CN110420034B - 探头内步进电机的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探头内步进电机的控制方法和装置，所述方法包括：位于探头的中间位置的光电开关输出步进电机的位置信号MP1；覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP2；若所述MP1为低电平，判定所述步进电机位于所述探头的中间位置，否则，根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。本发明的方案，能够确保不管探头上电后电机处于何种状态，或者不论上次扫查是否是精准的停留在探头的中间位置，都能很快地检测到当前电机的位置，并且根据此位置来找到探头的中间位置，进而通过记步来完成用户下发的扫查指令，提高扫查结果的精准性。

Description

探头内步进电机的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及超声诊断技术领域，尤其涉及一种探头内步进电机的控制方法和装置。

背景技术

随着超声技术的发展，四维扫查已经成为了不可或缺的一种扫查方式。在普通的超声探头中，收发晶元是固定在探头前端的，而在四维超声探头(后续简称4D探头)中，内置一个可以左右运动的电机，收发晶元设置在电机的顶端并可以随着电机的运动而运动，这样，每一次的电机从一端运动到另一端的扫查过程，都能得到一幅三维超声扫查图，如果是连续的扫查，那么就能得到一段连续的三维图像，算上时间维度，就是超声的四维扫查。

图1所示是4D探头的立体示意图。如图所示，探头内置一个可以左右运动的电机，在电机的顶端是超声的收发晶元，这些晶元阵列在电机的带动下完成三维或四维的扫查。

图2所示的是现有技术的四维扫查中电机的运动方式。在理想设定中，四维扫查开始之前，电机停在探头的中间位置，然后***根据用户设定的扫查角度，计算出步进电机运动的步数。假定此时用户设定的电机先向左开始，扫查角度为30°，假设对应的，步进电机运动1000步完成30°的扫查角，那么从中间位置开始记步，完成1000步之后，电机反向，并且电机控制模块给用户命令模块反馈一个电机到边信号，告知上层此时电机开始反向扫查。反向后，同样的，当电机运动到右边的设定位置时，再次反向并发送出反馈信号，循环往复，直到扫查结束。在扫查结束后，用户命令模块需要发送电机复位命令使电机控制模块保证电机最后停回中间位置，为下一次扫查做准备。此时，电机复位是指通过之前电机的运动方向和运动步数，推导出电机的当前位置，并根据电机当前的位置信息，控制电机运动到探头的中间位置。

上述方案的成立都是建立在每次扫查都正常退出的情况下，每次电机都是从中间位置开始运动，并且最后停在中间位置。如果是在扫查中直接拔出探头甚至整机断电的情况下，那么探头内的电机由于硬断电不能回到中间位置，并且一直停留在断电时刻的位置。这样导致下一次探头上电后，以断电时刻的位置为中间位置开始扫描，从而导致扫描的目标位置发生偏移。

另外，理想情况下的正常退出机制应该是能够保证电机回到中间位置，但实际上由于长期运行后步进电机的位移可能出现偏差，或者探头本身校对不准，就算正常执行退出程序，也可能没有停在理想探头的中间位置。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种探头内步进电机的控制方法和装置。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供了一种探头内步进电机的控制方法，所述方法包括：

位于探头的中间位置的光电开关输出步进电机的位置信号MP1；

覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP2；

若所述MP1为低电平，判定所述步进电机位于所述探头的中间位置，否则，根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述“根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置移动一步”具体包括：

若所述MP2为低电平，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述探头的第一侧移动一步。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法还包括：

检测到用户发出的扫查指令，执行探头扫查初始化操作；

在判定所述步进电机位于探头的中间位置后，执行用户下发的扫查指令。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供了一种探头内步进电机的控制方法，所述方法包括：

覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP3；

若检测到所述MP3发生电平跳变，根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置；

若没有检测到所述MP3发生电平跳变，根据所述MP3，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述探头的第一侧包括所述探头的中间位置，所述“根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置”具体包括：

