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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES ELECTRIQUES A REGLAGE AUTOMATIQUE.
La présente invention vise des perfectionnements apportés à des systèmes électriques à réglage automatique de deux ou plusieurs circuits en fonction des variations d'une grandeur électrique quelconque. Elle concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, le réglage automatique de cer- tains générateurs de rayons X et notamment le réglage d'équipements à rayons X comportant un certain nombre de cathodes séparées et Indépendantes.
Il est courant de prévoir, dans les tubes à rayons X deux ou plusieurs filaments destinés à produire une ou plusieurs taches focales sur l'anti-cathode : une tache focale de petites dimensions permet;d'obtenir une meilleure définitition de l'image, tandis que les taches de plus grandes di- mensions permettent d'utiliser une émission plus intense et de réduire le temps @
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de pose.
Quand on utilise un tube à rayons X à filaments multiples,on doit prendre grand soin de ne pas élever, au-dessus d'une certaine limite, la température du filament destiné à fournir la tache focale de petites dimensions à cause des risques de détérioration de l'anti-cathode..L'opérateur doit par consé- quent avoir présente à l'esprit la nécessité de passer à l'autres filament et d'ac- croître ainsi les dimensions de la tache focale quand il déeire augmenter l'inten- sité du rayonnement X.
L'invention a pour objet un système de transfert automatique de la décharge d'une cathode à une autre, éliminant l'intervention de l'opérateur.
Conformément à certaines formes particulières de réalisation de l'invention, ce transfert automatique qui permet de passer de l'utilisation d'un filament à l'autre, peut être réalisé graduellement ou brusquement quand la tension du courant de chauffage est modifiée par l'opérateur.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avanta- ges de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels:
La Fig.l représente un tube à rayons X et un circuit conforme à l'invention.
La Fig.2 montre, à grande échelle, la face active de la cathode, et la Fig.3 celle de l'anti-cathode.
Les Fig.4 et 5 représentent des courbes illustrant l'invention.
La Fig.6 se rapporte à une variante des circuits.
La Fig.7 est une autre courbe mettant en évidence le fonctionne- ment du circuit de la Fig.6.
En se référant plus particulièrement à la Fig.l, on voit en coupe un tube à rayons X dont l'enveloppe est représentée en 10. L'anode qui peut être du type classique, est constituée par une pièce métallique massive 11 supportée à une extrémité de l'enveloppe 10 et munie d'une anti-cathode 12 qui peut être for- mée par une plaque de tungstène. La cathode qui fait face à l'anti-cathode compor- te deux filaments, 15 et 16, placés dans des logements parallèles prévus dans la pièce métallique 14.
Comme on le voit sur la Fig.2, ces filaments sont de différentes longueurs et sont disposés entre les faces inclinées de la pièce 14 de concentra- tion des rayons cathodiques, de telle sorte que les électrons qu'ils émettent sont dirigés vers une région focale commune de l'anti-cathode 12,
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A une extrémité, les filaments 15 et 16 sont connectés au conduc- teur d'amenée commun 19 qui est scellé dans le pied de lampe 20 à l'extrémité ca- thodique du tube. Les autres extrémités des filaments comportent respectivement des conducteurs d'amenée séparés 22 et 23 grâce auxquels ils peuvent être alimentés in- dépendamment par une source extérieure.
La pièce de concentration 14 comporte aussi un conducteur d'amenée 24 qui permet de la porter à un potentiel de polarisation approprié, de manière à obtenir la concentration des électrons émis par les fila- ments* La Pig.3 montre le recouvrement des taches focales 25 et 25' sur la surface de l'anti-cathode.
