绝对位置测量装置及医疗设备的制作方法

本实用新型申请涉及运动测量技术领域，特别涉及绝对位置测量装置及医疗设备。

背景技术：

对于具有自动动作的医疗设备，绝对位置感应是一个必要的功能部分。每天早上，当医生启动系统，每个运动控制器首先需要检测每个运动部件的当前位置，因为没有人知道这些运动部件在断电后是否被移动过，此后，它才能开始工作，驱动运动部件到目的地位置。通常情况下，绝对位置角度传感器用来检测一个运动的绝对位置，或者是平移部件的绝对位置或者是旋转部件的绝对位置。

绝对位置传感器通常安装在被测运动部件的传动链的最后一级传动轴上。

设绝对位置传感器与被测运动部件的传动链的最后一级传动轮的传动比为k，则若绝对位置传感器测量得到自身的转动角度为θ，被测运动部件的传动链的最后一级传动轮的转动角度θ_out就为θ_out＝θ/k，被测运动部件的平移距离为：L＝θ*d/2k，其中，d为被测运动部件的传动链的最后一级传动轮的直径。

可以看出，为了增大测量范围，即为了得到更大的θ_out和L，有两个办法：

1、降低传动比k。这意味着绝对位置传感器需要更大的齿轮和更小的齿轮输出驱动，但这将导致测量分辨率的降低，因为ΔL＝Δθ*d/2k，Δθ_out＝Δθ/k，为了得到较高的测量精度，k不能太小。

2、增大绝对位置传感器对角度θ的测量范围。这就意味着需要使用多圈位置传感器，但是这样成本会远远大于使用单圈位置传感器。然而，为了达到较高的测量精度，这似乎又是不得不花费的。

目前，有两种常用的绝对位置传感器：电位器和编码器(包括光学的或磁性的)，其中：

电位器，原则上是一个滑线变阻器(这里不包括非接触式电位器，因为它的原理和价格更接近于编码器)，它相对便宜，但难以达到很高的准确度，因为：高精度的测量需要高分辨率的传感器，好的模拟数字转换电路、好的电源质量和好的信号电缆，所有这些都不便宜。因此，它是不太适合于宽范围的运动传感。此外，由于采用接触式测量方法，在长时间运行后，电位器的线性度和精度都会下降。接触式测量方法也导致电位器的机械行程限制，这意味着它不能无限地向一个方向旋转；

编码器，采用非接触式测量方法，比电位器更稳定，寿命更长，且无机械行程限制。编码器的输出通常是数字信号，所以它鲁棒性更强，可以很容易地达到高精度。但编码器是比较昂贵的，尤其是多圈绝对位置编码器，因为其具有复杂的机械结构。

目前，为了达到大的测量范围，通常采用超过2个位置传感器，且采用的是多圈绝对位置编码器，成本较高。

技术实现要素：

为解决上述问题，本申请实施例提供一种绝对位置测量装置，以降低绝对位置测量成本；

本申请实施例还提供一种医疗设备，以降低绝对位置测量成本。

为了达到上述目的，本申请提供了如下技术方案：

一种绝对位置测量装置，该装置包括：第一绝对位置传感器和第二绝对位置传感器；

第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器分别安装在被测运动部件的传动链的最后一级传动组件上，

其中，第一绝对位置传感器用于测量第二绝对位置传感器的转动圈数，第二绝对位置传感器用于测量本传感器在当前圈的绝对位置。

一实施例中，所述第一绝对位置传感器和第二绝对位置传感器都为单圈绝对位置传感器。

一实施例中，所述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件包括最后一级传动轴和/或最后一级传动轮。

一实施例中，所述第二绝对位置传感器为编码器，所述第一绝对位置传感器为编码器或者电位器。

一实施例中，当所述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件包括最后一级传动轴和最后一级传动轮时，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的任一个通过联轴器与所述被测运动部件的传动链的最后一级传动轴连接，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的另外一个通过第一传动轮啮合在所述被测运动部件的传动链的最后一级传动轮上；

