Рентгеновский генератор

 

РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий высокочастотный преобразователь , вход питания которого подключен к выходу нерегулируемого выпрямителя, а выходы соединены с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через умножитель напряжения к параллельно соеди- , ненным рентгеновской трубке и делителю напряжения, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель , первый элемент ИЛИ, два триггера , три элемента И, первый пороговый элемент и одновибратор, причем выходы источника опорного напряжения и делителя напряжения соединены с входами дифференциального усилителя, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу первого триггера, выходы которого соединены с первыми входами первого и второго .элементов И, вторые входы которых соединены с выходом второго триггера, а выходы подключены к управляющим входам высокочастотного преобразователя, измерительный выход которого подключен через первый поррговьш элемент к первому входу третьего элемента И, вход запуска генератора подключен к первому входу второго триггера, и через одновибратор - к второму входу третьего элемента И, отлич. ающийс я тем, что, с целью повышения точности вьщержки р.ежимов работы и помехозащищённости, в генератор введены компаратор, второй и третий пороговьй элементы, второй элемент ИЛИ, формирователь и пороговый ин (Л тегратор, причем измерительный выход высокочастотного преобразователя дополнительно подключен к первому входу компаратора и через второй noporoBbiji элемент - к первому %ходу второго элемента Ш1И, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, выход дифференциального усилителя подключен к второ . му входу компаратора, выход первого ;О порогового элемента и выход компаратора соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И подключен через последовательно соединенные формирователь и пороговый интегратор к второму входу второго элемента ИЛИ, а выход делителя напряжения дополнительно подключен через третий пороговый элемент к третьему - входу второго элемента ИЛИ.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИК (19) Я0 (!1}

4(51) Н 05 G 1/32 (.о ч 73

f, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3658806/24-25 (22) 04.11.83 (46) 23.06.85. Вюл. ¹ 23 (?2) А.И.Лисицын . (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 621.386(088.8) (56) 1. Шмелев В ° К. Рентгеновские аппараты. M., "Энергия", 1973, с. 147-154.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 784032, кл. Н 05 G 1/32, 1979

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3623914/18-25, кл. Н 05 6 1/32, 15.07.83. (54) (57) РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий высокочастотный преоб. разователь, вход питания которого подключен к выходу нерегулируемого выпрямителя, а выходы соединены с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через умножитель напряжения к параллельно соеди- . ненным рентгеновской трубке и делителю напряжения, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, первый элемент ИЛИ, два триггера, три элемента И, первый пороговый элемент и одновибратор,.причем выходы источника опорного напряжения и делителя напряжения соединены с входами дифференциального усилителя, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу первого триггера, выходы которого соединены с первыми вхбдами первого и второго, элементов И, вторые-входы которых соединены с выходом второго триггера, а выходы под-. ключены к управляющим входам высокочастотного преобразователя, измерительный выход которого подключен через первыи пороговый элемент к первому входу третьего элемента И, вход запуска генератора подключен к первому входу второго триггера, и через одновибратор - к второму входу третье- го элемента И, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьппения точности выдержки режимов работы и помехозащищенности, в генератор введены компаратор, второй и третий пороговый элементы, второй элемент

ИЛИ, формирователь и пороговый интегратор, причем измерительный выход высокочастотного преобразователя дополнительно подключен к первому входу компаратора и через второй пороговый элемент — к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, выход дифференциального усилителя подключен к второму входу компаратора, выход первого порогового элемента и выход компаратора соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И подключен через последовательно соединенные формирователь и пороговый интегратор к второму входу второго элемента KIN а выход делителя напряжения дополнительно подключен через третий пороговый элемент к третьему . входу второго элеменI та ИЛИ.

11б3491

Изобретение относится к рентгеновской технике и может применяться при создании мощных малогабаритных рентгеновских генераторов, работающих на высокой частоте питания глав- 5 ной цепи.

Известны рентгеновские генераторы, работающие на частоте промышленной сети 50 Гц, содержащие рентгеновскую трубку и высоковольтный тран-10 сформатор, в которых регулировка высокого напряжения осуществляется путем переключения числа, витков в первичной обмотке высоковольтного трансформатора или с помощью вариа- И тора (Ц .

Недостатком этих генераторов являются их большие размеры и вес, определяемые низкой частотой питания и громоздкими средствами регулирования 20 напряжения на трубке.

