CN102608405B

CN102608405B - 便携式x射线机管电流非介入测量仪

Info

Publication number: CN102608405B
Application number: CN201210075279.0A
Authority: CN
Inventors: 刘志宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: CN102608405A

Abstract

本发明公开了一种便携式X射线机管电流非介入测量仪，包括检测装置和主机，所述的检测装置通过多芯电缆与主机连接，检测装置包括钳形电流传感器和设置在钳形电流传感器内的控制组件。本发明的检测装置与主机采用V+、V-双线连接结构，避免了供电电流在地线上形成的压差信号对输出信号的影响；主机中增加校准系数存储模块，使检测装置具有互换性；FPGA数据处理器提高了对窄脉宽电流信号测量精度；通过主机以及与主机无线连接的上位机对钳形电流传感器量程档位和调零的控制、对钳形电流传感器工作状态的获取，解决了测量人员对主机操作和读取数据极不方便的缺点。

Description

便携式X射线机管电流非介入测量仪

技术领域

本发明涉及一种便携式X射线机管电流非介入测量仪。

背景技术

对X射线机管电流进行测量，常用于医院作影像质量控制、技术监督部门作运行的质量控制，对X射线机生产、安装调试、故障检查维修也具有一定的现实意义。

当前采用钳形电流传感器作为1次仪表在X射线机管电流非介入测量仪中已普遍使用，电流通过导线时在导线周围产生磁场，钳形电流传感器通过霍尔元件将磁场强度转换为电压信号，所以钳形电流传感器对地磁场敏感，因而在将钳形电流传感器卡入X射线管的阳极（或阴极）回路后须按钳形电流传感器上的“ZERO”按键即零电位按键，以抵消地磁场对钳形电流传感器的影响，使前置放大器工作在零电位附近；钳形电流传感器的钳口闭合不完全以及电池电压不足时，钳形电流传感器输出信号不正常，但主机并不知道这些状态，因而有可能得到的测量结果并不可靠；由于不同的钳形电流传感器的电流电压转换系数有差异，因而主机无法与不同的钳形电流传感器互换。

传统的数据采集方案为A/D转换器输出的结果直接传输给MPU作数据处理，其优点是方案简单成本低廉，但对窄脉宽电流信号测量误差较大。

由于钳形电流传感器与主机之间均采用较短的连线连接，主机放置在X射线机附近，X射线机工作时会产生X射线，从而X射线机一般均安装在屏蔽室内，在测量X射线机管电流时，工作人员须撤离到安全的地方（例如：控制室），因而对主机操作和读取数据极不方便。

发明内容

本发明的目的即在于克服现在技术的不足，提供一种读取数据方便、工作可靠的便携式X射线机管电流非介入测量仪。

本发明是通过以下技术方案来实现的：便携式X射线机管电流非介入测量仪，包括检测装置和主机，所述的检测装置通过多芯电缆与主机连接。

检测装置包括钳形电流传感器和控制组件，控制组件包括零电位输出控制模块、量程档位控制模块和CPU模块，所述的零电位输出控制模块的两个模拟信号输出端与钳形电流传感器的零电位按键的两触点连接，量程档位控制模块中的模拟开关与钳形电流传感器的量程各触点连接，所述的零电位输出控制模块、量程档位控制模块的控制端连接在CPU模块上；

所述的主机内设置有主放大器、FPGA数据处理器、MPU模块、键盘模块、显示器、无线传输模块、检测装置连接检测模块和电源管理模块，主放大器的两个输入端通过多芯电缆分别与检测装置中的前置放大器上的V+、V-信号输出端相连接，主放大器的输出依次通过滤波器、A/D转换器连接到FPGA数据处理器，FPGA数据处理器、键盘模块、显示器和无线传输模块都与MPU模块相连接，MPU模块的Rx、Tx端通过多芯电缆连接检测装置中CPU模块的MPU模块的Tx、Rx端，其还通过无线传输模块连接远端的上位机，所述的电源管理模块连接主机内所有模块，电源管理模块还通过多芯电缆连接检测装置内的所有模块。

本发明的钳形电流传感器取消了电池供电单元及开关、量程档位控制旋钮，钳形电流传感是由主机内的电源进行供电，而且其内部新增了一个印刷电路板，上述的控制组件即设置在该印刷电路板上，通过控制组件的零电位输出控制模块可以将钳形电流传感器的前置放大器被调整为输出零电位，而通过控制组件的量程档位控制模块能够完成钳形电流传感器的量程档位的控制功能。

