X射线管电压（共9篇）
X射线管电压 篇1
输变电设备的安全、稳定、可靠运行对电网是至关重要的, 输变电设备一旦发生故障, 不仅危及电网的安全且带来巨大经济损失。因此, 及时、准确地掌握输变电设备的运行状态具有十分重要的意义[1]。X射线数字成像透视检测技术是近年来被运用到电力设备无损检测领域的一项新的技术, 该技术可以在不停电和不解体的情况下可以对电力设备如GIS、罐式断路器、复合绝缘子等进行可视化的透视检测, 从而对其进行故障诊断[2]。变压器、电抗器等充油设备是电力设备中重要组成部分, 其稳定运行对于整个电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。随着X射线数字成像透视检测技术对电力设备检修的优越性日趋显现, 有研究人员提出了是否能将该技术运用在对电力充油设备的无损检测上, 这就需要对该项技术应用在充油设备上是否安全进行可行性研究。然而通过查阅国内外文献未发现X射线对绝缘油的影响的相关报道。因此提出了利用不同管电压下发射的X射线对变压器绝缘油进行不同时长的照射研究, 以确定X射线对绝缘油有无影响以及具体影响程度。为X射线数字成像透视检测系统对电力充油设备进行可视化检测给予明确、充分的证据, 同时为基于X射线的电力设备数字成像系统的应用范围提供技术支持。
1 便携式高频X射线机
X射线数字成像技术 (digital radiography, DR) 是一种先进的数字成像技术, 它具有成像质量高、速度快、可以做到实时成像显示并能实现在线检测等优点[3,4];因而, 该技术具有广阔的应用前景;针对某些电力设备缺乏有效检测手段, 且需在不拆卸、不停电情况下, 才能确定电力设备内部的情况, 因而, X射线数字成像DR技术是不可多得的对电力设备进行检测的手段[5]。为了获得X射线对充油电力设备中油的影响, 利用X射线数字成像系统中目前工业用的便携式高频X射线机对变压器油的影响进行研究。该种X射线机是由德国通用电气公司生产的, 型号为Eresco 65MF4, 其管电压最高可达300 k V, 管电流范围是0~3 m A;便携式高频X射线机如图1所示。
2 试验方法
试验分为两组, 一组为试验组, 另一组为对照组;试验组模拟10 k V变压器油真实工作环境, 即绝缘油在带10 k V电压情况下利用X射线对其进行照射, 对照组则是在不带电压下用X射线直接照射。试验方法为射线机管电压从40 k V开始, 期间每隔20 k V到300 k V终止, 在绝缘油分别带电和不带电情况下, 对其分别照射1 min, 2 min, 3 min, 4 min, 5 min, 6 min, 7 min, 8 min, 9 min, 10 min, 20 min, 30 min, 40 min, 50 min, 60 min。利用ZHYD3002型变压器油带电倾向性全自动测定仪将试验后的样品检带电倾向性分析, 确定其是否发生变化。
3 试验分析结果
带电倾向又称带电度, 在那些强迫油循环的大型变压器中, 由于变压器中绝缘油流过绝缘纸及绝缘纸板的表面时, 会发生油流带电现象, 简称油流带电。油流带电引发的静电放电是威胁大型变压器安全运行的重要因素之一, 变压器发生油流放电故障在国内外均有发生, 变压器油流放电除了与变压器的绝缘结构、油的流速、油温等因素有关外还与变压器油本身的带电倾向性有很大的关系[6]。对变压器油进行带电倾向性测量, 以便对带电倾向性超标的变压器油采取措施并及时改善变压器运行条件以防止变压器在运行中发生油流放电故障造成变压器损坏的现象重要意义[7]。由于试验后对绝缘油带电倾向性检测分析的数据量很比较庞大, 而且受到篇幅的限制, 列举部分检测数据来说明X射线对绝缘油的具体影响情况。
3.1 不带电压下绝缘油带电倾向检测数据
为了更明显的体现带电倾向性变化趋势, 现根据表格画出上述数据的变化曲线图。如图2所示。
3.2 带电压下绝缘油带电倾向检测数据
从图2和图3中可以清楚的看出无论在带电压还是在不带电压情况下, 变压器绝缘油在经过不同管电压和不同时长的X射线辐射后其带电倾向性均有不同程度的变化。与没有经过X射线辐射的绝缘油原样值 (15.3 p C/m L) 相比, 带电倾向性在80k V管电压后开始发生变化, 主要表现为随着X射线机管电压的增加带电倾向性也相应增加, 管电压在240 k V后绝缘油带电倾向性增加剧烈。但是绝缘油带电倾向性并没有随着照射时长的增加产生明显的变化趋势。
3.3 加电压与不加电压带电倾向性变化对比
选择60 min照射时长作为对比数据来说明加电压和不加电压下绝缘油的变化情况, 根据表格数据绘制成折线图如图4所示。
从图中可以看出, 管电压小于240 k V时, 带电压和不带电压绝缘油带电倾向性差别不明显, 而从240 k V管电压开始, 绝缘油在带电压情况下比不带电压时经X射线辐射后其带电倾向性增加更明显。
4 结论
(1) X射线辐照可以对变压器油的带电倾向性造成影响, 主要表现为随着X射线机管电压的增高, 被辐照后的绝缘油的带电倾向性值也相应增大。
(2) X射线对变压器油带电倾向影响的起始管电压在80~90 k V区间内, 其具体数值还需做进一步的研究。
(3) X射线机在较高管电压下对变压器油有较为显著的影响, 而外加电压在该情况下可以进一步加剧其带电倾向性的增长。
(4) X射线辐照造成的对变压器油带电倾向性影响现象是发生在短时间内的, 而且可能存在某一临界时间值使得在该值时变压器油带电倾向性达到饱和。
参考文献
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X射线管电压 篇2
一．X射线简介：
X射线的发现：1895年，德国物理学家伦琴在做阴极射线实验时发现了X射线。
X射线的特点:使某些物质发出荧光；使气体电离、底片感光；具有极强的穿透力。此外，在本质上，X射线和可见光一样，都是电磁波，只是X射线的波长很短，其波长范围大致在0.01—10纳米之间。
X射线的产生：X射线是原子内壳层电子跃迁产生的一种辐射。当高速运动的电子在靶上骤然减速时，由于电子动能的转化，也伴随辐射X射线。通常通过以下步骤而产生X射线：
①.发射大量的自由电子，通常用热钨丝发射电子；
②.在真空中将自由电子加速以获得高速度，通常用20—60kV的高压电场来加速电子；
③.在高速电子流的运动路程上设置一个靶，是高速运动的电子受阻而突然减速，在靶面上就会辐射X射线。
X射线发生装置的基本原理示意图如下：
二．晶体物质简介： 晶体物质的空间结构具有一定的特征，即组成晶体的粒子（原子，离子或分子）的排列具有周期性和对称性。以食盐晶体为例：
晶粒外形具有直角棱边，微观结构上由Na+和Cl−彼此整齐排列而成的立方点阵NaCl晶体中，每个离子有六个相邻的离子，构成八面体离子间隔为0.5627nm，其晶体结构示意图如下：
