文摘

两到三维可视化的磁通密度分布来源相当丰富直观的了解现场环境。磁通密度的测量,以及在空间定位测量的点,必须在很短的时间内执行,因为时间源电流的变化导致不同的现场环境。也是有价值的同时获得的频谱磁场时的现场测量,特别是对于来源产生高频组件(比如inverter-driven设备。在本文中,我们提供了一个高性能的磁场传感器满足上述要求。一个应用程序,磁场可视化系统使用增强现实(AR)技术,提出利用两个传感器相结合的方法:一个是上面描述的磁场传感器,另一个是Kinect传感器具有骨架跟踪定位功能。

1。介绍

磁场是一种有效的可视化测量直观地了解现场环境。一些论文对待这个话题。例如,一个交互式可视化系统的快速和容易的看法电磁力和电磁场分布(1),一个实时可视化系统,可以提供的条形磁铁所产生的磁场和铁磁材料2),和交互式的可视化电磁学为工程教育项目(3提出了。

量化的磁场是由点测量家用电器(4- - - - - -6和电力设施7- - - - - -11]。磁通密度和/或它的频率特性测量点已报告在这些研究中,但平面或空间分布的磁通密度来源已经几乎没有评估。的原因之一是,它是一种耗时且乏味的工作进行现场测量多次在不同的空间。另一个原因是,短时测量是必需的,在某些情况下,因为磁场分布必将改变是由于时间变化的电流源。

作者提出了一个新颖的系统使用Kinect可视化来源和周围的磁场环境中执行一些实验证实了其有效性在实验室(12]。系统是独一无二的,有前途的,因为在空间位置测量感兴趣的可以在相当短的时间内进行与传统测量程序和场分布的可视化。传感器有一个缺点,频率范围是低于1 kHz。中产生的磁通密度的测量电气设备由商业驱动频率,这个范围是可以接受的。然而,它不可用的测量所产生的磁通密度inverter-driven电气设备。

一些米可供测量的磁通密度高达400千赫(13,14]。在这些米,磁通密度可以获得但其频谱不可用。数据必须被记录在电脑后用专用软件将他们从米转移到个人电脑通过一个电缆。传感器探头的尺寸非常大,这是适合获得电力设备周围磁场特征。小源所产生的场环境像家用电器不一定是评估圆满。

为了理解周围的磁场环境家用电器在细节和提出新的可视化系统,本文首先,研制了一种高性能的磁场传感器。传感器的频率范围从30赫兹到400赫兹。这个传感器可以表明合成磁通密度和频率同时组件。这个传感器可以将数据存储在外部电脑通过无线传输以及USB内存插入前面的探测器上的USB端口。接下来,作为应用程序的磁场传感器,磁通密度可视化系统开发利用AR技术。基于“增大化现实”技术是一种技术实现一个更现实的表达,使添加信息由计算机在一个实际的风景,风景,等等。这个可视化系统的基于“增大化现实”技术的技术是实现通过结合发达磁场传感器和Kinect传感器,跟踪功能。最后,有用的可视化系统的基础上,基于“增大化现实”技术的技术是通过一些实验验证。

2。磁场传感器的发展

2.1。规范的磁场传感器的结构

发达的磁场传感器的外观如图1。这个传感器包括三个部分:一个探测器,探测器和开关触发测量。探测器的身体的大小 和重量包括探测器是2150 g。

频率范围从30赫兹到400赫兹和传感器的测量范围从0.2到200μt .传感器设计的误差小于2%,证实了用亥姆霍兹线圈标定。

在探测器,覆盆子π(15)采用计算机作为处理。树莓是一种计算机。尽管它非常小,各种功能和一些端口,一个USB、以太网等装备。操作时钟树莓π从900兆赫到1 GHz,而微机的几个10 MHz。因此,覆盆子π可以执行信号处理和高速计算与微机处理数据的输入和输出。

传感器提供的力量从AC100V手机或便携式电池。因为这个探测器的体重大约是2公斤,它可以作为一个便携式传感器电池。

开始测量的触发开关。两种类型的切换准备:一个是推动开关,另一个是一个拨动开关。为一次性操作按钮开关,拨动开关是长期、连续操作。用户很容易选择开关根据目的。

2.2。信号处理

流动的磁场传感器的信号处理图所示2。首先,磁通密度的信号被探测器探测到。它是通过一个模拟转换器转换为数字信号,覆盆子π。覆盆子π可以使用自由软件:PYTHON。PYTHON是一种编程语言已成为流行最近在计算科学领域;字符,使编程更容易和更小的行数比编程语言c。在这种传感器,FFT分析与PYTHON是可用的。不仅产生的磁通密度,而且可以计算其频谱。最后,频谱和合成磁通密度的值都显示在LCD的探测器,如图3。在FFT频谱的显示,使用常用对数的规模水平和垂直轴。