Pendant le fonctionnement du tube, une différence de potentiel est appliquée entre l'anode 11 et la structure de cathode par le secondaire du transfor mateur à haute tension 26, et les deux filaments sont alimentés par une source de courant alternatif représentée par le transformateur de chauffage 27. Le chauffage peut être réglé par une résistance variable 28 connectée dans le primaire du trans- formateur,
Les valeurs d'énergie respectives appliquées aux filaments sont déterminées par des impédanoes variables en circuit avec les filaments. Dans le dispositif de la Fig.l, le filament 15 destiné à produire la plus petite des deux taches focales est connecté aux bornes du secondaire du transformateur 27 en série avec un circuit qui comporte une branche inductive et une brandhe capacitive.
Cette dernière comprend le condensateur 30 et est connectée au filament 15 et à la sour- ce par un circuit allant d'un pôle à l'autre du transformateur 27 à travers les éléments suivants :conducteur d'amenée 23, filament 15, conducteur d'amenée 19, condensateur 30 et conducteur 31. La branche inductive est connectée aux bornes du condensateur 30 et comporte le filament 16 et une inductance constante, représen- tée en 34, en série avec une impédance variable.
Cette dernière peut être constituée par exemple par une réactance saturable comprennent un enroulement à courant alternatifw32 et un enroulement sa- turant 33 grâce auquel l'impédance de l'enroulement 32 peut être modifiée. Il est préférable que l'inductance 34 ait une valeur telle que, lorsque la réactance est saturée, les branches inductive et capacitive sont en résonance.
En examinant plus en détail le circuit décrit ci-dessus, on voit que les filaments peuvent être alimentés séparément et alternativement. C'est ainsi que, lorsque la réactance saturable n'est pas saturée, l'impédance de l'enroulement 32 peut être extrêmement élevée et il ne passe que peu ou pas de courant dans le filament 16. En même temps, un courant intense peut traverser le circuit qui com-
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-porte le filament 15 et le condensateur 30; mais si l'impédance est fortement ré- duite du fait d'un accroissement du courant dans l'enroulement de saturation 33, le courant dans le filament 16 peut atteindre une valeur relativement élevée limi- tée principalement par l'inductance 34.
De plus, si la résonance en parallèle est réalisée sur la réac- tance saturable, le courant absorbé par le condensateur 30 aura une valeur égale et une phase opposée à celui traversant l'inductance 34, de telle sorte que le courant résultant qui traverse le filament 15 peut être amené à une valeur relativement basse. On voit donc que, lorsque le filament 16 reçoit le maximum de courant de chauffage, le filament 15 en reçoit le minimum, la condition inverse étant égale- ment réalisable.
Conformément à un autre aspect de la présente invention, on ap- plique des moyens tels qu'on puisse passer automatiquement de l'utilisation d'un filament à celle d'un autre, suivant les variations de la différence de potentiel aux bornes du transformateur 27, commandée par la résistance 28. Ces moyens peu- vent être constitués par un dispositif à caractéristique non linéaire utilisé en association avec l'enroulement de saturation 33.
Le schéma de la Fig.l comporte un tel circuit type série à carac- téristique non linéaire formé par un condensateur 37, par une résistanoe 38 et par une inductance non linéaire 39 qui peut consister, par exemple, en une réactance à circuit magnétique fermé et tel qu'il se sature pour certaines valeurs du courant de fonctionnement.
Quand le potentiel alternatif appliqué aux bornes d'un tel cir- cuit non linéaire augmente, le courant augmente aussi lénéairement jusqu'à un certain point pour lequel l'inductance à caractéristique non linéaire se rapproche de la résonance avec la capacité du circuit. A ce point, si la caractéristique de saturation de l'inductance est convenablement choisie, le courant peut s'accroître soudainement jusqu'àu- valeur égale à plusieurs fois sa valeur antérieure. La ra- pidité de cette variation dépend en partie de la résistance du circuit non linéaire; elle diminue en général quand la résistance augmente.
On a représenté Flg.4 l'intensité I en fonction de la tension V appliquée au circuit non linéaire pour diverses valeurs de la résistance du circuit Pour les fortes valeurs de cette résistance, la variation de I est représentée par les courbes A-B-C de la Fig.4; le passage du courant d'une valeur faible à une va leur forte se fait graduellement, et pour des valeurs relativement élevées de la résistance, l'allure du phénomène est sensiblement linéaire.
