CN109512397A - 一种升降式医用红外热像仪 - Google Patents
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Abstract
为解决现有医用红外热像仪存在的升降行程不足、升降运动过程中稳定性欠佳以及运动速度单一且较慢的技术问题，本发明提供了一种升降式医用红外热像仪，包括红外热成像模块、防护壳体、底座，以及设置在所述防护壳体内的固定支架；所述红外热成像模块包括热成像机芯和红外镜头；还包括设置在所述防护壳体内的直线模组和限位机构；直线模组安装在所述固定支架上，用于实现所述红外热成像模块的升降运动；限位机构有两个，分别设置在直线模组的上部和下部。本发明引入直线模组和相应附件，能大幅度扩展升降行程，而且改善了升降运动时红外热成像模块的稳定性，在升降过程中图像无晃动感。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，涉及一种升降式医用红外热成像设备。
背景技术
人体正常干燥皮肤的辐射率约为0.98，是一个天然红外辐射源，它不断地向周围空间发散红外辐射能。当人体患病时，人体全身或局部的热平衡会受到破坏，在临床上多表现为人体组织温度的升高或降低。红外热像仪能够将人体的红外辐射能，转换为人体热场的可视图像，为疾病识别和早期预防提供可靠数据。
现有的医用红外热像仪，普遍存在如下问题：
1)采用伸缩型升降机构，升降行程不足，无法下降到预期的位置，不能对腿部细节进行检测；
2)升降运动过程中稳定性能欠佳，显示图像有晃动感；
3)传动机构的运动速度单一，且较慢；
4)图像单视场显示，不能针对异常部位进行细节观察和分析；
5)线缆较多，安装使用比较繁琐。
发明内容
为解决现有医用红外热像仪存在的升降行程不足、升降运动过程中稳定性欠佳以及运动速度单一且较慢的技术问题，本发明提供了一种升降式医用红外热像仪。
本发明的技术方案是：
一种升降式医用红外热像仪，包括红外热成像模块、防护壳体、底座，以及设置在所述防护壳体内的固定支架；所述红外热成像模块包括热成像机芯和红外镜头；其特殊之处在于：还包括设置在所述防护壳体内的直线模组和限位机构；
直线模组安装在所述固定支架上，用于实现所述红外热成像模块的升降运动；限位机构有两个，分别设置在直线模组的上部和下部。
进一步地，所述直线模组有以下两种实现方式：
第一种：
所述直线模组包括同步带、滑台、型材外壳以及固定安装在型材外壳上的驱动电机、直线导轨和两个支撑转轮；
驱动电机的转轴与其中一个支撑转轮的转芯轴相连；
同步带设置在两个支撑转轮外，与两个支撑转轮的圆周接触；
滑台的底部与直线导轨相接，滑台的中部与同步带的两个端部连接，滑台的顶部用于固定所述红外热成像模块；
型材外壳的背部设置有用于与所述固定支架相连的固定螺母。
第二种：
所述直线模组包括滑台、型材外壳以及固定安装在型材外壳上的驱动电机、丝杆组件、直线导轨和两个支撑转轮；
驱动电机设置在丝杆组件的侧面，驱动电机的转轴通过90°转角传动器与其中一个支撑转轮的转芯轴相连；
丝杆组件中的螺杆通过转芯轴和转芯轴承与支撑转轮固定连接；
滑台的底部与直线导轨相接，滑台的中部与丝杆组件中的螺母连接，滑台的顶部用于固定所述红外热成像模块；
型材外壳的背部设置有用于与所述固定支架相连的固定螺母。
进一步地，还包括设置在所述固定支架与滑台之间的拖链；拖链的一端固定在固定支架上，另一端固定在滑台上；拖链由多个运动关节构成，并且具有容纳相关线缆的空腔。
进一步地，还包括两个防尘网；其中一个防尘网的下端固定在底座上，上端固定在直线模组中滑台的下边缘；另一件防尘网的下端固定在直线模组中滑台的上边缘，上端固定在防护壳体上。
