CN104359546B - 一种基于医用超声测量的水听器定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于医用超声测量的水听器定位装置，包括底座和支架，支架的顶端设置有一根能180°翻转的横杆，该横杆的顶部垂直设置有一根定位杆，横杆的底部设置有一个与PLC相连接且能自动聚焦的摄像头；支架的中部通过转轴连接有一个凹状圆弧型的水听器夹具；水听器夹具的底端滑动连接有一个水听器固定座。摄像头与定位杆同轴设置，水听器夹具的圆心位于定位杆的轴线上；所述定位杆的高度与水听器夹具的圆心至横杆的垂直距离相等；所述PLC内置有图像识别与图像处理软件。采用上述结构后，定位准确、快速、可靠性高、对操作技术人员要求低、劳动强度低和成本低。

Description

一种基于医用超声测量的水听器定位装置

技术领域

本发明涉及一种医用超声设备中超声的检测装置，特别是一种基于医用超声测量的水听器定位装置。

背景技术

水听器又称水下传声器，是把水下声信号转换为电信号的换能器。 其是利用材料的特性以及它与周围环境相互作用产生的种种调制效应，探测液体中压力、声音等信号的仪器。在民用领域，水听器可以通过检测水声信号进行石油勘探、海洋生物监测、海底考察等。在军事领域，水听器作为声纳系统的最前端，承担着探测敌方目标信号的作用。

众所周知，医疗超声是超声学在医疗中的应用。超声的图像清晰和生物效应成了一对矛盾的主体，既要保证安全，又要达到图像清晰和生物效应成了一对矛盾的主体。为了保障安全使用超声设备，行业内提出了医用超声设备所使用超声的安全阈值的问题。为此，必须对医用超声设备的声参数进行评价，确保临床应用中的安全性。

随着超声技术的普及应用，超声波功率测量技术也显得更加重要。超声波功率不能仅依靠理论计算得到，而必须应用工程方法进行精确测定。这样可以更好地对超声波设备进行质量控制，同时帮助应用人员充分了解超声波的声场分布。随着聚焦超声波的技术发展，HIFU在用于临床治疗声功率越来越大，传统的传感器夹具虽采取了回避措施，还是不能满足测量的要求。

随着HIFU技术的大量使用，大部分医用超声设备的测量水箱都要采用吸声措施，故均需要使用水听器对水箱的超声进行检测。超声测量前，均需要对水听器的安装精度（也即水听器的敏感面精度）进行定位，如先通过水听器夹具将水听器固定在测量水箱上，然后在水箱上架一台测量显微镜。然后，同时需要两人配合才可以工作，如需要一人在显微镜内观察显微镜显示的数据或图像，另一人则爬在水箱上对水听器的位置进行调整，使水听器的安装精度满足规定的要求。

2010年8月25日公开的第201010033966.7号中国发明专利，其发明名称为“一种水听器测试装置”，其包括：基础、隔振台、安装于隔振台上的振动台，用于产生振动信号、安装于振动台上方的液柱缸。作为测试的容器，安装于液柱缸上的密封盖，用于对液柱缸进行密封；真空泵，用于使液柱缸内部产生真空状态；高压泵，用于使液柱缸内部产生高压状态；安装于基础上，并与液柱缸、真空泵、高压泵联通的管道，用于控制液柱缸内部的压力状态；安装于管道端部的水听器夹具，用于夹持待测水听器;安装于水听器夹具上的标准水听器，用于测量声压；第一阀，用于控制真空泵与管道的联通状态；以及第二阀，用于控制高压泵与管道的联通状态。上述测试装置，解决了现有水听器测试装置无法进行高压测试和本底噪声测试的问题。

2011年12月14日公开的第201110121836.3号中国发明专利，其发明创造的名称为“水听器指向性测试装置”，其包括安装于下基础上的振动台，用于产生振动信号；安装于振动台上方的液柱缸，作为测试的容器；安装于上基础上的旋转支架，用于夹持和转动待测水听器；其中，所述旋转支架包括支撑杆、安装于支撑杆端部的外环、安装于外环内部的内环，套于内环外部的皮带、安装在支撑杆上的电机和安装于内环上的皮筋。

上述测试装置，可以使用振动台和液柱缸，通过电机来实现水听器指向性的测试。这是降低水听器的测试成本、推广水听器的研究领域所必需解决的重要技术问题。解决水听器指向性测试中体积大、成本高昂、误差较大的问题。

