СИСТЕМА МАЛОГАБАРИТНОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ГЕНЕРАТОРА Советский патент 1994 года по МПК H05G1/02 

Описание патента на изобретение SU1709883A1

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, который содержит блок излучателя, состоящий из рентгеновской трубки с двумя электродами, анодом и катодом, и умножитель напряжения, 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 стабильности 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 близкой к предлагаемому техническому решению является система малогабаритного рентгеновского генератора, содержащая образующие блок излучателя и конструктивно связанные между собой рентгеновскую трубку с тремя электродами, анодом, катодом и сеткой, и умножитель напряжения, состоящий из N экранированных секций повышающей и выравнивающей колонн и связанный выходом с анодом рентгеновской трубки, последовательно включенные генератор управляющих импульсов, делитель частоты и усилитель мощности, выходом связанный с сеткой рентгеновской трубки, последовательно включенные регулируемый стабилизированный источник питания, инвертор и высоковольтный трансформатор, выходом связанный с входом умножителя напряжения блока излучения, при этом управляющий вход инвертора подключен к выходу генератора управляющих импульсов.

Система-прототип обеспечивает формирование импульсов рентгеновского излучения, однако имеет целый ряд недостатков: отсутствие автоматического управления, что приводит к значительному возрастанию времени контроля и исследований, флуктуации мощности излучения и изменения энергетического спектра в процессе использования, что значительно сужает диапазон использования системы-прототипа, а также снижает достоверность и точность получаемых в ходе проведения исследований и контроля результатов.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности, автоматической стабилизации мощности и спектра выходного излучения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема системы малогабаритного рентгеновского генератора; на фиг. 2 - схема преобразователя напряжения; на фиг. 3 - схема преобразователя тока; на фиг. 4 - временные диаграммы работы системы малогабаритного рентгеновского генератора.

Система содержит блок 1 излучателя, состоящий из конструктивно связанных между собой тpехэлектродной рентгеновской трубки 2, имеющей три электрода: анод, катод и сетку, каскадного умножителя 3 напряжения, высоковольтного трансформатора 4, преобразователя 5 напряжения и преобразователя 6 тока. Вход высоковольтного трансформатора 4 соединен с входом преобразователя 6 и с входом умножителя 3 напряжения, выход которого соединен с анодом рентгеновской трубки 2 и входом преобразователя 5.

Умножитель 3 напряжения конструктивно состоит из двух диаметрально расположенных относительно оси рентгеновской трубки 2 колонн (повышающей и выравнивающей), образованных из N экранированных секций.

Система содержит также последовательно включенные регулируемый стабилизированный источник 7 питания, инвертор 8, выходом соединенный с входом высоковольтного трансформатора 4 блока 1 излучателя, последовательно включенные генератор 9 управляющих импульсов, делитель 10 частоты и усилитель 11 мощности, выходом связанный с сеткой рентгеновской трубки 2 блока 1 излучателя, при этом управляющий вход инвентора 8 подключен к выходу генератора 9 управляющих импульсов. Напряжение катода рентгеновской трубки 2 формируется с помощью стабилизированного источника 12 питания. На входы питания источников 7 и 12 подается сигнал сетевого напряжения (220 В, 50 Гц).

Кроме того, система содержит микроЭВМ 13, два информационных входа которой через аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 14 и 15 и соответствующие интерфейсные средства (не показаны) подключены к выходам преобразователей 5 и 6, два управляющих выхода связаны через соответствующие интерфейсные средства (не показаны) и цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 16 и 17 с управляющими входами генератора 9 и источника 7 питания, а третий управляющий выход связан через интерфейсные средства (не показаны) с управляющим входом делителя 10 частоты.

На фиг. 2 показан вариант исполнения схемы преобразователя 5 напряжения. Преобразователь 5 выполнен в виде резистивного делителя, включающего набор из N однотипных резисторов R1 и резистор R2. Конструктивно резисторы R1 располагаются в секциях умножителя 3 напряжения (по одному резистору в каждой секции), в результате чего достигается требуемое выравнивание потенциала вдоль колонн умножителя и исключение возможности пробоя. Резистивный делитель осуществляет деление анодного напряжения до величины низкого напряжения, поступающего на вход АЦП 14.

