Рентгеновский генератор Советский патент 1981 года по МПК H05G1/32 

1

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно - к рентгеновским генераторам со средствами стабилизации анодного напряжения.

Известен рентгеновский генератор, содержащий рентгеновскую трубку, высоковольтный трансфо латор, сетевой выпрямитель, управляемой коммутатор, накопительный.конденсатор, заряжаемый 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 cxeva сравнения,-выход которой подключен к прерывате.то, причем эта схема вырабатывает сигнал, включающий прерыватель, когда напряжение нс измерительном делителе становится равным, опорному сигналу

недостаток такого генератора - нарушение стабилизации в случае асимметрии питающего- напряжения.

Наиболее близок к предлагаемому рентгеновский генератор, содержащий

рентгеновскую трубку, последователь- но соединенные двухтактный электрон-, ный прерыватель, высоковольтный трансформатор, высоковольтный выпрямитель и высоковольтный сглаживающий фильтр, подключенный к рентгеновской трубке, измерительный делитель анодного напряжения, подключенный к делителю пиковый детектор, источник

10 опорного напряжения, схему сравнения, к входам которой подключены пиковый детектор и источник опорного напряжения, корректирующее звено, подключенное к выходу схемы сравнения, синхро15низируемый от сети модулятор импульсов, вход которого подключен к выходу корректирующего звена и вход - к двухтактному электронному прерывателю 23 .

20

Известный генератор характеризуется использованием средств для улучшения точности и динамических характеристик системы стабилизации айодного напряжения. Динамические свойст25ва известной системы стабилизйции таковы, что время отработки возмущения (время регулирования) всегда много больше периода питающей сети. Это - фундаментальное свойство импульсных одноконтурных систем стабилизации, связанное с их устойчивость Такие системы характеризуются высокой точностью при воздействии медленно изменяющихся возмущений. Следствием этого свойства системы является нар5т1ение стабильности амплитуды анодио1о напряжения при наличии асимметрии (различие форм кривой в соседних полупериодах) напряжения питающей сети. Асимметрия характерна в той ид:и инор мере практически для любоя сети, .но наиболее сильно проявляется в сетях с нелинейной нагрузкой вентильного типа или.с.линейной нагрузкой, но при работе в однотактном режиме. Нарушение стабильности амплитуды анодного напряжения.в этом случае обусловлено тем, что фазовое положение импульсов управления тиристорами одинаково относительно нулевой ..фазы соответствунвдего полупериод питакядей сети. Однако уровень напряжения сети, соответствуинций этим фазам из-за асимметрии неодинаков, соответственно неодинаково и напряжение, модулируемое в главной цепи. Например, в простейшем случае напряжения синусоидальны в обоих полупериодах, но различаются амплитудами, поэтому при угле управления «ю в главной цепи будет модулироваться напряжение в одном полупериоде Ц, sin сС, а .в другом - Ugsin (ot+TT) . В практике (например в цехах промпредприятии) форма кривой питающего напряжения носит сложный характер. Поэтому даже при равенстве амплитуд U и Uj модулируемые 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 полупериод, 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 подавлякяцее большинство пассивных и активных нестробируемых детекторов), то в этом случае система стабилизирует амплитудное значение анодного напряжения, соответствунадее большей из двух амплитуд соседних полупериодов. ;Меньшая из амплитуд .соседних полупериодов в зтом.случае может плавать во.всем диапазоне переменной составляющей (пульсации) анодного напряжерир. Цодтому, несмотря на стабилизацию амплитуды анодного напряжения по одрому полупериоду даже с очень высоко|4 точностью, из-за отсутствия стабилизации.амплитуды в соседнем прлупериоде интенсивность излучения

существенно нестабильна при нестационарных . процессах в питагацей сети. .Другим серьезным недостатком систем такого типа .является то, что. при раличии.асимметрии ток заряда конден«I саторов высоковольтного фильтра, т.е. ток главной цепи по двум полупериодам неодинаков. При этом в первично . обмотке главного трансформатора возникает постоянная составляющая. Влияние этого фактора известно: во.-первых, возрастает ток в главной цепи, поскольку величина постоянной составляющей определяется только активным сопротивлением первичной обмотки; во-вторых, изменяется магнитный режим работы сердечника трансформатора. Последний фактор влияет наиболее опасно в том случае, когда постоянная составляющая так сдвигает петлю намагничивания сердечника, что

0 появляется дополнительная асимметрия уже в выходном напряжении трансформатора. При этом в главной цепи возникает положительная обратная связь, которая приводит к аварийному режи5 работы трансформатора. Такие случаи имеют место в практике работы аппаратов с тиристорными регуляторами. Следует отметить, что подобный режим характерен для трансформаторов.

