Hybrid positioning and magnetic field measurement system

Abstract

Electromagnetic fields (EMF) exist everywhere, where there are electric currents. To alleviate public concern for the possible adverse health effects of EMF, it is important to evaluate the stray fields around sources, like household appliances, that people are exposed to every day.

Time-varying magnetic fields induce electric fields and currents to the human body. Authorities have established safety limits that help prevent health effects related to the induced currents such as stimulation of peripheral nerves or, in the worst case, stimulation of the heart muscle. People with implantable electrical devices such as pacemakers are even more vulnerable to the effects of EMF.

The goal of this thesis project was to create a hybrid magnetic field measurement and positioning system. With this system the strength of a magnetic field is measured and simultaneously the position and orientation of the magnetometer is tracked, which enables the measurement of the three-dimensional spatial distribution of a magnetic field. The system provides knowledge about how far from their sources the magnetic fields reach. The system utilizes Kinect sensor's skeletal tracking ability for the position tracking and iPhone's built-in accelerometer and gyroscope for evaluating the orientation of the magnetometer probe. The magnetic flux densities are measured with an induction coil sensor.

The spatial distribution of magnetic fields measured with this prototype system are visualized in Kinect's point cloud. The frequency range of the system is 1 Hz - 400 kHz with the current composition, but it can be expanded with a different magnetometer.

Sähkömagneettisia kenttiä muodostuu kaikkialla, missä on sähkövirtoja. Näiden kenttien mahdollisiin terveysvaikutuksiin liittyvän huolestuneisuuden vähentämiseksi on tärkeää selvittää lähteiden, kuten kodinkoneiden, ympärillä olevat kentät, joille ihmiset altistuvat lähes joka päivä.

Ajan suhteen muuttuva magneettikenttä indusoi ihmiseen sähkökenttiä ja -virtoja. Viranomaiset ovat asettaneet turvarajoja, jotka auttavat ehkäisemään näihin indusoituneisiin virtoihin liittyviä terveysvaikutuksia, kuten ääreishermoston stimulaatiota ja pahimmasssa tapauksessa sydänlihaksen stimuloitumista. Ihmiset, joilla on implantoitavia elektronisia laitteita, kuten sydämentahdistimia, ovat vielä herkempiä sähkömagneettisten kenttien vaikutuksille.

Tämän diplomityöprojektin tarkoituksena oli kehittää paikannukseen perustuva magneettikenttämittausjärjestelmä. Tällä järjestelmällä mitataan magneettikentän voimakkuus ja samanaikaisesti magneettikenttämittarin paikka ja asento, mikä mahdollistaa magneettikenttien kolmiulotteisen spatiaalisen jakauman mittaamisen. Järjestelmän avulla saadaan tietoa siitä, kuinka kauas lähteistä kentät ulottuvat. Järjestelmä hyödyntää Kinect sensorin kehonseurantaa paikantamiseen ja iPhonen sisäistä kiihtyvyysanturia ja gyroskooppia magneettikenttämittarin orientaation selvittämiseen. Magneettikenttiä mitataan induktiokelasensorilla.

Tällä järjestelmän protyypillä mitatut spatiaaliset magneettikenttäjakaumat visualisoidaan Kinectin point cloudia hyödyntäen. Järjestelmän taajuusalue on nykyisellä kokoonpanolla 1 Hz - 400 Hz, mutta sitä voi laajentaa käyttämällä erilaista magneettikenttämittaria.