На фиг. 3 показан вариант исполнения преобразователя 6 тока. Преобразователь 6 выполнен в виде параллельного соединения резистора R3 и конденсатора С3. Через резистор R3 протекает усредненный ток потребления умножителя 3, нагруженного на рентгеновскую трубку 2. Преобразователем 6 усредненный ток преобразуется в низкое напряжение, поступающее на АЦП 15.

Предложенная система функционирует следующим образом.

Источник 7 питания формирует, в соответствии с программной уставкой, поступающей с первого управляющего выхода микроЭВМ 13 через ЦАП 16 на его управляющий вход, стабилизированное напряжение U1 (фиг. 4, диаграмма а), которое поступает на вход инвертора 8, который преобразует его в сигнал напряжения U2 (типа меандр, фиг. 4, диаграмма б), который передается на вход высоковольтного трансформатора 4 блока 1 излучателя. Управление работой инвертора 8 осуществляется с помощью генератора 9, выходной сигнал которого характеризуется частотой f, длительностью импульса τи и амплитудой Uг, задающихся программно в соответствии с уставками на управляющий вход генератора 9 с управляющего выхода микроЭВМ 13 (через ЦАП 17). Высоковольтный трансформатор 4 преобразует сигнал напряжения U2 в сигнал напряжения U3 (типа усеченный меандр, фиг. 4, диаграмма в). Далее этот сигнал напряжения U3 поступает на умножитель 3 напряжения, который преобразует его в постоянное напряжения Uа, подающееся на анод рентгеновской трубки 2 блока 1 излучателя. Обычно на постоянное напряжение накладывается небольшая пульсация частотой f, амплитудой ≈ U3, влияние которой на работу рентгеновской трубки исключается за счет использования специальных экранирующих колец или тороидальных экранов (не показаны на фиг. 1).

Сформированный генератором 9 импульсный сигнал подается также на делитель 10 частоты, который в соответствии с кодом, поступающим с третьего управляющего выхода микроЭВМ 13 на его управляющий вход, осуществляет деление частоты (коэффициент К деления для случая, изображенного на фиг. 4, диаграмма д, соответствует 6). Результирующий сигнал с выхода делителя 10 усиливается усилителем 11 и подается на сетку рентгеновской трубки 2. Усиленный сигнал напряжения Uг, поступающий с выхода усилителя 11, характеризуется частотой f/К, длительностью импульса τ'и и амплитудой Uс.

На катод рентгеновской трубки 2 блока 1 излучателя подается стабилизированное напряжение Uк (обычно ≈ 6,3 В) с выхода стабилизированного источника 12 питания. Преобразователь 5 анодного напряжения осуществляет преобразование анодного напряжения Uа в низкое напряжение U4, преобразуемое АЦП 14 в код, считываемый на первый информационный вход микроЭВМ 13. Преобразователь 6 тока осуществляет преобразование среднего тока потребления Iум умножителя 3, нагруженного на рентгеновскую трубку 2, в постоянное напряжение низкого уровня U5, которое преобразуется АЦП 15 в код, который, в свою очередь, считывается на второй информационный вход микроЭВМ 13.

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, которое и осуществляется при подаче очередного управляющего импульса на сетку рентгеновской трубки 2. Формируемый короткий рентгеновский импульс характеризуется длительностью τиз, мощностью Рв и энергетическим спектром F(Е). Известно, что вид спектра F(Е) во многом определяется величиной анодного напряжения Uа. Величина выходной мощности в импульсе (Рв) определяется по соотношению
Рв = Ua Ia τи f1, где f1 = f/к, Iа - величина анодного тока.

В начале работы микроЭВМ 13 программно задает параметры блоков системы: источника 7 питания (напряжение U1), генератора 9 (параметры f1, τи, Uг), делителя частоты (коэффициент К) в соответствии с типом проводимых исследований или контроля. Следует отметить, что параметр U1, по существу, определяет величину анодного напряжения Uа, которое (в совокупности с параметром τи) определяет вид энергетического спектра F(Е). При уменьшении напряжения Ua (или при увеличении параметра τи) спектр излучения становится более "мягким", что в одних случаях может оказаться нежелательным (например, при калибровке детекторов жесткого рентгеновского излучения), а в других случаях, наоборот, оказывается предпочтительным (например, при слабых воздействиях на живые ткани в биологии и медицине). Следует отметить, что величина анодного напряжения Uа по целому ряду причин оказывается нестабильной (последнее связано с изменением динамической нагрузки рентгеновской трубки, изменениями тепловых режимов и т. д. ). Все несанкционированные изменения анодного напряжения отслеживаются с помощью преобразователя 5 и передаются на вход микроЭВМ, которая осуществляет подстройку напряжения U1 на выходе источника 7 питания. Практика работы показывает, что параметр τи является весьма стабильным и мало меняется в ходе экспериментов, поэтому стабилизация (с помощью микроЭВМ 13) напряжения U1 на выходе источника 7 питания позволяет полностью исключить влияние изменений анодного напряжения на энергетический спектр F(E) излучения рентгеновской трубки 2.