从另一个角度来看，可以把晶体看成是由一组平行、等距、结构相同的原子组成。（为叙述简洁，广义的认为晶体由原子组成，下文亦是如此）总之，晶体内部的结构分配有一定的规则，这一点与光栅的结构具有相似之处。根据衍射的相关知识可以知道，只有当入射光的波长与障碍物可相比拟时，衍射现象才会明显发生。但是，一般光栅的光栅常数远远大于X射线的波长，由光栅公式：(a + b)sinθ = kλ, k = 0,±1,± 2„可以知道，各级明条纹对应的衍射角将很小，难以分辨，所以无法用一般光栅来观察X射线的衍射。但是晶体原子之间的间距约为0.1纳米数量级，与X射线波长数量级相当。所以天然晶体可以看做是光栅常数很小的空间三维衍射光栅。
三．晶格的X射线衍射：
劳厄斑：
1912年德国物理家劳厄设想将晶体作为三维光栅，设计了一个如下的实验：
从上衍射图可以看出：X射线经晶体片衍射之后使底片感光，得到一些规则分布的斑点，即劳厄斑。因为晶体是很多组平行晶面，所以劳厄斑由空间分布的亮斑组成。劳厄斑的出现就是X射线通过晶体点阵发生衍射的结果。
X射线晶格衍射的原理： 劳厄实验之后，英国物理学家布拉格父子提出了一种比较简单的方法来说明X射线的衍射。（实际上，劳厄也解释了劳厄斑的形成，但他的方法比较复杂）他们将晶体空间点阵简化，将晶体当做反射光栅来处理。如下图：
对于以θ角掠射的单色平行的X射线投射到晶面间距为d的晶面上时，在各晶面所散射的射线当中，只有按反射定律入射的射线的强度为最大。从图可以看出，由上下两晶面所发出的反射光的光程差为：
AC+BD=2dsinθ
当光程差满足布拉格公式：
2dsinθ= kλ,k=1,2,3„.衍射加强，形成光点。
X射线衍射方法：
X射线产生衍射的必要条件是入射的X射线的波长λ与它的晶面的夹角θ必须满足上面的布拉格方程。因此，为了实现衍射，可以让这两者在实验的时候连续的变化，以便找到符合布拉格方程的机会。根据改变这两个变量的方式，可以分为以下三种主要方法：
①.劳厄法：
将一束连续X射线入射到固定的单晶体上，晶体的每一组晶面的布拉格角都是固定不变的。这时每组晶面都选择并衍射X射线束中能满足布拉格方程的特定波长，故衍射光束由不同波长组成。②.转晶法：
让单晶体的某晶轴垂直于单色X射线，晶体可以绕选定的晶向旋转，并环绕转轴安排一张圆柱形底片（用于感光）。拍照时，不断旋转晶体，某组晶体某一位置正好与射线光束满足布拉格角度时，便会产生一个衍射线束，在底片感光留下衍射图样。③．粉末法：
将晶体的粉末或多晶体安防在单色X射线中，由于晶粒的无规则取向，相当于方法2中的围绕着所有可能的轴旋转单晶体。由此而形成以入射线束为轴的衍射圆锥，可用感光胶片拍摄下来。
四．X射线衍射的应用：
生命科学中的应用：
早在1938年，布拉格看到研究生佩鲁兹所拍摄的血红蛋白的衍射照片时，他就判断可能可以用X射线衍射来推测出它的结构。此后，英国青年生物学家沃森和英国物理学家克里克在参考了伦敦大学威尔金斯和富兰克林所获得的DNA的X射线衍射图谱之后，提出看DNA的右手双螺旋结构。在生命科学研究中，利用晶体衍射技术来确定生物大分子（如蛋白质和核酸）结构的基本思路是：
利用X射线作为衍射波源，通过大分子后形成一定的衍射图纹，通过对衍射图纹的分析与测定，反推出大分子的结构模型。DNA结构的测定就是这一思路的成功应用。医学上的应用：
X射线具有很容易穿过由氢、氧、氮、碳等较轻元素组成的肌肉组织，不易穿透骨骼的特点，可以应用于医学上的X射线透视。下图为伦琴夫人的手的X射线透视图：
物理学上的应用：
①.如果晶格常数已知，可以用来测定X射线的波长，进行伦琴射线的光谱分析；
②.如果X 射线的波长已知，可以用来测量晶体的晶格常数，从而分析晶体的结构。
五．参考资料：
①.《大学物理》，经济日报出版社，P544，“晶体对X射线的衍射”；
②．《现代光学实验》，南开大学出版社，P278，“X射线分析”；
X射线管电压 篇3
关键词：X射线管,原理,故障
1.X射线管工作原理
X射线管实际上就是一只在高电压下工作的真空二极管,它有两个电极:一个是用于发射电子的灯丝,作为阴极,另一个是用于接受电子轰击的靶材,作为阳极,它们被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。按照产生电子的方式,X射线管可分为充气管和真空管两类;根据密封材质不同,可分为玻璃管、陶瓷管和金属陶瓷管;根据用途不同,可分为医疗X射线管和工业X射线管;根据密封方式不同,可分为开放式X射线管即在使用过程中需要不断抽真空,密闭式X射线管即生产X射线管时抽真空到一定程度后立即密封,使用过程中无需再次抽真空。X射线管供电部分至少包含有一个使灯丝加热的低压电源和一个给两极施加高电压的高压发生器。当钨丝通过足够的电流使其产生电子云,且有足够的电压(千伏等级)加在阳极和阴极间,使得电子云被拉往阳极。此时电子以高能高速的状态撞击钨靶,高速电子到达靶面,运动突然受到阻止,其动能的一小部分便转化为辐射能,以X射线的形式放出,以这种形式产生的辐射称为轫致辐射。改变灯丝电流的大小可以改变灯丝的温度和电子的发射量,从而改变管电流和X射线强度的大小。改变X光管激发电位或选用不同的靶材可以改变入射X射线的能量或在不同能量处的强度。由于受高能电子轰击,X射线管工作时温度很高,需要对阳极靶材进行强制冷却。虽然X射线管产生X射线的能量效率十分低下,但是在目前,X射线管依然是最实用的X射线发生器件,已经广泛应用于X射线类仪器。目前医疗用途主要分为诊断用X射线管和治疗用X射线管。
2.X射线管的常见故障分析
故障一:旋转阳极转子的故障
(1)现象
(1)电路正常,但转速明显下降;静转时间短;曝光时阳极不转动;(2)曝光时,管电流剧增,电源保险丝熔断;阳极靶面某点被熔化。
(2)分析
长期工作后导致轴承磨损变形及间隙改变,固体润滑剂分子结构也会改变。
故障二:X射线管阳极靶面损坏
(1)现象
(1)X射线输出量显著下降,X射线胶片感光度不足;(2)由于阳极金属被高温蒸发,可见玻璃壁镀有薄薄的金属层;(3)通过放大镜,可见靶面有龟裂、裂纹及熔蚀等现象;(4)焦点严重熔化时溅落的金属钨可能使X射线管爆裂损坏。
(2)分析
(1)过负荷使用。有两种可能:一种是过载保护电路失灵使一次曝光过载;另一种是多次曝光,
造成累积性过载而熔化蒸发;(2)旋转阳极X射线管转子卡死或启动保护电路出现故障,在阳极不转动或转速过低的情况下曝光,导致阳极靶面瞬间熔化蒸发;(3)散热不良。如散热体与阳极铜体接触不够紧密或油垢过多。
故障三:X射线管灯丝开路
(1)现象
(1)曝光时无X射线产生,毫安表无指示;(2)通过X射线管窗口可见灯丝不亮;(3)测量X射线管灯丝,阻值为无穷大。
(2)分析
(1)X射线管灯丝电压过高,烧断灯丝;(2)X射线管真空度被破坏,大量的进气使灯丝通电后迅速氧化烧断。
故障四:摄影没有X线产生的故障
(1)现象
(1)摄影也没有X线产生。
(2)分析
(1)若摄影也没有X线产生,则一般先去判断高压是否能够正常送至球管,直接在刚接灯泡处测量电压即可。以北京万东为例,一般高压变压器初次级电压比为3:1000,当然注意机器事先预留下的空间。该空间主要由于电源、自耦变压器等存在着内阻,曝光时损耗加大,从而导致的输入电压等下降的现象,该损耗与毫安选择有关,毫安越大,损耗越大,则空载检测电压也应该越高。
X射线衍射的应用 篇4
X射线衍射的应用
