CN104345317A - 用于测定信号源位置的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测定信号源位置的装置，该信号源输出以调制频率进行调制的信号，该装置具有：一个导体，该导体在沿着导体的不同位置上接收经调制的信号并且用于在收到经调制的信号时将经调制的信号分别朝相反的方向传送至第一导体端部和第二导体端部；一个探测器，该探测器用于在第一导体端部和第二导体端部上获取经调制的信号；以及一个测定装置，该探测装置用于：测定在第一导体端部上获取的、经调制的信号和在第二导体端部上获取的、经调制的信号之间的相位差，以及基于该相位差测定信号源相对于导体的位置。

Description

用于测定信号源位置的装置
技术领域
本发明涉及一种用于测定信号源位置的装置以及一种安装这种装置的仪器。
背景技术
在许多应用中，技术人员面临测定在环形轨道上移动的组件的位置的问题。例如出现这种情况，在该情况下需要在X射线计算机断层摄影装置中测定旋转的传感器的位置。
对此，根据现有技术已知多种解决方案。其中一种解决方案在于，在环形轨道上移动的并因此进行旋转的组件(即旋转的传感器)设有编码的模型(所谓的编码盘)，以光学的方式扫描该编码模型。另一种解决方案在于，在旋转的组件上设置霍尔元件，由此能够通过霍尔传感器以磁性方式进行测试从而测定位置。
但是，这种技术的问题在于，需要将编码盘或霍尔元件安置在旋转对称的结构上。编码盘的使用通常费用高。此外，需要在装配过程中费时地调整编码盘。当出于位置因素需要为编码盘和霍尔元件寻求各自的解决方案时，编码盘的安置和霍尔元件的安置都会经常很难。
另一种解决方案例如描述在DE 4421616 A中。在该现有技术中，将发荧光的光导纤维弯曲成圆形的环。发荧光的光导纤维本身是普通的光导纤维，该光导纤维以适当的方式添加有发荧光的颜料，例如添加有若丹明G、尼罗蓝或其它颜料。
该发荧光的光导纤维发射具有适当的、例如650mm的波长的光，由此光导纤维中含有的颜料吸收该光束并且再次发射具有较大波长(Stokes位移)的光。在光导纤维内部以及朝所有方向进行这种发射，从而将一部分这样发射的荧光沿着光导纤维传导至其端部，并且能够在那里探测到。
根据所述的现有技术，对这类发荧光的光导纤维从侧向在其圆周面上施加光学信号，该信号源自一个信号源、例如LED或激光二极管，并且根据RZ脉冲调制图表或NRZ脉冲调制图表调制该信号。换句话说，通过离散的脉冲传输数字信号，对此可以用1表示光-亮的状态并且用0表示光-灭的状态，或者用1表示光-灭的状态并且用0表示光-亮的状态。
类似于电位计，可以由此测定将光耦合入发荧光的光导纤维的位置，即，首先在光导纤维的两端借助纤维传感器测量光效率，并且随后计算光导纤维两端上的光效率之比。换句话说，首先借助纤维传感器分别测量在光导纤维的两端上获取的光信号的幅度。然后计算测得的幅度之比。
但是，这种技术的问题在于，在这类纤维传感器上测量幅度与外部参数紧密相关并且因此会很快地导致错误测量。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用来测定信号源位置的装置，该装置克服了所述缺陷。
通过根据独立权利要求1和3所述的装置和根据独立权利要求11所述的仪器实现了本发明的目的。从属权利要求涉及本发明的其他优选设计。
根据本发明的一个构思，提供一种用于测定信号源位置的装置，该信号源是为了输出以调制频率进行调制的信号而设置的，该装置具有：
一个导体，该导体这样设置，即，该导体在沿着该导体的不同位置上接收经调制的信号，并且该导体是用来在收到经调制的信号时将经调制的信号分别朝相反的方向传递给第一导体端部和第二导体端部；
一个探测器，该探测器用来在第一导体端部和第二导体端部上获取经调制的信号；以及
一个测定装置，该测定装置用来：
测定在第一导体端部上获取的、经调制的信号与在第二导体端部上获取的、经调制的信号之间的相位差，以及
基于相位差测定信号源相对于导体的位置。
