CN2893670Y - 医用激光源检定装置及通用型激光能量功率显示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可在测试现场组装使用的性能稳定可靠、携带方便的医用激光源检定装置，包括一个包装箱，包装箱内配备多个测量探头、一个通用显示器、一个可拆卸锁定调节支架、和若干电源线和信号线。其中配制的测量探头为激光小功率计、激光大功率计、和激光能量计，显示器为通用型显示器。本实用新型医用激光源检定装置以集成的方式组合一体，携带方便，组装简单，适于现场检测。并且，由于组配的各仪表及器件均为特别设计，性能稳定可靠，适于对激光的功率和能量多参数进行测量，解决医用激光源的非受控问题。

Description

医用激光源检定装置及通用型激光能量功率显示器

技术领域

本实用新型涉及医疗器械中医用激光源的校准设备，具体涉及一种便携式可用于现场组装使用的激光源检定装置。

背景技术

激光医学是一门新兴的交叉学科，激光“光刀”、光动力疗法、低强度激光照射疗法等已在临床上广泛使用，激光医学已经渗透到眼科、皮肤科、普外科、泌尿科、妇科、心血管科、胃肠科、肿瘤科、神经外科等各个学科。常用的医用激光源有十余种，输出波长从远紫外直到远红外。其中连续激光源约占60％，脉冲激光源约占40％。二氧化碳激光器、氦氖激光器、Nd：YAG激光器、氩离子激光器和半导体激光器的临床应用最为广泛。这些医用激光源技术复杂，同时也存在对人体的潜在危害，因此其安全性、有效性必须严格控制，医用激光源是国家规定的强检项目之一。

对医院激光源开展检定工作时，往往需要现场检测，因此，需要一种性能稳定可靠、携带方便的医用激光源检定装置，解决医用激光源的非受控问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可在测试现场组装使用的性能稳定可靠、携带方便的医用激光源检定装置。

本实用新型提供的医用激光源检定装置，包括一个包装箱，包装箱内配备多个测量探头、一个通用显示器、一个可拆卸锁定调节支架、和若干电源线和信号线。所述可拆卸锁定调节支架由底座、置于底座上的立柱、分别穿设在各自立柱上对设的一个锥口卡锁、一个圆口卡锁组成，使用时医用激光源固定在所述锥口卡锁中，所述测量探头固定在所述圆口卡锁中；所述测量探头与所述通用显示器以信号线相连。

所述测量探头为激光小功率计、激光大功率计、和激光能量计。

所述激光小功率计为热电堆探测器，该热电堆探测器的光接收面之前设密封式石英窗口。

所述激光能量计为热释电能量探测器，在其外壳的激光入射口和所述探测器之间，设有一封闭式陶瓷空心柱腔，柱腔的轴向与激光进入壳体方向平行。

所述通用显示器包括模拟电路单元、数字电路单元及与所述数字电路单元连接的显示单元；所述模拟电路单元包括通用前置放大器和模拟信号调理放大单元，所述前置放大器的数据输入端口接收各种探测器输出的信号，所述前置放大器输出的信号输入到所述模拟信号调理放大单元的输入端；所述数字电路单元包括中央处理器、分别与中央处理器连接的存储单元、人机通信接口和计算机接口，以及连接所述模拟电路单元与所述数字电路单元的A/D转换电路。

本实用新型的另一目的在于提供一种用于该医用激光源检定装置中的通用型激光能量功率显示器。该通用型显示器包括模拟电路单元、数字电路单元及与所述数字电路单元连接的显示单元，所述模拟电路单元包括通用前置放大器和模拟信号调理放大单元，所述前置放大器的数据输入端口接收各种探测器输出的信号，所述前置放大器输出的信号输入到所述模拟信号调理放大单元的输入端；所述数字电路单元包括中央处理器、分别与中央处理器连接的存储单元、人机通信接口和计算机接口，以及连接所述模拟电路单元与所述数字电路单元的A/D转换电路；所述前置放大器，其包括一开关，与所述开关连接的第一级放大器，所述第一级放大器的输出端连接一切换开关，所述切换开关连接RC滤波电路，所述RC滤波电路的输出端连接在后级放大器的输入端，所述后级放大器的输出端连接所述模拟信号调理放大单元的输入端。

