一种匀速B超扇形扫描运动装置的制作方法

本实用新型涉及的是一种扫描装置，具体涉及一种匀速B超扇形扫描运动装置。

背景技术：

目前，市场上出现的大部分B超扇形扫描运动装置都是通过机械传动实现，即通过传动机构将电机的旋转运动转换为探头的摆动，以实现期望的扇形扫描运动，如中国发明申请专利号CN102613991A中所述的一种眼科B超探头中的传动机构是用一对正交锥齿轮将电机的旋转运动转换为探头的扇形扫描运动，使用正交锥齿轮传动具有机构简单传动准确的优点，但是一般扫描装置对尺寸都有一定的限制，例如眼科用的B超探头，整个扫描装置需要放置到一个直径20mm的圆柱形外壳内，这就限制了锥齿轮的尺寸大小，需要加工微型锥齿轮，加大了制造难度；另外正交锥齿轮不易装配，装配质量的好坏直接影响扫描运动的匀速性。还有些传动机构是用特定轨迹的凸轮槽将旋转运动转化为探头的扇形扫描运动，使用凸轮槽机构的扫描装置，由于依靠摆针和凸轮槽的接触来实现扫描运动，很容易磨损，磨损后运动精度下降，很容易卡死。

为了解决上述问题，设计一种新型的能够通过磁驱动实现匀速扇形扫描的B超扫描装置还是很有必要的。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种匀速B超扇形扫描运动装置，结构紧凑，设计合理，容易加工，装配简单，提升传动效率，降低成本，运动过程无磨损，性能更加稳定可靠，实用性强，易于推广使用。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种匀速B超扇形扫描运动装置，包括换能器、换能器架、探头架、永磁体、线圈、线圈安装架、滚珠轴承、轴和控制单元，换能器固定在换能器架上，换能器架上按一定的布置依照极性固定有四块永磁体，换能器架通过两个滚珠轴承与轴连接，轴和控制单元均固定在探头架上，轴上固定有线圈安装架，线圈安装架上按照一定的布置固定有两个线圈，线圈与采集速度信息和控制线圈电流大小的控制单元电连接，永磁体设置在线圈的两侧；所述的线圈按照一定的时间顺序通电后，固定于探头架上的永磁体受到通电线圈的吸力而运动，所述线圈中未通电的线圈由于永磁体运动引起的磁通量的变化而产生感应电动势，感应电动势的大小和永磁体的转动速度成正比，控制单元根据感应电动势的大小调节通电线圈的电流的大小从而保证永磁体的匀速转动，从而带动固定于探头架上的换能器做匀速扇形扫描运动。

作为优选，所述永磁体按一定的排列固定在换能器架一侧上，其中两块永磁体安装在换能器架一侧的两个沉槽中，另外两块永磁体安装在换能器架另一侧的两个沉槽中，位置正对着前述的两块永磁体，两侧的永磁体位置对称，永磁体通过粘接剂固定在沉槽中，永磁体高出周边平台0.2mm。

作为优选，所述的线圈包括有第一线圈和第二线圈两个线圈，第一线圈、第二线圈均固定在线圈安装架内部，当线圈通电时，将吸引固定在换能器上的永磁体，从而带动换能器架以及换能器绕着轴转动；通过控制单元给两个线圈中的一个通电，此时通电的线圈即为驱动线圈，不通电的线圈为检测线圈，所述的通电线圈和对应的两侧永磁体构成的磁场方向平行于换能器扫描运动的转动中心轴线。

作为优选，所述换能器架向左转动、向右转动的极限位置分别为左边极限位置、右边极限位置，换能器架从左边极限位置转到右边极限位置转过的角度为60°。

本实用新型的有益效果：(1)相较于使用锥齿轮传动的技术，本装置结构简单紧凑，容易加工，装配简单，带有速度反馈的控制使得扇形扫描的匀速性能更好。

(2)相较于使用凸轮槽机构的扫描装置，本装置运动和静止部分没有接触，整个运动过程无磨损，整个装置性能更稳定可靠。

(3)和上述两种技术相比，本装置突出的技术优势是减少了中间一级传动机构，提升了传动效率；并且去掉了电机，极大降低了成本和整个制造装配过程的复杂性；缩小了体积和重量，为扩展各种扫描应用提供了空间。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型隐藏了线圈以及线圈安装架后的结构示意图；

图3为本实用新型隐藏了换能器架的结构示意图；

图4为本实用新型换能器架的结构示意图；

图5为本实用新型永磁体与线圈的相互位置关系示意图；

图6为本实用新型的工作流程图；

图7为本实用新型换能器架转动到左边极限位置时线圈、永磁体以及换能器的相对位置示意图；

图8为本实用新型换能器架转动到中间位置时线圈、永磁体以及换能器的相对位置示意图；

图9为本实用新型换能器架转动到右边极限位置时线圈、永磁体以及换能器的相对位置示意图；

图10为本实用新型换能器架在左边极限位置时永磁体和线圈的相互位置示意图；

图11为本实用新型换能器架在中间位置时永磁体和线圈的相互位置示意图；

图12为本实用新型换能器架在右边极限位置时永磁体和线圈的相互位置示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参照图1-12，本具体实施方式采用以下技术方案：一种匀速B超扇形扫描运动装置，包括换能器1、换能器架2、探头架3、永磁体4、线圈5、线圈安装架6、滚珠轴承7、轴8和控制单元9，换能器1固定在换能器架2上，换能器1为一种将电能转换为超声波发射并接受返回超声波的传感器，换能器架2上按一定的布置依照极性固定有四块永磁体4，换能器架2通过两个滚珠轴承7与轴8连接，轴8和控制单元9均固定在探头架3上，轴8上固定有线圈安装架6，线圈安装架6上按照一定的布置固定有线圈5，线圈5与采集速度信息和控制线圈电流大小的控制单元9电连接，永磁体4设置在线圈5的两侧；线圈5按照一定的时间顺序通电后，固定于探头架3上的永磁体4受到通电线圈的吸力而运动，所述线圈5中未通电的线圈由于永磁体4运动引起的磁通量的变化而产生感应电动势，感应电动势的大小和永磁体4的转动速度成正比，控制单元9根据感应电动势的大小调节通电线圈的电流的大小从而保证永磁体4的匀速转动，从而带动固定于探头架3上的换能器1做匀速扇形扫描运动。

