CN109951026B - 一种用于多叶光栅直线电机的电阻式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多叶光栅直线电机的电阻式传感器，属于医疗设备和传感器技术领域。包括多个感应部和一个接线板，各感应部均分别包括连接尺、电阻条和电刷；连接尺的两端分别与直线电机动子和多叶光栅叶片连接；电阻条作为本电阻式传感器的基尺，贴设于连接尺表面，随连接尺同步运动；电刷为导电薄片式弹性结构，其头部触角与电阻条表面的碳膜接触并发生相对滑动，电刷尾部固定在接线板上，用于将多叶光栅叶片的位置信息转化为电压信号并传递至接线板；接线板上开有多个连接尺运动通孔和电刷焊盘孔，并装有多个接插件，用于将接线板接收的电压信号传递至直线电机的位置检测或监测控制端。本发明可减少信号引出线、节省空间，并提高系统可靠性。

Description

一种用于多叶光栅直线电机的电阻式传感器

技术领域

本发明属于医疗设备和传感器技术领域，特别涉及一种用于放射治疗设备中多叶光栅直线电机的电阻式传感器。

背景技术

多叶光栅是放射治疗设备中的核心使能部件，主要作用是对X射线进行适形和调强，以最大限度杀死肿瘤细胞，保护周围的正常组织。多叶光栅包括众多排列的钨合金叶片，每个叶片与相应的驱动机构、传动机构、位置传感器以及驱动控制系统连接可以单独进行运动。具体地，驱动控制系统控制驱动机构，并通过传动机构推动钨合金叶片运动至指定位置；众多钨合金叶片会形成特定形状，该形状和患者肿瘤靶区的形状相似，从而达到对X射线适形和调强的目的。在现有设备中，为多叶光栅各叶片提供动力的驱动机构主要有旋转电机、气缸和直线电机三种类型。由于直线电机相比气缸定位精度高，相比旋转电机运动速度高、加速度大，因此受到业界越来越多的关注。

放射治疗设备属于三类医疗器械，对其安全性要求较高。在多叶光栅方面，需要有冗余设计(具体体现在对多叶光栅叶片或驱动机构的运动位置同时进行检测和监测)，从而保证多叶光栅系统(既由上述多叶光栅、驱动机构、传动机构、位置传感器和驱动控制系统共同构成的系统)运行的绝对可靠和稳定。同时，随着放疗设备集成化和小型化发展，对核心使能部件多叶光栅的体积也提出了更高要求。在多叶光栅系统中，除对直线电机或者钨合金叶片的运动位置检测外，冗余设计主要体现在要对钨合金叶片运动位置进行监测，当对钨合金叶片运动位置进行检测或监测的位置传感器发生故障后，由另外一套位置传感器识别故障，并产生应对措施。已有发明主要针对旋转电机开展研究，包括采用旋转编码器、开关霍尔传感器或者高速相机(旋转编码器和开关霍尔传感器安装在电机端部，高速相机安装在叶片上部)等作为位置检测或者监测，而基于直线电机的多叶光栅系统有其特殊性：一方面基于直线电机的多叶光栅空间体积狭小，几乎没有单独的空间可用于安装现有产品化的位置传感器，同时对于具有上百个钨合金叶片的多叶光栅系统来说，每个钨合金叶片至少安装一个传感器，其信号引出线也会占用很大的物理空间；另一方面，需要针对每个钨合金叶片安装冗余的位置传感器，以满足对其安全性和可靠性的需求。因此，对于多叶光栅位置监测传感器提出了更高要求，如何在有限的空间内布置众多的位置传感器以满足冗余设计的需求是亟待解决的技术问题。

为了一定程度上解决上述问题，本申请人已提出了一种直线电机的双传感反馈和传动系统(申请号：201711173108.0)，采用的是两套用于读取位移信息的读取装置和相配套的基准尺，读取装置安装在直线电机定子的外壳靠近多叶光栅叶片的端部或外部，基准尺固定在一连接杆上，以满足双传感需求。但该双传感反馈和传动系统仍存在以下问题：一是读取装置安装位置导致其占用较多的多叶光栅系统有限空间，另一方面众多传感器的引出线也会占用空间，并且显得系统繁杂。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于放射治疗设备中多叶光栅直线电机的电阻式传感器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于多叶光栅直线电机的电阻式传感器，包括根据多叶光栅叶片数量设置的多个感应部和一个接线板，各所述感应部均分别包括：

连接尺，该连接尺一端与所述直线电机的动子连接，连接尺另一端与多叶光栅的叶片连接，且连接尺随所述直线电机运动传递推力；

电阻条，为薄片长条结构，薄片长条结构表面设有碳膜，该电阻条作为所述电阻式传感器的基尺，贴设于所述连接尺表面，且随所述连接尺同步运动；

电刷，为导电薄片式弹性结构，所述电刷的头部触角与所述电阻条表面的碳膜接触并发生相对滑动，所述电刷的尾部固定在所述接线板上；所述电刷用于将多叶光栅叶片的位置信息转化为电压信号，并传递至所述接线板；