其中，所述RC滤波电路包括一高通滤波器与一低通滤波器，所述切换开关分别切换导通所述高通滤波器与所述低通滤波器。

其中，所述模拟信号调理放大单元包括依序连接的反相放大器A、跟随器、程控放大器、反相放大器B、峰值保持电路、信号幅度调理电路及比较器，所述比较器的输出端连接所述中央处理器；所述反相放大器B的参考端连接有自动调零电路，反相放大器B的反馈端还连接有一与中央处理器连接的增益选择电路。

本实用新型提供的医用激光源检定装置，以集成的方式组合一体，携带方便，组装简单，适于现场检测。并且，由于组配的各仪表及器件均为特别设计，性能稳定可靠，适于对激光的功率和能量多参数进行测量，解决医用激光源的非受控问题。本实用新型的通用型显示器在模拟电路单元中设置可灵活配置的通用前置放大器作为数据输入端口接收各种探测器输出的信号，并将所接收的信号转换为模拟电路单元所能接收的信号模式，保证了输入信号的一致性，使得探测器与显示器相互独立，降低了设备购置成本。

附图说明

图1为本实用新型的各器件组合示意图；

图2为本实用新型中激光小功率计结构剖视图；

图3为本实用新型中激光能量计结构剖视图；

图4是本实用新型中显示器前置放大器原理图；

图5是本实用新型中显示器模拟信号调理放大单元原理框图；

图6是本实用新型中显示器数字处理单元和人机接口原理框图；

图7为本实用新型中可拆卸锁定调节支架结构图；

图8为本实用新型中可拆卸锁定调节支架锥口卡锁结构图；

图9为本实用新型中可拆卸锁定调节支架圆口卡锁结构图。

具体实施方式

1、整机

如图1所示，本实用新型医用激光源检定装置包括一个包装箱1，包装箱1内配备若干测量探头2、一个通用显示器3、一个可拆卸锁定调节支架(底座41、立柱42、一个锥口卡锁43、一个圆口卡锁44)，这些器件集成放置在包装箱1内，达到体积小、重量轻、携带方便的目的。

2、测量探头

该实用新型中，探头2为医用激光源检定装置的主要测量仪器，探头2接收来自医用激光源的光信号并将光信号转换为电信号并输送到显示器3，本实用新型中集成的探头2可以为激光小功率计、大功率计和能量计。

图2示出本实用新型中配置的激光小功率计的剖面结构。医用小功率激光多为半导体激光和He-Ne激光，输出波长在可见和近红外波段，输出功率在数毫瓦到数百毫瓦之间。普通的热电探测器不适于毫瓦级小功率信号测量，能够进行小信号测量的其响应时间较长(数十秒)；光电探功率计由于光谱响应问题，校准困难，特别对900～1100nm的半导体激光，激光输出波长的波动会导致测量结果的明显波动，难以获得可靠的测量结果。

本实用新型选择光谱响应平坦的热电堆探测器，依次设有探测器22、放大器以及信号输出单元24。为了降低空气流动、远红外热辐射等干扰，在探测器22光接收面29之前专门设计了密封式石英窗口28(图2-1)，石英窗口28对可见和近红外光有良好的透过率。这种设计使其抗干扰能力提高了100倍以上，从而实现了对毫瓦级小功率信号的准确测量，同时测量速度也有了较大提高(响应时间约3.3秒)。

图3示出本实用新型中配置的激光能量计的剖面结构，该激光能量计有一管状金属外壳21，在该外壳21中的后部，依次装设有探测器22、放大器以及信号输出单元24，并且，在该外壳中的探测器前部，装设有一陶瓷空心腔25，该陶瓷空心腔25为封闭的空心柱体，所述柱体的轴向与激光进入壳体方向平行，并且所述陶瓷空心腔25侧面与金属外壳内壁密实连接。

探测器22，可置于陶瓷空心腔25之后任意位置，既可以置于陶瓷空心腔25中心轴线上，也可以偏离该中心轴线，因此探测器的安装比较简便；同时，该探测器的探测面的尺寸也不作限制，不要求使用大于陶瓷空心腔柱面面积的探测器，并且，由于经过陶瓷空心腔25后出射的激光是均匀场，从理论上说，在该均匀场中任意一点测得的数值就可以代表该均匀场的数值，因而可以使用探测面非常小的探测器，只要所得到的信号可以通过放大器后得以输出和显示就可。

