專利名稱：醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種超聲設(shè)備聲輸出測量系統(tǒng)，特別是一種醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測量系統(tǒng)，屬于醫(yī)學(xué)測量儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
迄今為止，GB16846-1997(idt.IEC61157-1992)《醫(yī)用超聲診斷設(shè)備聲輸出公布要求》規(guī)定超聲診斷設(shè)備聲輸出量公布參量為四項基本指標(biāo)最大負(fù)聲壓p-，空間峰值時間峰值導(dǎo)出聲強(qiáng)Ispta，輸出波束聲強(qiáng)Iob和最大時間平均聲功率Pmax，此外還有一系列其它輔助參數(shù)，約10余項。經(jīng)國家教育部查新站查新，再經(jīng)檢索后發(fā)現(xiàn)，與本發(fā)明最相關(guān)的文獻(xiàn)為Roy C.Preston，The NPLUltrasound Beam Calibrator，IEEE Trans.UFFC(勞?！て绽姿诡D，NPL超聲波束校準(zhǔn)器，國際電子與電氣工程師協(xié)會超聲學(xué)、鐵電學(xué)與頻率控制學(xué)會刊)，35(2)，112-138，1988，經(jīng)過仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)是英國國家物理實(shí)驗室(NPL)在上世紀(jì)八十年代中期的產(chǎn)品，當(dāng)時超聲診斷儀主流探頭主要是線陣和機(jī)掃探頭，國際上尚無對其聲輸出測量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。NPL UBC只能測量線陣自動掃描狀態(tài)和機(jī)掃的停止掃描狀態(tài)。其測量參數(shù)雖有p-，Ispta等內(nèi)容，但因為不能對圓弧形輻射端面進(jìn)行水聽器端面的貼近的弧形掃描(要求圓弧中心與掃描扇面中心重合)，不能任意選擇波束進(jìn)行測量。而且其機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)自由度只有7個，不能滿足IEC61102-1991規(guī)定的需要11個自由度的要求。因而不能精密定向和定位。尤其是該裝備不能測量高頻微形寬波束導(dǎo)管式探頭的Iob，其技術(shù)落后，功能過時，屬淘汰產(chǎn)品，不能滿足后來蓬勃發(fā)展起來的各種工作模式下凸陣、相控陣自動掃描系統(tǒng)的聲輸出測量和相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。NPL至今尚無更新產(chǎn)品問世。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測量系統(tǒng)，使其全面完成對各種工作模式的超聲診斷儀在自動掃描狀態(tài)下GB16846-1997規(guī)定的全部指標(biāo)參數(shù)的測量。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明測量系統(tǒng)包括具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)、三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)、存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)、測量水聽器和參考水聽器，附屬設(shè)備，以及機(jī)械構(gòu)架。其連接關(guān)系為測量水聽器和參考水聽器通過夾具固定在具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)上，測量水聽器和參考水聽器的電纜直接與存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)的信號輸入端相連接，向示波器輸入聲場聲壓信號和時間參考信號，供計算機(jī)存儲計算處理；三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)通過RS232接口經(jīng)電纜與存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)的信號輸出端連接，接受其控制指令信號，三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)經(jīng)驅(qū)動電纜和信號電纜與具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)連接；附屬設(shè)備與存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)相連，附屬設(shè)備包括顯示器和打印機(jī)，用來編程、操作、顯示波形并打印測量報告；機(jī)械構(gòu)架包括底座、立柱，立柱又包括門字形的立柱和兩個弧形立柱，門字形的立柱設(shè)置在底座后方，弧形立柱設(shè)置在底座兩側(cè)；具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架上。
