Рентгеновский генератор Советский патент 1981 года по МПК H05G1/34 

(54) РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к рентгенотехнике. Известны малогабаритные рентгеновские генераторы, содержащие высоковольтный трансформатор с первичной обмоткой, вторичной заземленной в средней точнее обмоткой и канальной обмоткой, подключенной одним концом к одному концу вторичной обмотки, рентгеновскую трубку . Недостатком данного генератора является невозможность свободного регулирования анодного напряжения. Известен рентгеновский генератор, содержащий рентгеновскую трубку, высоковолыньш трансформатор с совмещенными втopи шoй накальной обмотками, причем вторичная обмотка заземленным концом подключена к катоду рентгеновской трубки, .средства регулирования анодного напряжения 2 . Недостатком этого генератора является невысокая удельная мощность. Известны рентгеновские генераторы, в которых осуществляют компенсацию изменений анод ного тока на трубке с помощью компенсационного трансформатора, включенного в первичную цепь трансформатора накала генератора 13. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является рентгеновский ге- нератор, содержащий рентгеновскую трубку, коммутатор главной цепи, высоковольтный трансформатор с первичной и вторичной . обмотками, регулятор анодного напряжения, включенный в цепь первичной обмотки высоковольтного трансформатора, средства подачи . напряжения накала на катод рентгеновской Трубки, включающие разделенную на две части накальную обмотку, средняя точка которой подключена к одному выводу катода, средства стабилизаШП1 анодного тока при регулировании анодного напряже1шя, включающие датчик анодного тока и регулировочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, связаюаш со средствамиподачи напряжения накала на катод рентгеновской трубки 4. Однако известный генератор не обеспечивает остаточную точность стабилизации анодного ока при глубоком регулировании анЬдного апояжения. Цель изобретения заключается в повышении точности стабилизации анодного тока при глубоком регулировании анодного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в рентгеновском генераторе, содержащем рентгеновскую фубку, коммутатор главной цепи, высоковольтный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, регулятор анодного напряжения, вклю ченный в цепь первичной обмотки высоковольтного трансформатора, средства Подачи напряжения накала на катод рентгеновской трубки, включающую разделенну на две части накальную обмотку, средства стабилизации анодного тока при регулировании анодного напряжения, включающие датчик анодного тока и регулировочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, в средств стабилизации анодного тока введены соединенный с датчиком анодного тока фильтр нижних частот, источник опорного напряжения, синхронизируемый от сети модулятор импульсов, к входам которого подключены выходы фильтра и источника, генератор высокочастотных импульсов, схема И к входам которой подключены выходы модулятора и генератора, усилитель мощности, вход которого соединен с выходом схемы И, а выход подключен к пе вичной обмотке регулировочного трансфор мато ра, подключенный к вторичной обмотке регулировочного трансформатора полосовой фильтр соединенный с фильтром выпрямитель и две вентильные схемы, подключенные параллельно к выходу вьшрямителя, причем концы накальной обмотки через вентильные схемы подключены к другому вьшоду катода рентгеновской трубки. о При этом обмотки регулировочного трансформатора и накальная обмотка введены непосредственно в высоковопьтный трансформатор. На фиг. 1 показана блок-схема рентгеновского генератора; на фиг. 2 - схема модулятора импульсов; на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений и тока в генераторе. Генератор содержит рентгеновскую трубку питаемую от главного трансформатора 2, в состав которого входят первичная главная обмотка 3, вторичная высоковольтная обмотка, заземленная в средней точке и разделенная таким образом на две части 4 и 5, разделенна на две части 6 и 7 накальная обмотка, срещю точка которой подключена к одному вьгооду катода рентгеновской трубки 1, первичную 8 и вторичную 9 регулировочные обмотки, образующие по существу регулировочный трансформатор. К вторичной регулировочной 9 обмотке подаслючен полосовой фильтр 10 с вьшрямителем 11, выход которого соединен с управляю|Щими входами параллельно включе{шых вентидьных схем 12 и 13. Через вентильные схемы 12 и 13 концы накальной обмотки 6 и 7 подключены к другому вьшоду катода рентгеновской трубки 1. К первичной главной обмотке 3 трансформатора 2 через коммутатор 14 главной цепи подключен регулятор 15 анодного напряжения. В цепь заземления средней точки вторичной высоковольтной 4 и 5 обмотки включен датчик 16 анодного тока, к которому подключен фильтр 17 нижних частот. Выход фильтра 17 подключен