Рентгеновский генератор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ (и> 894886.Ф с (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 160580 (21 )2924031/18-25 (зь)м. к„.

Н 05 G 1/32 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный коинтет

СССР но дедам нзобретеннй н откритнй (23) Приоритет—

Опубликовано 30.1281 Бюллетень М 4 8

Дата опубликования описания 30.1 281 (53) УДК 821. 38б (088. 8) (72) Автор изобретения

О.В. Хмельницкий (а А.ФМэнАМ йдткнп о

ТЕХНМЧЕ> l яу ««г

Научно-исследовательский институт интроск ии БИВДИф К1(4 (71) Заявитель (54) РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к рентгено. технике, а более конкретно — к рентгеновским генераторам со средствами стабилизации анодного напряжения.

Известен рентгеновский генератор, содержащий рентгеновскую трубку, высоковольтный трансформатор, сетевой выпрямитель, управляемый коммутатор, накопительнйй конденсатор, заряжае- 10 мый от сетевого выпрямителя через коммутатор, преобразователь постоянного тока в переменный, питающий высоковольтный трансформатор и питаеМый от накопительного конденсатора, источник .опорного напряжения, схему сравнения, подключенный к зарядному прерывателю измерительный делитель напряжения, который с источником опорного напряжения подключен к входу схемы сравнения, выход которой > подключен к прерывателю, причем эта схема вырабатывает сигнал, .включающий прерыватель, когда напряжение на измерительном делителе становится . рав .Опорно у си у (И . 25

Недостаток такого генератора— нарушение стабилизации в случае асим« метрии питающего напряжения.

Наиболее близок к предлагаемому рентгеновский генератор, содержащий; 30 рентгеновскую. трубку, последователь-: но соединенные двухтактный электронный прерыватель, высоковольтный трансформатор, высоковольтный выпрямитель и высоковольтный сглаживакщий фильтр, подключенный к рентгеновской трубке, измерительный делитель анодного напряжения, подключенный к делителю пиковый детектор, источник опорного напряжения, схему сравнения, к входам которой подключены пиковый детектор и источник опорного напряжения, корректирукхцее звено, подключенное к выходу схемы сравнения, синхронизируемый от сети модулятор импульсов, вход которого подключен к выходу корректирукхцего звена и вход — к двухтактному электронному прерывателю (2) .

Известный генератор характеризуется использованием средств для улучшения точности и динамических характеристик системы стабилизации анодного напряжения. Динамические свойства известной системы стабилизации таковы, что время отработки возмущения (время регулирования) всегда много больше периода питающей сети.

Это — фундаментальное свойство импульсных одноконтурных систем стаби894886 лизации, связанное с их устойчивостью

Такие системы характеризуются высокой точностью при воздействии медленно измеияющиХся возмущений. Следствием этого свойства системы является нарушение стабильности амплитуды анодного напряжения при наличии, асимметрии (различие форм кривой в соседних полупериодах) напряжения питающей сети. Асимметрия характерна в той или ино(мере практически для

ЛюбОй сети,,но наиболее сильно проявляется в сетях с нелинейной нагрузкой вентильного типа или .с линейной нагрузкой; но при работе в однотактном режиме. Нарушение стабильиости амплитуды анодного напряжения.в этом случае обусловлено тем, что фазовое положение импульсов управления тиристорами одинаково относительно нулевой фазы соответствующего полупериода питающей сети. Однако уровень напряжения сети, соответствующий этим фазам из-за асимметрии неодинаков, соответственно неодинаково и напря" жение, модулируемое"в главной цепи .

Например, в простейшем случае напряжения синусоидальны в обоих полупериодах, но различаются амплитудами, поэтому при угле управления аь в главной цепи будет модулироваться напряжение в одном полупериоде Q sin 4., а в другом — Uz sin (<+Я . В практике (например в цехах промпредприятий) форма кривой питающего напряжения носит сложный характер. Поэтому даже при равенстве амплитуд U è Uqмодулируемые в главной цепи напряжения при асимметрии различны.

