一种快速识别手具治疗头类别的手具装置及抗干扰识别方法与流程

本发明涉及激光手具领域，尤其涉及一种速识别手具治疗头类别的手具装置和一种快速识别手具治疗头类别的识别方法。

背景技术：

医用激光治疗手具是激光治疗机中的一个重要结构，从激光发射器中发射出来的激光要经过导光臂或光纤最终通过激光治疗手具传输到治疗区域上，而针对具体治疗情况的不同，所采用的治疗手具也不尽相同,由于临床应用的激光治疗机的治疗范围比较广泛，如去除人体多余毛发、治疗毛细血管扩张、治疗血管瘤、嫩肤及去除色斑等领域，而针对这些不同领域所采用的激光治疗光斑形状及尺寸也不尽相同，因此需要经常更换不同的治疗头，在治疗过程中能否迅速、准确地识别治疗头显得尤为重要。

现有的激光治疗手具中，手具头与手具柄的安装采用卡口环的形式连接，手具头末端设有手具识别电路板及凸起的卡扣，手具柄上的安装座设有一个用于卡扣永磁体及固定的凹槽，换取不同类型的手具头时只需将卡扣卡入凹槽之中即可，但这种结构存在如下缺点：1.采用卡扣形式的手具头与手具柄之间的连接不稳固，在治疗过程中手具头存在左右晃动的情况，从而导致无法准确对准治疗区域，带来一定的安全隐患；2.由于手具头与手具柄之间连接不稳固，磁编码器可能无法识别永磁体具体安放的方向，导致主机不能确定所安装手具头的类型，耽误治疗最佳时机。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种装卸方便、识别准确、卡固严紧的医用激光治疗手具。

本发明还有一个目的是采用多级数据滤波处理算法，可保证在快速识别手具信号的同时有效地去除信号中的干扰，不受时间、温度、电压的变化而漂移。

本发明提供的技术方案为：

一种快速识别手具治疗头类别的手具装置，包括：

手具柄，其包括设置在所述手具柄底座下端面的定位通孔；

治疗头，通过设置在所述治疗头内部的定位组件可拆卸式安装在所述手具柄下端面；

编码器，其设置在所述底座下端面；

永磁体，其设置在所述治疗头上端面，所述手具柄和所述治疗头固定后，所述永磁体位于所述编码器下方；

其中，所述定位组件能够深入所述定位通孔并锁紧。

优选的是，所述定位通孔为螺旋形槽孔。

优选的是，所述定位组件，包括：

锁紧螺丝；

开口挡圈，其卡固在所述锁紧螺丝下端；

垫片，其安装在所述锁紧螺丝和所述治疗头上端面之间。

优选的是，所述治疗头具有多种型号，所述永磁体在不同型号的治疗头顶部具有不同角度的安装位置。

优选的是，所述编码器为磁编码器。

优选的是，还包括：霍尔传感器，其数量为四个，圆周式排列嵌入设置在所述编码器芯片中。

优选的是，还包括：

限位槽，其设置在所述手具柄下端面；

限位凸起块，其设置在所述治疗头上端面，能够深入所述限位槽内，用于所述手具柄和所述治疗头的预固定。

优选的是，还包括：

微分放大器，其分别连通相对设置的两个霍尔传感器；

模数转换器，其连接所述微分放大器，用于将霍尔传感器检测的模拟信号转换为角度信号；

零点位置校正装置，其连接所述模数转换器；

解码器，其连接零点位置校正装置。

一种快速识别手具治疗头类别的抗干扰识别方法，包括：

将手具柄和治疗头固定，设置在编码器上成对的霍尔元件检测到永磁体的磁场角度变化，所述编码器将角度信号转化为频率信号；确定治疗头上永磁体的角度位置，以确定手具类别；

其中，对频率信号进行滤波，以消除电磁干扰，包括以下步骤：

步骤一：设定相邻两次频率采集间隔时间为n,相邻两组数据采样间隔为m,每组采集j个数据，共采集k组，则第i组的数据为{D_i1,D_i2,D_i3......D_ij}其中i＝1,2......k,计算出第i组的数据的平均值：