进一步地，所述红外镜头为双视场变焦红外镜头；近焦时的大视场用于观看目标的全身热辐射效果；远焦时的小视场用于聚焦特定部位的热辐射效果。
进一步地，所述热成像机芯包括探测器、外围电路、A/D转换电路、FPGA图像数据处理模块、嵌入式系统模块和对外接口；
探测器用于探测通过红外镜头呈现的光信号；
外围电路用于将光信号转换为模拟信号；
A/D转换电路用于将所述模拟信号转换为数字信号；
FPGA图像数据处理模块用于实现探测读出时序，对红外图像进行非均匀校正、盲元替换、图像增强及红外镜头非均匀性校正；
嵌入式系统模块和对外接口用于将FPGA图像数据处理模块输出的图像信息传输至外部显示设备上。
进一步地，还包括设置在红外热成像模块外的第二防护壳体。
进一步地，还包括设置在底座上的标准网络接口和标准网电源供电接口；标准网络接口与热成像机芯中的对外接口通过网线相连。
进一步地，嵌入式系统模块上引出有两组控制串口，一组串口用于控制红外镜头，另一组串口用于控制直线模组的升降。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明引入直线模组和相应附件，能大幅度扩展升降行程。
2.本发明改善了升降运动时红外热成像模块的稳定性，在升降过程中图像无晃动感。
3.本发明的升降速度可以从低到高，灵活设置，最大速度可以达到100mm/s以上，最小速度可以达到5mm/s以下，有效改善了升降控制时的操作体验感。
4.本发明将直线模组与拖链配合使用，有效分离运动部件和静止部件，实现了对红外热成像模块相连接线缆的防护。
5.本发明通过设置防尘网可以有效防护设备内部免受灰尘污染。
6.本发明在红外热成像模块中使用变焦红外镜头代替单一视场红外镜头，可以获得更细致、准确的体检效果，提升产品的诊断性能。
7.本发明在热成像机芯的嵌入式系统模块中，设计了对电机驱动器和红外镜头的控制串口，通过热成像机芯实现了对直线模组的升降控制和镜头变焦控制。
8.本发明采用集成化、模块化的设计理念，优化了通信方案。整机只有一根电源线，对设备进行供电；整机只有一根网线，对外通信和传输图像。简化了安装和使用的操作过程。
附图说明
图1为本发明的正面剖视图。
图2为本发明的侧面剖视图。
图3为本发明的红外热成像模块原理框图。
图4为A型直线模组的示意图，其中(A)为侧剖面视图，(B)为顶视图。
图5为B型直线模组的示意图，其中(A)为侧剖面视图，(B)为顶视图。
图6为拖链示意图。
附图标记说明：
110为红外热成像模块，111为红外镜头，112为热成像机芯，120为直线模组，121为限位机构，122为拖链，123为防尘网，130为固定支架，131为运动线缆，140为防护壳体，150为底座，160为外联线缆(包括一根网线，一根电源线)，112-1为探测器及外围电路、A/D转换电路，112-2为图像处理模块，112-3为嵌入式系统模块和对外接口，120A-1为同步带，120A-2为直线导轨，120A-3为滑台，120A-4为支撑转轮(两端各一件)，120A-5为固定螺母，120A-6为型材外壳，120A-7为驱动电机，120B-1为丝杆组件，120B-2为直线导轨，120B-3为滑台，120B-4为支撑转轮(两端各一件)，120B-5为固定螺母，120B-6为型材外壳，120B-7为驱动电机。
具体实施方式
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。
参见图1、图2，本发明所提供的升降式医用红外热像仪，主要包括底座150、固定支架130、直线模组120、限位机构121、红外热成像模块110、防护壳体140和防尘网123。
