专利名称：一种操控杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种操控杆，特别是一种用于X光机、计算机X射线断层扫描(CT)设 备、磁共振成像(MRI)设备等医疗系统的操控杆。
背景技术：
医疗系统越来越广泛地得到应用。对于医疗系统来说，需要保证在运动部件运动 时病人和操作者是安全的。所以对运动部件的运动控制的安全性要求很高，即，运动必须是 严格受控的。对于运动部件的控制，通常包括如下三个环节第一，运动控制信号的获取。通过控制台的人机界面输入运动控制信号，最常用的 有按键和操控杆两种方式。第二，运动控制信号的传输。一般通过开关信号或通讯总线的方式从控制台传输 到运动控制器。第三，运动的执行。一般由运动控制器的控制电机根据运动控制信号来执行相关 运动。由于运动控制信号的传输往往要经过很长的电缆和很复杂的电气环境，极其容易 受到电器环境干扰。在受到干扰的情况下，就有可能引起运动部件的误动作，造成安全隐 患。因此，通常在运动信号传输的过程中，提供一个抗干扰能力强的安全电流回路来控制运 动控制器的使能信号，就能保证在运动控制信号的传输过程中，即使受到干扰，也不会产生 误动作。对于按键方式来说，只要提供两路并联的触点，就可以驱动电流回路。而对操控杆 方式来说，驱动这样的安全电流回路就需要额外的电路设计。如图1所示，现有的操控杆800主要包括底座801、防水圈802、手柄803以及安全 回路按键804，其中，安全回路按键804通过两根引线(图中未示出)与医疗系统相连。基 于该操控杆800，操作者在操作过程中，需要使用一个手指按住操控杆800顶部的安全回路 按键804，接通安全回路，从而使得运动部件能够运动。然而，对于医疗系统来说，有很多运 动部件需要长时间的运动，则需要操作者一直操作与这些运动部件相关的操控杆，及易造 成操作者的手部疲劳，从而可能引起误操作。长时间的这种操作甚至还会造成操作者的手 部劳损等疾病。美国专利申请US5161679A1公开了如上所述的一种可用于操控杆的电触发开关， 该电触发开关包括一触发器、一触发器防护装置以及一安全开关。医疗系统领域的技术人员一直在寻找一种新的操控杆，使得操作者在操作操控杆 时不需要使用手指来按住安全回路按键，即可接通安全电流回路。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种操控杆，其目的在于，使得操作者在操作时不需要用 手指按住安全回路按键即可接通安全回路。
因此，本发明公开了一种操控杆，包括一个具有外壳的手柄，还包括一感应电极，设置在所述外壳内部，并且能够与所述外壳外部的人体形成一电容 器；一控制电路，与所述感应电极相连接，该控制电路在所述电容器(Cx)的电容量达 到一门限值时输出一控制信号。优选地，所述感应电极制作在第一柔性电路板上，所述第一柔性电路板卷绕在所 述外壳内，并且与所述外壳同轴布置。优选地，所述操控杆还包括一支撑骨架，第一柔性电路板卷绕在该支撑骨架上。在一种具体实施方式
中，所述控制电路为单键电容式触摸控制芯片。优选地，所述操控杆还包括一稳压电路，该稳压电路连接所述控制电路的电源输 入端上。在一种具体实施方 式中，所述稳压电路为低压差线性稳压器。可选地，所述感应电极制作在第一柔性电路板上，并且所述控制电路和稳压电路 设置在所述第一柔性电路板上。或者，所述操控杆还包括一支撑骨架，所述支撑骨架上设置 有复数个槽，用以固定所述控制电路和稳压电路。优选地，所述操控杆进一步包括一接地回路，该接地回路位于所述感应电极的内 侧。优选地，所述接地回路制作在第二柔性电路板上。优选地，所述接地回路与所述控制电路的地线端相连接。优选地，所述操控杆还包括一支撑骨架，所述第二柔性电路板卷绕在该支撑骨架 上。优选地，进一步在所述感应电极和所述控制电路之间并联连接有一个灵敏度反馈 电容器。从上述方案中可以看出，由于本发明利用操作杆外壳内部的感应电极与外部的人 手形成一个电容器，控制电路监测到该电容器的电容量达到某门限值时输出控制信号来接 通安全电流回路，从而使得操作者不需要用手指按安全回路按键，只需要人手在操作操控 杆时自然握住操控杆，即可接通安全电流回路。并且，本发明还将感应电极设置在柔性电路 板上，形成较大的接触面积和稳定的结构，有助于获得高的电容传感器的信噪比和提高电 容器的灵敏度。
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更 清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中图1为现有操控杆的示意图。图2为根据本发明一实施例的操控杆的示意图。图3为根据本发明一实施例的操控杆的手柄的内部结构示意图。图4为在图3所示操控杆中沿A-A’的横截面的示意图。图5为在图3所示操控杆中沿A-A’的横截面切开后的立体示意图。图6为根据本发明一实施例的操控杆的电路图。
