一种具有故障监测功能的光源以及内窥镜冷光源系统的制作方法

本实用新型涉及一种光源，特别是涉及一种具有故障监测功能的光源以及内窥镜冷光源系统。

背景技术：

随着高亮度LED技术的不断进步，医用内窥镜光源领域以大功率LED发光芯片作为核心的内窥镜冷光源逐渐开始占领原来由卤钨灯、疝气灯等一统天下的市场。LED冷光源可以有效地克服现有卤钨灯、疝气灯等内窥镜光源的不足，以其亮度高、色温合适、发热量少、寿命长等众多优点而受到广大用户的亲睐。技术成熟的LED冷光源理论寿命可以达到7万小时以上，目前LED寿命控制主要是控制LED的结温，以使其工作时长能够尽可能的达到理论寿命。

在公开号为CN103479319A的中国专利中公开了记录LED结温、光照度灯等工作参数，以及根据工作参数计算LED灯的累积使用时间来避免因LED灯寿命原因发生意外事故的技术方案。公开号为CN103462578A的中国专利中公开了一种实时测量LED发光芯片的结温，并通过结温与寿命的关系曲线，控制半导体制冷片和散热风扇对LED发光芯片进行温控的技术方案。上述两篇专利侧重关注准确监控LED灯的寿命或通过温控延长LED灯的寿命，对于LED灯损坏后，如何保证了LED冷光源使用者安全地将电子内窥镜从患者体内安全拔除的问题并未涉及，而对于医用内窥镜来说，无光源输出将危及手术中病人的生命安全，对LED控制电路监控及故障备份解决十分重要。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种具有故障监测功能的光源以及内窥镜冷光源系统。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种具有故障监测功能的光源，包括光源本体、驱动光源本体发光的驱动电路；

还包括测量光源本体供电电压的电压传感器、测量光源本体供电电流的电流传感器和设置在驱动电路所在电路板上的温度传感器之一或其任意组合；

以及基于电压传感器和/或电流传感器和/或温度传感器的输出信号判断光源是否故障的控制模块；

所述控制模块的光源故障输出端与驱动电路的开启端连接。

上述技术方案的有益效果为：通过实时测量光源的供电电压、供电电流以及驱动电路所在电路板的发热情况，当电压、电流或者驱动电路所在电路板的温度高于控制模块内预设值时，控制模块认为光源故障，能尽早发现光源故障，及时关闭光源，避免损害其余电路。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括报警单元，所述报警单元的输入端与控制模块的报警输出端连接。

上述技术方案的有益效果为：给使用人员提供报警信息。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种内窥镜冷光源系统，以权利要求1或2所述的具有故障监测功能的光源为第一光源，还包括第二光源，第二光源驱动电路与第一光源中的驱动电路隔离设置；

所述第二光源驱动电路的开启端与控制模块的第二光源控制端连接。

上述技术方案的有益效果为：该冷光源系统设置了一个第二光源，且第二光源驱动电路与第一光源的驱动电路隔离设置，彼此不受影响，当第一光源的光源和/或驱动电路故障导致第一光源失效时，控制模块可以启动第二光源进行照明，以便内窥镜操作者将内窥镜安全拔出患者体内，避免因第一光源损坏导致无光源输出，危及手术病人安危的情况。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括依次设置在主光路上的聚光模组和呈45度倾斜放置的半反射板；

所述第一光源的出射光以水平方向射入半反射板第一入射面，所述第二光源的出射光以竖直方向射入半反射板第二入射面，半反射板的出射光以水平方向射入聚光模组的入射面。

上述技术方案的有益效果为：公开了一种光路结构和第二光源出射光进入主光路的结构，该结构简单，成本低，容易实现第一光源到第二光源的照明切换。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式中冷光源系统的系统框图；

图2是本实用新型一具体实施方式中LED驱动板框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型公开了一种具有故障监测功能的光源，如图1所示，包括光源本体、驱动光源本体发光的驱动电路；