底座150是红外热像仪整机的固定平台，设计时适当增加了底座150的重量，降低设备整机的重心。固定支架130安装在底座150上，与底座150刚性连接形成一个整体，提升红外热像仪的稳定性。固定支架130采用硬铝型材材料，质量轻、价格便宜、加工简单、安装方便、结构强度大。直线模组120设置在固定支架130上，直线模组120中的固定螺母120A-5与固定支架130紧固连接；
直线模组120有两种方案可供选择，这两种方案分别称为A方案和B方案。两种方案的差异在于传动机构的不同，A方案直线模组的传动机构为同步带120A-1，B方案直线模组的传动机构为丝杆组件120B-1。
图3所示为A方案直线模组的结构示意图。A方案直线模组，包括驱动电机120A-7、型材外壳120A-6、两个支撑转轮120A-4、同步带120A-1、滑台120A-3和直线导轨120A-2；
型材外壳120A-6是直线模组的固定支撑结构。
每个支撑转轮均具有同轴设置的两个转芯轴，其中一个支撑转轮的一个转芯轴与驱动电机120A-7的转轴相连，另一个转芯轴用于将该支撑转轮固定安装在型材外壳120A-6上；而另一个支撑转轮通过其两个转芯轴固定安装在型材外壳120A-6上。
驱动电机120A-7的外壳固定在型材外壳120A-6上，驱动电机120A-7的转轴与其中一个支撑转轮120A-4的转芯轴固联，由驱动电机120A-7带动该支撑转轮120A-4正向和反向旋转。
同步带120A-1与支撑转轮120A-4的圆周接触，支撑转轮120A-4带动同步带120A-1正向和反向运动。
直线导轨120A-2固定安装在型材外壳120A-6内，滑台120A-3底部安装在直线导轨120A-2上，滑台120A-3中部与同步带120A-1的两个端部连接，滑台120A-3顶部通过螺纹孔固定红外热成像模块110。
该直线模组中，同步带120A-1提供升降运动的动力，直线导轨120A-2确保升降运动的平稳性能，使升降过程图像无晃动感。型材外壳120A-6的背部设计有固定螺母120A-5，用于与固定支架130上的螺钉连接固定。
图5所示为B方案直线模组的结构示意图。B方案直线模组，包括驱动电机120B-7、型材外壳120B-6、两个支撑转轮120B-4、丝杆组件120B-1、滑台120B-3和直线导轨120B-2；
型材外壳120B-6是模组的固定支撑结构。
两个支撑转轮120B-4均通过螺钉固定安装在型材外壳120B-6上。
驱动电机120B-7的外壳固定在型材外壳120B-6上，驱动电机120B-7设置在丝杆组件的侧部(较之驱动电机位于丝杆组件端部的方案，将驱动电机设置于丝杆组件侧部可以使滑台下降得更低一些)，驱动电机120B-7的转轴通过90°转角传动器与支撑转轮120B-4的转芯轴固联，驱动电机120B-7带动支撑转轮120B-4正向和反向旋转。丝杆组件120B-1的螺杆通过转芯轴和转芯轴轴承与支撑转轮120B-4固联，支撑转轮120B-4带动丝杆组件120B-1正向和反向运动。
直线导轨120B-2固定安装在型材外壳120B-6内，滑台120B-3底部安装在直线导轨120B-2上，滑台120B-3中部与丝杆组件120B-1中的螺母连接，滑台120B-3顶部通过螺纹孔固定红外热成像模块110。丝杆组件120B-1提供升降运动的动力，直线导轨120B-2确保升降运动的平稳性能，使升降过程图像无晃动感。型材外壳120B-6的背部设计有固定螺母120B-5，用于与固定支架130上的螺钉连接固定。
限位机构121有两个，分别设置在直线模组120中型材外壳的上端和下端，以满足运动滑台在有限的范围内运动，确保运动的安全性。
