Рентгеновский генератор

 

Использование: в рентгенотехнике. Сущность изобретения: в системах малогабаритных рентгеновских генераторах для автоматизации контроля, стабилизации мощности излучения и повышения эксплуатационной надежности использованы обратные связи по току и напряжению, стабилизация на основе использования генератора Ройера скважности управляющих импульсов и применены вычислительные средства, осуществляющие расчет и корректировку величины мощности излучения. 3 ил.

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к малогабаритным системам рентгеновских генераторов, и может быть использовано для контроля детекторов излучения, в дефектоскопии и при проведении биохимических и медицинских исследований.

Известен рентгеновский генератор [1], содержащий блок излучателя, состоящий из рентгеновской трубки с двумя электродами, анодом и катодом, высоковольтный трансформатор и два источника питания, связанные выходами соответственно с катодом рентгеновской трубки и входом высоковольтного трансформатора.

Известный генератор обеспечивает формирование рентгеновских импульсов, но не обеспечивает стабильность мощности в импульсе, что отрицательно влияет на результаты технологического контроля и проведение экспериментов, выполняемых с использованием генератора. В известном генераторе не обеспечивается автоматизация процесса формирования импульсов излучения, что приводит к значительному увеличению времени контроля и появлению субъективных ошибок контроля. Кроме того, высоковольтный трансформатор в известном генераторе вынесен из блока излучателя, что существенно снижает эксплуатационную надежность генератора.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является рентгеновский генератор [2], содержащий образующие блок излучателя рентгеновскую трубку с тремя электродами, анодом, катодом и сеткой и трансформатор с первичной обмоткой и первой вторичной обмоткой, а также пульт управления, электрически связанный с первичной обмоткой трансформатора.

Генератор-прототип не обеспечивает автоматическое управление процессами измерения и контроля, характеризуется большим временем подготовки генератора и осуществления контроля, не обеспечивает стабильность мощности излучения и энергетического спектра излучения. Указанные недостатки приводят к ухудшению метрологических показателей и эксплуатационных показателей процесса контроля.

Решаемой задачей изобретения является автоматизация процессов контроля (в частности, формирования импульсов излучения), повышение надежности и достоверности результатов исследований и расширение функциональных возможностей.

Поставленная задача в рентгеновском генераторе, содержащем образующие блок излучателя рентгеновскую трубку с тремя электродами, анодом, катодом и сеткой и трансформатор с первичной обмоткой и первой вторичной обмоткой, а также пульт управления, электрически связанный с первичной обмоткой трансформатора, достигаются за счет того, что блок излучателя дополнительно содержит конструктивно встроенные в него умножитель напряжения, выполненный по схеме Уолтона-Кокрофта в виде М экранированных секций, преобразователь тока, преобразователь напряжения, выполненный в виде резистивного делителя, одно из плеч которого состоит из М резисторов, расположенных последовательно по одному в каждой из М секций умножителя напряжения, трансформатор снабжен второй вторичной обмоткой, пульт управления выполнен в виде последовательно включенных блока управления и генератора Ройера, при этом вход первой секции умножителя напряжения и вход преобразователя тока электрически связаны с первой вторичной обмоткой трансформатора, выход последней (М-й) секции умножителя напряжения и вход преобразователя напряжения электрически связаны с анодом рентгеновской трубки, вторая вторичная обмотка трансформатора электрически связана с сеткой рентгеновской трубки, выход генератора Ройера электрически связан с первичной обмоткой трансформатора блока излучателя, а два входа блока управления электрически связаны с выходами преобразователя тока и преобразователя напряжения блока излучателя.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы малогабаритного рентгеновского генератора; на фиг.2 - схема преобразователя напряжения; на фиг.3 - схема преобразователя тока.

Система малогабаритного рентгеновского генератора содержит блок 1 излучателя, состоящий из конструктивно связанных между собой трехэлектродной рентгеновской трубки 2, имеющей три электрода: анод, катод и сетку, каскадного умножителя 3 напряжения, имеющего М секций, образующих повышающую и выравнивающую колонны, высокочастотного трансформатора 4, имеющего одну первичную обмотку 5, первую вторичную обмотку 6 и вторую вторичную обмотку 7, а также преобразователя 8 напряжения и преобразователя 9 тока. Первая вторичная обмотка 6 трансформатора 4 связана с входом умножителя 3 напряжения, выход которого связан с анодом рентгеновской трубки 2 и входом преобразователя 8 напряжения. Эта же вторичная обмотка связана с входом преобразователя 9 тока. Вторая вторичная обмотка 7 высокочастотного трансформатора 4 связана с сеткой рентгеновской трубки 2.

Система содержит также пульт 10 управления, состоящий из последовательно включенных блока 11 управления, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 12 и генератора 13 Ройера, выходом связанного с первичной обмоткой 5 высокочастотного трансформатора 4, источник 14 питания, выходом связанный с катодом рентгеновской трубки 2, а также два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) 15, 16, входами подключенные к выходам преобразователей 8, 9, а выходами связанные с двумя входами блока 11 управления (на практике функции блока 11 может выполнять микропроцессор или микроЭВМ с соответствующими периферийными устройствами).

