红外线直线运动自动跟踪器的制作方法

本实用新型涉及一种红外线直线运动自动跟踪器，特别是涉及一种用于电动遥控式医用x射线立式摄片架防护装置自动跟踪的红外线直线运动自动跟踪器。

背景技术：

为了减化放射医师在每次使用立式摄片架为受检者拍摄x光片操作过程，为了更加精准利用立式摄片架防护装置的防护帘遮挡不必要的x射线对受检者的辐射，本实用新型设计了一种通过安装在电动遥控立式摄片架防护装置的上、下防护帘的支架上的红外线直线运动自动跟踪器，利用该跟踪器发射红外线信号和接收器接收一组从x光机机头的限束器反射的红外线信号，使医用x射线电动遥控立式摄片架防护装置的防护帘（本文称为跟踪物）自动跟随x光机机头（本文称为被跟踪物）运动，并随x光机头定位而确定位置，如图1。

本红外线直线运动自动跟踪器的基本工作原理：当跟踪物与被跟踪物做直线平行运动，且接收端、发射端、接收端依次沿运动方向等距排列时，由跟踪物发射器发射，由被跟踪物反射回到跟踪物上的每个接收端红外线的光通量的大小与它们之间的相对位移有关；当它们的相对位移为+1/2x或者-1/2x位置时，其中x为发射端与接收端的间距，如图2，两个接收端收到的反射红外线的光通量差值到达最大；当它们的相对位移为0位置时，两个接收端收到的反射红外线的光通量达到相同，光通量差值达到最小。图3是每个接收端转化电压值与相对位移变化图。从图3可以看出：(1)当相对位移位于+1/2x和-1/2x时，△u=（u1-u2)电压信号值最高，其它位置都低于此值，（2）当跟踪物与被跟踪物相对位置处在正向位置时△u=（u1-u2)为正值，当跟踪物与被跟踪物相对位置处在负向位置时△u=（u1-u2)为负值，当跟踪物与被跟踪物相对位置在零位置时△u=（u1-u2）为零值，即为对准位置，上述三种状态可以归纳为某一方向跟踪，另一方向跟踪和停止跟踪的三组信息。利用这三组状态信号就可以通过后续a路和b路红外线接收光电转换放大器、比较识别电路、继电器或者脉冲调制发射器及接收端的设计使之最终变为自动控制跟踪物电机的驱动指令，实现跟踪物与被跟踪物的自动跟踪。

为了使△u=（u1-u2）成为反映跟踪物与被跟踪物之间相对位移的控制信号，应使跟踪器的接收端接收到由自己发射，由被跟踪物反射的红外线信号始终是一对差模电压信号，同时，使本跟踪器接收端接收到由环境中的红外线信号始终成为一对共模电压信号。因此，对本产品适用环境做出某些限制条件，如适用于非自然光和光照强度稳定的环境内要求是非常必要的。而本产品设计的初终对象：医用x射线电动遥控立式摄片架防护装置，其所处环境恰恰满足这些条件。

技术实现要素：

为了实现在室内非自然光环境下二个做平行直线运动物体间通过红外线发射和反射实现自动跟踪，本红外线直线运动自动跟踪器采用了一种分立元件、模拟电路设计方案。其电路方框图如图4所示。

本红外线直线运动自动跟踪器的电路方框图特征为：其红外线发射器共同连接a路红外线接收光电转换放大器、b路红外线接收光电转换放大器，a路红外线接收光电转换放大器、b路红外线接收光电转换放大器共同连接悬空比较识别电路，悬空比较识别电路连接继电器或者脉冲调制发射器。交流220v转换9v直流电源共同连接红外线发射器、a路红外线接收光电转换放大器、b路红外线接收光电转换放大器、悬空比较识别电路、继电器输入端或脉冲调制发射器。

a路和b路红外线接收光电转换放大器电路采用如图5的电路，其特征为：其中红外线接收管d1、d2分别为a路和b路红外线接收光电转换放大器的光电转换器件，将光信号转换为电压信号。晶体管bg1、bg2分别组成为a路和b路红外线接收光电转换放大器电路。晶体管bg1、bg2基极分别连接两个光电信号转换的输入电压信号，晶体管bg1、bg2为共射极串联负反馈电阻电路，晶体管bg1、bg2集电极为各自电压信号输出端。a路晶体管bg1基极连接红外线接收管d1正极，红外线接收管d1负极连接正电压+vcc;晶体管bg1集电极共同连接电阻r1、电容c1和电压信号输出端u1，电阻r1、电容c1共同连接正电压+vcc；晶体管bg1发射极连接电阻r2，电阻r2另一端连接地端。b路晶体管bg2基极连接红外线接收管d2正极，红外线接收管d2负极连接正电压+vcc；晶体管bg2集电极共同连接电阻r3、电容c2和电压信号输出端u2，电阻r3、电容c2共同连接正电压+vcc；晶体管bg2发射极连接电阻r4，电阻r4另一端连接地端。