本发明的控制组件上还设有钳口闭合状态检测模块、温度传感器模块、序列号存储模块和校准系数存储模块，钳口闭合状态检测模块、温度传感器模块、序列号存储模块和校准系数存储模块都连接CPU模块。

所述钳口闭合状态检测模块能够检测钳形电流传感器的钳口是否闭合的状态信息，该状态信息可被与之连接的CPU模块读取并传输给主机以及与主机无线连接的远程上位机，供主机以及远程上位机作钳口闭合状态显示和数据采集控制使用。

所述环境温度传感器模块用于测量钳形电流传感器所在位置的环境温度，该温度可被与之连接的CPU模块读取并传输给主机，供数据处理作温度修正使用；

所述序列号存储模块，当主机以及远程上位机向CPU发出读序列号指令后，CPU向主机传输钳形电流传感器的序列号，以便在测量报告中自动填写本次测量时使用的钳形电流传感器序列号；

所述校准系数存储模块，用于存储钳形该电流传感器的校准系数，当主机向CPU发出读校准系数指令后，CPU向主机传输该钳形电流传感器的校准系数，以便主机自动将测量数据乘以校准系数后作为测量结果；钳形电流传感器在规定的校准条件下，钳形电流传感器的输出乘以校准系数后满足该校准条件下的误差要求；该校准系数可被CPU收到的特定指令进行改写，以便授权的计量部门对钳形电流传感器进行调校时使用；经校准后的不同钳形电流传感器与同一台主机使用可互换使用，钳形电流传感器的输出乘以校准系数后满足相关规定对误差的要求；

所述CPU模块，用多芯电缆中的Tx、Rx连线接收主机的指令并执行相应的指令（如改变量程、零电位输出、读取信息和状态等）或将主机所需的电流传感器的信息（如：电流传感器的序列号、校准系数、固件版本号等）和状态信息（如钳口闭合状态、环境温度、故障代码等）传输给主机。

本发明的主机内，主放大器具有差分输入功能，与前置放大器的两个信号输出端V+、V-相连接，具有高精度、高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低输入偏置电流、低失调电压和低失调漂移以及增益可编程之特点，使得不同量程档位下主放大器输出满足A/D转换器的要求；所述FPGA数据处理器主要通过提取计算特征量完成数据压缩任务；所述MPU模块具有对整机进行管理、数据处理、对FPGA数据处理器进行现场配置等功能；所述电源管理模块可满足整机对各种电源的需求（如：5V、3.3V、2.5V、模拟电路所需的±5V等），并且在MPU模块的控制下可实现对主机和检测装置内各模块的供电根据需要进行关断，以延长电池使用时间。

本发明的主机内的FPGA数据处理器上还连接有SRAM存储器和SD存储卡，所需工作时序和读写操作控制由FPGA数据处理模块产生。SRAM存储器供FPGA数据处理器处理数据时使用，而FPGA数据处理器将数据存储到SD存储卡中，由计算机读出SD存储卡中的数据进行分析处理。

本发明的主机内的MPU模块上还连接有FPGA配置文件模块和显示器背光亮度调整模块。所述FPGA配置文件模块，由大容量FLASH构成，由MPU模块对其进行读写操作，用于存储FPGA数据处理器的多个配置文件；而显示器背光亮度调整模块可在MPU的控制下根据需要实现显示器不同亮度等级及关闭等功能以降低功耗，延长了电池使用时间。

本发明的主机内的主放大器上的还连接有检测装置连接检测模块，检测装置连接检测模块的输出端连接到MPU模块。检测装置连接检测模块可检测到钳形电流传感器是否连接，从而由MPU判断出检测装置是否连接，以及在已连接情况下出现的通讯故障。

本发明的本发明的钳形电流传感器的前置放大器上的V+、V-两个信号输出端分别使用线路与主机中的主放大器的两个输入连接，采用这样的双线连接结构可以避免钳形电流传感器供电电流在地线上形成的压差信号对输出信号的影响。而且检测装置与主机中之间的连接线在多芯电缆中采用单独的屏蔽层，进一步避免了Tx和Rx线路对前置放大器输出信号的影响。