Преобразователь 8 напряжения (фиг.2) выполнен в виде резистивного делителя, одно из плеч которого включает М резисторов R1...RМ, а другое - резистор RМ+1. Конструктивно резисторы R1...RМ располагаются в секциях М умножителя 3 напряжения (по одному резистору в каждой секции), а их номиналы выбираются такими, чтобы потенциал очередного резистора, например RК, соответствовал потенциалу К-й секции умножителя, в результате чего достигается требуемое выравнивание потенциала вдоль колонн умножителя и исключается возможность пробоя. Резистивный делитель осуществляет деление анодного напряжения до напряжения низкого уровня, поступающего на вход АЦП 15.

Преобразователь 9 тока (фиг.3), выполнен в виде резистивного делителя, состоящего из двух последовательно установленных резисторов R'и R" и емкости С, в которые ответвляется часть тока потребления Iпотумножителя 3 напряжения. Сигнал напряжения, снимаемый с второго резистора (Uпт = Iпот. R"), поступает на вход АЦП 16 и несет информацию о величине усредненного тока потребления Iум умножителя напряжения, а следовательно, о величине усредненного анодного тока Ia.

Предлагаемая система функционирует следующим образом.

Генератор 13 Ройера пульта 10 формирует в соответствии с программной уставкой, поступающей с выхода блока 11 (в виде кода) через ЦАП 12, управляющий высокочастотный (обычно порядка f = 5-10 кГц) сигнал в виде меандра (с амплитудой Uг и длительностью Тг), который поступает на первичную обмотку 5 трансформатора 4 блока 1. Одним из характерных свойств генератора Ройера является то, что скважность Q сигнала на его выходе всегда остается неизменной и равной двум. Высокочастотный трансформатор 4 преобразует низковольтный сигнал напряжения Uггенератора 13 в высоковольтный сигнал напряжения Uт1 (выход первой вторичной обмотки, обычно порядка 4-6 кВ), поступающий на умножитель 3 напряжения, который преобразует его в постоянное высоковольтное напряжение (обычно порядка 100-200 кВ) Uа, подающееся на анод рентгеновской трубки 2 блока 1. На практике на постоянное напряжение Uавсегда накладывается небольшая пульсация ( амплитудой Uт1), влияние которой на работу рентгеновской трубки может исключаться за счет использования специальных средств экранирования.

Низковольтный сигнал Uт2 с выхода второй вторичной обмотки 7 трансформатора 4 подается на сетку рентгеновской трубки 2. При этом как постоянное напряжение Ua, так и амплитуда низковольтного сигнала сетки Uт2 оказываются по величине пропорциональными амплитуде сигнала Uг, поступающего с выхода генератора 13 на первичную обмотку 5 трансформатора 4: Ua = Kт1. Кун. Uг; Uт2 = Кт2 .Uг, (1) где Кт1, Кт2 и Кун - коэффициенты преобразования трансформатора по первой вторичной обмотке, трансформатора по второй вторичной обмотке и умножителя напряжения соответственно.

На катод рентгеновской трубки 2 блока 1 подается стабилизированный сигнал напряжения Uк с выхода источника 14 питания пульта 10. Преобразователь 8 напряжения осуществляет преобразование анодного напряжения Ua в низковольтное напряжение Uпн, преобразуемое АЦП 15 в код, считываемый на первый вход блока 11 управления. Аналогично преобразователь 9 тока осуществляет преобразование среднего значения тока потребления умножителя Iум, нагруженного на рентгеновскую трубку 2, в постоянное низковольтное напряжение Uпт, преобразуемое АЦП 16 в код, считываемый на второй вход блока 11 управления, при этом Uпн = Кпн .Uа; Uпт = G-1 Кпт. Iум 0,5. Кпт. Iа, (2) где Кпн, Кпт - соответственно коэффициенты преобразования преобразователей 8, 9.

При подаче на анод и катод рентгеновской трубки 2 блока 1 излучателя напряжений Uа и Uк соответственно система оказывается подготовленной к формированию импульса рентгеновского излучения, что и осуществляется при подаче очередного управляющего сигнала на сетку рентгеновской трубки. Формируемый при этом рентгеновский импульс характеризуется длительностью Тим Тг и мощностью излучения Рим (в импульсе).

