1.本公开涉及粒子治疗装置技术领域，具体涉及一种电荷频率转换电路、转换方法及粒子治疗剂量监测装置。
背景技术：2.在粒子治疗装置中，剂量监测是影响该治疗系统的关键因素。为使肿瘤受到准确的剂量照射、保障医疗装置的安全性与可靠性，需要对辐照剂量进行实时测量与监控，为医生和物理人员提供重要的控制数据。通常在治疗系统中，用于剂量监测的探测器输出的微弱电流信号跨度能达到六个数量级(ρa～μa)，电荷频率转换电路将该微弱电流信号转换成频率信号，通过计数器读取频率信号，即可快速获得照射剂量。现有技术中的电荷频率转换电路为了保证转换精度，一般将电路工作频率尽量设计的比较低，导致其分辨率很难提高，给产品性能的升级换代带来一定困难。而且电荷频率转换电路的工作过程中，会跨越很大的工作环境温度区间，由于电子元器件的性能受环境温度影响，可能会导致电路自身出现温漂问题，并且随着工作时间延长，温漂问题更为严重，且具有不确定性，无法保证电路转换的线性度及重复性。
技术实现要素：3.为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种电荷频率转换电路、转换方法及粒子治疗剂量监测装置，旨在解决现有技术中电荷频率转换电路的积分死时间长、线性度差及无温漂补偿等技术问题。
4.本公开的第一个方面提供了一种电荷频率转换电路，包括：积分电路，用于对输入电流信号进行积分处理，输出一电压信号；调幅电路，其与积分电路连接，用于将电压信号的幅值进行降幅处理，输出降幅后的电压信号；数字模拟转换器，用于输出一阈值电压信号；比较器，其第一输入端与数字模拟转换器的输出端连接，第二输入端与调幅电路的输出端连接，用于对降幅后的电压信号及阈值电压信号进行比较，输出一脉冲信号；整形电路，其与比较器的输出端连接，用于对脉冲信号的幅值和脉宽进行调整，输出一目标脉冲信号；控制电路，其与整形电路的输出端及数字模拟转换器的输入端连接，用于根据环境温度及该目标信号的脉冲频率对数字模拟转换器进行实时补偿，以使数字模拟转换器输出补偿后的阈值电压；其中，该补偿后的阈值电压用于在下一子周期时与降幅后的电压信号进行比较，以使比较器根据比较结果输出下一子周期所对应的脉冲信号。
5.进一步地，控制电路包括：fpga芯片，其输入端a12与整形电路的输出端连接，输入端a11与温度采集模块的输出端连接，输出端a0～a9与数字模拟转换器的数据输入端b0～b9连接，用于根据环境温度及该目标脉冲信号的脉冲频率对数字模拟转换器进行实时补偿，以使数字模拟转换器输出补偿后的阈值电压；锁存器，其与fpga芯片的输出端a10连接，用于根据fpga芯片输出的电平信号ttl1对积分电路的积分状态进行调整。
6.进一步地，积分电路包括：第一运放器u1，其正向输入端接地，负向输入端与输入
电流端iin连接，输出端与调幅电路的输入端连接；与锁存器连接的双刀双掷开关，其一端与输入电流端iin连接，另一端与第一运放器u1的负向输入端连接；第一电容c1，设置于双刀双掷开关中。
7.进一步地，双刀双掷开关包括：第一开关ka1、第二开关kb2、第三开关kb1及第四开关ka2；其中，第一开关ka1及第二开关kb2依次设置于输入电流端iin与第一运放器的输出端之间，第三开关kb1及第四开关ka2依次设置于第一运放器u1的负向输入端与第一运放器u1的输出端之间，第一开关ka1及第四开关ka2构成一对开关且同时被锁存器(620)输出的第一控制信号控制，第二开关kb2及第三开关kb1构成一对开关且同时被锁存器输出的第二控制信号控制；其中，第一开关ka1及第四开关ka2构成的对开关的开合状态与第二开关kb2及第三开关kb1的构成的对开关的开合状态相反。
8.进一步地，积分电路还包括：复位开关kcl，其与第一电容c1并联，用于该电荷频率转换电路的初始状态复位。