Если пиковой детектор системы стабилизации обладает быстродействием, достаточным.для точного измерения амплитуд .на выходе высоковольтного генератора в каждый полуцериод, то в этом случае система стабилизации работает по уровню среднего значения.между. двумя амплитудами соседних полупериодов.

Если пиковый детектор обладает быстродействием, недостаточным для измерения амплитуды в каждом полупериоде (так работает подавляющее большинство пассивных и активных

Нестробнруемых детекторов), то в

Этом случае система стабилизирует амплитудное значение анодного напряжения, соответствующее большей из двух амплитуд соседних полупериодов. .меНьшая из амплитуд .соседних полупериодов в ртом. случае может плавать во.всем диапазоне переменной составляющей (пульсации) анодного напряжеНия. Поэтому, несмотря на стабилизацию амплитуды анодного напряжения по одНому полупериоду даже с очень высокой точностью, из-за отсутствия стабилизации. амплитуды в соседнемполупериоде интенсивность излучения существенно нестабильна при нестационарных .процессах в питающей сети. .Другим серьезным недостатком систем такого типа. является то, что. при

Наличии. асимметрии ток заряда конден5 саторов высоковольтного фильтра, т.е. ток главной цепи по двум полупериодам неодинаков. При этом в первичной .обмотке главного трансформатора возникает постоянная составляю 0 щая. Влияние этого фактора известно: во-первых, возрастает ток в главной цепи, поскольку величина постоянной составляющей определяется только активным сопротивлением первичной обмотки; во-вторых, изменяется магнит15 ный режим работы сердечника трансформатора. Последний фактор влияет наиболее опасно в том случае, когда постоянная составляющая так сдвигает петлю намагничивания сердечника, что

20 появляется дополнительная асимметрия уже в выходном напряжении трансформатора. При этом в главной цепи возникает положительная обратная связь, которая приводит к аварийному режиg5 му работы трансформатора. Такие случаи имеют место в практике работы аппаратов с тиристорными регуляторами. Следует отметить, что подобный режим характерен для трансформаторов, ЗО имеющих крутую (близкую к прямоугольной) петлю гистерезиса и большие токи намагничивания. В трансформаторах с пологой петлей гистерезиса и большими токами намагничивания аварийный режим не возникает даже при работе в однотактном режиме. цель изобретения — повышение точности стабилизации амплитуды анодного напряжения при наличии ассиметрии питающей сети.

®О Поставленная цель достигается тем, что в рентгеновский генератор, содержащий рентгеновскую трубку,последовательно соединенные двухтактный электронный прерыватель, высоковольт45 ный трансформатор, высоковольтный выпрямитель и высоковольтнцй сглаживающий фильтр, подключенный к рентгеновской трубке, измерительный делитель анодного напряжения трубки, щ подключенный к.делителю пиковый детектор, источник опорного напряжения, схему сравнения, к входам которой подкЛЮчены пиковый детектор и источНик,опорного напряжения, корректирующее звено, подключенное к выходу схе55 мы сравнения, модулятор импульсов, подклЮченный к двухтактному электронНому прерывателю, дополнительно введены блок синхронизации, включенный между.корректирукщим звеном и модуля60 тором импульсов сумматор, ключ,,блок строб.-импульсов и блок сравнения амплитуд, причем. первый .выход блока синхронизации соединен с входом модулятора, .входы блока строб-импульсов

65 соединены с измерительным делителем

894886 и.вторым и третьим выходами блока синхронизации, нходы блока сравнения амплитуд соединены с измерительным делителем и выходами блока строб-импульсов, а выход блока сравнения амплитуд через Ключ, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока синхронизации, соединен с нходом сумматора.

