CN103185563A - 一种角度计算装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械领域，特别是一种角度计算装置，其包括一种角度计算组件和一种能安装在一机架旋转部分上的加速度感应器，其中，所述加速度感应器用于获取当前位置处所述机架旋转部分在至少两个方向上的加速度分量值；所述角度计算组件用于根据所述加速度分量值来计算所述当前位置偏离初始位置的角度。本发明还提供一种具有该角度计算装置和一机架旋转部分的设备。本发明能在不增加机架内电子触点的情况下，提高测量机架当前位置的精度。

Description

一种角度计算装置

技术领域

本发明涉及机械领域，特别是一种角度计算装置和包括该角度计算装置的设备。

背景技术

X射线计算机断层成像系统(Computed Tomography，CT)对待检对象进行成像时，需要进行旋转或者倾斜，比如在特定的角度扫TOPO，这个过程中需要知道机架的旋转角度和倾斜角度，其中CT机架包括旋转部分和静止部分。目前，主要通过如下方法得到CT机架的旋转角度：在CT机架的旋转部分上放置若干个分布均匀的电子触点，每个电子触点代表不同的旋转角度，当这些电子触点与机架静止部分的触点接触时，就能得到机架当前的旋转位置，而当旋转部分的电子触点与静上部分的触点不接触时，就无法知道机架的当前位置，所以旋转部分电子触点的多少决定了机架旋转的精度高低。例如，若CT机架的旋转部分设置有平均分布的24个电子触点，那么机架旋转的最大精度是15°。对于在0°和15°位置上的两个电子触点而言，当机架停止时，若机架静止部分的触点位于这两个电子触点之间时，此时要么认为机架的当前位置在0°，要么认为机架的当前位置在15°，这就不可能得到确切的当前位置。如果机架当前位置的测量不精确，例如机架倾斜角度不准的话，可能就会扫到扫描计划外的区域。

目前，在高端CT设备上，可以通过增加机架旋转部分的电子触点数量来提高测量机架当前位置的精确度，比如将电子触点的数量增加到上千个，于是误差可以控制在0.5°左右。

近年来加速度感应器(或称重力传感器)的发展越来越成熟，其在安装有在苹果系统(iphone)和安卓系统(android)的手机上已经得到了广泛的应用，比如手机的自动转屏，翻转静音功能等。

公开号为CN102156204A的发明专利申请公开了一种于机测量汽车加速度的方法，该方法包括以下步骤：1)将手机稳定地摆放在汽车内，在汽车静止或匀速前进时，手机中处理器读取重力加速度传感器上X、Y或Z轴方向上的重力加速度分量；2)处理器根据步骤1)中重力加速度分量计算出手机位置信息；3)在汽车加速时，处理器定时读取重力加速度传感器上X、Y或Z轴方向上的重力加速度分量；4)处理器根据步骤2)中的手机位置信息与步骤3)中重力加速度分量计算出当前汽车的加速度，并通过用户界面显示。与现有技术相比，本发明具有成本低、操作方便等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种角度计算装置和一种包括该角度计算装置的设备，以提高测量机架当前位置的精度。

有鉴于此，本发明提供一种角度计算装置，其包括一种角度计算组件和一种能安装在一机架旋转部分上的加速度感应器，其中，所述加速度感应器用于获取当前位置处所述机架旋转部分在至少两个方向上的加速度分量值；所述角度计算组件用于根据所述加速度分量值来计算所述当前位置偏离初始位置的角度。以在不增加机架内电子触点的情况下，提高测量机架当前位置的精度。

根据本发明的一个实施例，所述加速度感应器固定在所述机架旋转部分的表面上。

根据本发明的又一个实施例，当所述机架旋转部分从所述起始位置顺时针旋转到所述当前位置时，所述加速度感应器用于获取在所述当前位置处所述机架旋转部分的切向加速度分量值和径向加速度分量值。

根据本发明的再一个实施例，所述角度计算组件根据如下公式来计算所述当前位置偏离初始位置的旋转角度：

其中，α为所述机架旋转部分从所述起始位置顺时针旋转到所述当前位置的最小旋转角度，x为在所述当前位置处的切向加速度分量值，y为在所述当前位置处的径向加速度分量值。

根据本发明的再一个实施例，当所述机架旋转部分从第一位置倾斜到第二位置时，所述加速度感应器用于获取在该第二位置处所述机架旋转部分的切向加速度分量值、径向加速度分量值和Z向加速度分量值，其中所述Z向分别垂直于所述切向和径向。

