滑环故障检测装置及方法与流程

本申请涉及医学设备技术领域，特别是涉及一种滑环故障检测装置及方法。

背景技术：

电子计算机断层扫描(computedtomography，ct)中的滑环是ct成像系统的核心部件之一。为了成像需要，ct前端探测器及电子学需要在扫描时围绕着孔径中心高速旋转，高速数字信号通过非接触的方式对接。其中，数据发送端口为环状(形似滑环的旋转部分)，与前端电子学相连并高速旋转，数据接收端口为尺寸较小的金属平面。

由于滑环旋转时数据发送端口和数据接收端口之间通常保持1～2mm左右的距离。若在旋转过程中数据发送端口和数据接收端口之间的距离过近，则存在机械干涉的风险；若数据发送端口和数据接收端口之间的距离过远，则会影响信号质量，增大误码率。然而，传统方案无法判断数据发送端口和数据接收端口之间的间距，从而导致影像设备的稳定性降低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对影像设备的稳定性降低的问题，提供一种滑环故障检测装置及方法。

本申请提供一种滑环故障检测装置，包括：

发射模块，用于发射扫描数据；

耦合传输模块，与所述发射模块电连接，用于将所述扫描数据从滑环的数据发送端口耦合传输至数据接收端口；

接收模块，与所述耦合传输模块电连接，用于接收所述扫描数据；以及

数据处理模块，与所述接收模块电连接，用于根据所述扫描数据产生第一数字信号；所述数据处理模块包括：

串并转换支路，其输入端与所述接收模块的输出端电连接，用于将部分所述扫描数据转化为第二数字信号；

功率检测支路，其输入端与所述接收模块的输出端电连接，用于将另一部分所述扫描数据转化为第三数字信号；以及

整合判断支路，其输入端分别与所述串并转换支路的输出端和所述功率检测支路的输出端电连接，用于接收所述第二数字信号和所述第三数字信号，并将所述第二数字信号和所述第三数字信号整合为所述第一数字信号，并根据所述第一数字信号判断所述滑环的运行状态。

在其中一个实施例中，所述串并转换支路包括：

第三放大器，其输入端与所述接收模块的输出端电连接，用于放大所述扫描数据；以及

串并转化器，其输入端与所述第三放大器的输出端电连接，用于将放大后的所述扫描数据转化为所述第二数字信号。

在其中一个实施例中，所述功率检测支路包括：

第四放大器，其输入端与所述接收模块的输出端电连接，用于放大所述扫描数据；

功率检测器，其输入端与所述第四放大器的输出端电连接，用于获取放大后的所述扫描数据中的功率信息；以及

模数转换器，其输入端与所述功率检测器的输出端电连接，用于将所述功率信息转化为所述第三数字信号。

在其中一个实施例中，所述第四放大器为射频放大器或跟随器。

在其中一个实施例中，所述整合判断支路包括：

整合模块，分别与所述串并转换支路和所述功率检测支路电连接，用于接收所述第二数字信号和所述第三数字信号，并将所述第二数字信号和所述第三数字信号整合为所述第一数字信号；

