專利名稱：一種用于ct旋轉系統的閉環控制結構和方法
技術領域：
本發明涉及醫療設備領域，特別是一種用于CT旋轉系統的閉環控制結構和方法。
背景技術：
在X射線計算機斷層成像(Computed Tomography, CT)設備中，滑環技術解決了 CT旋轉系統與靜止系統的電力和數據傳輸方式，其包括數據傳輸滑環和電源滑環。在CT旋轉系統工作時，電機用于驅動傳動皮帶以帶動旋轉系統進行旋轉，使得旋轉系統根據CT設備預設的旋轉速度VI、球管位置和旋轉方向進行旋轉。目前采用開環控制和閉環控制兩種方式來控制電機。開環控制方法中只需根據系統預設的旋轉速度VI、球管位置、旋轉方向來控制電機，在實際運行中不會對實際旋轉速度進行調整，一旦實際旋轉速度或者球管位置超過CT設備允許的誤差范圍(通常為±5% )后，就會馬上報錯，這時CT旋轉系統就停止旋轉，于是需要再次啟動旋轉系統，可見這種方法在實際操作中無法對旋轉速度進行精確控制，精確度比較低，而且重啟旋轉系統比較麻煩。另外開環控制中球管位置的偏差范圍為15度(360度/24)，這樣球管位置的偏差比較大。為了提高控制電機的精確度，一種專用的旋轉編碼器(如光柵)被用于電機的閉環控制中，使得CT系統能根據旋轉編碼器的編碼信號來確定實際旋轉速度和球管位置，并在運行過程中，不斷檢測實際的旋轉速度V2和球管位置以實時調整當前的旋轉速度和球管位置，因而這種方式精確度較高，不過由于增加了專用的旋轉編碼器，所以成本比較高。而且這種專用旋轉編碼器的分辯率越高，成本越高。

發明內容
本發明的目的在于提供一種用于CT旋轉系統的閉環控制結構和方法，以較低的成本實現對電機的精確控制，并進一步減少球管位置的偏差。有鑒于此，本發明提出一種用于CT旋轉系統的閉環控制結構，其包括數據傳輸滑環、電機、伺服控制器，所述數據傳輸滑環表面上設置有復數個條狀紋理，所述閉環控制結構還包括一種信號檢測器和計算構件，所述信號檢測器用于檢測所述條狀紋理，以得到一編碼信號；所述計算構件用于根據所述編碼信號來確定CT旋轉系統的實際旋轉速度和球管位置，并反饋給所述伺服控制器；所述伺服控制器用于根據實際旋轉速度和一預設旋轉速度來控制所述電機。以利用現有的數據傳輸滑環而不是專用編碼器進行編碼，從而用較低的成本實現對電機的閉環控制。根據本發明的一個實施例，所述條狀紋理等間隔布置在數據傳輸滑環表面。以便于計算滑環系統的旋轉時間和球管位置。根據本發明的又一個實施例，所述信號檢測器位于CT的一個靜止部件上。以便能檢測到條狀紋理的信息。根據本發明的又一個實施例，所述數據傳輸滑環上還包括一零點識別條狀紋理。以便于確定球管的零點位置。
本發明還提供一種用于CT旋轉系統的閉環控制方法，其中所述CT旋轉系統包括數據傳輸滑環、和電機、伺服控制器，所述數據傳輸滑環表面上設置有復數個條狀紋理，所述方法包括將所述在數據傳輸滑環表面上的布置復數個條狀紋理，以作為一種標尺；用一種信號檢測器來檢測所述條狀紋理，以得到一編碼信號；利用一種計算構件來根據所述編碼信號來確定CT旋轉系統的旋轉速度和球管位置，并反饋給伺服控制器(103);根據所述旋轉速度和一預設旋轉速度來以控制所述電機，并根據實際球管位置來確定球管位置偏移。以利用現有的數據傳輸滑環而不是專用編碼器進行編碼，從而用較低的成本實現對電機的閉環控制。根據本發明的一個實施例，以等間隔布置方式在數據傳輸滑環表面布置復數個條狀紋理。以便于計算旋轉部件的旋轉時間。根據本發明的另一個實施例，將所述信號檢測器置于CT設備的一個靜止部件上。以便能檢測到條狀紋理的信息。根據本發明的又一個實施例，所述編碼信號為方波信號或正弦波信號。以便于計 算相鄰兩個編碼信號的上升沿之間的時間間隔。根據本發明的又一個實施例，根據相鄰兩個條狀紋理的編碼信號的上升沿之間的時間間隔來計算CT系統的旋轉時間，進而得到所述旋轉速度。根據本發明的又一個實施例，所述控制包括若所述旋轉速度高于預設旋轉速度，則控制所述電機以降低所述旋轉速度；若所述旋轉速度低于預設旋轉速度，則控制旋轉的球管到指定的位置。從上述方案中可以看出，由于本發明提出一種用于CT旋轉系統的閉環控制結構，其利用現有的數據傳輸滑環作為一種標尺，即復用數據傳輸滑環，并采用一種信號檢測器對該標尺進行檢測，以得到實際的旋轉速度和球管位置，相比現有技術中用專用的編碼器對旋轉速度和球管位置進行檢測的方式，成本更低。同時對旋轉速度的閉環控制誤差不超過1%。而且球管位置的偏差為分數度數。