Известен рентгеновский генератор, содержащий соединенные последовательно регулируемый выпрямитель, высокочастотный преобразователь напряже- >5 ния, умножитель напряжения и рентгеновскую трубку, параллельно которой подключен делитель напряжения, устройство для вычисления времени разряда конденсаторов, источник опорно- 30 го напряжения, элемент сравнения и экстрематор, соединенный с входами элемента И, выход которого соединен с входами ключа, подключенного к фильтру,, второй источник опорного напряжения и пиковый детектор, соединенные с двумя элементами сравнения, которые соединены через корректирующую схему с модулятором f2) .

Недостатками этого генератора <0 являются его сложность, а также ограничение по допустимым пределам регулирования мощности генератора, что связано с амплитудно-фазовым регулированием и работой на постоян- 45 ной частоте.

Наиболее. близким к изобретению по технической сущности является рентгенЬвский генератор, содержащий высокочастотный преобразователь, 50 вход питания которого подключен к выходу нерегулируемого выпрямителя, а выходы соединены с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через умножитель напряжения к параллельно соединенным рентгеновской трубке и делителю напряжения, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, к входам которого подключены выходы делителя напряжения и источника опорного напряжения, преобразователь напряжения в длительность импульсов, к рабочему входу которого подключен выход дифференциального усилителя, первый элемент ИЛИ, два триггера, два трехвходовых и один двухвходовый элементы И, пороговый элемент и одновибратор, причем выход элемента HJIH под.— ключен к входу первого триггера, выходы которого соединены с первыми входами трехвходовых элементов И, вторые входы которых соединены с выходом второго триггера, а третьи - с выходом преобразователя напряжения в длительность импульсов, а выходы подключены к управляющим входам высокочастотного преобразователя, измерительный выход которого подключен через первый пороговый элемент к первому входу двухвходового элемента И, а вход запуска генератора подключен к первому входу второго триггера и через одновибратор — к второму входу третьего элемента И.

В генераторе обеспечена автоматическая подстройка под резонансную частоту высокочастотного преобразователя, что позволяет его использовать в широком диапазоне регулирования мощности рентгеновских аппаратов, Недостатки известного генератора связаны с использованием аналогового преобразователя напряжения в длительность импульсов. При работе высокочастотного преобразователя на частоте 5-10 кГц длительности импульсов, формируемых преобразователем напряжения в длительность, составляют несколько десятков микросекунд, и для обеспечения требуемой точности установки и стабилизации напряжения на трубке, т.е. выдержки режимов работы, должны устанавливаться с точностью до микросекунды, что приводит к существенному усложнению преобразователя напряжения в длительность импульсов. Кроме того, в известном генераторе защита от перегрузки осуществляется по одноимпульсной схеме, что может привести к ложному срабатыванию схемы защиты.

Цель, изобретения — повышение точности выдержки режимов работы и помехозащищенности.

1163491

На фиг. 1 показана схема рентгеновского генератора на фиг.2 — диаграмПоставленная цель достигается тем, что в рентгеновский генератор, содержащий высокочастотный преобразо.— ватель, вход питания которого подключен к выходу нерегулируемого выпрямителя, а выходы соединены с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через умножитель напряжения к параллельно соединенным рентгеновской трубке и делителю напряжения, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, первый элемент ИЛИ, два триггера, три элемента И, первый пороговый элемент и 15 одновибратор, причем выходы источника опорного напряжения и делителя напряжения соединены с входами дифференциального усилителя, выход первого.элемента ИЛИ подключен к входу 20 первого триггера, выходы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом второго триггера, а выходы подключены к т управляющим входам высокочастотного преобразователя, измерительный выход которого подключен через первый пороговый элемент к первому входу третьего элемента И, вход запуска генератора подключен к первому входу второго триггера и через одновибратор— к второму входу третьего элемента И, введены компаратор, второй и третий пороговый элементы, второй элемент З5

ИЛИ, формирователь и пороговый инте. гратор, причем измерительный выход высокочастотного преобразователя дополнительно подключен к первому входу компаратора и через второй порого- 40 вый элемент — к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, выход дифференциального усилителя подключен к второму входу компаратора, выход первого порогового элемента и выход компаратора соединены с входами первого элемента

ИЛИ, выход третьего элемента И подключен через последовательно соеди- 50 ненные формирователь и пороговый интегратор к второму входу второго элемента ИЛИ, а выход делителя напряжения дополнительно подключен через третий пороговый элемент к третьему 55 входу второго элемента ИЛИ. мы напряжений, поясняющие принцип работы генератора .

