利用转动装置的转动参数的测量和控制系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN98809906.3

申请日:

1998.08.13

公开号:

CN1273631A

公开日:

2000.11.15

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效申请日:1998.8.13|||公开

IPC分类号:

G01D5/34

主分类号:

G01D5/34

申请人:

模拟技术有限公司;

发明人:

杰弗里·A·莱格; 杰勒德·P·赖利; 汉斯·J·威登

地址:

美国马萨诸塞州

优先权:

1997.10.10 US 08/948,493

专利代理机构:

永新专利商标代理有限公司

代理人:

吴静波

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内容摘要

一种测量和控制系统,用于将控制系统(200)功能控制成转动装置(102)的转动参数的函数且其包括多个间隔刻度(110),它们分布在转动装置边缘并相对于装置的支承座(104)固定不动。该测量和控制系统(200)还包括安装在转动装置边缘且相对于转动装置固定以便紧挨着间隔刻度的多个传感器(112,114,202)。合并从安装在转动装置上不同位置所得的测量值以便减少因装置角速度的改变所带来的影响。通过线性插入法用所测得的转动参数来预测装置在那些由传感器测定的位置之间的角位置。

权利要求书

1: 一种用于将系统功能控制成转动装置的转动参数的函数的测 量和控制系统,该系统与一个相对于支承装置安装的转动装置一起使 用,该转动装置绕着一个转动轴线旋转,从而限定了(a)一个垂直 于所述转动轴线的转动平面及(b)一个位于所述转动平面内的几何 中心,该系统包括: A.N个间隔刻度,N为一个整数,所述刻度相对于所述支承装置 固定并分布成沿一基本上与所述几何中心同心的具有已知曲率半径的 圆弧彼此角向地间隔开; B.相对于所述转动装置固定不动的探测装置,用于在所述转动 装置绕着所述转动轴线转动时探测绕所述几何中心的至少两个不同的 角度探测位置处的所述刻度; C.用于在每个所述角度探测位置处测量作为所述刻度探测的函 数的一个或多个所述参数和测量从最后刻度在每一个所述角度探测位 置处被探测到的测定时间的装置; D.用于将所述系统功能中的至少一个控制成所述转动参数中的 至少一个参数的函数的装置。
2: 一种如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述转动参数是 从由所述转动装置的角位置、所述转动装置的角速度和所述转动装置 的角加速度组成的一组参数中选择。
3: 一种如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述间隔刻度包 括N个窄缝,它们位于一个沿所述圆弧设置的大体上是刚性的格栅中, 所述探测装置包括发射装置和接收装置,其设置方式为:所述发射装 置把一个发射信号射向所述接收装置且所述刚性格栅将所述发射装置 和所述接收装置分隔开,其中当所述转动装置绕着所述转动轴线转动 时,所述发射信号交替通过所述格栅中的所述窄缝和被所述格栅挡 住。
4: 一种如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述探测装置包 括一个位于第一探测位置处的第一传感器、一个位于一沿径向与所述 第一探测位置相对的第二探测位置处的第二传感器、以及一个位于基 本上与所述第一传感器相邻以便提供所述第一探测位置的独立示数的 第三传感器。
5: 一种如权利要求4所述的系统,其特征在于,所述转动参数包 括角位置,且所述用于测量的所述包括一个计数器元件,该计数器元 件用于第j个间隔刻度,所有j均为从1到N之间的数; A.测量出一个初始第j个时间量,该时间量是从所述第一探测器 探测到一个参考间隔刻度时至所述第一探测器探测到所述第j个间隔 刻度时所需的时间; B.测量出一个第二第j个时间量,该时间量是从所述第二探测器 探测到所述参考间隔刻度时至所述第二探测器探测到所述第j个间隔 刻度时所需的时间; C.将所述初始第j个时间量和所述第二第j个时间量取平均值以 产生出一个限定一个校准间隔位置的平均第j个时间量,从而减轻所 述转动装置的角速度改变所带来的影响。
6: 一种如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述窄缝基本上 为矩形。
7: 一种如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述发射装置包 括发光装置,并且所述接收装置包括用于接收光并产生一个探测信号 的装置,该探测信号为所述接收光的至少一个特征的函数。
8: 一种如权利要求7所述的系统,其特征在于,所述特征包括光 强度。
9: 一种如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述发光装置包 括一个发光二极管,所述接收装置包括一个光电晶体管。
10: 一种如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述发射装置 包括用于发射一种电磁信号的装置,所述接收装置包括用于产生一个 探测信号的装置,该探测信号是所述被接收电磁信号的一个特征的函 数。
11: 一种如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述发射装置 包括声波发射装置,所述接收装置包括用于接收声波且产生一个探测 信号的装置,该探测信号是所述被接收声波的至少一个特征的函数 的。
12: 一种如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统功能 包括一个经过调整的电压输出,且所述用于控制的装置包括一个调制 元件,其用于通过一个调制函数来调制所述经调整的电压输出。
13: 一种如权利要求12所述的系统,其特征在于,所述调制函数 是从由PWM正弦、PWM[sin(x)+sin(3x)/6]、PWM任意波形及模拟任意 波形组成的一组函数中选择。
14: 一种用于将系统功能控制成转动装置的转动参数的函数的测 量和控制系统,该系统与一个相对于支承装置安装的转动扫描装置一 起使用,该转动扫描装置绕着一个转动轴线转动,从而限定了(a) 一个垂直于所述转动轴线的转动平面及(b)一个位于所述转动平面 内的几何中心,所述扫描装置具有固定安装在所述扫描装置的一周边 上的辐射源,及固定安装在所述扫描装置的所述周边上、沿径向与所 述辐射源相对设置的一探测器阵列,所述控制系统包括: A.N个间隔刻度,N为一个整数,所述刻度相对于所述支承装置 固定并分布成沿一基本上与所述几何中心同心的具有已知曲率半径的 圆弧彼此角向地间隔开; B.相对于所述转动装置固定不动的探测装置,用于在所述转动 装置绕着所述转动轴线转动时探测绕所述几何中心的至少两个不同的 角度探测位置处的所述刻度; C.用于在每个所述角度探测位置处测量作为所述刻度探测的函 数的一个或多个所述参数和测量自从最后刻度在每一个所述角度探测 位置处被探测到的测定时间的装置; D.用于将所述系统功能中的至少一个控制成所述转动参数中的 至少一个参数的函数的装置。