具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)包括水槽、被測探頭調(diào)節(jié)支架、水聽器、水聽器安裝調(diào)節(jié)支架、水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)，其連接方式為水槽為有機(jī)玻璃大圓桶，位于整個系統(tǒng)正中底座之上，內(nèi)裝除氣水；水聽器及其安裝調(diào)節(jié)支架位于水槽中，水聽器安裝調(diào)節(jié)支架由兩個U形支架互相垂直絞連構(gòu)成；水聽器固底座定在其中一個開口向上的U形支架上，U形支架上設(shè)有兩個調(diào)節(jié)旋紐，可調(diào)節(jié)水聽器的兩個方位角；水聽器安裝調(diào)節(jié)支架設(shè)置在水聽器的升降桿下端，升降桿的上端設(shè)置在水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)上，被測探頭調(diào)節(jié)支架設(shè)置在水槽中。
水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)包括z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和x，y方向的兩套絲桿-拖板電動機(jī)構(gòu)，其連接方式為z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條嚙合，與水聽器的升降桿連接，并帶動升降桿上下運(yùn)動；z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在x，y方向兩套絲桿-拖板電動機(jī)構(gòu)上，采用步進(jìn)電機(jī)或手輪帶動水聽器升降桿作x，y方向直線運(yùn)動。整個水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架底座后方的門字形的立柱上。
水聽器安裝在可繞在水平面內(nèi)兩個相互垂直的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的水聽器安裝調(diào)節(jié)支架上，水聽器可在水面上用調(diào)節(jié)旋鈕方便地改變兩個旋轉(zhuǎn)角α’，β’。
水聽器安裝調(diào)節(jié)支架設(shè)置在升降桿上。升降桿可用三個手輪，手動調(diào)節(jié)其三維位置x，y，z。其中xy位置大位移時還可自動移動，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，z方向垂直移動采用齒條-蝸輪組驅(qū)動，具有自鎖功能。精致靈巧的水聽器支架設(shè)計令α’，β’角度調(diào)節(jié)均在水面上進(jìn)行。所有接觸水的部件均采用不銹鋼或塑料制作。采用有機(jī)玻璃水槽，可清晰觀察水中被測探頭與水聽器姿態(tài)。高精度的設(shè)計、精密的加工和嚴(yán)格的工藝控制，保證了系統(tǒng)的高度精確性。
被測探頭調(diào)節(jié)支架包括α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，被測探頭夾板，其連接方式為被測探頭調(diào)節(jié)支架固定在機(jī)械構(gòu)架底座兩側(cè)的兩個弧形立柱上，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)左邊內(nèi)側(cè)，在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)Z方向的滑板上安裝被測探頭夾板，用旋鈕調(diào)節(jié)被測探頭的X位置和Z位置。
1、α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用三環(huán)陀螺架式三軸轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，獲得α，β，γ三自由度轉(zhuǎn)角，保證三坐標(biāo)軸相交于一點(diǎn)外環(huán)由兩對固定在兩個弧形立柱上的圓弧形導(dǎo)軌和滑塊組成，在剛性圓形.底座兩側(cè)的兩個弧形立柱上的圓環(huán)形軌跡上固定一對圓弧形導(dǎo)軌，在圓弧形導(dǎo)軌上安裝一對圓弧形滑塊。兩個滑塊中的軸孔用來安裝X方向共軸的兩段可轉(zhuǎn)動的曲軸。調(diào)節(jié)滑塊可繞Z軸沿圓形軌跡轉(zhuǎn)動，改變γ角。
中環(huán)中環(huán)成圓形，在其直徑方向外側(cè)用外環(huán)滑塊軸孔內(nèi)的兩段曲軸固定?？捎檬州啂永@X軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)α角。
內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)呈帶四個大圓角的正方形，其旋轉(zhuǎn)軸線位于與X軸線同一個水平面內(nèi)并與X軸垂直，Y旋轉(zhuǎn)軸安裝在中環(huán)(圓環(huán))的直徑方向上的軸瓦內(nèi)，可以繞Y旋轉(zhuǎn)軸，其轉(zhuǎn)角β可以用手輪帶動，也可用步進(jìn)電機(jī)帶動，由計算機(jī)來控制自動掃描。內(nèi)兩環(huán)采用轉(zhuǎn)動力矩平衡技術(shù)，使β轉(zhuǎn)動均勻。
2.XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括垂直(Z)和水平(X)兩向精密滑動板導(dǎo)軌和小螺距副傳動結(jié)構(gòu)，其連接方式為XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)剛性固定在內(nèi)環(huán)左內(nèi)側(cè)。垂直(Z)和水平(X)兩向精密滑動板導(dǎo)軌通過小螺距副傳動結(jié)構(gòu)與手動調(diào)節(jié)旋紐連接。