a路和b路红外线接收光电转换放大器电路设计理由或作用：1）因输入电压信号包括处在不同工作地点环境下的变化量与相对移动产生的变化量双重叠加。所以，需要放大电路在较大的电压信号变化范围内能正常工作，而共射极串联负反馈电阻电路能够起到此项作用；此外，它还可以减轻零点飘移。2）集电极输出即可以输出放大的电压信号，又可以减少a路和b路红外线接收光电转换放大器元件参数不对称产生输出电压信号的偏差，影响电压信号的失真度。

悬空比较识别电路采用如图6的电路，其特征为：晶体管bg3的基极共同连接晶体管bg4发射极和输入端u1，晶体管bg3发射极共同连接晶体管bg4基极和输入端u2，晶体管bg3集电极连接电阻r24，电阻r24另一端共同连接电容c5、晶体管bg6基极，电容c5另一端连接地端，晶体管bg6集电极连接电阻r8，电阻r8另一端连接正电源+vcc；晶体管bg6发射极共同连接电阻r9、电容c4和场效应管bg8栅极，电阻r9、电容c4另一端共同连接地端，场效应管bg8漏极连接地端，场效应管bg8源极共同连接电阻r11和另一方向驱动信号输出端，电阻r11另一端连接正电源+vcc；晶体管bg4集电极连接电阻r23，电阻r23另一端连接晶体管bg5基极，晶体管bg5集电极连接电阻r6，电阻r6另一端连接正电源+vcc；晶体管bg5发射极共同连接电阻r7、电容c3和场效应管bg7栅极，电阻r7、电容c3另一端共同连接地端，场效应管bg7漏极连接地端，场效应管bg7源极共同连接电阻r10、电容c6和某方向驱动信号输出端，电阻r10、电容c6另一端共同连接正电源+vcc。

悬空比较识别电路设计理由或作用：1）当晶体管bg3、bg4的基极与发射极的pn结互为反向相互连接在一起，既晶体管bg3发射极与晶体管bg4基极和信号输入点u2连接，同样晶体管bg4发射极与晶体管bg3基极和信号输入点u1连接时，若△u=(u1-u2)为正值并且超过晶体管bg4基、射极pn结正向导通电压值时，则晶体管bg4的集电极电流使晶体管bg5导通，使电阻r7上产生高电位，场效应管bg7导通在电阻r10输出点上产生低电位，在某方向有驱动信号输出，此时，晶体管bg3基、射极pn结为反向截止，晶体管bg3集电极无电流，使晶体管bg6截止，在电阻r9上产生低电位，使场效应管bg8截止，在电阻r11输出点上产生高电位，在另一方向无驱动信号输出，同样，△u=(u1-u2)为负值并且超过晶体管bg3基、射极pn结正向导通电压值时，则晶体管bg3的集电极电流使晶体管bg6导通，使电阻r9上产生高电位，场效应管bg8导通在电阻r11输出点上产生低电位，在另一方向有驱动信号输出，此时，晶体管bg4基、射极pn结为反向截止，晶体管bg4集电极无电流，使晶体管bg5截止，在电阻r7上产生低电位，使场效应管bg7截止，在电阻r10输出点上产生高电位，在某方向无驱动信号输出。2）若△u=(u1-u2)为零时并且不超过晶体管bg3、bg4基、射极pn结正向导通电压值时，晶体管bg3、bg4都截止，电阻r7、r9同为低电位，场效应管bg7、bg8都截止，电阻r10输出点与r11输出点同为高电位，某方向驱动信号和另一方向驱动信号都无驱动信号输出，即为停止信号输出。3）如图3由于晶体管bg3、bg4基、射极pn结正向导通电压值的存在，使得相对位移停止区有2倍x＇的间隙量（其中x＇为晶体管bg3、bg4基、射极pn结正向导通电压值对应的最小相对位移值），可防止电机等的惯性，在停止时冲过零点，而在停止处产生来回摆动情况。