к одному входу модулятора 18 импульсов, к другому входу которого подключен выход источника 19 опорного напряжения. Синхронизацня работы модулятора 18 осуществляется от сети. В схему также введены генератор 20 высокочастотных импульсов и схема И 21, к входам которой по лючены выходы модулятора 18 и генератора 20. Выход схемы И 21 соединен с входом усилителя 22 мощности, выход которого подключен к первичной регулировочной 8 обмотке трансформатора 2.. Модулятор 18 импульсов содержит схему 23 сравнения, синхронизирующий выпрямитель 24, последовательно соединенный с ним генератор 25 пилообразного напряже}шя, и компаратор 26, входы которого соединены с выходами схемы 23 сравнения и генератора 25 пилообразного напряжения. Схема генератора представляет собой замкнутую импульсную систему стабилизации анодного тока рентгеновской трубки. Сигнал анодного тока с датчика 16 через фильтр 17, выделяющий постоянную составляющую,пропорциональную среддгему значению анодного тока, подается на инверсный вход модулятора 18 импульсов. На прямой вход модулятора подаете опорное напряжение от источника 19 опорного напряжения. Модулятор 18 импульсов представляет собой фазосдвигающее. устройство, положение переднего фронта выходного импульса UR которого относительно нулевой фазы напряжения сети DC зависит от величины сигнала разносга на выходе схемы 23 сравнения. Схемы таких модуляторов известны и применяются в конденсаторных рентгеновских аппаратах с тиристорным регулированием напряжения главной цепи. Особенность данного модулятора заключается в том, что на выходе компаратора 26 отсутствует устройство формирования узких импульсов (например, дифференцирующая цепочка), обеспечивающее экономичный запуск тиристоров, в данном случае ншрокий импульс является необходимым, поскольку он служит для управления вентильными схемами 12 и 13, выполненными на составных транзисторах. Вьшрямитель 24 и генератор 25 вьтолняют функцш синхронизации и задания линейно закона изменения модулируемой фазы. На выходе схемы U 21 формируются пачки высокочастотных импульсов , длительность которых определяется модулятором 19, а частота заполне1шя - генератором 20. Через усилитель 22 последовательность пачек высокочаст ных импульсов с частотой 100 Гц подается в первичную регулировочную обмотку 8 трансфо матора 2. Частота заполнения пачки импульсам составляет 50-100 кГц. Высокочастотная составляющая наводится во всех обмотках трансформатора 2, но выделяется через полосовой резонансный фильтр 10 только с вторичной регулировочной обмотки 9. Практически на выходе фильтра 10 формируются пачки высокочастотных импульсов, ана логичные пачкам Ug с выхода схемы И 21, но большей амплитуды, с небольшим уровнем модуляции, частотой питания главной цепи 50 Гц. Полученные пачки выпрямляются высокочастотным выпрямителем 11 с фильтрующим конденсатором (не показан) и в виде прямоугольных импульсов, аналогичных импул сам Uj, с выхода модулятора 18 подаются параллельно на управляющие входы вентильны схем 12 и 3. Накальные обмотки 6 и 7 совместно с вентильными схемами 12 и 13 образуют двухтактный управляемый выпрямитель, нагрузкой которого является накальный катод рентгеновской трубки 1. Изменение тока накал происходит посредством фазового сдвига пачкн импульсов относительно нулевой фазы напряже ния сети и, следовательно, изменения време1ш открытого состошшя вентилей 12 и 13. В качестве управляемых вентилей применены мощные составные транзисторы, каждый из которых- последовательно соединен с диодом. Применение составных транзисторов обусловлено возможностью расшире1шя частотного диапазона генератора 20 по сравнению, например, с тиристорным вариантом выполнения вен тильных схем 12 и 13. Полосовой фильтр 10 выполнен в виде маломощного ре:зонансного трансформатора, собранного на одном ферритовом кольце. Резонансный фильтр позволяет повысить козффициент передачи высокой частоты на вход выпрямителя 11. В схеме применен маломощный высокочастотный выпрямитель 11 в интегральном исполнении КД 906 весом около 0,6 г. В качестве регулятора 15 напряжения может применяться любое из известных устройств регулирования переме}шого напряжения, принятых к рентгенотехнике. Каждая из обмоток 6 и 7 расситана на половину номинальной мощности цепи накала, так что выполнение накальной обмотки допол штельной в виде двух частей практически не изменяет размеры трансформатора 2 по сравнению с вариантом, когда используется единая накальная обмотка. Предлагаемая схема рентгеновского генератора испытания на макете, при испытаниях глубина регулирования анодного напряжения состт вила 25-100%. Погрешность стабилизации среднего З1щчения анодного тока не превышала 2%. Для сравнения можно отметить, что в аппарате АРМАН-1 при изменения напряжения питающей сети на 10%, анодный ток изменяется погги на 100% (поэтому в аппарат введено реле