图7为在本发明的一种实施方式中的操控杆外壳的结构示意图, 图8为根据本发明一实施例的操控杆内部结构的展开示意图。 其中，附图标记如下
100操控杆 103手柄 106控制电路 109接地电路 112支撑骨架 115操作者的手116套管 800操控杆 801基座
101基座 104外壳 107电源线 110第一柔性电路板 113灵敏度反馈电容器Cs 114稳压电路
117端盖 802防水圈
102防水圈
105感应电极
108输出线
111第二柔性电路板
803手柄 804安全回路按钮
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详 细说明。图2为根据本发明一实施例的操控杆的示意图。如图2所示，从操控杆的外面来 看，操控杆100主要包括一个手柄103。当然，也可以象图1所示的现有操控杆800那样进一步包括一个基座101和一个 防水圈102。基座101用来固定该操控杆100，例如，基座101上设置有复数个通孔，通过复 数个螺丝可以将基座101连同整个操控杆100固定在控制台上。防水圈102设置在基座 101和手柄103之间，用于防止水或类似物进入操控杆100的内部从而影响操控杆内部的电
气环境。与图1所示的现有操控杆800相比，图2所示的操控杆100不包括安全回路按钮 804。图3为根据本发明一实施例的操控杆100的手柄103的内部结构示意图。如图3 所示，操控杆100的手柄103包括一个外壳104、一个感应电极105和一个控制电路106。其 中，感应电极105制作在一个第一柔性电路板110上，第一柔性电路板110卷绕在外壳104 的内部，并且与外壳104同轴布置。并且如图6所示，感应电极105和外壳104外部的导体 (例如人体，尤其是操作者的手115) —起形成一个电容器Cx。当人手115远离操控杆100 时，电容器Cx的电容量很小，当人手115靠近操控杆100时，电容器Cx的电容量增大。如图7所示，外壳104可以包括一个空心的圆柱形套管116和一个端盖117，套管 116和端盖117可以通过螺纹、粘胶等手段固定在一起。也可以将圆柱形套管116和端盖 117作为一个零件(图中未示出)成形，从而可以避免后续的安装操作。外壳104将内部的 感应电极105与外部的人体(即，图6所示的操作者的手115)隔开一个固定的距离，有利 于获得稳定的灵敏度。另外，由于电容传感器的工作需要一定的接触面积，圆柱形的外壳有 利于区分人手和其它导体，因为基本上没有其它导体能够像人手那样，外形能够和手柄103 的外形吻合，从而达到足够的接触面积。外壳104可以使用硬质的绝缘材料制成，例如尼 龙。外壳的厚度可由本领域技术人员根据需要设置，例如设置为1mm。控制电路106与感应电极105相连接，并且控制电路106在电容器Cx的电容量达
5到一门限值时输出一个控制信号。显然地，控制电路106还与电源线107和输出线108相连 接。简便起见，图中对于电源线仅以一根线条来表示，本领域技术人员应知道具体实现时电 源线包括两根(火线和地线)或更多的线。其中，通过电源线107向控制电路106提供电力 供给，控制电路106通过输出线108向安全电流回路(图中未示出)发送控制信号，从而接 通安全电流回路。可以采用各种市售的合适芯片作为控制电路106，例如爱特梅尔(Atmel) 公司的单键电容式触摸控制芯片QT1011，该QTlOll芯片采用小型封装，适合于安装在本发 明实施例的操控杆手柄103这样狭小的空间内，并且外围电路简单，还可调节灵敏度。如图3、图6和图8所示，操控杆100可以进一步包括一个稳压电路114，该稳压电 路114连接在控制电路106的电源输入端上，即电源线107与控制电路106的电源输入端 之间。在一种实施方式中，采用低压差线性稳压器(LDO)作为稳压电路114。由于采用了稳 压电路114以保证向控制电路106提供稳定的电源电压，能够获得较高的控制电路106的 监测精度。进一步，操控杆100可以包括一个接地回路109。该接地回路与控制电路106的地 线端相连接，从而能够避免更多的连线。接地回路109可以为一个导体薄片，例如铜箔等。 为了更好地与感应电极105配合，接地回路可以设置在一个第二柔性电路板111上，而且， 如图4、图5和图8所示，第二柔性电路板111设置在第一柔性电路板的内侧。由于采用了 接地回路，能够获得较高的电容传感器信噪比和比较稳定的灵敏度。如图4和图5所示，为了能够稳定地支撑第一柔性电路板110和第二柔型电路板 111，本实施例的操控杆100可以进一步包括一个支撑骨架112，第二柔性电路板111和第一 柔性电路板110由内向外依次设置在该支撑骨架112上。支撑骨架112可以由硬质的绝缘 材料制成，例如尼龙。