判断模块，与所述整合模块电连接，用于接收所述第一数字信号，并根据所述第一数字信号判断所述滑环的运行状态。

在其中一个实施例中，所述第二数字信号为并行信号。

在其中一个实施例中，所述第三数字信号为包络信号。

基于同一发明构思，本申请还提供一种滑环故障检测方法，包括：

发射扫描数据，将所述扫描数据从滑环的数据发送端口耦合传输至数据接收端口，并接收所述扫描数据；

还包括：

所述将部分所述扫描数据转化为第二数字信号；

将另一部分所述扫描数据转化为第三数字信号；

将所述第二数字信号和所述第三数字信号整合为第一数字信号；

根据所述第一数字信号判断所述滑环的运行状态。

在其中一个实施例中，所述将部分所述扫描数据转化为第二数字信号，包括：

放大部分所述扫描数据；

将放大后的部分所述扫描数据转化为所述第二数字信号。

在其中一个实施例中，所述将另一部分所述扫描数据转化为第三数字信号，包括：

放大另一部分所述扫描数据；

获取放大后的另一部分所述扫描数据中的功率信息；

将所述功率信息转化为所述第三数字信号。

上述滑环故障检测装置及方法中，发射模块发射扫描数据，耦合传输模块将扫描数据从滑环的数据发送端口耦合至数据接收端口，接收模块接收扫描数据，数据处理模块根据扫描数据产生第一数字信号。其中，数据处理模块包括串并转换支路、功率检测支路以及整合判断支路。串并转换支路将部分扫描数据转化为第二数字信号，功率检测支路将另一部分扫描数据转化为第三数字信号，整合判断支路接收第二数字信号和第三数字信号，并将第二数字信号和第三数字信号整合为第一数字信号，并根据第一数字信号判断数据发送端口和数据接收端口之间的相对位置是否位于允许范围内，从而据此判断滑环的运行状态。因此，上述滑环故障检测装置及方法可以及时发现滑环故障，以提醒工作人员对滑环进行检修，提高了滑环所在影像设备的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种滑环故障检测装置连接结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种滑环故障检测装置连接结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种滑环故障检测装置所在系统结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种滑环故障检测装置中第一数字信号波形示意图。

附图标号说明

100、滑环故障检测装置；10、发射模块；110、第一放大器；20、耦合传输模块；30、接收模块；310、匹配电路；311、匹配网络电路；312、第二放大器；40、数据处理模块；410、串并转换支路；411、第三放大器；412、串并转化器；420、功率检测支路；421、第四放大器；422、功率检测器；423、模数转换器；430、整合判断支路；431、整合模块；432、判断模块。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本申请提供一种滑环故障检测装置100。滑环故障检测装置100包括发射模块10、耦合传输模块20、接收模块30和数据处理模块40。发射模块10用于发射扫描数据。耦合传输模块20与发射模块10电连接，用于将扫描数据从滑环的数据发送端口耦合传输至数据接收端口。接收模块30与耦合传输模块20电连接，用于接收扫描数据。数据处理模块40与接收模块30电连接，用于根据扫描数据产生第一数字信号。其中，数据处理模块40包括串并转换支路410、功率检测支路420和整合判断支路430。串并转换支路410，其输入端与接收模块30的输出端电连接，用于将部分扫描数据转化为第二数字信号。功率检测支路420，其输入端与接收模块30的输出端电连接，用于将另一部分扫描数据转化为第三数字信号。整合判断支路430，其输入端分别与串并转换支路410的输出端和功率检测支路420的输出端电连接，用于接收第二数字信号和第三数字信号，并将第二数字信号和第三数字信号整合为第一数字信号，并根据第一数字信号判断滑环的运行状态。

在其中一个实施例中，发射模块10(txmodule)负责接收来自探测器及前端电子学(frontend)的高速数字信号，即扫描数据。其中，高速数字信号包括了用于影像设备进行图像重建以及滑环故障检测装置100进行滑环故障检测所需的数据。本实施例中，高速数字信号的速率通常为1～10gbps，该信号可以被视为微波射频信号模拟小信号。

请一并参见图2，在其中一个实施例中，发射模块10包括第一放大器110，第一放大器110用于放大并发射部分扫描数据。本实施例中，第一放大器110可以为射频放大器。扫描数据经过射频放大器放大后可以输出到滑环的数据发送端口。由于发射模块10接收的是来自探测器及前端电子学的扫描数据，通过对扫描数据进行放大，有利于耦合传输模块20将扫描数据从滑环的数据发送端口耦合至数据接收端口，保证接收模块30中携带扫描数据的信号强度，从而提高滑环故障检测装置100对滑环故障判断的准确性。

