磁異信號探測具有重要的應用價值，已被廣泛應用于航空航天、國防軍事、工業(yè)生產(chǎn)和生物醫(yī)學等領域?，F(xiàn)實生活中，一些區(qū)域需要進行鐵磁探測來實現(xiàn)無磁化，特別是鐵磁性物質(zhì)會產(chǎn)生干擾的環(huán)境，如核磁共振檢查區(qū)域。在醫(yī)療器械領域，核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）設備是臨床上普遍應用的醫(yī)學成像設備，但是由于MRI所在的空間存在強磁場，鐵磁性物質(zhì)誤入造成的人員受傷、干擾成像、中斷工作和設備損壞成為MRI安全的一大隱患。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，針對核磁共振檢查所處的環(huán)境背景磁場復雜、干擾較多，系統(tǒng)出現(xiàn)誤報警高、探測失效等問題，上海理工大學的研究人員設計出一種基于磁通門傳感器的鐵磁探測系統(tǒng)，實現(xiàn)了MRI檢查前的無磁化穩(wěn)定探測。該系統(tǒng)在核磁共振室外復雜磁場環(huán)境可以減少設備工作時的誤報警，有效探測出鐵磁性物質(zhì)。相關研究成果已發(fā)表于《電子測量技術》期刊。

在MRI室外，存在磁場噪聲干擾，其中最主要的是MRI設備產(chǎn)生的梯度磁場、射頻電子脈沖以及其它電磁噪聲，這些因素會影響感應信號的輸出，使采集的信號存在隨機性。原有鐵磁探測系統(tǒng)在復雜磁場環(huán)境下工作誤報警率高，并且易輸出飽和。針對原有系統(tǒng)存在的不足，研究人員設計了一種基于磁通門傳感器的鐵磁探測系統(tǒng)。系統(tǒng)總體方案如圖1所示，主控芯片為DSPTMS320F28335，使用磁通門傳感器作為系統(tǒng)磁場探測的探頭。系統(tǒng)主要包括激勵信號產(chǎn)生部分、感應信號處理部分、AD采集部分、數(shù)據(jù)處理算法部分，探測的磁場數(shù)據(jù)通過藍牙串口實時傳至上位機顯示。在均勻分布的磁場中，鐵磁性物質(zhì)進入會破壞周圍的磁場產(chǎn)生磁異常信號，系統(tǒng)通過解析異常信號，實現(xiàn)對鐵磁性物質(zhì)探測。系統(tǒng)進行磁場探測的傳感器是平行式結構的雙磁芯磁通門傳感器，如圖2所示。

圖1 基于磁通門傳感器的鐵磁探測系統(tǒng)總體方案

圖2 雙磁芯磁通門傳感器

該系統(tǒng)使用二次諧波法測量磁場信號，設計模擬電路進行信號相敏檢測。通過積分反饋提高閉環(huán)系統(tǒng)的線性度和抗干擾性，探頭工作在穩(wěn)定的狀態(tài)。采用卡爾曼濾波對背景磁場和磁異信號進行處理，提高信號信噪比，同時設計了能量檢測器對磁異信號進行檢測。

圖3 AD630相敏檢測電路

圖4 卡爾曼濾波信號

通過試驗測試，該系統(tǒng)信號輸出的幅值、能量值與測試物體的鐵磁性含量和距離有關，鐵磁性含量越大、距離越近，磁異信號幅值和能量檢測值隨之增加，該系統(tǒng)對常見隨身攜帶的鐵磁性物體有效探測距離可以達到1m。原系統(tǒng)在MRI工作的環(huán)境下易產(chǎn)生誤報警，現(xiàn)有系統(tǒng)的誤報警得到改善，在MRI工作時平均誤報警率下降到5.8%。該系統(tǒng)為MRI檢查構建了安全的無磁環(huán)境，提高了設備檢查效率。

圖5 鐵磁探測系統(tǒng)工作示意圖

圖6 能量檢測器計算值

審核編輯：劉清