CN210249857U - 一种数字x射线摄影设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种数字X射线摄影设备，包括X射线发射器、探测器、带动X射线发射器和/或探测器运动的运动部件、动力输出端耦合到运动部件的直流电机、直流电机驱动电路和控制器。直流电机驱动电路包括双刀双掷开关，双刀双掷开关的两动端分别连接高电位点和接地点，两组不动端的第一级和第二级分别连接直流电机正极和负极。控制器用于控制双刀双掷开关的两动端分别在两组不动端的第一级和第二极之间切换，以使电流以不同的方向流过直流电机。本申请提供的数字X射线摄影设备，采用的直流电机驱动电路驱动直流电机正向或反向旋转，功率器件少，成本低廉，电路实现和软件控制简便。

Description

一种数字X射线摄影设备

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，特别地涉及一种数字X射线摄影设备。

背景技术

在数字X射线摄影设备中，机器部件需要做不同维度的运动，一般使用直流电机驱动，通过直流电机的正反转来控制机器部件做不同维度的运动。

直流电机驱动的电路方案一般采用H桥结构，即由四个开关组成H的四条垂直腿，而直流电机就是H中的横杠。要使电机运转，必需使对角线上的一对开关导通，通过不同的电流方向来控制电机正反转。

数字X射线摄影设备中的H桥电路结构功率器件较多、成本较高，而且电路实现和软件控制等有一定难度，对数字X射线摄影设备各部件的移动造成不便。

发明内容

本申请提供一种数字X射线摄影设备，能够解决传统数字X射线摄影设备中的H桥电路结构带来的功率器件较多、成本较高，而且电路实现和软件控制难度大的问题。

本申请提供一种数字X射线摄影设备，包括：X射线发射器，X射线发射器用于产生X射线；探测器，探测器用于接收透过人体的X线并转化为电信号；运动部件，运动部件用于带动X射线发射器和/或探测器运动；直流电机，直流电机的动力输出端耦合到运动部件，用于驱动运动部件运动；直流电机驱动电路，直流电机驱动电路的输入端接入直流电压，其输出端与直流电机电连接，用于驱动直流电机旋转；直流电机驱动电路包括双刀双掷开关，双刀双掷开关的两动端分别连接高电位点和接地点，双刀双掷开关的第一组不动端的第一级连接直流电机的正极，第一组不动端的第二极连接直流电机的负极；双刀双掷开关的第二组不动端的第一级连接直流电机的负极，第二组不动端的第二极连接直流电机的正极；控制器，控制器用于控制双刀双掷开关的两动端分别在两组不动端的第一级和第二极之间切换，以使电流以不同的方向流过直流电机。

本申请提供的数字X射线摄影设备，采用的直流电机驱动电路驱动直流电机正向或反向旋转，功率器件少，成本低廉，电路实现和软件控制简便。

附图说明

图1为数字X射线摄影设备的一种实施例的示意图；

图2为直流电机驱动电路的一种实施例的示意图；

图3为直流电机驱动电路的一种实施例的工作状态示意图；

图4为直流电机驱动电路的一种实施例的另一种工作状态示意图；

图5为保护电路的一种实施例的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

请参考图1，本实施例提供一种数字X射线摄影设备，包括：X射线发射器 100、探测器200、运动部件300、直流电机400、直流电机驱动电路500和控制器600。X射线发射器100用于产生X射线，X射线穿透待测人员后，被探测器 200接收，探测器200将接收到的透过人体的X射线信号转化为电信号并传导至控制器600，控制器600对接收到的电信号进行处理得到X射线摄影图像。控制器600还用于控制直流电机驱动电路500改变电流方向，从而控制直流电机400 正向或反向旋转。运动部件300与X射线发射器100和/或探测器200连接，用于带动X射线发射器100和/或探测器200运动，直流电机400的动力输出端耦合到运动部件300，用于驱动运动部件300运动。图1仅示出了运动部件300与 X射线发射器100上部耦接以带动X射线发射器100相对于上墙体运动，包括X 射线发射器100相对于墙面平行的运动，也包括相对于墙面垂直的运动以及其他方向上的运动。在其他实施例中，运动部件300还可以与X射线发射器100的其他部分耦合，以驱动X射线发射器100沿各个方向的运动或者X射线发射器 100某一部分相对于另一部分的运动；另一些实施例中，运动部件300也可以与探测器200的不同部分连接，以带动探测器200进行各个方向的运动或者探测器 200某一部分相对于另一部分的运动。还有的实施例中，运动部件可以带动X射线发射器和探测器运动整体运动，即在移动数字X射线摄影设备中，运动部件可以用于带动整个移动数字X射线摄影设备运动。根据不同的检测要求，数字 X射线摄影设备可以配置一个或多个运动部件300，多个运动部件300可以分别配置于X射线发射器100和/或探测器200的不同部位，以带动X射线发射器 100或探测器200在上下、左右、前后等三维空间内各个方向进行运动。进一步地，一个运动部件中可以耦合有一个或多个直流电机，以实现X射线发射器100 或探测器200在不同方向的运动。