值得注意的是，所述的线圈5包括有第一线圈501和第二线圈502两个线圈，第一线圈501、第二线圈502均固定在线圈安装架6内部，当线圈5通电时，将吸引固定在换能器1上的永磁体4，从而带动换能器架2以及换能器1绕着轴8转动，换能器架2向左转动、向右转动的极限位置分别为左边极限位置b、右边极限位置c。

本具体实施方式的工作流程为：首先控制单元9给两个线圈5中的一个通电，此时通电的线圈即为驱动线圈，不通电的线圈为检测线圈，所述的通电线圈和对应的两侧永磁体4构成的磁场方向平行于换能器扫描运动的转动中心轴线，驱动线圈的磁场吸引永磁体4并带动与之固结的换能器架2一起转动，同时检测线圈中有感应电流产生，控制单元9判断感应电流幅值的大小，如果和预设值相等，则表明换能器架2在匀速转动，可以实现换能器1发射声波的匀速扫描；如果和预设值不等，控制单元9则调整驱动线圈电流的大小直到感应电流和预设值相等，从而实现超声波的匀速扫描。

本具体实施方式永磁体4按一定的排列固定在换能器架2一侧上，其中两块永磁体4安装在换能器架2一侧的两个沉槽10中，另外两块永磁体4安装在换能器架2另一侧的两个沉槽10中，位置正对着前述的两块永磁体，两侧的永磁体4位置对称，永磁体4通过粘接剂固定在沉槽10中，永磁体4高出周边平台0.2mm。永磁体4安装完成后的磁路示意图如图5所示，磁力线从换能器架2一侧的永磁体N极出发回到换能器架2另一侧的永磁体S极，再从本磁体的N极经过线圈回到正对着的永磁体4的S极；当线圈5中通有电流时，线圈5会产生磁场，从而和永磁体4的磁场相互作用，驱动永磁体4转动。

本具体实施方式的工作原理：首先控制单元9初始化换能器架2的位置，控制单元9给两个线圈5中的第一线圈501通电，换能器架2在线圈磁场与永磁体磁场的相互吸引下转到左边极限位置b(图7)，然后等待控制单元9的下一个命令。当需要匀速扫描时，控制单元9给右边的第二线圈502通电，固定在换能器架2上的永磁体磁场受到线圈磁场的吸引，带动换能器架2开始转动，此时左边的第一线圈501作为检测线圈，由于换能器架2的转动，正对着线圈的两块永磁体4产生的磁场开始转动，此时通过第一线圈501的磁通量开始变化，从而产生感应电流，电流大小正比于转动速度，控制单元根据感应电流的大小控制右边第二线圈502通电电流的大小，从而使得装有永磁体4的换能器架2匀速转动，带动换能器1做匀速扫描运动。转到中间位置时的线圈5、永磁体4以及换能器1的相对位置如图8所示，在控制单元9的控制下，换能器架2继续匀速向右转动到右边极限位置c(图9)，换能器架2到达右边极限位置c时，控制单元9给左边的第一线圈501通电，右边的第二线圈502作为检测线圈，装有线圈的换能器架2在线圈磁场与永磁体磁场的相互吸引下开始逆时针转动，此时通过第二线圈502的磁通量开始变化，从而产生感应电流，电流大小正比于转动的速度，控制单元9根据感应电流的大小控制第一线圈501的通电电流大小，从而使得装有永磁体4的换能器架2匀速转动，带动换能器1做匀速扫描运动，转到中间位置时的线圈、永磁体以及换能器的相对位置如图8所示；在控制单元9的控制下，换能器架2继续匀速向左转动到左边极限位置b，永磁体4以及换能器1的相对位置如图7，到此一个扫描周期完成。如果想要得到连续的扫描图像，控制单元9不停重复上述控制过程即可。

如图11，第一线圈501、第二线圈502布置的中心线的夹角为α，每个线圈质心距离旋转中心0的距离为r，线圈左右对称布置，永磁体4的质心距离旋转中心0的距离为R；当换能器架2在左边极限位置b时，永磁体4和线圈5的相互位置如图10所示，此时第一线圈501的中心线和左边永磁体4的中心线夹角为γ，第二线圈502的中心线和右边永磁体4的中心线位置夹角为β，当换能器架2在右边极限位置c时，永磁体4和线圈5的相互位置如图12所示，此时第一线圈501的中心线和左边永磁体4的中心线夹角为β，第二线圈502的中心线和右边永磁体4的中心线位置夹角为γ，从左边极限位置b转到右边极限位置c，换能器1转过的角度为β-γ，这个角度的一个典型值为60°。

本具体实施方式克服传统两类传动机构在实际生产和使用中的缺点，结构紧凑，装配简单易加工，扇形扫描匀速性好，装置性能更稳定可靠，不仅提升了传动效率，也降低了成本，具有广阔的市场应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，比如增加或者减少线圈以及永磁体数目，使用转动速度传感器替代检测线圈，永磁体转动带动换能器扫描改为线圈转动带动换能器扫描等，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。