请一并参见图3，在其中一个实施例中，耦合传输模块20可以作为滑环的数据发送端口与数据接收端口之间的等效电容(c)，其中等效电容值可以为c＝εrε0s/d。其中，εr为相对介电常数，ε0为绝对介电常数，s为数据发送端口与数据接收端口的平板面积，d为数据发送端口与数据接收端口之间的垂直距离。需要说明的是，由于数据发送端口与数据接收端口之间的介质一般为空气，故εr＝1。根据上述内容可知，数据发送端口与数据接收端口之间的机械距离越长，数据发送端口与数据接收端口的平板面积越小，等效电容的电容值c越小，电抗值越大，耦合信号的幅度越低。因此，可以根据后续得到第一数字信号判断数据发送端口与数据接收端口之间的机械距离以及平板面积是否发生改变。

在其中一个实施例中，滑环的数据发送端口可以为图3中标注的滑环端口(txring)，滑环的数据接收端口可以为图3中标注的接收平板端口(fixedrxplate)。本实施例中，滑环端口与发射模块10电连接，接收平板端口与接收模块30电连接，耦合传输模块20可以作为滑环端口与接收平板端口之间的等效电容。发射模块10可以发送扫描数据至滑环端口，耦合传输模块20可以将滑环端口的扫描数据耦合至接收平板端口，接收模块30经接收平板端口接收扫描数据。另外，接地端口通过接地电刷(fixedbrush)接地，接地电刷负责为整条系统链路提供公共的功能地，即参考地或回流地。

在其中一个实施例中，接收模块30可以包括匹配电路310。匹配电路310，其输入端与耦合传输模块20电连接，用于与耦合传输模块20进行阻抗匹配并放大扫描数据。在其中一个实施例中，匹配电路310包括匹配网络电路311和第二放大器312。匹配网络电路311，其输入端与耦合传输模块20电连接，用于与耦合传输模块20进行阻抗匹配。第二放大器312，其输入端与匹配网络电路的输出端电连接，用于放大扫描数据。

在其中一个实施例中，匹配网络电路311(match)可以用于与耦合传输模块20进行射频链路的匹配，确保扫描数据的功率可以以最大效率传输至第二放大器312。本实施例中，第二放大器312可以为射频放大器。可以理解，经过耦合传输模块20以及匹配网络电路311之后，扫描数据会存在相当比例的损失。因此，第二放大器312可以对扫描数据进行放大，以提高后续信号处理过程的准确性。

在其中一个实施例中，输入串并转换支路410可以将部分扫描数据转化为并行信号，即第二数字信号，方便后续数据的传输与处理。功率检测支路420可以将另一部分扫描数据转化为包括功率信息的包络信号，即第三数字信号。整合判断支路430接收第二数字信号和第三数字信号，并将第二数字信号和第三数字信号整合为第一数字信号，并根据第一数字信号判断滑环的运行状态。因此，数据处理模块40可以通过判断第一数字信号的波形是否超过预设的上下限阈值，判断滑环的数据发送端口和数据接收端口之间的距离是否存在过近或者过远的情况，或者数据发送端口和数据接收端口的平板面积是否改变，进而判断滑环的运行状态，即判断滑环是否存在故障。当判定滑环存在故障时，可以及时提醒工作人员对滑环进行检修，从而提高了滑环所在影像设备的稳定性。

在其中一个实施例中，电子计算机断层扫描(computedtomography，ct)的探测器和前端电子学采集得到的数据为原始数据，故还可以在数据处理模块40中设置数据预处理电路对原始数据进行数据压缩、解压、滤波或打包等数字信号预处理。

上述滑环故障检测装置100中，发射模块10发射扫描数据，耦合传输模块20将扫描数据从滑环的数据发送端口耦合至数据接收端口，接收模块30接收扫描数据，数据处理模块40根据扫描数据产生第一数字信号。其中，数据处理模块40包括串并转换支路410、功率检测支路420以及整合判断支路430。串并转换支路410将部分扫描数据转化为第二数字信号，功率检测支路420将另一部分扫描数据转化为第三数字信号，整合判断支路430接收第二数字信号和第三数字信号，并将第二数字信号和第三数字信号整合为第一数字信号，并根据第一数字信号判断数据发送端口和数据接收端口之间的相对位置是否位于允许范围内，从而据此判断滑环的运行状态。因此，上述滑环故障检测装置100可以及时发现滑环故障，以提醒工作人员对滑环进行检修，提高了滑环所在影像设备的稳定性。

