CN113342121B - 一种多通道pet电源自动校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多通道PET电源自动校准方法，属于医疗器械技术领域。其中校准电路包括电源基准电路、VBIAS设定电路、控制器、模拟开关切换电路、串口通信电路、LDO输出电路、运行指示灯、ISP下载电路。其中校准方法包括：ADC滤波、MCU计算各个通道实际偏压、与实际测量值求差获得OFFSET、将计算好的参数保存到FLASH、再次上电从FLASH读取参数后输出。本发明相比传统通过收到调节运放输出差异等仅靠提高硬件一致性的校准方式，本发明方法具有操作方便，省时省力的特点，极大地提高了校准效率，简化了生产流程。
Description
技术领域
本发明涉及一种多通道PET电源自动校准方法，属于医疗器械技术领域。
背景技术
目前使用的CT设备中，存在PET电源的多个通道之间输出误差较大的问题，PET-CT探测器中关键的SIPM传感器需要精度很高的供电，尤其是采用多通道PET电源时，对各个通道的一致性要求较高，只有当各个通道的一致性较好时才能使各个模块的SIPM传感器得到一致的参数，进而才具有重建的可靠数据。
为了解决上述缺陷，现有技术往往采用单个大功率开关电源供电，让各个模块得到同样的电压输出。或者通过采用硬件的多通道PET电源供电。但是会存在以下问题：虽然一定程度上能够做到各个模块的电源是一样的，但是无法根据不同的温度给不同模块自动微调供电电压。尤其是当某些机型的PET长度较长时，探测器环内的模块较多，此时若不进行电压的微调补偿，会导致各个SIPM模块因为温度差异造成较大的噪声。
而直接通过硬件设计出的多通道PET电源，由于运放误差和线性电源芯片的器件误差，会导致各个通道电源的实际输出存在±200毫伏的误差，这么大的误差将严重影响图像质量。
基于此，做出本申请。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种多通道PET电源自动校准方法，实现给各个通道的输出一致，通过校准可以到达±10毫伏之内的误差，这个误差是SIPM模块供电的可接受范围，且操作简单、精度较高。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种多通道PET电源自动校准方法，包括控制器，与控制器相连的模拟开关切换电路、VBIAS设定电路和存储器，与模拟开关切换电路连接的电压基准电路，以及与VBIAS设定电路的输出端连接的LDO输出电路，所述控制器采用STM32F103系列的MCU；所述控制器内置ADC采样；
所述电压基准电路经过信号放大及运算通过模拟开关切换电路连接至控制器，控制器控制模拟开关切换电路选通实现各路的偏压AD采样，控制器计算好的输出值通过VBIAS设定电路DA调整设定VBIAS，进而由所述LDO输出电路设定LDO的输出，所述存储器采用MCU自带FLASH、铁电存储器、EEPROM或者外置FLASH芯片中的任意一种；
包括如下步骤：
步骤一、设定VREF理论值；
步骤二、设定各个DA通道的初始输出值；
步骤三、测量第1个DA通道的实际输出值；（万用表只需要测量第1个DA通道的输出值即可，用于校准ADC，ADC校准后后面的11个通道DA实际输出可由MCU自带的ADC自动读取，然后自动校准。）
步骤四、将该实际输出值通过写VREF指令得到实际VREF值下发给控制器；
步骤五、控制器将收到的实际VREF值参与运算后控制电源输出；
步骤六、MCU分别读取每个通道的ADC偏压值并与初始输出值相减得到OFFSET误差值；
步骤七、分别对各通道的VREF理论值与OFFSET误差值相加得到校准后的参数；
步骤八、实际测量校准后的参数误差是否符合要求，如符合要求则保存，如不符合要求则将该实际测量的参数再次写入VREF指令进行校准。
作为优选，本发明多通道PET电源自动校准电路还包括与所述控制器连接的串口通信电路。
作为优选，本发明多通道PET电源自动校准电路还包括与所述控制器连接的ISP下载电路。
作为优选，本发明多通道PET电源自动校准电路还包括与所述控制器连接的运行指示灯。
作为优选，本发明多通道PET电源自动校准方法中，所述步骤六中，读取每个通道的ADC偏压值后，先进行滤波处理。
作为优选，本发明多通道PET电源自动校准方法中，所述滤波处理采用均值滤波处理，具体包括如下步骤：对多个ADC偏压值进行冒泡法排序，去掉最大值和最小值后进行求平均，得到一个相对稳定的偏压数据。
本发明的原理和有益技术效果：
本发明采用MCU自带的ADC进行偏压的读取，并根据实际测量值进行校准，当ADC读取到的偏压与实际测量值不同时自动计算误差并将计算得到的OFFSET值与初始值相加作为校准后的参数，然后将各个通道的参数统一放到数值里面存储到MCU的FLASH中，下次上电后就可以使用这个校准后的参数了。相比传统通过收到调节运放输出差异等仅靠提高硬件一致性的校准方式，该方法具有操作方便，省时省力的特点，极大地提高了校准效率，简化了生产流程。
附图说明
图1为本实施例多通道PET电源自动校准电路的电路模块图；
图2为本实施例多通道PET电源自动校准方法的流程图；
图3为本实施例多通道PET电源自动校准电路中模拟开关切换电路连接原理图；
图4为本实施例多通道PET电源自动校准方法中数据进行均值滤波处理的流程图；