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.

0 Поставленная цель достигается тем, что в рентгеновский генератор, содержащий рентгеновскую трубку,последовательно соединенные двухтактный электронный прерыватель, высоковольтный трансформатор, высоковольтный выпрямитель и высоковольтными сглаживающий фильтр, подключенный к рентгеновской трубке, измерительный дедитель анодного напряжения трубки,

0 подключенный к.делителю пиковый детектор, источник опорного напряжения, схему сравнения, к- входам которой подк ирчены пиковый детектор и источ «jK, опорного напряжения, корректирующее звено, подключенное к выходу схемы сравнения, модулятор импульсов, подктерченный к двухтактному, электрон 1рму преривателю, дополнительно введеры блок синхронизации, включенньй между.корректирукщим звеном и модулятором И1у1пульссв сумматор, ключ, .блок строб-11мпульсов и блок сравнения амплитуд, причем.первый.выход блока синхронизации соединен.с входом модулятора/ .входа блока строб-импульсов

5 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 , управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока синхронизации, соединен с входом сумматора.

, При этом блок строб-импульсов со;дерлсит подключенное к измерительному Ыепителю дифференцирующее звено, последовательно соединенный с ним форкдарователь строб-импульсов и две схемы И, к одному входу каждой из которых подключен выход формирователя стробимпульсов, а к другому входу - один из 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 запоминанадих конденсатора и схему сравнения, к входам которой подключены указанные конденсаторы.

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, высоковольтный трансформатор 2, высоковольный выпрямитель 3 и высоковольтный сглаживавхций фильтр 4, к выходу которого параллельно подключены измерительный делитель 5 анодного напряжения и рентгеновская трубка 6. К делителю Ь 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 корректируквдее звено 10, сумматор 11, к одному входу которого подключен выход звена 10, подключенный к выходу сумматора 11 модулятор 12, 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 эвена 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 2iJ и 23 и схемы 24 сравнения.

к входам которой подключены конденсаторы 22 и 23, а выход через ключ 2Ь 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 корректирукхцее устройство, вносящее поправку в ошибку рассогласования основного контура с целью выравнивания амплитуд анодного напряжения.

Основной контур включает в себя элементы главной цепи - двухтактный электронный преЕалватель 1, высоковольтные трансформатор 2, выпрямитель 3, фильтр 4 и элементы цепиобратной связи - измерительный делител Ь, 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 клю.ча 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, . усиленный разностный сигнал fVf, f поступающий на вход модулятора 12, может изменяться с частотой значительно меньшей частоты питающей сети. Поэтому на выходе модулятора 12, формируются управлякщие тиристорами импульсы UMO(I / фазовое положение которых относительно нулевой фазы соответствующего полупериода неизменно. Дополнительный контур 19 вносит такую поправку в разностный сигнал Ug, чтобы независимо от форм ;кривых напряжения сети Do амплитуды анодного напряжения были бы одинаковы в обеих 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 входы управления ключей 20 и 21 через полупериод. Временное положение каждого строб-импульса соответствует временному положению амплитудного значения анодного напряжения, т.е. точкам В, Е и К. Длительность строб-импульсов 20 мкс при длительности полупериода питающей сети 10 м-с. За время 20 мкс в. конденсаторы 22 и 23 через такт поступает информация об амплитуде анодно го напряжения. На выходах конденсаторов - постоянные напряжения, равные амплитудам соответствуняцих полупериодов. В принципе, пара ключ-кодденсатор - это пиковой детектор. СХема 24 сравнения, работанвдая в интегрирунвдем режиме, вьщеляет равность двух амплитуд. Эта разность через ключ 25, управляемый синхронизирующим импульсом. ОЬинхрз , подается в сумматор 11, выходной сигнал которого подается на вход моду лятора 12.

Таким образом,, в тиристор прерывателя 1 будет подан импульс , положение которого соответствует точке М, тогда как в одноконтурной системе импульс был бы подан в момент времени, соответствующий точке N.

