Сравнение параметров коммерческих систем магнитного позиционирования

Лидерами в области электромагнитного трекинга являются фирмы Polhemus и Ascension. Проведем подробное сравнение двух электромагнитных трекеров: фирмы Polhemus - Fastrak и фирмы Ascension - Flock of Birds. В обеих системах передатчик состоит из трех ортогонально расположенных катушек, которые последовательно находятся под напряжением и создают электромагнитные поля для каждого измерительного цикла. Каждое поле производит сигнал в трех ортогональных датчиках, содержащихся в приемнике. Таким образом, каждый измерительный цикл состоит из, по меньшей мере, девяти измерений, из которых вычисляются шесть позиционных и ориентационных компонент. Их различия состоят в том, как создаются и обнаруживаются поля. На передатчик Fastrak подается синусоидальный ток, приемник содержит пассивные катушки, в которых индуцируются токи. Таким образом, Fastrak называют системой переменного тока. Эти системы позволяют измерять в реальном времени три линейных и три угловых координаты датчика в системе координат источника.

На передатчики Birds подаются прямоугольные импульсы постоянного тока. Система содержит передатчик, схему управления передатчиком, датчик и электронные средства для обработки сигнала. Передатчик обычно располагается на расстоянии в пределах от 0,4 м до 3,2 м от датчика (датчиков) [18]. Приемник состоит из ортогональных феррозондовых датчиков, которые измеряют поле. Схема управления передатчика обеспечивает контроль величины постоянного тока по каждой из излучающих антенн передатчика. Компьютер контролирует величину постоянного тока, которую обеспечивает схема управления для выдачи на излучающие антенны передатчика. Сигнал, выданный датчиком, направляется в электронный блок обработки сигнала. В нем происходит обработка и преобразование аналоговых сигналов датчика в цифровой формат и передача их в компьютер. Затем в соответствии с алгоритмом системы Flock of Birds рассчитываются линейные и угловые координаты датчика относительно системы координат передатчика, и полученная информация передается на основной компьютер пользователя.

Таким образом, Bird - это квази-DC система и, как следствие, способна создать три дополнительных пассивных измерения за цикл, с той целью, чтобы компенсировать постоянное магнитное поле Земли. Стоит отметить, что в системе Fastrak интервал, по которому возбуждается каждая катушка, фиксирован, в системе же Birds интервал изменяется пропорционально длительности цикла измерений. Перейдем к эксплуатационным характеристикам систем. Трекеры получают шесть выходных параметров, описывающих местоположение и ориентацию приемника по отношению к передатчику: три декартовы координаты - х, у, z, описывающих положение, а также три Эйлеровских угла, θz (азимут), θy (высота), а θx (вращение) для описания ориентации. Матрица вращения 3×3 M, может использоваться для описания ориентации вместо углов Эйлера. Удобный способ выражения этих параметров с точки зрения приемника r-вектор [18]. Данная выражение описывает формула (1):

r = |x, y, z|T. (1)

Поскольку трекеры, работающие на основе электромагнитного поля, очень чувствительны к помехам от соседних источников поля, были проведены эксперименты для изучения влияния мешающих полей, присутствующих в типичной рабочей среде. Экспериментальная среда состояла из комнаты первого этажа в офисном здании, с флуоресцентным освещением, компьютером и мелкими электроприборами под напряжением. Передатчик и приемник трекера были расположены на неметаллической скамейке на расстоянии 1 метр от пола и по крайней мере 2 метра от стен и других устройств. Таким образом, ожидалось, что главным источником будут распределительные сети и близлежащий монитор компьютера. Были определены отношения индуцированного шума от питающей сети, их влияние на измерения и частоты трекера, при этом трекер работал на широком диапазоне частоты, включая частоту внешней. Кроме того исследованы относительные преимущества синхронизации с вертикальной частотой обновления вблизи монитора компьютера, по сравнению даже с сетью синхронной выборки, и зависимость от монитора-приемника отделение, была исследована. Также рассмотрены ошибки, возникающие при близком расположении передатчика трекера и приемника [18].

Другие стьтьи в тему

Проектирование цифровой первичной сети связи
Научно-технический прогресс во многом определяется скоростью передачи информации и объемом переданной информации. Возможность резкого увеличения объемов передаваемой информации наиболее полно реализуется в результате применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), которые по срав ...

Разработка преобразователя разности фаз в постоянное напряжение
Разработка преобразователя разности фаз двух сигналов в постоянное напряжение со следующими параметрами: · Частота входных сигналов 10кГц - 100 кГц; · Входное напряжение 50мВ - 5В; · Диапазон измерения ∆φ 0 - 180о ...