在其中一个实施例中，串并转换支路410包括第三放大器411和串并转化器412。第三放大器411，其输入端与接收模块30的输出端电连接，用于放大扫描数据。串并转化器412，其输入端与第三放大器411的输出端电连接，用于将放大后的扫描数据转化为第二数字信号。

在其中一个实施例中，第三放大器411可以为射频放大器、跟随器或者高速比较器中的一种，以便其输出信号的跳变沿和摆幅可以与后续的串并转换器412进行匹配。由于第二放大器312输出的扫描数据为高频射频信号，其中包括前端探测器电子学采集的可以用于图像重建的原始数据信息，故需要采用串并转换器412将输入高速串行信号转换成并行数字信号(data)，即将原始的并行数据解出以便于后续的信号处理。在其中一个实施例中，第二数字信号为并行信号。

在其中一个实施例中，功率检测支路420包括第四放大器421、功率检测器422以及模数转换器423。第四放大器421，其输入端与接收模块30的输出端电连接，用于放大扫描数据。功率检测器422，其输入端与第四放大器421的输出端电连接，用于获取放大后的扫描数据中的功率信息；模数转换器423，其输入端与功率检测器422的输出端电连接，用于将功率信息转化为第三数字信号。

在其中一个实施例中，第二放大器312输出的另一路扫描数据可以进入功率检测支路420，以获取表征高频射频信号功率大小的电压值，即功率信息。在功率检测支路420中，功率检测器422可以将输入扫描数据转换为包络信号，该包络信号可以实时表征扫描数据的功率。本实施例中，模数转换器423(adc)通过对包括功率信息的第三数字信号进行数模转换，可以输出数字域的电压值，即包络信号(profile)的实际波形。在其中一个实施例中，第三数字信号为包络信号。

在其中一个实施例中，第四放大器421可以为射频放大器或跟随器，第四放大器421的设置可以使其信号的输出功率适应后续功率检测器422(rmsdetector)的输入范围。

在其中一个实施例中，整合判断支路430包括整合模块431和判断模块432。整合模块431，分别与串并转换支路410和功率检测支路420电连接，用于接收第二数字信号和第三数字信号，并将第二数字信号和第三数字信号整合为第一数字信号；判断模块432，与整合模块431电连接，用于接收第一数字信号，并根据第一数字信号判断滑环的运行状态。

在其中一个实施例中，整合模块431可以将全部数据通过协议打包整合，并上传至判断模块432。本实施例中，判断模块432可以包括处理器，处理器中可以装载有数据处理软件，以根据预处理后的第一数字信号判断滑环的运行状态。其中，全部数据除了包括探测器以及前端电子学采集到的包括滑环状态信息的原始数据外，还可以包括错误信息、温度信息或其他电子部件信息。根据探测器以及前端电子学采集到的全部数据，处理器中的监控模块可以实时监控滑环以及其他电子部件的运行状态是否良好。

在其中一个实施例中，探测器以及前端电子学采集的用于成像的数据，即第二数字信号，可以为16bit。另外，探测器以及前端电子学采集的用于表征滑环运行状态的包络数据，即第三数字信号，可以为8bit。本实施例中，可以将上述用于成像的16bit数据以及用于表征滑环运行状态的8bit包括数据打包整合为24bit的并行数据，即第一数字信号。随后，将24bit并行数据通过特定的串行总线协议进行封装，并通过一个统一信道或者协议通路(如pcie总线)传递给处理器或上位机的软件。因此，通过设置整合模块431，可以在带宽足够的情况下通过统一的通信总线上传全部数据，可以避免使用滑环故障检测装置100时额外增加总线，节约了资源。