根据本发明的再一个实施例，所述角度计算组件根据如下公式来计算所述机架旋转部分的倾斜角度：

$\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{cc}\arccos \frac{\sqrt{x^2+y^2}}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}}& z\&GreaterEqual;0\\ -\arccos \frac{\sqrt{x^2+y^2}}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}}& z<0\end{array}\right.$

其中，β为所述机架旋转部分从第一位置顺时针倾斜到第二位置的最小倾斜角度，x为在所述第二位置处的切向加速度分量值，y为在所述第二位置处的径向加速度分量值，z为在所述第二位置处的Z向加速度分量值。

本发明还提供一种设备，该设备具有一机架旋转部分和一所述的角度计算装置，其中所述角度计算装置安装在所述机架旋转部分上。

根据本发明的一个实施例，所述设备为一CT设备。

从上述方案中可以看出，由于本发明提供一种角度计算装置，其包括种角度计算组件和一加速度感应器，以通过加速度感应器获取当前位置处机架旋转部分加速度分量值，并通过角度计算组件来计算出当前位置偏离初始位置的角度，从而在不增加机架内电子触点的情况下，提高测量机架静止或者低速状态下当前位置的精度。此外，本发明还提供一包括该角度计算装置的设备。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通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CT机架的倾斜角度为0时，机架旋转部分分别在0°，90°，180°和270°时，X，Y，Z轴各自加速度分量值的示意图。

图2为在XY平面上，通过本发明的角度计算装置测定机架旋转角度的示意图。

图3为在XYZ平面上，通过本发明的角度计算装置测定机架倾斜角度的示意图。

附图标记

1-机架旋转部分

2-加速度感应器

具体实施方式

本发明提供一种角度计算装置和一种包括该角度计算装置的设备，以在不增加机架内电子触点的情况下，提高测量机架静止或者低速状态下旋转位置的精度。

以下以CT设备为例，具体说明本发明的方法和装置。

本发明提供一种角度计算装置，其包括一种角度计算组件和一种能安装在一机架旋转部分上的加速度感应器，其中，所述加速度感应器用于获取当前位置处所述机架旋转部分在至少两个方向上的加速度分量值；所述角度计算组件用于根据所述加速度分量值来计算所述当前位置偏离初始位置的角度。

图1为CT机架的倾斜角度为0时，机架旋转部分在0°，90°，180°和270°时，X，Y，Z轴各自的加速度分量值的示意图。图1中CT机架1包括一旋转部分，一加速度感应器2固定在旋转部分的0°位置，且此时机架1的倾斜角度为0°，加速度感应器2在X，Y，Z轴三个方向上都能测量到一个重力分量值(假设在每个方向上重力的最大分量g＝9.80)，这里，X轴方向为切线方向，Y轴方向为径向方向，Z方向分别垂直于X轴方向和Y轴方向，于是机架旋转部分在旋转角度0°的坐标为(0，9.8，0)，在旋转角度90°的坐标为(9.8，0，0)，在旋转角度180°的坐标为(0，-9.8，0)，在旋转角度270°的坐标为(-9.8，0，0)。当加速度传感器使用图1所示的坐标系统时，在CT设备垂直放置时XZ平面与水平面平行，XY平面与水平面垂直。

图2为在XY平面上，通过本发明的角度计算装置测定机架旋转角度的示意图。图2中加速度感应器2固定在机架旋转部分的表面上。当机架旋转部分从起始位置0°旋转角度一角度到达当前位置即停止时，或者以很低的速度从起始位置0°旋转一角度到当前位置时，加速度感应器2也随机架旋转该角度到达当前位置，由于在当前结束位置处机架停止旋转或者以很低的速度继续旋转，所以机架旋转产生的向心力几乎为0，可以忽略不计，只需考虑重力产生的加速度即可。于是在当前位置处，根据如下公式(1)计算旋转角度：