由悬空比较识别电路输出的驱动控制信号既可以通过脉冲调制发射器及后续的接收端遥控电机伺服电路，也可以通过继电器直接控制电机的伺服电路。

脉冲调制发射器由常规的无线遥控开关的发射端电路板构成，但其操纵模式由原来的手指操作方式变为驱动信号脉冲调制方式。其作用：当发射端输出遥控驱动信号时，在有占空比时，可遥控电机伺服电路；在无占空比时，可让位于同地、同频、同制式的其它驱动信号实施操控，达到同步并行工作，互不干涉的目的。

本红外线直线运动自动跟踪器的a路和b路红外线接收光电转换放大器、比较识别电路、继电器或者脉冲调制发射器按照图4、图5和图6依次连接，其中图5中的u1、u2输出端分别与图6中相应u1、u2输入端相连接，图6中某方向驱动信号及其停止信号输出端与驱动遥控开关的发射端的某方向操控输入点连接，或与某方向继电器开通输入点连接，另一方向驱动信号及其停止信号输出端与驱动遥控开关另一方向操控输入点连接，或与另一方向继电器开通输入点相连。交流220v转换9v直流电源共同连接红外线发射器、a路红外线接收光电转换放大器、b路红外线接收光电转换放大器、悬空比较识别电路、无线遥控开关发射端或继电器端。上述电路板均装在本红外线直线运动自动跟踪器的红外线发射和接收盒内，并置于有相对运动的物体上。

红外线发射和接收端的面板上的2个接收端的眉框，采用如图7所示的凹槽式设计。利用该凹槽可使2个接收端所收到反映跟踪物与被跟踪物的相对移动的红外线光通量差异量到达最大化，同时减少与相对移动方向无关的其它红外线的干扰。

本实用新型发明的红外线直线运动自动跟踪器的优点在于:结构简单，独立性强，体积小巧，便于实施安装，成本低，响应速度快，无需进行预设和零点累计漂移的校正。即可用通过继电器直接连接电机的伺服系统，也可通过无线遥控开关无线控制电机的伺服系统。

附图说明

图1红外线直线运动自动跟踪器实施示意图。

图2红外线直线运动自动跟踪器上两个红外线接收端的光通量差量与相对位移变化关系图。

图3红外线直线运动自动跟踪器上每个红外线接收端转化电压值和两者电压差值与相对位移变化关系图。

图4电路设计方块图。

图5a路红外线接收光电转换放大器和b路红外线接收光电转换放大器电路原理图。

图6悬空比较识别电路原理图。

图7红外线直线运动自动跟踪器面板的上、下眉框外型图。

图1中：1-x光机机头、2-医用x射线电动遥控立式摄片架防护装置的上防护帘、4-医用x射线电动遥控立式摄片架防护装置的下防护帘、5-医用x射线电动立式摄片架防护装置、6受检者、7-医用x射线电动立式摄片架。

图7中3-红外线直线运动自动跟踪器、8-红外线直线运动自动跟踪器的发射端（2个发射管）、9-红外线直线运动自动跟踪器的接收端。

具体实施方式

现就电动遥控式医用x射线立式摄片架防护装置举例说明本红外线直线运动自动跟踪器的具体实施方式：

1）本红外线直线运动自动跟踪器由a路红外线接收光电转换放大器、b路红外线接收光电转换放大器、悬空比较识别电路、该防护装置自带的tad-t-30l,220v无线遥控开关的发射端电路板组成，按照图4、图5、图6依次连接并共同安装在红外线直线运动自动跟踪器盒内。其中图5中的u1、u2输出端分别与图6中相应u1、u2相连接，图6中某方向驱动信号及其停止信号输出端与驱动遥控开关器发射端的某方向操控输入点连接，另一方向驱动信号及其停止信号输出端与驱动遥控开关发射端的另一方向操控输入点连接。交流220v转换9v直流电源共同连接红外线发射器、a路红外线接收光电转换放大器、b路红外线接收光电转换放大器、悬空比较识别电路、无线遥控开关的发射端。2）红外线直线运动自动跟踪器安装于上、下防护帘支架立杆的中间处，且自动跟踪器面板朝向x光机头；3）红外线直线运动自动跟踪器的采用螺旋连接线与医用x射线电动遥控立式摄片架防护装置上的交流220v转换9v直流电源端口相接；4）当医用x射线电动遥控立式摄片架防护装置启动后，通过手动或者电动控制x光机机头上下运动、停止时，红外线直线运动自动跟踪器及联动的上、下防护帘就会随x光机机头一起上下运动、停止。5）当红外线直线运动自动跟踪器电源开关关闭后，医用x射线电动遥控立式摄片架防护装置又可以恢复原有遥控控制的功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。