请一并参见图4，在其中一个实施例中，包括功率信息的第一数字信号按照ct滑环转子旋转的一个周期在图4中刷新或叠加一次，即可反映出滑环的实际运行状态。判断模块432可以据此实际曲线(real-drift)，以及实际曲线的上下限阈值(th_h，th_l)来对滑环进行故障监控和预测。可以理解，包括功率信息的包络曲线是对ct滑环部件的工作状态的曲线和统计学表征。故可以根据包括功率信息的包络曲线快速预知滑环运行状态的健康程度、滑环的故障风险以及走势，以便于对滑环进行提前检修、维护甚至更换，可以极大降低滑环在进行扫描工作时报错甚至宕机的概率。

在其中一个实施例中，滑环从起始位置到旋转至结束位置的每个周期内，时间和滑环位置为近似线性一一对应。由于故障点位置固定的，故其会在每个旋转周期内的相对固定的时间超出上下线阈值。因此，在图4的横坐标上，可以根据包络曲线超出阈值时对应的横坐标的值判断故障点或故障区域。

在其中一个实施例中，包括功率信息的包络曲线若出现跳变则可判定跳变点或者区域对应的横坐标即为故障点或故障区域所在的位置。包括功率信息的包络曲线若呈连续的起伏且无跳变(脉冲或毛刺)，则说明机械固定的同心程度出现了偏差。例如，若包括功率信息的实际包络曲线超出上限阈值，可以表示滑环的信号发送端和信号接收端之间的距离过近，存在干涉风险；若包括功率信息的实际包络曲线超出下限阈值，可以表示滑环信号发送端和信号接收端之间的距离过远，存在信号质量和误码率恶化的风险。

在其中一个实施例中，超出上限阈值的场景可以为机械尺寸偏差或滑环表面污染导致的信号异常变大。需要说明的是，机械尺寸的偏差有两个故障方向，即信号发送端电极和信号接收端电极之间的距离d增大或者减小。本实施例中，若信号发送端电极和信号接收端电极之间的距离d减小，则等效电容的电容值c变大，耦合信号变强，可能导致包括功率信息的包络曲线超出上限阈值。在另外一个实施例中，若信号发送端电极和信号接收端电极之间的距离d增大，此时等效电容的电容值c变小，耦合信号变弱，可能导致包括功率信息的包络曲线超出下限阈值。另外，滑环表面污染会导致滑环信号发送端电极和信号接收端电极之间的介电常数εr变大，进而导致等效电容值c变大，从而使得耦合信号变强，可能导致包括功率信息的包络曲线超出上限阈值。

在其中一个实施例中，超出下限阈值的场景可以为滑环表面导体破损或者氧化导致的信号异常偏小。其中，若滑环表面导体破裂或者氧化，则滑环信号发送端电极和信号接收端电极的正对面积s变小，从而使得等效电容的电容值c变小，进而导致耦合信号变弱，可能导致包括功率信息的包络曲线超出下限阈值。根据上述内容可知，滑环异常运行状态可以根据等效的平板电容计算公式c＝εrε0s/d中的参数(εr，s，d)进行判断，以提高滑环的可服务性、可靠性和用户体验。

基于同一发明构思，本申请还提供一种滑环故障检测方法，包括：

步骤s10，发射扫描数据，将扫描数据从滑环的数据发送端口耦合传输至数据接收端口，并接收扫描数据；

步骤s20，将部分扫描数据转化为第二数字信号；

步骤s30，将另一部分扫描数据转化为第三数字信号；

步骤s40，将第二数字信号和第三数字信号整合为第一数字信号；

步骤s50，根据第一数字信号判断滑环的运行状态。

需要说明的是，步骤s10～步骤s50可以与上述实施例中任一滑环故障检测装置100对应，即可以上述实施例中任一滑环故障检测装置100，在此不再赘述。

在其中一个实施例中，步骤s20，将部分扫描数据转化为第二数字信号，包括：

步骤s210，放大部分扫描数据；

步骤s220，将放大后的部分扫描数据转化为第二数字信号。

在其中一个实施例中，步骤s30，将另一部分扫描数据转化为第三数字信号，包括：

步骤s310，放大另一部分扫描数据；

步骤s320，获取放大后的另一部分扫描数据中的功率信息；

步骤s330，将功率信息转化为第三数字信号。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。