CN107429987A - 多叶准直器及其位移检测系统 - Google Patents
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Abstract
一种多叶准直器(100)的位移检测系统(20)，多叶准直器(100)包括多个叶片(10)，每个叶片(10)上包括多个刻度标识(11)。位移检测系统(20)包括多组位移检测装置(21)，每个叶片(10)对应安装至少一组位移检测装置(21)。每组位移检测装置(21)包括：激光发射器(211)，发射激光至对应叶片上的刻度标识(11)；光电接收器(212)，接收刻度标识(11)反射的光信号，并将光信号转换为电信号输出；光纤组件(213)，耦接激光发射器(211)和光电接收器(212)，且正对叶片(10)边缘设置，所述光纤组件(213)包括光纤(2131)以及对应的检测头(2132)，所述检测头(2132)正对刻度标识(11)设置，光纤组件(213)用于将激光通过所述检测头(2132)传输到刻度标识(11)，并将刻度标识(11)反射的光信号传输到光电接收器(212)；以及处理装置(215)，用于接收光电接收器(212)输出的电信号，并根据电信号的变化计算得到叶片(10)的移动距离。
Description
本发明涉及放疗设备领域，尤其涉及一种多叶准直器及其位移检测系统。
在现有的多叶准直器中，为准确实现叶片运动位置的检测，在实际使用中一般采用接触式或非接触式的位置检测方式。接触式的例如采用线性碳膜电阻电位器、电阻式触摸屏等方式，均是通过与多叶准直器叶片固定运动的接触片或弹性片在电位器或触摸屏表面滑动，以通过改变接触电阻值的大小，从而输出变化的线性或近似线性电压信号，并通过A/D转换来确定叶片的运动位置。非接触式的位置检测方式中，例如采用CCD照像的原理，通过一套光学组件将叶片上标记点的位置通过高速摄像机连续拍摄下来，然后将位置像素信息采集后适时传输至电脑处理，以实现移动位置的检测。
以上两种检测方式中，接触式检测的方式由于多叶准直器需检测的叶片数量较多，接触片或弹性片的数量就多。由于制造及安装的因素会产生各接触片与电位器或触摸屏表面的接触压力不同，从而产生检测过程的不稳定，可靠性较差，甚至造成无法使用，而且此类接触式的检测精度较差，无法提供准确的位置信息。CCD摄像原理的非接触式位置检测可提供较高的位置检测精度，而且由于采用非接触式的检测方式，避免了接触式检测方式可靠性低的缺陷，但由于多叶准直器应用于辐照的场合，CCD摄像头不耐辐射，造成CCD摄像头易损坏，需经常更换。
另外，除采用以上两种闭环检测方式检测叶片位移之外，还可采用电机编码器的半闭环方式，通过编码器计数控制系统传给电机的脉冲信号，确定叶片的运动位置。检测的精度与编码器的线数有关，但由于电机失步会造成检测的
误差，从而影响检测数值的准确。这是一种间接的位置检测方法，不能直接反映叶片的实际位置。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种多叶准直器的位移检测系统及放射治疗设备。
本发明一实施例提供一种多叶准直器的位移检测系统，所述多叶准直器包括多个叶片，每个叶片上包括多个刻度标识。所述位移检测系统包括多组位移检测装置，每个叶片对应安装至少一组所述位移检测装置，每组所述位移检测装置包括：激光发射器，发射连续的激光至对应叶片上的刻度标识；光电接收器，接收从所述刻度标识反射的光信号，并将光信号转换为电信号输出；光纤组件，耦接所述激光发射器和光电接收器，所述光纤组件包括光纤以及对应的检测头，所述检测头正对所述刻度标识设置，所述光纤组件用于将所述激光通过所述检测头传输到所述刻度标识，并将所述刻度标识反射的光信号传输到所述光电接收器；以及处理装置，用于接收所述光电接收器输出的电信号，并根据所述电信号的变化计算得到叶片的移动距离。
