可攜式x射線機管電流非介入測量儀的製作方法

2023-05-16 15:46:31

專利名稱：可攜式x射線機管電流非介入測量儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可攜式X射線機管電流非介入測量儀。
背景技術：
對X射線機管電流進行測量，常用於醫院作影像質量控制、技術監瞀部門作運行的質量控制，對X射線機生產、安裝調試、故障檢查維修也具有一定的現實意義。當前採用鉗形電流傳感器作為I次儀表在X射線機管電流非介入測量儀中已普遍使用，電流通過導線時在導線周圍產生磁場，鉗形電流傳感器通過霍爾元件將磁場強度轉換為電壓信號，所以鉗形電流傳感器對地磁場敏感，因而在將鉗形電流傳感器卡入X射線管的陽極(或陰極)迴路後須按鉗形電流傳感器上的「ZERO」按鍵即零電位按鍵，以抵消地磁場對鉗形電流傳感器的影響，使前置放大器工作在零電位附近；鉗形電流傳感器的鉗ロ閉合不完全以及電池電壓不足時，鉗形電流傳感器輸出信號不正常，但主機並不知道這些狀態，因而有可能得到的測量結果並不可靠；由於不同的鉗形電流傳感器的電流電壓轉換係數有差異，因而主機無法與不同的鉗形電流傳感器互換。傳統的數據採集方案為A/D轉換器輸出的結果直接傳輸給MPU作數據處理，其優點是方案簡單成本低廉，但對窄脈寬電流信號測量誤差較大。
由於鉗形電流傳感器與主機之間均採用較短的連線連接，主機放置在X射線機附近，X 射線機工作時會產生X射線，從而X射線機一般均安裝在屏蔽室內，在測量X射線機管電流時，工作人員須撤離到安全的地方(例如控制室)，因而對主機操作和讀取數據極不方便。

發明內容
本發明的目的即在於克服現在技術的不足，提供ー種讀取數據方便、工作可靠的可攜式X射線機管電流非介入測量儀。本發明是通過以下技術方案來實現的可攜式X射線機管電流非介入測量儀，包括檢測裝置和主機，所述的檢測裝置通過多芯電纜與主機連接。檢測裝置包括鉗形電流傳感器和控制組件，控制組件包括零電位輸出控制模塊、 量程檔位控制模塊和CPU模塊，所述的零電位輸出控制模塊的兩個模擬信號輸出端與鉗形電流傳感器的零電位按鍵的兩觸點連接，量程檔位控制模塊中的模擬開關與鉗形電流傳感器的量程各觸點連接，所述的零電位輸出控制模塊、量程檔位控制模塊的控制端連接在CPU 豐旲塊上；
所述的主機內設置有主放大器、FPGA數據處理器、MPU模塊、鍵盤模塊、顯示器、無線傳輸模塊、檢測裝置連接檢測模塊和電源管理模塊，主放大器的兩個輸入端通過多芯電纜分別與檢測裝置中的前置放大器上的V+、V-信號輸出端相連接，主放大器的輸出依次通過濾波器、A/D轉換器連接到FPGA數據處理器，FPGA數據處理器、鍵盤模塊、顯示器和無線傳輸模塊都與MPU模塊相連接，MPU模塊的Rx、Tx端通過多芯電纜連接檢測裝置中CPU模塊的 MPU模塊的Tx、Rx端，其還通過無線傳輸模塊連接遠端的上位機，所述的電源管理模塊連接主機內所有模塊，電源管理模塊還通過多芯電纜連接檢測裝置內的所有模塊。本發明的鉗形電流傳感器取消了電池供電單元及開關、量程檔位控制旋鈕，鉗形電流傳感是由主機內的電源進行供電，而且其內部新增了一個印刷電路板，上述的控制組件即設置在該印刷電路板上，通過控制組件的零電位輸出控制模塊可以將鉗形電流傳感器的前置放大器被調整為輸出零電位，而通過控制組件的量程檔位控制模塊能夠完成鉗形電流傳感器的量程檔位的控制功能。本發明的控制組件上還設有鉗口閉合狀態檢測模塊、溫度傳感器模塊、序列號存儲模塊和校準係數存儲模塊，鉗口閉合狀態檢測模塊、溫度傳感器模塊、序列號存儲模塊和校準係數存儲模塊都連接CPU模塊。所述鉗口閉合狀態檢測模塊能夠檢測鉗形電流傳感器的鉗口是否閉合的狀態信息，該狀態信息可被與之連接的CPU模塊讀取並傳輸給主機以及與主機無線連接的遠程上位機，供主機以及遠程上位機作鉗口閉合狀態顯示和數據採集控制使用。所述環境溫度傳感器模塊用於測量鉗形電流傳感器所在位置的環境溫度，該溫度可被與之連接的CPU模塊讀取並傳輸給主機，供數據處理作溫度修正使用；
