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电磁式位置跟踪设备 | 电磁式位置跟踪设备是什么意思?

定义:电磁式位置跟踪设备是利用磁场的强度进行位置和方位跟踪。一般来说,电磁式位置跟踪设备包括发射器、接收器、接口和计算机。电磁场由发射器发射,接收器接收到这个电磁场后转换成电信号,并将此信号送到计算机,经计算机中的控制部件计算后,得出跟踪目标的数据。多个信号综合后可得到被跟踪物体的6个自由度数据。

根据发射磁场的不同,电磁式位置跟踪设备可分为交流电发射器型与直流电发射器型。

交流电发射器由三个互相垂直的线圈组成,当交流电在三个线圈中通过时,产生互相垂直的三个磁场分量在空间传播。接收器也由三个互相垂直的线组成,当有磁场在线圈中变化时,就在线圈上产生一个感应电流,接收器感应电流强度与其距发射器的距离有关。通过电磁学计算,可产生9个感应电流(3个感应线圈分别对3个发射线圈磁场感应产生9个电流)计算出发射器和接收器之间的角度和距离。交流电发射器的主要缺点是易受金属物体的干扰。由于交变磁场会在金属物体表面产生涡流,使磁场发生扭曲,导致测量数据的错误,因此影响系统的响应性能。

直流电发射器也是由三个互相垂直的线圈组成的。不同的是它发射的是一串脉冲磁场,即磁场瞬时从零跳变到某一强度,再跳变回零,如此循环形成一个开关式的磁场向外发射。感应线圈接受这个磁场,再经过一定的处理后,可得出跟踪物体的位置和方向。直流电发射器能避免金属物体的干扰,因为磁场静止时,金属物体没有涡流,也就不会对跟踪系统产生干扰。

电磁式位置跟踪设备的优点是不存在遮挡问题,接收器与发射器之间允许有其他物体,也就允许用户自由走动。相对于其他传感器,它的价格较低、精度适中、采样率高(可达120次秒)、工作范围大(可达60m2),允许多个磁跟踪器跟踪整个身体的运动,并且增加了跟踪运动的范围。其缺点是易受电子设备、铁磁场材料的干扰,可能导致磁场变形引起误差。测量距离加大时误差增加,时间延迟较大(达33ms),有小的抖动。

电磁式位置跟踪设备在测量物体时,将发射线圈和接收线圈其中之一固定,另一个固定安装在被测物体上,即可测量三个坐标以及三个姿态角度。它主要用来测量头、手以及其他设备的位姿。测量头的位置和方向时,将轻便的电磁接收器安装在头盔上,发射器安装在地面。如果测量手,与测量头类似,将接收器安装在数据手套上,电磁发射器安装在地面。

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