本发明的显示器采用LCD显示屏。

本发明的有益效果是：

1. 钳形电流传感器的前置放大器的与主机中主放大器采用V+、V-双线连接结构，以避免检测装置供电电流在地线上形成的压差信号对输出信号的影响。

2. 零电位输出控制模块可在MPU模块远程通过CPU模块控制下使钳形电流传感器的前置放大器输出零电位，便于MPU模块根据需要在钳口闭合后或启动测量前消除地磁场对钳形电流传感器的影响以及前置放大器的零点漂移，使钳形电流传感器的前置放大器工作在最佳工作点。

3. 量程档位控制模块可使与之相连接的主机以及与主机无线连接的远程上位机实现对量程档位的控制功能。

4. 钳口闭合状态检测模块可使与之相连接的主机作数据采集控制，以及主机和与主机无线连接的远程上位机作钳口闭合状态显示。

5. 用环境温度传感器模块测量钳形电流传感器所在位置的环境温度，供主机以及远程上位机数据处理作温度修正使用。

6. 序列号存储模块，使主机以及远程上位机在测量报告中自动填写本次测量时使用的钳形电流传感器序列号成为可能。

7. 校准系数存储模块，使主机以及远程上位机可自动将测量数据乘以校准系数后作为测量结果，使钳形电流传感器具有互换性。

8. FPGA数据处理模块解决了高分辨率快速采样提高了窄脉宽电流信号测量精度但宽脉电流信号产生大量数据MPU无法处理的矛盾。

9. FPGA配置文件模块存储了FPGA的多个配置文件，每个配置文件中仅包括能完成该工作模式所需的功能，从而减小了FPGA数据处理模块对逻辑门数的需求。

10. 无线传输模块解决了在屏蔽的X射线机机房内的主机与上位机之间的双向通讯，因而工作人员在安全的地方，可通过上位机对主机操作和读取数据。

11.检测装置连接检测模块使主机能分辨是检测装置未连接还是检测装置器在已连接情况下的通讯故障，使主机的故障报警提示更明确。

12. 电源管理模块可根据需要进行关闭部分功能模块的供电，从而降低整机的功耗，以延长电池的使用时间。

13. 检测装置由主机提供供电，解决了因电池电压不足引起的测量结果不可靠的问题。

14. 检测装置与主机之间采用多芯电缆连接，并实现双向通讯，解决了主机以及与主机无线连接的上位机对检测装置量程档位和调零的控制、对检测装置工作状态的获取，解决测量人员对检测装置及主机操作极不方便的缺点。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为钳形电流传感器中新增印刷电路板的原理图；

图3 为主放大器的原理图；

图4 为滤波器原理图；

图5 为滤波器的频率响应与群延时图；

图6 为滤波器的跃阶响应图；

图7 为FPGA数据处理模块在透视模式下软件功能框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例：

如图1所示，便携式X射线机管电流非介入测量仪，包括检测装置和主机，所述的检测装置通过多芯电缆与主机连接。

检测装置包括钳形电流传感器和控制组件，所述的控制组件包括零电位输出控制模块、量程档位控制模块和CPU模块，所述的零电位输出控制模块的两个模拟信号输出端与钳形电流传感器的零电位按键的两触点连接，量程档位控制模块中的模拟开关与钳形电流传感器的量程各触点连接，所述的零电位输出控制模块、量程档位控制模块的控制端连接在CPU模块上；

本发明的钳形电流传感器采用的型号为PROVA-15，该钳形电流传感器设有一个“ZERO”按键即零电位按键，“ZERO”按键被按后，前置放大器被调整为输出零电位，一般采用电池供电，具有0.4A和4A两个量程，通过旋转波段开关完成电源开关和量程选择功能；0.4A量程灵敏度高但带宽较窄，适用于测量X射线机的透视电流（X射线机的透视电流较小——数毫安，但透视时间较长——数十秒）；4A量程虽然灵敏较低但带宽较宽，适用于测量X射线机的拍片模式的曝光电流（X射线机的拍片电流较大——数百毫安，但曝光时间较短——数百毫秒）。本发明取消了钳形电流传感器的电池供电，改由主机通过多芯电缆中的Vcc、GND两条线给钳形电流传感器提供所需的电源。

