體內(nèi)膠囊內(nèi)窺鏡磁場定位檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

　　4. 實(shí)驗(yàn)步驟

　　如圖4所示為實(shí)驗(yàn)步驟流程框圖。

圖4 實(shí)驗(yàn)步驟流程框圖

　　實(shí)驗(yàn)采用如下程序進(jìn)行：

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

　?。?）在每次膠囊移動(dòng)相應(yīng)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，并通過磁阻傳感器模塊中集成的置位/復(fù)位電路來提高傳感器的靈敏度。

　　（3）置位/復(fù)位后磁阻傳感器模塊輸出有效的磁場強(qiáng)度電壓，隨后經(jīng)過電壓放大和采集，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，根據(jù)前述公式（1）計(jì)算出 ，并與步驟（1）中實(shí)際記錄距離進(jìn)行對(duì)比分析。

　　5．實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

　　在實(shí)驗(yàn)中，將4個(gè)磁阻傳感器模塊放置于正方體實(shí)驗(yàn)架(0.3mx0.3mx0.2m)的四個(gè)頂角，如圖3所示，其初始坐標(biāo)依次固定為： ， ， ， 。在采集過程中，把膠囊磁矩方向調(diào)整和 軸正向一致，在磁阻傳感器模塊布置平面內(nèi)把膠囊從點(diǎn) 沿直線每隔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(shù)據(jù)。如圖5所示，磁阻傳感器模塊A測(cè)得的磁場強(qiáng)度不斷下降，磁阻傳感器模塊B、C磁場強(qiáng)度變化趨勢(shì)逐漸接近，磁阻傳感器模塊D測(cè)得的磁場強(qiáng)度緩慢上升。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)照，發(fā)現(xiàn)兩者誤差在±10%范圍內(nèi)。說明本文設(shè)計(jì)的磁阻傳感器模塊組能夠較準(zhǔn)確地測(cè)出膠囊在運(yùn)動(dòng)過程中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

　　同時(shí)對(duì)于膠囊三個(gè)給定位姿狀態(tài)，進(jìn)行連續(xù)10次計(jì)算的結(jié)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(jì)算的結(jié)果，由圖中可見，計(jì)算的坐標(biāo)值x , y都在0.15上下波動(dòng)，誤差在±3%，而 軸坐標(biāo)值和兩個(gè)角度值的計(jì)算結(jié)果都非常理想，沒有標(biāo)出。圖7為位姿點(diǎn)(0.15,0.15,0, ,0)計(jì)算的結(jié)果，此時(shí)膠囊磁矩方向與 軸角度為30 。從圖中 坐標(biāo)值波動(dòng)情況來看，其誤差擴(kuò)大到了7%，而與 軸夾角坐標(biāo)誤差為5%，另外兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果很理想。

　　上面的測(cè)量實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的定位檢測(cè)系統(tǒng)能夠較準(zhǔn)確地測(cè)出膠囊在運(yùn)動(dòng)過程中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而準(zhǔn)確的定位出膠囊的空間位置和方向。同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的是當(dāng)膠囊在4組磁阻傳感器模塊測(cè)量區(qū)域中部時(shí)，其計(jì)算結(jié)果精度較高。

　　6.結(jié)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(yàn)系統(tǒng)，利用高靈敏度的磁阻傳感器模塊對(duì)微膠囊空間磁場強(qiáng)度進(jìn)行感應(yīng)采集。原理和實(shí)驗(yàn)都證明了可以通過檢測(cè)永磁體空間磁場分布來實(shí)現(xiàn)對(duì)微型內(nèi)窺鏡膠囊的定位。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析證明，該定位系統(tǒng)對(duì)于膠囊在運(yùn)動(dòng)過程中的空間位置和方向的定位具有較高的準(zhǔn)確率，可以有效應(yīng)用于微型內(nèi)窺鏡膠囊在體內(nèi)的定位，顯著提高了臨床疾病診斷的準(zhǔn)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(jié)合放大和采集電路對(duì)膠囊空間磁場強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。此系統(tǒng)比以往有更大的準(zhǔn)確檢測(cè)范圍，可達(dá)到20-30cm。

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　　作者簡介：  曾昭瑞，男，1979年出生，漢，碩士，主要從事微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。Email：zenzhaorui@sohu.com

　　導(dǎo)師簡介：黃平，男，1957年出生，漢，教授，主要從事摩擦學(xué)和微機(jī)電系統(tǒng)研究。