При этом блок строб-импульсов со-! держит подключенное к измерительному делИтелю дифференцирующее звено, ггоследовательно соединенный с ним формирователь строб-импульсов и дне схемы

И,к одному входу каждой из которых подключен выход формирователя стробимпульсов, а к другому входу — один иэ выходов блока синхронизации, блок сравнения амплитуд содержит на входе со стороны измерительного два ключа, управляющий вход каждого из которых соединен с выходом одной из схем И блока строб-импульсов, два подключенных к ключам запоминающих конденсатора и схему сравнения, к входам которой подключены указанные конденсаторые

На фиг 1 показана схема рентге.новского генератора; на фиг.2 — эпюры напряжений в нем.

Генератор содержит последовательно подключенные к сети двухтактный электронный прерыватель 1, высоко5

3S

65 вольтный трансформатор 2, нысоковольтный выпрямитель 3 и высоковольтный сглаживающий фильтр 4, к выходу которого параллельно подключены измерительный делитель 5 анодного напряжения и рентгеновская трубка 6. К делителю 5 подключен пиковый детектор 7. Генератор содержит также источник 8 опорного напряжения, схему

9 сравнения, к входам которой подключены выходы детектора 7 и источника

8, подключенное к выходу схемы 9 сравнения корректирующее звено 10, сумматор 11, к одному входу которого подключен выход звена 10, подключенный к выходу сумматора 11 модулятор

l2 выход которого подключен к электронному прерывателю 1. Кроме того, в генератор введены блок 13 синхронизации один выход которого подключен к модулятору 12, блок 14, стробимпульсов, состоящий из двух схем И

15 и 16, каждая из которых одним входом подключена к.одному выходу блока 13 синхронизации, формирователя 17 строб-импульсов, выход которого подключен к другим входам схем И 15 и 16, и дифференцирующего звена 18, вход которого подключен к измерительному делителю 6 анодного напряжения, а выход — к входу формирователя 17 строб-импульсов. Генератор содержит также блок 19 сравнения амплитуд, состоящий из двух ключей 20 и 21, запоминающих конденсаторов 22 и 23 и схемы 24 сравнения, к входам которой подключены конденсаторы 22 и 23, а выход через ключ

25 соединен с одним входом сумматора 11. Ключи 20 и 21 подключены к измерительному делителю 6, а их управляющие входы К выходам схем И 15 и

16 блока 14 строб-импульсов. Управляющий вход ключа 25 подключен к одному выходу блока 13 синхронизации.

Функциональная схема рентгеновского генератора представляет собой двухконтурную систему автоматического регулирования анодного напряжения рентгеновской трубки.

Первый (основной) контур представляет собой импульсную систему стабилизации анодного напряжения по уровню амплитудного значения, второй (дополнительный) — импульсное корректирующее устройство, вносящее поправку в ошибку рассогласования основного контура с целью выравнивания амплитуд анодного напряжения.

Основной контур включает в себя элементы главной цепи — днухтактный электронный прерыватель 1, высоковольтные трансформатор 2, выпрямитель 3, фильтр 4 и элементы цепи обратной связи — измерительный делитель

5, пиковый детектор 7, источник 8, опорного напряжения, схему 9, сравнения, корректирующее звено 10 и модулятор 12 импульсов.

Дополнительный контур состоит из блока 19 сравнения амплитуд и ключа 25.

Сумматор 11 является общим элементом двухконтурной системы. Блок 13 синхронизации и блок 14 строб-импульсов являются элементами синхронизации работы обоих импульсных контуров.

Инерционность цепи обратной связи основного контура приводит к тому,,что. усиленный разностный сигнал

G поступающий на вход модулятора

12, может изменяться с частотой значительно меньшей частоты питающей сети. Поэтому на выходе модулятора

22, формируются управлякщие тиристорами импульсы U < фазовое положение которых относительно нулевой фазы соответствующего полупериода неизменно. Дополнительный контур 19 вносит такую поправку н разностный сигнал (1, чтобы независимо от форм кривых напряжения сети U< амплитуды анодного напряжения U были бы одинакОвы в обейх полупериодах.

Поправка формируется следующим образом.