图5为本实施例多通道PET电源自动校准方法中校准DAC每路输出VREF相加的电路连接原理图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：
如图1所示，本实施例的一种多通道PET电源的自动校准电路，包括电压基准电路、VBIAS设定电路、控制器、模拟开关切换电路、串口通信电路、LDO输出电路、运行指示灯、ISP下载电路，控制器采用STM32F103系列的MCU，更优选的，本实施例采用STM32F103VCT6。其中电压基准电路经过信号放大及运算通过模拟开关切换电路连接至控制器，控制器控制模拟开关切换电路选通实现各路的偏压AD采样，控制器计算好的输出值通过DA调整设定VBIAS，进而设定LDO的输出，串行通信电路用于实现和上位机的设定命令等通信，运行指示灯用于提示系统处于正常或者异常状态，ISP下载电路用于实现程序的一键下载。
本发明优选的，存储器采用MCU自带FLASH、铁电存储器、EEPROM或者外置FLASH芯片中的一种，更优选的，本实施例采用MCU自带FLASH。
本发明优选的，ADC读取偏压时采用的模拟开关切换电路是MAX14757。如图3所示：在本实施例中，各个通道的VBIAS（差分电压）通过模拟开关切换电路通过MCU依次切换后再与VREF相加通过反向（反相）输出后得到正输入电压给MCU的ADC，MCU进行AD转换后计算得到各个通道的偏压值。
本发明在给多通道的电源校准时，提供了一种操作简单、精度较高的校准方法，具体步骤包括：ADC滤波、MCU计算各个通道实际偏压、与实际测量值求差获得OFFSET、将计算好的参数保存到FLASH、再次上电从FLASH读取参数后输出。如图2所示，本实施例的一种多通道PET电源的自动校准方法具体包括如下步骤：VREF首先初始化为理论值：28.75V，即VREF由2.5V电压基准经过同相放大得到28.75V，这个VREF作为每路输出的公共的加法器的固定值。DAC芯片使用DAC7578，该DAC芯片具有8路输出，每路输出之后分别和VREF相加作为对应那路输出的设定值，具体电路如图5所示。然后按照该理论值给12个通道都设定为-30.2V输出，此时可以通过4位半或更高精度的万用表进行实际输出值测量，然后将这个实测值通过写VREF指令下发给电源板（MCU），电源板会将收到的实际VREF值参与运算后控制电源输出，然后分别读取每个通道的AD值并与理论设定值相减得到OFFSET，各通道的理论参数和这个OFFSET相加得到校准后的参数进行输出，这时可以用万用表再次测量看实际测量值是否已经精度在±10MV的误差之内了，如果是就可以保存校准参数到FLASH了，如果还没达到精度，可以将此次各个通道的ADC共同的误差和VREF的实际值相加再次通过写VREF命令写入进行校准，即可实现校准。
本实施例优选的，单片机为了得到更加稳定的数据需要进行一些滤波处理，即在读取每个通道的ADC偏压值后，先进行滤波处理。本实施例的采用了均值滤波处理，首先得到20个AD采用数据，然后进行冒泡法排序，去掉最大值和最小值后进行求平均，这样就可以得到一个相对稳定的偏压数据，处理流程如图4所示。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种多通道PET电源自动校准方法，其特征在于，
多通道PET电源自动校准电路包括控制器，与控制器相连的模拟开关切换电路、VBIAS设定电路和存储器，与模拟开关切换电路连接的电压基准电路，以及与VBIAS设定电路的输出端连接的LDO输出电路，所述控制器采用STM32F103系列的MCU，所述控制器内置ADC采样；
所述电压基准电路经过信号放大及运算通过模拟开关切换电路连接至控制器，控制器控制模拟开关切换电路选通实现各路的偏压AD采样，控制器计算好的输出值通过VBIAS设定电路DA调整设定VBIAS，进而由所述LDO输出电路设定LDO的输出；所述存储器采用MCU自带FLASH、铁电存储器、EEPROM或者外置FLASH芯片中的任意一种；
包括如下步骤：
步骤一、设定VREF理论值；
步骤二、设定各个DA通道的初始输出值；
步骤三、测量第1个DA通道的实际输出值；
步骤四、将该实际输出值通过写VREF指令得到实际VREF值下发给控制器；
步骤五、控制器将收到的实际VREF值参与运算后控制电源输出；
步骤六、MCU分别读取每个通道的ADC偏压值并与初始输出值相减得到OFFSET误差值；
步骤七、分别对各通道的VREF理论值与OFFSET误差值相加得到校准后的参数；
步骤八、实际测量校准后的参数误差是否符合要求，如符合要求则保存，如不符合要求则将该实际测量的参数再次写入VREF指令进行校准。
2.如权利要求1所述的一种多通道PET电源自动校准方法，其特征在于：所述步骤六中，读取每个通道的ADC偏压值后，先进行滤波处理。
3.如权利要求2所述的一种多通道PET电源自动校准方法，其特征在于：所述滤波处理采用均值滤波处理，具体包括如下步骤：对多个ADC偏压值进行冒泡法排序，去掉最大值和最小值后进行求平均，得到一个相对稳定的偏压数据。
4.如权利要求1所述的一种多通道PET电源自动校准方法，其特征在于：还包括与所述控制器连接的串口通信电路。
5.如权利要求1所述的一种多通道PET电源自动校准方法，其特征在于：还包括与所述控制器连接的ISP下载电路。
6.如权利要求1所述的一种多通道PET电源自动校准方法，其特征在于：还包括与所述控制器连接的运行指示灯。
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