3.被測探頭夾板被測探頭用被測探頭夾板夾緊，被測探頭夾板為一對尼龍夾板，其中一塊夾板用2只Y位置調(diào)節(jié)螺絲固定在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的Z滑板上。夾板上的安裝孔是長條形孔，可使固定夾板時在Y方向用螺絲進(jìn)行夾板位置的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)，保證二者間位置的精密調(diào)節(jié)和準(zhǔn)直定向，①被測探頭夾具的空間位置可調(diào)整，使扇形掃描(凸陣、相控陣、機(jī)械扇掃)及寬波束探頭的扇面中心，精確地定位于其坐標(biāo)系的原點(diǎn)，被測探頭既可繞Y軸在β角方向步進(jìn)式精密掃描。也可讓水聽器沿y方向直線掃描。保證了測量扇掃探頭的Iob和Pmax時的精確度。而NPL系統(tǒng)無此調(diào)節(jié)功能，不能正確測定扇掃探頭的Iob與Pmax。②水聽器安裝支架的設(shè)計，使其兩個旋轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)在水面上方便地進(jìn)行。NPL系統(tǒng)只有一個旋轉(zhuǎn)角可調(diào)節(jié)。
采用單片機(jī)的三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過RS232接口與計算機(jī)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制，也可在操作面板上手工控制。該系統(tǒng)包括單片機(jī)系統(tǒng)板、接口板、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、位置傳感器，其連接方式為計算機(jī)經(jīng)RS232接口與單片機(jī)系統(tǒng)板連接；單片機(jī)系統(tǒng)板通過接口板分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、位置傳感器及操作面板上的控制鍵(紐)相連，3個步進(jìn)電機(jī)分別與水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)中x，y方向的兩套絲桿-拖板電動機(jī)構(gòu)中的絲桿及內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)軸相連。單片機(jī)系統(tǒng)板通過接口板把控制信號傳送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，產(chǎn)生掃描運(yùn)動。來自位置傳感器的位置信號與限位信號或操作面板控制鍵(紐)的操作信號經(jīng)接口板傳送到單片機(jī)系統(tǒng)加以處理后，通過RS232接口進(jìn)入計算機(jī)，供計算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。
三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)在驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的同時，接收來自編碼器的位置脈沖，精確確定電機(jī)轉(zhuǎn)角以確定運(yùn)動的坐標(biāo)。實(shí)現(xiàn)水聽器分別對線陣探頭和扇形掃描(凸陣、相控陣和機(jī)械扇掃)探頭及高頻微形寬波束導(dǎo)管式探頭的換能器輸出端面聲場的平面和圓柱面精密掃描，以測量其波束輸出聲功率和-6dB超聲波束面積，計算出準(zhǔn)確的Iob。
用水聽器測量被測探頭向水槽發(fā)射超聲的聲場中空間聲壓波形分布信號，輸入示波器-計算機(jī)；參考水聽器采集被測探頭的固定波束超聲脈沖，輸入示波器用作觸發(fā)信號，成為時間基準(zhǔn)；計算機(jī)對水聽器信號、編碼器信號進(jìn)行采集；存儲；計算，并控制掃描驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對聲場的掃描運(yùn)動。
針對以往的測量系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的自由度過少(如NPL系統(tǒng)只有5個自由度)不能精確地調(diào)節(jié)到超聲探頭的波束軸與水聽器的指向性最大方向的準(zhǔn)直狀態(tài)，更無法實(shí)現(xiàn)對扇形掃描探頭的端面柱面掃描的情況。本發(fā)明中被測探頭具有三個直線移動自由度(X，Y，Z)軸方向和繞X，Y，Z軸旋轉(zhuǎn)的三個轉(zhuǎn)角自由度α，β，γ，使探頭的波束的定向和定位十分精確而便捷。而水聽器的支架具有x，y，z三個直線移動自由度和兩個轉(zhuǎn)角自由度α’，β’。經(jīng)過精心調(diào)節(jié)這11個自由度可以保證探頭發(fā)射波束和水聽器接收指向性最大方向?qū)崿F(xiàn)聲學(xué)共軸。在被測探頭支架上安裝有可調(diào)節(jié)位置和方位的參考水聽器，它與探頭間相對位置剛性固定，故能接收到自動掃描狀態(tài)下探頭向特定方向發(fā)射的超聲掃描線組的聲脈沖信號，并輸入示波器作為觸發(fā)信號(時間參考點(diǎn))，保證了示波器的同步和波形穩(wěn)定顯示。
