[发明专利]磁性定位方法和结构

说明书

技术领域

本发明涉及利用永磁体进行磁性定位方法和结构，其中，在位置传感器所在的部位测量永磁体的磁通量密度的矢量和局部梯度，并且由磁通量密度的矢量和局部梯度计算永磁体的磁偶极相对于位置传感器的位置和方向。

这种定位例如是在这样的应用中采用，其中，一个物体相对于另一个物体或坐标系的位置将被检测，而这两者相对移动。永磁体和位置传感器然后相应地被紧固在这两个物体上，从而能够经由磁性定位确定物体的当前的相对位置以及可能的方向。

背景技术

磁偶极定位有时已经在地质学、医药以及国防技术中造成问题。各种不同的方法被用于确定磁性的或能被磁化的物体的位置以及经常还有朝向。因而，主要在医药领域但也在地质学领域中，经常采用这样的方法，即在一个平面内沿一个方向或沿多个方向扫描磁场，因而获得一种二维磁象。所述磁象随后利用肉眼检查的方式或利用图象处理的合适的算法被分析，从而确定磁性物体的位置和方向。

此外，已知利用磁场的几何学特性而从磁性测量的数据定位磁偶极。为此目的，磁通量密度的矢量在四个空间位置被测量，其中所述四个空间位置并非位于一个平面内。首先，由位于不同平面中的每两个位置的位置与磁场矢量确定两个平面。这两个平面的交叉直线同时是磁偶极的轴线。磁偶极在该直线上的位置然后由进一步的几何学研究被确定，例如在G.Cauffet等人的著作“″Geometric Construction Technic to Localization of a Magnetic Dipole″，COMPUMAG 2001，13th Conference on the Computation of Electromagnetic Fields，Lyon-Evian”中详细说明。

在国防技术、尤其地雷探测和地质学的应用中，通过利用离散构造的磁场传感器测量梯度而定位磁偶极，其中所述磁场传感器能够通过空间偏差测量两个不同的部位之间的磁场的变化、即局部梯度。由这些测量的值，利用磁偶极的反向的梯度张良确定磁偶极的位置。为此目的，一个平面内的梯度的确定是足够的。该技术的实例在以下公开文献中可见：S.Kumar等人的″Real-Time Tracking Magnetic Gradiometer for Underwater Mine Detection″，OCEANS 04.MTTS/IEEE TECHNO-OCEAN 04，ISBN：0-7803-8669-8/04，2004；S.Kumar等人的″Real-Time Tracking Gradiometer for use in an Autonomous Underwater Vehicle for Buried Minehunting″，OCEANS，2005，Proceedings of MTS/IEEE，ISBN：0-933957-34-3；Takaaki Nara等人的″A Closed-Form Formula for Magnetic Dipole Localization by Measurement of Its Magnetic Field and Spatial Gradients″，IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS，VOL.42，NO.10 October 2006，pp.3291-3293；Frahm，C.P.的″Inversion of the magnetic field gradient equations for a magnetic dipole field″，Naval Coastal Systems Laboratory，Informal Report(1972)，NCSL，pp.135-172，Panama City，Fla.，或M.C.Jeoffreys的″DISCRIMINATION AND IDENTIFICATION OF UNEXPLODED ORDINANCES(USO)USING AIRBORNE MAGNETIC GRADIENTS″，Mathematics in Industry Study Groups in South Africa＞MISGA 2006，University of the Witwatersrand(23rd-27th January 2006)。

在这种情况中并在本申请中，术语梯度并非意味着矢量计算的数学算符，而实际上是根据空间方向(局部求导)的导数(或微分系数)。这些导数大体上根据三个笛卡尔坐标方向被确定。然而，其它坐标系的采用也基本上是可行的。