本发明另一实施例提供一种多叶准直器，至少包括多个可移动叶片以及一位移检测系统，所述位移检测系统用于检测每个叶片的位移。每个叶片上包括多个刻度标识，所述位移检测系统包括多组位移检测装置，每个叶片对应安装至少一组所述位移检测装置。每组所述位移检测装置包括：激光发射器，发射连续的激光至对应叶片上的刻度标识；光电接收器，接收所述刻度标识反射的光信号，并将光信号转换为电信号输出；光纤组件，耦接所述激光发射器和光电接收器，所述光纤组件包括一个检测头，所述检测头正对所述刻度标识设置，所述光纤组件用于将所述激光通过所述检测头传输到所述刻度标识，并将所述刻度标识反射的光信号传输到所述光电接收器；以及处理装置，用于接收所述光电接收器输出的电信号，并根据所述电信号的变化计算得到叶片的移动距离。
本发明的多叶准直器及其位移检测系统，通过采用测量精度高、安全可靠、维护方便的位移检测装置，可实时监测叶片运动状态及记录叶片的运动位置。
图1是本发明提供的多叶准直器的第一实施例的整体示意图；
图2是图1的多叶准直器的光纤组件的安装板的俯视图；
图3是本发明提供的多叶准直器的第二实施例的整体示意图；
图4是图3的多叶准直器的光纤组件的安装板的俯视图；
图5是本发明提供的多叶准直器的第三实施例的整体示意图；
图6是图5的多叶准直器的光纤组件的安装板的俯视图。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一实施例
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种多叶准直器100，其至少包括多个可移动叶片10以及一个位移检测系统20。所述位移检测系统20设置在所述多个可移动叶片10下方，用于检测每个叶片10的位移。
可以理解，在其他实施例中，所述位移检测系统20还可平行设置在所述多个可移动叶片10上方。
具体的，每个可移动叶片10上包括多个刻度标识11。本实施例中，在每个叶片10上蚀刻等间距的凹凸槽或印刷明暗相间的光栅，形成交替的凹凸槽或明暗面，即形成所述刻度标识11。更具体的，所述周期性的凹凸槽或明暗相间的光栅刻于叶片10的边缘位置。
所述位移检测系统20包括多组位移检测装置21，每个叶片10对应安装至
少一组所述位移检测装置21。本实施例中，将所述位移检测系统20直接置于叶片10的光栅或凹凸槽正下方，在尺寸允许条件下，可以直接安装或前后交替错开布置。更具体的，每组所述位移检测装置21至少包括激光发射器211、光电接收器212、光纤组件213以及处理装置214。
具体来说，所述激光发射器211用于发射连续的激光至对应叶片10上的刻度标识11。本实施例中，所述激光发射器211是激光二极管。
所述光电接收器212用于接收所述刻度标识11反射的光信号，并将光信号转换为电信号输出。本实施例中，所述光电接收器212是光电二极管。
本实施例中，所述激光发射器211以及光电接收器212集成在同一个收容装置中，以尽量减小占用的空间。
本发明的原理是：激光发射器211受激后发射出连续的激光，透过一个单向导光的半反镜片，激光射到交替的凹凸槽或明暗相间的光栅面上，在凸面或明面上反射回激光，在凹面或暗面光线被减弱或吸收，通过半反镜片反射回强弱交替的光线被光电接收器212接收。光电接收器212将光信号转换为电信号，在光电接收器212输出端可以检测到毫安级波动的电流信号，接收到的电信号为周期性的脉冲信号，该信号传递给单片机处理后，可得到叶片10的实际位移值。请结合图2，所述光纤组件213耦接所述激光发射器211和光电接收器212，且正对所述叶片10边缘设置。具体的，所述光纤组件213包括光纤2131以及对应的检测头2132，所述检测头2132正对所述刻度标识11设置。本实施例中，所述光纤2131是防辐射单膜光纤。所述光纤组件213用于将所述激光通过所述检测头2132传输到所述刻度标识11，并将所述刻度标识11反射的光信号传输到所述光电接收器212。
本实施例中，所述位移检测系统20进一步包括一安装板214，所述安装板214平行设置在所述多叶准直器100上方或下方。所述安装板214上开设有用于收容所述光纤2131的多个安装槽(图未示)，所述收容槽从安装板214的底面穿透至顶面。本实施例中，所述安装槽的延伸方向垂直于所述叶片10的延伸
