CN101010877A - X光机的接近传感器 - Google Patents
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Abstract
一种容性接近传感器，包括电容耦合以接收电极(102)信号的发射极(104)。相对于接收极(102)来提供受单位增益放大器(108)输出驱动的第一有源保护电极(110)，以屏蔽其没有面对电势屏障(122)的部分，并且相对于发射极(104)来提供接地屏蔽罩(126)以屏蔽其没有面对电势屏障(122)的部分。在发射极和接收极(104，102)之间恰好在盖子(106)后面提供第二有源保护电极(103)，保护电极(103)也受放大器(108)输出驱动。第二有源保护电极(103)用于阻挡发射极和接收极(104，102)之间电力线(124)缩减，从而提高传感器的精度和可靠性。
Description
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。
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。
上述的传感器构造产生一种结构，此结构对靠近发射极和接收极9、10物体的出现非常敏感，盖18非常靠近电极9、10从而导致从发射极10到接收极9的电力线缩减。但是，利用该传感器结构，如果物体(例如血液或造影剂)非常靠近只在电极9、10之间的传感器，那么将实际上造成两个电极9、10之间电力线11的缩减，这一点造成传感器电压输出相应的急剧升高有时甚至超过没有物体的水平，如图4所示，图4表示当物体非常靠近只在两个电极之间的传感器时输出电压急剧升高的地方的电势信号状态。处理系统把这种情况称作传感器凭此不能依靠的失败状况。
由于温度和湿度变化引起的材料特性(εr)改变造成另一个影响传感器输出敏感度的问题。这造成从发射极到接收极电力线的变化，其在传感器检测体积中没有移动物体的情况下改变传感器输出。因为传感器不能把这些变化同由向传感器移动得更近或更远的物体所造成的相同变化区分开，所以将造成摆臂不必要的减速或停止或者在某些情形加速。
因此本发明的一个目的在于提供接近传感器，其中至少减少了电力线的伪缩短，并且传感器行为的可靠性和可预测性因而得到了重大提高。
根据本发明，提供接近传感器，包括发射极和接收极，以及产生从所述发射极到所述接收极电场的装置，其中传感器附近物体的检测以传感器输出电压的减小来指示，传感器还包括位于所述发射极和接收极之间的电驱动保护电极。
还根据本发明，提供成像系统的摆臂，摆臂包括辐射源和检测器，还包括如上所述的一个或多个接近传感器。
本发明还涉及成像系统，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。
有利的，相对于所述接收极提供第二电驱动保护电极以屏蔽接收极的没有面对电势物体的部分。
优选的，所述接收极连接到放大器的输入端，放大器的输出端驱动所述第一和第二保护电极。放大器的增益有利的基本上是整体。接地屏蔽罩有利的相对于所述发射极提供，以屏蔽发射极没有面对电势物体的部分。
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4是现有技术接近传感器输出的图解说明；
图5是表示根据本发明示例性实施例的容性接近传感器构造原理的原理图；
图6是图5传感器输出的图解说明。
参照附图的图5，根据本发明示例性实施例的接近传感器100包括100kHz正弦振荡器101，其连接到电容耦合至检测或接收极102的发射极104，电极102、104恰好位于盖106后面。接收极102连接到整体增益放大器108的高阻抗输入端，其低阻抗输出端驱动相对于接收极102提供的有源保护电极110。放大器输出还馈送到第一信号调整装置112。接地屏蔽罩126设在相对于发射极104没有面对电势屏障122的侧面。第二电驱动有源保护电极103设置在接收极和发射极102、104之间恰好在盖106之后，如图5所示。第二有源保护电极103还受放大器108的输出驱动。有源保护电极103和检测电极102上的电位理想的相同，因为如果它们不同那么检测或接收电极102会看到电容负载。
本发明的目的利用下面的方法实现，即通过使用发射极和接收极104、102之间的有源保护技术来阻挡不需要的缩短电力线。任何缩短的电力线将落在位于接收极102和发射极104之间的第二有源保护电极103上，而不是落在接收极102上，这和参照附图的图3所描述的现有技术安排一样。因此，接收器电位不再依靠电力线124的缩短(改变)，此缩短由随着湿度和温度变化的传感器盖106中的材料变化造成，也没有电力线被传感器附近出现物体缩短的可能性，如图6中图解的说明。
使用中，传感器100附近物体122的出现具备改变输入端电容负载和扰乱从发射极104到接收极102电力线124的效果，这两个效果造成输出电势的相应变化，从而可利用两个装置执行对象检测。因此，由于能够相对于现有技术检测更多对象的出现而改善了传感器的可靠性。
传感器100的输出馈送到处理系统114，包括正弦振荡器101、第二信号调整装置116、数模转换器118和模数转换器120。
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 (7)
1.一种接近传感器，包括发射极(104)和接收极(102)，以及用于产生从所述发射极(104)到所述接收极(102)的电场(124)的装置(101)，其中传感器附近物体(122)的检测以传感器输出电压的减小表示，传感器还包括位于所述发射极和接收极(104，102)之间的电驱动保护电极(103)。
2.根据权利要求1的接近传感器，还包括第二电驱动保护电极(110)，其相对于所述接收极(102)以屏蔽接收极没有面对电势物体(122)的部分。
3.根据权利要求2的接近传感器，其中所述接收极(102)连接到放大器(108)的输入端，放大器的输出端驱动所述第一和第二保护电极(103，110)。
4.根据权利要求3的接近传感器，其中所述放大器(108)的增益基本上为整体。
5.根据权利要求1的接近传感器，其中接地屏蔽罩(126)相对于所述发射极(104)提供以屏蔽发射极没有面对电势物体(122)的部分。
6.一种成像系统的摆臂(1)，摆臂(1)包括辐射源(4)和检测器(5)，并且还包括一个或多个根据权利要求1的接近传感器。
7.一种成像系统，包括根据权利要求6的摆臂(1)，把所述摆臂(1)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接近传感器的输出控制所述移动装置的装置。
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