说明书


利用转动装置的转动参数的测量和控制系统

    本发明所属技术领域

    本发明涉及一种测量和控制系统,尤其是涉及一种用于测量一个转动装置中各种几何、位置以及运动参数并利用这些参数来控制该装置的各种功能的系统。

    本发明的背景技术

    本发明能够在希望利用各种几何、位置和运动参数来控制装置各种功能之处,在转动装置转动期间测量出相对于转动装置,如转盘或圆鼓绕一转动轴转动的这些参数。本发明特别适应于计算机层析X射线摄影(CT)扫描系统,因此下面将着重在这方面进行说明,但不应认为其仅局限于这种系统。CT扫描系统一般包括一个门形构架,该构架具有一个在一框架内转动的转盘或圆鼓。在第三代CT扫描仪中,在转盘上安装有一个X-射线源和X-射线探测器组,用于与一张可放置病人的工作台一起转动。X-射线源和X-射线探测器组被设置在该转盘上这样一个点附近,该点限定了一个下面被称为“几何中心”的焦点,在这个焦点附近,当在一个扫描期间转盘绕该点转动时,射线源和探测器组能够规定正确的旋转运动,以便能准确再现层析X射线摄影图象。这个几何中心理论上和所述转盘名义上的质心以及转盘的转动中心相一致。在第四代CT扫描仪中,X-射线源相对于几何中心被安装在一个可转动的转盘上,同时探测器以与转盘轴线保持角度不变地方式被设置在固定框架上。在这两种系统中,X-射线源均可以提供周期性脉冲或连续波辐射。每一探测器通常为一种固体状态或为一个气管装置。