在固定支架130与直线模组120的滑台之间，设置有由多个运动关节组成的具有容纳线缆空腔的拖链122，拖链122的结构如图6所示；拖链122的一端固定在固定支架130上，拖链122的另一端固定在直线模组120的滑台上；拖链122的内腔用于放置与红外热成像模块110相连接的线缆，在红外热成像模块110运动过程中，对该线缆实施防护。
红外热成像模块110安装在直线模组120的滑台上，在滑台的带动下，实现上下升降功能。红外热成像模块110包括红外镜头111和热成像机芯112两部分。红外镜头111的光线出瞳与热成像机芯112中的探测器靶面重合，二者通过螺钉紧固安装在基板上，该基板再固定于直线模组120的滑台上。
为了使红外热像仪既能整体观察人体全身热像图，又能细致观看人体细节的热像图，本发明红外镜头采用双视场变焦红外镜头。双视场变焦红外镜头的设计原理和过程为：因采集全身图像时，视场角大约为27°(水平)×36°(竖直)；采集局部图像时，视场角大约为9°(水平)×12°(竖直)。(所成图像为水平方向尺寸与竖直方向尺寸之比等于3:4的矩形)。根据视场角需求情况，和探测器靶面尺寸，设计相应的两档变焦红外镜头。在本发明中，所使用红外探测器的像素数为288×384，像元尺寸为17μm。另外，变焦红外镜头的F数为1.0，工作波段为8～12μm。变焦红外镜头包括前固定组、变倍组和后固定组三部分，其中，固定组的固定方式和变倍组的运动方式设计参照专利CN206039017U，《长波红外大靶面双视场变焦镜头》。
参照图3，热成像机芯112包括探测器及外围电路、A/D转换电路112-1，FPGA图像数据处理模块112-2，嵌入式系统模块和对外接口112-3三部分，三部分依次电连接。通过红外镜头111呈现的光线，成像在探测器的靶面上。探测器及外围电路将光信号转化成模拟信号，再经过A/D转换电路，形成数字信号。FPGA图像数据处理模块112-2主要是指FPGA读出时序及数据处理模块，用于实现探测读出时序，对红外图像进行非均匀校正、盲元替换、图像增强及镜头非均匀性校正等(图像处理参照《红外焦平面阵列成像及其非均匀性校正技术》科学出版社，2015年3月1日出版)，其还用于数据缓存、与嵌入式系统模块的接口时序。经过图像处理的图像信息，经过嵌入式系统模块和对外接口112-3，传输为显示设备成像显示。
热成像机芯112中的对外接口，通过网线与底座150上的标准网络接口连接，标准网络接口是整机系统对外的视频传输、控制信号传输接口。在嵌入式系统模块和对外接口112-3上，引出两组控制串口，一组串口用于控制红外镜头，完成视场切换功能；另一组串口通过电机驱动器，完成直线模组的升降控制功能。
其中，对直线模组的控制信号，通过设置不同的驱动细分信息，调节直线模组的升降速度。直线模组的最大速度可以达到100mm/s以上，最小速度可以达到5mm/s以下，在最大速度和最小速度之间，又平均细分为3个档位。通过速度控制，有效改善了升降控制时的操作体验感。
在底座150上设置有标准网络接口和标准网电源供电接口。标准网络接口，在整机设备的内部，与热成像机芯112连接；在外部，通过网线与计算机连接，实现图像和通信传输。标准网电源供电接口，在整机设备的内部，通过一系列的隔离、滤波后，获得稳定的电源，再分别分配给各用电模块，给各个模块提供电源；在外部，通过电源线与标准网电源插座连接，实现整机设备供电。整机的外联线缆160，实现了只有一根网线和一根电源线，简化了安装和使用过程。
防护壳体140安装在红外热像仪整机的最外部，包裹住固定支架130、直线模组120，防护壳体140的作用是防护内部的电气系统，免受外界的干扰；同时，也可以防止内部电气系统对操作人员造成触电的风险；另外，还可以实现产品的外观塑形，提升产品的艺术感和美感。红外热成像模块110作为运动部件，需要设计成独立的防护壳体。防护壳体140可以采用工程塑料材料定制加工而成。
