Рентгеновский генератор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

) <.71 1708

Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.04.77 (21) 2476969/18-25 с присоединением заявки Ж (23) Приоритет

Опубликовано 25.01.80. Бюллетень .% 3

Дата опубликования описания 28.01.80 (5()М. Кл.

Н 05 G 1/32

Геаударстееииь<й ко9еитет ао лелее9 изобретений и открытий (53) УДК 621. .386 (088.8) О, В. Хмельницкий, В. H. Твердохлебов и В. И. Гордон (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно — к устройствам высоковольтного питания рентгеновских аппаратов со средствами стабилизации анодного напряжения.

Известны рентгеновские генераторы с источником питания постоянного напряжения, выполненным в виде высокочастотного преобразователя и содержащим либо высокочастотный повышающий транс90 форматор, либо каскадный умножитель напряжения 1 и < 2.< °

Однако эти генераторы имеют ограниченную мощность.

Известны рентгеновские генераторы с электронной стабилизацией высокого йапряжения, содержащие измерительный делитель напряжения, сигнал которого используется для сравнения с эталонным напряжением в схеме сравнения, выходной сигнал которой через электронное устройство воздействует на управляю1ций элемент < 31<

Однако хотя такие схемы обеснечивают высокую степень стабилизации анодного напряжения, они обладают недостаточно широким интервалом регулирования.

Наиболее бл и эким по техн ичес ко и сущности к предложенному является рентгеновский генератор, содержащий рентгеновскую трубку, электронный прерыватель, высоковольтный транс 1юрматор, высоковольтный выпрямитель с емкостиым фильтром ца выходе, источник опорного напряжения, измерительный geJIHTei<< H l

В этой схеме электронный коммутатор является динамическим сопротивлением первичной цепи, изменение которого производится методом частотно-импульсной модуляции напряжения на высоковольтном трансформаторе. Такое техни <еское ре«<ение позволяет увеличить бь<стродействи< регулирования напряжения на высокой стороне и осуществить его стаб<<.«<з <цн<о а также улучшить фильтрацию этого

3 7 напряжения по мере его регулирования.

37То происходит вследствие увеличения частоты 7зеле11пой слсдяшей системы, т,е. частоты частотно-=импульсной модуляции, по мере уменьшения анодного

l напряжения, так как по сравнению с максимальным режимом появляется энергетический запас. Частота коммутаций практически может увеличиваться при полном регулировании напряжения в несколько раз, так как она ограничена и полосой пропускания ГлаВно1 0 TpQIIcgopMBTopB и переходны ми процессами в главной цепи 1. 4) .

Однако при максимальных анодных напряжениях и, следовательно, максимальной мош IOCTH lBCTOTB KOMMVTBIIий Не может превышать частоту сети, и может

УВЕЛИтЕИВатЬСЯ ТОЛЬКО ПО МЕРЕ УМЕНЬ

IUerr IIII аrrogrroro nQIIpmrrerrna, rrocTIII"Qя

МДКСИМВЛЬПОЙ Вэлит1ЕНЫ IIB МПНИМОЛЬПЫХ анодных напряжениях. Именно в этих режим,1х BB c -1ет IQGToTIIo-.-импульсной модуляции происходит дополнительно подавление пул-;=.са11ий, Тем не менее, частОта Чаотатне- т1МПУЛЬСПОй МОДУЛЯЦИИ все равно сстается низкой. Таким образом, в IrзВ =стном устро!1стве имеет МесТс

IIepBQno7ч,.е 1зпость пода в7еепия пульсаций аподиого напря1кепия в зависимости от

ЕГОт ВЕ7 Ит1 ИП 1

Цель изобретеп7ья =- повышение степени стабз11лиэации мгновенного значения анодного напряжения в широком диапазо= не колебаний анодного напряжения.

Это достигается тем, что генератор содержит дОполните.Iьпый 17с1тчик аноднОГО тока„схему управления с широтно-имПЧЛЬСПО111 МОДУЛЯЦИЕЙ СОЕДИНЕННУЮ с Указанным датчиком и измерительным деЛнтЕЛЕМ НаПР17 КЕНИЯ, ВЫСОКОчаотОтНЫй генератор, умножитель напряжения, выход которого подключен последовательно с

В61 ходом Выс ОкОВОльтнО1 0 В61 и рямител яр

При этом схема управления с широтноимпульсной модуляцией содержит фильтр верхних частот, пиковый детектоо, схему сравнения, входы которой соединены с пиковым детектором и измерительным делителем напряжения, широтно-импульсный .Модулятор. Высоксчастотный генератор образован источником постоянного тока, электронным прерывателем, к кс торому подсоединен широтнс импульсный модулчтор, высокочастотным сглаживаюн1им фильтром, инвертором и высокоастотным повышаюшим трансформап ором.