本实施例的钳形电流传感器的原电池盒内增设了一个印刷电路板，控制组件即设置在该印刷电路板上。如图2所示，零电位输出控制模块由模拟开关U103（型号为4051）承担，模拟开关U103的两个模拟信号输入端（3脚和13脚）与原钳形电流传感器的“ZERO”按键（SW-PB）的两触点连接，模拟开关U103的控制端（11脚）与CPU模块连接，当模拟开关U103的控制端（11）脚收到输出零电位控制信号时，模拟开关接通，模拟“ZERO”按键（SW-PB）被按下，钳形电流传感器的前置放大器被调整为输出零电位；由于使用了零电位输出控制模块，因而主机和与主机无线连接的远程上位机可根据需要在钳口闭合后以及启动测量前，使钳形电流传感器的前置放大器调整为输出零电位，消除地磁场对钳形电流传感器的影响以及前置放大器的零点漂移，使钳形电流传感器的前置放大器工作在最佳工作点。经调零操作后，钳形电流传感器输出的零电位值在正常范围内时用常态颜色显示，钳形电流传感器输出的零电位值超出正常范围时用非常态颜色作异常的显示指示，该非常态颜色可由用户通过自定义为除常态颜色以外的其他颜色而改变。

量程档位控制模块由U104（型号为4051）承担，模拟开关U104的模拟信号输入端（3脚、14脚和13脚）与原钳形电流传感器的量程开关（SW102）各触点连接，模拟开关U103的控制端（10脚和11脚）与CPU模块连接，模拟开关在CPU控制下控制执行接通或断开，完成钳形电流传感器的量程档位的控制功能。

控制组件上还设有钳口闭合状态检测模块、温度传感器模块、序列号存储模块和校准系数存储模块，钳口闭合状态检测模块、温度传感器模块、序列号存储模块和校准系数存储模块都连接CPU模块。

所述钳口闭合状态检测模块能够检测钳形电流传感器的钳口是否闭合的状态信息，该状态信息可被与之连接的CPU模块读取并传输给主机以及与主机无线连接的远程上位机，供主机以及远程上位机作钳口闭合状态显示和数据采集控制使用，钳口闭合状态检测模块由位置检测开关SW101和电阻R101组成，当钳口完全闭合时开关SW101接通到地，CPU模块检测到低电平，否则CPU模块检测到高电平，为了减小整机功耗，R101的电阻值选用1MΩ，以减小SW101接通到地的电流；当钳口非完全闭合时，钳形电流传感器的前置放大器的输出信号不是所需要的数据，CPU模块将检测到的状态传输主机，主机停止数据采集以及停止部分模块的供电，并在主机的显示器和远程上位机上用红色显示钳口非闭合状态提示直到排除该故障为止，如果钳口长时间处于非完全闭合时，主机的部分功能模块的供电将被关闭，延长了电池使用时间。

所述环境温度传感器模块由半导体数字温度传感器WD101（型号为DS18B20）和电阻R103组成，温度传感器安装于电池盒外表面，在CPU控制时序下完成环境温度测量，当测量得到的温度数值在规定的范围以内（15℃~25℃）则由主机读取，供数据处理时作温度修正使用，主机上显示器及远程上位机用常态颜色显示，在规定的环境温度范围外则定时发送给主机，主机及远程上位机用非常态颜色显示提醒用户环境温度异常，该非常态颜色可由用户通过自定义为除常态颜色以外的其他颜色而改变。

所述序列号存储模块和校准系数存储模块由U102（型号为X5045）承担，该集成电路将上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和块锁（Block Lock）保护4Kb串行EEPROM存储器组成在一个封装之内的。这种组合降低了系统成本、减少了电路板空间和增加了可靠性。显示器用常态颜色显示钳形电流传感器的序列号或校准系数，用非常态颜色显示异常的序列号或校准系数，表明可能存在通讯故障或该钳形电流传感器未校准，该非常态颜色可由用户通过自定义为除常态颜色以外的其他颜色而改变。序列号和校准系数由主机读取（主机向CPU模块发出读指令后，CPU模块向主机传输该指令要求的数据），以便在测量报告中自动填写本次测量时使用的钳形电流传感器序列号和校准系数，主机自动将测量数据乘以校准系数后作为测量结果；钳形电流传感器在规定的校准条件下，钳形电流传感器的输出乘以校准系数后满足该校准条件下的误差要求；该校准系数可被CPU模块收到的特定指令进行改写，以便授权的计量部门对钳形电流传感器进行调校时使用；经校准后的不同钳形电流传感器与同一台主机使用可互换使用，钳形电流传感器的输出乘以校准系数后具有相同的误差特性。