获得一组均值数据队列

步骤二：设定一个限定的取值范围A₁

若则去除第i组数据的平均值

若则保留第i组数据的平均值

步骤三：将x个数据作为一个队列，其中i＝1,2......k，每次存储的一个新的放入队尾，并舍弃队首数据计算出二次均值：

步骤四：设定一个限定的平均差值A₂

若则存储均差值

若则保留平均值数据；

步骤五：如连续k组的均值差都在增加，则数据采集正常；否则清除所有数据，重新从步骤一开始执行。

优选的是，所述步骤一中：相邻两次频率采集间隔时间15μs≤n≤25μs,相邻两组数据采样间隔0.5ms≤m≤1.5ms。

本发明的有益效果

1、本发明采用定位装置完全锁紧手具柄与治疗头，在治疗过程中不会造成治疗头的左右晃动，可准确瞄准所需治疗区域，提高了治疗的准确率。

2、本发明采用限位器件实现手具柄与治疗头的初步固定，保证了二者安装的方向，磁编码器可准确快速识别永磁体的安装方向，在固定手具柄与治疗头后，主机即可显示所安装的手具，快速安全的输出所需光斑。

3.本发明提出的抗干扰手具识别方法，采用多级数据滤波处理算法，可保证在快速识别手具信号的同时有效地去除信号中的干扰，不受时间、温度、电压的变化而漂移。此外，系统仅通过软件算法实现数字滤波，无需增加硬件成本，有效地降低了系统的开支。

4.本发明提出的抗干扰手具识别方法，利用主机芯片自动的DMA功能自动完成频率信号采集，不占用CPU处理时间，频率信号采集与处理算法可同步进行，保证整个手具识别过程的时间小于100ms。

附图说明

图1为本发明所述的快速识别手具治疗头类别的手具装置的结构示意图。

图2为本发明所述的手具柄下端面结构示意图。

图3为本发明所述的治疗头上端面结构示意图。

图4为本发明所述的编码器的结构框图。

图5为本发明所述的解码器输出频率脉宽示意图。

图6为本发明所述的编码器与主控制器电路连接示意图。

图7为本发明所述的永磁体所处角度示意图。

图8a为本发明所述的手具型号为2002的结构示意图。

图8b为本发明所述的手具型号为2003的结构示意图。

图8c为本发明所述的手具型号为2004的结构示意图。

图8d为本发明所述的手具型号为2005的结构示意图。

图8e为本发明所述的手具型号为2006的结构示意图。

图9为本发明所述的快速识别手具治疗头类别的抗干扰识别方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本发明提供一种医用激光治疗手具及治疗头识别方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更佳清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明提供的快速识别手具治疗头类别的手具装置包括手具柄1和治疗头2。

手具柄1包括把持外壳及底座3，其中底座3位于手具柄末端位置相应处，底座上设置了一个手具识别电路401、一个定位槽501及一个限位槽601及一个第一出光孔7，在第一出光孔7处设置一个防尘镜片9，防尘镜片9优选为一个带有增透膜的镜片，手具识别电路401由磁编码器403及外围电路组成。治疗头2由固定座201和支撑杆202组成，固定座201上设有永磁体402、定位组件502及限位凸起块602及第二出光通孔8组成，所述第二出光通孔处设置一个隔圈,定位组件502由锁紧螺丝5001、垫片(未示出)及开口挡圈5002所组成，垫片安装在所述锁紧螺丝与固定座之间，开口挡圈卡固在锁紧螺丝的下面,安装治疗头时，首先固定限位凸起块602与限位槽601，实现治疗头2与手具柄1之间的初步固定，这时永磁体402正好位于编码器电路的下方，之后将定位组件502锁紧到定位通孔中，完成手具的安装。

