CN101010038A - X光机的接近传感器 - Google Patents

Abstract

一种在相对于医疗成像系统摆臂的目标和位置检测和/或位置控制中使用的容性接近传感器。传感器在盖(18)内包括发射极(10)和检测极(9)，这两个电极均通过在盖(18)内表面上喷雾或以别的方式涂覆或喷涂导电材料层形成。载板(30)安装在盖(18)内并距离那里一段距离，在载板上相对于检测极(9)设置有源保护电极(13)和相对于发射极(10)设置接地屏蔽件(15)。因为在检测极(9)和盖(18)之间实际上没有间隙，所以传感器对温度和/或湿度环境变化所造成的材料变化的影响较不敏感。

Description

X光机的接近传感器

本发明一般涉及容性接近传感器，其用于诸如防止机械化摆臂与附近物体或者人员碰撞。

参考附图的图1和2，典型的X射线系统包括被机器手支撑在邻近患者台架的摆臂(C形弧或G形弧)。提供包容在摆臂1中的X射线管4和X射线检测器5，布置和设置X射线检测器5来接收经过患者7的X射线6和产生代表X射线强度分布的电信号。

通过移动摆臂1，X射线管4和检测器5可相对于患者7放置在任何想要的位置和方向。摆臂1的移动由一个或多个发动机(未表示)驱动，并且为保护患者、操作员和/或其它物体不与摆臂碰撞，把接近传感器放在摆臂1弧上的重要位置A、B、C和D。

在此应用中通常使用的接近传感器是容性接近传感器，其能够检测任何相对地有电容和/或可静态充电的物体或人员。容性接近传感器把传感器的面板或表面用作一个电容器极板，把导电或绝缘目标物体的表面用作另一个电容器极板。这样的设置中电容随电容器极板之间的距离反向变化，并且可设置某值来触发目标检测。检测原理以对电场剖面中变化的测量为基础。因此，如果传感器检测物体，则输出电压变化。如果输出电压降到某水平下，则采用控制系统来控制摆臂驱动电机的速度以降低电机速度，并最终使其停止以避免碰撞。这样的控制系统例如由美国专利申请No.US2004/0017210A1可知，并在其中描述。

参照附图的图3，更详细地，已知的容性接近传感器设置包括100kHz正弦振荡器8，其经过发射极10电容耦合到检测或“接收器”电极9，并产生从发射极10传送到接收器9的电场(以电力线11表示)。接收器9连接到具备高输入阻抗(“接近于无穷大”)和低输出阻抗的放大器12。放大器12的增益近似为整体。接收极9连接到放大器12的输出端，而放大器12的输出端用于驱动保护电极13。因而，保护电极13由等于强加到接收极9上的信号但与之电隔离的信号驱动，并且保护电极13和地之间的电容抵消了接收极9和地之间的电容，从而增强传感器的灵敏度。保护电极13屏蔽接收器9没有面对电势屏障的所有部分，这种保护方法成为“有源保护”，通过把1x放大器的输出端连接到保护电极13，接收电极9“看到”其自身在保护电极13方向上的电势，因此围绕该区域的空间没有电势也没有电场产生。接地屏蔽罩15相对于发射极10没有面对电势屏障14的侧面提供。放大器12的输出馈送到信号调整装置16，信号调整装置16的输出17馈送到处理系统(未示出)。

当传感器附近没有接地物体14时，耦合在发射极和接收极9、10之间的总电容将“着陆”在接收极9上，并且其电势将升到最大值。修正实测电势并将其作为缓冲直流电压传送到处理系统。当接地物体14靠近电极构件时，出现在接收极9上的一部分电势离开地，从而造成检测电势下降，并且当接地物体4进入测量体积时造成直流输出电压的相应下降。为确定电势屏障传播精确的位置、方位和方向，在摆臂保护盖18内的关键位置A、B、C和D安装几个传感器。因此，保护电极13、发射电极10、接收电极9和接地屏蔽罩15组合在单个印刷电路板上，印刷电路板然后粘在盖18内。

因此，参照附图的图4a和4b，接收电极9和发射极10通常设置在载板30面对传感器盖18的一侧，而相应的有源保护电极13和接地屏蔽罩15通常设置在载板30的另一侧。这样配置的载板30然后安装在传感器盖18后面的摆臂中，从而在接收电极9和传感器盖18之间存在间隙32。使用中，设置确定图4a中所示的敏感目标检测区域34。

然而，该结构使得传感器对非常小的局部变化特别敏感，例如周围环境中温度和湿度造成的传感器和盖之间距离非常小的变化。因为系统不能把该效果与目标检测或故障传感器的确认区别开，所以可以使得系统不必要的慢下来，在实际系统中每秒至少从25°到8°，或者甚至到0°，而且常常出现的重复啸叫表示传感器不能用。根据具体的环境，认为在X射线成像领域，如果能够阻止系统以这种方式不必要的减慢则每天可以治疗至少一个额外的患者。