防尘网123采用风琴式防尘折布，压缩率很高，收缩后占据的体积较小；防尘网123共两件，其中一件防尘网123的下端固定在底座150上，上端固定在直线模组120滑台的下边缘；另一件防尘网123的下端固定在直线模组120滑台的上边缘，上端固定在防护壳体140上。
Claims (10)
1.一种升降式医用红外热像仪，包括红外热成像模块、防护壳体、底座，以及设置在所述防护壳体内的固定支架；所述红外热成像模块包括热成像机芯和红外镜头；其特征在于：还包括设置在所述防护壳体内的直线模组和限位机构；
直线模组安装在所述固定支架上，用于实现所述红外热成像模块的升降运动；限位机构有两个，分别设置在直线模组的上部和下部。
2.根据权利要求1所述的升降式医用红外热像仪，其特征在于：所述直线模组包括同步带、滑台、型材外壳以及固定安装在型材外壳上的驱动电机、直线导轨和两个支撑转轮；
驱动电机的转轴与其中一个支撑转轮的转芯轴相连；
同步带设置在两个支撑转轮外，与两个支撑转轮的圆周接触；
滑台的底部与直线导轨相接，滑台的中部与同步带的两个端部连接，滑台的顶部用于固定所述红外热成像模块；
型材外壳的背部设置有用于与所述固定支架相连的固定螺母。
3.根据权利要求1所述的升降式医用红外热像仪，其特征在于：所述直线模组包括滑台、型材外壳以及固定安装在型材外壳上的驱动电机、丝杆组件、直线导轨和两个支撑转轮；
驱动电机设置在丝杆组件的侧面，驱动电机的转轴通过90°转角传动器与其中一个支撑转轮的转芯轴相连；
丝杆组件中的螺杆通过转芯轴和转芯轴承与支撑转轮固定连接；
滑台的底部与直线导轨相接，滑台的中部与丝杆组件中的螺母连接，滑台的顶部用于固定所述红外热成像模块；
型材外壳的背部设置有用于与所述固定支架相连的固定螺母。
4.根据权利要求2或3所述的升降式医用红外热像仪，其特征在于：还包括设置在所述固定支架与滑台之间的拖链；拖链的一端固定在固定支架上，另一端固定在滑台上；拖链由多个运动关节构成，并且具有容纳相关线缆的空腔。
5.根据权利要求4所述的升降式医用红外热像仪，其特征在于：还包括两个防尘网；其中一个防尘网的下端固定在底座上，上端固定在直线模组中滑台的下边缘；另一件防尘网的下端固定在直线模组中滑台的上边缘，上端固定在防护壳体上。
6.根据权利要求1或2或3所述的升降式医用红外热像仪，其特征在于：所述红外镜头为双视场变焦红外镜头；近焦时的大视场用于观看目标的全身热辐射效果；远焦时的小视场用于聚焦特定部位的热辐射效果。
7.根据权利要求6所述的升降式医用红外热像仪，其特征在于：所述热成像机芯包括探测器、外围电路、A/D转换电路、FPGA图像数据处理模块、嵌入式系统模块和对外接口；
探测器用于探测通过红外镜头呈现的光信号；
外围电路用于将光信号转换为模拟信号；
A/D转换电路用于将所述模拟信号转换为数字信号；
FPGA图像数据处理模块用于实现探测读出时序，对红外图像进行非均匀校正、盲元替换、图像增强及红外镜头非均匀性校正；
嵌入式系统模块和对外接口用于将FPGA图像数据处理模块输出的图像信息传输至外部显示设备上。
8.根据权利要求7所述的升降式医用红外热像仪，其特征在于：还包括设置在红外热成像模块外的第二防护壳体。
9.根据权利要求7所述的升降式医用红外热像仪，其特征在于：还包括设置在底座上的标准网络接口和标准网电源供电接口；标准网络接口与热成像机芯中的对外接口通过网线相连。
10.根据权利要求7所述的升降式医用红外热像仪，其特征在于：嵌入式系统模块上引出有两组控制串口，一组串口用于控制红外镜头，另一组串口用于控制直线模组的升降。
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