或者，当所述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件包括最后一级传动轮时，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器分别通过第二传动轮、第三传动轮啮合在所述被测运动部件的传动链的最后一级传动轮上。

一实施例中，当所述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件包括最后一级传动轴时，

所述被测运动部件的传动链的最后一级传动轴上连接有第一链轮组和第二链轮组，所述第一链轮组包括：第一链轮和第二链轮以及配套安装的链条，第二链轮组包括：第三链轮和第四链轮以及配套安装的链条，其中，所述第一链轮和所述第三链轮键连接在最后一级传动轴上，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的一个与所述第二链轮键连接，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的另一个与所述第四链轮键连接；或者，

所述被测运动部件的传动链的最后一级传动轴上连接有第三链轮组，第三链轮组包括：第五链轮和第六链轮以及配套安装的链条，其中，所述第五链轮键连接在最后一级传动轴上，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的一个通过联轴器与最后一级传动轴连接，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的另一个与所述第六链轮键连接。

一实施例中，当所述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件包括最后一级传动轴时，

所述被测运动部件的传动链的最后一级传动轴上连接有第一同步带轮组和第二同步带轮组，第一同步带轮组包括：第一同步带轮和第二同步带轮以及配套安装的同步带，第二同步带轮组包括：第三同步带轮和第四同步带轮以及配套安装的同步带，其中，所述第一同步带轮和所述第三同步带轮键连接在最后一级传动轴上，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的一个与所述第二同步带轮键连接，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的另一个与所述第四同步带轮键连接；或者，

所述被测运动部件的传动链的最后一级传动轴上连接有第三同步带轮组，第三同步带轮组包括：第五同步带轮和第六同步带轮以及配套安装的同步带，其中，所述第五同步带轮键连接在最后一级传动轴上，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的一个通过联轴器与最后一级传动轴连接，所述第一绝对位置传感器、所述第二绝对位置传感器中的另一个与所述第六同步带轮键连接。

一种医疗设备，包括上述任一所述的装置。

一实施例中，所述医疗设备为X光机或CT机。

本申请实施例中，通过在被测运动部件的传动链的最后一级传动组件上安装两个单圈绝对位置传感器，其中一个传感器用于测量另一个传感器的转动圈数，另一个传感器用于测量本传感器在当前圈的绝对位置，从而实现了对被测运动部件的绝对位置测量，且达到了低成本、高精度、宽范围的绝对位置测量。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的绝对位置测量装置的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的绝对位置测量装置的结构示意图；

图3为本申请又一实施例提供的绝对位置测量装置的结构示意图；

图4为本申请又一实施例提供的绝对位置测量装置的结构示意图；

图5为第一、二单圈绝对位置传感器的输出值与被测运动部件的传动链的最后一级传动轮的转动角度值的关系示意图。

其中，附图标记如下：

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并据实施例，对本申请的技术方案进行详细说明。

如在本申请的说明书以及所附权利要求书中使用的单数形式的“一”以及“所述”也意图包括复数形式，除非本文内容明确地另行指定。

本申请实施例提供的绝对位置测量装置包括：第一绝对位置传感器和第二绝对位置传感器；

第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器分别安装在被测运动部件的传动链的最后一级传动组件上，

其中，第一绝对位置传感器用于测量第二绝对位置传感器的转动圈数，第二绝对位置传感器用于测量本传感器在当前圈的绝对位置。

在具体应用中，第一绝对位置传感器和第二绝对位置传感器都为单圈绝对位置传感器。

在具体应用中，被测运动部件的传动链的最后一级传动组件包括最后一级传动轴和/或最后一级传动轮。

在具体应用中，第二绝对位置传感器为单圈编码器，第一绝对位置传感器为单圈编码器或者单圈电位器。

其中，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的任一个通过联轴器与被测运动部件的传动链的最后一级传动轴连接，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的另外一个通过第一传动轮啮合在被测运动部件的传动链的最后一级传动轮上，此时，上述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件包括最后一级传动轴和最后一级传动轮；