若所述MP3发生由高到低的电平跳变，判定所述步进电机位于所述中间位置；

若所述MP3发生由低到高的电平跳变，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，然后判定所述步进电机位于所述中间位置。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述探头的第一侧不包括所述探头的中间位置，所述“根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置”具体包括：

若所述MP3发生由低到高的电平跳变，判定所述步进电机位于所述中间位置；

若所述MP3发生由高到低的电平跳变，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，然后判定所述步进电机位于所述中间位置。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述“根据所述MP3，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步”具体包括：

若所述MP3为低电平，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述第一侧移动一步。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供了一种探头内步进电机的控制装置，所述控制装置包括：

检测模块，用于检测所述步进电机的位置，包括位于所述探头的中间位置且输出所述步进电机的位置信号MP1的光电开关，和覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关，所述复数对光电开关通过与门连接，输出步进电机的位置信号MP2；

控制模块，用于在所述MP1为低电平时，判定所述步进电机位于所述探头的中间位置，否则，根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述控制模块还用于：

在所述MP2为低电平时，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述探头的第一侧移动一步。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述检测模块还用于检测用户是否发出扫查指令；

所述控制模块还用于在所述检测模块检测到用户发出的扫查指令时，控制探头执行扫查初始化操作；以及在判定步进电机位于探头的中间位置后，控制探头执行用户发出的扫查指令。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供了一种探头内步进电机的控制装置，所述装置包括：

检测模块，用于检测所述步进电机的位置，包括覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关，所述复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP3；以及检测所述MP3是否发生电平跳变；

控制模块，在所述MP3发生电平跳变时，根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置；以及在所述MP3发生电平跳变，根据所述MP3，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述控制模块还用于：

在所述MP3为低电平时，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述第一侧移动一步。

本发明的优点：

本发明的探头内部件电机的控制方法和装置，能够确保不管探头上电后电机处于何种状态，或者不论上次扫查是否是精准的停留在探头的中间位置，都能很快地检测到当前电机的位置，并且根据此位置来找到探头的中间位置，进而通过记步来完成用户下发的扫查指令，提高扫查结果的精准性。

附图说明

图1是现有技术中4D探头的立体示意图。

图2是现有技术中4D探头在扫查过程中电机运动的示意图。

图3是本发明的一实施方式的4D探头的立体示意图。

图4是图3的右视图。

图5是对射式光电开关的工作原理图。

图6是本发明的第一实施方式中探头内步进电机的控制方法的流程示意图。

图7是本发明的第二实施方式中探头内步进电机的控制方法的流程示意图。

图8是本发明的一实施方式中探头内步进电机的控制装置的功能模块图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图图1至图8和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。其中：10、探头；11、电机；12、收发晶元；13、光电开关；131、光电开关发射端；132、光电开关接收端；14、探头的中间位置；15、电机的扫查角度；16、探头的前侧；17、探头的后侧；20、检测模块；30、控制模块。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

如图3和图4所示，在本发明的一实施方式中，4D探头10包括内置的可左右运动的步进电机11，所述收发晶元12(或称为换能器)设置在电机11的顶端，且能够随电机11的运动而运动。以探头的中间位置14为界限，探头分为第一侧和第二侧，在探头的第一侧(例如可以是如图3中的右侧，也可以是左侧)覆盖有复数对光电开关，通过所述光电开关输出的电平信号，能够判断电机的位置。

需要说明的是，覆盖有探头的第一侧可以包括探头的中间位置14，也可以不包括。所述“光电开关覆盖探头的第一侧”是指，只要步进电机位于第一侧，就肯定有一对光电开关能够检测到，也就是说，相邻两对光电开关的间隔应小于所述电机的厚度。