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Mais pour une valeur particulière de la résistance, la variation de I peut être très brusque; elle est alors provoquée par une très légère variation de V dans un sens ou dans l'autre : c'est ce que montre la courbe D où la transi- tion entre les valeurs faibles et les valeurs élevées du courant I est très abrupte et présente l'allure de l'action d'un relais. Pour des valeurs plus faibles encore de la résistance, il peut arriver que le retour aux valeurs faibles du courant se produise seulement pour une tension différente de celle qui a produit un accrois- sement: c'est ce que montrent les courbes D et E : cette dernière correspond à la décroissance de V et on voit que la diminution brusque de I se produit pour une va- leur plus faible de V que son augmentation brusque.
Dans la forme décrite de réalisation de l'invention on utilise un circuit non linéaire dont la caractéristique a une seule forme, analogue à celle de la courbe D de la fig.4. Dans ces conditions, quand on dépasse une certaine va- leur critique de la tension d'alimentation, le courant dans le circuit non linéaire augmente rapidement jusqu'à une valeur plus élevée à laquelle correspond un accrois- sement de la chute de tension aux bornes du condensateur 37. Cette chute de ten- sion accrue, qui agit par l'intermédiaire d'un redresseur 42 et de l'enroulement de saturation 33, réduit l'impédance 32 à une valeur faible.
Comme indiqué précédem- ment, cette dernière variation estaccompagnée d'un accroissement brusque de la valeur du courant de chauffage du filament 16, ainsi que d'une diminution brusque du courant fourni au filament 15 c'est ce que montre la courbe F de la Fig.5 qui représente les variations du courant dans le filament 15, la courbe G représentant les variations correspondantes dans le filament 16.
Ce dispositif permet donc à l'opérateur de régler la résistance 28 à la valeur qui fournit l'intensité des rayons X voulue, sans avoir à se préoccuper du transfert d'un filament à l'autre. D'apràs ce qui précède, on voit que la com- mutation sur le filament qui fournit la plus grande tache focale peut être obtenue automatiquement grâce au circuit décrit ci-dessus dans tous les cas où l'énergie appliquée au tube dépasse une valeur de sécurité prédéterminée.
Dans certains cas, il est désirable que la transition d'un fila- ment à l'autre soit progressive au lieu d'être brusque.
Dans la Fig.6 on a représenté,à titre de variante, une forme de réalisation modifiée qui permet de l'effectuer automatiquement. Dans le schéma re- présenté, le filament 15 correspond à celui décrit précédemment et qui fournit la plus petite tache focale, tandis que le filament 16 fournit la grande. Comme dans le cas précédent, ces deux filaments sont alimentés par la source commune 44 en
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série avec une résistance 45 de réglage.
Le filament 15 est shunté par une impédance variable qui comporte, dans le cas représenté, l'enroulement à courant alternatif.147 d'une réactance sa- turable dont l'enroulement de saturation est désigné en 48. Une impédance analogue comportant les enroulements 49 et 50 est placée en série avec le filament 16. La commande du transfert est effectuée par un circuit non linéaire comprenant une in- ductance 52, un condensateur 53 et une résistance 54. Pour obtenir une transition aussi graduelle que possible, la résistance 54 a une valeur relativement élevée de telle sorte que la caractéristique du circuit correspond par exemple à la cour- be A de la fig.4.
Dans ces conditions, les enroulements de saturation 48 et 50 re- liés aux bornes du condensateur 53 en série avec le redresseur 56 et la résistance de stabilisation 57 ne sont que légèrement alimentés tant que la tension demeure inférieure à celle qui provoque la saturation de l'inductance 52; ils sont alimen- tés par un courant graduellement croissant quand la tension défasse cette valeur.