因此本发明的一个目的在于提供接近传感器，其具备在周围和环境条件改变时提高的稳定性。

根据本发明，提供接近传感器，其在盖内包括发射极、检测极、以及产生从所述发射极到所述检测极电场的装置，传感器还包括盖，其中所述检测极包括直接在所述盖内表面上提供的导电材料层。

还根据本发明，提供一种制造接近传感器的方法，包括在盖内提供发射极和产生来自所述发射极电场的装置，该方法还包括直接在所述盖内表面上提供导电材料层而形成检测极。

这样，本发明提供相对于现有技术传感器更稳定和独立于湿度和温度变化的接近传感器结构。因为在检测极和盖之间实际上没有间隙，所以传感器对湿度和温度变化所造成的εr改变引起的检测电极和盖之间小变化的敏感性大大降低，因为即使传感器盖的εr随着变化的环境条件改变，对传感器的电压输出也没有影响，这是由于检测极和盖之间没有发生距离变化。

上述构造的另一个益处在于电极可与传感器盖的曲线更好的一致，其在盖设计过程中有更大的自由度。

本发明还涉及成像系统的摆臂，所述摆臂包括辐射源和检测器，并且还包括如上所述的一个或多个接近传感器。

本发明进一步涉及成像系统，包括如上所述的摆臂，把所述摆臂相对于要成像的对象移动到需要位置的移动装置，和根据所述一个或多个传感器的输出控制所述移动装置的装置。

导电层包括诸如导电粘接材料层，例如胶带，但更优选的包括直接在传感器盖内表面上汽化/喷涂金属或喷雾或者以别的方式喷涂或镀覆的导电材料。喷雾涂敷是在许多领域广泛所知的极快处理，并造成更快的原型化和需要更短的显影(development)时间，这反过来使得新设计中用户反馈集中较为容易。

将欣赏在一个优选实施例中，发射极还包括在盖的内表面上直接提供的导电材料层。载板优选安装在盖内部距离检测极和设置在盖内壁上的发射极一段距离，其中有源保护电极相对于检测极设置在载板正对盖的表面上，而接地屏蔽件相对于发射极设置在所述载板正对盖内表面的表面上。

本发明的这些和其它方面将由这里所描述实施例而清晰，并且将参照这里所描述实施例对其进行解释。

本发明的一个实施例将仅仅借助于示例并参照附图进行描述，其中：

图1是X射线摆臂的示意性侧视图；

图2是X射线摆臂的透视图；

图3是表示根据先前技术的容性接近传感器构造原理的示意图；

图4a是表示常规接近传感器构造的示意性横截面图；

图4b是表示图4a细节X的示意性横截面图；

图5a是表示根据本发明第一示例性实施例的接近传感器构造的示意性横截面图；

图5b是表示图5a细节Y的示意性横截面图；

图6a是表示根据本发明第二示例性实施例的接近传感器构造的示意性电路图；

图6b是图6a系统的接近传感器的示意性横截面图(对应于图5b的细节Y)。

简单的回去参照在附图的图4a和4b中表示的传感器结构，因为在检测和发射极9，10和传感器盖18之间的间隙32，传感器盖18被检测极9“看作”是距离那里某一距离的物体。如果间隙32在检测和发射极9，10和传感器盖18之间变化，那么传感器有效地“看到”变化的物体。因为传感器盖18与检测极9非常靠近，这里其敏感性最高，所以甚至间隙32中的微小变化将对传感器的输出电压产生重大影响，直到由随着环境条件(湿度和温度)变化而发生的传感器盖18材料特征(膨胀和收缩)变化所造成的改变对传感器输出电压有非常重大的影响。

这个问题根据本发明通过在传感器盖18内表面上直接形成检测和发射极9，10而克服。因此，参照附图的图5a和5b，根据本发明一个示例性实施例的接近传感器包括安装在传感器盖18内距之一段距离的载板30。检测极9和发射极10通过在传感器盖18内表面上形成各自的导电材料层而直接设置在其上。这例如可通过以导电颜料或者环氧树脂喷雾、汽化、喷涂金属或者以别的方式喷涂或镀覆盖板18的表面或者通过使用导电粘接胶带来实现。

有源保护电极13相对于检测极9以常规方式设置来防止传感器在不需要方向上(即离开需要检测物体所处位置的方向)的敏感度，但在该情形，把有源保护电极13设置在载板30面对传感器盖18的表面上。相似的，接地屏蔽罩或者掩蔽物15相对于发射极10以常规方式设置来防止上面提到的不需要方向上电力线11的辐射，但再次在这种情形，把接地屏蔽罩15设置在载板18面对传感器盖18的表面上。为生成有源保护极13和地之间的恒定电容，可把接地屏蔽罩15b设置在载板30上。驱动器12(参见附图3)的负载现在恒定并且不会因为在传感器那一侧上的接地部件而变化。