插入USB端口USB记忆时,前部的探测器,覆盆子π识别和测量数据自动保存在文本形式。重复测量时,数据也可以存储在一个硬盘在外部电脑通过无线传输。

3所示。可视化系统

3.1。结构的可视化系统

作为上述磁场传感器的应用,提出了可视化系统的磁场。提出了可视化系统的结构如图4。它由三部分组成:磁场传感器,Kinect传感器和电脑。

测量磁通密度在不同地点通过移动调查。然后,合成磁通密度和频率成分计算内部磁场传感器。这些数据组合成一个文件,传输数据包生成并存储在特定的文件夹树莓π。电脑一旦证实特定的文件持有人通过与传感器无线通信,文件自动发送到PC。FFT分析的传感器是目前系统的功能之一,这使得减负荷的PC在图像处理结果的可视化和指示监测在很短的时间内。

之间的无线数据传输磁场传感器和电脑,wi - fi和蓝牙都是可能的。wi - fi允许更快的沟通,更好的范围,比蓝牙无线安全性。实现可视化系统,高数据传输速率是必需的。出于这个原因,采用wi - fi在这个可视化系统。然而,无线网络配置的覆盆子π不能使用,因为数据传输被探测器的情况下身体。为了避免这种情况,使用一个外部的wi - fi软件狗插入USB端口的前表面磁场传感器。

3.2。Kinect传感器(16]

这个磁场可视化系统的实现通过使用Kinect传感器。Kinect传感器是动作捕捉传感器之一,于2011年发布的微软。它既有一个RGB相机和深度相机,能够获取信息的人的骨骼位置和实际的背景图像。因为Kinect传感器有骨架跟踪功能,人类的骨骼的位置可以确定人体不断遵循的运动。此外,它是廉价的;Kinect传感器成为熟悉各领域众多研究人员分析定位(17,18]。Kinect为Windows SDK还提供软件开发工具包。通过使用Kinect为Windows SDK和基于深度信息从深度传感器,获得人类的目标提取图像。同时,他/她的20个关节的三维坐标可以获得和显示图像。从今以后,Kinect为Windows和Windows SDK Kinect称为Kinect传感器。

该可视化系统使用Kinect传感器的跟踪功能。手很容易获得的三维位置坐标。在此系统中,每个度量点的位置是由手把的位置搜索线圈。

3.3。电脑数据处理的实现的基于“增大化现实”技术的可视化

提出了可视化系统开始测量后的磁通密度骨架跟踪Kinect的运作。磁通密度在给定测点显示在电脑屏幕上通过各种颜色取决于它的力量。这使得基于AR技术的可视化系统。

当最大磁通密度来衡量预计将低于20μT,灰色和红色的标志是用来表示0和20μ分别T。蓝色、淡蓝色、绿色、黄色、橙色标记分配给磁通密度介于0到20μt的磁通密度高达200μT,一个红色的标记分配给200μT和使用其他颜色类似的情况下20μ介绍了t .此外,分级显示测量结果。数据采集的系统需要8秒和一个彩色标记的显示在监视器屏幕上。

4所示。可视化的磁通密度的分布

4.1。周围的磁通密度的分布可视化IH烹饪Heater-1

这个可视化系统的有用性是通过一些实验验证。在本节中,一个IH烹饪加热器被选中作为目标设备。当水在煎锅里加热IH烹饪加热器,烹饪加热周围的磁通密度是可视化。该IH烹饪加热器的输出是3.0千瓦。

磁通密度的可视化结果显示在电脑图所示5。在这个图中,黄线和身体上红圈是骨骼和关节,分别被Kinect。磁通密度显示颜色马克节中描述3.3;考虑到最大磁通密度,红色是分配到20μt .操作员探测器在他/她的左手,用右手把开关。尽管磁场传感器是可移植的,它是在这个实验放在桌子上。根据图5,它可以很容易地意识到一个高磁通密度记录在该地区靠近线圈的IH烹饪加热器。通过这种方式,积极利用最新的基于“增大化现实”技术的技术,有价值的信息可以添加到网站的实际图像测量;就可以可视化无形的磁场通量密度等物理量。