在X射线衍射的应用中，经常涉及到点阵常数的精密测定、X射线物相分析以及X射线应力的测定。如固溶体的晶格常数随溶质的浓度而变化，可以根据晶格常数确定某溶质的含量，而且晶体的热膨胀系数以及物质的内应力都可以通过点阵常数的测定而确定。另外，在金属材料的研究中，常常需要通过点阵常数的测定来研究相变过程、晶体缺陷等，有时甚至需要对点阵常数的精密测定。X射线的物相分析是一项广泛且有效的分析手段，在地质矿产、耐火材料、冶金、腐蚀生成物、磨屑、工厂尘埃、环保、考古食品等行业经常有所应用，如区分物质同素异构体时，X射线的分析非常迅速，已证实Al2O3的同素异构体有14种之多。在测定应力时，X射线具有有效的无损检测方法，照射的面积可以小到1~2mm的直径，即可以测定小区域的局部应力。点阵常数的精确测定 1.1 传统的测量理论
我们对晶体的点阵常数进行精确测定，主要还是利用X射线技术来进行测量。在测量中所用到的最基本的公式就是晶体衍射的布拉格方程：
2dsin=n
其中，d为晶面指数为(hkl)的面间距，为衍射角，也称布拉格角度，为所用X射线的波长，n为衍射的发生级数，布拉格衍射方程可以确定出多级衍射情况，但是，级数越高，所得到的衍射强度越小，光谱分析越不明显，误差也就越大，所以，在点阵常数的精确测定中，真正起作用的就是级数较低的情形。点阵常数的精确度取决于sin的精确度，而不是测量值的精确度，当越接近90°时，对应的测量误差△的△sin值误差越小，由此计算点阵常数也就越精确。对于布拉格方程的微分式分析作个微分近似处理得：
△d/d=△/-cot*△
如果不考虑波长误差则：
△d/d=-cot*△
由此可见，由布拉格角度所引起误差是一个与余切函数相关的函数，显然，布拉格角度越小，所引起误差就越大。从精确度角度考虑，我们所选择的布拉格角度处于20°～35°这样的一个范围。当然了，该实验的误差还有如下几个方面：仪器的固有误差；光阑系统和准直误差；光束几何误差；物理因素误差；我们主要考虑的是折射误差。
X射线衍射的应用
起的误差：
式中：x为焦点沿着测角仪园的切线偏离2=180°切点的距离；S为试样表面偏离测角仪转轴的大小。
(4)布拉格角测量误差：
式中：△M为衍射线条位置角处测量偏离值。
(d)消除误差的方法
为使测量系统误差尽可能地减小，必须专注地调整仪器；选用弯曲晶体单色器氟化锂(LiF)、莹石(CaF)与衍射仪联用，以获取单色X射线；由于射线束有一定发散度而引起线条宽化，且使线条外形畸变使线条产生位移而带来误差，故可选用小孔径光阑(Ø=0.15~30mm)减小射线束的发散度而使线条锋锐。还可以通过精确地测定布拉格角根据线形情况可选取三点抛物线拟合法、三点抛物线法和P4/5中弦法。也可以采用外推图解法确定点阵常数，以及折射校正和温度校正。
(e)结论
运用X射线衍射仪法，分别以3种方法测定布拉格角，得到了光谱纯铜(Cu)相应的点阵常数a值，结果表明它们符合较好。若取3者平均值(a0)=3.614 65×10-10m与文献值(20℃)aCu=3.614748×10-10m比较，两者相差绝对值 |a0-aCu|<0.0001×10-10m也较令人满意。在一般情况下，可替代照相法来测定物质的点阵常数[3]。X射线的物相分析
物相分析是指确定材料由哪些相组成和确定各组成相的含量。物相是决定或影响材料性能的重要因素，因而物相分析在材料分析与科学研究中具有广泛的应用。物相分析主要包括定性分析和定量分析两种。物相定性分析的任务是鉴别待测样由哪些物相组成。注意，物相分析通常不是成分分析。一般化学分析可以得出试样中所含的元素种类及其含量，但却不能说明其存在状态。例如，有两种晶体物质混在一起，经化学分析可知混合物中有Ca2+、Na+、Cl-及SO42-，但不能确定究竟是哪两种晶体。用X射线物相分析可以确定它们是CaSO4和NaCl，还是Na2SO4和CaCl2。2.1定性分析
X射线衍射的应用
Al6Si2O13的衍射图谱完全吻合，说明二者为同一种物相，待测样品的主晶相为莫来石Al6Si2O13。2.2 定量分析
物相定量分析就是确定材料中各组成相的相含量。常用的定量分析方法有外标法、内标法、K值法及参比强度法等。物相定量分析的依据是：待测相的X射线衍射强度与该相在试样中的含量成正比，与多相混合试样的质量吸收系数成正比。下面重点绍一下常用的内标法和外标法。
(a)内标法
在样品中混入一定量的已知物质，测定已知物质和被测物相的衍射强度，以其强度比作图，可得样品的平均质量吸收系数的变化值。其基本公式为：
式中：Ii—复合试样中i相的某衍射线强度；
Is—复合试样中内标相s的某衍射线强度； K—比例系数；
wi—待测样中i相的含量。
上式表明，在待测样品中加入一定比例的内标物质时，被测相的含量wi与衍射线强度比Ii / Is呈线性关系。若以这种方法作出定标曲线，则在被测样品中每次以一定的比例加入标样，以此法计算两衍射线的强度比，作出一系列对应的检量线，就可以作定量计算了。用内标法定量，每定量一相需作一条标准曲线，定量多相需作多条标准曲线，故定量工作需花费大量时间。
(b)外标法
外标法是用对比试样中待测的第i相的某条衍射线和纯i相(外标物质)的同一条衍射线的强度来获得第i相含量的方法。假设试样为两相系统，设两相的质量吸收系数分别为(μm)i和(μm)j，含量分别为wi和wj，则μm=(μm)iwi+(μm)jwj，那么经过推导可得：
由此可见，在两相系统中若各相的质量吸收系数已知，则只要在
X射线衍射的应用
出被测样品中残余石英的含量为 0.56%。2.3小结
X射线衍射法以其方便、快捷、迅速的优点赢得了众多科研、生产人员的青睐，X射线衍射仪已经广泛应用于科研部门和实验室，成为进行晶体结构分析的主要设备。采用X射线衍射法可以对耐火材料进行物相定性分析和定量分析，为耐火材料的生产研发提供科学依据。随着技术手段的不断创新和完善，X射线衍射技术在材料分析领域必将有更广阔的发展前景。
在多相混合物的图样中，属不同相分的某些衍射线条，可能因晶面间距相近而互相重叠，故待测物质图样中的最强线条实际上可能并非某单一相分的最强线，而是有两个或两个以上相分的某些次强或三强线条叠加的结果。在这种情况下，若以该线条作为某相分的最强线条，将找不到任何对应的卡片。
要在众多的卡片中找到满足条件的卡片，是一件相当复杂而繁锁的工作。目前，虽然可以利用计算机可以进辅助检索分析，但仍然难以达到满意的结果。对定量分析来说，还要进行一系列复杂的实验过程，并且在配制试样、绘制定标曲线或者K值测定及计算，都是一件复杂而艰巨的工作。
一种可能解决方法：在物相定性初步分析的基础上，从相反的角度出发，对定分析的初步结果，利用计算机对标准数据(PDF卡片)进行多相图象拟合显示，绘出衍射角与衍射强度(2~I)的模拟衍射图象曲线。通过调整每一物相所占的比例，与衍射仪扫描所得的衍射图谱相比较，从而更准确地得到定性和定量分析的结果。这样，免去了一些定性分析和整个定量分析的实验和计算过程，同时节约了时间，并消除了X—射线对人体的危害[5]。
X射线应力的测定 3.1残余应力测量方法