Преобразователь 6 (интегрирующего типа) осуществляет контроль за изменениями среднего тока потребления Iум (который, по существу, пропорционален току потребления рентгеновский трубки), величина которого также может изменяться в ходе эксперимента под действием внешних и внутренних факторов (старение, температурные воздействия, изменение уровня потерь в умножителе и т. д. ). Следует отметить, что все изменения тока Iум регистрируются преобразователем 6 и передаются на вход микроЭВМ 13. Результатом указанных изменений, по существу, являются флуктуации выходной мощности рентгеновской трубки, которые представляются крайне нежелательными при проведении ряда экспериментов (например, в тех случаях, когда для проведения экспериментов оказывается необходимо через определенные интервалы воспроизводить импульсы одинаковой мощности). Следует отметить, что величина тока Iум определяется целым рядом параметров (Uа, К1 τи, f1Uс). В ряде случаев, когда параметры τи, Ua, f оказываются заданными ( τи, Ua с точки зрения обеспечения оптимального энергетического спектра F(E), а f - с точки зрения получения оптимального быстродействия при проведении исследований), подстройка величины Iум (а следовательно, и Рв) может осуществляться лишь с привлечением параметров Uc, К. Возможности по изменению параметра Uc оказываются крайне ограниченными, так как этот же сигнал используется для управления инвертором 8, а организация подстройки коэффициента усиления усилителя 11 оказывается делом весьма сложным. Поэтому в подобных ситуациях наиболее оптимальным оказывается осуществление подстройки величины мощности Рв путем программного изменения параметра К, а уже более тонкая подстройка осуществляется путем программного измерения параметра Uг(Uc).

Остановимся теперь кратко на анализе преимуществ предлагаемой системы малогабаритного рентгеновского генератора.

Следует отметить, что в системе-прототипе, во-первых, отсутствовала возможность гибкого изменения режимов работы. При изменении характера эксперимента или технологического контроля требовалось значительное время для изменения параметров системы (в частности, изменения анодного напряжения Ua), изменения параметров управляющего генератора (т. е. параметров К, f, Uг, τи). Использование предлагаемой системы позволяет значительно сократить время на перестройку системы и подготовку ее к проведению различных типов экспериментов и испытаний.

Во-вторых, в системе-прототипе величина мощности излучения (Рв) и характер энергетического спектра [F(E)] в ходе экспериментов могли претерпевать изменения. Подобная ситуация является совершенно 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 стабилизации величины анодного напряжения и тока потребления рентгеновской трубки в блоке излучателя (последнее позволяет обеспечить стабильность мощности в импульсе и неизменность энергетического спектра). Для целей стабилизации использованы преобразователи 5 и 6, АЦП 14 и 15 и микроЭВМ 13.

В-третьих, в системе-прототипе высоковольтный трансформатор вынесен за пределы блока излучателя. В результате эксплуатационная надежность системы-прототипа оказывается невысокой, так как напряжение U3 (обычно порядка 4 кВ) необходимо передавать на блок 1 посредством протяженного кабеля. В предлагаемой системе этот недостаток устранен за счет конструктивного выполнения высоковольтного трансформатора 4 внутри блока 1 и организации передачи высоковольтного напряжения через короткую шину.

В-четвертых, предлагаемая система является малогабаритной системой 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).

В-пятых, предлагаемая система позволяет за счет использования 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.

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. (56) Патент Франции N 2064893, кл. Н 05 G 1/50, 1972.

Патент Франции N 2460588, кл. Н 05 G 1/30, 1974.