9.进一步地，fpga芯片中的逻辑单元包括计数器，当计数器的计数值达到一阈值时，fpga芯片输出一高平信号，该高平信号用于锁存器调整双刀双掷开关的开合状态，以使电荷频率转换电路进入下一周期。
10.进一步地，该逻辑单元还包括：温度补偿参数模块、频率补偿参数模块及运算模块；其中，温度补偿参数模块用于根据温度采集模块采集的pcb板温度及目标脉冲信号的输出频率进行线性拟合，得到一温度校准系数；频率补偿参数模块用于根据目标脉冲信号的脉冲频率与输入电流iin进行线性拟合，得到一频率校准系数；运算模块用于实时根据目标脉冲信号的脉冲频率、温度校准系数及频率校准系数输出补偿后的阈值电压。
11.本公开的第二个方面提供了一种电荷频率转换方法，该方法基于本公开第一个方面提供的电荷频率转换电路实现，包括：向积分电路中输入一输入电流iin，积分电路进入积分工作状态，输出一电压信号；调幅电路将电压信号的幅值进行降幅处理，输出降幅后的电压信号；比较器对降幅后的电压信号及数字模拟转换器输出的阈值电压信号进行比较，输出一脉冲信号；整形电路对脉冲信号的幅值和脉宽进行调整，输出一目标脉冲信号；控制电路根据环境温度及该目标信号的脉冲频率对数字模拟转换器进行实时补偿，以使数字模拟转换器输出补偿后的阈值电压；其中，该补偿后的阈值电压用于在下一子周期时与降幅后的电压信号进行比较，以使比较器根据比较结果输出下一子周期对应的脉冲信号。
12.进一步地，该方法还包括：当控制电路中的计数器计数达到一阈值时，控制电路输出一控制信号控制积分电路的积分状态，以使电荷频率转换电路进入下一积分周期。
13.本公开的第三个方面提供了一种粒子治疗剂量监测装置，包括：如本公开第一个方面提供的电荷频率转换电路，该电荷频率转换电路用于将电流信号转换成频率信号。
14.本公开提供了一种电荷频率转换电路，该电路采用积分电路输出电压与数字模拟转换器(dac)产生的不断改变的阈值压进行比较产生输出脉冲的方法，延长积分时间，减少电荷泄放次数。利用整形电路进行精确控制阈值电压，根据环境温度及输出频率对数字模拟转换器输出的阈值电压进行实时补偿，改善了电荷频率的转换线性误差，实现了电荷到频率的高精度转换。
附图说明
15.为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
16.图1示意性示出了现有技术中的电荷频率转换电路的原理图；
17.图2示意性示出了根据本公开实施例的电荷频率转换电路的原理图；
18.图3示意性示出了根据本公开实施例的电荷频率转换电路的电路图；
19.图4示意性示出了根据本公开实施例的fpga芯片校准原理图；
20.图5示意性示出了根据本公开实施例的电荷频率转换电路的工作时序图；
21.图6示意性示出了根据本公开实施例的电荷频率转换电路的电荷频率转换线性度示意图。
具体实施方式
22.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
23.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
24.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
25.在粒子治疗时，治疗终端通过使用大量的剂量电离室来实现辐射剂量的实时监测，剂量电离室输出的是微弱电流信号。将微弱电流信号转换为脉冲信号，采用计数器对脉冲个数进行计数即可完成对束流强度和剂量的实时监测，进而为医生和物理人员提供数据，确保辐照剂量的准确。对于微弱电流脉冲信号需要经过一系列的前端处理、转换和放大后才能读出，对这类微弱信号进行处理的时候需要注意噪声、干扰，特别是处理速度方面的问题。因此，研制高精度的微弱电流频率转换电路成为亟待解决的问题。