根据本发明的另一个构思，提供一种装置，对此进一步设计了所述测定装置，从而：
基于相位差测定在第一导体端部上获取的、经调制的信号的运行时间作为第一运行时间以及测定在第二导体端部上获取的、经调制的信号的运行时间作为第二运行时间，
测定第一运行时间与第二运行时间之比，以及
基于第一运行时间与第二运行时间之比来测定信号源的位置。
根据本发明的另一个构思，提供一种用来测定信号源位置的装置，该信号源用来输出以调制频率进行调制的信号，该信号能够耦合在导体中的不同位置上并且沿着导体朝相反的方向传递，对此该装置的设置是用来：
测定在导体的第一端部上获取的、经调制的信号与在导体的第二端部上获取的、经调制的信号之间的相位差，以及
基于相位差测定信号源相对于导体的位置。
根据本发明的另一个构思，提供一种装置，对此进一步设置该装置，从而：
基于相位差测定在第一导体端部上获取的、经调制的信号的运行时间作为第一运行时间以及测定在第二导体端部上获取的、经调制的信号的运行时间作为第二运行时间，
测定第一运行时间与第二运行时间之比，以及
基于第一运行时间与第二运行时间之比来测定信号源的位置。
根据本发明的另一个构思，提供一种装置，对此设置信号源和导体以便彼此相对移动。
根据本发明的另一个构思，提供一种装置，对此导体以环形形状构成。
根据本发明的另一个构思，提供一种装置，对此导体由至少一个导体区段构成。
根据本发明的另一个构思，提供一种装置，对此由信号源输出的信号是光学信号并且导体是发荧光的光导纤维。
根据本发明的另一个构思，提供一种装置，对此由信号源输出的信号是电信号并且导体是导电的导体。
根据本发明的另一个构思，提供一种装置，对此由信号源输出的信号是声学信号并且导体是声学导体。
根据本发明的另一个构思，提供一种用来在两个围绕共同的轴彼此相对旋转的部件之间传输信号的仪器，该仪器具有根据本发明的装置，对此在一个部件上设置信号源并且在另一个部件上围绕旋转轴设置导体。
根据本发明的另一个构思，提供一种仪器，对此该仪器是X射线计算机断层摄影装置。
根据本发明的另一个构思，提供一种仪器，对此该仪器是雷达仪。
附图说明
接下来根据附图和优选的实施方式详细说明本发明。
在附图中：
图1根据一个优选的实施方式示出了根据本发明的装置的框图；
图2示出了在光源和发荧光的光导纤维之间的数据传输的功能原理；
图3示出了一种纤维光学的旋转传输器的粗略示意性构造，该旋转传输器具有用来以光学方式传输数字信号的装置；以及
图4示出了具有根据本发明的装置的X射线计算机断层摄影装置的截面。
具体实施方式
根据本发明的一个优选实施方式，根据本发明用来测定信号源1的位置的装置具有测定装置9，该信号源输出以调制频率进行调制的信号，该信号耦合在导体3中的不同位置上并且沿着导体3朝彼此相反的方向传递。
根据本发明的另一个优选的实施方式，根据本发明用来测定信号源1的位置的装置具有导体3、探测器7和测定装置9，该信号源输出以调制频率进行调制的信号。
图1根据一个优选的实施方式示出了根据本发明的装置的框图。
在一个未示出的数据源中将一个数字信号传输给预失真器11a。在该预失真器11a中将数字信号转换成模拟信号并且设置在信号源1上。信号源1输出信号。由信号源1输出的信号具有电平，该电平以待传输的数字信号为基础通过调制频率进行调制。换句话说，该信号是经幅度调制的。可以根据已知的脉冲幅度调制或者根据正交频分复用/离散多音调制(OFDM/DMT)调制该经幅度调制的信号。其它的幅度调制技术也是可以的。
经调制的信号在沿着导体3的不同位置上由导体3所接收以及耦合在导体3中。经调制的信号从接收位置分别朝相反的方向传递到导体3的两个端部5。
导体3的端部5与探测器7相连，一旦信号到达端部5，该探测器便获取经调制的信号。