或者，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器分别通过第二传动轮、第三传动轮啮合在被测运动部件的传动链的最后一级传动轮上，此时，上述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件仅指的是最后一级传动轮。

或者，被测运动部件的传动链的最后一级传动轴上连接有第一链轮组和第二链轮组，第一链轮组包括：第一链轮和第二链轮以及配套安装的链条，第二链轮组包括：第三链轮和第四链轮以及配套安装的链条，其中，第一链轮和第三链轮键连接在最后一级传动轴上，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的一个与第二链轮键连接，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的另一个与第四链轮键连接，此时，上述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件仅指的是最后一级传动轴；

或者，被测运动部件的传动链的最后一级传动轴上连接有第三链轮组，第三链轮组包括：第五链轮和第六链轮以及配套安装的链条，其中，第五链轮键连接在传动轴上，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的一个通过联轴器与传动轴连接，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的另一个与第六链轮键连接，此时，上述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件仅指的是最后一级传动轴。

或者，被测运动部件的传动链的最后一级传动轴上连接有第一同步带轮组和第二同步带轮组，第一同步带轮组包括：第一同步带轮和第二同步带轮以及配套安装的同步带，第二同步带轮组包括：第三同步带轮和第四同步带轮以及配套安装的同步带，其中，第一同步带轮和第三同步带轮键连接在最后一级传动轴上，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的一个与第二同步带轮键连接，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的另一个与第四同步带轮键连接，此时，上述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件仅指的是最后一级传动轴；

或者，被测运动部件的传动链的最后一级传动轴上连接有第三同步带轮组，第三同步带轮组包括：第五同步带轮和第六同步带轮以及配套安装的同步带，其中，第五同步带轮键连接在传动轴上，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的一个通过联轴器与传动轴连接，第一绝对位置传感器、第二绝对位置传感器中的另一个与第六同步带轮键连接，此时，上述被测运动部件的传动链的最后一级传动组件仅指的是最后一级传动轴。

本申请实施例还提供一种医疗设备，包括上述任一所述的装置。

医疗设备可以为X光机或CT机。

以下对本申请进行详细说明：

本申请实施例提供的绝对位置测量装置主要包括：第一绝对位置传感器和第二绝对位置传感器，在具体应用中，第一绝对位置传感器和第二绝对位置传感器都采用单圈绝对位置传感器。

其中，第二单圈绝对位置传感器没有机械行程限制，即第二单圈绝对位置传感器可以朝一个方向无限制地转动，第一单圈绝对位置传感器可以有机械行程限制也可以没有机械行程限制。

第一单圈绝对位置传感器、第二单圈绝对位置传感器分别安装在被测运动部件的传动链的最后一级传动组件：传动轴和/或传动轮上。

将被测运动部件所在设备的动力源(如：发动机)到运动输出轴(如：轮胎)之间的链状连接的所有传动组件称为传动链，该传动链的最后一级传动组件指的是该传动链的最末端的传动轴和/或传动轮。例如：以汽车为例，从发动机到轮胎之间的所有传动组件构成了传动链，传动链的最后一级指的是轮胎的轴和/或者轮胎内部的传动轮。

本申请中提到的“被测运动部件”既包括平移运动部件也包括旋转运动部件，无论是平移还是旋转运动部件，第一、二单圈绝对位置传感器都是安装在传动链的最后一级传动组件上。

在实际应用中，第二单圈绝对位置传感器可以采用单圈编码器，第一单圈绝对位置传感器可以采用单圈编码器也可以采用单圈电位器。

其中，第一单圈绝对位置传感器用于测量第二单圈绝对位置传感器的转动圈数，第二单圈绝对位置传感器用于测量本传感器在当前圈的具体位置，即第二单圈绝对位置传感器的最大测量范围是一圈，在测量完一圈后，它的测量值会返回到0重新开始。