在聲學(xué)共軸條件下，通過調(diào)節(jié)水聽器上位置手輪，令水聽器沿聲束軸移動同時在示波器上觀察聲壓波形和另一彩色顯示器上顯示出計算機(jī)即時算出的電壓波形平方積分值，找到最大負(fù)電壓值p-和最大電壓波形平方積分值的空間位置，算出相應(yīng)的空間峰值時間平均聲強(qiáng)Ispta和最大負(fù)聲壓p-，測量最大聲功率Pmax和輸出波束聲強(qiáng)Iob時，要將水聽器調(diào)節(jié)到探頭的中心軸線最靠近端面的位置處，當(dāng)被測探頭為線陣時，水聽器在xy平面內(nèi)作兩維平面自動掃描。當(dāng)被測探頭為凸陣(或?qū)挷ㄊ筋^)時，應(yīng)該調(diào)節(jié)探頭架的XZ位置旋鈕，轉(zhuǎn)動β角，使B超屏幕上水聽器聲像位于左右兩側(cè)時的位置相互對稱且到聲象圖中心角頂點(diǎn)的距離處處相等，表明凸陣聲中心位于Y軸上，然后啟動程序，探頭便自動繞Y軸以Δβ角步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，水聽器在凸陣表面實(shí)施圓柱面自動掃描。在示波器上選出中心波束后加以放大，然后啟動計算機(jī)專用軟件，控制步進(jìn)電機(jī)帶動水聽器及探頭運(yùn)動，令水聽器沿探頭表面自動掃描，進(jìn)行水聽器信號電壓平方波形的時間積分和空間積分，最后自動計算出Pmax和Iob值。
整個測量裝置采用一個參考水聽器，提取自動掃描狀態(tài)下被測探頭發(fā)射聲場中的特定波束群的聲脈沖信號，作為參考信號與示波器的觸發(fā)信號，以穩(wěn)定信號波形的顯示，并以此作為掃描周期中的時間參考點(diǎn)。寬頻帶、高采樣率和大存儲量并內(nèi)置計算機(jī)的高級示波器與應(yīng)用軟件結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行后續(xù)處理，控制系統(tǒng)中的部分運(yùn)動機(jī)構(gòu)以完成最大聲功率Pmax和輸出波束聲強(qiáng)Iob的測量，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互界面，完成數(shù)據(jù)記錄、存儲及打印。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明創(chuàng)建了一種具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)，保證二者間位置的精密調(diào)節(jié)和準(zhǔn)直定向；采用單片機(jī)的三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水聽器在x，y方向的高精度直線掃描和被測探頭繞Y軸旋轉(zhuǎn)角β的高精度步進(jìn)角度掃描；采用寬頻帶、高采樣率和大存儲量并內(nèi)置計算機(jī)的高級示波器，可同時進(jìn)行信號采集、存儲處理和電機(jī)控制，滿足測量要求；采用敏感元件直徑為0.6mm的PVDF壓電薄膜針形水聽器，其頻響高達(dá)10MHz以上。本發(fā)明能夠全面完成對各種工作模式的超聲診斷儀在自動掃描狀態(tài)下國標(biāo)16846-1997規(guī)定的全部指標(biāo)參數(shù)的測量。


圖1本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)1、三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)2、存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)3、測量水聽器和參考水聽器4，附屬設(shè)備5，以及機(jī)械構(gòu)架6，其連接關(guān)系為測量水聽器和參考水聽器4通過夾具固定在具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)1上，測量水聽器和參考水聽器4的電纜直接與存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)3的信號輸入端相連接，三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)2通過RS232接口經(jīng)電纜與存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)3的信號輸出端連接，三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)2經(jīng)驅(qū)動電纜和信號電纜與具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)1連接，附屬設(shè)備5與存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)3相連，具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)1設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架6上。
具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)1包括水槽32、被測探頭調(diào)節(jié)支架7、水聽器8、水聽器安裝調(diào)節(jié)支架9、水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)10，其連接方式為水槽32為有機(jī)玻璃大圓桶，位于整個系統(tǒng)正中底座26之上；水聽器8及水聽器安裝調(diào)節(jié)支架9位于水槽32中，水聽器安裝調(diào)節(jié)支架9由兩個U形支架11互相垂直絞連構(gòu)成，水聽器8固定在其中一個開口向上的U形支架11上，U形支架11上設(shè)有兩個調(diào)節(jié)旋紐27，水聽器安裝調(diào)節(jié)支架9設(shè)置在水聽器8的升降桿28下端，升降桿28的上端設(shè)置在水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)10上，被測探頭調(diào)節(jié)支架7設(shè)置在水槽32中。
