体内胶囊内窥镜磁场定位检测系统的研究与设计

　　4. 实验步骤

　　如图4所示为实验步骤流程框图。

图4 实验步骤流程框图

　　实验采用如下程序进行：

　　（1）传感器坐标初始化  实验时将4组三轴磁阻传感器模块的空间坐标固定，并记录下来（即公式（1）中的 ），以待采集完成后带入公式（1）处理求解计算用。

　　（2）在每次胶囊移动相应位置且固定后，记录下胶囊与各组磁阻传感器模块的位置距离，并通过磁阻传感器模块中集成的置位/复位电路来提高传感器的灵敏度。

　　（3）置位/复位后磁阻传感器模块输出有效的磁场强度电压，随后经过电压放大和采集，送入计算机进行分析处理，根据前述公式（1）计算出 ，并与步骤（1）中实际记录距离进行对比分析。

　　5．实验及结果分析

　　在实验中，将4个磁阻传感器模块放置于正方体实验架(0.3mx0.3mx0.2m)的四个顶角，如图3所示，其初始坐标依次固定为： ， ， ， 。在采集过程中，把胶囊磁矩方向调整和 轴正向一致，在磁阻传感器模块布置平面内把胶囊从点 沿直线每隔3cm定位一次且逐步移动到点 ，4个磁阻传感器模块在每次定位后依次采集数据。如图5所示，磁阻传感器模块A测得的磁场强度不断下降，磁阻传感器模块B、C磁场强度变化趋势逐渐接近，磁阻传感器模块D测得的磁场强度缓慢上升。将实验数据和计算数据对照，发现两者误差在±10%范围内。说明本文设计的磁阻传感器模块组能够较准确地测出胶囊在运动过程中的磁感应强度。

　　同时对于胶囊三个给定位姿状态，进行连续10次计算的结果。选择的位姿点为(0.15,0.15,0, ,0)和(0.15,0.15,0, ,0)。图6为位姿点(0.15,0.15,0, ,0)计算的结果，由图中可见，计算的坐标值x , y都在0.15上下波动，误差在±3%，而 轴坐标值和两个角度值的计算结果都非常理想，没有标出。图7为位姿点(0.15,0.15,0, ,0)计算的结果，此时胶囊磁矩方向与 轴角度为30 。从图中 坐标值波动情况来看，其误差扩大到了7%，而与 轴夹角坐标误差为5%，另外两个参数的计算结果很理想。

　　上面的测量实验和计算结果表明，设计的定位检测系统能够较准确地测出胶囊在运动过程中的磁感应强度，从而准确的定位出胶囊的空间位置和方向。同时应当注意的是当胶囊在4组磁阻传感器模块测量区域中部时，其计算结果精度较高。

　　6.结论

　　在本文中，作者提出了一种研究该定位技术的新型实验系统，利用高灵敏度的磁阻传感器模块对微胶囊空间磁场强度进行感应采集。原理和实验都证明了可以通过检测永磁体空间磁场分布来实现对微型内窥镜胶囊的定位。通过对实验结果的分析证明，该定位系统对于胶囊在运动过程中的空间位置和方向的定位具有较高的准确率，可以有效应用于微型内窥镜胶囊在体内的定位，显著提高了临床疾病诊断的准确率。

　　本文作者创新点：采用了高灵敏度的三轴垂直磁阻传感器模块，并结合放大和采集电路对胶囊空间磁场强度进行检测，实现准确定位。此系统比以往有更大的准确检测范围，可达到20-30cm。

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　　作者简介：  曾昭瑞，男，1979年出生，汉，硕士，主要从事微机电系统设计研究。Email：zenzhaorui@sohu.com

　　导师简介：黄平，男，1957年出生，汉，教授，主要从事摩擦学和微机电系统研究。