В блок 19 сравнения амплитуд вводится информация о мгновенном значении анодного напряжения. Строб-импульсы с выхода схем И 15 и 16 подаются на нходы уПранления ключей

20 и 21 через полупериод. Временное положение каждого строб-импульса соответствует временному положению ам894 88б сетевого напряжения. Здесь также происходит выравнивание амплитуд, но в отличие от предыдущего случая, уровень напряжения неискаженной синусо,иды (точка В) отпускается до уровня точки Е. В этом случае выравнивание амплитуд приводит к изменению требуемого уровня амплитуды анодного напряжения, поскольку заданный уровень (точка В) переходит на уровень точки

Е. Однако восстановление требуемого уровня происходит за счет работы основного контура, в котдром при понижении уровня увеличивается сигнал разности со схемы .9 сравнения. Естественно, что процессы выравнивания амплитуд и стабилизации их уровня происходят зависимо.

Для предлагаемой двухконтурной системы характерен квазистационарный режим работы. Это означает, что при сравнении амплитуд (точки В и D) из45

65 плитудного значения анодного напряже ния, т.е. точкам В, Е и К. ДлительНОСТВ Tpo -HMIIjjJIbCOB 20 MKC lIpH длительности полупериода питающей сети 10 м с. За время 20 мкс в конденсаторы 22 и 23 через такт посту" 5 пает информация об амплитуде анодно го напряжения. На выходах конденсаторов — постоянные напряжения, равные амплитудам соответствующих полупериодов. В принципе, пара .ключ-кои- g денсатор — это пиковой детектор. Схе ма 24 сравнения, работающая в интегрирующем режиме, выделяет равность двух амплитуд. Эта разность через ключ 25, управляемый синхрониэирующим импульсом.0 рц, подается в сумматор 11, выходной сигнал которого подается на вход модулятора 12.

Таким образом, в тиристор прерывателя 1 будет подан импульс Ц„,д, положение которого соответствует точ- 20 ке М, тогда как в одноконтурной системе импульс был бы подан в момент времени, соответствующий точке N.

Особенности работы системы стаби лиэации заключаются в следующем. 25

Поправка вводится только по одному полупериоду питающего напряжения, независимо от того имеет ли место в этом полупериоде асимметрия или нет.

В первом случае (фиг. 2) поправка так щ изменяет (увеличивает) напряжение, модулируемое в главной цепи, что оно достигает величины напряжения в сосед нем (неискаженном) полупериоде. Уровень аиодного напряжения в этом случае определяется по точке В т.е. точ ка Е подтягивается к уровню точки В, (точка D) .

Допустим, что фаза сетевого напряжения смещена на % . При этом происходит смена знака разностного сигнала на выходе схемы 24 сравнения блока сравнения амплитуд 19. Коммутация поправки происходит в полупериод, соответствующий неискаженной кривой меняется направление выравнивания амплитуд, т.е. второй контур всегда приводит к режиму автоколебаний, который является рабочим для данной системы; амплитуда автоколебаний не должна превышать допустимого уровня нестабильности анодного напряжения.

Поскольку частота автоколебаний определяется инерционностью интегрирующей схемы 24 сравнения, то выбором ,постоянной времени можно получить коэффициент ее усиления, превышаюющей коэффициент усилия схемы 9, сравнения, определяющей точность стабилизации анодного напряжения ° Следует также учесть, что в момент сравнения амплитуд сигнал разности с выхода схемы 24 не равен нулю, а всегда имеется смещение выходного сигнала, обеспечивающее необходимый разностный сигнал на входе модулятора 12. Это свойство характерно для любой следяшей системы.