3、通用显示器

通用显示器3将电信号转换为可读的功率或能量示值。为减小积小和重量，该医用激光源检定装置采用通用型功率/能量的显示器，各激光功率、能量探头都可以与之相连。

显示器3为基于单片机原理的数字式通用型激光能量功率显示仪表，其包括模拟电路单元、数字电路单元及显示单元。

其中，模拟电路单元包括通用前置放大单元31和模拟信号调理放大单元32。由于激光功率探测器与激光能量探测器的工作原理各异，为保证本实用新型的通用性，适用于各种不同原理工作的探测器，本实用新型在模拟电路单元中设置可灵活配置的通用前置放大单元31作为数据输入端口。

如图4所示，通用前置放大单元31具有一用于切换来自于激光功率探测器或激光能量探测器输出的电流输入或电压输入的传感器输入信号的开关S7。当输入信号为电流输入信号时，开关S7切换至INPUT1，第一级放大器33相当于一个I/V转换电路。当输入信号为电压输入信号时，开关S7切换至INPUT2，第一级放大器33便相当于一个反相放大电路。第一级放大器33的输出端连接一用于将第一级输出信号切换至RC滤波网络34的切换开关S8。RC滤波网络34包括一高通滤波器与一低通滤波器，若信号来自于激光能量探测器，则切换开关S8切换至高通滤波器，以滤除能量探测器的直流偏置和低频漂移。若信号来自于激光功率探测器，切换开关S8便切换至低通滤波器，以滤除耦合到探测器中的高频干扰信号。连接在RC滤波网络34之后的后级放大器35是一个标准的正相放大电路，其输出的信号输入到模拟信号调理放大单元32的输入端。

如图5所示，模拟信号调理放大单元32包括依序连接的反相放大器A、跟随器、程控放大器、反相放大器B、峰值保持电路、信号幅度调理电路及比较器。通用前置放大单元31的输出信号，通过反相放大器A改变信号极性，经跟随器输入程控放大器，程控放大器采用BURR-BROWN公司的PGA202，是模拟电路的核心部分，通过CPU可程控改变增益1、10、100、1000倍，实现不同量程的转换。程控放大器之后再增加一级放大电路反相放大器B，主要目的是为了实现3倍信号增益，从而使仪表具有1、3、10、30、100、300、1000、3000倍的增益能力，避免了信号在两个10进制量程转换临界点时测量的误差。同时在反相放大器B的参考端接入自动调零电路，通过CPU采集到本底信号，并反馈控制调零电路，改变反相放大器B的参考电位，实现电路“0”点的自动调整。在反相放大器B的反馈端还连接有一增益选择电路，它连接中央处理器，按照中央处理器的指令确定增益的倍数。反相放大器B的输出信号输入至峰值保持电路，该电路用于将经放大后的脉冲信号峰值(正比于输入能量)保持足够长的时间，以便于A/D转换，功率测量时该部分电路通过CPU控制进入跟随状态，可使连续信号直接通过。由于各种探测器有不同的灵敏度，而后续处理电路的增益为固定值，因此，为使不同灵敏度的探测器信号在放大后均能够充分利用A/D的分辨精度，又设计了信号幅度调理电路，对来自于峰值保持电路的信号进行幅度调理，使之既能够使用A/D满度，又具有相同的量程。比较器接收幅度调理后的信号，与设定的触发阈值(约为量程的20％)比较，将比较结果输出至CPU，用于脉冲信号到来的判断，同时比较器触发阈值的设置，也可对一些混杂噪声信号的脉冲能量信号进行有效抑制，避免仪表在测量脉冲能量时对噪声信号误测量。

如图6所示，数字电路单元包括中央处理器、分别与中央处理器连接的存储单元、人机通信接口及计算机接口。中央处理器采用飞利浦(Philips)公司的P89C51RD2单片机作为主控CPU。该单片机兼容通用的8051系列单片机，并在芯片内集成了64kEEPROM和768字节RAM，从而简化了电路板设计，提高了系统集成度。存储单元采用西科(XICOR)公司的非易失性存储器X5045，用于存储各探头的灵敏度数据。在本实施例中，人机通信接口为中央处理器通过连接总线扩展电路与键盘译码接口电路与键盘连接，键盘采用导电橡胶键盘阵列，使可通过菜单选择控制整个仪表。其中总线扩展电路采用的芯片型号为ICL8155，键盘译码接口电路采用的芯片型号为74LS21。

