Матрица измерителей поля, Неспешно обсудим? Опции

[zzzzzzzz]

Задумался в качестве темы для собственной "релаксации".
Мысль простая - разработать чип размером с пластину диаметром 100мм, представляющий из себя матрицу из одинаковых ячеек. Каждая ячейка содержит плоскую интегральную катушку, выпрямитель без падения напряжения с емкостью, моп-буфер+коммутатор на шину считывания (почти как CCD).
По периметру - сдвиговые регистры выбора строк и столбцов и аналоговые коммутаторы для считывания потенциалов из ячеек (вернее, токов, для уменьшения наводок и ускорения считывания). Матрица - полный "автомат" с несколькими входами управления и возможностью каскадирования дополнительных матриц до любого приемлемого размера общей матрицы.
Размер ячейки, думаю, следует делать соизмеримым с пикселом монитора, то есть около 250мкм на 250 мкм, 16 ячеек на мм. кв.
Цель - визуализация проходящего от внешнего источника переменного эм поля.
Банальное приложение - визуализатор металлических предметов. Но, не только. Например, дефектоскопия и анализ неоднородностей.
Изделие получится явно не дешевое, поэтому явно не для "игрушек".
"Усиление" информативности прибора может быть достигнуто использованием "пирога" из таких матриц с последующей мощной мат. обработкой.

Хотелось бы, прежде чем "окунаться", обсудить:
1. Целесообразность и необходимость такого прибора.
2. Области применения.
3. Возможные свежие идеи для решения. В том числе, по обработке и конструкции.
4. Возможно, орг. вопросы (вдруг кто-то давно мечтает о таком?
5. Ну и вообще...

Еще раз подчеркну, что это я задумал как инициативное "хобби". То есть, ни заказчиков, ни потребителей пока не знаю. Поэтому есть полная свобода действий.
Опыт разработки больших интегральных CCD-матриц, например, есть.

[zzzzzzzz]

Пардон, ввел всех в заблуждение. И сам обсчитался. Okorok, приношу извинения.

Мои ориентировочные расчеты:

Излучающая катушка длиной 1см, 1000 витков, ток 1А. Создает напряженность магнитного поля около 1е5 А\м

При этом, ЭДС на приемной катушке составит примерно 5 мВ.

Это как?

Ну, например, можно сделать катушку высотой 3 мм. Витков 1000. Ток - ампера 3. Напряженность поля будет порядка 1е6 А\м.
Хотя, эта конструкция уже будет тяжеловата для практической реализации.


Почитал про то, как делают катушки для похожих применений. Да уж... алхимия настоящая.
Скорее всего, надо будет делать многосекционную катушку в виде элипсоида вращения (типа колокол). Для повышения однородности напряженности МП по площади матрицы. Это не обязательно (так как калибровка будет все равно), но принципиальная возможность достичь нескольких процентов неоднородности есть.

Гы. Может, подумать о применении в области досмотра на предмет оружия? Эдакий "взгляд-рентген"? совмещенный с обычной видео-камерой.


ПС. А найдутся ли желающие вообще повозиться с такой готовой матрицей с целью создать прибор? Или никому это нахрен не нужно все-таки?

ПС2.

Хотя что-то слегка похоже по-моему делает Hilti

Почитал про Хилти Ферроскан http://www.sverlim.ru/catalog/980/2309/p-377638/
Это, блин нечто за 600 000... Неужели кто-то покупает? Да и принцип не указан. Может, УЗ.

[Okorok]

Нашел, наконец, время поучаствовать конструктивно.

ПС2. Почитал про Хилти Ферроскан http://www.sverlim.ru/catalog/980/2309/p-377638/Это, блин нечто за 600 000... Неужели кто-то покупает? Да и принцип не указан. Может, УЗ.

О принципе работы Hilti Ferroscan можно почитать здесь. Физический принцип такой же, как и в индуктивных миноискателях, т.е. ничего сверхъестественного, а самомнение у них, похоже, будь здоров.

1) О размере элемента и реконструкции изображения:
Для таких задач как у Ферроскана или (мино-, кладо-, ...) металлоискателей очень мелкий размер чувствительного элемента не нужен. vvs157 уже об этом писал: то, что хорошо работает и применяется для рентгена, оптики и ИК, не будет работать для низкочастотных электромагнитных полей. Я в математике недостаточно силен, чтобы это убедительно доказать, разве что иллюстрация: длина волн для ИК (оптики, рентгена) - порядка мкм (и соответственно меньше), поэтому базовые уравнения там другие, чем для частот меньше 30 кГц (длина волны больше 10 км), и возможности реконструкции - совсем не такие, как хотелось бы.