Блок 14 строб-импульсов выполняет функции формирования импульсов, разделенных по двум каналам, причем, временное положение каждого импульса строго соответствует временному. положению максимума амплитуды анодного напряжения. Это положение определяется по сигналу дифференцирующего звена 18, который проходит через ноль

{производная напряжения по времени равна нулю) . В момент этого перехода срабатывает формирователь 17, функцию которого выполняет одновибратор высокой чувствительности. Строб-импульсы УсшооУ разделяются но двум каналам с помощьщ схем И 15 и lá. Длительность строб-импульсов 20 мкс выбрана иэ условий: за это время амплитуда анодного напряжения практически не изменяется, а также не проявляются различия в длительности фронтов ключей 20 и 21. Если бы блок сравнения амплитуд 19 и блок строб-импульсов

l4 были идеальны, то длительность строб-импульса должна бы стремиться к нулю.

Еще одна особенность системы заключается в том, что ключ 25 в равной степени может управляться и сигналом

%ичхре

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили преимущества предлагаемого устройства. Асимметрия амплитуд в одноконтурной системе, обусловленная асимметрией напряжения сети, асимметрией синхрониэирующего модулятор пилообразного напряжения

П ин„р,, достигала 10% в условиях це- . ховой сети и 3% в условиях лабораторной сети. Причем, асимметрия цеховой сети может быть выше. При подключении дополнительного контура указанную асимметрию амплитуд удалось уменьшить до 0,1-0,2%.

Применение предлагаемого рентгеновского генератора в радиационных

894886

10 измерительных системах позволяет повысить точность измерения за счет более высокой степени стабилизации амплитуды анодного напряжения и, как следствие, энергии и мощности дозы излучения. Этот фактор имеет большое значение и для терапевтических рентгеновских аппаратов, так как в этом случае создаются условия для стабилизации дозы излучения, исключается возможность переоблучения пациента, снижаются нежелательные реакции со стороны органов тела человека, прилегающих к очагу облучения.

Формула изобретения

1. Рентгеновский генератор, содержащий рентгеновскую трубку, последовательно соединенные двухтактный электронный прерыватель, высоковольт- 20 ный трансформатор, высоковольтный выпрямитель и высоковольтный сглаживающий фильтр, подключенный к рентгеновской трубке, измерительный делитель анодного напряжения трубки, подключенный к делителю пиковый детектор, источник опорного напряжения, схему сравнения, к входам которой подключены пиковый детектор н источник опорного напряжения, корректирующее звено, подключенное к выходу схемы сравнения, модулятор импульсов, подключенный к двухтактному электронному прерывателю, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения З5 точности стабилизации амплитуды анодного напряжения при наличии асимметрии питающей сети, в генератор дополнительно введены блок синхронизации, включенный между корректирующим звеном и модулятором импульсов сум- 40 матор, ключ, блок строб-импульсов и блок сравнения амплитуд, причем первый выход блока синхронизации соединен с входом модулятора, входы блока строб-импульсов соединены с измерительным делителем и вторым и третьим выходами блока синхронизации, входы блока сравнения амплитуд соединены с измерительным делителем и выходами блока строб-импульсов, а выход блока сравнения амплитуд через ключ, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока синхронизации, соединен с входом сумматора.

2. Генератор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок стробимпульсов содержит подключенное к измерительному делителю дифференцирующее звено, последовательно соединенный с ним формирователь стробимпульсов и две схемы И, и к одному входу каждой из которых подключен выход формирователя строб-импульсов, а к другому входу — один иэ выходов блока синхронизации, блок сравнения амплитуд содержит на входе со стороны измерительного делителя два ключа, управлякщий вход каждого из которых соединен с выходом одной из схем И блока строб-импульсов, два подключенных к ключам запоминающих конденсатора и схему сравнения, к входам которой подключены указанные конденсаторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 743241, кл. H 05 G 1/32, 1978 (прототип).

2. Акцетованная заявка ФРГ

Р 2223371, кл. Н 05 G 1/32, опублик.

1976.

894886

"сан

"смнх и,„

"cmpnf

Составитель К. Кононов редактор И. Ковальчук Техред Т. Иаточка Корректор М. Шароши с

Заказ 11510/87 Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и Ьткрытий

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

Филиал ППП Патент ., г. Ужгород, ул. Проектная, 4