"Régulateur d'énergie"
La présente invention est relative aux
appareils à rayons X.
Certains appareils à rayons X, en particulier les appareils portatifs pesant de 20 à 150
livres (9 à 68 kg),. par exemple, exigent un régulateur d'énergie, afin de permettre l'ajustement de la qualité
des rayons X, c'est-à-dire de la longueur d'onde,
suivant une valeur déterminée, laquelle doit être ensuite maintenue� Cette qualité est fixée par la valeur
de crête de la tension du tube à rayons X.
S'agissant de courant alternatif, on a
la possibilité de régler l'alimentation en énergie à
l'aide d'un transformateur à rapport variable de façon continue, par exemple l'appareil du type VARIAC
(Marque déposée). Cet appareil ne modifie pas notablement la forme d'onde du courant alternatif, mais est relativement volumineux et pesant et nécessite un contact mobile qui doit supporter le plein courant de charge.
De plus, la commande automatique implique la présence d'un moteur pour la commande du transformateur.
L'invention a pour objectif d'établir
un appareil à rayons X où la grandeur de l'énergie électrique appliquée au tube à rayons X peut être commandée par des moyens électroniques.
Suivant l'invention, il est prévu un appareil à rayons X comprenant : une entrée pour la réception de l'énergie électrique; un système générateur d'impulsions connecté à cette entrée et destiné
à former, à partir de l'énergie électrique qui lui
est fournie, des impulsions unidirectionnelles d'énergie électrique qui ont des durées ajustables; un système
de commande connecté au système générateur d'impulsions et destiné à régler les durées des impulsions; un tube
à rayons X qui possède les caractéristiques électriques d'une diode; et un système d'excitation du tube, conçu pour être excité par les impulsions, de telle manière que la tension appliquée au tube à rayons X pendant
les impulsions a un sens qui rend le tube à rayons X
non conducteur et pour accumuler l'énergie des impulsions et pour exciter ensuite le tube à rayons X, dans
<EMI ID=1.1>
la grandeur de l'énergie appliquée au tube étant fonction de la durée des impulsions appliquées au système d'excitation du tube.
On décrira ci-après des formes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La Fig 1 représente le circuit schématisé d'un régulateur d'énergie inclus dans un système d'alimentation d'un tube à rayons X, et
La Fig 2 représente un détail d'une forme de réalisation pratique du circuit de la Fig 1.
La Fig 3 représente des modifications du circuit des Figs 1 et 2.
On connaît des appareils à rayons X, notamment des appareils portatifs, dans lesquels la tension anodique du tube à rayons X est ajustée par
un transformateur à rapport variable, par l'intermédiaire d'un transformateur élévateur, tandis que le courant du tube est ajusté par l'excitation du filament; le tube redresse le courant alternatif élevé
par le transformateur et fonctionne uniquement sur
les demi-alternances positives de la tension d'alimentation.
La fig. 1 représente la disposition générale et l'alimentation d'un appareil portatif à rayons X, réalisé suivant l'invention, tel qu'il peut être utilisé pour la vérification des bagages et autres applications dans le domaine de la sécurité et pour
les radiographies industrielles. La puissance requise pour un tube à rayons X d'un tel appareil est normalement de 800 VA environ (par exemple, 160 kV sous
5 mA).
Ainsi qu'on le voit dans les Figs 1 et 2, le système d'alimentation comprend des bornes SI et
S2, destinées au raccordement d'une source d'alimentation alternative de 50 ou 60 Hz sous 110 ou 240 V. Un redresseur à deux alternances en pont BR fournit un train.
de demi-ondes HW, c'est-à-dire d'impulsions unidirectionnelles, ainsi qu'il est connu en soi. Les impulsions unidirectionnelles fournies par le redresseur sont appliquées à un circuit constitué par le primaire P d'un transformateur Tl, en série avec le trajet émetteurcollecteur d'un transistor de puissance approprié TRI. La base du transistor TRI est connectée à une borne S3, tandis que son émetteur est connecté à une borne S4.
<EMI ID=2.1>
quées aux bornes S3 et S4, l'apparition et la durée
de chaque impulsion de commande étant déterminées de la manière décrite ci-après. Le secondaire S du transformateur Tl est connecté aux bornes S5 et S6, auxquelles est raccordé un tube à rayons X lorsque l'appareil est en marche. Le tube à rayons X possède les caractéristiques électriques d'une diode.