La Fig.7 représente le transfert correspondant : la courbe H car- respond à la variation du courant dans le filament 15, tandis que la courbe k correspond aux variations du courant dans le filament 16. La résistance 58 connec- tée en série avec le filament 15, donne la certitude que la source 44 ne sera pas mise en courtcircuit quand l'enroulement 47 est complètement saturé.
A l'examen de la Fig.7, on voit que la présente invention procura une méthode permettant l'utilisation d'un tube à rayons X à plusieurs filaments telle qu'un seul filament puisse être alimenté jusqu'à une certaine valeur de la tension d'alimentation, et les deux filaments fonctionnent simultanément pour des valeur supérieures de cette tensions; les conditions de fonctionnement pouvant être telles que la tache cathodique de dimensions moindres ne soit jamais surchar- gée. Ceci est vrai même quand les deux taches focales sont superposées ou se che- vauchent sur l'anti-cathode, puisque l'énergie combinée fournie aux deux filaments dans la région occupée par la plus petite des deux taches, peut être limitée dans des conditions telles qu'elle ne dépasse pas une valeur prédéterminée.
L'invention a été décrite comme appliquée à un tube à rayons X, mais on conçoit qu'elle puisse l'être à d'autres systèmes, par exemple aux systè- mes d'éclairage des théâtres dans le cas où l'on désire passer d'un groupe à un autre fournissant plus de lumière.
Il est également à noter que les circuits décrits ci-dessus peu- vent être remplacés par d'autres circuits de caractéristiques analogues.
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Bien que l'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réali- sation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières , données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère res- trictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même ob- jet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le ca- dre de l'invention.
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IMPROVEMENTS TO AUTOMATICALLY ADJUSTED ELECTRICAL SYSTEMS.
The present invention relates to improvements made to electrical systems with automatic adjustment of two or more circuits as a function of the variations of any electrical quantity. It relates more particularly, but not exclusively, to the automatic adjustment of certain X-ray generators and in particular to the adjustment of X-ray equipment comprising a certain number of separate and independent cathodes.
It is common practice to provide, in X-ray tubes, two or more filaments intended to produce one or more focal spots on the anti-cathode: a focal spot of small dimensions makes it possible to obtain a better definition of the image, while larger sized spots allow more intense emission to be used and time to be reduced @
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deposit.
When using a multifilament x-ray tube, great care must be taken not to raise the temperature of the filament intended to provide the focal spot of small dimensions above a certain limit because of the risk of damage. of the anti-cathode. The operator must therefore bear in mind the need to switch to the other filament and thus increase the dimensions of the focal spot when he wishes to increase the intensity of X-radiation.
The object of the invention is a system for automatically transferring the discharge from one cathode to another, eliminating the intervention of the operator.
In accordance with certain particular embodiments of the invention, this automatic transfer which allows to switch from the use of one filament to another, can be carried out gradually or abruptly when the voltage of the heating current is modified by the operator.
The new characteristics and the advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawings, given simply by way of non-limiting example and in which:
Fig.l shows an X-ray tube and a circuit according to the invention.
Fig.2 shows, on a large scale, the active face of the cathode, and Fig.3 that of the anti-cathode.
FIGS. 4 and 5 represent curves illustrating the invention.
Fig. 6 relates to a variant of the circuits.
Fig.7 is another curve showing the operation of the circuit of Fig.6.
Referring more particularly to FIG. 1, an X-ray tube is seen in section, the casing of which is shown at 10. The anode which may be of the conventional type, consists of a solid metal part 11 supported on a end of the casing 10 and provided with an anti-cathode 12 which may be formed by a tungsten plate. The cathode which faces the anti-cathode comprises two filaments, 15 and 16, placed in parallel housings provided in the metal part 14.
As can be seen in Fig. 2, these filaments are of different lengths and are arranged between the inclined faces of the part 14 for concentrating the cathode rays, so that the electrons which they emit are directed towards a region common focal length of the anti-cathode 12,
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At one end, the filaments 15 and 16 are connected to the common lead conductor 19 which is sealed in the lamp base 20 at the cathodic end of the tube. The other ends of the filaments respectively comprise separate feed conductors 22 and 23 by which they can be supplied independently by an external source.