所述光电开关为对射式光电开关，其工作原理如图5所示，一组完整的对射式光电开关由一个发射器和一个接收器组成。常态下，接收器可以接收到由发射器发出的光波射线，然后接收器内的光电转化装置会送出电信号(一般为高电平)。如果有被检测物(比如步进电机)被置于发射器和接收器之间，光路被阻挡，那么接收器内的电信号就会变化(高电平跳变成低电平)。

需要说明的是，所述光电开关在检测电机位置时，可通过光电开关输出的电平信号(高电平还是低电平)来判断。在探头的中间位置设置一对光电开关，此光电开关输出电机位置信号MP1(电机位于探头中间位置时，MP1为低电平)，同时以探头的中间位置为界限，在探头的一侧的前后设置复数对光电开关，此时相邻两对光电开关的间隔应小于所述电机的厚度，并且这些光电开关输出端用与门连接整体输出电机位置信号MP2，这样只要电机位于设置有光电开关的这一侧，电机就能被一对光电开关检测到，此光电开关输出低电平，从而MP2为低电平。而当电机位于另外一侧时，所有光电开关输出高电平，从而MP2为高电平。

另外，所述光电开关在检测电机位置时，也可以通过光电开关书出的高低电平信号结合电平跳变信号来判断。如前所述，以探头的中间位置为界限，在探头的第一侧的前后设置复数对光电开关，这些光电开关输出端用与门连接，整体输出电机位置信号MP3。在电机左右运动过程中，MP3会发生跳变。

如图6所示，在本发明的第一实施方式中，探头内步进电机的控制方法包括：

位于探头的中间位置的光电开关输出步进电机的位置信号MP1；

覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP2；

若所述MP1为低电平，判定所述步进电机位于所述探头的中间位置，否则，根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

在本实施方式中，通过光电开关输出的两个电平信号MP1和MP2，来检测步进电机的位置，并控制步进电机移动至探头的中间位置，从而能够确保不管探头上电后电机处哪个位置，或者不论上次扫查结束后是否是精准的停留在探头的中间位置，步进电机都能回到探头的中间位置，进而通过记步来完成用户下发的扫查指令，提高扫查结果的精准性。

需要说明的是，在本实施方式中，探头的第一侧不包括探头的中间位置。探头的中间位置的前后设置有一对光电开关，用于输出MP1，当MP1为低电平时，表示步进电机位于探头的中间位置。覆盖在探头的第一侧的复数对光电开关的输出端通过与门连接，整体输出MP2。当步进电机位于第一侧时，肯定有一对光电开关检测到步进电机，从而输出低电平。由于位于第一侧的所有光电开关通过与门连接，因此MP2为低电平。反之，当步进电机位于第二侧时，位于第一侧的所有光电开关都输出高电平，从而MP2为高电平。

进一步的，所述“根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置移动一步”具体包括：

若所述MP2为低电平，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述探头的第一侧移动一步。

进一步的，在每次用户下发扫查指令后，先执行探头扫查初始化操作，然后控制步进电机移动到探头的中间位置，最后执行用户下发的扫查指令。这样能够保证每次执行用户的扫查指令前，步进电机都是位于探头的中间位置。

如图7所示，在本发明的第二实施方式中，探头内步进电机的控制方法包括：

覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP3；

若检测到所述MP3发生电平跳变，根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置；

若没有检测到所述MP3发生电平跳变，根据所述MP3，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

在本实施方式中，通过光电开关输出的电平信号MP3及其电平跳变情况，来检测步进电机的位置，并控制步进电机移动至探头的中间位置，从而能够确保不管探头上电后电机处哪个位置，或者不论上次扫查结束后是否是精准的停留在探头的中间位置，步进电机都能回到探头的中间位置，进而通过记步来完成用户下发的扫查指令，提高扫查结果的精准性。

与第一实施方式不同的是，在本实施方式中，所述探头的第一侧可以包括探头的中间位置，也可以不包括。

在一实施方式中，所述探头的第一侧包括所述探头的中间位置，所述“根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置”具体包括：