    在第三代装置中,探测器组被设置在横穿转盘与射线源径向相对的位置处,且与射线源的焦点对准,以便探测器组和焦点被设置在同一个中心扫描或转动平面(垂直于转盘的转动轴线)中。对于探测器组来说,探测器组中每个探测器均被设置在扫描平面内,通常位于相对于射线源距离一预定角度的位置上,这样每一个探测器相对于焦点均对着一个相等的角度,从而在扫描平面中的射线源和相应探测器之间提供了多个不同的X-射线通道。在第三代装置中,X-射线通道汇集成一种类似扇形的形状,且其顶点位于X-射线源焦点。在第四代机器中,探测器被安装在门形构架上且与每个探测器对应的X-射线通道均类似于一个顶点位于每一个探测器输入端的扇形。因此,这两种的装置有时都被称作“扇形射线束”层析X射线摄影系统。

    这些系统能提供多个信息或数据信号,这些信息或数据信号对应于在多个投影区域中每一处,即转盘绕处于探测器和X-射线源间的空间中的一个物体转动期间在转盘的精确角位置处由探测器测得的射线通量的变化。根据通常被称为“背投影”的已知(Radon)信号的数学处理,可以形成一个可视的图象,其表示沿转动平面,即经过设置在转动平面中探测器和射线源间被扫描物体的一部分的扫描平面的一个二维限幅。对于螺旋扫描图象,被扫描的物体和转动盘在转动轴线方向上作彼此相对运动,同时,数据是可获得的。其它类型的扫描图象也已经被公开了。例如,美国专利申请No.08/831,558,名称为“转动限幅CT图像再现装置和方法”,申请日为1997年4月9日,发明人Gregory L.Larson、Christopher C.Ruth以及Carl R.Crawford,并且已转让给了本受让人,该申请在这里被作为参考文献(Attorney’sDocket NO.ANA-118)引入。象这样的图象的精确成形关键取决于各种因素包括:(1)转盘的运动要准确地绕转盘的几何中心转动;(2)在一个扫描过程中,该几何中心在扫描平面中保持固定不动,这样它就不会在该转盘绕其轴转动时相对于被扫描的物体在该平面范围内横向移动;(3)在每一次投影观测期间,X-射线辐射量要彼此一致,及(4)当图象在进行背投影时,要在转盘精确的角度处获取数据以便数据与X-射线源和/或探测器相对于被扫描物体的正确位置信息产生联系。本发明是为了改进第四个因素,即在精确的角度位置上获取数据,虽然本领域普通技术人员将会认识到由本发明测量出的参数也可以用在改进上面提到的其它三个因素。

    一种用于测量几个与转动装置有关的几何、位置和运动参数中任何一个参数的系统和方法在名称为“测量具有多个间隔刻度的转动装置的几何、位置和运动参数的装置和方法”的美国专利No.5,432,338中公开并要求了保护,该文献在这里可被作为参考文献引入并被称作’339专利。如在’339专利中所述,一种测量和控制系统能采用测量结果来控制转动装置上各种部件的操作。

    在’339专利中所述系统的主要缺点在于:参数数据是由相对于转动装置固定不动的传感器收集的。当位于转动装置上的部件必须使用这些参数数据时,测量和控制系统通常通过交换装置,例如集流环或者无线(rf)发射装置把这些参数数据传送到转动装置上。象这样的交换装置增加了整个系统的成本,且会增加噪音和参数测量的时间滞后。

    因此本发明的一个目的在于提供一种系统,它可以在当该系统位于转动装置上时,采集与转动装置相关的参数数据,从而避免了需要将这样的数据传送到转动装置上。

    本发明的另一个目的在于提供一种系统,该系统可以产生一个触发信号,该触发信号可作为与转动装置相关的参数数据的函数。

    本发明的另一个目的在于提供一种系统,该系统能向电源提供一调制信号,从而产生一个电源输出电压起伏,其可作为与转动装置相关的参数数据的函数。

    本发明的其它目的部分是明显的而部分将在后文中出现。因此,本发明包括这样的过程,其包括几个步骤以及这些步骤中的一个或多个对应于其它步骤的关系和顺序,具有这种结构、部件的组合和在下面详细说明中举例说明的各部分设置的装置,以及将在权利要求中指定的本申请的范围。