所述CPU模块的石英振荡晶体采用11.0592MHz，以便与主机通讯，用多芯电缆中的Tx、Rx连线接收主机的指令并执行相应的指令（如改变量程、零电位输出、读取信息和状态等）或将主机所需的电流传感器的信息（如：电流传感器的序列号、校准系数、固件版本号等）和状态信息（如钳口闭合状态、环境温度、故障代码等）传输给主机。

图3为位于主机内的主放大器的原理图，主放大器主要由低成本、高精度仪表放大器AD620（U301）构成，该仪表放大器具有高精度（最大非线性度40 ppm）、低失调电压（最大50 μV）和低失调漂移（最大0.6 μV/℃）、高增益、高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低输入偏置电流、低功耗以及增益可编程之特点，该集成运算放大器的输入端与前置放大器的输出V+、V-相连接，REF脚（第5脚）与A/D转换器的Vref相连接，从而完成双端输入到输出零电平平移到Vref，满足A/D转换器对正负双极性脉冲信号零电平的要求（即：当Vref=2.5V时，A/D转换器的输入范围为Vref±2.5V），因而本发明主机既可对正脉冲进行测量，也可对负脉冲进行测量，所以，在将本发明的钳形电流传感器卡入待测电流回路时，对卡入方向无要求。增益控制电阻R301采用高稳定度的精密电阻，以保证主机具有极高的稳定性。

图4为低通滤波器原理图，该低通滤波器使用4个具有不同Q值的2阶单位增益滤波器串接构成8阶具有通带内平坦的幅度和一致的群延时的贝塞耳低通滤波器（Bessel.LPF），其中：U201A、R203、R204、C208、C214构成第1节低通滤波器，U201B、R205、R206、C209、C215构成第2节低通滤波器，U202A、R207、R208、C210、C216构成第3节低通滤波器，U202B、R209、R210、C211、C217构成第4节低通滤波器；第1节低通滤波器的中心频率为17.84KHz，Q值为0.5060，第2节低通滤波器的中心频率为18.38KHz，Q值为0.5600，第3节低通滤波器的中心频率为19.58KHz，Q值为0.7110，第4节低通滤波器的中心频率为21.96KHz，Q值为1.2260；图5为该低通滤波器的频率响应与群延时，从该图可以得出：4节低通滤波器串接后-3db带宽为10KHz，在100KHz时衰减量为-114.2dB，在125KHz时衰减量为-129.6dB；图6为该低通滤波器的跃阶响应，从该图可以得出该低通滤波器对跃阶输入信号的延时为50μs，上升时间为34.6μs 。U203A、R212、R213、R214、C218构成2倍增益同相放大器，U203B为A/D转换器的输入缓冲器。

A/D转换器使用采样频率为250KSPS，分辨率为16位的6通道同步采样转换器件ADS8364，使用高分辨率快速采样提高了窄脉宽电流信号测量精度，但宽脉宽电流信号时将产生大量数据，数据率高达48MbPS，多数MPU都无法完成如此巨大的数据量处理，因此采用Altera公司生产的ACEX系列中的EP1K100 FPGA，该FPGA具有10000个门单元电路，12个EBA，主要通过提取计算特征量完成数据压缩任务，该数据处理模块具有基线计算功能、电流平均值计算功能、脉冲顶部电流平均值计算功能、脉冲极性判断功能、脉冲前沿数据存储功能、脉冲后沿数据存储功能、正脉冲前沿上升时间计算功能、正脉冲后沿下降时间计算功能、负脉冲前沿下降时间计算功能、负脉冲后沿上升时间计算功能、脉宽计算功能、mAs计算功能和mAs阈值判断功能。FPGA数据处理器由于受FPGA逻辑门数限制无法同时将所有功能的软件容纳下，因而用户设定主机工作模式时MPU模块根据工作模式调用能完成需要的部分功能对FPGA数据处理器进行现场配置。