Высокочастотный сглаживающий1 фильтр имеет полосу. Пропускания в области низ11708 л

З0

55 ких частот не менее MBKcBMQJrblroA IQCтоты коммутации первого электронного пре рывател я.

На фиг. 1 представлена функциональная схема рентгеновского генератора; на фиг. 2 — эквивалентная электрическая схема, поясняошая принцип работы аппарата.

Рентгеновский генератор содержит . электронный прерыватель 1, высоковольтный трансформатор 2, высоковольтный выпрямитель с емкостным фильтром на выходе 3, источник опорного напряжения

4, измерительный делитель анодного напряжения 5, схему сравнения напряжения 6, рентгеновскую трубку 7, источIIIII постоянного напряжения 8, второй электронный прерыватель 9, высокочастотный сглаживаюший фильтр 10, инвертор 11, повышаюший высокочастотный трансформатор 12, умножитель напряжения

l3 датчик анодного тока в виде изме= рительного резистора 14, фильтр верхних частот 15„пиковый детектор 16, схему сравнения 17 и широтно-импульсный мо. дулятор 18.

Рентгеновский генератор представляет собой двухкое1турную систему автомати» ческого регулирования, схематично изображенную на фиг. 2. В первом контуре происходит стабилизация напряжения и подавление пульсаций на выходе низкочастотного генератора 19. Зтот контур состоит из низкочастотного генератора

19, датчика напряжения 20 этого генератора, схемы управления 21 и npegcTQBляет собой релейну1о следяшую систему с частотно-импульсной модуляцией . В этом контуре преобразовывается основная мошность рентгеновского аппарата. Второй контур образован датчиком анодного тока

22, схемой управления 23 с.широтноимпульсной модуляцией и высокочастотным генератором 24, напряжение которого, преобразованное умножителем напряжения 13, представляет собой уже низкочастотное переменное напряжение, изменяюшееся в соответствии с законом изменения пульсаций в низкочастотном генераторе 19. Низкочастотный генератор 19 и умножитель напряжения 13 включены последовательно, так ITO выходное напряжение умножителя 7-17 всегда компенсирует низкочастотные пульсации генератора 19 и на рентгеновской трубке

7 имеется практически постоянное анодное напряжение

711

Дополнительный контур работает следуюшим образом.

С делителя анодного напряжения 5 через фильтр верхних частот 15 пропускается переменная составляюшая напряжения s выпрямителя 3 (генератора 19). Выпрямленная и отфильтрованная в пиковом детекторе 16 эта составляюшая уже в виде постоянного напряжения, равного амплитуде переменной составляюшей, пода- 10 ется на вход схемы сравнения 17 в качестве задающего сигнала. На другой вход схемы сравнения 17 подан сигнал с датчика анодного тока 14, пульсации напряжения-на котором пропорциональ ны пульсациям анодного тока трубки.

Поскольку в данном генераторе стабилиза. ция напряжения и грубая фильтрация осушествляется в одном контуре, а дополнительная фильтрация — в l1p5rov-, име20, ется однозначная связь между пульсациями напряжения выпрямителя 3 и пульсациями анодного тока трубки 7. Отработка пульсаций анодного тока произво25 дится путем ликвидации пульсаций анод» ного напряжения на трубке 7. Со схемы сравнения 17 сигнал рассогласования подается на широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 18, коэффициент заполнения зо которого может измениться от 0 до 1 в зависимости от сигнала управления со схемы 17. Пропорционально коэффициенту заполнения ШИМ 18 будет изменяться постоянное напряжение на выходе высокочастотного сглаживаюшего фильтра

10, и, соответственно, на клеммах питания преобразователя частоты — инвертора 11. Частота широтно=импульсного модулятора равна 12 кГц, частота инвертора — 8 кГп, Высокочастотный трансформатор 12 повышает напряжение от

150 В до 4 кВ, затем это напряжение умножается четырехкаскадным умножителем напряжения 13 до 15 кВ при

° 45 максимальной нагрузке 1д,>< = .10 мА.