测定装置9串联在探测器7后面。测定装置9测定在导体3的一个端部5上获取的、经调制的信号与在导体3的另一个端部5上获取的、经调制的信号之间的相位差。测定装置9基于相位差测定在导体3的一个端部5上获取的、经调制的信号的运行时间(“第一运行时间”)和在导体3的另一个端部5上获取的、经调制的信号的运行时间(“第二运行时间”)。测定装置9测定第一运行时间与第二运行时间之比。测定装置9基于第一运行时间与第二运行时间之比测定信号源1相对于导体3的位置。这又意味着，测定装置9基于相位差测定信号源1相对于导体3的位置。
信号源1和导体3彼此相对可移动。信号源1和导体3可以相互同轴地移动。导体3可以形成为环形。或者导体3可以形成为螺旋形或形成为直线型。另外，导体3由至少一个导体区段构成。导体3也可以由多个导体区段形成并且从而由多个部件区段构成。
探测器7和测定装置9以适宜的方式配有修正器11b，该修正器修正接收到的信号并且转换回数字信号。
根据本发明的另一个优选的实施方式，由信号源1输出的信号是光学信号，并且导体3是发荧光的光导纤维。以这种方式和方法在信号源1和导体3之间不接触地进行信号传输。
结合图1描述了发荧光的光导纤维的功能原理。由信号源1发射的光触及发荧光的光导纤维3的圆周面。在发荧光的光导纤维3中含有的颜料吸收一部分这些光并且从光导纤维向外发射具有较大波长的荧光。适当地选择颜料和激发波长可以使通常存在的、吸收光谱和发射光谱的部分重叠保持在少量，由此只出现少量的自吸收。
发射过程伴有对于颜料来说典型的时间延迟(所谓的荧光寿命)，该时间延迟通常在数个纳秒的范围内，这限制了传输带宽。
根据发荧光的光导纤维3、特别是数字孔径、直径和诸如此类的构造，在发荧光的光导纤维3内部生成的一部分光捕捉在光导纤维内部并且经过圆周面上的全反射传导至发荧光的光导纤维3的两个端部5。在那里可以以适当的方式探测到光。通过探测器7、大致例如光电管或类似元件进行光的探测。通过所谓的管道效率PE描述所传导的光束份额。
PE＝1-nm/nk
其中nm和nk分别是发荧光的光导纤维3的纤维外罩和纤维芯部的折射率。
如图3所示特别有利的是，将发荧光的光导纤维3以环的形式(即以环形)与第二构件的旋转轴同轴地进行弯曲。在该第二构件上设有激光二极管或LED作为光学的信号源1，该信号源与旋转轴相间隔，并且这样调整该信号源，即，由该信号源发射的光落到另一个构件的发荧光的光导纤维3上。当两个构件的其中一个围绕共同的旋转轴旋转时，还是可以实现两个部件之间可靠的信号传输。
根据这个优选的实施方式，可以在发荧光的光导纤维3的两个端部5的其中一个上设置一个镜面，在该镜面上反射通过纤维传导的光，由此通过纤维将光传导至两个端部5的另外一个。
根据本发明的另一个优选的实施方式，由信号源1输出的信号是电信号并且导体3是导电的导体。例如导体3可以由导电的金属构成。通过信号源1例如通过滑动接触与导体3相接处，使得信号从信号源1传输至导体3。
根据本发明的另一个优选的实施方式，由信号源1输出的信号是声学信号并且导体3是声学导体。例如导体3可以是填充有液体的管，在该管中传播由信号源1所激发的声波。
图4示出了本发明结合X射线计算机断层摄影装置15作为一个系统或仪器的应用，在该仪器中可以特别有利地使用根据本发明的装置。在X射线计算机断层摄影装置中必须定期在旋转的部件和固定的部件之间在短时间内传输大量数据。不可以通过旋转轴进行传输，因为这里安置有待检查的病人和病人的卧榻13。因此，如图4所示，根据本发明在X射线计算机断层摄影装置的固定部件上设有环路形(即环形)的导体3，该导体的端部连有合适的探测器7。
该环与旋转轴同轴地形成并且与该旋转轴这样地间隔，即，为病人提供足够的位置。在旋转的部件上与旋转轴间隔地设置信号源1。
由X射线计算机断层摄影装置的旋转部件所接收的图像信息转换成数字形式的数据，通过脉冲幅度调制法或多重频率复用法在信号源1上转换成经幅度调制的信号，并且传输至导体3。
通过导体3将信号传导至导体的端部5。合适的探测器7在导体的端部5上获取信号，然后该信号经历修正和反调制以及模拟-数字转换。以这种方式和方法在接收的一方重新生成数字的图像数据。由于根据本发明的仪器所提供的高的数据传输带宽，所以可以传输具有适当的误差校正数据的图像数据，从而可以在旋转部件和固定部件之间安全、可靠并快速地传输数据。
