[发明专利]软管三维形状传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及软管三维形状传感装置,尤其涉及采用电磁的方法测量不规则的软管形状的三维形状的传感器，属于测量技术领域。

背景技术

目前，传统现有的测量三维形状的方法多采用机械接触式或光电传感的方式，虽然有使用磁场确定物体三维位置的，但基本上局限于单个传感器。例如，采用机械方式的开关扫描法，一个多方位的触点开关延物体表面移动，通过开关的通断确定物体表面的三维信息。该方法不能进行非接触测量。例如，采用光电传感方式的，将一束激光投射到物体表面，经过摄像机获取激光的投影图像，通过分析激光线的弯曲形状来判断物体表面的三维形状。该方法不能测量表面下，即内部物体，的三维形状。例如，中国专利公告号CN100394888C，授权日2008年6月18日，名称为基于磁标记物的吞服式电子遥测胶囊连续跟踪定位系统的专利中公开了利用磁场确定物体三维位置的方法。该方法只能确定单个点的三维信息，而无法用来测量三维形状。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的软管三维形状传感装置，本发明利用磁场测得固定在软管内的若干电磁器件的位置并通过插值计算出软管的形状，因此，本发明适用于测量软管状物体的三维形状，例如测定内窥镜的形状。

本发明包括外套软管、电磁器件、电磁器件导线连接器，所述电磁器件排列固定于所述外套软管中，所述外套软管和所述电磁器件与所述电磁器件导线连接器相连，本发明通过测定所述电磁器件的方位并经过插值计算确定所述外套软管的三维形状。

所述电磁器件为磁场传感器，用于接收由磁场发生器产生的特定磁场，通过处理所述电磁器件获得的磁场电信号，测定所述电磁器件的方位。

所述电磁器件为电磁线圈并发射特定磁场，所述特定磁场由另外的接收装置接收，通过处理接收装置获得所述特定磁场的电信号，测定所述电磁线圈的方位。

所述外套软管为实心外套软管或空心外套软管。

所述电磁线圈发射的特定磁场为多频率交变磁场。

所述电磁器件导线连接器内包含具有存储功能的存储器件，所述存储器件通过加密或非加密的方式存储所述电磁器件的以下信息：生产信息、校准信息、使用信息、维护信息。

所述电磁器件导线连接器为由印刷电路板制成的连接器。

当所述电磁器件为电磁线圈时，所述电磁线圈引出端的传感器导线走向朝着该电磁线圈的中部。

当所述电磁器件为电磁线圈时，不同的电磁线圈之间直接由外套软管固定。

所述磁场传感器为电磁线圈。

在本发明中，电磁器件是可以将电信号转换为磁信号或者将磁信号转换为电信号的器件。当某类电磁器件被用来测量磁场强度时，也就是说可以稳定地将磁信号转换为电信号并由该电信号表示磁场大小时，该类电磁器件被称为磁场传感器；当电磁线圈被用作磁场传感器时，被称为传感器电磁线圈，又简称为传感器线圈；当磁场传感器被用于测量该磁场传感器的三维方位时则该磁场传感器被称作基于磁场的三维方位传感器。当强调三维位置关系时磁场传感器被称之为三维方位传感器，当用来说明磁场相关特性时磁场传感器被称之为磁场传感器。

本发明采用若干基于磁场的三维方位传感器，该三维方位传感器能够测出三维空间中某点的磁场强度，通过在不同位置的多组磁场发生装置，如电磁线圈，可以产生这样一组磁场，使得所述三维方位传感器的测量矢量和所述三维方位传感器相对所述磁场发生装置的三维方向与位置唯一对应，也就是说，已知所述三维方位传感器测得的磁场强度，能够计算出其在三维空间的相对方向与位置，本发明中所涉及的方位均指方向和位置。

将所述三维方位传感器排列安装在一条外套软管内，三维方位传感器之间有固定的间隔，在测得这些三维方位传感器三维空间的方位的基础上，由计算机系统通过对三维方位传感器的三维方位进行插值计算，可以确定外套软管的三维形状。

所述磁场发生装置、所述三维方位传感器的测量系统以及所述的计算机系统通称为主机系统，所述三维方位传感器可以通过所述电磁器件导线连接器与所述主机系统相连，使得在需要的时候可以更换。

本发明适用于测量软管物体的三维形状，可以应用于多媒体制作、远程控制、医疗器械等领域。其中一个应用实例就是测量软管内窥镜的三维形状。将本发明的外套软管插入到内窥镜的钳道中，外套软管的形状就是内窥镜钳道的形状，钳道的形状就是内窥镜的形状，所以通过测量本发明可以得知内窥镜的三维形状。