26.如图1所示为现有技术中的电荷频率转换电路的原理图，该电荷频率转换器技术基本可以满足常规的剂量监测与控制需求。但是，在工作时仍会存在如下的问题：1)、积分死时间长：现有技术方案中每输出一个脉冲即泄放一次，积分死时间很大，影响不同剂量率下的线性度；2)、线性度差：现有技术方案中积分电容泄放的电荷量由控制信号微分产生的电流脉冲或控制脉冲电流源得到，如果微分信号不一致或脉冲电流作用时间不足以将电路恢复至起始状态，则每次泄放的电荷量不完全相等，导致线性度比较差；3)、电路容易卡死：现有技术方案中两个模拟开关sw1和sw2切换时，产生的瞬间噪声影响积分效果，并且输出频率受制于最小开关切换时间的影响。输出频率接近于最小开关时间时，电路容易卡死，需断电恢复；4)、无温漂补偿装置：电荷频率转换电路在工作过程中，会跨越很大工作环境温度区间，由于电子元器件的性能受环境温度影响很大，现有技术无温漂补偿装置，可能会导致元器件发生温漂现象，进而导致线性度和稳定性变差。
27.随着粒子治疗装置性能的提升、flash治疗等技术的应用，束流强度明显增加，剂量监测的探测器输出的电流信号明显增加，这对电荷频率转换器在宽量程范围内的线性度、精度和稳定性都提出更高的要求。
28.为解决现有技术存在的问题，本公开提供了一种电荷频率转换电路，该电路采用积分电路输出电压与数字模拟转换器dac产生的不断改变的阈值压进行比较产生输出脉冲的方法，延长积分时间，减少电荷泄放次数。利用整形电路进行精确控制阈值电压，根据环境温度及输出频率对数字模拟转换器输出的阈值电压进行实时补偿，改善了电荷频率的转换线性误差，实现了电荷到频率的高精度转换。
29.图2示意性示出了根据本公开实施例的电荷频率转换电路的原理图。
30.如图2所示，该电荷频率转换电路100包括：积分电路10、调幅电路20、数字模拟转换器30、比较器40、整形电路50、控制电路60及温度采集模块70。
31.本公开的实施例中，积分电路10用于对输入电流信号iin进行积分处理，输出一电压信号。具体地，积分电路10包括第一运放器u1、第一电容c1及双刀双掷开关，积分电路10通过对输入的电流信号iin进行积分处理，并在第一电容c1上积分将输入电流信号iin转换成电压信号。
32.如图3所示，第一运放器u1的正向输入端接地，负向输入端与输入电流端iin连接，输出端与调幅电路20的输入端连接。双刀双掷开关由锁存器620控制开合状态，其主要包括：第一开关ka1、第二开关kb2、第三开关kb1及第四开关ka2。其中，第一开关ka1及第二开关kb2依次设置于输入电流端iin与第一运放器的输出端之间，第三开关kb1及第四开关ka2依次设置于第一运放器u1的负向输入端与第一运放器u1的输出端之间，第一开关ka1及第四开关ka2构成一对开关且同时被锁存器620输出的第一控制信号控制，第二开关kb2及第三开关kb1构成一对开关且同时被锁存器620输出的第二控制信号控制。本公开的实施例中，第一开关ka1及第四开关ka2构成的对开关的开合状态与第二开关kb2及第三开关kb1的构成的对开关的开合状态相反，即：当第一开关ka1及第四开关ka2构成的对开关关闭时，第二开关kb2及第三开关kb1的构成的对开关为打开状态；反之，当第一开关ka1及第四开关ka2构成的对开关打开时，第二开关kb2及第三开关kb1的构成的对开关为关闭状态。
33.本公开的实施例中，调幅电路20，其与积分电路10连接，用于将电压信号的幅值进行降幅处理，输出降幅后的电压信号。