所述序列號存儲模塊，當主機以及遠程上位機向CPU發出讀序列號指令後，CPU向主機傳輸鉗形電流傳感器的序列號，以便在測量報告中自動填寫本次測量時使用的鉗形電流傳感器序列號；
所述校準係數存儲模塊，用於存儲鉗形該電流傳感器的校準係數，當主機向CPU發出讀校準係數指令後，CPU向主機傳輸該鉗形電流傳感器的校準係數，以便主機自動將測量數據乘以校準係數後作為測量結果；鉗形電流傳感器在規定的校準條件下，鉗形電流傳感器的輸出乘以校準係數後滿足該校準條件下的誤差要求；該校準係數可被CPU收到的特定指令進行改寫，以便授權的計量部門對鉗形電流傳感器進行調校時使用；經校準後的不同鉗形電流傳感器與同一臺主機使用可互換使用，鉗形電流傳感器的輸出乘以校準係數後滿足相關規定對誤差的要求；
所述CPU模塊，用多芯電纜中的Tx、Rx連線接收主機的指令並執行相應的指令(如改變量程、零電位輸出、讀取信息和狀態等)或將主機所需的電流傳感器的信息(如電流傳感器的序列號、校準係數、固件版本號等)和狀態信息(如鉗口閉合狀態、環境溫度、故障代碼等) 傳輸給主機。本發明的主機內，主放大器具有差分輸入功能，與前置放大器的兩個信號輸出端 V+、V-相連接，具有高精度、高輸入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪聲、低輸入偏置電流、 低失調電壓和低失調漂移以及增益可編程之特點，使得不同量程檔位下主放大器輸出滿足 A/D轉換器的要求；所述FPGA數據處理器主要通過提取計算特徵量完成數據壓縮任務；所述MPU模塊具有對整機進行管理、數據處理、對FPGA數據處理器進行現場配置等功能；所述電源管理模塊可滿足整機對各種電源的需求(如5V、3. 3V、2. 5V、模擬電路所需的±5V 等)，並且在MPU模塊的控制下可實現對主機和檢測裝置內各模塊的供電根據需要進行關斷，以延長電池使用時間。本發明的主機內的FPGA數據處理器上還連接有SRAM存儲器和SD存儲卡，所需工作時序和讀寫操作控制由FPGA數據處理模塊產生。SRAM存儲器供FPGA數據處理器處理數據時使用，而FPGA數據處理器將數據存儲到SD存儲卡中，由計算機讀出SD存儲卡中的數據進行分析處理。本發明的主機內的MPU模塊上還連接有FPGA配置文件模塊和顯示器背光亮度調整模塊。所述FPGA配置文件模塊，由大容量FLASH構成，由MPU模塊對其進行讀寫操作，用於存儲FPGA數據處理器的多個配置文件；而顯示器背光亮度調整模塊可在MPU的控制下根據需要實現顯示器不同亮度等級及關閉等功能以降低功耗，延長了電池使用時間。本發明的主機內的主放大器上的還連接有檢測裝置連接檢測模塊，檢測裝置連接檢測模塊的輸出端連接到MPU模塊。檢測裝置連接檢測模塊可檢測到鉗形電流傳感器是否連接，從而由MPU判斷出檢測裝置是否連接，以及在已連接情況下出現的通訊故障。本發明的本發明的鉗形電流傳感器的前置放大器上的V+、V-兩個信號輸出端分別使用線路與主機中的主放大器的兩個輸入連接，採用這樣的雙線連接結構可以避免鉗形電流傳感器供電電流在地線上形成的壓差信號對輸出信號的影響。而且檢測裝置與主機中之間的連接線在多芯電纜中採用單獨的屏蔽層，進一步避免了 Tx和Rx線路對前置放大器輸出信號的影響。本發明的顯示器採用IXD顯示屏。本發明的有益效果是