还包括测量光源本体供电电压的电压传感器、测量光源本体供电电流的电流传感器和设置在驱动电路所在电路板上的温度传感器之一或其任意组合；

以及基于电压传感器和/或电流传感器和/或温度传感器的输出信号判断光源是否故障的控制模块；

控制模块的光源故障输出端与驱动电路的开启端连接。

在本实施方式中，光源本体优选但不限于LED灯；驱动电路可为开关电源恒流驱动电路，优选但不限于选用LM3401或MAX16818DENG等大功率LED驱动芯片以及其外围电路，也可选用推挽式拓扑结构的恒流源开关电源驱动，如现有PWM控制器芯片UC2856，具体电路结构参考芯片设计手册，在此不赘述。驱动电路所在电路板优选但不限于PCB印制板。

在本实施方式中，电压传感器优选但不限于为一个差分放大器，差分放大器的两个输入端分别与光源本体(如LED发光二极管的阳极和阴极)的两端连接，差分放大器的输出值即为光源本体的供电电压值；电压传感器还可以为隔离变压器，所述隔离变压器的初级线圈两端分别与光源本体(如LED发光二极管的阳极和阴极)的两端连接，次级线圈的一端接地，另一端的电压值即为光源本体的供电电压值。

在本实施方式中，电流传感器优选但不限于为串接在光源本体供电回路中的小阻值高精度采样电阻，如100mΩ，精度1％的电阻，优选的，进一步的在采样电阻后接入一个差分放大电器，采样电阻的两端分别差分放大器两个输入端连接；电流传感器也可为电涡流传感器或者霍尔电流传感器。

在本实施方式中，温度传感器优选但不限于温敏NTC电阻，其放置在电路板发热较大位置，优选但不限于放置在光源驱动电路中的驱动芯片、功率电感、变压器等附近，优选的，温敏电阻与一个上拉电阻串联，该电阻串联网络的一端接上拉电源，另一端接地，温敏电阻两端的电压值与温度成比例。

在本实施方式中，控制模块优选但不限于为MCU、51单片机、以及其他单片机，如型号为LPC1768的单片机。其内部存储单元预设了电压上下阈值，电流上下阈值和高温阈值，通过其内部的A/D管脚采集电压传感器、电流传感器和温度传感器输出的信号值，若测得的光源本体的供电电压在电压上下阈值范围内，同时光源本体的供电电流在电流上下阈值范围内，且驱动电路所在电路板的温度未达到高温阈值，认为光源未故障，工作正常；若测得的光源本体的供电电压在电压上下阈值范围外，或者光源本体的供电电流在电流上下阈值范围外，或者驱动电路所在电路板的温度达到高温阈值，认为电源故障，控制模块的单片机通过I/O接口输出低电平至驱动电路中驱动芯片的使能端，关闭驱动芯片；或者控制模块的单片机通过片间串口与驱动电路中的驱动芯片连接通信来关闭驱动芯片，如I2C串口。电压上下阈值和电流上下阈值参考光源本体的产品手册上额定工作电压范围和工作电流范围设定，高温阈值参考驱动芯片或者光源本体的最大工作环境温度设置，也可根据驱动芯片结温设置。

在本实施方式的一种应用场景中，控制模块包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第五比较器、第一参考电源、第二参考电源、第三参考电源、第四参考电源、第五参考电源、第一二输入与门、第二二输入与门和三输入与门；

电压传感器输出端与第一比较器的正向输入端连接，第一比较器的负向输入端与第一参考电源连接，第一比较器输出端与第一二输入与门的第一输入端连接；电压传感器输出端与第二比较器的负向输入端连接，第二比较器的正向输入端与第二参考电源连接，第二比较器输出端与第一二输入与门的第二输入端连接；第一二输入与门的输出端与三输入与门的第一输入端连接；

电流传感器输出端与第三比较器的正向输入端连接，第三比较器的负向输入端与第三参考电源连接，第三比较器输出端与第二二输入与门的第一输入端连接；电流传感器输出端与第四比较器的负向输入端连接，第四比较器的正向输入端与第四参考电源连接，第四比较器输出端与第二二输入与门的第二输入端连接；第二二输入与门的输出端与三输入与门的第二输入端连接；