所述接线板，为多层多孔的电路板结构，电路板结构上开有根据所述连接尺数量设定的连接尺运动通孔和在各连接尺运动通孔一侧分别开设的电刷焊盘孔；所述接线板上还安装有多个接插件，用于将接线板接收的所述电压信号传递至直线电机的位置检测或监测控制端。

本发明所达到的技术效果是：采用电阻式直线位移传感器可以作为多叶光栅的钨合金叶片位置检测或监测，实现对多叶光栅叶片位置的冗余设计，以提高三类医疗器械的安全性和有效性；采用将电阻条贴于连接尺上，能够实现传递直线电机推力和位置检测或监测的复用功能，功能结构一体化；采用电刷焊接在接线板上的设计，能够减小传感器的安装空间，同时采用电刷和接线板的设计可减少传感器信号引出线数量和提高传感器的可靠性，从而减小多叶光栅系统的整体空间尺寸。

附图说明

图1为本发明一种实施例的三维视图；

图2为图1的局部放大图。

具体实施方式

为了便于更加深入地理解本发明，更加清楚地理解本发明的目的、实施过程以及本发明的优点，下面将结合附图对本发明进行详细地说明。应当理解，此处所描述的具体实施例为本发明其中的一种实现形式，仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

图1、图2分别是本发明一种实施例的三维视图和局部放大图，下面结合附图描述本实施例的具体结构。

本发明实施例的一种用于放射治疗设备中多叶光栅直线电机的电阻式传感器，多叶光栅包括若干叶片1(多为钨合金叶片)，直线电机2包括定子和转子；该电阻式传感器包括根据多叶光栅叶片数量设置的多个感应部(为保证图面清晰，图1中仅示意出了其中一个感应部和与其配套设置的一个多叶光栅叶片及直线电机，其余感应部未示意出)和一个接线板6，各感应部与一个多叶光栅叶片1和对应的直线电机2配套设置，各感应部均分别包括：

连接尺3，该连接尺3一端与直线电机2的动子连接，连接尺3另一端与多叶光栅的钨合金叶片1连接，且连接尺3随直线电机2运动传递推力；

电阻条4，为薄片长条结构，薄片长条结构表面设有一定阻值的碳膜，电阻条作为本电阻式传感器的基尺，贴设于连接尺3表面，且随连接尺3同步运动；

电刷5，为导电薄片式弹性结构，电刷5的头部触角与电阻条4表面的碳膜接触并发生相对滑动，电刷5的尾部固定在接线板上，电刷5用于将多叶光栅叶片1的位置信息转化为电压信号，并传递至接线板6；

接线板6，为多层多孔的电路板结构，电路板上开有根据连接尺3数量设定的连接尺运动通孔61和在各连接尺运动通孔61一侧分别开设的电刷焊盘孔62；接线板6上还安装有接插件63，用于将接线板6接收的电压信号传递至直线电机的位置检测或监测控制端，通过该位置检测或监测控制端对采集的电压信号进行检测或监测。

本发明实施例中各组成器件的具体实现方式及功能说明如下：

各感应部中，连接尺3为长方形条状结构，一端与直线电机2的动子连接，另一端与多叶光栅的钨合金叶片1连接。当直线电机的动子在定子内部运动的时候，定子会在动子推动下进行相应的往复直线运动，进而推动钨合金叶片1往复直线运动，其运动位置由直线电机的驱动控制系统决定(其位置控制传感器安装在直线电机内部)。在本实施例中，连接尺3一端通过螺纹与直线电机2的动子连接，另一端通过开孔的方式与钨合金叶片1铆接固定，进一步地，连接尺3一侧开有长槽，方便安装电阻条4，本实施例连接尺3的总长度101mm、宽度5mm。

电阻条4为薄片长条结构，其上具有一定阻值(常用阻值有1kΩ、2kΩ、5kΩ、10kΩ)的碳膜。在本实施例中，电阻条4的长度88.5mm、厚度0.15mm、阻值为5kΩ；作为本电阻式传感器的基尺，可贴于连接尺3的长槽内，随连接尺3同步运动。

电刷5为导电薄片式弹性结构(本实施例采用金属铜制成)，电刷5的头部触角与电阻条4表面接触并发生相对滑动，电刷5的尾部固定在接线板6上，固定方式可通过插针焊接在接线板6的电刷焊盘孔上。