尽管根据优选的实施方式描述了本发明，但是本发明并不局限于此。代替X射线计算机断层摄影装置也可以在雷达天线中有利地应用本发明。

Claims (13)

1.一种用于测定信号源(1)的位置的装置，所述信号源是为了输出以调制频率进行调制的信号而设置的，所述装置具有：
一个导体(3)，所述导体这样设置，即，所述导体在沿着所述导体的不同位置上接收经调制的信号，并且所述导体是用来在收到经调制的信号时将经调制的信号分别朝相反的方向传递给第一导体端部(5)和第二导体端部(5)；
一个探测器(7)，所述探测器用来在第一导体端部和第二导体端部上获取经调制的信号；以及
一个测定装置(9)，所述测定装置用来：
测定在第一导体端部上获取的、经调制的信号与在第二导体端部上获取的、经调制的信号之间的相位差，以及
基于相位差测定信号源相对于导体的位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步设计所述测定装置(9)，从而：
基于相位差测定在第一导体端部(5)上获取的、经调制的信号的运行时间作为第一运行时间以及测定在第二导体端部(5)上获取的、经调制的信号的运行时间作为第二运行时间，
测定第一运行时间与第二运行时间之比，以及
基于第一运行时间与第二运行时间之比来测定信号源(1)的位置。
3.一种用来测定信号源(1)的位置的装置，所述信号源用来输出以调制频率进行调制的信号，所述信号能够耦合在导体(3)中的不同位置上并且沿着所述导体(3)朝相反的方向传递，其特征在于，所述装置的设置是用来：
测定在导体(3)的第一端部(5)上获取的、经调制的信号与在所述导体的第二端部(5)上获取的、经调制的信号之间的相位差，以及
基于所述相位差测定所述信号源相对于所述导体的位置。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，进一步设置所述装置，从而：
基于相位差测定在第一导体端部(5)上获取的、经调制的信号的运行时间作为第一运行时间以及测定在第二导体端部(5)上获取的、经调制的信号的运行时间作为第二运行时间，
测定第一运行时间与第二运行时间之比，以及
基于第一运行时间与第二运行时间之比来测定信号源(1)的位置。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于，信号源(1)和导体(3)可彼此相对移动。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述导体(3)以环形形状构成。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于，所述导体(3)由至少一个导体区段构成。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，由信号源(1)输出的信号是光学信号并且所述导体(3)是发荧光的光导纤维。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，由信号源(1)输出的信号是电信号并且所述导体(3)是导电的导体。
10.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，由信号源(1)输出的信号是声学信号并且所述导体(3)是声学导体。
11.一种用来在两个围绕共同的轴彼此相对旋转的部件之间传输信号的仪器(15)，所述仪器具有根据权利要求8至10中任意一项所述的装置，其特征在于，在一个部件上设置信号源(1)并且在另一个部件上围绕旋转轴设置导体(3)。
12.根据权利要求11所述的仪器(15)，其特征在于，所述仪器是X射线计算机断层摄影装置。
13.根据权利要求11所述的仪器(15)，其特征在于，所述仪器是雷达仪。
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