I.鉗形電流傳感器的前置放大器的與主機中主放大器採用V+、V-雙線連接結構，以避免檢測裝置供電電流在地線上形成的壓差信號對輸出信號的影響。2.零電位輸出控制模塊可在MPU模塊遠程通過CPU模塊控制下使鉗形電流傳感器的前置放大器輸出零電位，便於MPU模塊根據需要在鉗口閉合後或啟動測量前消除地磁場對鉗形電流傳感器的影響以及前置放大器的零點漂移，使鉗形電流傳感器的前置放大器工作在最佳工作點。3.量程檔位控制模塊可使與之相連接的主機以及與主機無線連接的遠程上位機實現對量程檔位的控制功能。4.鉗口閉合狀態檢測模塊可使與之相連接的主機作數據採集控制，以及主機和與主機無線連接的遠程上位機作鉗口閉合狀態顯示。5.用環境溫度傳感器模塊測量鉗形電流傳感器所在位置的環境溫度，供主機以及遠程上位機數據處理作溫度修正使用。6.序列號存儲模塊，使主機以及遠程上位機在測量報告中自動填寫本次測量時使用的鉗形電流傳感器序列號成為可能。7.校準係數存儲模塊，使主機以及遠程上位機可自動將測量數據乘以校準係數後作為測量結果，使鉗形電流傳感器具有互換性。8. FPGA數據處理模塊解決了高解析度快速採樣提高了窄脈寬電流信號測量精度但寬脈電流信號產生大量數據MPU無法處理的矛盾。9. FPGA配置文件模塊存儲了 FPGA的多個配置文件，每個配置文件中僅包括能完成該工作模式所需的功能，從而減小了 FPGA數據處理模塊對邏輯門數的需求。10.無線傳輸模塊解決了在屏蔽的X射線機機房內的主機與上位機之間的雙向通訊，因而工作人員在安全的地方，可通過上位機對主機操作和讀取數據。11.檢測裝置連接檢測模塊使主機能分辨是檢測裝置未連接還是檢測裝置器在已連接情況下的通訊故障，使主機的故障報警提示更明確。
12.電源管理模塊可根據需要進行關閉部分功能模塊的供電，從而降低整機的功耗，以延長電池的使用時間。13.檢測裝置由主機提供供電，解決了因電池電壓不足引起的測量結果不可靠的問題。14.檢測裝置與主機之間採用多芯電纜連接，並實現雙向通訊，解決了主機以及與主機無線連接的上位機對檢測裝置量程檔位和調零的控制、對檢測裝置工作狀態的獲取，解決測量人員對檢測裝置及主機操作極不方便的缺點。


圖I為本發明的結構示意圖2為鉗形電流傳感器中新增印刷電路板的原理圖3為主放大器的原理圖4為濾波器原理圖5為濾波器的頻率響應與群延時圖6為濾波器的躍階響應圖7為FPGA數據處理模塊在透視模式下軟體功能框圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明，但是本發明的結構不僅限於以下實施例
如圖I所示，可攜式X射線機管電流非介入測量儀，包括檢測裝置和主機，所述的檢測裝置通過多芯電纜與主機連接。檢測裝置包括鉗形電流傳感器和控制組件，所述的控制組件包括零電位輸出控制模塊、量程檔位控制模塊和CPU模塊，所述的零電位輸出控制模塊的兩個模擬信號輸出端與鉗形電流傳感器的零電位按鍵的兩觸點連接，量程檔位控制模塊中的模擬開關與鉗形電流傳感器的量程各觸點連接，所述的零電位輸出控制模塊、量程檔位控制模塊的控制端連接在CPU模塊上；
所述的主機內設置有主放大器、FPGA數據處理器、MPU模塊、鍵盤模塊、顯示器、無線傳輸模塊、檢測裝置連接檢測模塊和電源管理模塊，主放大器的兩個輸入端通過多芯電纜分別與檢測裝置中的前置放大器上的V+、V-信號輸出端相連接，主放大器的輸出依次通過濾波器、A/D轉換器連接到FPGA數據處理器，FPGA數據處理器、鍵盤模塊、顯示器和無線傳輸模塊都與MPU模塊相連接，MPU模塊的Rx、Tx端通過多芯電纜連接檢測裝置中CPU模塊的 MPU模塊的Tx、Rx端，其還通過無線傳輸模塊連接遠端的上位機，所述的電源管理模塊連接主機內所有模塊，電源管理模塊還通過多芯電纜連接檢測裝置內的所有模塊。本發明的鉗形電流傳感器採用的型號為PR0VA-15，該鉗形電流傳感器設有一個 「ZERO」按鍵即零電位按鍵，「ZERO」按鍵被按後，前置放大器被調整為輸出零電位，一般採用電池供電，具有O. 4A和4A兩個量程，通過旋轉波段開關完成電源開關和量程選擇功能；