本实用新型的计算机接口为中央处理器通过连接MAX232作为RS232串行接口的驱动芯片，实现与PC机的通信，使测量系统可处于PC机的遥控之下工作。中央处理器还连接有实现模拟信号与数字信号转换的A/D转换器，在本实施例中采用AD公司的12位中速A/D芯片(转换时间35μs)AD574作为模拟信号与数字信号转换的中介。

显示单元与中央处理器连接，显示单元采用图形点阵式LCD，可以显示简单图形和不同字体的文本。

由于在模拟电路单元中设置可灵活配置的通用前置放大单元作为数据输入端口接收各种探测器输出的信号，并将所接收的信号转换为模拟电路单元所能接收的信号模式，保证了输入信号的一致性，使得探测器与显示仪表相互独立，从而简化了仪表的设计，使本实用新型中的显示器能够适用于不同类型的探测器。

4、可拆卸锁定调节支架

本实用新型中，可拆卸锁定调节支架4，参见图7至图9，由底座41、立柱42、一个锥口卡锁43、一个圆口卡锁44、和多个调节钮组成，其中：

其中，底座41为一厚实的金属板，金属板下部可对称设有四个支脚411，沿金属板两长边方向，成对设置多组固定孔421，或一边设置固定孔421，另一边设固定槽422，该固定孔421或固定槽422供分别穿设镙紧立柱42，本实用新型中至少设两根立柱42，分别穿设在底座41的两边固定孔421或固定槽422中。本实用新型中设定多组固定孔421或以固定槽422的方式，以方便调整成对设置的立柱42之间的距离，从而调整分别固定在两立柱42上的激光源终端与测试探头的距离。

立柱42为金属杆，穿入底座41的固定孔421或固定槽422中，立柱42下部设外镙纹，另设一固定螺母423与立柱42下部外螺纹配合，便于将立柱42和底座41组装固定。

固定孔421或固定槽422可以穿透底座41，图2右侧底部显示了固定槽422为穿透底座41的情形，此时，穿设于固定槽422上的立柱42’，其底部还应另设一堵头424，将立柱42’从下之上穿过底座41上的固定槽422，然后再拧上固定螺母423。

固定槽422与固定孔421的最大区别是固定孔421需依设定的间距调整位置，而固定槽422可以通过连续滑动不定间距地调整位置。

参见图8，为锥口卡锁43的结构示意图。该卡锁由金属或硬制材料制成的块状物，块体偏向一侧部位镂空，形成V字形(锥形)的固定口431，固定口431上部设一调节件432，调节件432的螺杆穿通块状物而伸入固定口431的上方，调节件432的旋转置于块状物之外便于用手操作，该固定口431用于横向放置激光源的终端，固定口431的锥面在前后方向卡住激光源的终端，并通过该调节件432的螺杆上下位移从纵向卡住激光源的终端，因此，该被检测的激光源终端可以被三维固定；块状物的另一侧由上至下贯穿设有一穿设孔433，与穿设孔433垂直方向设定位旋钮434，定位旋钮434的作用头以螺旋的方式伸入到穿设孔433内，定位旋钮434的旋转把手置于块状物之外便于操作，该穿设孔433用于穿设立柱42，将锥口卡锁43通过该穿设孔433套在立柱42上，上下滑动将位置调整确定后，用定位旋钮434卡住立柱42，使锥口卡锁43与立柱42固定。

参见图9，为圆口卡锁44的结构示意图。该卡锁由金属或硬制材料制成的块状物，块体偏向一侧部位镂空，形成圆形口441，该圆形口的尺寸与检测激光源的探头尺寸相当，以直接将探头置入该圆形口中；块状物的另一侧由上至下贯穿设有一穿设孔443，与穿设孔443垂直方向设定位旋钮444，定位旋钮444的作用头以螺旋的方式伸入到穿设孔443内，定位旋钮444的旋转把手置于块状物之外便于操作，该穿设孔443用于穿设另一立柱42’，将圆口卡锁444通过该穿设孔443套在该立柱42’上，上下滑动将位置调整确定后，用定位旋钮444卡住该立柱42，使圆口卡锁44与该立柱42’固定。

使用时，根据测试目标确定激光源终端与测试探头之间的距离，然后选择底座441上位置适合的两个固定镙孔421，将两立柱42分别与该固定镙孔421镙紧固定好，分别套入锥口卡锁43和圆口卡锁44，初步调整上下位置和相对位置，确定后通过各自旋钮434、444将其固定在各自立柱42上，然后在圆口卡锁44的圆形口441中安装检测探头，在锥口卡锁43的锥形固定口431上放置激光源终端，通过固定口431上部的调节钮432将激光源终端固定在该固定口上，此时可以再通过各自旋钮434、444微调锥口卡锁43和圆口卡锁44的上下位置和相对位置，使激光源终端正对检测探头的接收面，完成了固定安装过程，用于激光源检测的后续程序中。