    本发明的概述

    本发明涉及一种测量和控制系统,用于控制作为转动装置中转动参数的函数的程序。所述程序包括在转动装置的精确角位置处采集数据以及保持一个X-射线管的电源调制波形与转动装置的精确角位置的同步性。

    这种系统最好包括多个相对于支承转动装置的部件固定不动的间隔刻度(interval markers),这些刻度沿着一个绕着转动装置的半径已知、且最好与转动装置的几何中心同心的圆周彼此之间角向地间隔开。在转动装置的边缘上一预定角位置处设置多个用于探测所述刻度的固定传感器,以便在所述装置转动期间传感器经过刻度时能探测到刻度。设置测量在通过一个或多个传感器进行选定刻度的探测之间的一个或多个时间间隔的装置。

    在优选实施例中,还设置这样的装置,其在任一时刻能确定转动装置的角位置,以作为被探测刻度和选定刻度的探测之间的被测量时间间隔的函数。这个优选实施例还包括用于在任一时刻测量该转动装置角速度的装置,该角速度也是被探测刻度和选定刻度的探测之间被测量时间间隔的函数。

    本发明采用了至少三个传感器,其中两个在转动装置上设置为在径向相对的一对。通过每一个传感器可以探测到固定的刻度并确定出相邻刻度的探测之间的时间间隔。还包括对沿径向相对的传感器的测量值取平均值的装置以便减轻由于转动装置的角速度的变化所带来的影响。本发明能贮存该平均值并在系统运行中用所贮存的数值校正后面的测量值。

    附图的简单说明

    本发明的上述目的和其它目的、其各种功能、以及本发明本身可以从下面的说明并同时结合附图更全面地理解,其中:

    图1所示为一台普通的CT扫描系统的示意图;

    图2所示为一个测量和控制系统的实施例的程序框图;

    图3所示为沿图1中剖面线3-3所示的剖视图;

    图4给出的是在图1和3中所示的刻度格栅(marker fence)的一部分;

    图5所示为由第一传感器、第二传感器和起始点传感器所产生的周期性信号;

    图6所示为一张由校准程序所产生的标准数值表。

    本发明的详细说明

    本发明目的在于提供一种测量和控制系统,其用于控制作为转动装置中转动参数的函数的程序。结合其在一种层析X-射线摄影设备的转动盘上的应用能够更好地对本发明进行说明,本发明特别适于控制供给到层析X射线摄影系统中X-射线源上的能量。象这样一个应用例子包括用于调制作用于层析X射线摄影设备上的能量水平的测量和控制系统的应用,所述层析X射线摄影设备利用了双能源技术,如曾被建议用于探测可塑炸药的技术。参见,如Bernard M.Gordon等的在1996年6月27日申请的序号为NO.08/671,202美国专利申请,并且转让给了本受让人(Attorney’s docket NO.ANA-94),在这里作为参考文献引入并被称作“Gordon申请”。然而应该理解该系统还有其它的和更广的应用。

    图1所示为一种普通的CT扫描系统100的示意图,该系统包括一个借助一个支承机构106安装在一个支承座104上的转动盘102,这样就使得转动盘102能够绕一转动轴线108并在垂直于该转动轴线108的转动平面内转动。转动盘102包括一个沿径向相对一探测器阵列140设置的X-射线源130。当转动盘102绕转动轴线108转动时,该转盘相对支承座104确定了多个角位置。转动盘102相对于支承座104的一个特殊角位置被称作起始位置(Home position)。该起始位置可以被选作,例如象转动盘102上的部件定位这样的系统参数的函数。本发明可以确定转动盘102相对于所述起始位置的位置(下面也被称为“相对转盘位置”),并且执行作为相对转盘位置的函数的系统控制功能(例如用于数据获得和电源电压调节的起动)。在本发明的其它形式中,本系统可以被控制成为一个转盘的角位置、转盘的角速度或该装置的角加速度、或者它们的组合的函数。