水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)10包括z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12和x，y方向兩套絲桿-拖板電動機(jī)構(gòu)13。其連接方式為z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12采用齒輪齒條嚙合，與水聽器8的升降桿28連接，并帶動升降桿28上下運(yùn)動；z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12固定在x，y方向兩套絲桿-拖板電動機(jī)構(gòu)13上，采用步進(jìn)電機(jī)帶動水聽器升降桿28作x，y方向直線運(yùn)動，整個水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)10設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架6的門字形的立柱29上。
被測探頭調(diào)節(jié)支架7包括α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15，被測探頭夾板16，其連接方式為被測探頭調(diào)節(jié)支架7固定在機(jī)械構(gòu)架6底座兩側(cè)的兩個弧形立柱上，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15固定在α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14的內(nèi)環(huán)左邊內(nèi)側(cè)，在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15Z方向的滑板上安裝被測探頭夾板14，用調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)被測探頭的X位置和Z位置。
α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14采用三環(huán)陀螺架式三軸轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，外環(huán)17由兩對固定在兩個弧形立柱30上的圓弧形導(dǎo)軌18和滑塊19組成，在底座兩側(cè)的兩個弧形立柱30上的圓環(huán)形軌跡上固定一對圓弧形導(dǎo)軌18，在圓弧形導(dǎo)軌18上安裝一對圓弧形滑塊19，通過兩個滑塊19中的軸孔安裝X方向共軸的兩段可轉(zhuǎn)動的曲軸，調(diào)節(jié)滑塊19可繞Z軸沿圓形軌跡轉(zhuǎn)動，改變γ角；中環(huán)20成圓形，在其直徑方向外側(cè)用外環(huán)滑塊19軸孔內(nèi)的兩段曲軸固定，可用手輪帶動繞X軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)α角；內(nèi)環(huán)21呈帶四個大圓角的正方形，其旋轉(zhuǎn)軸線位于與X軸線同一個水平面內(nèi)并與X軸垂直，Y旋轉(zhuǎn)軸安裝在中環(huán)20的直徑方向上的軸瓦內(nèi)，可以繞Y旋轉(zhuǎn)軸，其轉(zhuǎn)角β可以用手輪帶動，也可用步進(jìn)電機(jī)帶動。
XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15包括垂直Z和水平X兩向精密滑動板導(dǎo)軌33、小螺距副傳動結(jié)構(gòu)34，其連接方式為XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15側(cè)剛性固定在內(nèi)環(huán)左內(nèi)側(cè)。垂直(Z)和水平(X)兩向精密滑動板導(dǎo)軌33通過小螺距副傳動結(jié)構(gòu)方式與手動調(diào)節(jié)旋紐連接。
被測探頭夾板16為一對尼龍夾板，其中一塊夾板用2只Y位置調(diào)節(jié)螺絲固定在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15的Z滑板上，夾板上的安裝孔是長條形孔，固定夾板時在Y方向用螺絲調(diào)節(jié)夾板位置。
三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)2采用單片機(jī)，包括單片機(jī)系統(tǒng)板22、步進(jìn)電機(jī)23、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器24、位置傳感器25，其連接方式為計算機(jī)經(jīng)RS232接口與單片機(jī)系統(tǒng)板22連接；單片機(jī)系統(tǒng)板22通過接口板分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器24、位置傳感器25及操作面板上的控制鍵相連，3個步進(jìn)電機(jī)23分別與水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)中x，y方向的兩套絲桿-拖板電動機(jī)構(gòu)13中的絲桿及內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)軸相連。