O.4A量程靈敏度高但帶寬較窄，適用於測量X射線機的透視電流(X射線機的透視電流較小——數毫安，但透視時間較長——數十秒);4A量程雖然靈敏較低但帶寬較寬，適用於測量X射線機的拍片模式的曝光電流(X射線機的拍片電流較大一數百毫安，但曝光時間較短一數百毫秒)。本發明取消了鉗形電流傳感器的電池供電，改由主機通過多芯電纜中的 Vcc, GND兩條線給鉗形電流傳感器提供所需的電源。本實施例的鉗形電流傳感器的原電池盒內增設了一個印刷電路板，控制組件即設置在該印刷電路板上。如圖2所示，零電位輸出控制模塊由模擬開關U103 (型號為4051) 承擔，模擬開關U103的兩個模擬信號輸入端(3腳和13腳)與原鉗形電流傳感器的「ZERO」 按鍵(SW-PB)的兩觸點連接，模擬開關U103的控制端(11腳)與CPU模塊連接，當模擬開關U103的控制端(11)腳收到輸出零電位控制信號時，模擬開關接通，模擬「ZERO」按鍵 (SW-PB)被按下，鉗形電流傳感器的前置放大器被調整為輸出零電位；由於使用了零電位輸出控制模塊，因而主機和與主機無線連接的遠程上位機可根據需要在鉗口閉合後以及啟動測量前，使鉗形電流傳感器的前置放大器調整為輸出零電位，消除地磁場對鉗形電流傳感器的影響以及前置放大器的零點漂移，使鉗形電流傳感器的前置放大器工作在最佳工作點。經調零操作後，鉗形電流傳感器輸出的零電位值在正常範圍內時用常態顏色顯示，鉗形電流傳感器輸出的零電位值超出正常範圍時用非常態顏色作異常的顯示指示，該非常態顏色可由用戶通過自定義為除常態顏色以外的其他顏色而改變。量程檔位控制模塊由U104 (型號為4051)承擔,模擬開關U104的模擬信號輸入端 (3腳、14腳和13腳)與原鉗形電流傳感器的量程開關(SW102)各觸點連接，模擬開關U103 的控制端(10腳和11腳)與CPU模塊連接，模擬開關在CPU控制下控制執行接通或斷開，完成鉗形電流傳感器的量程檔位的控制功能。控制組件上還設有鉗口閉合狀態檢測模塊、溫度傳感器模塊、序列號存儲模塊和校準係數存儲模塊，鉗口閉合狀態檢測模塊、溫度傳感器模塊、序列號存儲模塊和校準係數存儲模塊都連接CPU模塊。所述鉗口閉合狀態檢測模塊能夠檢測鉗形電流傳感器的鉗口是否閉合的狀態信息，該狀態信息可被與之連接的CPU模塊讀取並傳輸給主機以及與主機無線連接的遠程上位機，供主機以及遠程上位機作鉗口閉合狀態顯示和數據採集控制使用，鉗口閉合狀態檢測模塊由位置檢測開關SWlOl和電阻RlOl組成，當鉗口完全閉合時開關SWlOl接通到地， (PU模塊檢測到低電平，否則CPU模塊檢測到高電平，為了減小整機功耗，RlOl的電阻值選用1ΜΩ，以減小SWlOl接通到地的電流；當鉗口非完全閉合時，鉗形電流傳感器的前置放大器的輸出信號不是所需要的數據，(PU模塊將檢測到的狀態傳輸主機，主機停止數據採集以及停止部分模塊的供電，並在主機的顯示器和遠程上位機上用紅色顯示鉗口非閉合狀態提示直到排除該故障為止，如果鉗口長時間處於非完全閉合時，主機的部分功能模塊的供電將被關閉，延長了電池使用時間。所述環境溫度傳感器模塊由半導體數字溫度傳感器WDlOl (型號為DS18B20)和電阻R103組成，溫度傳感器安裝於電池盒外表面，在CPU控制時序下完成環境溫度測量，當測量得到的溫度數值在規定的範圍以內(15°C 25°C)則由主機讀取，供數據處理時作溫度修正使用，主機上顯示器及遠程上位機用常態顏色顯示，在規定的環境溫度範圍外則定時發送給主機，主機及遠程上位機用非常態顏色顯示提醒用戶環境溫度異常，該非常態顏色可由用戶通過自定義為除常態顏色以外的其他顏色而改變。所述序列號存儲模塊和校準係數存儲模塊由U102 (型號為X5045)承擔，該集成電路將上電復位、看門狗定時器、電源電壓監控和塊鎖(Block Lock)保護4Kb串行EEPROM存儲器組成在一個封裝之內的。這種組合降低了系統成本、減少了電路板空間和增加了可靠性。顯示器用常態顏色顯示鉗形電流傳感器的序列號或校準係數，用非常態顏色顯示異常的序列號或校準係數，表明可能存在通訊故障或該鉗形電流傳感器未校準，該非常態顏色可由用戶通過自定義為除常態顏色以外的其他顏色而改變。