请参考图1和图2，直流电机驱动电路500的输入端接入直流电压DIR，其输出端与直流电机400电连接，用于驱动直流电机400旋转。直流电机驱动电路 500包括双刀双掷开关K1，双刀双掷开关K1的两动端分别连接高电位点和接地点，双刀双掷开关K1的第一组不动端的第一级连接直流电机400的正极，第一组不动端的第二极连接所述直流电机400的负极；双刀双掷开关K1的第二组不动端的第一级连接直流电机的负极，第二组不动端的第二极连接直流电机的正极。图2所示的实施例中，直流电机驱动电路500两端接入直流电压V_DC，双刀双掷开关K1的动端1连接高电位点，双刀双掷开关K1的动端2连接接地点，双刀双掷开关K1的第一组不动端4连接直流电机400的正极，双刀双掷K1的第一组不动端3连接直流电机400的负极；双刀双掷开关K1的第二组不动端5 连接直流电机400的正极，双刀双掷开关K1的第二组不动端6连接直流电机400 的负极。

请继续参考图1和图2，控制器600用于控制双刀双掷开关K1的两动端分别在两组不动端的第一级和第二极之间切换，以使电流以不同的方向流过直流电机400。请参考图3，具体的，双刀双掷开关K1的动端1连接高电位点，双刀双掷开关K1的动端2连接接地点，在控制器600的控制下，双刀双掷开关 K1的动端1接通第一组不动端4，双刀双掷开关K1的动端2接通第二组不动端 6，电流从动端1经由第一组不动端4流向直流电机400的正极，从直流电机400 的正极流入负极流出，经由第二组不动端6流过动端2从而流入接地点形成回路，直流电机400在自其正极流向其负极的电流作用下正向转动。请参考图4，双刀双掷开关K1的动端1连接高电位点，双刀双掷开关K1的动端2连接接地点，在控制器600的控制下，双刀双掷开关K1的动端1连接第一组不动端3，双刀双掷开关K1的动端2连接第二组不动端5，电流从动端1经由第一组不动端3流向直流电机400的负极，从直流电机400的负极流入正极流出，经由第二组不动端5流过动端2从而流入接地点形成回路，直流电机400在自其负极流向其正极的电流作用下反向转动。

双刀双掷开关K1与其他元件的连接关系不限于图2至图4所示，也可以为其他连接方式，使得通过双刀双掷开关K1的两动端分别在两组不动端的第一级和第二级间切换，以改变电流流过直流电机400方向，例如，双刀双掷开关K1 的动端2连接高电位点，动端1连接接地点，第一组不动端4连接直流电机400 的负极，第一组不动端3连接直流电机400的正极；第二组不动端5连接直流电机400的正极，第二组不动端6连接直流电机400的负极。当双刀双掷开关K1 的动端1连接第一组不动端4，动端2连接第二组不动端5时，电流从直流电机400的正极流向负极，直流电机400正向转动；当双刀双掷开关K1的动端1连接第一组不动端3，动端2连接第二组不动端6时，电流从直流电机400的负极流向正极，直流电机400反向转动。

请参考图2，一种实施例中，双刀双掷开关K1为双刀双掷继电器，双刀双掷继电器的控制端与控制器600连接，控制器600控制双刀双掷继电器的切换。控制器600可以通过控制双刀双掷继电器控制端输入电压的方向，控制双刀双掷继电器磁感线圈的磁性方向，推动动端的运动，以改变动端和不动端的连接关系。控制器600可以控制双刀双掷继电器的动端分别连接不同的不动端，以改变直流电机的电流流向；或者控制动端不连接不动端，以切断直流电机驱动电路的电流回路。