本实用新型可将激光功率或激光能量计(探头)和激光输出终端固定在同一个刚性底座上，合理设计其尺寸，使得只要探头的高低就可以使激光输出终端对准功率或能量计接收面中心，并且二者间的距离在一定范围内可调，以避免激光焦点近距离落在接收面上而破坏了功率计或能量计。

5、本实用新型主要技术指标

(1)毫瓦级激光功率计测量范围0.1mW～100mW，波长范围0.4～1.1μm，允许误差极限±5％。

(2)瓦级激光功率计测量范围0.1W～30W，波长范围0.3～11μm，允许误差极限±5％。

(3)激光能量计测量范围0.01J～1.0J，波长范围0.3～11μm，允许误差极限±10％。

Claims (9)

1、一种医用激光源检定装置，其特征在于，包括一个包装箱，包装箱内配备多个测量探头、一个通用显示器、一个可拆卸锁定调节支架、和若干电源线和信号线；所述可拆卸锁定调节支架由底座、置于底座上的立柱、分别穿设在各自立柱上对设的一个锥口卡锁、一个圆口卡锁组成，医用激光源固定在所述锥口卡锁中，所述测量探头固定在所述圆口卡锁中；所述测量探头与所述通用显示器以信号线相连。

2、根据权利要求1所述医用激光源检定装置，其特征在于，所述测量探头为激光小功率计、激光大功率计、和激光能量计。

3、根据权利要求2所述医用激光源检定装置，其特征在于，所述激光小功率计为热电堆探测器，该热电堆探测器的光接收面之前设密封式石英窗口。

4、根据权利要求2所述医用激光源检定装置，其特征在于，所述激光能量计为热释电能量探测器，在其外壳的激光入射口和所述探测器之间，设有一封闭式陶瓷空心柱腔，柱腔的轴向与激光进入壳体方向平行。

5、根据权利要求1所述医用激光源检定装置，其特征在于，所述通用显示器包括模拟电路单元、数字电路单元及与所述数字电路单元连接的显示单元；所述模拟电路单元包括通用前置放大器和模拟信号调理放大单元，所述前置放大器的数据输入端口接收各种探测器输出的信号，所述前置放大器输出的信号输入到所述模拟信号调理放大单元的输入端；所述数字电路单元包括中央处理器、分别与中央处理器连接的存储单元、人机通信接口和计算机接口，以及连接所述模拟电路单元与所述数字电路单元的A/D转换电路。

6、一种通用型激光能量功率显示器，它包括模拟电路单元、数字电路单元及与所述数字电路单元连接的显示单元，其特征在于：

所述模拟电路单元包括通用前置放大器和模拟信号调理放大单元，所述前置放大器的数据输入端口接收各种探测器输出的信号，所述前置放大器输出的信号输入到所述模拟信号调理放大单元的输入端；

所述数字电路单元包括中央处理器、分别与中央处理器连接的存储单元、人机通信接口和计算机接口，以及连接所述模拟电路单元与所述数字电路单元的A/D转换电路。

7、如权利要求6所述的通用型激光能量功率显示器，其特征在于：所述前置放大器，其包括一开关，与所述开关连接的第一级放大器，所述第一级放大器的输出端连接一切换开关，所述切换开关连接RC滤波电路，所述RC滤波电路的输出端连接在后级放大器的输入端，所述后级放大器的输出端连接所述模拟信号调理放大单元的输入端。

8、如权利要求7所述的通用型激光能量功率显示器，其特征在于：所述RC滤波电路包括一高通滤波器与一低通滤波器，所述切换开关分别切换导通所述高通滤波器与所述低通滤波器。

9、如权利要求6或7或8所述的通用型激光能量功率显示器，其特征在于：所述模拟信号调理放大单元包括依序连接的反相放大器A、跟随器、程控放大器、反相放大器B、峰值保持电路、信号幅度调理电路及比较器，所述比较器的输出端连接所述中央处理器；所述反相放大器B的参考端连接有自动调零电路，反相放大器B的反馈端还连接有一与中央处理器连接的增益选择电路。

Images