機(jī)械構(gòu)架6包括底座26、立柱31，立柱31又包括門字形的立柱29和兩個弧形立柱30，門字形的立柱29設(shè)置在底座30后方，弧形立柱30設(shè)置在底座26兩側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測量系統(tǒng)，主要包括三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)(2)、存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)(3)、測量水聽器和參考水聽器(4)、附屬設(shè)備(5)、機(jī)械構(gòu)架(6)，其特征在于，還包括具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)(1)，其連接關(guān)系為測量水聽器和參考水聽器(4)通過夾具固定在具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)(1)上，測量水聽器和參考水聽器(4)的電纜直接與存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)(3)的信號輸入端相連接，三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)(2)通過RS232接口經(jīng)電纜與存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)(3)的信號輸出端連接，三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)(2)經(jīng)驅(qū)動電纜和信號電纜與具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)(1)連接，附屬設(shè)備(5)與存儲示波器-計算機(jī)系統(tǒng)(3)相連，具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)(1)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測量系統(tǒng)，其特征是，三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)(2)采用單片機(jī)，包括單片機(jī)系統(tǒng)板(22)、步進(jìn)電機(jī)(23)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(24)、位置傳感器(25)，其連接方式為計算機(jī)經(jīng)RS232接口與單片機(jī)系統(tǒng)板(22)連接，單片機(jī)系統(tǒng)板(22)通過接口板分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(24)、位置傳感器(25)及操作面板上的控制鍵相連，步進(jìn)電機(jī)(23)與水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)中x，y方向的兩套絲桿-拖板電動機(jī)構(gòu)(13)中的絲桿及內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)軸相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測量系統(tǒng)，其特征是，機(jī)械構(gòu)架(6)包括底座(26)、立柱(31)，立柱(31)包括門字形的立柱(29)和弧形立柱(30)，門字形的立柱(29)設(shè)置在底座(26)后方，弧形立柱(30)設(shè)置在底座(26)兩側(cè)。
4.一種醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測量系統(tǒng)的具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)，其特征在于，具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)(1)包括水槽(32)、被測探頭調(diào)節(jié)支架(7)、水聽器(8)、水聽器安裝調(diào)節(jié)支架(9)、水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)，其連接方式為水槽(32)為有機(jī)玻璃大圓桶，位于整個系統(tǒng)正中底座(26)之上，水聽器(8)及水聽器安裝調(diào)節(jié)支架(9)位于水槽(32)中，水聽器安裝調(diào)節(jié)支架(9)由兩個U形支架(11)互相垂直絞連構(gòu)成，水聽器(8)固定在其中一個開口向上的U形支架(11)上，U形支架(11)上設(shè)有兩個調(diào)節(jié)旋紐(27)，水聽器安裝調(diào)節(jié)支架(9)設(shè)置在水聽器(8)的升降桿(28)下端，升降桿(28)的上端設(shè)置在水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)上，被測探頭調(diào)節(jié)支架(7)設(shè)置在水槽(32)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)包括z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(12)和x，y方向的兩套絲桿-拖板電動機(jī)構(gòu)(13)，其連接方式為z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(12)采用齒輪齒條嚙合，與水聽器(8)的升降桿(28)連接，并帶動升降桿(28)上下運(yùn)動，z方向手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(12)固定在x，y方向兩套絲桿-拖板電動機(jī)構(gòu)(13)上，通過步進(jìn)電機(jī)帶動水聽器