34.具体地，如图3所示，调幅电路20包括：第一电阻r1、第二电阻r2及第二运放器u2。第一电阻r1的一端与第一运放器u1的输出端连接，另一端与第二运放器u2的负向输入端及第二电阻r2的一端连接，第二运放器u2的正向输入端接地，第二电阻r2的另一端与第二运放器u2的输出端连接。调幅电路20通过调整电路中第一电阻r1和第二电阻r2电阻比值，对积分电路10的输出电压进行衰减，以保证其输出的电压与dac的输出电压范围兼容，以此来增大积分电路10输出的范围。
35.本公开的实施例中，比较器40，其第一输入端与数字模拟转换器30的输出端连接，第二输入端与调幅电路20的输出端连接，用于对降幅后的电压信号及数字模拟转换器30输出的阈值电压信号进行比较，输出一脉冲信号。
36.具体地，如图3所示，比较器40的正向输入端与第二运放器u2的输出端连接，其负向输入端与数字模拟转换器30的输出端vout连接，比较器40对将调幅电路20输出的电压信
号和数字模拟转换器30输出的阈值电压信号vref进行比较，若正向输入端的电压高于反向输入端的阈值电压，则比较电路40输出一个脉冲信号至整形电路50。
37.本公开的实施例中，整形电路50，其与比较器40的输出端连接，用于对脉冲信号的幅值和脉宽进行调整，输出一目标脉冲信号。
38.具体地，如图3所示，整形电路50包括：d触发器u4、二极管d1、第三电阻r3及第二电容c2。其中，d触发器u4的时钟输入端与比较器40的正相输出端连接，其d端与高电平vcc连接，清零端clr与第三电阻r3一端连接，反相输出端与fpga芯片610的输入端a12连接，反相输出端为该电荷频率转换电路100的输出端output。第三电阻r3的另一端与第二电容c2连接且接地，第二电容c2的另一端与二极管d1连接，二极管d1的另一端连接于d触发器u4的反相输出端本公开的实施例中，整形电路50主要用于对比较器40产出的脉冲的幅值和脉宽进行调整，以使其满足实际应用需求。
39.本公开的实施例中，控制电路60，其与整形电路50的输出端及数字模拟转换器30的输入端连接，用于根据环境温度及该目标信号的脉冲频率对数字模拟转换器30进行实时补偿，以使数字模拟转换器30输出补偿后的阈值电压。其中，该补偿后的阈值电压用于在下一子周期时与降幅后的电压信号进行比较，以使比较器根据比较结果输出下一子周期对应的脉冲信号。
40.具体地，如图3所示，控制电路60包括：fpga芯片610、锁存器620，第一反相器inva及第二反相器invb，其中，锁存器620包括第一锁存器latcha及第二锁存器latchb。fpga芯片610的输入端a12与整形电路50的输出端output连接，输入端a11与温度采集模块70的输出端连接，输出端a0～a9与数字模拟转换器30的数据输入端b0～b9连接，fpga芯片610用于根据环境温度及该目标脉冲信号的脉冲频率对数字模拟转换器30进行实时补偿，以使数字模拟转换器30输出补偿后的阈值电压，该补偿后的阈值电压用于与在下一周期时与降幅后的电压信号进行比较，以使比较器40根据比较结果输出下一子周期对应的脉冲信号。
41.进一步地，fpga芯片610的输出端a10与第一锁存器latcha的e端及第二锁存器latchb的en端连接，第二锁存器latchb的输出端q通过第一反相器inva与第一锁存器latcha的输入端d连接，第一锁存器latcha的输出端q与第二锁存器latchb的输入端d连接，并且与有双刀双掷开关相连接，其中，其与开关对kb1/kb2直接相连接，与开关对ka1/ka2通过第二反相器invb连接，确保双刀双掷开关中的两组开关在任何时候的状态都是相反的，第一锁存器latcha与第二锁存器latchb的reset端r与开关kc1直接与该电荷频率转换电路100的reset键相连接，以使该电荷频率转换电路100初始开启时完成电路的重置。
42.根据本公开的实施例，如图4所示，fpga芯片610中的逻辑单元包括：计数器、温度补偿参数模块、频率补偿参数模块及运算模块。
