CN102755171B - 一种用于ct旋转系统的闭环控制结构和方法 - Google Patents

一种用于ct旋转系统的闭环控制结构和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种用于CT旋转系统的闭环控制结构和方法。一种用于CT旋转系统的闭环控制结构，其包括数据传输滑环、电机、伺服控制器和传动皮带，所述数据传输滑环表面上设置有复数个条状纹理，所述闭环控制结构还包括一种信号检测器，其用于检测所述条状纹理，以得到一编码信号；所述伺服控制器用于根据所述编码信号来确定CT旋转系统的旋转速度，定球管位置，并根据所述旋转速度和一预设旋转速度来控制所述电机。以利用现有的数据传输滑环作为一种标尺，并采用信号检测器来检测这种标尺以得到编码信号，相比现有技术中的专用编码器，成本更低，精确度更高，而且球管位置的偏移更小。

Description

一种用于CT旋转系统的闭环控制结构和方法
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，特别是一种用于CT旋转系统的闭环控制结构和方法。
背景技术
在X射线计算机断层成像(Computed Tomography，CT)设备中，滑环技术解决了CT旋转系统与静止系统的电力和数据传输方式，其包括数据传输滑环和电源滑环。
在CT旋转系统工作时，电机用于驱动传动皮带以带动旋转系统进行旋转，使得旋转系统根据CT设备预设的旋转速度V1、球管位置和旋转方向进行旋转。目前采用开环控制和闭环控制两种方式来控制电机。开环控制方法中只需根据系统预设的旋转速度V1、球管位置、旋转方向来控制电机，在实际运行中不会对实际旋转速度进行调整，一旦实际旋转速度或者球管位置超过CT设备允许的误差范围(通常为±5％)后，就会马上报错，这时CT旋转系统就停止旋转，于是需要再次启动旋转系统，可见这种方法在实际操作中无法对旋转速度进行精确控制，精确度比较低，而且重启旋转系统比较麻烦。另外开环控制中球管位置的偏差范围为15度(360度/24)，这样球管位置的偏差比较大。为了提高控制电机的精确度，一种专用的旋转编码器(如光栅)被用于电机的闭环控制中，使得CT系统能根据旋转编码器的编码信号来确定实际旋转速度和球管位置，并在运行过程中，不断检测实际的旋转速度V2和球管位置以实时调整当前的旋转速度和球管位置，因而这种方式精确度较高，不过由于增加了专用的旋转编码器，所以成本比较高。而且这种专用旋转编码器的分辩率越高，成本越高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于CT旋转系统的闭环控制结构和方法，以较低的成本实现对电机的精确控制，并进一步减少球管位置的偏差。
有鉴于此，本发明提出一种用于CT旋转系统的闭环控制结构，其包括数据传输滑环、电机、伺服控制器，所述数据传输滑环表面上设置有复数个条状纹理，所述闭环控制结构还包括一种信号检测器和计算构件，所述信号检测器用于检测所述条状纹理，以得到一编码信号；所述计算构件用于根据所述编码信号来确定CT旋转系统的实际旋转速度和球管位置，并反馈给所述伺服控制器；所述伺服控制器用于根据实际旋转速度和一预设旋转速度来控制所述电机。以利用现有的数据传输滑环而不是专用编码器进行编码，从而用较低的成本实现对电机的闭环控制。
根据本发明的一个实施例，所述条状纹理等间隔布置在数据传输滑环表面。以便于计算滑环系统的旋转时间和球管位置。
根据本发明的又一个实施例，所述信号检测器位于CT的一个静止部件上。以便能检测到条状纹理的信息。
根据本发明的又一个实施例，所述数据传输滑环上还包括一零点识别条状纹理。以便于确定球管的零点位置。
本发明还提供一种用于CT旋转系统的闭环控制方法，其中所述CT旋转系统包括数据传输滑环、和电机、伺服控制器，所述数据传输滑环表面上设置有复数个条状纹理，所述方法包括：将所述在数据传输滑环表面上的布置复数个条状纹理，以作为一种标尺；用一种信号检测器来检测所述条状纹理，以得到一编码信号；利用一种计算构件来根据所述编码信号来确定CT旋转系统的旋转速度和球管位置，并反馈给伺服控制器(103)；根据所述旋转速度和一预设旋转速度来以控制所述电机，并根据实际球管位置来确定球管位置偏移。以利用现有的数据传输滑环而不是专用编码器进行编码，从而用较低的成本实现对电机的闭环控制。