支撑骨架112和外壳104 —起将第一柔性电路板110和第二柔型电 路板111固定在支撑骨架112和外壳104两者之间。图8为一种实施方式中操控杆100的手柄103的内部展开示意图。如图8所示， 接地回路109设置在第二柔性电路板111上，感应电极105设置在第一柔性电路板110上。 控制电路106与感应电极105导电连接，在监测到电容器Cx的电容量达到门限值时通过输 出线108输出一控制信号(例如高电平信号)从而接通安全电流回路；而当人手115离开 操控杆100时，控制电路106输出的控制信号(例如低电平信号)从而关闭安全电流回路。 在电源线107与控制电路106之间连接有稳压电路114，以保证稳定的电源电压。第二柔性 电路板111和第一柔性电路板110依次卷绕地设置在支撑骨架112上，即，支撑骨架112支 撑着第二柔性电路板111和第一柔性电路板110。在一种实施方式中，还可以在支撑骨架上设置复数个槽，用以固定控制电路106 和稳压电路114，使得控制电路106和稳压电路114固定在这些槽内。在另一种实施方式 中，控制电路106和稳压电路114集成在第一柔性电路板110上。如图6所示，为了能够调节电容器Cx的监测范围，操控杆100可以进一步包括一 个灵敏度反馈电容器Cs 113，该灵敏度反馈电容器Cs并联连接在感应电极105和控制电路 106之间。通过调节灵敏度反馈电容器Cs的大小，可以调节电容器Cx的监测范围。Cs越 大，则Cx的监测范围越大；Cs越小，则Cx的监测范围越小。另外，在需要固定感应电极105 并固定监测范围的清况下，可以固定Cs的电容值。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种操控杆，包括一个具有外壳(104)的手柄(103)，其特征在于，还包括一感应电极(105)，设置在所述外壳(104)内部，并且能够与所述外壳外部的人体(115)形成一电容器(Cx)；一控制电路(106)，与所述感应电极(105)相连接，该控制电路在所述电容器(Cx)的电容量达到一门限值时输出一控制信号。
2.根据权利要求1所述的操控杆，其特征在于，所述感应电极(105)制作在第一柔性电 路板(110)上，所述第一柔性电路板卷绕在所述外壳(104)内，并且与所述外壳(104)同轴 布置。
3.根据权利要求2所述的操控杆，其特征在于，所述操控杆还包括一支撑骨架(112)， 第一柔性电路板(110)卷绕在该支撑骨架上。
4.根据权利要求1所述的操控杆，其特征在于，所述控制电路(106)为单键电容式触摸 控制芯片。
5.根据权利要求1所述的操控杆，其特征在于，所述操控杆还包括一稳压电路(114)， 该稳压电路连接所述控制电路(106)的电源输入端上。
6.根据权利要求5所述的操控杆，其特征在于，所述稳压电路(114)为低压差线性稳压器。
7.根据权利要求5所述的操控杆，其特征在于，所述感应电极(105)制作在第一柔性 电路板(110)上，并且所述控制电路(106)和稳压电路(114)设置在所述第一柔性电路板 (110)上；或者，所述操控杆还包括一支撑骨架(112)，所述支撑骨架(112)上设置有复数个槽，用以固 定所述控制电路(106)和稳压电路(114)。
8.根据权利要求1所述的操控杆，其特征在于，所述操控杆进一步包括一接地回路 (109)，该接地回路位于所述感应电极(105)的内侧。
9.根据权利要求8所述的操控杆，其特征在于，所述接地回路(109)制作在第二柔性电 路板(111)上。
10.根据权利要求8所述的操控杆，其特征在于，所述接地回路(109)与所述控制电路 (106)的地线端相连接。
11.根据权利要求8所述的操控杆，其特征在于，所述操控杆还包括一支撑骨架(112)， 所述第二柔性电路板(111)卷绕在该支撑骨架上。
12.根据权利要求1所述的操控杆，其特征在于，进一步在所述感应电极(105)和所述 控制电路(106)之间并联连接有一个灵敏度反馈电容器(Cs)。
全文摘要
本发明涉及一种操控杆，包括一个具有外壳(104)的手柄(103)，该操控杆还包括一感应电极(105)，设置在所述外壳(104)内部，并且能够与所述外壳外部的人体(115)形成一电容器(Cx)；一控制电路(106)，与所述感应电极(105)相连接，该控制电路在所述电容器(Cx)的电容量达到一门限值时输出一控制信号。根据本发明的技术方案，操作者不需要用手指按安全回路按键，只需要人手在操作操控杆时自然握住操控杆，即可接通安全电流回路，方便了操作者的操作。
文档编号H03K17/96GK101951253SQ20101026476
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者俞峰, 杨宁滔, 郭灿, 韩国军, 黄坚 申请人:上海西门子医疗器械有限公司