43.其中，计数器用于一个周期内输出的目标脉冲信号的计数，举例而言，一个周期输出的目标脉冲信号数量达到一最大阈值(如1024、2048等)时，此时积分电路10中的积分电容c1上的电压达到饱和状态，必须对积分电容c1进行泄放，通过fpga芯片610的输出端a10输出一高电平至锁存器620，以使锁存器620对双刀双掷开关中的开关对ka1/ka2、kb1/kb2的状态进行控制，进行积分电容c1泄放的同时使得该电荷频率转换电路100进入下一积分周期。温度补偿参数模块用于根据温度采集模块70采集的pcb板温度及目标脉冲信号的输
出频率进行线性拟合，得到一温度校准系数，以用于每个子周期信号的温度补偿。频率补偿参数模块用于根据目标脉冲信号的脉冲频率与输入电流iin进行线性拟合，得到一频率校准系数。运算模块用于实时根据目标脉冲信号的脉冲频率、温度校准系数及频率校准系数输出补偿后的阈值电压。
44.本公开的实施例中，该电荷频率转换电路100的工作原理为：输入电流信号iin进入积分电路10，此时kal/ka2闭合、kb1/kb2打开，积分电路10进行积分工作，积分电路10输出电压信号进入调幅电路20，调幅电路20中的第一电阻r1和第二电阻r2将积分电路10输出的电压信号进行降幅处理，以确保调幅电路20输出的电压范围在dac输出的阈值电压范围内，随着积分电路10输出电压的持续增加，调幅电路20的输出电压也随着增加，当调幅电路20的输出电压增加到比较器的阈值电压vref时，比较器u3输出一个上升沿信号，该上升沿信号进入到由d触发器u4构成的整形电路50中，整形电路50中的第三电阻r3和第二电容c2组成的rc电路把输入脉冲调整成一定宽度和幅值的脉冲信号，整形好后的脉冲直接输入到输出端output。fpga芯片采集pcb板的温度，并监测实时输出的脉冲频率，结合校准系数计算出阈值电压，通过改变dac 30的输出电压，控制阈值电压，进而改变输出脉冲的频率，提高电路精度。随着积分电路10的持续积分，dac 30输出电压也持续增加，当fpga芯片610的计数器达到最大阈值时，fpga芯片610的输出端a10为高电平，对应的积分电路中的积分电容c1上的电压达到饱和状态，此时需对积分电容进行泄放。第一锁存器latcha和第二锁存器latchb根据fpga芯片610给出的高电平信号，产生一个ttl1信号输出至锁存器620，以使锁存器620输出一ttl2信号反转来控制积分电路10中的双刀双掷开关开合状态，由ka1/ka2闭合、kb1/kb2打开切换为ka1/ka2打开、kb1/kb2闭合；然后积分电路10继续进行下一周期的积分工作。以此循环，该电荷频率转换电路100就这样周而复始的进行工作，将输入的电流信号转换为频率信号。
45.本公开的实施例中，该电荷频率转换电路100的工作时序图如图5所示，其中，阶梯状波形为dac 30的输出波形，直线型波形为积分电路10经调幅电路30衰减后输出的波形。每个周期内积分电压与阈值电压多次比较，大大减少了死时间时长。该电荷频率转换电路100每产生一个输出脉冲所代表固定的输入电荷量δq可以由以下关系式获得：
46.δq＝k
×c×
knt
×
knf
×
vref
47.其中，vref表示dac 30每个子周期内增加的标准步进电压；knt表示阈值电压温度校准系数；knf为阈值电压频率校准系数；c表示积分电容c1的值；k＝r1/r2。则输入信号的总电荷量q＝n
×
δq，n为单位时间内该电荷频率转换电路100输出的脉冲计数值(即一个周期内的子周期)。可知，输入电荷量δq主要取决于积分电容c1和dac30输出每次增加的标准步进电压值即vref的取值，因此电荷频率转换电路100的精度及线性度可通过温度校准系数和频率校准系数来进行改善提升。