上述测试装置，给出了水听器固定的一种方式。但上述用于水听器固定的水听器夹具（也即旋转支架），离声场近，易产生干扰，如果用来检测超声，将使测试结果不够准确，可靠度不高。另外，皮筋的固定方式，固定不够稳固；还有一个重要的原因，水听器的敏感面的定位未提及。

由于水听器的安装精度对测量至关重要，一般水听器的安装精度要求在1毫米以内，该1毫米的安装精度，一般需要初次安装定位、二次安装定位、三次安装定位或多次安装定位、寻找，才能基本达到所需要的要求。

目前，现有的水听器的安装定位，存在着如下的不足：

1. 水听器的初次安装定位需要完全依靠操作技术人员的经验或操作技能，对操作技术人员的要求高，可控性差，经常会出现初次定位与目标值差距太大的现象，从而导致安装定位次数增加，或找不着目标值的现象。

2. 显微镜对水听器进行二次安装定位或多次安装定位时，同时需要两人配合才可以工作。该定位方式，也存在着如下不足：

a. 显微镜寻找水听器敏感面的过程，操作十分繁琐，需要多次不断的调整，劳动强度大，定位时间长，工作效率低下。

b. 显微镜不能即时拍摄图片，对于水听器敏感面的波动范围是否在规定范围（1毫米之内），也只能依靠操作人员目视进行判定，精确度及可靠性差。

c. 人力成本高，水听器的安装定位精度不高，致使最终的超声测试的精确度低，测试结果的可靠度低，数据的利用价值不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种的基于医用超声测量的水听器定位装置，该定位装置定位准确、快速、可靠性高、对操作技术人员要求低、劳动强度低和成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于医用超声测量的水听器定位装置，包括底座和固定设置于底座上的支架，该支架的顶端设置有一根能180°翻转的横杆，该横杆的顶部垂直设置有一根定位杆，定位杆的顶部设置有与PLC相连接的接近开关；横杆的底部设置有一个与PLC相连接且能自动聚焦的摄像头；支架的中部通过转轴连接有一个凹状圆弧型支撑臂的水听器夹具；水听器夹具的底端滑动连接有一个水听器固定座，该水听器固定座的高度能够升降，水听器固定座上还设置有与PLC相连接的位移传感器，该位移传感器能对水听器固定座的升降高度值进行监测；所述摄像头与定位杆同轴设置，所述水听器夹具的圆心位于定位杆的轴线上；所述定位杆的高度与水听器夹具的圆心至横杆的垂直距离相等；所述PLC内置有图像识别与图像处理软件。

所述水听器夹具的能够前后摆动，且摆动角度范围为±60°。

所述图像识别与图像处理软件内安装有标尺。

所述水听器夹具的底端设置有与水听器夹具同圆心的圆弧槽，所述水听器固定座内沿着圆弧槽滑动。

所述支架内设置有至少一个电机。

所述水听器固定座内壁均匀设置有若干个用于将水听器固定的弹性卡条，每个弹性卡条均通过弹簧与水听器固定座内部相连接。

所述弹性卡条为柔性塑胶材料或木质材料。

本发明采用上述结构后，具有如下有益效果：

1. 上述横杆180°翻转后，位于横杆上的定位杆垂直向下，由于定位杆的高度与水听器夹具的圆心至横杆的垂直距离相等，故定位杆的自由端与凹状圆弧型支撑臂的水听器夹具的圆心重合，从而，定位杆能对水听器夹具顶端的敏感面进行初定位。

2. 水听器夹具设计成凹状圆弧形，故能使其原离声场中心，避免干扰的产生，从而在超声检测时，能使测试结果更为准确，测试数据的可靠度高。

3. 上述摄像头、PLC以及PLC内置的带有标尺的图像识别及处理软件，能自动对焦、拍照，从而操作简单，不需人员多次不断调整操作，劳动强度小，对操作人员的技术要求度低，定位时间短，工作效率高。

4. 上述摄像头、PLC以及PLC内置的带有标尺的图像识别及处理软件还能自动计算出水听器顶端的敏感面与定位杆自由端两者之间的距离值、水听器顶端敏感面的波动范围以及快速判定波动范围是否在设定范围内，避免了人员目视的弊端，测试数据准确度高，可靠性强。