如图4所示，磁编码器403内部结构，在芯片中嵌入4个按圆周排列的霍尔传感器4001，排列的圆周直径为2.2mm，相对的两个霍尔传感器通过第一微分放大器4002和第二微分放大器4003连接在一起，输出的正、余弦模拟信号经过模数转换器4004进行处理，输出为角度信号，之后经过零点位置校正装置4005进行零点校正，经过PWM解码器4006，将输入的角度信号以频率信号输出，不同的角度信号，频率信号的脉宽也不相同。

如图5所示，编码器输出电压为0～5V，根据编码器的设定，编码器每步进一次(1.40625°)，脉宽增加2.26us，由于编码器为8位分辨率，一圈360°范围内可识别256个位移，因此最大识别角度可达358.6°，在不同的位移或角度时，输出的频率信号的脉冲宽度不同。在位移为0时，PWM端口输出频率信号脉宽为最小脉宽2.26us，在位移为128时，PWM输出的频率信号脉宽为291.54us，在位移为255时，PWM输出的频率信号脉宽为578.56us。

如图6所示，频率信号传输通过PWM端口至主机IO口进行相应数字滤波处理，通过在软件中写入相应滤波编程算法，抑制频率信号干扰。

如图7、8a-8e所示，每个治疗头2中的永磁体8在手具头固定座201上安放的N-S极角度不同，因此编码器403感应到永磁体402的角度不同。根据软件设定，当识别到永磁体8所处的角度为45°±20°时，编码器4识别安装的手具为手具2001，当识别到永磁体8所处的角度为90°±20°时，编码器4识别安装的手具为手具2002，当识别到永磁体8所处的角度为135°±20°时，编码器4识别安装的手具为手具2003，当识别到永磁体13所处的角度为180°±20°时，编码器4识别安装的手具2004，当识别到永磁体13所处的角度为270°±20°时，编码器4识别安装的手具为手具2005。

如图9所示，一种快速识别手具治疗头类别的抗干扰识别方法，包括如下步骤：

S701：在治疗头固定座上设置一个永磁体，在手具柄下端手具识别组件上设置一个磁传感器，所述磁传感器正对所述永磁体安装；

S702：所述磁传感器识别永磁体的安放位置的角度，产生角度信号；

S703：所述编码器将角度信号转化为频率信号，频率信号传输至控制主机；

S704：控制主机存储频率信号，设定相邻两次频率采集间隔时间为n,相邻两组数据采样间隔为m,每组采集j个数据，共采集k组，则第i组的数据为{D_i1,D_i2,D_i3......D_ij}其中i＝1,2......k,计算出第i组的数据的平均值：

获得一组均值数据队列

S705：设定一个限定的插值范围A₁

若则去除第i组数据的平均值

若则保留第i组数据的平均值

S706：将x个数据作为一个队列，其中i＝1,2......k，每次存储的一个新的放入队尾，并舍弃队首数据计算出一个二次均值：

S707：设定一个限定的均差值A₂

若则存储均差值

若则保留平均值数据；

S708：重复步骤S704至S707，如果连续k组的均值差都在增加，则数据采集正常，进行下一步数据处理；若否则清除“数据存储缓存池”内所有数据，清除均值超限定计数，重新从步骤一开始执行。

其中，相邻两次频率采集间隔时间15μs≤n≤25μs,相邻两组数据采样间隔0.5ms≤m≤1.5ms，作为一种优选相邻两次频率采集间隔时间n＝20μs，相邻两组数据采样间隔m＝1ms，限定差值A₁的取值范围为4000—5000Hz；限定均差值A₂＝170Hz。

本发明采用定位装置完全锁紧手具柄与治疗头，在治疗过程中不会造成治疗头的左右晃动，可准确瞄准所需治疗区域，提高了治疗的准确率，提出的抗干扰手具识别方法，采用多级数据滤波处理算法，可保证在快速识别手具信号的同时有效地去除信号中的干扰，不受时间、温度、电压的变化而漂移。此外，系统仅通过软件算法实现数字滤波，无需增加硬件成本，有效地降低了系统的开支。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。