序列號和校準係數由主機讀取 (主機向CPU模塊發出讀指令後，CPU模塊向主機傳輸該指令要求的數據)，以便在測量報告中自動填寫本次測量時使用的鉗形電流傳感器序列號和校準係數，主機自動將測量數據乘以校準係數後作為測量結果；鉗形電流傳感器在規定的校準條件下，鉗形電流傳感器的輸出乘以校準係數後滿足該校準條件下的誤差要求；該校準係數可被CPU模塊收到的特定指令進行改寫，以便授權的計量部門對鉗形電流傳感器進行調校時使用；經校準後的不同鉗形電流傳感器與同一臺主機使用可互換使用，鉗形電流傳感器的輸出乘以校準係數後具有相同的誤差特性。所述CPU模塊的石英振蕩晶體採用11. 0592MHz,以便與主機通訊，用多芯電纜中的Tx、Rx連線接收主機的指令並執行相應的指令(如改變量程、零電位輸出、讀取信息和狀態等)或將主機所需的電流傳感器的信息(如電流傳感器的序列號、校準係數、固件版本號等)和狀態信息(如鉗口閉合狀態、環境溫度、故障代碼等)傳輸給主機。圖3為位於主機內的主放大器的原理圖，主放大器主要由低成本、高精度儀表放大器AD620 (U301)構成，該儀表放大器具有高精度(最大非線性度40 ppm)、低失調電壓 (最大50 μν)和低失調漂移(最大0.6 μν/ )、高增益、高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低輸入偏置電流、低功耗以及增益可編程之特點，該集成運算放大器的輸入端與前置放大器的輸出V+、V-相連接，REF腳(第5腳)與A/D轉換器的Vref相連接，從而完成雙端輸入到輸出零電平平移到Vref，滿足A/D轉換器對正負雙極性脈衝信號零電平的要求(即當 Vref=2. 5V時，A/D轉換器的輸入範圍為Vref ±2. 5V)，因而本發明主機既可對正脈衝進行測量，也可對負脈衝進行測量，所以，在將本發明的鉗形電流傳感器卡入待測電流迴路時， 對卡入方向無要求。增益控制電阻R301採用高穩定度的精密電阻，以保證主機具有極高的穩定性。圖4為低通濾波器原理圖，該低通濾波器使用4個具有不同Q值的2階單位增益濾波器串接構成8階具有通帶內平坦的幅度和一致的群延時的貝塞耳低通濾波器(Bessel. LPF)，其中U201A、R203、R204、C208、C214 構成第 I 節低通濾波器，U201B、R205、R206、C209、 C215構成第2節低通濾波器，U202A、R207、R208、C210、C216構成第3節低通濾波器，U202B、 R209、R210、C211、C217構成第4節低通濾波器；第I節低通濾波器的中心頻率為17. 84KHz, Q值為O. 5060，第2節低通濾波器的中心頻率為18. 38KHz，Q值為O. 5600，第3節低通濾波器的中心頻率為19. 58KHz，Q值為O. 7110，第4節低通濾波器的中心頻率為21. 96KHz，Q值為I. 2260 ;圖5為該低通濾波器的頻率響應與群延時，從該圖可以得出4節低通濾波器串接後_3db帶寬為ΙΟΚΗζ，在IOOKHz時衰減量為-114. 2dB，在125KHz時衰減量為-129. 6dB ； 圖6為該低通濾波器的躍階響應，從該圖可以得出該低通濾波器對躍階輸入信號的延時為 50 μ S，上升時間為34. 6 μ S。U203A、R212、R213、R214、C218構成2倍增益同相放大器， U203B為A/D轉換器的輸入緩衝器。A/D轉換器使用採樣頻率為250KSPS，解析度為16位的6通道同步採樣轉換器件ADS8364，使用高解析度快速採樣提高了窄脈寬電流信號測量精度，但寬脈寬電流信號時將產生大量數據，數據率高達48MbPS，多數MPU都無法完成如此巨大的數據量處理，因此採用 Altera公司生產的ACEX系列中的EP1K100 FPGA，該FPGA具有10000個門單元電路，12個 EBA,主要通過提取計算特徵量完成數據壓縮任務，該數據處理模塊具有基線計算功能、電流平均值計算功能、脈衝頂部電流平均值計算功能、脈衝極性判斷功能、脈衝前沿數據存儲功能、脈衝後沿數據存儲功能、正脈衝前沿上升時間計算功能、正脈衝後沿下降時間計算功能、負脈衝前沿下降時間計算功能、負脈衝後沿上升時間計算功能、脈寬計算功能、mAs計算功能和mAs閾值判斷功能。