若所述MP3发生由高到低的电平跳变，判定所述步进电机位于所述中间位置；

若所述MP3发生由低到高的电平跳变，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，然后判定所述步进电机位于所述中间位置；

在一实施方式中，所述探头的第一侧不包括所述探头的中间位置，所述“根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置”具体包括：

若所述MP3发生由低到高的电平跳变，判定所述步进电机位于所述中间位置；

若所述MP3发生由高到低的电平跳变，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，然后判定所述步进电机位于所述中间位置。

进一步的，所述“根据所述MP3，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步”具体包括：

若所述MP3为低电平，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述第一侧移动一步。

进一步的，在每次用户下发扫查指令后，先执行探头扫查初始化操作，然后控制步进电机移动到探头的中间位置，最后执行用户下发的扫查指令。这样能够保证每次执行用户的扫查指令前，步进电机都是位于探头的中间位置。

如图8所示，在本发明一实施方式中，所述探头内步进电机的控制装置可适用于上述第一实施方式至第二实施方式。

本申请为了描述清晰简洁，仅采用了一幅附图，所述装置包括检测模块20、控制模块30。

其中，当所述装置对应于上述第一实施方式中探头内步进电机的控制装置时，所述装置包括：

检测模块20，用于检测所述步进电机的位置，包括位于所述探头的中间位置且输出所述步进电机的位置信号MP1的光电开关，和覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关，所述复数对光电开关通过与门连接，输出步进电机的位置信号MP2；

控制模块30，用于在所述MP1为低电平时，判定所述步进电机位于所述探头的中间位置，否则，根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

在本实施方式中，检测模块20通过光电开关输出的两个电平信号MP1和MP2，来检测步进电机的位置，并通过控制模块30控制步进电机移动至探头的中间位置，从而能够确保不管探头上电后电机处哪个位置，或者不论上次扫查结束后是否是精准的停留在探头的中间位置，步进电机都能回到探头的中间位置，进而通过记步来完成用户下发的扫查指令，提高扫查结果的精准性。

需要说明的是，在本实施方式中，探头的第一侧不包括探头的中间位置。探头的中间位置的前后设置有一对光电开关，用于输出MP1，当MP1为低电平时，表示步进电机位于探头的中间位置。覆盖在探头的第一侧的复数对光电开关的输出端通过与门连接，整体输出MP2。当步进电机位于第一侧时，肯定有一对光电开关检测到步进电机，从而输出低电平。由于位于第一侧的所有光电开关通过与门连接，因此MP2为低电平。反之，当步进电机位于第二侧时，位于第一侧的所有光电开关都输出高电平，从而MP2为高电平。

进一步的，所述控制模块还用于：

在所述MP2为低电平时，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述探头的第一侧移动一步。

进一步的，所述检测模块还用于检测用户是否发出扫查指令；所述控制模块还用于在所述检测模块检测到用户发出的扫查指令时，控制探头执行扫查初始化操作；以及在判定步进电机位于探头的中间位置后，控制探头执行用户发出的扫查指令。

当所述装置对应于上述第二实施方式中探头内步进电机的控制装置时，所述装置包括：

检测模块20，用于检测所述步进电机的位置，包括覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关，所述复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP3；以及检测所述MP3是否发生电平跳变；

控制模块30，在所述MP3发生电平跳变时，根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置；以及在所述MP3发生电平跳变，根据所述MP3，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

在本实施方式中，检测模块20通过光电开关输出的电平信号MP3及其电平跳变情况，来检测步进电机的位置，并通过控制模块30控制步进电机移动至探头的中间位置，从而能够确保不管探头上电后电机处哪个位置，或者不论上次扫查结束后是否是精准的停留在探头的中间位置，步进电机都能回到探头的中间位置，进而通过记步来完成用户下发的扫查指令，提高扫查结果的精准性。