Генератор содержит нерегулируемый выпрямитель 1, высокочастотный преобразователь 2, трансформаторный датчик 3 тока, высоковольтный трансформатор 4, умножитель 5 напряжения, рентгеновскую трубку 6, измерительный делитель 7 напряжения, источник 8 опорного напряжения (ИОН), дифференциальный усилитель 9, первый и второй элементы И 10 и 11, первый триггер

12, первый элемент ИЛИ 13, первый и второй пороговые элементы 14 и 15, компаратор 16, одновибратор 17, второй триггер 18, второй элемент ИЛИ

19, пороговый интегратор 20> формирователь 21, третий элемент И 22 и третий пороговый элемент 23.

В рентгеновском генераторе выход нерегулируемого выпрямителя подключен к входу питания высокочастотного преобразователя 2 через трансформаторный датчик 3 тока, образующий измерительный выход преобразователя

2. Выходы последнего подключены к первичной обмотке высоковольтного трансформатора 4, вторичная обмотка которого подключена к входу умножителя 5 напряжения, на выходе которого включена рентгеновская трубка 6 и параллельно ей — измерительный делитель 7 напряжения. Выход делителя

7 и ИОН 8 подключены к входам дифференциального усилителя 9. К управляющим входам преобразователя 2 подключены выходы первого и второго элементов И 10 и 11, к первым входам которых подключены выходы первого тригге-ра 12; вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ 13. Дат- чик 3 тока подключен к входам первого и второго пороговых элементов 14 и 15, а также одному входу компаратора 16, к другому входу которого подключен выход дифференциального усилителя 9. Выход компаратора 16 подключен к одному входу первого элемента ИЛИ 13,, к другому входу которого подключен выход второго порогового элемента И 15.

Вход "Пуск" генератора подключен к входу одновибратора 17 и к одному входу второго триггера 18, к другому. входу которого подключен выход трехвходовой схемы ИЛИ 19, к первому входу которой подключен выход первого порогового элемента 14, к второму

1163491 входу - выход порогового интегратора 20, к входу которого через формирователь 21 подключен выход третьего элемента И 22, к входам которого подключены выход второго порогового S элемента 15 и выход одновибратора 17, а к третьему входу элемента ИЛИ 19 подключен выход третьего порогового элемента 23, к входу которого подключен выход делителя 7 напряжения. Выход второго триггера 18 подключен к вторым входам первого и второго элементов И 10 и 11.

На фиг.2 представлены .диаграммы следующих сигналов: 24 — диаграмма выходного сигнала датчика 3 тока (j), значения пороговых сигналов на входах первого порогового элемента 14 (1 „„), второго порогового элемента

15 (1„ и на входе компаратора 16 И (1 ), 25-27 — диаграммы выходных сигналов соответственно второго порогового элемента 15, компаратора

16 и первого порогового элемента 14, 28 и 29 — диаграммы выходных сигналов 5 соответственно первого и второго элементов И 10 и 11, 30 — диаграмма выходного сигнала одновибратора 17, 31 и 32 — диаграммы времан прохождения тока через транзисторы и рекупе- 30 ративные диоды соответственно одного и другого плеч высокочастотного преобразователя 2; 33 — диаграмма выходного сигнала триггера 18.

Генератор работает следующим обра-.И зом.

Нерегулируемый выпрямитель 1 (диодный мост с фильтром) обеспечивает выпрямление напряжения питания сети и заряд фильтра до его амплитудного значения. При включении генератора по входу "Пуск" запускается одновибратор 17 и на его выходе устанавливается сигнал "0" (диаграмма 30), Второй триггер 18 устанавливается в состояние, при котором на его выходе имеется сигнал "1" (диаграмма 33), который подается на входы элементов

И 10 и 11. Первый триггер 12 находится в одном из своих состояний, когда на одном из его выходов присутствует сигнал "i" °

На выходе соответствующего элемента И, например, элемента И 10, появляется сигнал (диаграмма 28), который поступает на базы транзисто- ров одного из плеч преобразователя

2 и открывает их. Через первичную обмотку высоковольтного трансформатора

4 начинает протекать ток, и напряжение с его вторичной обмотки поступает на умножитель 5, который умножает его, выпрямляет и подает на рентгеновскую трубку 6. С помощью

ИОН 8 задается величина напряжения, которое должно установиться на рентгеновской трубке 6. с

В состав высокочастотного преобразователя 2 входит трансформаторный датчик 3 тока, который вырабатывает сигнал, пропорциональный мгновенному значению тока, протекающего через преобразователь 2 (диаграмма 24) и подаваемый на входы пороговых элементов 14 и 15, а также на вход компаратора 16. На пороговом элементе 14 устанавливается такое значение порога „, которое недопустимо для нормальной работы устройства и при достижении которого устройство должно быть немедленно выключено во избежание выхода из строя каких-либо его элементов, например транзисторов преобразователя 2, трансформатора

4 или диодов умножителя 5. На пороговом элементе 15 устанавливается

4 значение тока 1до„, которое нельзя превьппать, но которое допустимо для элементов устройства в течение непродолжительного времени.