Похожие патенты SU1709883A1

название год авторы номер документа
РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР 1992
  • Мищенко Юрий Викторович
  • Овчаренко Андрей Андреевич
  • Докучаев Владимир Михайлович
  • Григорьев Олег Михайлович
  • Николаев Владимир Игоревич
  • Спиридонов Александр Борисович
RU2030133C1
МАЛОГАБАРИТНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР 1988
  • Мищенко Ю.В.
  • Петухов В.Г.
  • Овчаренко А.А.
  • Григорьев О.М.
  • Миронов В.Г.
  • Николаев В.И.
  • Пичугин С.Е.
SU1526555A1
Способ изготовления твердотельного изолятора для рентгеновского аппарата 2022
  • Штейн Александр Михайлович
  • Жуйков Артем Анатольевич
  • Белкин Денис Сергеевич
  • Буяков Алесь Сергеевич
  • Журавский Евгений Евгеньевич
RU2802253C1
Рентгеновский генератор 1979
  • Твердохлебов Владимир Николаевич
  • Чирков Борис Иванович
SU1278206A1
РЕНТГЕНОТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ 2000
  • Мамонов И.А.
  • Иванов С.А.
  • Агишев В.Г.
RU2183385C2
Рентгеновский генератор 1977
  • Хмельницкий Олег Викторович
  • Твердохлебов Владимир Николаевич
  • Гордон Владимир Иосифович
SU711708A1
Ретгеновский генератор 1983
  • Городейкин Вадим Сергеевич
  • Сидоренко Александр Семенович
  • Лисицын Анатолий Иванович
  • Иноземцев Сергей Афанасьевич
SU1111262A1
Рентгеновский генератор 1979
  • Хмельницкий Олег Викторович
SU784032A1
Рентгеновский генератор 1983
  • Лисицын Анатолий Иванович
SU1163491A1
Рентгеновский генератор 1978
  • Хмельницкий Олег Викторович
SU743241A1

Иллюстрации к изобретению SU 1 709 883 A1

Реферат патента 1994 года СИСТЕМА МАЛОГАБАРИТНОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к системам малогабаритных рентгеновских генераторов, и может быть использовано для контроля датчиков рентгеновского излучения, в дефектоскопии и при проведении биохимических и медицинских исследований. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и автоматической стабилизации мощности и спектра выходного излучения. Система рентгеновского генератора включает блок 1 излучения, состоящий из рентгеновской трубки 2, умножителя 3 напряжения, высоковольтного трансформатора 4, двух источников 7 и 12 питания, инвертора 8, генератора 9, усилителя 11 и делителя 10 частоты. В системе используются преобразователи напряжения 5, тока 6 и микроЭВМ 13, обеспечивающая управление блоками системы на основании информации с выходов преобразователей 5 и 6. 4 ил.

Формула изобретения SU 1 709 883 A1

СИСТЕМА МАЛОГАБАРИТНОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащая образующие блок излучателя и конструктивно связанные между собой рентгеновскую трубку с тремя электродами: анодом, катодом и сеткой, умножитель напряжения, состоящий из N экранированных секций повышающей и выравнивающей колонн и связанный выходом с анодом рентгеновской трубки, последовательно включенные генератор управляющих импульсов, делитель частоты и усилитель мощности, выходом связанный с сеткой рентгеновской трубки, последовательно включенные в регулируемый стабилизированный источник питания, инвертор и трансформатор, выходом связанный с входом умножителя напряжения блока излучения, при этом управляющий вход инвертора подключен к выходу генератора управляющих импульсов, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и автоматической стабилизации мощности и спектра выходного излучения, она дополнительно содержит конструктивно встроенные в блок излучателя преобразователь тока, входом подключенный к выходу трансформатора, и преобразователь напряжения, входом связанный с выходом умножителя напряжения и выполненный в виде резистивного делителя, высокоомное плечо которого состоит из N одинаковых резисторов, расположенных последовательно по одному в каждой секции повышающей и выравнивающей колонн умножителя напряжения, и вычислительный блок, три управляющих выхода которого связаны соответственно с управляющими входами стабилизированного источника питания, генератора управляющих импульсов и делителя частоты, два информационных входа вычислительного блока связаны с выходами преобразователей напряжения и тока блока излучателя, а трансформатор выполнен высокочастотным и конструктивно встроен в блок излучателя.

SU 1 709 883 A1

Авторы

Мищенко Ю.В.

Петухов В.Г.

Овчаренко А.А.

Григорьев О.М.

Миронов В.Г.

Николаев В.И.

Низаметдинов С.О.

Пичугин С.Е.

Бычков В.А.

Даты

1994-05-30Публикация

1990-01-16Подача