下面將通過參照附圖詳細描述本發明的實施例，使本領域技術人員更清楚本發明的上述及其它特征和優點，附圖中圖I為本發明閉環控制結構的示意圖。圖2為本發明信號檢測器的布置示意圖。圖3為用本發明的信號檢測器檢測到條狀紋理的編碼信號的示意圖。附圖標記10本發明的閉環控制結構101數據傳輸滑環102信號檢測器103伺服控制器104計算構件2數據發送器3數據接收器
4數據傳輸滑環的環形中心線5 電機6條狀紋理7編碼信號
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下舉實施例對本發明進一步詳細說明。以下以CT設備為例，具體說明本發明用于CT旋轉系統的閉環控制結構和方法。
圖I為本發明閉環控制結構的示意圖，其包括數據傳輸滑環101、電機5和伺服控制器103，數據傳輸滑環101表面上設置有復數個(如900個)條狀紋理(bar texture)，此外，閉環控制結構10還包括一種信號檢測器102和計算構件104。如圖2所示，為本發明信號檢測器的布置示意圖。在數據傳輸滑環101上布置有數據傳輸器和數據接收器，數據傳輸通過電容耦合來實現。圖3示意了位于數據傳輸滑環101表面的一部分條狀紋理6，這些條狀紋理6等間隔地布置在數據傳輸滑環101的表面，其在數據傳輸滑環101的環形中心線4兩側對稱布置。在這些條狀紋理中，有一個條狀紋理的寬度較其他條狀紋理寬很多(圖中未示出)，將這個條狀紋理用作零點識別條狀紋理，以據此確定檢測的起點。如圖I所示，首先CT設備預設一旋轉速度VI，伺服控制器103根據預設旋轉速度Vl來控制電機5，使電機5控制傳動皮帶以帶動CT旋轉系統進行旋轉。接著，位于CT設備一個靜止部件上的信號檢測器102來檢測位于數據傳輸滑環101上的條狀紋理6，以得到旋轉系統的實際旋轉速度V2。當信號檢測器102檢測到零點識別條狀紋理時，就確定了檢測的起點和球管的零點位置，之后順次檢測其他條狀紋理組件101的每一個條狀紋理時，以產生一個編碼信號，如方波信號或正弦波信號或本領域技術人員熟知的其他信號，圖3只示意了一種方波信號，直至信號檢測器102再次檢測到零點識別條狀紋理，這樣就得到旋轉系統旋轉一周(360度)的編碼信號7。然后，計算構件104根據編碼信號7來確定CT旋轉系統的實際旋轉速度V2和球管位置，并反饋給伺服控制器103。計算構件在對編碼信號7進行濾波處理后，可以根據濾波后相鄰兩個編碼信號的時間間隔來計算出CT系統的旋轉時間，如相鄰兩個方波信號的上升沿之間的時間間隔t0，進而得到實際旋轉速度V2和球管位置信息。最后，伺服控制器103比較計算構件104得到的實際旋轉速度V2和預設旋轉速度VI，以控制電機5。若計算出的旋轉速度高于CT系統的預設旋轉速度VI，則控制電機5以降低實際旋轉速度；若計算出的旋轉速度低于預設旋轉速度，則控制旋轉的球管到指定的位置。本發明球管位置的偏差范圍為分數角度(360度/900)，相比現有技術中精確度高很多。這樣就可以利用現有的數據傳輸滑環而不是光柵，即復用數據傳輸滑環，使其既作為一種標尺，也能進行數據傳輸，從而用較低的成本實現對電機的閉環控制。同時對旋轉速度的閉環控制誤差不超過I%。此外，本發明還提供一種用于CT旋轉系統的閉環控制方法，旋轉系統包括數據傳輸滑環I、電機5、伺服控制器103，其中數據傳輸滑環101表面上設置有復數個條狀紋理6，所述方法包括首先，將所述數據傳輸滑環101表面上的復數個條狀紋理6作為一種標尺。優選地，這些條狀紋理以等間隔布置方式在數據傳輸滑環表面。接著，用一種信號檢測器來檢測條狀紋理6，以得到一編碼信號7。所述信號檢測器置于CT設備的一個靜止部件上，以便能檢測條狀紋理的信息。然后，利用一種計算構件104來根據所述編碼信號來確定CT旋轉系統的實際旋轉速度和球管位置，并反饋給伺服控制器103 ；最后，根據實際旋轉速度和一預設旋轉速度來控制所述電機5，并根據實際球管位置來確定球管位置偏移。