正如上面提到的,这个系统可以记录磁通密度和测量的三维坐标点。坐标系统设置如图6。采取“宽度”的方向距离前面的烹饪表向后面。“宽度”将是零在烹饪前的桌上。“高度”是垂直轴的方向。“高度”将是零表面的烹饪表。“深度”设置的方向距离Kinect传感器。

图7展示了三维分布的磁通密度在IH烹饪加热器。测量磁通密度在492点。这个图的圆意味着IH烹饪加热器的位置。图7揭示了磁通密度变小的测点IH烹饪加热器的叶子。

此外,磁通密度的二维分布数据所示8和9。这些数字显示磁场密度获得负面的半空间宽度(一个厨师在烹饪前的加热器将站)。最大磁通密度小于12μt .为了显示的磁通密度分布很明显,在数据8和9,一个红色的标记分配给12μT和使用分级显示取决于磁通密度。在数据7- - - - - -9,磁通密度的分布在IH烹饪加热器可以很容易认出视觉;价值不高的烹饪空间。

磁场测量是在任意点在目前的研究中,离散和随机的空间。因此,图中所示的磁场7图9不是连续(在图的一样吗10)。

4.2。周围的磁通密度的分布可视化IH烹饪Heater-2

另一个IH烹饪加热器(2.0 kW)也是有针对性的。这个IH烹饪加热器制造超过10年前比IH烹饪heater-1。一个小锅是用来适应IH烹饪加热线圈尺寸,和磁通密度的测量。

周围的磁通密度的三维分布IH烹饪heater-2如图10。测量磁通密度在492点。在这个图中,实线圆意味着IH烹饪加热器的位置和两个虚线意味着上下边缘,分别的平底锅。

根据图10、高磁通密度中观察到的一些点,尤其是在该地区靠近IH烹饪加热器的盘子和锅的一边。在一些点,磁通密度超过100μt尽管周围的磁通密度高IH烹饪加热器,它较低的烹饪空间。

这个磁场传感器可以测量磁通密度和频率成分。磁场的频谱可用在任何时候和任何时候一旦打开开关连接到探测器的身体。这个函数是宝贵的特别是在情况下磁场频率成分取决于测量位置和/或时间。

一般来说,主要的工作频率IH烹饪加热20至50千赫。发达磁传感器包括频率范围。这是一个潜在的强大的工具来调查期间磁通密度的特点,IH烹饪加热器开始运作,达到持续的火力。

图11显示频谱的变化在10和100 kHz,这是获得在桌子的边缘点的IH烹饪加热器。显然证实,磁通密度的频率分量及其大小变化根据火力的水平。这是提出系统的卖点,将产生的磁通密度特别适合描述一个电源供电装置/设备。

4.3。可视化的磁通密度分布的吸尘器

当工业吸尘器的操作与强大的吸力,磁通密度的可视化表现。结果如图12。这个可视化系统表明,磁通密度强在真空吸尘器的顶部和最大值为17.4μt .此外,在频谱如图13。根据这个图,很明显,电流在60和180赫兹的频率在这个吸尘器。

5。结论

作者开发了一种高性能的磁场传感器。传感器的频带从30赫兹到400赫兹;这个传感器可以计算合成磁通密度和频率同时组件。他们是显示在液晶的探测器;测量结果都存储在USB记忆插入到港口前的探测器。覆盆子π安装在这个传感器实现快速、可靠的数据传输通过wi - fi,在短时间内测量结果的可视化,并降低成本。

其次,磁场传感器的应用,提出了基于“增大化现实”技术的技术的可视化方法。基于“增大化现实”技术的技术是一种技术,允许虚拟影像与真实世界相结合。作为一个核心技术,使用Kinect的骨架跟踪功能。基于此跟踪Kinect的函数,一个廉价的可视化系统也提出了。

最后,进行了几个实验和磁通密度的分布是可视化。此外,还确定了工作频率短瞬态时期火力的家用电器的变化。这个磁场传感器和可视化系统开发将会尤其适用于电气设备的分析和评价。

然而,也有一些问题在这个系统。关于磁场传感器,测量时间间隔限制的速度处理单元的覆盆子π。加速处理是必要提高可视化系统的性能。关于可视化系统,骨骼追踪功能不正确操作之间存在对象时手中拿着探头和Kinect传感器。预测时手的位置跟踪功能停止是一个未来的工作。

此外,如图7- - - - - -10,还有点不显示测量结果。为了获得连续的位置分布的磁场,磁场测量必须在许多点接近对方。替代方法是计算磁场点没有插值使用磁场测量值的相邻点测量。这也是一个未来的工作。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。