附图说明

图1是本发明一种基于医用超声测量的水听器定位装置的结构示意图；

图2是定位杆翻转后，定位杆垂直向下时的结构示意图。

其中有：1.底座；2.支架；3.横杆；4.定位杆；5.水听器夹具；6.圆心；7.摄像头；8.接近开关；9.水听器固定座；10.水听器；11.电机；12.转轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种基于医用超声测量的水听器定位装置，包括底座1和固定设置于底座1上的支架2。

上述支架2的顶端设置有一根能180°翻转的横杆3，该横杆3的顶部垂直设置有一根定位杆4，定位杆4的顶部设置有与PLC相连接的接近开关8。横杆3的底部设置有一个与PLC相连接且能自动聚焦的摄像头7。

支架2的中部通过转轴12连接有一个凹状圆弧型支撑臂的水听器夹具5。水听器夹具5的底端滑动连接有一个水听器固定座9。如水听器夹具5的底端设置有与水听器夹具5同圆心的圆弧槽，水听器固定座9内沿着圆弧槽滑动。

上述水听器夹具5设计成凹状圆弧形，故能使其原离声场中心，避免干扰的产生，从而在超声检测时，能使测试结果更为准确，测试数据的可靠度高。

上述水听器固定座9的高度能够升降，水听器固定座9上还设置有与PLC相连接的位移传感器，该位移传感器能对水听器固定座9的升降高度值进行监测。

上述摄像头7与定位杆4同轴设置，水听器夹具5的圆心位于定位杆4的轴线上；定位杆4的高度与水听器夹具5的圆心至横杆3的垂直距离相等。故横杆3在进行180°翻转后，位于横杆3上的定位杆4将垂直向下，定位杆4的自由端与凹状圆弧型支撑臂的水听器夹具5的圆心重合，从而，定位杆4能对水听器夹具5顶端的敏感面进行初定位。

所述PLC内置有图像识别与图像处理软件，且图像识别与图像处理软件内安装有标尺。故能自动计算出水听器10顶端的敏感面与定位杆4自由端两者之间的距离值、水听器10顶端敏感面的波动范围以及快速判定波动范围是否在设定范围内，避免了人员目视的弊端，测试数据准确度高，可靠性强。

所述水听器夹具5的能够前后摆动，且摆动角度范围为±60°。故能对水听器10顶端敏感面的波动范围进行准确测量。

所述支架2内设置有至少一个电机11，优选为3个，每个电机11均能正转及反转，分别用于控制转轴12的转动、横杆3的翻转以及水听器固定座9的升降。

所述水听器固定座9内壁均匀设置有若干个用于将水听器10固定的弹性卡条，每个弹性卡条均通过弹簧与水听器固定座9内部相连接，弹性卡条为柔性塑胶材料或木质材料。从而，能使水听器10固定更为稳固。

一种基于医用超声测量的水听器定位方法，包括以下步骤：

第一步，水听器10安装；将水听器10的底端插入能升降的水听器固定座9内，使水听器10顶端的敏感面垂直向上。水听器固定座9可以通过电机进行自动升降，同时可设置用于检测水听器固定座9升降位移的位移传感器。水听器固定座9滑动设置在具有凹状圆弧型支撑臂的水听器夹具5上。水听器夹具5的凹状圆弧型支撑臂设置，使能使水听器夹具5远离声场中心，避免干扰的产生，从而在超声检测时，能使测试结果更为准确，测试数据的可靠度高。

第二步，定位杆4自由端指向第一步中凹状圆弧型支撑臂的圆心；在凹状圆弧型支撑臂水听器夹具5的上方设置一个能够转动的定位杆4，当定位杆4旋转至垂直向下时，定位杆4的一端固定设置有一个与PLC相连接的摄像头7，定位杆4的自由端与第一步中凹状圆弧型支撑臂的圆心重合。

第三步，初定位：滑动水听器固定座9，使水听器固定座9、水听器10与定位杆4同轴。然后，水听器固定座9的高度上升，当接近开关8检测到水听器10顶端的敏感面与定位杆4自由端接近时，水听器固定座9停止上升，初定位完成。在这里，接近开关8也能检测水听器10顶端的敏感面与定位杆4自由端的距离，并将该检测的距离值提供给PLC，以供二次定位时，水听器固定座9的升降高度作为参考。