本發明涉及醫療設備領域，特別是一種用于CT旋轉系統的閉環控制結構和方法。一種用于CT旋轉系統的閉環控制結構，其包括數據傳輸滑環、電機、伺服控制器和傳動皮帶，所述數據傳輸滑環表面上設置有復數個條狀紋理，所述閉環控制結構還包括一種信號檢測器，其用于檢測所述條狀紋理，以得到一編碼信號；所述伺服控制器用于根據所述編碼信號來確定CT旋轉系統的旋轉速度和球管位置，并根據所述旋轉速度和一預設旋轉速度來控制所述電機。以利用現有的數據傳輸滑環作為一種標尺，并采用信號檢測器來檢測這種標尺以得到編碼信號，相比現有技術中的專用編碼器，成本更低，精確度更高，而且球管位置的偏移更小。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于CT旋轉系統的閉環控制結構(10)，其包括數據傳輸滑環(101)、電機(5)、伺服控制器(103)，所述數據傳輸滑環(101)表面上設置有復數個條狀紋理￠)，其特征在于， 所述閉環控制結構(10)還包括一種信號檢測器(102)和一種計算構件104，其中 信號檢測器(102)用于檢測所述條狀紋理(6)，以得到一編碼信號(7)； 所述計算構件(104)用于根據所述編碼信號(7)來確定CT旋轉系統的實際旋轉速度和球管位置，并反饋給所述伺服控制器(103)； 所述伺服控制器(103)用于根據實際旋轉速度和一預設旋轉速度來控制所述電機(5)。
2.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述條狀紋理(6)等間隔布置在數據傳輸滑環(101)表面。
3.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述信號檢測器(102)位于CT的一個靜止部件上。
4.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述數據傳輸滑環上還包括一零點識別條狀紋理。
5.一種用于CT旋轉系統的閉環控制方法，其中所述CT旋轉系統包括數據傳輸滑環(I)、電機(5)、伺服控制器(103)，所述數據傳輸滑環(101)表面上設置有復數個條狀紋理(6)，其特征在于，所述方法包括 將所述數據傳輸滑環(101)表面上的復數個條狀紋理(6)作為一種標尺； 用一種信號檢測器(102)來檢測所述條狀紋理，以得到一編碼信號(7)； 利用一種計算構件(104)來根據所述編碼信號來確定CT旋轉系統的實際旋轉速度和球管位置，并反饋給伺服控制器(103)； 根據實際旋轉速度和一預設旋轉速度來控制所述電機(5)，并根據實際球管位置來確定球管位置偏移。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，以等間隔布置方式在數據傳輸滑環表面(101)布置復數個條狀紋理(6)。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，將所述信號檢測器(102)置于CT的一個靜止部件上。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述編碼信號為方波信號或正弦波信號。
9.根據權利要求5所述方法，其特征在于，根據相鄰兩個條狀紋理的編碼信號的上升沿之間的時間間隔來計算CT系統的旋轉時間，進而得到所述實際旋轉速度和球管所在位置。
10.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制包括 若所述旋轉速度高于預設旋轉速度，則控制所述電機以降低所述旋轉速度； 若所述旋轉速度低于預設旋轉速度，則控制旋轉的球管到指定的位置。
全文摘要
本發明涉及醫療設備領域，特別是一種用于CT旋轉系統的閉環控制結構和方法。一種用于CT旋轉系統的閉環控制結構，其包括數據傳輸滑環、電機、伺服控制器和傳動皮帶，所述數據傳輸滑環表面上設置有復數個條狀紋理，所述閉環控制結構還包括一種信號檢測器，其用于檢測所述條狀紋理，以得到一編碼信號；所述伺服控制器用于根據所述編碼信號來確定CT旋轉系統的旋轉速度，定球管位置，并根據所述旋轉速度和一預設旋轉速度來控制所述電機。以利用現有的數據傳輸滑環作為一種標尺，并采用信號檢測器來檢測這種標尺以得到編碼信號，相比現有技術中的專用編碼器，成本更低，精確度更高，而且球管位置的偏移更小。
文檔編號A61B6/03GK102755171SQ201110109829
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者楊容, 胡朝暉 申請人:上海西門子醫療器械有限公司