí)驗步驟流程框圖。

圖4 實(shí)驗步驟流程框圖

　　實(shí)驗采用如下程序進(jìn)行：

　?。?）傳感器坐標初始化  實(shí)驗時(shí)將4組三軸磁阻傳感器模塊的空間坐標固定，并記錄下來(lái)（即公式（1）中的 ），以待采集完成后帶入公式（1）處理求解計算用。

　?。?）在每次膠囊移動(dòng)相應位置且固定后，記錄下膠囊與各組磁阻傳感器模塊的位置距離，并通過(guò)磁阻傳感器模塊中集成的置位/復位電路來(lái)提高傳感器的靈敏度。

　?。?）置位/復位后磁阻傳感器模塊輸出有效的磁場(chǎng)強度電壓，隨后經(jīng)過(guò)電壓放大和采集，送入計算機進(jìn)行分析處理，根據前述公式（1）計算出 ，并與步驟（1）中實(shí)際記錄距離進(jìn)行對比分析。

　　5．實(shí)驗及結果分析

　　在實(shí)驗中，將4個(gè)磁阻傳感器模塊放置于正方體實(shí)驗架(0.3mx0.3mx0.2m)的四個(gè)頂角，如圖3所示，其初始坐標依次固定為： ， ， ， 。在采集過(guò)程中，把膠囊磁矩方向調整和 軸正向一致，在磁阻傳感器模塊布置平面內把膠囊從點(diǎn) 沿直線(xiàn)每隔3cm定位一次且逐步移動(dòng)到點(diǎn) ，4個(gè)磁阻傳感器模塊在每次定位后依次采集數據。如圖5所示，磁阻傳感器模塊A測得的磁場(chǎng)強度不斷下降，磁阻傳感器模塊B、C磁場(chǎng)強度變化趨勢逐漸接近，磁阻傳感器模塊D測得的磁場(chǎng)強度緩慢上升。將實(shí)驗數據和計算數據對照，發(fā)現兩者誤差在±10%范圍內。說(shuō)明本文設計的磁阻傳感器模塊組能夠較準確地測出膠囊在運動(dòng)過(guò)程中的磁感應強度。

　　同時(shí)對于膠囊三個(gè)給定位姿狀態(tài)，進(jìn)行連續10次計算的結果。選擇的位姿點(diǎn)為(0.15,0.15,0, ,0)和(0.15,0.15,0, ,0)。圖6為位姿點(diǎn)(0.15,0.15,0, ,0)計算的結果，由圖中可見(jiàn)，計算的坐標值x , y都在0.15上下波動(dòng)，誤差在±3%，而 軸坐標值和兩個(gè)角度值的計算結果都非常理想，沒(méi)有標出。圖7為位姿點(diǎn)(0.15,0.15,0, ,0)計算的結果，此時(shí)膠囊磁矩方向與 軸角度為30 。從圖中 坐標值波動(dòng)情況來(lái)看，其誤差擴大到了7%，而與 軸夾角坐標誤差為5%，另外兩個(gè)參數的計算結果很理想。

　　上面的測量實(shí)驗和計算結果表明，設計的定位檢測系統能夠較準確地測出膠囊在運動(dòng)過(guò)程中的磁感應強度，從而準確的定位出膠囊的空間位置和方向。同時(shí)應當注意的是當膠囊在4組磁阻傳感器模塊測量區域中部時(shí)，其計算結果精度較高。

　　6.結論

　　在本文中，作者提出了一種研究該定位技術(shù)的新型實(shí)驗系統，利用高靈敏度的磁阻傳感器模塊對微膠囊空間磁場(chǎng)強度進(jìn)行感應采集。原理和實(shí)驗都證明了可以通過(guò)檢測永磁體空間磁場(chǎng)分布來(lái)實(shí)現對微型內窺鏡膠囊的定位。通過(guò)對實(shí)驗結果的分析證明，該定位系統對于膠囊在運動(dòng)過(guò)程中的空間位置和方向的定位具有較高的準確率，可以有效應用于微型內窺鏡膠囊在體內的定位，顯著(zhù)提高了臨床疾病診斷的準確率。

　　本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：采用了高靈敏度的三軸垂直磁阻傳感器模塊，并結合放大和采集電路對膠囊空間磁場(chǎng)強度進(jìn)行檢測，實(shí)現準確定位。此系統比以往有更大的準確檢測范圍，可達到20-30cm。

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　　作者簡(jiǎn)介：  曾昭瑞，男，1979年出生，漢，碩士，主要從事微機電系統設計研究。Email：zenzhaorui@sohu.com

　　導師簡(jiǎn)介：黃平，男，1957年出生，漢，教授，主要從事摩擦學(xué)和微機電系統研究。