现有的残余应力测量方法，按照其对被测构件的损伤程度可分为有损和无损两大类。破坏性的测量方法包括取条法、切槽法、剥层法、钻孔法、盲孔法等，都属于应力释放法的范畴。非破坏性方法包括激光干涉法、云纹分析法、X射线衍射法、中子衍射法、磁声发射法和超声波法等。切取或切槽法是将切取或切槽部位的应力完全释放，由切取部位所显示的变形来求残余应力。钻孔法是在存在残余应力的板
X射线衍射的应用
X射线法是根据晶体中的晶面间距变化引起X射线最佳衍射角的变化来测定残余应力的一种无损测试方法。油气输送焊管残余应力测试试验所用X射线应力分析仪为美国X2001型, Cr靶。由于受管径尺寸限制, X射线应力分析仪无法测试焊管内表面的残余应力。
X射线法测试采用的X射线在钢铁中的穿透深度仅为8μm左右,测试的只是管壁外表面极薄一层的应力状态,因而对表面状态非常敏感。而焊管表面状态经常由于挤压和碰撞而改变,其应力分布较复杂,所以X射线法的测试结果比较分散、杂乱,具有较大的随机性(如图3)。另外,焊管最外表面处于平面应力状态,一般认为材料表面屈服强度仅为整体屈服强度的一半,或仅等于材料的疲劳极限强度,而X射线法实测残余应力数据普遍偏低,极大值约300MPa,仅为其它方法所测试的极大值的一半。综上所述, X射线法测试结果只反映焊管表面的应力,没有全面揭示焊管残余应力,其测试结果不适合焊管残余应力的分析和研究[8-9]。
图3 X射线法测试残余应力结果图 参考文献
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X射线管电压 篇5
逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种 :直流侧是电压源的称为电压型逆变电路,直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。它们也分别被称为电压源逆变电路和电流源逆变电路, 本设计采用的是电压型逆变电路。
2.电压型逆变电路的设计及优化
将半桥式变换电路中的两电解电容换成另外两只高反压功率晶体管,并配以适当驱动电路即可组成全桥式变换电路,如图1.2.1所示。VT1、VT2、VT3、VT4组成4个桥臂。高频变压器T连接在它们中间。相对臂的VT1、VT2和VT3、VT4由驱动电路激励而交替导通,将直流输入电压变换成高频方波交流电压。其工作过程与推挽式功率转换电路一样。这样,高频变压器工作时,其初级线圈得到的电压即为电源电压。它是半桥电路输出电压的一倍,而每个晶体管耐压仍为电源电压,使输出功率增大一倍。若是电流达到半桥电路的水平,即电流增大一倍的话,则输出功率就可以增大4倍。
全桥电路的主要不足是需要4组彼此绝缘的晶体管基极驱动电路 , 使控制驱动电路成本增大并复杂化,但选用全桥变换电路可使输出功率大大提高 , 而且晶体管的损耗少。在设计中驱动采用隔离变压器进行驱动信号隔离。
实际电路中缓冲吸收电路很重要,因为设计的不合适,会使吸收电路有很大损耗。然而吸收电路的设计主要还是靠经验而不是理论计算,这是由于需要吸收电路区改善的波形主要是由电路中存在的寄生元件引起的。吸收电路应该在电路实际搭建好以后才设计,即从己确定的印制电路板、变压器、功率开关管以及整流器的参数来构建吸收电路雏形,这样寄生参数就能很接近实际情况。
通常IGBT的开关时间约为1µs当IGBT由通态迅速关断时,有很大的 –di/dt产生,–di/dt在主回路的布线电感上引起较大的尖峰电压 –Ldi/dt,如图1.2.2所示
这个尖峰电压与直流电压叠加后,加在关断的IGBT的C-E之间。如果峰值电压很大,可能使叠加后的UCESP超出反向安全工作区,或者由于du/dt过大,而引起误导通,两者都有损于IGBT ;为此,在IGBT上加入缓冲电路。设计中采用的是充放电型RCD缓冲电路,其电路图如图1.2.3所示。
3.设计要点
X射线管电压 篇6
大型X射线影像设备是现代医院重要的诊疗设备,主要包括计算机断层成像设备(CT:Computed Tomography)、数字减影血管造影设备(DSA:Digital Subtraction Angiography)和各类数字医用X线机(DR:Digital Radiography)等。X射线管是大型X射线影像设备的重要部件,具有高值、易损的特点,价格从10万~150万元/只不等,在医疗机构设备维护费用中占据相当大的比重。由于X射线管临床使用频率高、易耗损,大型综合性医院每年新购及保修X射线管的费用通常高达数百万元[1]。因此对于临床工程师和临床决策部门而言,如何采用科学的方法辨识X射线管工作状态,开展预防性维修,无论对于节约维修经费、制定合理的保修策略,还是提高临床工程保障能力、提高设备运营效率都具有重要的研究意义。
X射线管是结构复杂、制作工艺精细的真空器件,目前通常采用旋转阳极的设计形式[2,3]。受限于维修工具和手段,临床工程保障中可修复性较低,通常采用更换备用X射线管的方法。X射线管的核心和易损部件是旋转阳极,在通常X射线管的寿命周期内与旋转阳极相关的故障(阳极异响、抱死)占全部故障的大多数,是X射线管故障中最为常见的故障,X射线管伴随使用时间的延长,由初始良好状态逐步出现旋转阳极异常振动和异常噪声现象,最后出现旋转阳极剧烈摩擦、抱死,导致紧急停机[4,5,6]。由于X射线管的基本工作原理是利用强电场加速电子,高速电子撞击阳极靶面产生X射线,因此对X射线管而言,温度和振动这两个信号能够有效地反映出X射线管的工作状态。而且对于处于异常状态的X射线管,振动信号的异常往往要先于温度异常[1]。本文将基于振动分析的机器运行状态检测/监测技术用于X射线管状态无损检测,构建了基于Lab VIEW的X射线管振动信号采集和分析系统,探索了从时域、幅值域、频域和时频联合分析等多个角度对X射线管不同工作状态数据进行处理,实现了区分X射线管启动、运转和刹车等不同工作状态的目的,为后续探索X射线管旋转阳极状态无损检测、实现X射线管故障预判、寿命预测等研究提供了技术途径和手段。
1 基于Lab VIEW的振动信号采集系统
1.1 硬件
1.1.1 传感器
由于MEMS技术的发展,加速度传感器实现了高集成度和小型化封装,目前已被广泛用于各类振动信号测量领域。由于X射线球达到正常曝光条件时旋转阳极转速通常要达到3,000~10,000r/min,当旋转阳极状态异常时,通常会产生更高频率的谐波成分,因此加速度传感器的频响应覆盖10倍频的正常曝光转速[7]。基于以上分析,本系统振动信号采集使用了上海北智科技有线公司生产的三轴向测量通用型14500加速度传感器和单轴向测量通用型传感器。该类型传感器属低阻抗电压输出型压电式加速度传感器,内部集成有信号调理电路,输出灵敏度50~100 m V/g,最大输出电压量值为±5V。信号采集时,可将两个单轴向传感器分别固定在X射线管管壁的径向和轴向两个位置,或者选择靠近旋转阳极的部位的管壁放置一个三轴向传感器。
1.1.2 数据采集卡
由1.1.1中对被测振动信号的估算,可知被测振动信号的频率范围在0.05~1.7k Hz,根据采样定理,数据采集卡的采样频率不低于3.4 k Hz。考虑到测量的可靠性和被测信号的最大频率估算误差,确定数据采集卡采样率不低于34 k Hz。本系统采用国家仪器公司(简称“NI”)的NI USB-9234数据采集卡,该采集卡为基于USB的4通道高速信号采集卡,动态范围102d B。4条输入通道借助自动调节采样率的内置抗混叠滤波器,同时以每通道高达51.2k Hz的速率对信号进行数字化处理。