方向，所述检测头2132的轴线(即光线出射/入射方向)垂直于叶片10的底面。当所述光纤2131收容在所述安装槽内后，对应的所述检测头2132可暴露在所述安装板214远离所述激光发射器211和光电接收器212的一个端面外，并对准所述刻度标识11位置。当然，在一些实施例中，所述检测头2132优选为收容在所述安装槽内，以防止被外力损坏。此外，每个检测头2132与对应叶片10边缘之间的距离保持一致，且该距离应保证检测头2132的光线聚焦点聚焦于叶片10的刻度标识11上。
所述处理装置215用于接收所述光电接收器212输出的电信号，并根据所述电信号的变化计算得到叶片10的移动距离。本实施例中，所述处理装置215包括接收模块2151以及计算模块2152。所述接收模块2151用于接收所述光电接收器212输出的电信号，其中所述电信号为周期性的脉冲信号。所述计算模块2152用于根据所述电信号进行脉冲计数，并根据所述脉冲数以及预设的原始位置，计算得到所述叶片10的移动距离。在本实施例中，为了进一步判断叶片10位移的方向，所述处理装置215进一步包括位移确定模块2153，用于根据叶片控制电机的转向信号获得移动方向信息，并结合所述移动距离确定叶片10的位移。更具体的，所述处理装置215与叶片控制电机连接，通过拾取叶片控制电机的正反转信号，与脉冲计数的移动距离测量结果相结合，可确定叶片10正反移动的距离。
通过计数方式对多叶准直器100的叶片10进行位置检测，其定位精度取决于叶片10表面凹凸槽或明暗相间光栅刻度的精密性。本实施例中，光纤组件213的分辨率可达到0.01mm，因此使用该本实施例的位移检测系统20的测量精度可达到0.01mm。
可以理解的是，在一些实施例中，如果空间允许，使得激光发射器211、光电接收器212能够在足够短的距离对叶片10进行位移检测，则可以省略所述光纤组件213和所述安装板214。
本发明的多叶准直器100中，通过采用测量精度高、安全可靠、维护方便
的位移检测装置21，可实时监测叶片10运动状态及记录叶片10的运动位置。
第二实施例
由于多叶准直器100的叶片10较薄，当多个叶片10排布较紧密时，所述位移检测装置21的分布安装会受到较大限制。而且由于光纤2131在使用中不能过度弯曲，过度弯曲会造成光信号传递变差或中断。
请参阅图3-4，为解决上述技术问题，本发明提出第二实施例的多叶准直器200。具体来说，第二实施例的多叶准直器200与第一实施例的多叶准直器100基本相同，区别在于：每组所述位移检测装置21a进一步包括一组光纤对码尺215，设置在所述激光发射器211或光电接收器212与所述叶片10之间，用于改变从所述刻度标识11反射的光线的传输光路。此外，所述安装板214a的摆放方向也发生了改变。具体来说，所述安装板214a仍然平行设置在所述多叶准直器200上方或下方，但是所述安装槽开设在安装板214a的顶面，即面向所述叶片10的表面。此时，所述检测头2132传输的光线经所述光纤对码尺215到达所述刻度标识，或从刻度标识反射。。
本实施例中，每组光纤对码尺215包括并排的一聚焦透镜2151以及一反射镜片2152(全反射)。所述光纤对码尺215设置在所述光纤组件213与所述叶片10之间，所述检测头2132的轴向对正所述光纤对码尺215的中心，使得从所述检测头2132发出的光线能够通过所述光纤对码尺215反射到所述刻度标识11。具体来说，激光发射器211发出的激光经由所述光纤2131以及检测头2132传输到所述光纤对码尺215，通过所述聚焦透镜2151聚焦到所述反射镜片2152上，并通过所述反射镜片2152反射到所述叶片10的刻度标识11上。所述刻度标识11又将所述光线反射回到所述反射镜片2152，反射镜片2152将反射后的光线通过光纤组件213再次反射回所述光电接收器212。
可以理解的是，在其他实施例中，所述光纤对码尺215还可设置在激光发射器211或光电接收器212与所述安装板之间，此时，所述检测头2132轴向对正所述刻度标识11。