В

В первый момент времени напряжение на выходе умножителя 5 и соответственно на выходе делителя 7 равно ну- лю и на выходе дифференциального усилителя 9 имеется максимальное напряжение, которое может, например, 1 превышать значения порогов ад и О

Поскольку в первый момент времени конденсаторы умножителя 5 не заряжены, ток через первичную обмотку высоковольтного трансформатора 4 возрастает достаточно быстро и достигает порога срабатывания порогового элемента 15 (импульс а, диаграмма 24),который при этом срабатывает и выдает на своем выходе короткий импульс (диаграмма 25). Этот импульс проходит через элемент ИЛИ 13 и перебрасывает триггер 12 в другое положение, в результате чего управляющий сигнал на входе и выходе элемента И 10 и на базах транзисторов первого ключа преобразователя 2 исчезает и появляется на входе и выходе элемента И 11 и на базах транзисторов другого плеча преобразователя 2.

1163491 8

Транзисторы первого плеча закрываются, однако благодаря накопленной энергии в высоковольтном трансформаторе 4 в его первичной обмотке возникает ЭДС самоиндукции, под действи- 5 ем которой ток через первичную обмотку не прекращается мгновенно, а продолжает течь через рекуперативные диоды другого плеча, постепенно уменьшаясь до нуля. Хотя на базах 1P транзисторов второго плеча в это время имеется управляющий сигнал, они остаются закрытыми, так как они .в это время зашунтированы открытыми рекуперативными диодами и на них имеет-15 ся обратное напряжение ЭДС самоиндукции. Когда ток в первичной обмотке уменьшается до нуля и рекуперативные диоды закрываются, открываются транзисторы другого плеча и через 20 ,первичную обмотку трансформатора 4 под действием напряжения питания с выпрямителя 1 течет ток в другом направлении, совпадая с обратным током, возникающим в первичной обмотке 25 под действием ЭДС самоиндукции.

Скорость нарастания и спадания тока при этом определяется резонансными характеристиками высоковольтного трансформатора 4, которые зависят 3g от его параметров и от его нагрузки, т.е. от выходной мощности генератора.

На диаграммах 31 и 32 показано время протекания тока через первичную обмотку. Заштрихованная часть показывает время, в течение которого открыты транзисторы, а незаштрихованная часть †вре, в течение которого ток течет через рекуперативные диоды. Описанный процесс повторяется.gp

По мере прохождения импульса тока конденсаторы умножителя 5 заряжаются, скорость нарастания импульсов тока уменьшается (импульс о, диаграмма

24), напряжение на выходе умножите- 4 ля 5 .и на выходе делителя 7 напряжения увеличивается и разностный -сигнал на выходе дифференциального усилителя 9 уменьшается (сигнал 1 диаграмма 24). Начиная с некоторого 50 момента времени сигнал с выхода дифференциального усилителя 9 становит-\ ся меньше1ма и 1Р. В этом случаеэ ма Кс когда очередной импульс тока на датчике 3 вырастает до величины 1, на-М чинает происходить срабатывание компаратора 16, который при этом будет выдавать на своем выходе короткие импульсы (диаграмма 26), которые проходят через элемент ИЛИ 13 и переключают триггер 12. В результате длительность импульсов протекания тока начинает определяться моментом срабатывания компаратора 16 (импульсы 3-3 диаграмма 24). Процесс протекания тока при этом происходит аналогично. описанному.

По мере заряда конденсаторов умножителя 5 напряжение на его выхо- де увеличивается, разностный сигнал с выхода дифференциального усилителя 9 уменьшается и амплитуда импульсов тока, определяемая моментом срабатывания компаратора 16, также уменьшается, пока устройство не выйдет на заданный режим, т.е. пока не установится заданное напряжение на рентгеновской трубке 6, определяемое уставкой NOH 8. При этом генератор находится в динамическом равновесии с заданным режимом, а именно при уменьшении напряжения на трубке 6 увеличивается разностный сигнал на выходе дифференциального усилителя

9, что приводит к увели ению значеI ния, при котором срабатывает компаратор 16, а значит — к увеличению амплитуды импульса тока и соответственно к увеличению напряжения на рентгеновской трубке и наоборот, т.е. автоматически осуществляется стабилизация напряжения на трубке.