本实施例中数字X射线摄影设备中采用的直流电机驱动电路驱动直流电机正向或反向旋转，相比于传统的X射线摄影设备中采用H桥结构驱动直流电机旋转的方式，功率器件少，成本低廉，电路实现和软件控制简便。

请参考图2，一种实施例中，直流电机驱动电路500还包括功率开关管Q1，所述功率开关管与直流电机400串联在高电位点和接地点之间，功率开关管Q1 的控制极输入脉冲宽度调制信号(PWM信号)，通过PWM信号可以控制功率开关管Q1瞬时的通断，PWM信号的占空比可调，通过调节PWM信号的占空比可以实现对直流电机400的无级调速。功率开关管Q1可以是金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等，例如，MOSFET与直流电机400串联在高电位点和接地点之间，在如图2所示的实施例中， MOSFET的漏极与双刀双掷开关K1的动端2连接，通过动端2与不动端5或不动端6连接，从而连接到直流电机400，MOSFET的源极接地，其栅极(即控制极)输入PWM信号，MOSFET的栅极在PWM信号的控制下，其漏极和源极瞬间导通或断开，使直流电机400的回路瞬间接通或断开。

直流电机400等效于一个电感线圈，基于电感的物理特性，经过直流电机 400的电流和其两端的电压不会产生突变，直流电机400会自动进行斩波，直流电机400两端等效于施加有与PWM信号占空比成正比的直流电压，当调节PWM 的占空比时，直流电机400两端的平均电压随之变化。具体的，当PWM具有 X％占空比时，直流电机两端的平均电压即为V_DC*X％，由于PWM占空比为数字量，理论上可以无限细分，因此对应直流电机400的电压也可以实现无级调节。对于直流电机，施加在其两端的直流电压不同，会导致其转速的差异，电压越高转速越快，反之，电压越低转速越慢，通过对直流电机400两端的电压的无级调节，实现对于直流电机400的无级调速，直流电机400的无级调速使得也可以对运动部件300的运动速度进行无级调节，X射线发射器100和/或探测器200 可以在运动部件300的带动下实现平稳变速以达到合适的运动速度，从而将X 射线发射器100和/或探测器200调节至最适宜的检测位置。

请继续参考图2，一种实施例中，直流电机驱动电路500还包括第一电阻 R1和保护电路510，第一电阻R1与直流电机400串联在高电位点和接地点之间，保护电路510用于采集第一电阻R1两端的电压，并输出到控制器600。第一电阻R1与直流电机400串联可以是直接与直流电机400连接的串联；也可以是间接与直流电机400连接的串联，例如第一电阻R1一端与功率开关管Q1连接，另一端与接地点连接，即间接与直流电机400连接的串联。根据对于X射线发射器100和/或探测器200的移动要求，在控制器600中设定一定的电压阈值，当控制器600检测到输入的电压值高于预设的阈值时，输出保护控制信号，以切断直流电机驱动电路500的电流回路或中断直流电机驱动电路500的供电。第一电阻R1和保护电路510在直流驱动电路500中起到了过流保护的作用，当通过直流电机400的电流增大时，通过第一电阻R1的电流随之增大，由于U＝IR，第一电阻R1两端的电压相应增大，控制器600接收到的由保护电路510采集到的第一电阻R1两端的电压随之增大。当控制器600接收到的第一电阻R1两端的电压高于阈值时，说明通过直流电机400的电流过大，存在烧毁电机和其他电器元件的风险，控制器600通过输出保护控制信号切断直流电机驱动电路的电流回路或中断直流电机驱动电路的供电，以防止通过直流电机驱动电路的电流过大，起到保护整个电路的作用。一种实施例中，控制器600输出保护控制信号至双刀双掷开关K1，双刀双掷开关K1接收保护控制信号后其动端和不动端脱离连接，使得直流电机驱动电路断开。另一种实施例中，控制器600与PWM信号的信号源连接，当PWM信号的信号源接收到控制器600输出的保护控制信号时，终止发送PWM信号，从而功率开关管Q1关断，切断直流电机驱动电路的电流回路。还有的实施例中，还包括电源模块，控制器600与电源模块连接，电源模块在接收到控制器600输出的保护控制信号时，中断供电，起到了在直流电机驱动电路中电流过大的情况下，保护电路和电器元件的作用。不限于以上实施例，还包括其他通过控制器600输出保护控制信号，实现切断直流电机驱动电路的电流回路或中断直流电机驱动电路的供电的实施方式。