1.2 软件
系统软件开发采用美国NI公司推出的面向对象的图形化编程语言Lab VIEW,搭建测试软件分析平台。Lab VIEW具有高效、灵活、强大的数字信号处理功能,利用其具有的Express VI(迅捷虚拟仪表),实现振动信号采集、存储,以及时域、频域和时频联合分析等功能[8,9,10],离线分析软件的前面板如图1所示。采用本系统可以同时用各种信号处理方法,发现振动信号特征。其中时域分析模块主要用来观察采集的旋转阳极振动信号波形随时间变化的波形;频域分析模块采用FFT(快速傅里叶变换)功率谱分析,以分析振动信号的频率成分;时频联合分析模块主要用到了短时傅立叶变换(STFT),以观察信号的整体时频信息[7]。本文通过建立上述振动信号分析模块,探索提取出能够反映出X射线管工作状态的振动信号特征。
2 基于振动分析的X射线管状态辨识
采用本文所述的振动信号采集系统,我们采集了正常状态X射线管工作时的振动信号。通过分析发现,轴向加速度传感器的振动信号分量很低,径向加速度传感器则振动信号分量较大,且具有明显的与X射线管工作状态对应的信号特征,如图2所示。该图为典型的在X射线管管壁检测到旋转阳极在1个曝光周期内的振动信号。旋转阳极经历了从待机到加速启动、稳态曝光、制动再到待机的工作过程,从振动信号中,我们能够明显识别出X射线管旋转阳极在1个曝光周期内的状态分为3个相:第1个相是旋转阳极启动相,即旋转阳极从启动到达到曝光要求的平稳转速;第2个相是旋转阳极稳态相,即X射线管开始曝光至曝光结束的一段时间;第3个项是曝光结束至旋转阳极停转的一段时间。
基于这个具有明显状态特征的X射线管振动信号,我们在幅值域、频域和时频域对该振动信号进行了处理。
2.1 预处理
通过待机状态的振动信号分析发现,在旋转阳极不工作时,加速度传感器仍能够采集到来自管壁的振动信号,这部分信号可能源于X射线管所属大型影像设备的扰动信号以及球管内的油冷却系统,因此在针对旋转阳极的振动信号处理时,需要使用高通滤波器对振动信号进行预处理,去除与旋转阳极工作无关的振动信号(如图3所示)。
2.2 时域和幅值域分析
时域和幅值域有多个参量可以描述信号特征,如自相关和互相关分析用于判断信号的随机程度,也可用于检测混在在随机信号中的周期信号;还可以求信号的均值和方差等统计量,计算其概率密度分布等。幅值域分析是每次实验必不可少的一步,尤其是随机信号数字特征的偏态和峰值,可用于故障检测和分析。针对图2旋转阳极的振动信号,我们采用峭度这个参数来识别3个不同状态(如图4所示)。
峭度:
随着振动量的发生和发展,峭度会逐渐增大,峭度对大幅值非常敏感,当其概率增加时,值将迅速增大,有利于探测奇异振动信号[11]。
2.3 频域分析
在数字信号处理领域,频域处理技术由于快速傅里叶变换FFT算法的提出而得到广泛应用。频率分析通常包括功率谱分析,频响函数分析和倒谱分析等。我们尝试使用基于FFT的功率谱分析技术处理图2旋转阳极3个状态的振动信号,观察其频率成分(如图5所示)。
2.4 联合时频分析
基于傅里叶变换的信号频域表示及能量频域分布揭示了信号在频域的特征,但傅里叶变换是一种整体变换,只能了解信号的全局特性,不能有效检测信号频率随时间的变化情况。时频分析以联合时频分布的形式来表示信号的特性,克服了傅里叶分析时域和频域完全分离的缺陷,可以较准确地定位某一时刻出现哪些频率分量,以及某一频率分量分布在哪些时刻上。联合时频分析在基于振动信号分析的机器工作状态监测中获得了广泛应用[12,13]。由于短时傅里叶变换STFT具有概念直接,算法简单,易于实现等优点,对整个信号采用单一分辨率分析,可反映信号的整体时频趋势,我们采用STFT方法处理图2旋转阳极3个状态的振动信号,观察其能量在时频相平面的分布情况(如6所示)。
3 结论
通过我们研制的信号采集装置,能够有效地采集X射线管在不同工作状态的振动信号。Lab VIEW为我们提供了一个快速的信号采集和分析处理平台,在该平台我们不仅实现了振动信号的采集和实时显示,还针对X射线管在1个曝光周期中的振动信号特点开发了时域分析、幅值域分析、频域分析和联合时频分析等信号处理算法。通过数据分析处理发现,幅值域的陡度参数能够有效区分旋转阳极的不同工作状态,频域的基于FFT的功率谱算法虽然能够提示出每个阶段的不同频率成分,但是无法提供各个频率分量出现的时刻信息,而基于STFT的联合时频分析则能够获得丰富的时频分布信息,可直观和有效地区分出旋转阳极的不同工作状态。因此幅值域的信号处理方法,如随机信号数字特征的偏态和峰值及联合时频分析方法可有效地用于X射线管工作状态检测,识别异常振动信号和分析。
4 讨论
X射线诊断设备简介 篇7
100年来,X射线成像技术不断地发展,包括使用影像增强管、增感屏、旋转阳极X射线管及断层摄影等微电子技术的发展和某些器件的改进,使新颖的X射线成像装置不断问世。如X射线数字减影造影技术(DSA),它可以减除其他图像背景,清晰地显示血管的图像。又如数字摄影机(CR),采用涂有荧光体微结晶平板(影像板),来替代胶片,X射线照射后会产生潜像,然后用激光激励,经采样后得到数字图像。影像板用均匀光照射后可消除潜像,因而可重复使用达1000次,成为无胶片射线机。
X射线诊断设备这个“大家族”的成员随着科技的发展而不断增多,现在除了常规的X射线摄影系统外,还有很多数字化的新成员,如:CT(Computed Tomography,电子计算机X射线断层扫描技术)、DR(Digital Radiography,直接数字化X射线摄影技术)、DSA(Digital Subtraction Angiography,数字减影血管造影技术)。
1 X射线摄影屏、胶片系统
X射线成像是基于待成像物体各组成部分组织的密度不同,因而对X射线的衰减不同,从而形成透射X射线强度差异,导致在乳胶片上成像的。
入射强度为I0的X射线通过厚度为x的物体,输出X射线强度I1与该物体的衰减系数μ有关,即:
如果X射线通路上有n种组织,其衰减系数与厚度分别是μi和xi,则输出X射线强度I2为:
作为接收器的平板荧光屏,将出射的X射线能量转换为可见光。由于屏的亮度较低,只能在暗室中观察。为了解决荧光屏亮度低的问题,人们研究出了影像增强管。在影像增强管中,碘化铯等材料制成的荧光屏和光电阴极紧密相接。入射的X射线与荧光屏作用后产生可见光,可见光又使光电阴极产生电子,这些电子经过一个透镜系统加速并聚焦在输出荧光屏上。使带有影像增强管的X射线图像质量明显改善,可以在明室内观察,达到临床应用的要求。这就是我们常说的X光透视检查。病人的检查结果需要备案,以便对病人的发病史和治疗过程进行跟踪,使用涂上感光乳剂的胶片与荧光增强屏组成的屏、胶片系统,可以得到高分辨的X射线图像,胶片所记录的X射线图像可以长期保留和备案。
1.1 胸透