Как видно из диаграмм(31 и 32 во всех случаях осуществляется автоматическое формирование защитных интервалов между моментами протекания токов через трансформаторы одного и другого плеч преобразователя 2.

При запуске устройства по входу

"Пуск" одновибратор 17 устанавливается в положение, при котором на его. выходе присутствует сигнал "О" и находится в этом положении в течение времени, равного или несколько больше времени выхода устройства на режим (диаграмма 30) . Поэтому в течение переходного периода, когда амплитуда импульсов тока достигает порога срабатывания порогового элемента 15, импульсы с его выхода не проходят через элемент И 22 и не останавливают устройство.

После выхода устройства на режим одновибратор перебрасывается, и на его выходе появляется сигнал "1", который поступает на вход элемента

9 1163491 10

И 22. В дальнейшем при работе устрой- диаграмма 24), то компаратор 16 и ства в нормальном режиме уровень пороговый элемент 15 срабатывают, сигнала <к находится ниже порога но не успевают переключить плечи срабатывания порогового элемента 15,,преобразователя 2, ток достигает поамплитуда тока ограничивается ком- 5 рога срабатывания порогового элеменпаратором 16 и поэтому пороговый та 14, и сигнал с его выхода (диаэлемент 15 не срабатывает. грамма 27) проходит через элемент

Если же установлен тяжелый режим ИЛИ 19 и переключает триггер 18, по нагрузке, превышающий допустимую останавливая устройство.

% норму для аппарата, или если во При повышении напряжения на рентвторичной цепи питания трубки прои- геновской трубке больше .допустимого зошло какое-либо нарушение, что при- для нее значения срабатывает пороводит к понижению напряжения на говый элемент 23, сигнал с которого, трубке, то разностный сигнал с вы- пройдя через элемент ИЛИ 19, также хода дифференциального усилителя 9 1З останавливает устройство.

1 увеличивается, сигнал становится Таким образом, в предлагаемом больше порога срабатывания порогово- генераторе отсутствует такой сложго элемента 15 и последний начина- ный аналоговый блок, как преобразоет срабатывать. Импульсы с его выхо- ватель напряжения в длительность да проходят через элемент И 22,фор- 20 импульсов. Вывод на режим и стабимируются на формирователе 21 и накал- лизация режима осуществляются неполиваются на пороговом. интеграторе 20. средственно по анодному напряжению

Если перегрузка продолжается больше на трубке, минуя промежуточное предопустимого времени, то при накоп- образование в длительность импульсоилении заданного количества импульсов 2 В результате этого точность .установпороговый интегратор 20 выдает на ки и стабилизация режима работы в своем выходе импульс, который прохо- предлагаемом устройстве выше, чем дит через элемент ИЛИ 19 и переключа- в известном. ет триггер 18 (диаграмма 33) в ре- Генератор выполнен из элементов, зульгате чего сигнал "t" на его вы- Зр работающих в ключевых режимах, что ходе исчезает, элементы И 10. и 11 значительно упрОщает его и облег- закрываются, и устройство останав- чает настройку при серийном производливается. Введение ограничения ам- стве аппаратов, имеет высокую помеплитуды тока, допустимого в течение хозащищенность от импульсных помех и некоторого времени, и накопление З в то же время обеспечивает мгновенсигнала в течение этого времени обес- ное выключение при образовании корот печивает требуемую помехозащищен- . кого замыкания в первичной цепи пиность устройства при кратковременных тания трубки. Генератор работает в понижениях напряжения, например от режиме автоподстройки по частоте преодиночных пробоев по.маслу, которые 4р образования и по длительности имне нарушают общую работоспособность пульсов под резонансные характерисустройства. тики высоковольтного трансформатоЕсли короткое замыкание произош- ра, которые зависят от типа трансфорло в цепи преобразователя 2 или пер- матора и режима нагрузки, т.е. геневичной обмотки трансформатора 4, gg ратор применим в моноблоках на разчто приводит к мгновенному росту то- личные напряжения и различные мощноска через трансформаторы (импульс б, ти.

1163491

1163491

Фиг.2

Составитель К.Кононов

Техред A.Aö . Корректор С.Шекмар

Редактор Н.Яцола

Филиал ППП "Патент", гъ Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4114/56 Тираж 794 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,;",аушская наб... д. 4/5