The concentration piece 14 also comprises a supply conductor 24 which allows it to be brought to an appropriate polarization potential, so as to obtain the concentration of the electrons emitted by the filaments * Pig.3 shows the overlap of the focal spots 25 and 25 'on the surface of the anti-cathode.
During the operation of the tube, a potential difference is applied between the anode 11 and the cathode structure by the secondary of the high voltage transformer 26, and the two filaments are supplied by an alternating current source represented by the transformer of heating 27. The heating can be regulated by a variable resistor 28 connected in the primary of the transformer,
The respective energy values applied to the filaments are determined by variable impedances in circuit with the filaments. In the device of Fig.l, the filament 15 intended to produce the smaller of the two focal spots is connected to the terminals of the secondary of the transformer 27 in series with a circuit which has an inductive branch and a capacitive branch.
The latter comprises the capacitor 30 and is connected to the filament 15 and to the source by a circuit going from one pole to the other of the transformer 27 through the following elements: lead conductor 23, filament 15, conductor d lead 19, capacitor 30 and conductor 31. The inductive branch is connected across capacitor 30 and includes filament 16 and a constant inductance, shown at 34, in series with varying impedance.
The latter can be constituted for example by a saturable reactance comprising an AC winding 32 and a saturating winding 33 by which the impedance of the winding 32 can be changed. It is preferable that inductance 34 has a value such that when the reactance is saturated the inductive and capacitive branches are in resonance.
Looking in more detail at the circuit described above, it can be seen that the filaments can be fed separately and alternately. Thus, when the saturable reactance is not saturated, the impedance of the winding 32 can be extremely high and little or no current passes through the filament 16. At the same time, a large current is passed through the filament 16. can cross the circuit which
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- carries the filament 15 and the capacitor 30; but if the impedance is greatly reduced due to an increase in the current in the saturation winding 33, the current in the filament 16 can reach a relatively high value limited mainly by the inductor 34.
In addition, if the parallel resonance is carried out on the saturable reactance, the current absorbed by the capacitor 30 will have an equal value and an opposite phase to that passing through the inductor 34, so that the resulting current which passes through the filament 15 can be brought to a relatively low value. It can therefore be seen that, when the filament 16 receives the maximum heating current, the filament 15 receives the minimum, the reverse condition also being achievable.
In accordance with another aspect of the present invention, means are applied such that it is possible to switch automatically from the use of one filament to that of another, according to the variations of the potential difference at the terminals of the transformer. 27, controlled by resistor 28. These means can be constituted by a device with a non-linear characteristic used in association with the saturation winding 33.
The diagram of FIG. 1 comprises such a series type circuit with a nonlinear characteristic formed by a capacitor 37, by a resistoe 38 and by a nonlinear inductor 39 which may consist, for example, of a closed magnetic circuit reactance. and such that it becomes saturated for certain values of the operating current.
As the alternating potential applied across such a nonlinear circuit increases, the current also increases slowly to a certain point at which the inductance with nonlinear characteristic approaches resonance with the capacitance of the circuit. At this point, if the saturation characteristic of the inductor is suitably chosen, the current may suddenly increase to several times its previous value. The speed of this variation depends in part on the resistance of the nonlinear circuit; it generally decreases with increasing resistance.
We have represented Flg. 4 the intensity I as a function of the voltage V applied to the nonlinear circuit for various values of the resistance of the circuit.For the high values of this resistance, the variation of I is represented by the ABC curves in Fig. .4; the passage of the current from a low value to a high value takes place gradually, and for relatively high values of resistance, the trend of the phenomenon is substantially linear.
