[发明专利]一种用于直驱型CT机架的在线不平衡质量检测和控制方法

说明书

本发明公开了一种用于直驱型CT机架的在线不平衡质量检测和控制方法，它主要利用CT装置内部的直驱电机和光栅码盘实现。在CT机架旋转扫描阶段，电机控制器采集光栅码盘反馈的位置信息，结合电机本体参数，经过负载转矩观测器、带通滤波器和锁相环处理后，估计不平衡质量的大小及相位信息，同时，还可以依据这些信息及时调整转矩电流大小，降低由于机架质量分布不平衡造成的转速波动。本发明无需采用额外的设备和传感器进行检测，无需停机，可在每次CT机架旋转扫描时进行检测，降低了质量不平衡故障的检测成本和难度，同时，对应的控制方法可在CT扫描阶段有效降低由不平衡质量造成的转速波动，提高扫描的精度。

技术领域

本发明属于CT检测控制技术领域，具体涉及一种用于直驱型CT机架的在线不平衡质量检测及控制方法。

背景技术

CT设备是医学诊断中不可缺少的医疗器械，其工作原理是：CT机架上分布的X射线管在机架匀速旋转过程中发射X射线束，经过人体后，由CT机架上的探测器捕获，计算机根据捕获到的信号进行图像重构，获得人体特定部位的医学影像。由于CT机架沿圆周方向分布着许多的探测装置，容易造成质量分布不平衡，在实际旋转过程中，不平衡的质量将引起转速波动和基座振动，进而影响成像的质量，严重情况下将造成设备损坏。

在CT的传统故障检测方法中，不平衡质量的离线检测需要借助专用的装夹设备，并采用人工调整的方式，操作复杂；在线检测目前主要是依靠振动传感器进行，增加了额外的安装成本，也有专利提出利用机架上的数据采集单元获得“波动链”估计不平衡质量，但对采样精度要求高，且需要傅里叶变换，存储数据量较大，存在检测不够及时的问题。因此在CT的故障检测中仍存在大量问题亟需解决。

发明内容

发明目的：本发明为了克服传统CT机架不平衡质量故障检测方法存在的不足，提供一种用于直驱型CT机架的在线不平衡质量检测及控制方法。

技术方案：一种用于直驱型CT机架的在线不平衡质量检测及控制方法，具体包括以下步骤：

(1)在进入CT机架匀速旋转阶段后，经过不平衡质量大小及相位判断模块分析不平衡质量大小及相位信息；

(2)对不平衡质量大小进行判断，超过临界值M时，立即控制CT停止运转；当不平衡质量小于M时，继续匀速运行，开启CT机架上的扫描设备，并加入转速波动控制模块，增加对应的转矩电流，降低转速波动。

进一步地，步骤(1)所述的不平衡质量大小及相位判断模板由负载转矩观测器、带通滤波器、锁相环组成。

进一步地，所述步骤(1)包括以下步骤：

(11)启动时，电机驱动器首先给定斜坡加速信号，检测到电机速度达到额定转速后，匀速运行，同时将电机的电流和位置信息输入控制器，通过负载转矩观测器计算负载转矩：

其中，为观测角速度，ω_m为实际角速度，为观测转矩，p为电机极对数，为电机磁链参数，通过离线辨识或在线辨识等方法获得；

(12)计算得到后，经过带通滤波器滤波得到与转速同频的信号T_d，并借助锁相环检测不平衡质量大小m及相位角θ，具体步骤为：T_d分别与光栅码盘检测到的机架位置θ₀的正余弦函数sin(θ₀)、cos(θ₀)相乘，经过低通滤波后，分别得到直流信号X、Y，通过下式计算θ及m：

其中，R为CT机架半径。

进一步地，步骤(2)所述的转速波动控制模块，通过不平衡质量大小及相位判断模块估计的不平衡质量大小、相位角以及电机当前旋转位置，计算出需要补偿的转矩电流，降低由于不平衡质量引起的转速波动。