Le circuit de la Fig 1 comporte deux stades de fonctionnement, à savoir :
<EMI ID=3.1>
est rendu conducteur pendant un laps de temps peu après qu'une pulsation unidirectionnelle HW ait été amorcée par l'application d'un potentiel base-émetteur
<EMI ID=4.1>
le courant dans le circuit primaire P croit en fonction de l'inductence de celui-ci, et le train d'ondes HW induit une forme d'onde correspondante aux bornes
S5/S6 du circuit secondaire S. Le sens du couplage entre les enroulements primaire et secondaire est tel que cette forme d'onde est dirigée dans le sens du blocage de la diode formée par le tube XT, de sorte
que le circuit secondaire ne sera pas parcouru par
le courant et que de l'énergie sera accumulée dans
le champ magnétique du transformateur. Pendant le premier stade, la tension appliquée au tube à rayons cathodiques XT (dans le sens du blocage de celui-ci) est réglé entièrement par la tension d'alimentation et par le rapport d'élévation du transformateur. Pendant ce stade, le condensateur C se charge sous la commande d'une résistance R (voir Figure 2).
Pendant le second stade - lequel débute
à la fin de la période de conduction du transistor - , l'élévation du courant dans le primaire s'arrête et le flux du transformateur commence à diminuer et induit une
<EMI ID=5.1>
le sens de la conduction du tube XT) dans le circuit secondaire et, de plus, rend la diode D conductrice, de manière à établir le circuit résonnant formé par l'enroulement primaire P, le condensateur C et la diode D. En réglant la période de conduction du transistor TRI,
<EMI ID=6.1>
rapport aux demi-ondes HW et donc l'énergie accumulée dans le transformateur, on peut régler la valeur de . /ensuite <EMI ID=7.1>
daire S. La durée de la forme d'onde Wl, W2 est réglée par le circuit résonnant.
Etant donné que la valeur de crête de
la tension d'excitation du tube détermine la qualité
du rayonnement X du tube, le fonctionnement du tube
XT peut être ajusté en réglant les impulsions de commande Pl, P2.
La tension appliquée au tube XT dans le sens de sa conduction" est déterminée par la valeur du courant de crête dans le circuit primaire du transformateur à la fin du premier stade et par l'inductance de ce circuit, la disposition étant telle que cette tension est supérieure à la tension inverse qui avait été appliquée
dans le premier stade. De cette façon, le tube peut fonctionner aussi près de son régime maximum qu'il
est permis du point de vue de la sécurité.
Dans un système réalisé pratiquement et conçu pour fonctionner sur 50 Hz, 240 V, chaque impulsion du train HW est d'une durée de 10 millisecondes.
<EMI ID=8.1>
à s'amorcer immédiatement après un passage par zéro de la forme d'onde d'alimentation et durent, sélectivement, jusque 5 millisecondes environ. Pendant la durée de
<EMI ID=9.1>
est conducteur, de sorte que le courant s'élève dans le circuit primaire P et que l'énergie est accumulée dans le champ magnétique de ce circuit. A la fin de l'impulsion de commande Pl ou P2, le flux de courant
à travers le transistor est interrompu, parce que
ce dernier n'est plus conducteur, mais l'énergie emmagasinée dans le transformateur est libérée et apparaît dans le circuit secondaire sous la forme d'une onde Wl,
<EMI ID=10.1> par conséquent, plus l'amplitude de l'onde secondaire Wl, W2, qui en résulte,est grande..On connaît des circuits appropriés à l'aide desquels les impul-
<EMI ID=11.1>
n'importe quelle longueur voulue et en n'importe quel rapport de phase voulu avec la forme d'onde d'alimentation, de sorte que ces circuits ne seront pas décrits ici d'une manière détaillée. A titre d'exemple, un tel circuit comprend une bascule de Schmitt conçue pour déclencher un générateur d'impulsions monostables à chaque passage par zéro du courant alternatif redressé.
Si la charge constituée par le tube XT peut être.considérée comme une valeur constante, la tension de crête produite aux bornes du tube par les ondes Wl ou W2 dépendra de la durée des impulsio- ? de
<EMI ID=12.1>
représentées dans la Fig 1, entre les impulsions de
<EMI ID=13.1>
dantes Wl, W2, d'autre part.