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But for a particular value of resistance, the variation of I can be very sudden; it is then caused by a very slight variation of V in one direction or the other: this is shown by curve D where the transition between the low values and the high values of the current I is very abrupt and present. the pace of the action of a relay. For even lower values of resistance, it may happen that the return to low values of the current occurs only for a voltage different from that which produced an increase: this is what curves D and E show: the latter corresponds to the decrease in V and we see that the abrupt decrease in I occurs for a lower value of V than its abrupt increase.
In the described embodiment of the invention, a non-linear circuit is used, the characteristic of which has a single shape, similar to that of curve D in FIG. 4. Under these conditions, when a certain critical value of the supply voltage is exceeded, the current in the nonlinear circuit increases rapidly to a higher value to which corresponds an increase in the voltage drop across the terminals. of capacitor 37. This increased voltage drop, which acts through a rectifier 42 and saturation winding 33, reduces impedance 32 to a low value.
As indicated previously, this last variation is accompanied by a sharp increase in the value of the heating current of the filament 16, as well as a sharp decrease in the current supplied to the filament 15, as is shown by curve F of the diagram. Fig. 5 which represents the variations of the current in the filament 15, the curve G representing the corresponding variations in the filament 16.
This device therefore allows the operator to adjust the resistance 28 to the value which provides the desired intensity of the X-rays, without having to worry about the transfer from one filament to another. From the above, it can be seen that the switching on the filament which provides the largest focal spot can be obtained automatically thanks to the circuit described above in all cases where the energy applied to the tube exceeds a value of predetermined security.
In some cases, it is desirable that the transition from one filament to the other be gradual rather than abrupt.
FIG. 6 shows, by way of a variant, a modified embodiment which allows it to be carried out automatically. In the diagram shown, filament 15 corresponds to that previously described and which provides the smallest focal spot, while filament 16 provides the large one. As in the previous case, these two filaments are supplied by the common source 44 in
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series with an adjustment resistor 45.
The filament 15 is shunted by a variable impedance which comprises, in the case shown, the alternating current winding. 147 of a saturable reactance whose saturation winding is designated 48. An analogous impedance comprising the windings 49 and 50 is placed in series with the filament 16. The transfer control is effected by a nonlinear circuit comprising an inductance 52, a capacitor 53 and a resistor 54. To obtain as gradual a transition as possible, the resistor 54 has a relatively high value so that the characteristic of the circuit corresponds, for example, to the curve A of fig.4.
Under these conditions, the saturation windings 48 and 50 connected to the terminals of the capacitor 53 in series with the rectifier 56 and the stabilization resistor 57 are only slightly supplied as long as the voltage remains lower than that which causes the saturation of l. inductor 52; they are supplied by a gradually increasing current when the voltage exceeds this value.
Fig. 7 represents the corresponding transfer: the curve H corresponds to the variation of the current in the filament 15, while the curve k corresponds to the variations of the current in the filament 16. The resistor 58 connected in series with the filament 15, gives the certainty that the source 44 will not be short-circuited when the winding 47 is completely saturated.
On examining Fig. 7, it can be seen that the present invention provides a method allowing the use of an X-ray tube with several filaments such that a single filament can be fed up to a certain value of the supply voltage, and the two filaments operate simultaneously for higher values of this voltage; the operating conditions may be such that the cathode spot of smaller dimensions is never overloaded. This is true even when the two focal spots are superimposed or overlap on the anti-cathode, since the combined energy supplied to the two filaments in the region occupied by the smaller of the two spots, may be limited under conditions. such that it does not exceed a predetermined value.
The invention has been described as applied to an X-ray tube, but it is conceivable that it could be applied to other systems, for example to theatrical lighting systems in the case where it is desired. switch from one group to another providing more light.
It should also be noted that the circuits described above can be replaced by other circuits of similar characteristics.
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Although several embodiments of the invention have been represented and described, it is obvious that one does not wish to limit oneself to these particular forms, given merely by way of example and without any restrictive character. and that consequently all the variants having the same principle and the same object as the arrangements indicated above, would come within the scope of the invention as they did.