MPU模块采用μPsd3254完成对整机进行管理、数据处理、对FPGA数据处理器进行现场配置等功能。

键盘模块可实现参数修改及控制功能。

显示器采用彩色点阵型LCD显示器，可显示测量结果、钳形电流传感器状态、主机工作状态及参数；LCD显示器用常态颜色显示钳形电流传感器的软件版本号，用非常态颜色显示异常的软件版本号，表明可能存在通讯故障，该非常态颜色可由用户通过自定义为除常态颜色以外的其他颜色而改变；LCD显示器可显示主机的软件版本号；LCD显示器可显示主机由内置电池供电还是外置电池供电；LCD显示器可显示外置电源供电的供电电压，当外置电源供电电压高于3V时用常态颜色显示，当外置电源供电电压低于3V时用非常态颜色显示，该非常态颜色可由用户通过自定义为除常态颜色以外的其他颜色而改变；LCD显示器可显示主机由内置电池供电的充电状态，具有正在充电指示和充电已充满指示；LCD显示器可显示主机内置电池供电的电量状态，具有电池电量满、电量不足指示，电量不足时用非常态颜色显示，该非常态颜色可由用户通过自定义为除常态颜色以外的其他颜色而改变；LCD显示器可显示LCD背光的亮度状态；LCD显示器可显示主机当前的日期和时间信息。

无线传输模块包括Class 1蓝牙集成电路和工作在ISM频段的433MHz无线数据传输集成电路，因而其具有Class 1蓝牙功能和工作在ISM（即工业、科学、医学）频段的433MHz无线数据传输功能；当工作在蓝牙无线传输模式时，与配备蓝牙Class 1的上位机在开阔场地传输距离能达到100米，与配备蓝牙Class 2的上位机在开阔场地传输距离能达到30米；当工作在433MHz无线数据传输模式时，与配备433MHz无线数据传输收发模块的上位机在开阔场地传输距离能达到1000米；因此，在屏蔽较好的控制室内采用433MHz无线数据传输模式，而在有铅玻璃观察窗的控制室内既可采用433MHz无线数据传输模式也可采用蓝牙模式。

所述电源管理模块可满足整机对各种电源的需求（如：5V、3.3V、2.5V、模拟电路所需的±5V等），并且在MPU模块的控制下可实现对主机和检测装置内各模块的供电根据需要进行关断，以延长电池使用时间。

上位机既可以是PDA、笔记本电脑，也可是台式计算机，根据配置上位机可使用自带的蓝牙设备实现与主机双向无线通讯，也可使用特定的蓝牙Class 1设备实现与主机双向无线通讯以降低X射线屏蔽室对通讯的阻挡作用，还可使用433MHz无线数据传输收发模块以进一步降低X射线屏蔽室对通讯的阻挡作用。上位机通过与主机双向无线通讯，实现对主机的控制和采集的数据共享。

本发明的主机内的FPGA数据处理器上还连接有SRAM存储器和SD存储卡。SRAM存储器采用四片M68AF127，每片M68AF127为128KB，故SRAM存储器总容量为512KB；SRAM存储器直接与FPGA数据处理器连接，供FPGA数据处理器处理数据时使用，电源管理模块可以关闭不使用的SRAM芯片的供电，以降低功耗；SD存储卡直接与FPGA数据处理器连接，供FPGA将数据存储到SD存储卡中，由计算机读出SD存储卡中的数据进行分析处理，电源管理模块根据需要可以关闭使用的SD芯片的供电，以降低功耗。

本发明的主机内的MPU模块上还连接有FPGA配置文件模块和显示器背光亮度调整模块。

所述FPGA配置文件模块，由大容量FLASH构成，由MPU模块对其进行读写操作，用于存储FPGA数据处理器的多个配置文件。

所述的显示器背光亮度调整模块可在MPU模块的控制下根据需要实现不同的亮度等级及关闭功能以降低功耗。本实施例中显示器背光亮度调整模块可使显示器背光亮度从0%~100%变化，分为11级，每级变化10%；当有按键按下时，显示器背光亮度为按键亮度，该亮度可由用户在50~100%范围内设定，该亮度的持续时间可由用户在10s~120s范围内设定；当检测装置采集到有效数据时，显示器背光亮度为数据显示亮度，该亮度可由用户在50~100%范围内设定，该亮度的持续时间可由用户在10s~120s范围内设定；当主机与上位机进行无线数据通讯时，LCD显示器背光亮度为数据通讯显示亮度，该亮度可由用户在30~100%范围内设定，该亮度在结束通讯后的持续时间可由用户在1s~120s范围内设定；当长时无按键按下且未采集到有效数据和无无线数据通讯时，LCD显示器背光亮度为休眠亮度，该亮度可由用户在0%~30%范围内设定。

本发明的主机内的主放大器上的还连接有检测装置连接检测模块，检测装置连接检测模块的输出端连接到MPU模块。检测装置连接检测模块可检测到钳形电流传感器是否连接，从而由MPU模块判断出检测装置是否连接，以及在已连接情况下出现的通讯故障。