De préférence, lorsqu'il s'agit d'rne application à un tube à rayons X, le primaire P
<EMI ID=14.1>
de résonance qui est au moins double de la fréquence d'alimentation, par exemple à une fréquence de 125 Hz, de façon que les ondes Wl, W2 aient une durée d'au moins 4 millisecondes. Ceci en combinaison avec la durée maximale de 5 millisecondes pour la période de conduc-
<EMI ID=15.1>
sion approximativement semi-sinusoïdale et pour son front de descente.
La Fig 3 représente une autre variante, dans laquelle la tension du circuit secondaire est palpée, par exemple au niveau d'une prise VS sur le secondaire S, un signal de commande étant reporté en réaction, par
une connexion F, sur un régulateur d'impulsions PR,
<EMI ID=16.1>
de manière à maintenir un mode de fonctionnement du tube, tel que déterminé par le choix initial des impul-
<EMI ID=17.1>
exemple, un redresseur de crêtes, qui applique à un comparateur un signal de courant continu dérivé du courant alternatif présent à la prise VS. Le comparateur compare le signal de courant continu avec un signal de référence, pour produire un signal d'erreur. Le signal d'erreur est utilisé pour commander la largeur des impulsions produites par le circuit monostable mentionné ci-dessus.
En résumé, on conçoit que les dispositions décrites ci-dessus à titre d'exemples comportent trois fonctions. La première fonction consiste en une régulation électronique, qui constitue avantageusement une partie du système d'alimentation, d'un appareil portatif à rayons X, ce qui permet d'exécuter le dispositif pris à titre d'exemple en utilisant des composants relativement légers, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'adopter un lourd transformateur à rapport variable, tout en faisant en sorte que l'alimentation en tension de pointe du tube, et donc aussi la longueur d'onde
des rayons X, puissent être réglées et être stabilisées automatiquement à l'égard des variations de charge et de tension d'entrée. Les impulsions de l'alimentation redressée commandent le fonctionnement, ce qui dispense de l'adoption d'un oscillateur. D'autre part, les pertes sont réduites et se produisent principalement dans les deux diodes conductrices du pont et
dans le transistor à l'état conducteur et de préférence saturé. De plus, comme le circuit comporte une com- mande électronique, au lieu du système électromécanique requis pour un transformateur à rapport variable, une valeur choisie de tension de crête appliquée au tube XT peut être maintenue automatiquement par couplage réactif.
La seconde fonction consiste en ce que
la tension induite dans le secondaire S est ajustée par la tension de la ligne d'alimentation et le rapport d'élévation du transformateur pendant le premier stade de fonctionnement curant lequel le tube XT n'est pas conducteur, cette tension induite étant moins élevée que celle induite dans le secondaire S pendant le second stade de fonctionnement, lorsque le tube est conducteur, cette disposition réalisant la fonction de "suppression d'inv :se".
Troisièmement, le régulateur applique
le redressement à deux alternances de l'alimentation, au lieu du redressement à une alternance obtenu avec
un tube autoredresseur et un transformateur élévateur seuls, de sorte que la charge de l'alimentation est équilibrée par le fait que la puissance est fournie
par l'alimentation à chaque demi-période.
Bien que l'on ait décrit ci-dessus,
à titre d'exemple, un appareil portatif à rayons X
établi suivant l'invention, celle-ci pourrait être appliquée à des appareils à rayons X d'autres espèces.
REVENDICATIONS
1) Appareil à rayons X comprenant : une
entrée pour la récepticn de l'énergie électrique; un système générateur d'impulsions connecté à cette entrée
et destiné à former, à partir de l'énergie électrique
qui lui est fournie, des impulsions unidirectionnelles d'énergie électrique qui ont des durées ajustables; un système de commande connecté au système générateur d'impulsions et destiné à régler les durées des impulsions; un tube à rayons X qui possède les caractéristiques électriques d'une diode et un système d'excitation du tube, conçu pour être excité par les impulsions, de telle manière que la tension appliquée au tube à rayons X pendant les impulsions a un sens qui rend le tube à rayons X non conducteur et pour accumuler l'énergie des impulsions et pour exciter ensuite le lui à rayons X, dans le
sens de sa conduction, par l'énergie emmagasinée, la grandeur? de l'énergie appliquée au tube étant fonction
de la durée des impulsions appliquées au système d'excitation du tube.