48.具体地，阈值电压温度校准系数knt可以通过一下方式获得：通过n阶多项式拟合公式可获的输出频率ft与温度t的关系，具体公式可表示为：ft＝a0+a1×
t+a2×
t2+a3×
t3+
…
+an×
tn。为确定公式中多项式拟合阶数n及各次项系数(a0、a1、
…
、an)，将该电荷频率转换电路100在全温内工作，以5℃为间隔，测量脉冲信号的计数值，将测量的计数值与温度值进行曲线拟合，找到最适合的拟合阶数，拟合时可以将温度值作为横坐标，计数值作为纵坐标，得到温度值计数值曲线，然后采用最小二乘法进行拟合，找到最适合的拟合阶数。温度
校准系数knt＝ft
标
/ft，其中ft标为设定环境温度下的脉冲频率，该设定温度一般在25℃～30℃，ft为测量脉冲频率。将n阶多项式拟合系数储存在温度补偿参数模块，该电荷频率转换电路100工作时根据采集到的环境温度t计算出阈值电压温度校准系数knt。
49.进一步地，通过n阶多项式拟合公式可获设定环境温度下的脉冲频率f
t标
与输入电流iin的关系，具体公式如下：iin＝b0+b1×ft标
+b2×ft标2
+b3×ft标3
+
…
+bn×ft标n
；为确定公式中多项式拟合阶数n及各次项系数(b0、b1、
…
、bn)，将电路工作在设定环境温度下工作，在全电流范围内以10na为间隔，测量脉冲信号的计数值，将测量的计数值与实际的输入电流进行曲线拟合，找到最适合的拟合阶数，拟合时可以将实际输入电流iin作为横坐标，脉冲频率f
t标
作为纵坐标，得到输入电流-脉冲频率曲线，然后采用最小二乘法进行拟合，找到最适合的拟合阶数。频率校准系数knf＝(f
t标
×
δq)/iin，其中iin为实际的输入电流，f
t标
为当前的输出脉冲频率，δq为预先设计的每个脉冲代表的固定电荷量。电路工作时根据采集到的输出脉冲频率计算出阈值电压频率校准系数knf。
50.如图4所示，该电荷频率转换电路100可实现对目标脉冲信号的输出频率实时校准，fpga芯片610可以将频率和温度信息通过串口传给pc机，pc机控制电流源输出电流，控制修改dac值，当输出频率精度最佳时，记录dac的值。多个电流值逐点进行校准，最后将数据发给fpga芯片610保存，fpga芯片610根据校准系数、脉冲频率和温度计算dac补偿后的阈值电压。
51.校准结果表明：当环境温度为25℃时，输入-30pa～-10ua的电流，输出频率为60hz～20mhz，精度为1％，温度在25
±
15℃时，精度仍然可以控制在2％。如图6所示，本公开提供的电荷频率转换电路100的转换精度及线性度明显改善，更加接近于理论值。
52.本公开的提供的电荷频率转换电路，其采用积分电路输出电压与数字模拟转换器(dac)产生的不断改变的阈值电压进行比较产生输出脉冲的方法，延长积分时间，提高了噪声抑制能力。同时，每个子周期内产生的每个脉冲代表的电荷量为常量，由dac的步进电压和积分电容的电容值共同决定，提高了电荷频率转换电路的精度和线性度。
53.本公开的另一方面提供了一种电荷频率转换方法，该方法基于上述实施例所示的电荷频率转换电路实现，包括：向积分电路10中输入一输入电流iin，积分电路10进入积分工作状态，输出一电压信号；调幅电路20将电压信号的幅值进行降幅处理，输出降幅后的电压信号；比较器40对降幅后的电压信号及数字模拟转换器30输出的阈值电压信号进行比较，输出一脉冲信号；整形电路50对脉冲信号的幅值和脉宽进行调整，输出一目标脉冲信号；控制电路60根据环境温度及该目标信号的脉冲频率对数字模拟转换器30进行实时补偿，以使数字模拟转换器30输出补偿后的阈值电压。其中，该补偿后的阈值电压用于在下一子周期时与降幅后的电压信号进行比较，以使比较器根据比较结果输出下一子周期对应的脉冲信号。