接线板6为多层多孔的电路板(PCB)，在接线板上开有一定数量的电刷焊盘孔62，用于通过插针的方式安装并固定电刷5；接线板6上开有一定数量的连接尺运动通孔61，贴有电阻条4的连接尺3在直线电机2的推动下，可通过接线板6上的通孔61，在驱动控制系统的控制下往复直线运动。在接线板6上安装有数个(具体数量根据其驱动的叶片数量决定)接插件63(各接插件上分别设有信号线、地线和电源线端口)，在直线电机2运动过程中，电刷5将位置信息转变为电压信息，通过接插件63传递至直线电机的位置检测或监测控制端。

在本发明中，电刷总共有三种实现方式，均为电阻条4随连接尺3运动，电刷5静止的方式，现分别描述如下：

电刷的一种实现方案为单片式结构，即采用单个电刷(单电刷时只作为信号线)，可将钨合金叶片1的位置信息转化为电压信号，并传递至接线板6。而地线则通过电阻条4、连接尺3、钨合金叶片1这一通路引至接线板6上接插件的地线端口。在本实施例中，采用的为单电刷方案，电刷尾部开有两个通孔，用于通过插针焊接在接线板的电刷焊盘孔62上，进行连线和固定。电源线通过接插件接入接线板。

电刷的第二种实现方案为双片式结构，即采用两个相互独立的电刷，一个电刷与电阻条4上的碳膜相接触，用于将钨合金叶片1的位置信息转化为电压信号，并传递至接线板6；另一电刷与电阻条上未设置碳膜的区域接触作为地线，与接线板上接插件的地线端口相连接。电源线通过接插件接入接线板两电刷之间不互通。

电刷的第三种实现方案为三片式结构，即采用三个电刷。此方案中，三个电刷独立安装，彼此不互通，分别作为电源线、地线和信号线。作为电源线和地线的电刷分别于未设置碳膜的电阻条区域接触，作为信号线的电刷将钨合金叶片的位置信息转化为电压信号，并传递至接线板。电源线和地线均通过接插件引入接线板。

本发明实施例的工作过程如下：直线电机在驱动控制系统的作用下，使得直线电机动子运动，并将推力传至连接尺3上，进而将推力间接传至钨合金叶片1，使钨合金叶片1产生指定位移的运动。在此过程中，连接尺上贴有电阻条4，一起产生运动，并在运动过程中通过接线板6上的连接尺运动通孔61。接线板6上固定有电刷5，电刷5与电阻条4接触。在连接尺3和电阻条4同步运动过程中，电刷5和电阻条4之间发生相对摩擦滑动，即电阻条4上一定阻值的碳膜接入电路，产生与运动位置相关的电压信号，通过接线板6以及接线板上的接插件63将该电压信号传递至直线电机的位置检测或监测控制端。即完成对钨合金叶片运动位置的检测或监测。本发明可作为钨合金叶片运动位置的监测，叶片本身的运动位置检测通过直线电机内部的位置传感器实现，但当原本的位置检测传感器发生故障时，本发明也可以作为叶片运动检测，防止发生事故，满足冗余设计需求。

Claims (5)

1.一种用于多叶光栅直线电机的电阻式传感器，其特征在于，包括根据多叶光栅叶片数量设置的多个感应部和一个接线板，各所述感应部均分别包括：

连接尺，该连接尺一端与所述直线电机的动子连接，连接尺另一端与多叶光栅的叶片连接，且连接尺随所述直线电机运动传递推力；

电阻条，为薄片长条结构，薄片长条结构表面设有碳膜，该电阻条作为所述电阻式传感器的基尺，贴设于所述连接尺表面，且随所述连接尺同步运动；

电刷，为导电薄片式弹性结构，所述电刷的头部触角与所述电阻条表面的碳膜接触并发生相对滑动，所述电刷的尾部固定在所述接线板上；所述电刷用于将多叶光栅叶片的位置信息转化为电压信号，并传递至所述接线板；

所述接线板，为多层多孔的电路板结构，电路板结构上开有根据所述连接尺数量设定的连接尺运动通孔和在各连接尺运动通孔一侧分别开设的电刷焊盘孔；所述接线板上还安装有多个接插件，用于将接线板接收的所述电压信号传递至直线电机的位置检测或监测控制端。

2.根据权利要求1所述的电阻式传感器，其特征在于，各所述接插件均分别设有信号线、地线和电源线端口。

3.根据权利要求2所述的电阻式传感器，其特征在于，所述电刷采用单片式结构；电路地线通过所述电阻条、连接尺和多叶光栅叶片这一通路与接线板的地线端口相连接。

4.根据权利要求2所述的电阻式传感器，其特征在于，所述电刷为采用双片式结构，其中一个电刷作为信号线；另一电刷作为地线，与所述接线板的地线端口相连接，两电刷之间不互通。

5.根据权利要求2所述的电阻式传感器，其特征在于，所述电刷采用三片式结构，一个电刷作为电源线，另一电刷作为地线，第三个电刷作为信号线，三个电刷之间不互通。

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