    通常,本发明通过使用一个或多个相对于可转动盘102固定不动的传感元件探测出多个相对支承座104固定的位置刻度来确定相对转盘位置。

    在本发明的一个实施例中,一个第一传感器112被固定在转动盘102的边缘或其附近,并且一个第二传感器114也被固定在转动盘102的边缘或其附近的、基本上沿径向与第一传感器112相对的位置处。第一传感器112和第二传感器114均被设置在可转动盘102上以便紧靠着位置刻度110,这样,当转盘102相对于支承座104转动时,这些传感器就能探测到刻度。最好包括一个与位置刻度不同的附加传感器/刻度对,其用于指示刻度110,且当被第一和/或第二传感器112和114探测到时,用于指示转动盘102的起始位置,但是本领域普通技术人员应懂得可以采用其它方法来确定该起始位置。例如,对应于转动盘102起始位置的位置刻度具有可通过传感元件分辨出的独特特性。该附加传感器被作为起始传感器并示意性地显示在202处,而且附加刻度被作为起始刻度并示意性地显示在222处。在所述的实施例中,起始传感器202与转动盘一起转动而起始刻度222则相对于支承座104固定不动。

    图2所示为根据本发明制作并用于控制在所述Gordon申请中披露的一种高压电源的调制的一个测量和控制系统200的优选实施例的程序框图。测量和控制系统200包括一第一传感器112、一第二传感器114和一起始传感器202,所有这些传感器均能够探测到固定不动的位置刻度。固定不动的位置刻度最好包括360个间隔刻度110,这些刻度被设定为零刻度到刻度359(但显然刻度的数量可改变)并沿基本上与转动轴线108同心的一个圆环均匀地分布;以及一个与具有360个间隔的刻度不同的起始刻度222,以便在转动盘102接近起始位置时能提供一个指示。该起始刻度222只能被起始传感器202探测出,且该起始传感器202的唯一功能就是探测起始刻度222。起始刻度222在转动盘102的转动期间通过第一传感器112指示接近零刻度的程度。因此,起始刻度222与起始传感器202的准确定位就并不重要,只要能明确地指示零刻度和第一传感器112对准就可以。

    第一传感器112和第二传感器114能够产生对应于探测固定不动的刻度110的探测信号,而起始传感器202能够产生对应于探测起始刻度222的探测信号。这些探测信号被提供给位置测量装置204。位置测量装置204接收这些探测信号并且形成一个第一数据通道206和一个第二数据通道208。第一数据通道206能够传输对应于第一传感器112的时间数据,而第二数据通道208能传输对应于第二传感器114的时间数据,如将在下面详细描述的一样。位置校正装置210接收来自第一数据通道206和第二数据通道208的数据并将它们合成以产生一个校正数据通道212。对于第一和第二数据通道206和208的合成细节将在下面作更详细地说明。

    调制波形发生器214和数据采集计时器216均接收来自校正数据通道212的数据。调制波形发生器214根据转盘102的转动利用于自校正数据通道212的信息来确定发生器(该发生器用于对高压电源220到一个X-射线电子管的电压输出进行调制)的调制波形输出的正确相位。调制函数可以是任何与刻度的探测同步的函数,并且最好是从包括脉冲宽度调制(PWM)的正弦、PWM[sin(x)+sin(3x)/6]、PWM任意波形以及模拟任意波形组中选择。数据采集计时器216使用于自选择数据通道212的信息来产生出一种与转盘102转动同步的集合触发脉冲(collection window pulse)。