胸透全称荧光透视,为常用X线检查方法。它是利用X线具有穿透性、荧光性和摄影效应的特性,使人体在荧屏上形成影像。由于人体组织有密度和厚度的差别,当X线穿透人体不同组织时,X线被吸收的程度不同,所以到达荧屏上的X线量就有差异,形成黑白对比不同的影像,为医生的诊断提供依据。
利用X线对疾病做出诊断在临床应用非常广泛。健康查体最常做的是胸部的X线检查,最基本的就是胸透。
胸透可以看到胸部的软组织、骨骼(包括胸椎)、纵隔(心脏、大血管、气管、食管等)、气管和支气管、胸膜、肺组织等,可以诊断肺和气管的先天性疾病,
如发育异常、肺部的各种炎症、急慢性支气管炎、比较明显的支气管扩张症、肺气肿或肺水肿、各型肺结核、肺肿瘤、胸腔积液、气胸、纵隔肿瘤、心脏形态异常等。
胸透的放射线量在X线检查中是最大的,做一次胸透就相当于拍10次X光照片检查。但胸透检查一般也在数十秒,所以对人体的危害十分有限。成年人做一次胸透几乎没有明显危害。
1.2 X射线消化道检查
X线检查时,由于人体各种器官、组织的密度和厚度不同,所以显示出黑白的自然层次对比。但在人体的某些部位,尤其是腹部,因为内部好几种器官、组织的密度大体相似,必须导入对人体无害的造影剂(如医用硫酸钡),人为地提高显示对比度,才能达到理想的检查效果。这种检查方法临床上叫做X射线造影检查。X射线造影检查使用得较多的是胃肠钡餐造影和钡剂灌肠造影。这项检查安全、无创伤、无副作用。但有些患者,如急性呼吸道感染病人,严重心、肝、肾功能不全病人,以及碘试验阳性的病人,一般不适宜做这项检查。
消化道钡餐和钡灌肠X射线检查有助于了解整个胃肠道动力状态,能够诊断胃、十二指肠溃疡、胃穿孔、胃出血及幽门梗阻等多种疾病。近年来,应用气钡双重造影已提高了阳性率。胆管胆囊造影有助于了解胆囊浓缩功能,判断有无结石;经皮肝胆管造影可区别梗阻性黄疸的原因。选择性腹腔动脉造影对肝脏及其他肿瘤、消化道出血等都有诊断价值。
2 CT(电子计算机X射线断层扫描技术)
CT是一种功能齐全的病情探测仪器,它是Computed Tomography(电子计算机X射线断层扫描技术)的简称。X-CT自1972年由英国电子工程师亨斯费尔德发明后至今已历经四代产品。扫描时间已由几分钟缩短至数秒,图像清晰度也由1万个像素提高到几十万个像素(单片)。据称第五代CT的实验样机也已研制成功,能准确反映内脏和血液的动态情况,但尚未形成成品投放市场。
2.1 X-CT的基本成像原理
CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描,由探测器接收透过该层面的X线,转变为可见光后,由光电转换变为电信号,再经模拟/数字转换器(analog/digital converter)转为数字,输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体,称之为体素(voxel)。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数,再排列成矩阵,即数字矩阵(digital matrix),数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器(digital/analog converter)把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块,即像素(pixel),并按矩阵排列,即构成CT图像。所以,CT图像是重建图像。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。
2.2 X-CT的基本组成
CT设备主要由以下三部分组成:扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成;计算机系统,将扫描收集到的信息数据进行贮存运算;图像显示和存储系统,将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上,或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下来。
探测器从原始的1个发展到现在的多达4800个。扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定,发展到新近开发的螺旋CT扫描(spiral CT scan)。计算机容量大、运算快,可达到立即重建图像。
由于扫描时间短,可避免运动产生的伪影,如呼吸运动的干扰,从而提高图像质量;层面是连续的,所以不致于漏掉病变,而且可行三维重建,注射造影剂作血管造影可得CT血管造影(CT angiography,CTA)。超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同,扫描时间可短到40ms以下,每秒可获得多帧图像。由于扫描时间很短,可摄得电影图像,能避免运动所造成的伪影,因此,适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很好配合检查的患者检查。
2.3 X-CT断层图像的特点
(1)与二维X射线透视和摄影技术的直接物理成像不同,CT图像是通过计算机按照某种数学模型计算出来的结果并重建的图像。图像的质量完全取决于所采用的算法。
(2)就图像剖面而言,二维X射线透视和摄影技术得到的图像是X射线从前到后穿透人体得到的人体正面像,而CT断层图像则是从上向下看到的水平剖面。
(3)二维X射线透视和摄影技术得到的图像没有物体形状、大小和彼此间的空间关系,较难理解。CT技术使我们能够看到人体的内部,让传统的平面的医学图像立体化了。
(4)CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成。这些像素反映的是相应体素的X线吸收系数。不同CT装置所得图像的像素大小及数目不同,大小可以是1.0×1.0mm,0.5×0.5mm不等;数目可以是256×256,即65536个,或512×512,即262144个不等。显然,像素越小,数目越多,构成图像越细致,即空间分辨力(spatial resolution)越高。CT图像的空间分辨力不如X线图像高。
(5)CT图像是以不同的灰度来表示,反映器官和组织对X线的吸收程度。因此,与X线图像所示的黑白影像一样,黑影表示低吸收区,即低密度区,如含气体多的肺部;白影表示高吸收区,即高密度区,如骨骼。但是与X线图像相比,CT的密度分辨力高。因此,人体软组织的密度差别虽小,吸收系数虽多接近于水,也能形成对比而成像。这是CT的突出优点。所以,CT可以更好地显示由软组织构成的器官,如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等,并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。
2.4 X-CT的检查范围
(1)头部:脑出血,脑梗塞,动脉瘤,血管畸形,各种肿瘤,外伤,出血,骨折,先天畸形等。
(2)胸部:肺、胸膜及纵隔各种肿瘤,肺结核,肺炎,支气管扩张,肺脓肿,囊肿,肺不张,气胸,骨折等。