请参考图5，一种实施例中，保护电路510包括放大电路A1和模数转换器 ADC，保护电路510连接到第一电阻R1和功率开关管Q1之间的连接节点，用于采集第一电阻R1的分压并进行放大；模数转换器ADC的输入端与放大电路 A1连接，输出端与控制器连接，用于将放大电路输出的电压模拟信号转化为数字信号，并传输给控制器。放大电路510能够放大第一电阻R1两端的微小电压，以便于采集和模数转化，提升保护电路510进行过流保护的精确度。进一步地，放大电路A1和模数转换器ADC之间还可以包括跟随电路，以匹配放大电路A1和模数转换器ADC的阻抗。

一种实施例中，PWM信号的频率大于等于5kHz且小于等于50kHz，以使得直流电机驱动电路达到正常工作和无级变速的设计要求。若频率过低，直流驱动电机400的斩波效果不理想，电机会出现低频振动，电机电枢上的纹波噪声很大，可能出现卡滞和停顿感；若频率过高，会增加功率开关管的损耗。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (7)

1.一种数字X射线摄影设备，其特征在于，包括：

X射线发射器，所述X射线发射器用于产生X射线；

探测器，所述探测器用于接收透过人体的X线并转化为电信号；

运动部件，所述运动部件用于带动所述X射线发射器和/或探测器运动；

直流电机，所述直流电机的动力输出端耦合到运动部件，用于驱动所述运动部件运动；

直流电机驱动电路，所述直流电机驱动电路的输入端接入直流电压，其输出端与直流电机电连接，用于驱动直流电机旋转；所述直流电机驱动电路包括双刀双掷开关，所述双刀双掷开关的两动端分别连接高电位点和接地点，所述双刀双掷开关的第一组不动端的第一级连接所述直流电机的正极，第一组不动端的第二极连接所述直流电机的负极；所述双刀双掷开关的第二组不动端的第一级连接所述直流电机的负极，第二组不动端的第二极连接所述直流电机的正极；

控制器，所述控制器用于控制双刀双掷开关的两动端分别在两组不动端的第一级和第二极之间切换，以使电流以不同的方向流过直流电机。

2.如权利要求1所述的数字X射线摄影设备，其特征在于，所述直流电机驱动电路还包括功率开关管，所述功率开关管与所述直流电机串联在高电位点和接地点之间，所述功率开关管的控制极输入PWM信号，以控制所述功率开关管瞬时的通断，所述PWM信号的占空比可调。

3.如权利要求1所述的数字X射线摄影设备，其特征在于，所述直流电机驱动电路还包括第一电阻和保护电路，所述第一电阻与直流电机串联在高电位点和接地点之间；所述保护电路采集第一电阻两端的电压，并输出到控制器，所述控制器用于当第一电阻两端的电压高于预设阈值时输出保护控制信号，以切断直流电机驱动电路的电流回路或中断直流电机驱动电路的供电。

4.如权利要求3所述的数字X射线摄影设备，其特征在于，所述保护电路包括放大电路和模数转换器；

所述放大电路与所述第一电阻并联，用于采集第一电阻两端的电压并进行放大；

所述模数转换器的输入端与所述放大电路连接，输出端与控制器连接，用于将放大电路输出的电压进行模数转换，并传输给控制器。

5.如权利要求3所述的数字X射线摄影设备，其特征在于，所述保护控制信号用于控制PWM信号中断。

6.如权利要求2所述的数字X射线摄影设备，其特征在于，所述PWM信号的频率大于等于5kHz且小于等于50kHz。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的数字X射线摄影设备，其特征在于，所述双刀双掷开关为双刀双掷继电器；所述双刀双掷继电器的控制端与所述控制器连接，所述控制器控制所述双刀双掷继电器的切换。

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