根据第一单圈绝对位置传感器、第二单圈绝对位置传感器在被测运动部件的传动链的最后一级传动组件上的安装方式，给出本申请的各具体实施例：

图1为本申请一实施例提供的绝对位置测量装置的结构示意图，其中：

第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器21中的任一个(图1中为第一单圈绝对位置传感器11)的轴通过联轴器与被测运动部件的传动链的最后一级传动轴31连接，另外一个(图1中为第二单圈绝对位置传感器21)通过第一传动轮12啮合在被测运动部件的传动链的最后一级传动轮41上，即，另外一个单圈绝对位置传感器的轴与第一传动轮12键连接，第一传动轮12啮合在被测运动部件的传动链的最后一级传动轮41上。

第一传动轮12、传动轮41例如可以为齿轮。

图2为本申请另一实施例提供的绝对位置测量装置的结构示意图，其中：

第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器12分别通过第二传动轮13、第三传动轮14啮合在被测运动部件的传动链的最后一级传动轮41上，即，第一单圈绝对位置传感器11的轴与第二传动轮13键连接，第二单圈绝对位置传感器21的轴与第三传动轮14键连接，第二传动轮13、第三传动轮14与传动轮41啮合。

第二传动轮13、第三传动轮14例如可以为齿轮。

图3为本申请又一实施例提供的绝对位置测量装置的结构示意图，其中：

被测运动部件的传动链的最后一级传动轴31上连接有两个链轮组：第一链轮组和第二链轮组，第一链轮组包括：第一链轮51和第二链轮52以及配套安装的链条，第二链轮组包括：第三链轮61和第四链轮62以及配套安装的链条，其中，第一链轮51和第三链轮61键连接在传动轴31上，第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器21中的一个(图3中为第一单圈绝对位置传感器11)的轴与第二链轮52键连接，第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器21中的另一个(图3中为第二单圈绝对位置传感器21)的轴与第四链轮62键连接。

图4为本申请又一实施例提供的绝对位置测量装置的结构示意图，其中：

被测运动部件的传动链的最后一级传动轴31上连接有一个链轮组：第三链轮组，第三链轮组包括：第五链轮71和第六链轮72以及配套安装的链条，其中，第五链轮71键连接在传动轴31上，第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器21中的一个(图4中为第一单圈绝对位置传感器11)的轴通过联轴器与传动轴31连接，第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器21中的另一个(图4中为第二单圈绝对位置传感器21)的轴与第六链轮72键连接。

在实际应用中，图3、4中所示的链轮也可以替换为同步带轮，具体如下：

被测运动部件的传动链的最后一级传动轴31上连接有两个同步带轮组：第一同步带轮组和第二同步带轮组，第一同步带轮组包括：第一同步带轮和第二同步带轮以及配套安装的同步带，第二同步带轮组包括：第三同步带轮和第四同步带轮以及配套安装的同步带，其中，第一同步带轮和第三同步带轮键连接在传动轴31上，第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器21中的一个的轴与第二同步带轮键连接，第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器21中的另一个的轴与第四同步带轮键连接。

或者，被测运动部件的传动链的最后一级传动轴31上连接有一个同步带轮组：第三同步带轮组，第三同步带轮组包括：第五同步带轮和第六同步带轮以及配套安装的同步带，其中，第五同步带轮键连接在传动轴31上，第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器21中的一个的轴通过联轴器与传动轴31连接，第一单圈绝对位置传感器11、第二单圈绝对位置传感器21中的另一个的轴与第六同步带轮键连接。