    在本发明的优选实施例中,间隔刻度110是通过在固定在支承座104上的一刚性格栅(fence)中的矩形窄缝来实现的。图1、3和4给出了这种格栅302的一个实施例,其中格栅302为与转动轴线108同轴的圆筒,该圆筒的一端固定安装在支承座104上且该圆筒的筒壁与转动轴线108平行延伸。本领域普通技术人员将会认识到可采用格栅的其它定位方法,例如将转动盘102周边外侧的一个圆盘设置在与转动盘102相同的平面上,或者设置在一个与转动盘102的平面平行的平面上。通常,第一和第二传感器中的每一个都包括一个发射器304和一个接收器306。第一和第二传感器的每一个都通过将发射器304设置在格栅302的一侧并将一接收器306设置在格栅302的相对侧来探测所述矩形窄缝。当传感器穿过一窄缝时,从发射器发出的射线会通过该窄缝并被接收器探测到。在窄缝之间的格栅阻挡了从发射器通往接收器的射线通道。第一传感器112和第二传感器114最好安装在转动盘102的边缘处,以便传感器在转盘的整个360度转动期间能紧靠着格栅。格栅还可设置一个表示起始刻度222的窄缝,且轴向与间隔刻度110隔开,虽然如下文所述,最好将起始刻度简单地限定为传感器202的接收器。图4所示为包含有窄缝的圆筒的一部分,其被展平以显示窄缝的位置,还显示了传感器202的传感器接收器(用作刻度222)的优选位置。当转动盘102位于起始位置时,从转动盘102的几何中心延伸的一半径穿过代表零刻度的窄缝中央(下文称为“零点窄缝”),例如,可参见图3中的110A所示。这个半径在下文中被称作起始半径。在优选实施例中,第一传感器112被安装在转动盘102上起始半径前0.25度的位置处,并且起始传感器202被安装在转动盘102上起始半径前1.05度的位置处。在转动盘102的正常转动期间,第一传感器112先于起始半径通过零点窄缝110A,并且起始传感器202先于第一传感器112通过零点窄缝。

    图3所示为沿着图1中剖面线3-3剖开的剖面图。在图3中,第一传感器112和第二传感器114被安装在转动盘的边缘处,这样第一传感器沿径向与第二传感器相对。通常,每一个第一传感器112和第二传感器114的发射器304均起到一种参考信号发射器的作用,并且格栅302起到一个位于相对应的传感器的发射器和接收器间的间歇屏障的作用。每一传感器112和114的发射器304最好能沿一条直线沿传感器的相应接收器的方向连续发射一种信号,所述直线基本上与转动轴线108垂直,并且当传感器相对于格栅302移动时,格栅302交替地通过和阻挡来自传感器的接收器的信号。在本发明的优选实施例中,发射器例如通过一个发光二极管将光线发射到接收器上,虽然本领域普通技术人员将会认识到发射器/接收器对可以通过其它传送介质和以其它方式进行传送,例如通过将发射器和接收器设置在格栅的同一侧,并且在光线击中一个刻度时把来自发射器的光线反射到接收器上,或者采用电磁频谱的其它部分,例如红外线、紫外线、声波或者电磁场。而且,传感器的接收器将它接收的光转换成电信号,例如借助于一个光电晶体管,其中一个低压间断信号(相对于一个参考电压)对应于一个相对转盘位置,在该位置处格栅302能阻挡光线传送到传感器的接收器上,且一个高压间断信号(相对于一个参考电压)对应于一个格栅302使光线传送到传感器的接收器上的相对转盘位置。因此,传感器的接收器产生一种能随转动盘102的角度位置改变的间断信号。

    起始传感器202的操作是这样的:在转盘的起始位置处,传感器提供了在该条件下的合适指示。起始刻度222最好构成传感器的发射器或接收器,并将该刻度固定在支承座104上,而其它部分安装在转动盘102上。起始传感器202(包括刻度222)是这样定位的:当发射器和接收器在起始位置处对准时,应能提供最大灵敏度。因此,与第一和第二传感器相比,起始刻度222(如发射器)是相对于支承座104固定不动的且起始传感器202(如接收器)是相对于转动盘102固定不动的。举例来说,发射器和接收器是这样安装的:从发射器到接收器(起始位置处)的光路平行于转动轴线108,且发射器和接收器均被设置在与转动轴线距离基本相等的位置处。通过这样的设置,当转动盘102接近起始位置时,起始传感器202的发射器和接收器位于相同的角度和半径位置上。起始传感器202的接收器将从发射器接收到的光转换为电信号。起始传感器202的发射器和接收器构成一个高度定向的交换偶,这样来自发射器的电信号仅对于只有转动盘102的几分之一度产生一个可探测的强信号峰值。