Величина мощности излучения Р рентгеновского генератора определяется по соотношению Р = G-1 Рим = Ua. Ia Тим. f = =Ua .IaQ-1 = 0,5 .Ua .Ia . (3) Учитывая, что Ia = Ua/Rрт, где Rрт - эквивалентное сопротивление рентгеновской трубки, несложно с учетом выражения (1) придти к следующему выражению для величины Р: P = 0,5 Kт12 Кун2 Uг2/Rрт . (4) откуда следует, что величина мощности зависит от целого ряда параметров системы, которые могут случайным образом изменяться под действием внутренних и внешних факторов. Величина Р может быть определена по результатам периодического измерения параметров Uпм и Uпг, формирующихся на выходе преобразователей 8 и 9, при этом с учетом выражения (2) имеют P Uпт .Uпн/(Кпн. Кпт) . (5) Таким образом, при изменении параметров Ua и Ia под влиянием внешних факторов происходит адекватное изменение параметров Uпн и Uпт, что фиксируется блоком 11, и с помощью соотношения (5) определяется величина ухода величины Р. Далее по результатам контроля формируется команда на изменение величины амплитуды сигнала на выходе генератора 13 (Uг), направленное на компенсацию изменений величины мощности Р. В результате достигаются автоматическая подстройка и стабилизация на заданном уровне (этот уровень задается в начале работ в виде программной уставки на генератор 13) величины мощности излучения на выходе блока 1.

В системе-прототипе отсутствует возможность гибкого изменения режимов работы. При изменении характера эксперимента или технологического контроля требуется значительное время для изменения параметров системы, в частности изменения анодного напряжения Ua, изменения параметров управляющего генератора (т. е. параметра Uг). Использование предлагаемой системы позволяет значительно сократить время на перенастройку системы и подготовку ее к проведению различных типов экспериментов и испытаний.

В системе-прототипе величина мощности излучения (Р) в ходе экспериментов претерпевает значительные изменения. Подобная ситуация является недопустимой для целого ряда случаев применения (при калибровке детекторов рентгеновского излучения, проведении экспериментов, требующих адекватного периодического воспроизведения параметров рентгеновских импульсов, и т.д.). В системе-прототипе наличие указанных недостатков может приводить к получению неточной и недостоверной информации по результатам эксперимента или контроля, а в ряде случаев и к нежелательным физическим и физиологическим воздействиям на объект контроля. Использование предлагаемой системы позволяет практически полностью исключить эти недостатки за счет контроля величины анодного напряжения и тока потребления рентгеновской трубки в блоке излучателя (последнее позволяет обеспечить стабильность мощности в импульсе).

Предлагаемая система является малогабаритной и может размещаться на обычном лабораторном столе. При этом использования специальной камеры или объема требует только сам блок излучателя (а также объект контроля и средства регистрации), который сам является малогабаритным. Таким образом, данная система может найти более широкое применение, чем система-прототип, в частности, при осуществлении контроля в относительно труднодоступных местах (например, внутри крыла самолета).

Предлагаемая система позволяет за счет использования блока управления (микроЭВМ) полностью автоматизировать процессы проведения контроля и исследований, значительно сократить время на их проведение, исключить ошибки операторов системы, которые в ряде случаев могут привести к несчастным случаям, и повысить объективность получаемой в процессе контроля и исследований информации. Система характеризуется относительно простой функциональной схемой, простой логикой управления и несложным программным обеспечением, что делает ее весьма простой в настройке и эксплуатации.

Таким образом, использование предлагаемой системы позволяет полностью автоматизировать процессы контроля и исследований, сократить время контроля и исследований, повысить надежность и объективность их результатов, расширить диапазон задач, решаемых с применением рентгеновской системы, а также повысить эксплуатационную надежность системы.

Формула изобретения

РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий образующие блок излучателя рентгеновскую трубку с анодом, катодом и сеткой и трансформатор, а также пульт управления, электрически связанный с первичной обмоткой трансформатора, отличающийся тем, что блок излучателя дополнительно содержит конструктивно встроенные в него умножитель напряжения, выполненный по схеме Уолтона - Кокрофта в виде M экранированных секций, преобразователь тока, преобразователь напряжения, выполненный в виде резистивного делителя, одно из плеч которого состоит из M резисторов, расположенных последовательно по одному в каждой из M секций умножителя напряжения, трансформатор дополнительно снабжен второй вторичной обмоткой, пульт управления выполнен в виде последовательно включенных блока управления и генератора Ройера, вход первой секции умножителя напряжения и вход преобразователя тока электрически связан с первой вторичной обмоткой трансформатора, выход последней секции умножителя напряжения и вход преобразователя напряжения электрически связаны с анодом рентгеновской трубки, вторая вторичная обмотка трансформатора электрически связана с сеткой рентгеновской трубки, выход генератора Ройера электрически связан с первичной обмоткой трансформатора блока излучателя, а два входа блока управления электрически связаны с выходами преобразователя тока и преобразователя напряжения блока излучателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно к рентгеновским генераторам со средствами стабилизации анодного напряжения на рентгеновской трубке

Изобретение относится к рентгенотехнике , а более конкретно к рентгеновским аппаратам с конденсаторным наполнителем и преобразователем постоянного напряжения накопителя в переменное напряжение (инвертором) в главной цепи

Изобретение относится к области рентгенотехники и может использоваться в рентгеновских генераторах с малогабаритными рентгеновскими трубками

Изобретение относится к рентгеновской технике, в том числе к медицинской, а именно к устройствам для контроля технических характеристик цифровых рентгеновских аппаратов

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно к рентгеновским аппаратам с регулировочным автотрансформатором

Рентгеновский генератор

Наверх