根据本发明的一个实施例，以等间隔布置方式在数据传输滑环表面布置复数个条状纹理。以便于计算旋转部件的旋转时间。
根据本发明的另一个实施例，将所述信号检测器置于CT设备的一个静止部件上。以便能检测到条状纹理的信息。
根据本发明的又一个实施例，所述编码信号为方波信号或正弦波信号。以便于计算相邻两个编码信号的上升沿之间的时间间隔。
根据本发明的又一个实施例，根据相邻两个条状纹理的编码信号的上升沿之间的时间间隔来计算CT系统的旋转时间，进而得到所述旋转速度。
根据本发明的又一个实施例，所述控制包括：若所述旋转速度高于预设旋转速度，则控制所述电机以降低所述旋转速度；若所述旋转速度低于预设旋转速度，则控制旋转的球管到指定的位置。
从上述方案中可以看出，由于本发明提出一种用于CT旋转系统的闭环控制结构，其利用现有的数据传输滑环作为一种标尺，即复用数据传输滑环，并采用一种信号检测器对该标尺进行检测，以得到实际的旋转速度和球管位置，相比现有技术中用专用的编码器对旋转速度和球管位置进行检测的方式，成本更低。同时对旋转速度的闭环控制误差不超过1％。而且球管位置的偏差为分数度数。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的实施例，使本领域技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明闭环控制结构的示意图。
图2为本发明信号检测器的布置示意图。
图3为用本发明的信号检测器检测到条状纹理的编码信号的示意图。
附图标记
10本发明的闭环控制结构
101数据传输滑环
102信号检测器
103伺服控制器
104计算构件
2数据发送器
3数据接收器
4数据传输滑环的环形中心线
5电机
6条状纹理
7编码信号
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
以下以CT设备为例，具体说明本发明用于CT旋转系统的闭环控制结构和方法。
图1为本发明闭环控制结构的示意图，其包括数据传输滑环101、电机5和伺服控制器103，数据传输滑环101表面上设置有复数个(如900个)条状纹理(bar texture)，此外，闭环控制结构10还包括一种信号检测器102和计算构件104。如图2所示，为本发明信号检测器的布置示意图。在数据传输滑环101上布置有数据传输器和数据接收器，数据传输通过电容耦合来实现。图3示意了位于数据传输滑环101表面的一部分条状纹理6，这些条状纹理6等间隔地布置在数据传输滑环101的表面，其在数据传输滑环101的环形中心线4两侧对称布置。在这些条状纹理中，有一个条状纹理的宽度较其他条状纹理宽很多(图中未示出)，将这个条状纹理用作零点识别条状纹理，以据此确定检测的起点。
如图1所示，首先CT设备预设一旋转速度V1，伺服控制器103根据预设旋转速度V1来控制电机5，使电机5控制传动皮带以带动CT旋转系统进行旋转。
接着，位于CT设备一个静止部件上的信号检测器102来检测位于数据传输滑环101上的条状纹理6，以得到旋转系统的实际旋转速度V2。当信号检测器102检测到零点识别条状纹理时，就确定了检测的起点和球管的零点位置，之后顺次检测其他条状纹理组件101的每一个条状纹理时，以产生一个编码信号，如方波信号或正弦波信号或本领域技术人员熟知的其他信号，图3只示意了一种方波信号，直至信号检测器102再次检测到零点识别条状纹理，这样就得到旋转系统旋转一周(360度)的编码信号7。
然后，计算构件104根据编码信号7来确定CT旋转系统的实际旋转速度V2和球管位置，并反馈给伺服控制器103。计算构件在对编码信号7进行滤波处理后，可以根据滤波后相邻两个编码信号的时间间隔来计算出CT系统的旋转时间，如相邻两个方波信号的上升沿之间的时间间隔t0，进而得到实际旋转速度V2和球管位置信息。
最后，伺服控制器103比较计算构件104得到的实际旋转速度V2和预设旋转速度V1，以控制电机5。若计算出的旋转速度高于CT系统的预设旋转速度V1，则控制电机5以降低实际旋转速度；若计算出的旋转速度低于预设旋转速度，则控制旋转的球管到指定的位置。本发明球管位置的偏差范围为分数角度(360度/900)，相比现有技术中精确度高很多。
这样就可以利用现有的数据传输滑环而不是光栅，即复用数据传输滑环，使其既作为一种标尺，也能进行数据传输，从而用较低的成本实现对电机的闭环控制。同时对旋转速度的闭环控制误差不超过1％。