本发明的钳形电流传感器的前置放大器的V+、V-两个信号输出端分别使用线路与主机中的主放大器的两个输入连接，采用这样的双线连接结构可以避免钳形电流传感器供电电流在地线上形成的压差信号对输出信号的影响。而且检测装置与主机中的主放大器之间的连接线即多芯电缆中的每条线都有各自屏蔽层，进一步避免Tx和Rx线路对输出信号的影响。

本发明的主机工作模式有三种工作模式：透视模式、变频机拍片模式、工频机拍片模式。FPGA数据处理器在三种工作模式下的功能分配如下：

（1）当用户在主机或与主机无线连接的远程上位机选定测量透视模电流时：FPGA数据处理器被MPU模块配置为小电流连续测量，量程档位控制模块和主放大器作相应调整；在钳口完全闭合且X射线机未透视时，用户下达测量零点指令后，MPU模块给CPU模块发出调零指令，并读取CPU模块中的环境温度数值、序列号和校准系数，CPU模块收到该指令后给模拟开关U103的控制端调零控制信号，模拟开关接通，钳形电流传感器的前置放大器被调整为输出零电位，MPU模块延时一段时间后，FPGA输出此时零电流的基线值I ₀，主机记录完成后，主机或与主机无线连接的远程上位机显示准备就绪，X射线机开机透视后，FPGA输出此时零电流的值I ₁，主机显示扣除基线并乘以校准值C _f后的透视电流I _t=C _f·(I ₁-I ₀)；

如图7是本发明的FPGA数据处理模块在透视模式下软件功能框图，为了实现本功能，FPGA中软件首先进行第1级运算：将每4个A/D转换的结果相加，并去掉最低位（LSB），得到17位累加结果作为第2级运算的输入，同时数据率降为62.5 kHz，然后进行第2级第1次运算：每4个第1级运算的结果再次相加并去掉最低2位，得到17位累加结果作为下次运算的输入，第2级第2次运算到第8次运算与第2级第1次运算类似，经过8次这样的运算后，FPGA按1.048576 Hz的频率向MPU发出中断信号INT0，MPU模块读出第2级第8次运算的结果后计算出透视电流，因此主机或与主机无线连接的远程上位机按大约每秒1次的刷新速度显示测量结果，该测量结果是262144个A/D采样结果的平均值，因而结果的重复性极高；

A/D转换结果缓存需要8个字节，第1级运算后的结果缓存需要12字节，第2级第1运算后的结果缓存需要12字节，第2级算后的结果缓存需要96字节，共需116字节，因此在FPGA中使用EBA构造成4kbits双口RAM即可满足要求，所以在此模式下，可以不使用SRAM，为降低功耗，关闭SRAM的供电。

（2）当用户在主机或与主机无线连接的远程上位机选定测量变频机拍片模式下的管电流时：FPGA被MPU模块配置为大电流单次脉冲触发测量，量程档位控制模块和主放大器模块作相应调整；在钳口完全闭合且X射线机未透视时，用户下达测量零点指令后，FPGA与MPU配合计算出零电流的基线值平均值为I ₀的同时，FPGA将单位时间Δt内的基线值进行累加，其结果为基线的电流时间积分由MPU记录，MPU计算出若干个Δt时间内的基线的电流时间积分平均值为mAs ₀，X射线机开机拍片时，FPGA输出的第i个单位时间Δt内的电流时间积分为mAs(i)由MPU记录，FPGA后沿判断满足后，即：i=1到N的时间范围包含了全部拍片时间，MPU计算出扣除基线并乘以校准值后的电流时间积分；