升降桿(28)作x，y方向直線運(yùn)動，整個水聽器三維掃描機(jī)構(gòu)(10)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架(6)門字形的立柱(29)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，被測探頭調(diào)節(jié)支架(7)包括α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(14)，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)，被測探頭夾板(16)，其連接方式為被測探頭調(diào)節(jié)支架(7)固定在機(jī)械構(gòu)架(6)底座兩側(cè)的兩個弧形立柱(30)上，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)固定在α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(14)內(nèi)環(huán)(21)左邊內(nèi)側(cè)，在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)Z方向的滑板上設(shè)置被測探頭夾板(16)，用調(diào)節(jié)旋鈕(27)調(diào)節(jié)被測探頭的X位置和Z位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，α、β、γ角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(14)采用三環(huán)陀螺架式三軸轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，外環(huán)(17)由兩對固定在兩個弧形立柱(30)上的圓弧形導(dǎo)軌(18)和滑塊(19)組成，在底座兩側(cè)的兩個弧形立柱(30)上的圓環(huán)形軌跡上固定一對圓弧形導(dǎo)軌(18)，在圓弧形導(dǎo)軌(18)上設(shè)置一對圓弧形滑塊(19)，通過兩個滑塊(19)中的軸孔安裝X方向共軸的兩段可轉(zhuǎn)動的曲軸，調(diào)節(jié)滑塊(19)繞Z軸沿圓形軌跡轉(zhuǎn)動，中環(huán)(20)成圓形，在其直徑方向外側(cè)用外環(huán)滑塊(19)軸孔內(nèi)的兩段曲軸固定，用手輪帶動繞X軸旋轉(zhuǎn)，內(nèi)環(huán)(21)呈帶四個大圓角的正方形，其旋轉(zhuǎn)軸線位于與X軸線同一個水平面內(nèi)并與X軸垂直，Y旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在中環(huán)(20)的直徑方向上的軸瓦內(nèi)，繞Y旋轉(zhuǎn)軸，其轉(zhuǎn)角β用手輪帶動，或者用步進(jìn)電機(jī)帶動。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)包括垂直和水平兩向精密滑動板導(dǎo)軌(33)、小螺距副傳動結(jié)構(gòu)(34)，其連接方式為XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)剛性固定在內(nèi)環(huán)(21)左內(nèi)側(cè)，垂直和水平兩向精密滑動板導(dǎo)軌(33)通過小螺距副傳動結(jié)構(gòu)(34)方式與手動調(diào)節(jié)旋紐連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器精密定向和定位系統(tǒng)，其特征是，被測探頭夾板(16)為一對尼龍夾板，其中一塊夾板用兩只Y位置調(diào)節(jié)螺絲固定在XZ二維位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(15)的Z滑板上，夾板上的安裝孔是長條形孔，固定夾板時在Y方向用螺絲調(diào)節(jié)夾板位置。
全文摘要
醫(yī)用超聲設(shè)備聲輸出測量系統(tǒng)屬于醫(yī)學(xué)測量儀器領(lǐng)域，測量水聽器和參考水聽器固定在具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)上，測量水聽器和參考水聽器電纜與存儲示波器－計算機(jī)系統(tǒng)信號輸入端連接，三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)通過RS232接口經(jīng)電纜與存儲示波器－計算機(jī)系統(tǒng)信號輸出端連接，三維聲場掃描步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)經(jīng)驅(qū)動電纜和信號電纜與具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)連接，附屬設(shè)備與存儲示波器－計算機(jī)系統(tǒng)相連，具有11個自由度的被測探頭和測量水聽器雙向坐標(biāo)精密定向和定位系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)械構(gòu)架上。本發(fā)明能全面測量超聲診斷儀在掃描狀態(tài)下國標(biāo)16846－1997規(guī)定的全部指標(biāo)參數(shù)。
文檔編號G01H17/00GK1453562SQ0312892
公開日2003年11月5日 申請日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者壽文德, 夏榮民, 錢德初, 鄒桂根, 畢浩然 申請人:上海交通大學(xué)