温度传感器输出端与第五比较器的负向输入端连接，第五比较器的正向输入端与第五参考电源连接，第五比较器输出端与三输入与门的第三输入端连接；

三输入与门的输出端与光源驱动电路中驱动芯片的使能管脚(高电平有效，若为低电平有效，需在三输入与门的输出端与该使能端之间串接一个非门) 连接。

第一参考电源和第二参考电源的输出电压可分别参考光源本体的产品手册上最小额定工作电压和最大额定工作电压；第三参考电源和第四参考电源的输出电压可分别参考光源本体的产品手册上最小额定工作电流和最大额定工作电流经过电流传感器转换的电压值；第五参考电源的输出电压可参考驱动芯片或者光源本体的允许的最大工作环境温度经过温度传感器转换后的电压值。第一参考电源、第二参考电源、第三参考电源、第四参考电源和第五参考电源可选用TI公司的电压基准芯片，具体电路参照对应的芯片手册。

第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第五比较器可选用 LM324或LM358；第一二输入与门、第二二输入与门可选用7408或7409，三输入与门可选用74HC11D。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括报警单元，报警单元的输入端与控制模块的报警输出端连接。

在本实施方式中，报警单元优选但不限于蜂鸣器、红色LED灯、显示器等。

本实用新型还公开了一种内窥镜冷光源系统，如图2所示，以上述具有故障监测功能的光源为第一光源，还包括第二光源，第二光源驱动电路与第一光源中的驱动电路隔离设置；

第二光源驱动电路的开启端与控制模块的第二光源控制端连接。

在本实施方式中，第二光源本体优选但不限于LED灯，便于用户区分，可选用两种不同颜色的LED灯，如第一光源为白色，第二光源为紫色或蓝色。第二光源驱动电路可为开关电源恒流驱动电路，优选但不限于选用LM3401或 MAX16818DENG等大功率LED驱动芯片以及其外围电路，也可选用推挽式拓扑结构的恒流源开关电源驱动，如现有PWM控制器芯片UC2856，具体电路结构参考芯片设计手册，在此不赘述。

在本实施方式中，第一光源的驱动电路和第二光源驱动电路可分离设置在同一个电路板上，优选的，通过屏蔽罩等器件进行隔离；或者第一光源的驱动电路和第二光源驱动电路分别设置在不同的电路板上，这样便于隔离。控制模块为单片机或MCU时，可通过I/O管脚与第二光源驱动电路的驱动芯片使能端 (在驱动芯片使能端高电平有效情况下)连接，或者通过其他串口与上述驱动芯片连接通信；或者三输入与门的输出端与一非门的输入端连接(在驱动芯片使能端低电平有效情况下)，非门输出端与第二光源驱动电路的驱动芯片使能端连接。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在主光路上的聚光模组，第一光源的出射光以水平方向射入聚光模组的入射面；以及当第一光源故障时，移动第二光源至聚光模组入射光路上的传动组件；

传动组件包括电机和连接第二光源和电机转轴的连接件，控制模块的电机控制端与电机的驱动端电性连接。

在本实施方式中，控制模块优选为单片机或者MCU。电机优选但不限于为转轴为螺杆的步进直线位移电机，其电极控制端通过串口与控制模块连接通信；连接件设置有与螺杆配合的内螺纹孔，还设置有与第二光源连接的连接孔，电机的转轴竖直，当第一光源未损坏时，第二光源在聚光模组入射光路下方，当第一光源损坏时，控制模块通过串口输出数字量控制电机运转，通过螺杆带动连接件以及固定在连接件上的第二光源向上直线运动至聚光模组入射光路上。步进电机的运动步进位移量可在实验研究阶段验证好后，设置于控制模块内部的一个存储器中。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图1所示，还包括依次设置在主光路上的聚光模组和呈45度倾斜放置的半反射板；

第一光源的出射光以水平方向射入半反射板第一入射面，第二光源的出射光以竖直方向射入半反射板第二入射面，半反射板的出射光以水平方向射入聚光模组的入射面。

在本实施方式中，反射板的第一入射面为折射或透射入射面，反射板的第二入射面为反射面，第一光源的出射光线经过反射板折射或透射后变为平行光射入聚光模组，第二光源的出射光线经过反射板反射后变为平行光射入聚光模组。反射板可为LED折反射式透镜。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。