拍片电流的计算模型为前沿二分之一到后沿二分之一之间的电流的平均值，因而用8192 Byte RAM存储2¹²个采样点数据（即：16.384ms）波形的前沿；为了降低对前沿触发条的要求，使触发前的波形也被记录，不满足存储触发条件时，前沿记录RAM作连续循环写记录，在波形满足触发条件后继续向波形的前沿记录RAM中写2¹¹个采样点数据（即：8.192ms），并记录波形前沿RAM停止写时地址，MPU通过该地址就可还原出波形前沿，该波形显示触发前后各记录2¹¹个采样点数据。FPGA用128 KB RAM存储2¹⁶个采样点数据（即：131.072ms）波形的后沿，不满足后沿触发条件时，后沿记录RAM作连续循环写记录，在波形满足触发条件后停止写记录并记录此时的地址，MPU通过该地址就可还原出波形后沿。波形满足前沿触发条件后，FPGA开始记录前沿到后沿触发时长的同时，采用计算每2⁸个采样点的平均值来压缩数据，该平均值的速率为1KHz，到最长时间10秒也才20KB数据量。前沿触发条件为：2⁸个采样点的平均值大于5mA，也即是在这种测量模式下<1ms的短曝光时间的须具有5mAs的特性才能被测量。后沿触发条件为：计算出的2⁸个采样点的平均值低于前沿触发后所有采样点的平均值的四分之一。MPU根据上述参数就可计算出前沿二分之一到后沿二分之一之间的电流的平均值，显示扣除基线并乘以校准值后的得出拍片电流；

拍片曝光时间在FPGA内用采样点数表示，每1个采样点对应4μs的计算模型为前沿二分之一到后沿二分之一之间的时间，MPU根据前沿波形计算出前沿触发到前沿二分之一之间的时间t ₁，根据后沿波形计算出后沿发触点到后沿二分之一之间的时间t ₂，前沿发触点到后沿触发点时长t ₃，拍片曝光时间t=t ₃-t ₁-t ₂。

（3）当用户在主机或与主机无线连接的远程上位机选定测量在工频机拍片模式下的管电流时间积分、管电流和拍片曝光时间：FPGA被MPU配置FPGA被MPU配置为大电流多次脉冲测量模式，量程档位控制模块和主放大器模块作相应调整；管电流时间积分与变频机拍片模式所述相同，拍片曝光时间的计算模型为前沿过零点到后沿过零点之间的时间，拍片电流的计算模型为前沿过零点到后沿过零点之间的电流的平均值。后沿触发条件为：计算出的2¹²个采样点的平均值低于前一组2¹²个采样点平均值的四分之一并延时2¹²个采样点。MPU根据前沿波形计算出前沿触发到前沿过零点的时间t ₁，根据后沿波形计算出后沿发触点到后沿过零点的时间t ₂，前沿发触点到后沿触发点时长t ₃，拍片曝光时间t=t ₁+t ₂+t ₃。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本专业技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.便携式X射线机管电流非介入测量仪，其特征在于：包括检测装置和主机，所述的检测装置通过多芯电缆与主机连接；

所述的主机内设置有主放大器、FPGA数据处理器、MPU模块、键盘模块、显示器、无线传输模块、检测装置连接检测模块和电源管理模块，主放大器的两个输入端通过多芯电缆分别与检测装置中钳形电流传感器的前置放大器上的V+、V-信号输出端相连接，主放大器的输出依次通过滤波器、A/D转换器连接到FPGA数据处理器，FPGA数据处理器、键盘模块、显示器和无线传输模块都与MPU模块相连接，MPU模块的Rx、Tx端通过多芯电缆连接检测装置中CPU模块的Tx、Rx端，其还通过无线传输模块连接远端的上位机，所述的电源管理模块连接主机内除电源管理模块外的所有模块，电源管理模块还通过多芯电缆连接检测装置内的所有模块，所述的主机内的主放大器连接检测装置连接检测模块，检测装置连接检测模块的输出端连接到MPU模块。

2.根据权利要求1所述的便携式X射线机管电流非介入测量仪，其特征在于：所述的控制组件上还设有钳口闭合状态检测模块、温度传感器模块、序列号存储模块和校准系数存储模块，钳口闭合状态检测模块、温度传感器模块、序列号存储模块和校准系数存储模块都连接CPU模块。

3.根据权利要求1所述的便携式X射线机管电流非介入测量仪，其特征在于：所述的主机内的FPGA数据处理器上还连接有SRAM存储器和SD存储卡。

4.根据权利要求1所述的便携式X射线机管电流非介入测量仪，其特征在于：所述的主机内的MPU模块上还连接有FPGA配置文件模块和显示器背光亮度调整模块。

5.根据权利要求1所述的便携式X射线机管电流非介入测量仪，其特征在于：所述的多芯电缆中的每条线都有各自屏蔽层。

6.根据权利要求1所述的便携式X射线机管电流非介入测量仪，其特征在于，所述的无线传输模块包括Class 1蓝牙集成电路和工作在ISM频段的433MHz无线数据传输集成电路。