Особенности работы системы стаб илизации заключаются в следующем.

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 изменяет (увеличивает) напряжение, модулируемое в главной цепи, что оно достигает величины напряжения в соседнем (неискаженном) пблупериоде. Уровень айодного напряжения в этом слу.чае определяется по точке в т.е. точка Е подтягиваете к уровню точки В , (точка D) .

Допустим, что фаза сетевого напряжения смещена на fi. При этом происходит смена знака разностного сигнала на выходе схемы 24 сравнения блока сравнения амплитуд 19. Коммутация поправки происходит в полупериод, соответствуквдий неискаженной кривой сетевого-напряжения. Здесь также происходит выравнивание алшлитуд, но в отличие от предьздущего 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 тр1ебуемого уровня происходит за счет работы основного контура, в котором 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) изменяется направление выравнивания амплитуд, т.е. второй контур всегда приводит к режиму автоколебаний, ко торый является рабочим для данной системы; амплитуда автоколебаний не f должна превышать допустимого уровня нестабильности анодного напряжения. Поскольку частота автоколебаний определяется инерционностью интегрирующей схемы 24 сравнения, то выбором

Q I 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, . обеспечиванвдее необходимый разностный сигнал на входе модулятора 12. Это

0 свойство характерно для любой следящей системы.

Блок 14 строб-импульсов выполняет функции формирования импульсов, разделенных по двум каналам, причем,

5 временное положение каждого импульса строго соответствует временному, положению максимума амплитуды анодного напряжения. Это положение определяется по сигналу дифференцирующего

Q звена 18, который проходит через ноль (производная напряжения по времени равна нулю). В момент этого перехода срабатывает фОЕФшрователь 17, функцию которого выполняет одновибратор

с высокой чувствительности. Строб-импульсы истроУ разделяются по двум каналам с ПОМОЩЬЮ схем И 15 и 16. Длительность строб-импульсов 20 мкс выбрана из условий: за это время амплитуда анодного напряжения практически

0 не изменяется, а также не проявляются различия в длительности фронтов ключей 20 и 21. Если бы блок сравнения амплитуд 19 и блок строб-импульсов 14 были идеальны, то 5лительность

5 строб-импульса должна бы стремиться к нулю.

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

0 -йичхре

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили преимущества предлагаемого устройства. Асимметрия амплитуд в одноконтурной системе, обусловленная асимметрией напряжения сети, асимметрией синхронизирующего модулятор пилообразного напряжения HjHHxpi f достигала 10% в условиях цеховой сети и 3% в условиях лабораторной сети. Причем, асимметрия цеховой

0 сети может быть вьаше. При подключении дополнительного контура указанную асимметрию амплитуд удалось уменьшить до 0,1-0,2%.

Применение предлагаемого рентгеновского генератора в радиационных 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 стабили зации дозы излучения, исключается возможность переоблучения пациента, снижаются нежелательные реакции со стороны opiraHOB тела человека, прилегающих к очагу облучения. Формула изобретения 1. Рентгеновский генератор, содер жащий рентгеновскую трубку, последовательно соединенные двухтактный электронный прерыватель, высоковольт ный трансформатор, высоковольтный вы прямитель и высоковольтный сглаживаю щий фильтр, подключенный к рентгенов ской трубке, измерительный делитель анодного напряжения трубки, подключеиный к делителю пиковый детектор, источник опорного напряжения, схему сравнения, к входам которой подключены пиковый детектор и источник опорного напряжения, корректирующее звено, подключенное к выходу схемы сравнения, модулятор импульсов, подключенный к двухтактному злектронному прерывателю, отлИЧающ и и с я тем, что, с целью повышени точности стабилизации амплитуды анод ного напряжения при наличии асимметрии питгиощей сети, в генератор дополнительно введены блок синхронизации, включенный между корректирующим эвеном и модулятором импульсов сумматор, 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 п. 1, отличающийся тем, что блок стробимпульсов содержит подключенное к измерительному делителю дифференцируквдее 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 из выходов блока синхронизации, блок сравнения амплитуд содержит на входе со стороны измерительного делителя 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 конденсаторы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Двторское свидетельство СССР № 743241, кл. Н 05 G 1/32, 1978 (прототип). 2.Акцетованная заявка ФРГ 2223371, кл. Н 05 G 1/32, опублик. 1976.

«да