Высокочастотная пульсация .на выходе умножителя при его максимальной нагрузке жставляет не более 5%, т.е. 750 В.

Напряжение на умножителе напряжения

13 отрабатывается схемой обратной связи за счет д1шамического изменения коэффициента заполнения широтно-импульсного модулятора в соответствии с законом изменения пульсаций на выпрямителе

3. Высокочастотный сглаживаюший фильтр

10 должен полностью подавлять высокочастотный сигнал с прерывателя 9 на частоте 12 кГц и обладать полосой проз

708 6 рачности в области низких частот, т.е. на частоте пульсаций выпрямителя 3, равной удвоенной частоте коммутаций электронного прерывателя 1. При однофазном питании аппарата напряжением промышленной частоты 50 Гц частота частотно-импульсной модуляции не превышает как правило 200-400 Гц во всем диапазоне изменения анодного напряжения. Ее можно еше уменьшить, полностью возложив подавление пульсаций на,дополнительный контур даже в области низких анодных напряжений.

Данная конструкция генератора позвс ляет снизить пульсации анодного напряжения, увеличив при этом мощность дозы излучения и сузив его спектр.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили преимущества даннэ» го генератора. При максимальном режиме, .т,е. при:U) = 100 кВ n IQ. = 10 мА, пульсация анодного напрюкения имеет величину менее 1% при пульсации на высоковольтном генераторе равной 12 о.

Это позволяет увеличить мошность дозы излучения почти на 30%. Размер и масса высоковольтного генератора остаются неизменными, так как высоковольтная часть дополнительного контура имеет ничтожно малые размеры: повышаюший трансформатор имеет конструктивный объем 80 см и массу 60 г, умпожитель напряженияобъем 60 см и массу 60 r, в то время как конструктивный объем высоковольтного генератора составляет 40 дм, а его масса - 70 кГ. Источник постоянного напряжения, инвертор, электронный прерыватель и высокочастотный фильтр очень незначительно изменяют размеры и массу пульта управления, так как их мошность мала. Высокая рабочая частота фильтра - 12 кГц - также позволяет сделать его малогабаритным.

Формула изобретенич

l. Рентгеновский генератор, содержаший рентгеновскую трубку, электронный прерыватель, высоковольтный трансформатор, высоковольтный выпрямитель с емкостным фильтром на выходе, источник опорного напряжения, измерительный делитель напряжения высоковольтного выпрямителя, схему сравнения напряжений, отличаюшийся тем,что,с целью повышения степени стабилизации мгновенного значения анодного напряже7 7117 ния в широком диапазоне колебаний анодного напряжения, он содержит дополнительный датчик анодного тока, схему управления с широтно-импульсной модуляцией, соединенную с указанным датчиком и измерительным делителем напряжения, высокочастотный генератор, умножитель напряжения, выход которого подключен последовательно с выходом высоковольтного выпрямителя. о

2, Рентгеновский генератор по п, 1, отличающийся тем,что схема управления с широтно-импульсной модуляцией содержит фильтр верхних частот, пиковой детектор, схему сравнения,15 входы которой соединены с пиковым детектором и измерительным делителем напряжения, широтно-импульсный моду. лятор, а высокочастотный генератор образован источником постоянного тока электронным прерывателем, к которому подсоединен широтно-импульсный модуля»

08 тор, высокочастотным сглаживаюшим фильтром, инвертором и высокочастотным повышаюшим трансформатором.

3. Рентгеновский генератор по и. 2, о т л и ч.а ю ш и и с я тем, что высокочастотный сглаживаюший фильтр имеет полосу пропускания в области низких частот не менее максимальной частоты коммутации первого электронного прерывателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Выложенная заявка ФРГ ¹ 2128248, кл. 21 g 20/01, опублик. 1973, 2, Выложенная заявка ФРГ № 2444193, кл. Н 05 С 1/12, опублик. 1975.

3. Шмелев В. К. "Рентгеновские аппараты М., "Энергия, ° 1973, с. 1 7 1-1 7 3.

4. Заявка Франции ¹ 2208267

Н 05 G 1/30, опублик. 1974 (прототип), 711708

М2 Ьг.g

Составитель К. Кононов

Редактор А. Виноградов Техред О. Ацщзейко Корректор Ю, Макаренко

Закаэ 9029/43 Тираж 885 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4! !

Г с

-I

1!! I

/

/ 1

/ 1

1

1