第四步，一次对焦、拍照及距离测定：将定位杆4旋转，使摄像头7与水听器10同轴；摄像头7将水听器10顶端的敏感面自动对焦、拍照，然后将该所拍的图片传送给PLC；然后，PLC中内置有标尺的图像处理软件，将能自动计算出水听器10顶端的敏感面与定位杆4自由端两者之间的距离值。

上述摄像头、PLC以及PLC内置的带有标尺的图像处理软件，能自动对焦、拍照，从而操作简单，不需人员多次不断调整操作，劳动强度小，对操作人员的技术要求度低，定位时间短，工作效率高。

第五步，二次定位：PLC将第四步中的距离值数据传递给水听器固定座9，水听器固定座9继续上升，水听器固定座9上升高度与PLC提供的距离值相等也可与接近开关8提供的距离值相等，根据实际需要进行选择。

第六步，二次对焦、拍照及距离比对：当二次定位完成后，摄像头7将水听器10顶端的敏感面再次自动对焦、拍照；图像处理软件，将再次计算水听器10顶端的敏感面与定位杆4自由端两者之间的距离值。当检测的距离值大于设定的1mm的要求时，根据与设定值的差值，通过对水听器固定座9升降高度或水听器10在凹状圆弧型支撑臂上滑动位移进行有针对性的调节，然后再次对焦、拍照及距离比对，直至该距离值满足设定要求。采用本申请的方法后，一般仅需要二次对焦、拍照及距离比对，即能满足设定要求，比如小于等于1mm。但特殊情况，比如设定要求严格，如要求小于等于0.5mm等，则需要3-4次对焦、拍照及距离比对。

第七步，三次定位：凹状圆弧型支撑臂能够前后摆动，摆动的角度为±60°，摆动时，摆动速度要慢一些以便摄像头能够拍摄较为清晰的照片，以便PLC进行识别与测定。将凹状圆弧型支撑臂前后摆动，摄像头7按照设定频率对水听器10顶端的敏感面自动对焦、拍照，然后将该所拍的各个图片及拍摄时间传送给PLC；然后，PLC中内置有标尺的图像处理软件，将能自动计算出各个图片中水听器顶端的敏感面的位置或尺寸、以及水听器顶端的敏感面的波动范围；同时，PLC能将所计算的波动范围与设定的波动范围进行比较与判定。其中设定的波动范围为小于等于1mm。

Claims (6)

1.一种基于医用超声测量的水听器定位装置，其特征在于：包括底座和固定设置于底座上的支架，该支架的顶端设置有一根能180°翻转的横杆，该横杆的顶部垂直设置有一根定位杆，定位杆的顶部设置有与PLC相连接的接近开关；横杆的底部设置有一个与PLC相连接且能自动聚焦的摄像头；支架的中部通过转轴连接有一个凹状圆弧型支撑臂的水听器夹具；水听器夹具的底端滑动连接有一个水听器固定座，该水听器固定座的高度能够升降，水听器固定座上还设置有与PLC相连接的位移传感器，该位移传感器能对水听器固定座的升降高度值进行监测；所述摄像头与定位杆同轴设置，所述水听器夹具的圆心位于定位杆的轴线上；所述定位杆的高度与水听器夹具的圆心至横杆的垂直距离相等；所述PLC内置有图像识别与图像处理软件。

2.根据权利要求1所述的基于医用超声测量的水听器定位装置，其特征在于：所述水听器夹具能够前后摆动，且摆动角度范围为±60°。

3.根据权利要求1所述的基于医用超声测量的水听器定位装置，其特征在于：所述水听器夹具的底端设置有与水听器夹具同圆心的圆弧槽，所述水听器固定座能沿着圆弧槽滑动。

4.根据权利要求1所述的基于医用超声测量的水听器定位装置，其特征在于：所述支架内设置有至少一个电机。

5.根据权利要求1所述的基于医用超声测量的水听器定位装置，其特征在于：所述水听器固定座内壁均匀设置有若干个用于将水听器固定的弹性卡条，每个弹性卡条均通过弹簧与水听器固定座内部相连接。

6.根据权利要求5所述的基于医用超声测量的水听器定位装置，其特征在于：所述弹性卡条为柔性塑胶材料或木质材料。