миллиамперсекунд, позволяющее стабилизировать дозу излучения). Отличие схем с различной инерционностью цепи накала заключается в динамических свойствах. Особенно зто заметно при включении системы. Динамика системы связана также с частотной характеристикой ФНЧ 17. Процесс трансформации напряжения высокой частоты в главном трансформаторе предлагаемого устройства достаточ}ю сложен. Индуктивная связь между обмотками 8 и 9 может осуществляться как через магнитопровод трансформатора, так и за счет электромагнитной связи по воздуху (воздушный трансформатор). BbicoK04acTOTiib« i магнитный поток в серде«н нике модулируется низкочастотным потоком холостого хода, создаваемым обмоткой 3. В тех 1штервалах времени, где поток холостого хода достигает максимума, высокочастотный поток уменьшается. Эта карпша наблюдается на экране осциллографа. Результаты проведеи1Ц)1х экспериментов позволяют сделать вывод, что более эффективно передавать высокую частоту по воздуху. В зтом случае наблюдается слабая зависимость коэффициента передачи от процессов, происходящих в магнитопроводе главного трансформатора на низкой частоте. Электромагаитная связь обмоток 8 и 9 по воздуху обеспевдвается при их определенном конструквшном размеще1ши и в определенном частотном диапазоне. Так в испытанных макетах обмотки 8 и 9 располагались друг над другом и ширина каждой из этих обмоток составляла не более 10-15% от ширины низкочастотных обмоток. В этом случае наблюдалась слабая экранировка высокочастотных обмоток низкочастотными. На холостом ходу обмотки 9 трансформащш с обмотки 8 осуществлялась на частоте до 200 кГц. При трансформации высокой частоты по оздуху коэффиц)-1ент передачи существенно ависит от нагрузки обмотки 9. Для обеспечеия ее режима близко к холостому ходу, в сачестве управляемых ве1ггилей выбраны соетавные транзисторы, цепь зшравления которых практически не потребляет мощности. С целью защиты электроды транзисторов бьит шунтированы сопротивлениами величиной 50 кОм и конденсаторами 10000 пФ. Поврежде ния транзисторов из-за воздействия статического элек фичества не наблюдалось. Мощность потребления цепью базы транзистора не превышала 0,02 Вт. Предлагаемый рентгеновский генератор позволяет стабилизировать анодный ток рентгеновской трубки при глубоком регулировании анод ного напряжения, используя один главный трансформатор 2. Использование генератора поз воляет расширить эксплуатационные возможност рентгеновских аппаратов, которые в настоящее время работают только на одном значении анод ного напряжения, а также повысить удельную мощность аппаратов, работающих в широком диапазоне, но содержащих накальный трансформатор. Формула изобретения 1. Рентгеновский генератор, содержащий рентгеновскую , коммутатор главной цепи, высоковольтный трансформатор с первичной и вто{дачной обмотками, регулятор анодного напряжешш, включенный в цепь первичной обмотки высоковольтного трансформатора, средства подачи напряжения накала на катод рентгеновской трубки, включающие разделенную на две части накальнуго обмотку, средняя точка которой подключена к одному вьюоду катода, федства стабилизации анодного тока «jMi регугафовании анодного напряжения, включающие датчик анодного тока и регулировочный трансформатор с первичной и вторичной 8 6;8 обмотками, связанный со средствами подачи напряжения накала на катод рентгеновской трубки, отличающийся тем, что, с целью повышения .точности стабилизации анодного тока при глубоком регулировании анодного напряжения, в средства стабилизации анодного тока введены соединенный с датчиком анодного тока фильтр нижних частот, источник опорного напряжения, С1шхронизируемый от сети модулятор импульсов, к входам которого подключены выходы фильтра и источника, генератор высокочастотнь х импульсов, схема И, к входам которой подключены выходы модулятора и генератора, усилитель мощности , вход которого соединен с выходом схемы И, а выход подключен к первичной обмотке регулировочного трансформатора, подключенный к вторичной обмотке регулировочного трансформатора полосовой фильтр, соединенный с фильтром выпрямитель и две вентильные схемы, подключенные параллельно к выходу выпрямителя, причем концы накальной обмотки через вентильные схемы подключены к Другому выводу катода, рентгеновской трубки. 2. Генератор по п. 1,отличающийс я тем, что обмотки регулировочного трансформатора и накальная обмотка введены непосредственно в высоковольтный трансформатор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Байза К.и др. Рентгенотехника, i АН Венгрии, Будапещт, 1973, с. 116-117. 2.Выложенная заявка ФРГ № 1564093, кл. 21 g 20/03, опублик. 1970. 3.Шмелев В. К. Рентгеновские аппараты. М., Энергия, 1973, с. 318-319. 4.Блинов Н. Н. и др. Рентгенодиагностические аппараты. М., Медицина, 1976, с. 159160 (прототип).

u

:з

(pl/i.2 /л v /л /.

V,

Sf

нак

VVJ

I:.

4И

/ГЛ/РуГ ,