(3)腹、盆腔:各种实质器官的肿瘤、外伤、出血,肝硬化,胆结石,泌尿系统结石、积水,膀胱、前列腺病变,某些炎症、畸形等。
(4)脊柱、四肢:骨折,外伤,骨质增生,椎间盘病变,椎管狭窄,肿瘤,结核等。
(5)骨骼、血管三维重建成像。
(6)CTA(CT血管成像):大动脉炎,动脉硬化闭塞症,主动脉瘤及夹层等。
(7)甲状腺疾病:甲状腺腺瘤、甲状腺腺癌等。
(8)其他:眼科及眼眶肿瘤,外伤;副鼻窦炎、鼻息肉、肿瘤、囊肿、外伤等。
由于CT的高分辨力,可使器官和结构清楚显影,能清楚显示出病变。在临床上,神经系统与头颈部CT诊断应用早,对脑瘤、脑外伤、脑血管意外、脑的炎症与寄生虫病、脑先天畸形和脑实质性病变等诊断价值大。
在五官科诊断中,对于框内肿瘤、鼻窦、咽喉部肿瘤,特别是内耳发育异常有诊断价值。
在呼吸系统诊断中,对肺癌的诊断、纵隔肿瘤的检查和瘤体内部结构以及肺门及纵隔有无淋巴结转移诊断都是比较可靠的。
在心脏大血管和骨骼肌肉系统的检查中也是有诊断价值的。
在骨关节疾病方面,多数情况可通过简便、经济的常规X射线检查确诊,因此使用CT检查相对较少。
3 DR(直接数字化X射线摄影系统)
DR(Digital Radiography),即直接数字化X射线摄影系统,由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成,是直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像。
3.1 DR基本工作原理
DR是一种X射线直接转换技术,它利用硒作为X线检测器,将X射线影像信息转化为数字影像信息。DR系统无光学散射而引起的图像模糊,其清晰度主要由像素尺寸大小决定。其曝光宽容度相对于普通的增感屏-胶片系统体现出某些优势:DR由于采用数字技术,动态范围广,有很宽的曝光宽容度,因而允许照相中的技术误差,即使在一些曝光条件难以掌握的部位,也能获得很好的图像;DR可以根据临床需要进行各种图像后处理,如各种图像滤波、窗宽窗位调节、放大漫游、图像拼接以及距离、面积、密度测量等,为影像诊断中的细节观察、前后对比、定量分析提供技术支持。
就目前而言,DR电子暗盒的结构14 in×17 in(1in=2.54 cm)由4块7.5 in×8 in所组成,每块的接缝处由于工艺的限制不能做得没缝,且一旦其中一块损坏必将导致4块全部更换,不但费用昂贵,还需改装已有的X线机设备。
DR系统较适用于透视与点片摄影及各种造影检查,由于单机工作时的通量限制,不易取代大型医院中多机同时工作的常规X线摄影设备,但较适用于小医疗单位和诊所的一机多用目的。
3.2 数字化X射线影像技术的特点
(1)它最突出的优点是分辩率高,图像清晰、细腻,医生可根据需要进行诸如数字减影等多种图像后处理,以期获得理想的诊断效果。
(2)该设备在透视状态下,可实时显示数字图像,医生再根据患者病症的状况进行数字摄影,然后通过一系列影像后处理如边缘增强、放大、黑白翻转、图像平滑等功能,从中提取出丰富可靠的临床诊断信息,尤其对早期病灶的发现可提供良好的诊断条件。
(3)数字化X射线机形成的数字化图像比传统胶片成像所需的X射线剂量要少,因而它能用较低的X射线剂量得到高清晰的图像,同时也使病人减少受X射线辐射的危害。
(4)由于它改变了已往传统的胶片摄影方法,可使医院放射科取消原来的图像管理方式和省去片库房,而以计算机无片化档案管理方法取而代之,从而节省大量的资金和场地,极大地提高工作效率。此外,由于数字化X射线图像的出现,结束了X射线图像不能进入医院PACS系统的历史,为医院进行远程专家会诊和网上交流提供了极大的便利。另外,该设备还可进行多幅图像显示,进行图像比较,以利于医生准确判别、诊断。通过图像滚动回放功能,还可为医生回忆整个透视检查过程。
4 DSA(数字减影血管造影技术)
数字减影血管造影技术(Digital Subtraction Angiography,DSA)是一种新的X线成像系统,是常规血管造影术和电子计算机图像处理技术相结合的产物。普通血管造影图像具有很多的解剖结构信息,例如骨骼、肌肉、血管及含气腔隙等等,彼此相互重叠影响,若要想单纯对某一结构或组织进行细微观察就较为困难。
DSA的成像基本原理是将受检部位没有注入造影剂和注入造影剂后的血管造影X线荧光图像,分别经影像增强器增益后,再用高分辨率的电视摄像管扫描,将图像分割成许多的小方格,做成矩阵化,形成由小方格中的像素所组成的视频图像,经对数增幅和模/数转换为不同数值的数字,形成数字图像并分别存储起来,然后输入电子计算机处理并将两幅图像的数字信息相减,获得的不同数值的差值信号,再经对比度增强和数/模转换成普通的模拟信号,获得了去除骨骼、肌肉和其他软组织,只留下单纯血管影像的减影图像,通过显示器显示出来。通过DSA处理,使血管的影像更为清晰,在进行介入手术时更为安全。
4.1 DSA的主要组成部分
(1)带有影像增强器电视系统的X线诊断机;
(2)高压注射器;
(3)电子计算机图像处理系统;
(4)操作台:用来输入数据,控制采像,贮存及显示图像;
(5)磁盘或磁带机:用来存储图像信息;
(6)多幅照相机:把显示的图像用胶片拍摄下来以便诊断和存档之用。
4.2 DSA的主要优点
(1)对比度分辨率高。DSA血液中造影剂浓度达5%即可显影,而常规胶片-增感屏血管造影则需30%~40%的浓度才能显影。
(2)减去了血管以外的背景,尤其使与骨骼重叠的血管能清楚显示。
(3)由于造影剂用量少、浓度低,可选用较细的导管,损伤小,比较安全,对肝、肾功能的要求较常规造影放宽。
(4)节省胶片使造影价格低于常规造影。
(5)DSA具有多种图像后处理功能,特别是能够进行三维血管重建。
4.3 DSA的临床应用
DSA现已被广泛应用于呼吸、消化、神经、泌尿生殖及骨骼系统等的肿瘤和其他疾病的诊断以及左心、冠状动脉的病变诊断,如可以清晰显示各种动脉瘤、动脉狭窄、闭塞、动静脉畸形。
4.4 在介入治疗中的应用价值
经皮血管内导管治疗是介入放射治疗的主要部分,现已广泛用于各种疾病的治疗,如动脉内灌注化疗栓塞术治疗肿瘤、动脉栓塞治疗大出血和血管畸形、血管溶栓术、血管成形术、血管内支撑器、经颈静脉肝内门体分流术等。在常规血管造影设备下进行介入治疗远不如在DSA系统下操作方便。由于DSA能实时观察到造影结果、动态观察导管、导丝和造影剂等的行程,可反复重放,另外还有路图技术(road mapping),大大方便选择性和超选择性插管,可以节省常规造影需要的洗胶片时间,减少导管在动脉内停留时间,从而缩短了造影和介入治疗的时间,减少可能发生的并发症。同时DSA造影剂用量小、浓度低,减少了造影副反应。
摘要：本文概述了X射线成像技术在医学中的应用,对X射线产品的组成、特点、成像原理以及应用范围做了详细介绍,并重点介绍了数字X射线成像技术。与传统胶片成像相比,数字X射线成像具有很多优点,包括:射线剂量低、图像分辨率高、图像信息量大、便于管理以及可实现图像传输等优点,因此得到广泛应用,发展趋势良好。
X射线管电压 篇8
1. 传统设计思路所采用的射源油箱电路
传统设计思路在采用普通的多倍整流升压电路（图1），此电路下注电容在一个周期内仅在很短时间内获得电荷，而差不多在一个周期的时间内流失电荷，其纹波系数为：