此外，本发明还提供一种用于CT旋转系统的闭环控制方法，旋转系统包括数据传输滑环1、电机5、伺服控制器103，其中数据传输滑环101表面上设置有复数个条状纹理6，所述方法包括：
首先，将所述数据传输滑环101表面上的复数个条状纹理6作为一种标尺。优选地，这些条状纹理以等间隔布置方式在数据传输滑环表面。
接着，用一种信号检测器来检测条状纹理6，以得到一编码信号7。所述信号检测器置于CT设备的一个静止部件上，以便能检测条状纹理的信息。
然后，利用一种计算构件104来根据所述编码信号来确定CT旋转系统的实际旋转速度和球管位置，并反馈给伺服控制器103；
最后，根据实际旋转速度和一预设旋转速度来控制所述电机5，并根据实际球管位置来确定球管位置偏移。
本发明涉及医疗设备领域，特别是一种用于CT旋转系统的闭环控制结构和方法。一种用于CT旋转系统的闭环控制结构，其包括数据传输滑环、电机、伺服控制器和传动皮带，所述数据传输滑环表面上设置有复数个条状纹理，所述闭环控制结构还包括一种信号检测器，其用于检测所述条状纹理，以得到一编码信号；所述伺服控制器用于根据所述编码信号来确定CT旋转系统的旋转速度和球管位置，并根据所述旋转速度和一预设旋转速度来控制所述电机。以利用现有的数据传输滑环作为一种标尺，并采用信号检测器来检测这种标尺以得到编码信号，相比现有技术中的专用编码器，成本更低，精确度更高，而且球管位置的偏移更小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于CT旋转系统的闭环控制结构(10)，其包括数据传输滑环(101)、电机(5)、伺服控制器(103)，所述数据传输滑环(101)表面上设置有复数个条状纹理(6)，其特征在于，
所述闭环控制结构(10)还包括一种信号检测器(102)和一种计算构件(104)，其中
信号检测器(102)用于检测所述条状纹理(6)，以得到一编码信号(7)；
所述计算构件(104)用于根据所述编码信号(7)来确定CT旋转系统的实际旋转速度和球管位置，并反馈给所述伺服控制器(103)；
所述伺服控制器(103)用于根据实际旋转速度和一预设旋转速度来控制所述电机(5)。
2.根据权利要求1所述的闭环控制结构，其特征在于，所述条状纹理(6)等间隔布置在数据传输滑环(101)表面。
3.根据权利要求1所述的闭环控制结构，其特征在于，所述信号检测器(102)位于CT的一个静止部件上。
4.根据权利要求1所述的闭环控制结构，其特征在于，所述数据传输滑环上还包括一零点识别条状纹理。
5.一种用于CT旋转系统的闭环控制方法，其中所述CT旋转系统包括数据传输滑环(101)、电机(5)、伺服控制器(103)，所述数据传输滑环(101)表面上设置有复数个条状纹理(6)，其特征在于，所述方法包括：
将所述数据传输滑环(101)表面上的复数个条状纹理(6)作为一种标尺；
用一种信号检测器(102)来检测所述条状纹理，以得到一编码信号(7)；
利用一种计算构件(104)来根据所述编码信号来确定CT旋转系统的实际旋转速度和球管位置，并反馈给伺服控制器(103)；
根据实际旋转速度和一预设旋转速度来控制所述电机(5)，并根据实际球管位置来确定球管位置偏移。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以等间隔布置方式在数据传输滑环表面(101)布置复数个条状纹理(6)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述信号检测器(102)置于CT的一个静止部件上。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述编码信号为方波信号或正弦波信号。
9.根据权利要求5所述方法，其特征在于，根据相邻两个条状纹理的编码信号的上升沿之间的时间间隔来计算CT系统的旋转时间，进而得到所述实际旋转速度和球管所在位置。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制包括：
若所述旋转速度高于预设旋转速度，则控制所述电机以降低所述旋转速度；
若所述旋转速度低于预设旋转速度，则控制旋转的球管到指定的位置。
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