54.根据本公开的实施例，该方法还包括：当控制电路60中的计数器计数达到一阈值时，控制电路60输出一控制信号控制积分电路10的积分状态，以使电荷频率转换电路进入下一积分周期。
55.需说明的是，该电荷频率转换方法基于如图2～3所示的电荷频率转换电路100实现，此处对该电荷频率转换电路不再做详细的赘述。
56.本公开的再一方面提供了一种粒子治疗剂量监测装置，该装置包括：本公开上述
实施例所示的电荷频率转换电路100，该电荷频率转换电路100用于将电流信号转换成频率信号，以实现为粒子治疗装置提供稳定、精确的剂量监测。
57.尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本公开，但是这样的图示和描述应认为是说明性的或示例性的而非限制性的。
58.本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种范围组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
59.尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。
技术特征：1.一种电荷频率转换电路，其特征在于，包括：积分电路(10)，用于对输入电流信号进行积分处理，输出一电压信号；调幅电路(20)，其与所述积分电路(10)连接，用于将所述电压信号的幅值进行降幅处理，输出降幅后的电压信号；数字模拟转换器(30)，用于输出一阈值电压信号；比较器(40)，其第一输入端与所述数字模拟转换器(30)的输出端连接，第二输入端与所述调幅电路(20)的输出端连接，用于对所述降幅后的电压信号及所述阈值电压信号进行比较，输出一脉冲信号；整形电路(50)，其与所述比较器(40)的输出端连接，用于对所述脉冲信号的幅值和脉宽进行调整，输出一目标脉冲信号；控制电路(60)，其与所述整形电路(50)的输出端及所述数字模拟转换器(30)的输入端连接，用于根据环境温度及该目标信号的脉冲频率对所述数字模拟转换器(30)进行实时补偿，以使所述数字模拟转换器(30)输出补偿后的阈值电压；其中，该补偿后的阈值电压用于在下一子周期时与所述降幅后的电压信号进行比较，以使所述比较器根据比较结果输出所述下一子周期所对应的脉冲信号。2.根据权利要求1所述的电荷频率转换电路，其特征在于，所述控制电路(60)包括：fpga芯片(610)，其输入端a12与所述整形电路(50)的输出端连接，输入端a11与温度采集模块(70)的输出端连接，输出端a0～a9与所述数字模拟转换器(30)的数据输入端b0～b9连接，用于根据环境温度及该目标脉冲信号的脉冲频率对所述数字模拟转换器(30)进行实时补偿，以使所述数字模拟转换器(30)输出补偿后的阈值电压；锁存器(620)，其与所述fpga芯片(610)的输出端a10连接，用于根据所述fpga芯片(610)输出的电平信号ttl1对所述积分电路(10)的积分状态进行调整。3.根据权利要求2所述的电荷频率转换电路，其特征在于，所述积分电路(10)包括：第一运放器u1，其正向输入端接地，负向输入端与输入电流端iin连接，输出端与所述调幅电路(20)的输入端连接；与所述锁存器(620)连接的双刀双掷开关，其一端与所述输入电流端iin连接，另一端与所述第一运放器u1的负向输入端连接；第一电容c1，设置于所述双刀双掷开关中。4.根据权利要求3所述的电荷频率转换电路，其特征在于，所述双刀双掷开关包括：第一开关ka1、第二开关kb2、第三开关kb1及第四开关ka2；其中，所述第一开关ka1及所述第二开关kb2依次设置于所述输入电流端iin与所述第一运放器的输出端之间，所述第三开关kb1及所述第四开关ka2依次设置于所述第一运放器u1的负向输入端与所述第一运放器u1的输出端之间，所述第一开关ka1及所述第四开关ka2构成一对开关且同时被所述锁存器(620)输出的第一控制信号控制，所述第二开关kb2及所述第三开关kb1构成一对开关且同时被所述锁存器(620)输出的第二控制信号控制；其中，所述第一开关ka1及所述第四开关ka2构成的对开关的开合状态与所述第二开关kb2及所述第三开关kb1的构成的对开关的开合状态相反。