本申请适用于任何存在绝对位置测量需求的设备，如医疗设备(X光机或CT机等)或其他设备。

以下给出本申请的具体应用示例：

本应用示例以图2所示的绝对位置测量装置的结构为例，第一、第二单圈绝对位置传感器分别以sensor1、sensor2表示，sensor1与传动轮41的传动比为m，sensor2与传动轮41的传动比为n，即传动轮41转动一圈，sensor1的输入轴转动m圈，sensor2的输入轴转动n圈，m和n可以为大于0的任何值(可以大于1也可以小于1)。

sensor1用于测量sensor2的转动圈数。

图5为sensor1、sensor的输出值与传动轮41的转动角度值的关系示意图，如图5所示，横轴表示传动轮41的转动角度值，纵轴为sensor1、sensor2的输出值，该输出值可以是电压值，也可以是脉冲计数值，其中的实斜直线表示sensor1的输出值与传动轮41的转动角度值的关系，其中的虚折线表示sensor2的输出值与传动轮41的转动角度值的关系。对于sensor2，当其输出值达到最高点时，表示sensor2转动了一圈，然后输出值会快速恢复到0。

如图5所示，当传动轮41从第一位置P1移动到第二位置P2时，sensor1的输出值从第一输出值s11到第二输出值s12，sensor2的输出值则从第三输出值s21到第四输出值s22。

设m：n＝1：10，即sensor2转10圈时，sensor1转1圈，

设定sensor2的最大可能转动圈数MaxPossible_Turns of Sensor2为10圈，sensor1的最大输出值Max_Value of Sensor1为4096个脉冲，在某一时刻，sensor1的实际输出值Actual_Value of Sensor1为676个脉冲，则此时sensor2的实际转动圈数Actual_Turn为：

Actual_Turn＝Int((MaxPossible_Turns of Sensor2)*(Actual_Value of Sensor1)/(Max_Value of Sensor1))

＝Int(10*676/4096)

＝Int(1.650390625)

＝1

即，sensor2已经转了1.650390625圈，也就是，已经转了1圈，当前正处于第2圈上。

通过进一步合并sensor1的数据，可以得到传动轮41的实际位置Actual_Position：

Actual_Position＝(Actual_Turn)*(Max_Value of Sensor2)+(Actual_Value of Sensor2)。

其中，Max_Value of Sensor2为sensor2的最大输出值，Actual_Value of Sensor2为sensor2的实际输出值。

需要说明的是，单圈绝对位置传感器的输出值与其输出轴的转动角度成线性比例。比如假定单圈绝对位置传感器的测量行程是1圈，而输出最大值为4096个脉冲，那么每个脉冲对应的角度为360°/4096≈0.087890625°，即每增加一个脉冲，相当于传感器的输出轴转过0.087890625°。

采用本申请实施例提供的绝对位置测量装置，测量范围(即被测运动部件的平移距离L或转动角度)只由sensor1(即第一单圈绝对位置传感器)与被测运动部件的传动链的最后一级传动轮的传动比m决定，因为：L＝θ_out*d/2＝(θ1*d)/2m，其中，L为被测运动部件的平移距离，θ_out为被测运动部件的传动链的最后一级传动轮的转动角度，θ1为sensor1的转动角度，d为被测运动部件的传动链的最后一级传动轮的直径。可见，m越小，L的测量范围就越大。

另外，sensor1的分辨率不重要，因为sensor1的作用是数sensor2(即第二单圈绝对位置传感器)的转动圈数，sensor1所需的分辨率将由sensor2决定。

测量精度是由sensor2的分辨率以及sensor2与被测运动部件的传动链的最后一级传动轮的传动比n决定，因为：ΔL＝(Δθ_out*d)/2n，(Δθ2*d)/2n，其中，θ2为sensor2的转动角度。可见，n越大，测量精度越高。但是n不能过大，因为它会影响到对sensor1的分辨率要求：Δθ1<(Max_Value of Sensor1)*m/n，否则sensor1将无法准确记录sensor2的转动圈数。

本申请实施例的有益效果如下：

一、仅仅通过两个单圈绝对位置传感器就实现了对被测运动部件的绝对位置测量，达到了低成本、高精度、宽范围的绝对位置测量。

二、通过选择两个传感器与被测运动部件的传动链的最后一级传动轮的传动比，可以方便地定制测量范围和测量精度，且实现方式可以灵活多变。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。