FPGA數據處理器由於受FPGA邏輯門數限制無法同時將所有功能的軟體容納下，因而用戶設定主機工作模式時MPU模塊根據工作模式調用能完成需要的部分功能對FPGA數據處理器進行現場配置。MPU模塊採用μ Psd3254完成對整機進行管理、數據處理、對FPGA數據處理器進行現場配置等功能。鍵盤模塊可實現參數修改及控制功能。顯示器採用彩色點陣型IXD顯示器，可顯示測量結果、鉗形電流傳感器狀態、主機工作狀態及參數；LCD顯示器用常態顏色顯示鉗形電流傳感器的軟體版本號，用非常態顏色顯示異常的軟體版本號，表明可能存在通訊故障，該非常態顏色可由用戶通過自定義為除常態顏色以外的其他顏色而改變；LCD顯示器可顯示主機的軟體版本號；LCD顯示器可顯示主機由內置電池供電還是外置電池供電；LCD顯示器可顯示外置電源供電的供電電壓， 當外置電源供電電壓高於3V時用常態顏色顯示，當外置電源供電電壓低於3V時用非常態顏色顯示，該非常態顏色可由用戶通過自定義為除常態顏色以外的其他顏色而改變；LCD 顯示器可顯示主機由內置電池供電的充電狀態，具有正在充電指示和充電已充滿指示；LCD 顯示器可顯示主機內置電池供電的電量狀態，具有電池電量滿、電量不足指示，電量不足時用非常態顏色顯示，該非常態顏色可由用戶通過自定義為除常態顏色以外的其他顏色而改變；IXD顯示器可顯示IXD背光的亮度狀態；IXD顯示器可顯示主機當前的日期和時間信肩、O無線傳輸模塊包括Class I藍牙集成電路和工作在ISM頻段的433MHz無線數據傳輸集成電路，因而其具有Class I藍牙功能和工作在ISM (即工業、科學、醫學)頻段的 433MHz無線數據傳輸功能；當工作在藍牙無線傳輸模式時，與配備藍牙Class I的上位機在開闊場地傳輸距離能達到100米，與配備藍牙Class 2的上位機在開闊場地傳輸距離能達到30米；當工作在433MHz無線數據傳輸模式時，與配備433MHz無線數據傳輸收發模塊的上位機在開闊場地傳輸距離能達到1000米；因此，在屏蔽較好的控制室內採用433MHz無線數據傳輸模式，而在有鉛玻璃觀察窗的控制室內既可採用433MHz無線數據傳輸模式也可採用藍牙模式。所述電源管理模塊可滿足整機對各種電源的需求(如5V、3. 3V、2. 5V、模擬電路所需的±5V等)，並且在MPU模塊的控制下可實現對主機和檢測裝置內各模塊的供電根據需要進行關斷，以延長電池使用時間。上位機既可以是PDA、筆記本電腦，也可是臺式計算機，根據配置上位機可使用自帶的藍牙設備實現與主機雙向無線通訊，也可使用特定的藍牙Class I設備實現與主機雙向無線通訊以降低X射線屏蔽室對通訊的阻擋作用，還可使用433MHz無線數據傳輸收發模塊以進一步降低X射線屏蔽室對通訊的阻擋作用。上位機通過與主機雙向無線通訊，實現對主機的控制和採集的數據共享。本發明的主機內的FPGA數據處理器上還連接有SRAM存儲器和SD存儲卡。SRAM 存儲器採用四片M68AF127，每片M68AF127為128KB，故SRAM存儲器總容量為512KB ；SRAM 存儲器直接與FPGA數據處理器連接，供FPGA數據處理器處理數據時使用，電源管理模塊可以關閉不使用的SRAM晶片的供電，以降低功耗；SD存儲卡直接與FPGA數據處理器連接，供 FPGA將數據存儲到SD存儲卡中，由計算機讀出SD存儲卡中的數據進行分析處理，電源管理模塊根據需要可以關閉使用的SD晶片的供電，以降低功耗。本發明的主機內的MPU模塊上還連接有FPGA配置文件模塊和顯示器背光亮度調整模塊。所述FPGA配置文件模塊，由大容量FLASH構成，由MPU模塊對其進行讀寫操作，用於存儲FPGA數據處理器的多個配置文件。