通过上述方式，解决了光电检测系统20在较小的区域内的光信号转向问题。同时，通过光纤组件213及光纤对码尺215，可将反射的光信号引至较远处进行检测，使得尺寸较大的激光发射器211以及光电接收器212能够安装在多叶准直器200外部，而尺寸较小(检测头直径可到2mm左右)的光纤组件213可安装在空间较小的多叶准直器200下方，且能够分布较多的检测点，从而解决光电检测装置的安装问题。
由于光电器件对光信号的响应速度快，损耗小，因此能保证信号的可靠接收与识别，同时通过采用远距离位置检测方式，光的发射与接收装置(如光电接收器212及激光发射器211)安装于叶片10的外部，不仅解决了安装位置不足的限制，同时有更多的空间对其进行保护设计，而布置于叶片10下方的光纤组件213可采用抗辐射单模光纤，其在总剂量为50krad、剂量率为0.1rad/s的连续脉冲照射下，在1310nm窗口的附加损耗小于3dB/km，同时光纤组件213在叶片10的保护下使用，因此有较高的可靠性。而由透镜和反射镜组成的光纤对码尺215a，其材料为玻璃及金属，不会被辐射所干扰。如此，就可保证该光电检测装置的长期稳定工作。
第三实施例
请参阅图5-6，本发明第三实施例的多叶准直器300与第二实施例的多叶准直器200基本相同，其区别在于：为了准确获得叶片10的移动方向，每个叶片10下方对应安装两组所述位移检测装置21，且两组所述位移检测装置21之间相差预定数值的光信号周期。也就是说，在本实施例中，所述多叶准直器300的每个叶片10可对应安装两个激光发射器211、两个光电接收器212、两个光纤组件213以及对应设置了两组光纤对码尺215。可以理解的是，根据实际情况，每个叶片也可对应设置一个激光发射器211，所述激光发射器211可分出两束平行的激光束，分别经过两个光纤组件、检测头传输发射及接收刻度标尺反射回的具有预定周期的光信号至所述光电接收器。本实施例中，两组所述位移检测装置21之间反射回的光信号相差1/4个光信号周期。此外，也可对应设
置一个具有两个并行接收口的光电接收器212，由此能够保证激光初始发射位置相同，同时减少元件占用的空间。本实施例中，所述两个光纤组件213的检测头2132前后并列设置在安装板214的同一个安装槽的边缘位置，且两个检测头2132之间的间隔为1/4个光信号周期。可以理解的是，两组所述位移检测装置21之间的间隔可根据具体情况而定，例如还可相差1/2、1/3、1/5个光信号周期等等。
由于采用两组所述位移检测装置21，所述处理装置215a也对应发生变化。本实施例中，所述处理装置215a包括接收模块2151a、计算模块2152a以及位移确定模块2153a，所述接收模块2151a用于接收所述光电接收器212输出的两组电信号，其中所述电信号为周期性的脉冲信号；所述计算模块2152a用于根据其中一组所述电信号进行脉冲计数，并根据所述脉冲数以及预设的原始位置，计算得到所述叶片10的位移，以及根据两组脉冲信号的周期，计算得到所述脉冲信号的周期提前或滞后情况；所述位移确定模块2153a用于根据所述脉冲信号的周期提前或滞后情况，判断叶片10移动的方向，并结合所计算的移动距离确定叶片10的位移。
具体来说，当叶片10与光信号检测点之间有相对运动时，两个检测点收集的光信号就会出现相差1/4周期的提前或滞后情况，通过对这个提前或滞后信号的处理，可以获得叶片10移动方向的信息。例如，假设位移检测装置21的两个检测头分别对应设置在叶片的A、B两个位置，当叶片移动时，如果所述计算模块2152a计算得到的脉冲在位置A比在位置B提前1/4周期，则判断叶片10是从A位置移动到B位置，即正向移动，反之，如果所述计算模块2152a计算得到的脉冲在位置A比在位置B滞后1/4周期，则判断叶片10是从B位置移动到A位置，即反向移动。
本发明的多叶准直器及其位移检测系统，通过采用测量精度高、安全可靠、维护方便的位移检测装置，可实时监测叶片运动状态及记录叶片的运动位置。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