Кажется, единственный известный мне пример удачной реконструкции ни низкочастотных полях:
На "упрощенном объекте типа Мозг" делают магнитоэнцефалографию (МЭГ) при помощи сквидов (SQUID). Чтобы получалась реконструкция, на голову надевают шлем с датчиками, натыканными со всех сторон. После реконструкции удается, например, получить координаты "короткого замыкания", типичного для эпилепсии, с точностью около 3-5мм.
Чем выше точность локализации - тем меньше надо удалять мозга при нейрохирургическом вмешательстве.

К сожалению, в задачах типа металлоискатель или "ферроскан" (на бетоне) доступ к объекту - только с одной стороны.
Дополнительную информацию, конечно, можно брать путем многочастотного анализа. Все равно - путь рискованный, т.к. результат реконструкции исследуемого объекта может оказаться неоднозначным.
Правда, этого еще никто толком не пробовал.

2) Чувствительность элемента

Мои ориентировочные расчеты:
Излучающая катушка длиной 1см, 1000 витков, ток 1А. Создает напряженность магнитного поля около 1е5 А\м
При этом, ЭДС на приемной катушке составит примерно 5 мВ.
Ну, например, можно сделать катушку высотой 3 мм. Витков 1000. Ток - ампера 3. Напряженность поля будет порядка 1е6 А\м.
Хотя, эта конструкция уже будет тяжеловата для практической реализации.

Расчет не проверял, но принцип всегда один и тот же: достаточно сильное поле можно создать внутри "катушки возбуждения", а снаружи поле ослабевает слишком быстро (и слишком неоднородное).
У катушки как приемного элемента есть подлое свойство: чувствительность пропорциональна кол-ву витков, площади намотки и частоте поля. Т.е. для низких частот и малых размеров (скажем, меньше мм) магниторезисторы, а, возможно, и датчики Холла будут превосходить катушки по чувствительности.

Чтобы искать достойное применение Вашей матрице катушек, можно было бы увеличить частоту (раз в 1000), а также размер элемента (раз в 5).
Тогда получится матрица, которую можно попытаться пристроить в уже упомянутую дефектоскопию, например. Кстати, для дефектоскопии было бы интереснее иметь матрицу на гибкой подложке .
Прежде чем "продвигать идею" в реальный бизнес, лучше, имхо, найти хотя бы на первых 12 месяцев богатого спонсора (нанопроекты?).

[zzzzzzzz]

Нашел, наконец, время поучаствовать конструктивно.
О принципе работы Hilti Ferroscan можно почитать здесь. Физический принцип такой же, как и в индуктивных миноискателях, т.е. ничего сверхъестественного, а самомнение у них, похоже, будь здоров.

Сэнкс. Я так и понял примерно. Ручная развертка. Непонятно - почему так дорого только.

1) О размере элемента и реконструкции изображения:....

Длина волны здесь не особенно "причем". Так как измеряется плотность потока магнитного поля. А интегрально поле примерно одинаково по площади матрицы всегда.

2) Чувствительность элемента
Расчет не проверял, но принцип всегда один и тот же: достаточно сильное поле можно создать внутри "катушки возбуждения", а снаружи поле ослабевает слишком быстро (и слишком неоднородное).
У катушки как приемного элемента есть подлое свойство: чувствительность пропорциональна кол-ву витков, площади намотки и частоте поля. Т.е. для низких частот и малых размеров (скажем, меньше мм) магниторезисторы, а, возможно, и датчики Холла будут превосходить катушки по чувствительности.

Чтобы искать достойное применение Вашей матрице катушек, можно было бы увеличить частоту (раз в 1000), а также размер элемента (раз в 5).
Тогда получится матрица, которую можно попытаться пристроить в уже упомянутую дефектоскопию, например. Кстати, для дефектоскопии было бы интереснее иметь матрицу на гибкой подложке .
Прежде чем "продвигать идею" в реальный бизнес, лучше, имхо, найти хотя бы на первых 12 месяцев богатого спонсора (нанопроекты?).

Конечно, количество витков, частота, да и масса чего еще влияют на чувствительность. Но, вроде бы, "озвученные" величины вполне достаточны для работы.
Частоту задирать не хочется - есть эффекты "отклика" различных металлов на разную частоту. Можно напороться на ухудшение распознавания материала. Размеры тоже близки к оптимуму для пиксела монитора (хотя, может быть, и стоит сделать в 2х2 раза больше, с увеличением чувствительности соответственно).
Спонсора не хочу. Это развлечение. Работы и рутины хватает и так выше крыши. А уж тем более, нанизм......

Сейчас обмозговываю мысль создания на основе такой матрицы магнито-микроскопа.

Никуда не спешу. Думаю, месяцок пообсуждаю. Потом буду принимать решения. Возможно, что и брошу эту затею. Пока ведь не видно никакого "прорыва". Посмотрим.....