所述的顯示器背光亮度調整模塊可在MPU模塊的控制下根據需要實現不同的亮度等級及關閉功能以降低功耗。本實施例中顯示器背光亮度調整模塊可使顯示器背光亮度從ο°/Γιοο%變化，分為11級，每級變化10%;當有按鍵按下時，顯示器背光亮度為按鍵亮度，該亮度可由用戶在5(Γ100%範圍內設定，該亮度的持續時間可由用戶在10iTl20S範圍內設定；當檢測裝置採集到有效數據時，顯示器背光亮度為數據顯示亮度，該亮度可由用戶在5(Γ100%範圍內設定，該亮度的持續時間可由用戶在10iTl20S範圍內設定；當主機與上位機進行無線數據通訊時，LCD顯示器背光亮度為數據通訊顯示亮度，該亮度可由用戶在 3(Γ100%範圍內設定，該亮度在結束通訊後的持續時間可由用戶在Is 120s範圍內設定；當長時無按鍵按下且未採集到有效數據和無無線數據通訊時，LCD顯示器背光亮度為休眠亮度，該亮度可由用戶在0°/Γ30%範圍內設定。本發明的主機內的主放大器上的還連接有檢測裝置連接檢測模塊，檢測裝置連接檢測模塊的輸出端連接到MPU模塊。檢測裝置連接檢測模塊可檢測到鉗形電流傳感器是否連接，從而由MPU模塊判斷出檢測裝置是否連接，以及在已連接情況下出現的通訊故障。本發明的鉗形電流傳感器的前置放大器的V+、V-兩個信號輸出端分別使用線路與主機中的主放大器的兩個輸入連接，採用這樣的雙線連接結構可以避免鉗形電流傳感器供電電流在地線上形成的壓差信號對輸出信號的影響。而且檢測裝置與主機中的主放大器之間的連接線即多芯電纜中的每條線都有各自屏蔽層，進一步避免Tx和Rx線路對輸出信號的影響。本發明的主機工作模式有三種工作模式透視模式、變頻機拍片模式、工頻機拍片模式。FPGA數據處理器在三種工作模式下的功能分配如下
Cl)當用戶在主機或與主機無線連接的遠程上位機選定測量透視模電流時=FPGA數據處理器被MPU模塊配置為小電流連續測量，量程檔位控制模塊和主放大器作相應調整；在鉗口完全閉合且X射線機未透視時，用戶下達測量零點指令後，MPU模塊給CPU模塊發出調零指令，並讀取CPU模塊中的環境溫度數值、序列號和校準係數，CPU模塊收到該指令後給模擬開關U103的控制端調零控制信號，模擬開關接通，鉗形電流傳感器的前置放大器被調整為輸出零電位，MPU模塊延時一段時間後，FPGA輸出此時零電流的基線值10，主機記錄完成後，主機或與主機無線連接的遠程上位機顯示準備就緒，X射線機開機透視後，FPGA輸出此時零電流的值J1，主機顯示扣除基線並乘以校準值G後的透視電流/t=G· (J1-Z0);
如圖7是本發明的FPGA數據處理模塊在透視模式下軟體功能框圖，為了實現本功能， FPGA中軟體首先進行第I級運算將每4個A/D轉換的結果相加，並去掉最低位(LSB)，得到17位累加結果作為第2級運算的輸入，同時數據率降為62. 5 kHz，然後進行第2級第I 次運算每4個第I級運算的結果再次相加並去掉最低2位，得到17位累加結果作為下次運算的輸入，第2級第2次運算到第8次運算與第2級第I次運算類似，經過8次這樣的運算後，FPGA按I. 048576 Hz的頻率向MPU發出中斷信號INTO，MPU模塊讀出第2級第8次運算的結果後計算出透視電流，因此主機或與主機無線連接的遠程上位機按大約每秒I次的刷新速度顯示測量結果，該測量結果是262144個A/D採樣結果的平均值，因而結果的重複性極高；