- 一种多叶准直器的位移检测系统，所述多叶准直器包括多个叶片，其特征在于，每个叶片上包括多个刻度标识，所述位移检测系统包括多组位移检测装置，每个叶片对应安装至少一组所述位移检测装置，每组所述位移检测装置包括：激光发射器，发射连续的激光至对应叶片上的刻度标识；光电接收器，接收从所述刻度标识反射的光信号，并将光信号转换为电信号输出；光纤组件，耦接所述激光发射器和光电接收器，所述光纤组件包括光纤以及对应的检测头，所述检测头正对所述刻度标识设置，所述光纤组件用于将所述激光通过所述检测头传输到所述刻度标识，并将所述刻度标识反射的光信号传输到所述光电接收器；以及处理装置，用于接收所述光电接收器输出的电信号，并根据所述电信号的变化计算得到叶片的移动距离。
- 如权利要求1所述的多叶准直器的位移检测系统，其特征在于，每组所述位移检测装置进一步包括：一组光纤对码尺，设置在所述激光发射器或光电接收器与所述叶片之间，使得所述激光发射器发出的光线经过所述光纤对码尺后，光路发生特定角度的改变，而且所述刻度标识反射的光线经过所述光纤对码尺后，光路也发生特定角度的改变。
- 如权利要求2所述的多叶准直器的位移检测系统，其特征在于，所述光纤对码尺包括并排的一聚焦透镜以及一反射镜片。
- 如权利要求1或2所述的多叶准直器的位移检测系统，进一步包括一安装板，所述安装板平行设置在所述多叶准直器上方或下方，所述安装板包括用于收容所述光纤的多个安装槽，所述光纤组件的检测头设置在所述安装槽的一 端。
- 如权利要求4所述的多叶准直器的位移检测系统，其特征在于，每个叶片对应安装两组所述位移检测装置，且所述两组位移检测装置经所述刻度标识反射的光信号相差预定数值的周期。
- 如权利要求5所述的多叶准直器的位移检测系统，其特征在于，两组所述位移检测装置包括两个由一个激光发生器和一个光电接收器组成的组件，所述激光发生器发射的激光通过光纤组件、检测头及刻度标尺反射至光电接收器后，光信号周期相差所述预定数值。
- 如权利要求5所述的多叶准直器的位移检测系统，其特征在于，两个光纤组件的检测头前后设置在安装板的同一个安装槽的边缘位置。
- 如权利要求5所述的多叶准直器的位移检测系统，其特征在于，所述处理装置包括：接收模块，用于接收所述光电接收器输出的两组电信号，其中所述电信号为周期性的脉冲信号；计算模块，用于根据其中一组所述脉冲信号进行脉冲计数，以及根据所述脉冲数和预设的原始位置，计算得到所述叶片的移动距离，还用于根据所述两组脉冲信号的周期，计算得到所述脉冲信号的周期提前或滞后情况；以及位移确定模块，用于根据所述脉冲信号的周期提前或滞后情况，判断叶片移动的方向，并结合所计算的移动距离确定叶片的位移。
- 如权利要求1所述的多叶准直器的位移检测系统，其特征在于，所述处理装置包括：接收模块，用于接收所述光电接收器输出的电信号，其中所述电信号为周期性的脉冲信号；计算模块，用于根据所述电信号进行脉冲计数，并根据所述脉冲数以及预设的原始位置，计算得到所述叶片的移动距离；以及位移确定模块，用于根据叶片控制电机的转向信号获得移动方向信息，并 结合所述移动距离确定叶片的位移。
- 一种多叶准直器，至少包括多个可移动叶片以及一位移检测系统，所述位移检测系统用于检测每个叶片的位移，其特征在于，每个叶片上包括多个刻度标识，所述位移检测系统包括多组位移检测装置，每个叶片对应安装至少一组所述位移检测装置，每组所述位移检测装置包括：激光发射器，发射连续的激光至对应叶片上的刻度标识；光电接收器，接收所述刻度标识反射的光信号，并将光信号转换为电信号输出；光纤组件，耦接所述激光发射器和光电接收器，所述光纤组件包括一个检测头，所述检测头正对所述刻度标识设置，所述光纤组件用于将所述激光通过所述检测头传输到所述刻度标识，并将所述刻度标识反射的光信号传输到所述光电接收器；以及处理装置，用于接收所述光电接收器输出的电信号，并根据所述电信号的变化计算得到叶片的移动距离。
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