5.根据权利要求3所述的电荷频率转换电路，其特征在于，所述积分电路(10)还包括：复位开关kc1，其与所述第一电容c1并联，用于该电荷频率转换电路的初始状态复位。
6.根据权利要求3所述的电荷频率转换电路，其特征在于，所述fpga芯片(610)中的逻辑单元包括计数器，当所述计数器的计数值达到一阈值时，所述fpga芯片(610)输出一高平信号，该高平信号用于所述锁存器(620)调整所述双刀双掷开关的开合状态，以使所述电荷频率转换电路进入下一周期。7.根据权利要求6所述的电荷频率转换电路，其特征在于，所述逻辑单元还包括：温度补偿参数模块、频率补偿参数模块及运算模块；其中，所述温度补偿参数模块用于根据所述温度采集模块(70)采集的pcb板温度及所述目标脉冲信号的输出频率进行线性拟合，得到一温度校准系数；所述频率补偿参数模块用于根据所述目标脉冲信号的脉冲频率与输入电流iin进行线性拟合，得到一频率校准系数；所述运算模块用于实时根据所述目标脉冲信号的脉冲频率、所述温度校准系数及所述频率校准系数输出所述补偿后的阈值电压。8.一种电荷频率转换方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1～7中任一项所述的电荷频率转换电路实现，包括：向积分电路(10)中输入一输入电流iin，所述积分电路(10)进入积分工作状态，输出一电压信号；所述调幅电路(20)将所述电压信号的幅值进行降幅处理，输出降幅后的电压信号；所述比较器(40)对所述降幅后的电压信号及数字模拟转换器(30)输出的阈值电压信号进行比较，输出一脉冲信号；所述整形电路(50)对所述脉冲信号的幅值和脉宽进行调整，输出一目标脉冲信号；所述控制电路(60)根据环境温度及该目标信号的脉冲频率对所述数字模拟转换器(30)进行实时补偿，以使所述数字模拟转换器(30)输出补偿后的阈值电压；其中，该补偿后的阈值电压用于在下一子周期时与所述降幅后的电压信号进行比较，以使所述比较器根据比较结果输出所述下一子周期对应的脉冲信号。9.根据权利要求8所述的电荷频率转换方法，其特征在于，该方法还包括：当所述控制电路(60)中的计数器计数达到一阈值时，所述控制电路(60)输出一控制信号控制所述积分电路(10)的积分状态，以使所述电荷频率转换电路进入下一积分周期。10.一种粒子治疗剂量监测装置，其特征在于，包括：如权利要求1～7中任一项所述的电荷频率转换电路，该电荷频率转换电路用于将电流信号转换成频率信号。
技术总结本公开提供了一种电荷频率转换电路及粒子治疗剂量监测装置，该转换电路包括：积分电路用于对输入电流信号进行积分处理，输出电压信号；调幅电路用于将电压信号的幅值进行降幅处理，输出降幅后的电压信号；数字模拟转换器用于输出阈值电压信号；比较器用于对降幅后的电压信号及阈值电压信号进行比较，输出脉冲信号；整形电路用于对脉冲信号的幅值和脉宽进行调整，输出目标脉冲信号；控制电路用于根据环境温度及该目标信号的脉冲频率对数字模拟转换器进行实时补偿，使数字模拟转换器输出补偿后的阈值电压；补偿后的阈值电压用于在下一子周期时与降幅后的电压信号进行比较，以使比较器根据比较结果输出下一子周期对应的脉冲信号。号。号。
技术研发人员：丁安邦 李生鹏 许娇 汪放
受保护的技术使用者：兰州科近泰基新技术有限责任公司
技术研发日：2022.07.07
技术公布日：2022/11/1