与第一实施方式不同的是，在本实施方式中，所述探头的第一侧可以包括探头的中间位置，也可以不包括。

在一实施方式中，所述探头的第一侧包括探头的中间位置，所述控制模块还用于：

在所述MP3发生由高到低的电平跳变时，判定所述步进电机位于所述中间位置；

在所述MP3发生由低到高的电平跳变时，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，然后判定所述步进电机位于所述中间位置。

在一实施方式中，所述探头的第一侧不包括所述探头的中间位置，所述控制模块还用于：

在所述MP3发生由低到高的电平跳变时，判定所述步进电机位于所述中间位置；

在所述MP3发生由高到低的电平跳变时，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，然后判定所述步进电机位于所述中间位置。

进一步的，所述控制模块还用于：

在所述MP3为低电平时，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述第一侧移动一步。

进一步的，所述检测模块还用于检测用户是否发出扫查指令；所述控制模块还用于在所述检测模块检测到用户发出的扫查指令时，控制探头执行扫查初始化操作；以及在判定步进电机位于探头的中间位置后，控制探头执行用户发出的扫查指令。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种探头内步进电机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

位于探头的中间位置的光电开关输出步进电机的位置信号MP1；

覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP2，其中，所述探头的第一侧不包含所述探头的中间位置；

若所述MP1为低电平，判定所述步进电机位于所述探头的中间位置，否则，根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步；

覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP3；

若检测到所述MP3发生电平跳变，根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置；

若没有检测到所述MP3发生电平跳变，根据所述MP3，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

2.如权利要求1所述的探头内步进电机的控制方法，其特征在于，所述“根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置移动一步”具体包括：

若所述MP2为低电平，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述探头的第一侧移动一步。

3.如权利要求1所述的探头内步进电机的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测到用户发出的扫查指令，执行探头扫查初始化操作；

在判定所述步进电机位于探头的中间位置后，执行用户下发的扫查指令。

4.如权利要求1所述的探头内步进电机的控制方法，其特征在于，所述探头的第一侧不包括所述探头的中间位置，所述“根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置”具体包括：

若所述MP3发生由低到高的电平跳变，判定所述步进电机位于所述中间位置；

若所述MP3发生由高到低的电平跳变，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，然后判定所述步进电机位于所述中间位置。

5.一种探头内步进电机的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

检测模块，用于检测所述步进电机的位置，包括位于所述探头的中间位置且输出所述步进电机的位置信号MP1的光电开关，和覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关，所述复数对光电开关通过与门连接，输出步进电机的位置信号MP2，其中，所述探头的第一侧不包含所述探头的中间位置；

还用于检测所述步进电机的位置，包括覆盖所述探头的第一侧的复数对光电开关，所述复数对光电开关通过与门连接，输出所述步进电机的位置信号MP3；以及检测所述MP3是否发生电平跳变；

控制模块，用于在所述MP1为低电平时，判定所述步进电机位于所述探头的中间位置，否则，根据所述MP2，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步；

还用于在所述MP3发生电平跳变时，根据所述电平跳变，判断所述步进电机是否位于所述探头的中间位置，若否，控制所述步进电机移动至所述中间位置；以及在所述MP3发生电平跳变，根据所述MP3，控制所述步进电机向所述中间位置的方向移动一步。

6.如权利要求5所述的探头内步进电机的控制装置，其特征在于，所述控制模块还用于：

在所述MP2为低电平时，控制所述步进电机向所述探头的第二侧移动一步，反之，控制所述步进电机向所述探头的第一侧移动一步。

7.如权利要求5所述的探头内步进电机的控制装置，其特征在于：

所述检测模块还用于检测用户是否发出扫查指令；

所述控制模块还用于在所述检测模块检测到用户发出的扫查指令时，控制探头执行扫查初始化操作；以及在判定步进电机位于探头的中间位置后，控制探头执行用户发出的扫查指令。

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