Id为输出电流；
n为倍压级数；
f为工作频率；
C为倍压电容容量；
V0为输出电压；
其串联临界级数公式为：
其中um为变压器副边输出电压峰值
可以明显看出其缺点是：高压硅堆多级串联，高压纹波仍然比较大，带载能力差，高压不稳等。
2. 单向对称倍压整流升压电路
如图2所示，此电路同样第一级为变压器升压，第二级为高压硅堆整流升压。与普通多倍压整流升压电路相比，其优点是：整流输出电压纹波小，带载力增强，输出电压稳定，电路内部压降低，波动小，临界级数高，输出电压高。其缺点是：如果输出电压比较高，高压硅堆串联级数多，对绝缘耐压要求苛刻。此电路有两个升压变压器，中间柱电容在半个周期内获得电荷一次，而流失电荷时间不到半个周期，其纹波系数为：
Id为输出电流；
n为倍压级数；
f为工作频率；
C为倍压电容容量；
V0为输出电压；
可以看出，与普通多倍压整流升压电路相比，此电路高压输出纹波明显减小。
其串联临界级数公式为：
串联临界级数是普通倍压电路的2倍，其中um为变压器副边输出电压峰值。
3. 单向对称倍压整流升压电路对比传统设计电路的优势
虽然使用单向对称倍压整流升压电路会使得射源油箱的制作成本大大提高，但X射线类产品本身生产量有限，成本劣势不明显。但更好地纹波系数和带载、升压能力可以保证X射线源的良好稳定性，同时由于在实际的产品中优化了单向对称倍压整流升压电路，如图3所示，正负双向对称倍压整流电路其实是两路对称倍压电路的叠加串联，上半路对称倍压电路负责正向倍压整流升压，下半路对称倍压电路负责负向倍压整流升压；为了减小电路输出纹波，该电路采用两组高压变压器同时给上半路对称倍压电路和下半路对称倍压电路供电。两组高压变压器异名端都与地相连，作为正负倍压电路中心参考点。正负双向对称倍压整流电路，其正向倍压整流升压电路和负向倍压整流升压电路充放电原理一样，只是它们的充电电压和整流二极管方向相反。
这种结构进一步的保证了该电路具有较小的输出高压纹波系数、更强的带载能力、升压能力强、对高压绝缘要求低、变压器发热小、体积小。在同等的升压倍数下，其纹波系数理论上是单向对称倍压电路的近似0.5倍；升压能力是单向对称倍压电路2倍；在高压数值一样的环境下，其对绝缘要求是单向对称倍压电路的一半。
4.总结
X射线管电压 篇9
1 基本原理
X射线管的冷却除了管套上的油冷系统外,还有一套水冷系统,就是通过油泵将管套内的油循环至热交换片,再通过水循环系统将热交换片中的热量传出,并通过制冷系统冷却后,传送至热交换片到达管套,达到冷却X射线管的目的。所以,整个冷却系统由油循环系统、水循环系统、制冷系统、温度探测器、控制电路等组成。油循环系统主要由油泵、油循环传感器、热交换片、温度探测器等组成,其作用是将X射线管的热量通过变压器油循环至热交换片,并实时监控X射线管的散热状态;水循环系统主要由水泵、水循环传感器、水箱、皮管、水温探测器等组成,其作用是将热交换片中热量循环至制冷系统;制冷系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、风扇、温度控制器等组成,其作用是通过蒸发器冷却水循环中的热水。开机后,油泵开始工作,X射线管管套内的油与热交换片进行循环流动,当X射线管工作一段时间后,油温上升至40℃时,水循环系统和制冷系统工作,即水泵、压缩机和冷却风扇工作,X射线管的冷却系统全面启动,保证X射线管不会过热而停止工作,冷却系统面板上有水温显示,正常状态下应该在20℃左右。
2 故障检修
X射线管在连续产生X射线后,阳极很快就会产生大量的热,如果不及时冷却,很容易造成X射线管的损坏,所以,当X射线管的阳极温度达到限值时,控制电路立即发出信号,切断X射线的产生,并在显示屏上发出X射线管过热警示信息,说明X射线管冷却系统发生了故障。常见的问题多为水循环系统故障或制冷系统故障。
2.1 水循环系统故障
当水循环系统发生故障时,在控制台显示屏上将显示警示信息,说明水没有循环,在X射线管没有过热之前,X射线仍然可以产生,但随着X射线的不断产生,阳极的热量不断增加,当温度达到限值时,控制电路立即切断X射线的产生。所以,当发现水没有循环,应立即检查,排除故障。首先检查水循环系统的水泵是否工作,如果没有工作,再看一下压缩机和风扇,如果也不工作,则检查供电电源,因为水泵的电源与压缩机和风扇的电源是从机柜送过来的同一组电源,为110V的交流电,测量一下即可知道。如果仅水泵不工作,一种可能是水泵坏了,还有一种可能是油温度探测器损坏了,以至于油温超过40℃时,仍然没有送出水泵工作的信号。检查油温探测器是否损坏,最简单的方法是将温度探测器的信号插头XJ212拔下,相当于最大阻值,水泵应立即工作,如果还不工作应该是水泵损坏。水泵可以向厂家单独订购,或者用国产水泵代用。
2.2 制冷系统故障
当制冷系统发生故障时,循环水的温度将逐渐上升,从制冷系统面板上的温度显示即可看出,此时X射线管阳极的热量不能散发,温度越来越高,直至过热保护。这种故障的最大可能是压缩机损坏,还有就是制冷剂泄漏,如果压缩机是工作的,并且测量工作电流在5A左右,说明压缩机工作正常,加制冷剂试试,如果温度明显下降,说明有泄漏的地方,检漏并处理后加制冷剂即可正常运行。如果压缩机不工作,并测量供电电压正常(110V),关机后检查压缩机启动电容,如果正常,用钳型电流表测量开机时的瞬时启动电流,若为几十安培,并且保护器立即动作,说明压缩机损坏了,必须更换,但是厂家没有压缩机的单独订购号,只能更换整个冷却系统,并且价格昂贵,需近60万元人民币。仔细分析制冷系统,其原理与冰箱、空调是一样的,所以修理这种故障并不难,可以自行维修:更换一只同型号的压缩机,抽真空后重新充制冷剂(R134a型)即可。但是在国内要买到同型号的压缩机不太容易,其型号为AJ150AT-165-B4,标称工作电压为交流100V,实际测量为110V。因此,我们想办法改装,购买了一只功率和尺寸相近、但工作电压为交流220V的三洋压缩机,价格6000多元,型号为CAJ4492Y,制冷剂也用R134a型,另外还购买了一只工作电压为110V的进口交流接触器,将原来压缩机的110V工作电压接到交流接触器的线包上,接触器的一端接220V的输入电压,可以从机器的机柜中引出,也可以另外连接,交流接触器的另一端接新压缩机,提供工作电压,将压缩机的铜管焊接好并检漏后,抽真空。电路和水路接好后,通电,但此时压缩机可能不会工作,因机器没有使用,X射线管的热量还没达到冷却的要求,所以接触器上没有110V电压,为了能使压缩机工作而充制冷剂,最方便的方法是将温度探测器信号插头XJ212拔下,此时交流接触器立即得电工作,220V电压通过交流接触器加到压缩机而工作,充制冷剂时,用钳型电流表监测其工作电流,控制在4.5~5A范围内即可。关机后,将XJ212插头插好,准备就绪后即可正常开机使用。
经一个多月的临床使用,结果X射线管冷却系统工作一切正常,其温度能控制在正常范围之内。此方法简单可行,并且可以节省昂贵的维修费用。
参考文献
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