    当转盘102以一稳定的角速度转动时,第一传感器112、第二传感器114和起始传感器202产生如图5所示的周期性信号,该信号包括起始传感器脉冲序列502,第一传感器脉冲序列504以及第二传感器脉冲序列506。从第一传感器脉冲序列504中任一脉冲的前沿到第一传感器脉冲序列504中相邻脉冲的前沿的时间量代表转动盘102转动一度。同样,从第二传感器脉冲序列506中任一脉冲的前沿到第二传感器脉冲序列506中相邻脉冲的前沿的时间量代表转动盘102转动一度。从起始脉冲序列502中任一脉冲的前沿到起始脉冲序列502中相邻脉冲的前沿的时间量代表转动盘102转动一个完整的360度。因此,对于每一个从起始脉冲序列502来的脉冲来说,都有360个来自第一脉冲序列504的脉冲和360个来自第二脉冲序列506的脉冲。对应于零点窄缝的第一脉冲序列504中的脉冲(下文称为第一零点脉冲)是在从来自零点脉冲序列502中一个脉冲发生后的第一个脉冲,而对应于零点窄缝的第二脉冲序列506中的脉冲(下文称为第二零点脉冲)是在从来自零点脉冲序列502中一个脉冲发生后的第181个脉冲。由于起始传感器202和第一传感器112在转动盘102上相对设置,所以从起始脉冲序列502的一个脉冲到其后下一个在第一传感器脉冲序列504中发生的脉冲的时间量大约与转动盘102转动了0.8度相对应。

    本发明通过测量出从一个起始脉冲的发生到对应于间隔刻度110的360次间隔脉冲中每一个脉冲发生之间的时间量来确定转动盘的角度位置。本发明通过测量出从一个对应于零点窄缝的脉冲到其后下一个对应一零点窄缝发生的脉冲之间的时间量来确定转动盘102的转动周期。被转动盘102的转动周期相除的每一个间隔脉冲发生的时间提供一个位置值,该值等于转动盘102的角度位置,且与转盘102的转动周期无关。如果只用单独一个传感器来产生间隔信号,那么该位置值会受到转动盘102的角速度变化的影响。本发明采用两个传感器,一第一传感器112和一第二传感器114,以便通过结合由第一传感器112和第二传感器114确定的每一间隔刻度的位置来减少因转动盘102的角速度改变所带来的影响,从而能为每一间隔刻度产生一个校准角位置。因此,对于每个间隔刻度所得到的校准角度位置均与刻度定位误差和角速度变动无关。在本发明的优选实施例中,采用下面的校准程序产生每个间隔刻度所需的校准位置数值:

    1.将转动盘102的转动稳定在每分钟90转(下文称作RPM)。

    2.记录第一脉冲序列504中每一间隔脉冲相对于零点脉冲发生的时间。

    3.记录第二脉冲序列506中每一间隔脉冲相对于零点脉冲发生的时间。

    4.通过从第二脉冲序列506中脉冲发生的每一时间减去在第二脉冲序列506中第180次脉冲的时间从而使得从第二脉冲序列506记录的信息与从第一脉冲序列504记录下的信息一致。