其中，α为机架旋转部分从起始位置顺时针旋转到当前位置的最小旋转角度，x为在当前位置处的切向加速度分量值，y为在当前位置处的径向加速度分量值。

当对例如脊柱等待检对象进行断层扫描时，CT机架需要倾斜，例如机架从第一位置倾斜到第二位置，加速度感应器2用于获取在该第二位置处机架旋转部分在三个方向上的加速度分量值——X轴、Y轴和Z轴方向上的加速度分量值，并根据所述三个加速度分量值来计算机架旋转部分的倾斜角度。此时固定在机架旋转部分的加速度感应器2也随机架倾斜一角度到第二位置。

图3为在XYZ平面上，通过加速度感应器测定机架倾斜角度的示意图。根据如下公式(2)来计算所述机架的倾斜角度：

$\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{cc}\arccos \frac{\sqrt{x^2+y^2}}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}}& z\&GreaterEqual;0\\ -\arccos \frac{\sqrt{x^2+y^2}}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}}& z<0\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，β为机架旋转部分从第一位置顺时针倾斜到第二位置的最小倾斜角度，x为在第二位置处的切向加速度分量值，y为在第二位置处的径向加速度分量值，z为在第二位置处的Z向加速度分量值。

于是，通过本发明的角度计算装置，就可以在不增加机架旋转部分电子触点的情况下，获取机架旋转部分当前位置偏离起始位置的旋转角度和倾斜角度，从而提高测量机架当前位置的精度。而且本方法可以只需要一个感应器，相比高端设备中增加多达上千个电子触点的的方式成本更低。

此外，本发明还提供一种包括上述角度计算装置和一机架旋转部分的设备，其中该角度计算装置位于该机架旋转部分上，该设备例如为CT设备或者本领域技术人员熟知的其他机械设备，例如数字剪影机。

本发明涉及机械领域，特别是一种角度计算装置，其包括一种角度计算组件和一种能安装在一机架旋转部分上的加速度感应器，其中，所述加速度感应器用于获取当前位置处所述机架旋转部分在至少两个方向上的加速度分量值；所述角度计算组件用于根据所述加速度分量值来计算所述当前位置偏离初始位置的角度。本发明还提供一种具有该角度计算装置和一机架旋转部分的设备。本发明能在不增加机架内电子触点的情况下，提高测量机架当前位置的精度。

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 (8)

1.一种角度计算装置，其包括一种角度计算组件和一种能安装在一机架旋转部分上的加速度感应器，其中，

所述加速度感应器用于获取当前位置处所述机架旋转部分在至少两个方向上的加速度分量值；

所述角度计算组件用于根据所述加速度分量值来计算所述当前位置偏离初始位置的角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加速度感应器固定在所述机架旋转部分的表面上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述机架旋转部分从所述起始位置顺时针旋转到所述当前位置时，

所述加速度感应器用于获取在所述当前位置处所述机架旋转部分的切向加速度分量值和径向加速度分量值。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述角度计算组件根据如下公式来计算所述当前位置偏离初始位置的旋转角度：

其中，α为所述机架旋转部分从所述起始位置顺时针旋转到所述当前位置的最小旋转角度，x为在所述当前位置处的切向加速度分量值，y为在所述当前位置处的径向加速度分量值。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述机架旋转部分从第一位置倾斜到第二位置时，

所述加速度感应器用于获取在该第二位置处所述机架旋转部分的切向加速度分量值、径向加速度分量值和Z向加速度分量值，其中所述Z向分别垂直于所述切向和径向。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述角度计算组件根据如下公式来计算所述机架旋转部分的倾斜角度：

$\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{cc}\arccos \frac{\sqrt{x^2+y^2}}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}}& z\&GreaterEqual;0\\ -\arccos \frac{\sqrt{x^2+y^2}}{\sqrt{x^2+y^2+z^2}}& z<0\end{array}\right.$

其中，β为所述机架旋转部分从第一位置顺时针倾斜到第二位置的最小倾斜角度，x为在所述第二位置处的切向加速度分量值，y为在所述第二位置处的径向加速度分量值，z为在所述第二位置处的Z向加速度分量值。

7.一种设备，该设备具有一机架旋转部分和一如权利要求1～6中任一权利要求所述的角度计算装置，其中所述角度计算装置安装在所述机架旋转部分上。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备为一CT设备。

Images