A/D轉換結果緩存需要8個字節，第I級運算後的結果緩存需要12位元組，第2級第I運算後的結果緩存需要12位元組，第2級算後的結果緩存需要96位元組，共需116位元組，因此在 FPGA中使用EBA構造成4kbits雙口 RAM即可滿足要求，所以在此模式下，可以不使用SRAM， 為降低功耗，關閉SRAM的供電。(2)當用戶在主機或與主機無線連接的遠程上位機選定測量變頻機拍片模式下的管電流時=FPGA被MPU模塊配置為大電流單次脈衝觸發測量，量程檔位控制模塊和主放大器模塊作相應調整；在鉗口完全閉合且X射線機未透視時，用戶下達測量零點指令後，FPGA與MPU配合計算出零電流的基線值平均值為Z0的同時，FPGA將單位時間Λ t內的基線值進行累加，其結果為基線的電流時間積分由MPU記錄，MPU計算出若干個Λ 時間內的基線的電流時間積分平均值為 ^μ X射線機開機拍片時，FPGA輸出的第i個單位時間Λ 內的電流時間積分為(i)由MPU記錄，FPGA後沿判斷滿足後，S卩i=l到# 的時間範圍包含了全部拍片時間，MPU計算出扣除基線並乘以校準值後的電流時間積分
權利要求
1.可攜式X射線機管電流非介入測量儀，其特徵在於包括檢測裝置和主機，所述的檢測裝置通過多芯電纜與主機連接；檢測裝置包括鉗形電流傳感器和控制組件，控制組件包括零電位輸出控制模塊、量程檔位控制模塊和CPU模塊，所述的零電位輸出控制模塊的兩個模擬信號輸出端與鉗形電流傳感器的零電位按鍵的兩觸點連接，量程檔位控制模塊中的模擬開關與鉗形電流傳感器的量程各觸點連接，所述的零電位輸出控制模塊、量程檔位控制模塊的控制端連接在CPU模塊上；所述的主機內設置有主放大器、FPGA數據處理器、MPU模塊、鍵盤模塊、顯示器、無線傳輸模塊、檢測裝置連接檢測模塊和電源管理模塊，主放大器的兩個輸入端通過多芯電纜分別與檢測裝置中的前置放大器上的V+、V-信號輸出端相連接，主放大器的輸出依次通過濾波器、A/D轉換器連接到FPGA數據處理器，FPGA數據處理器、鍵盤模塊、顯示器和無線傳輸模塊都與MPU模塊相連接，MPU模塊的Rx、Tx端通過多芯電纜連接檢測裝置中CPU模塊的 MPU模塊的Tx、Rx端，其還通過無線傳輸模塊連接遠端的上位機，所述的電源管理模塊連接主機內所有模塊，電源管理模塊還通過多芯電纜連接檢測裝置內的所有模塊。
2.根據權利要求I所述的可攜式X射線機管電流非介入測量儀，其特徵在於所述的控制組件上還設有鉗ロ閉合狀態檢測模塊、溫度傳感器模塊、序列號存儲模塊和校準係數存儲模塊，鉗ロ閉合狀態檢測模塊、溫度傳感器模塊、序列號存儲模塊和校準係數存儲模塊都連接CPU模塊。
3.根據權利要求I所述的可攜式X射線機管電流非介入測量儀，其特徵在於所述的主機內的FPGA數據處理器上還連接有SRAM存儲器和SD存儲卡。
4.根據權利要求I所述的可攜式X射線機管電流非介入測量儀，其特徵在於所述的主機內的MPU模塊上還連接有FPGA配置文件模塊和顯示器背光亮度調整模塊。
5.根據權利要求I所述的可攜式X射線機管電流非介入測量儀，其特徵在於所述的主機內的主放大器上的還連接有檢測裝置連接檢測模塊，檢測裝置連接檢測模塊的輸出端連接到MPU模塊。
6.根據權利要求I所述的可攜式X射線機管電流非介入測量儀，其特徵在於所述的多芯電纜中的每條線都有各自屏蔽層。
7.根據權利要求I所述的可攜式X射線機管電流非介入測量儀，其特徵在於，所述的無線傳輸模塊包括Class I藍牙集成電路和工作在ISM頻段的433MHz無線數據傳輸集成電路。
全文摘要
本發明公開了一種可攜式X射線機管電流非介入測量儀，包括檢測裝置和主機，所述的檢測裝置通過多芯電纜與主機連接，檢測裝置包括鉗形電流傳感器和設置在鉗形電流傳感器內的控制組件。本發明的檢測裝置與主機採用V+、V-雙線連接結構，避免了供電電流在地線上形成的壓差信號對輸出信號的影響；主機中增加校準係數存儲模塊，使檢測裝置具有互換性；FPGA數據處理器提高了對窄脈寬電流信號測量精度；通過主機以及與主機無線連接的上位機對鉗形電流傳感器量程檔位和調零的控制、對鉗形電流傳感器工作狀態的獲取，解決了測量人員對主機操作和讀取數據極不方便的缺點。
文檔編號G01R19/25GK102608405SQ201210075279
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者劉志宏 申請人:劉志宏