    5.求得来自第一和第二脉冲序列的相应间隔脉冲发生时间的平均值以便产生一系列校准位置数值。

    6.校正每一校准位置数值以补偿上述第一和第二传感器与实际起始位置之间0.25度的偏置,从而产生出实际的位置数值。

    该实际的位置数值将转动盘102相对于起始位置的360个整数角位置中每一角位置均限定为全部转动时间的几分之一。本发明使用了一个数字计数器来确定在校准程序中提到的各种时间段。在优选实施例中,该数字计数器由一台通用微型计算机,例如一台西门子80C517执行。该计数器在微型计算机上可作为专用的计数器/计时器设备,或者它可作为一种由所述微型计算机执行的软件或操作系统程序。结合实际的位置数值,利用同样的计时器来确定转动盘102的角位置。通常,数字计数器是由一已知频率的稳定准确的计时源计时,接着,重新设定数字计数器并在对一个事件进行测量的开始时计数,然后在测量事件结束时停止计数。乘以计时源的周期所得的计数器的输出数据提供了测量事件的整个时间。图6所示为由上述校准程序产生出的一标准数值表。在该实施例中,本发明确定了转盘一转的读数为计时源的368,640转。为了确定这个读数,本发明重新设定该计数器,在计数器接收到一个第一零点脉冲的情况下便开始计数,随后通过其后下一次产生的第一零点脉冲停止计数。本发明再次重新设定计数器并且在接收到下一个第一零点脉冲的情况下开始计数。本发明在计数器输出端为本发明从第一脉冲序列504接收到的每一个脉冲记录下当前读数。同样,本发明在计数器输出端为本发明从第二脉冲序列506接收到的每一个脉冲记录下当前读数。然而,由于第二传感器114沿径向与第一传感器112相对,所以来自第二脉冲序列506的第181次脉冲对应于来自第一脉冲序列504的第一次脉冲。本发明通过从第二脉冲序列506中记录下的所有其它读数中减去从第二脉冲序列506的第180次脉冲中记录下的读数而使得由第二脉冲序列506所得的读数与从第一脉冲序列504所得的读数一致。在图6中,当本发明在零点脉冲之后收到来自第一脉冲序列504的第一脉冲时,计数器的输出为1,021。当本发明接收到来自与第一脉冲序列504中第一脉冲对应的第二脉冲序列506的脉冲时(例如,在校准之后),计数器的输出为1,025。本发明对这两个读数取平均值从而得出一个对应于第一度标记的平均读数1,023。由于第一传感器112偏离了起始半径0.25度,因此本发明将对应于0.25度的读数加到平均读数上从而得出一个真实的位置值。对应于0.25度的读数为:0.25*[1360]368,640*=256]]>

    因此,在这个例子中,在从起始脉冲序列502发出一个脉冲后,对应于经过起始位置一度的转动盘的角位置计数器的读数为1,279。同样,本发明计算出对应于间隔刻度110上360个角位置中每个角位置的真实位置值。

    在操作中,本发明一旦接收到一第一零点脉冲就重新设定并起动计数器。对于它从第一传感器112中接收到的每一脉冲,本发明均采用对应的真实位置数值来确定对应于转动盘102的真实角位置的计时器读数。参照图6中的标准数据,当本发明接收到紧随从起始脉冲序列502发生的一个脉冲的来自第一传感器112的第一脉冲时,计时器的读数大约为1021(转盘102角速度的改变可能引起这个读数改变)。由于第一次脉冲的真实读数值为1,279,所以当计时器到达读数1,279时,本发明将起动系统功能和程序,这需要在转盘经过起始位置1度时进行。

    给定两个相邻的角度位置,本发明可计算出瞬时角速度ω为:ω=ΔθΔt]]>

    其中Δθ是角度的改变量(在这个例子中是1度),Δt是从转盘102的一个角位置到下一个角度位置所需的时间。给出一个角度位置和瞬时角速度ω,本发明采用线性插入法来确定位于那些由间隔刻度110所指示的位置之间的转盘102的角位置。例如,采用图6的标准数据,当转盘102从1度转动到2度时,角速度应这样计算出:

    其中Δt是在计数器的读数中测量出来。假设角速度是恒定的,那么对应于2和3度之间的一个位置的读数是可以预测的。例如,转盘在2.5度处上的读数将会是:2301+[121022*]=2812]]>

    本发明在正确的角位置处起动了由X-射线探测器完成的数据采集,并且它使得驱动供给X-射线源的高压电源的调制波形与转动盘102的角位置同步。本领域普通技术人员应认识到本发明可以用于起动其它必须与转动盘102的角位置协调的系统功能和程序。本发明还可用于对多个系统功能产生起动信号,这些功能可以或不可以根据其它触发信号或由这些信号引起的系统功能对其进行调整。

    在不脱离本发明思想和实质特征的情况下,可以以其它特定的形式实现本发明。本发明的实施例是用于说明而不是限定性的,本发明的保护范围是由权利要求书而不是由上面说明书给出的,因此所有在与权利要求等同的内容和范围之内作出的改进均应视为落入其保护范围内。

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一种测量和控制系统,用于将控制系统(200)功能控制成转动装置(102)的转动参数的函数且其包括多个间隔刻度(110),它们分布在转动装置边缘并相对于装置的支承座(104)固定不动。该测量和控制系统(200)还包括安装在转动装置边缘且相对于转动装置固定以便紧挨着间隔刻度的多个传感器(112,114,202)。合并从安装在转动装置上不同位置所得的测量值以便减少因装置角速度的改变所带来的影响。通过线性。

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