在图5a和b的设置中，信号(以电力线11表示)通过盖18两次(即离开发射极10和回到接收极9)。这样，上述的盖18中材料变化影响电力线11两次，即影响检测极9和目标(14-图中)之间的电力线11，也影响发射极10和目标14之间的电力线11。

参照附图的图6a，基于仅一个接收极9(省略了发射极)描述了温度/湿度更稳定的设置。需要的发射极信号现在借助温度稳定电容器电容(或者不管怎样通过某阻抗)耦合到载板(30-另外参考附图的图6b)上的接收极9。放大器12和信号调整装置16的输出17馈送到处理系统50，还包括信号调整装置52，数模转换器(DAC)54和模数转换器(ADC)56。

如果目标14(对地存在电容负载)接近接收极9，那么输入电压将分担在两个电容器之间(即耦合在振荡器8和接收极9之间的电容和目标14呈现的电容负载)，这造成传感器输出电压相应的减小。这样，由于只有接收极9出现在设计中并且由于耦合在载板30上的电容，所以自发射极8发出的电力线不经过传感器盖18，从而盖18的材料特征(并且其中的变化由温度/湿度变化造成)对发射电力线(只在接收极9收到的上面)没有影响。

本发明的原理在此情形中和前面一样起作用。检测极9通过在传感器盖18内表面上形成导电材料层而直接形成在其上。再一次，这例如可通过以导电颜料或者环氧树脂或者其它导电材料喷雾、汽化、喷涂金属或者以别的方式镀覆盖板18的表面或者通过使用导电粘接胶带来实现。有源保护电极13相对于检测极9以常规方式设置来防止传感器在不需要方向上(即离开需要检测物体所处位置的方向)的敏感度，而且该有源保护电极13再次设置在载板30面对传感器盖18的表面上。敏感目标检测区域再次以标号34表示。

本发明适合于在所有的认为设置距离传感器是适当的或者必要的领域中使用，包括医疗领域，以防止系统移动中患者、操作员或物体碰撞，和/或例如确定患者或其它对象的一般位置。

应当注意，上述实施例是说明而并非用于限制本发明，并且本领域技术人员能够涉及许多可选择实施例而不偏离由所附权利要求限定的发明范围。在权利要求中，放在括号中的任何参考标记不应当解释为限制权利要求。词语“包含”和“包括”等等不排除出现除了在任何权利要求或作为整体的说明书中列举的那些的元件或步骤。元件的单数引用不排除这些元件的复数引用，反之亦然。本发明可借助于包括多个不同元件的硬件和借助于适当编程的计算机来实现。在列举多个装置的设备权利要求中，几个这些装置可由一个并且相同的组的硬件体现。在相互不同独立权利要求中引用的某些手段的单一事实不表示不能有利的使用这些手段的组合。

Claims (12)

1.一种接近传感器，在盖(18)中包括发射极(10)、检测极(9)以及用于产生从所述发射极(10)到所述检测极(9)的电场(11)的装置，其中所述检测极(9)包括直接在所述盖(18)内表面上设置的导电材料层。

2.根据权利要求1的传感器，其中所述导电材料层包括导电粘接材料胶带层。

3.根据权利要求1的传感器，其中所述导电材料层包括直接在所述传感器盖(18)内表面上喷雾或者以别的方式喷涂或镀覆的导电材料。

4.根据权利要求1的传感器，其中所述发射极(10)包括直接设置在盖(18)上的导电材料层。

5.根据权利要求4的传感器，其中载板(30)安装在盖(18)内并距离检测极(9)和设置在盖(18)上的发射极(10)一段距离，其中相对于检测极(9)把有源保护电极(13)设置在载板(30)面对盖(18)的表面上，并且相对于发射极(10)把接地屏蔽件(15)设置在所述载板(30)面对盖(18)的所述表面上。

6.一种制造接近传感器的方法，包括在盖(18)中提供发射极(10)和用于产生发自所述发射极(10)的电场的装置，该方法还包括通过直接在所述盖(18)内表面上设置导电材料层而形成所述检测极(9)。

7.根据权利要求6的方法，其中形成所述检测极(9)的所述步骤包括把导电材料层喷雾到盖(18)的所述内表面上。

8.根据权利要求6的方法，其中提供所述发射极(10)的所述步骤包括在所述盖(18)的所述内表面上直接形成相应的导电材料层。

9.根据权利要求8的方法，其中提供所述发射极(10)的所述步骤包括在所述盖(18)的所述内表面上直接喷雾所述相应的导电材料层。

10.一种成像系统的摆臂，所述摆臂包括辐射源和检测器，并且还包括一个或多个根据权利要求1的接近传感器。

11.一种成像系统，包括根据权利要求1的摆臂，把所述摆臂相对于要成像的对象移动到想要位置的移动装置，和根据所述一个或多个传感器的输出控制所述移动装置的装置。

12.一种根据权利要求11的X射线成象系统。

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