CN102147377A - 超小型便携式工业x射线探伤机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超小型便携式工业X射线探伤机，包括控制器和X射线发生器。其中X射线发生器还包括X射线指示器，该指示器进一步包括设置在X射线发生器机壳上的射线指示窗口，位于所述射线指示窗口内、用于发射指示光束的发光器，以及电源与控制电路。其中所述控制器包括对直流电压进行斩波的GTR模块，以及驱动所述GTR模块的驱动电路。按照本发明实施例的便携式工业X射线探伤机，相对于现有的X射线探伤机重量可以减少三分之二左右，高压发生器损耗降低90％左右，并且更加安全、方便，可靠性更高。

Description

超小型便携式工业X射线探伤机

技术领域

本发明涉及一种便携式工业X射线探伤机。

背景技术

工业X射线探伤机用于检查金属焊接质量和金属内部缺陷等，即工业探伤。而便携式工业X射线探伤机通常是在现场和野外环境进行探伤，例如用于压力容器(锅炉、储气罐、油罐等)、压力管道(气管、油管、水管)、船舶、钢铁、机械装备、航天、航空、电力、汽车、摩托车、石油、化工、铁路、桥梁、电梯、游乐场等的制造、安装、使用过程中。因此，希望这种X射线探伤机体积小、重量轻、使用方便、可靠且适应野外环境能力强。

然而，现有的X射线探伤机普遍存在体积大等弊病，运输和使用很不方便。而极少量小型化便携式X射线探伤机由于只是在原有X射线探伤机基础上，对某些器件(比如电容、变压器、铁芯、高压包)、机壳等在外形或安装方式上进行小型化改造或改装，虽然体积和重量有所减小，但可靠性变差，故障率太高，可用性差。具体来说，现有的X射线探伤机主要存在以下几方面的缺陷：

现有射线指示器采用机械拉杆式，偏差大，范围小，使用麻烦，易损坏。

现有X射线发生器采用普通硅钢片铁芯的升压变压器，频率低，损耗大，效率低，体积大。频率低使得射线管受到的电冲击大，易损坏，寿命短。损耗大导致内部发热量大，变压器寿命短、易损坏。

现有的X射线机控制器采用琼斯斩波电路，输出电压＞110V，电压范围窄，且器件多，电路复杂，可靠性差，控制器较重，近20kg。

电缆插头座采用P系列及YD系列插头座，插接费力，不可靠，易损坏电缆。

散热器采用砂模铸造或机械加工，笨重，散热效果差。X射线发生器散热风机由控制箱电源开关控制，工作人员贴片时，习惯关断控制箱电源，导致X射线发生器不能尽快散热，损伤机器。

现有射线警示灯采用工地灯，体积大，需要装拆，麻烦，易损坏，导致弃用，造成危险。

X射线发生器进出线采用插座机械安装形式，密封受器件质量和人为影响大，效果差。

在野外和现场使用的情况下，经常要在几十米的高空、地下、狭小空间、或者夜晚的时候进行作业，而且只能靠人工。可是，目前便携式工业X射线探伤机，比如常用的3005型便携式工业X射线探伤机，X射线发生器近50kg，控制器近20kg，电缆15-30kg。使用这么笨重的X射线探伤机，可以想象，操作人员是何等艰辛。致使操作人员畏惧情绪严重，出现大量人员转行。

另外，为了解决上述问题，还有一种方式是采用放射源代替X射线管。但是，由于放射源高危和难以管理，屡屡发生放射源丢失事故和辐射事故，给安全生产带来了更巨大的威胁。

因此，急需一种体积小、重量轻的便携式工业X射线探伤机来满足市场需求，为国内几十万以及全世界探伤人员造福。基于强烈的使命感，本发明人经过无数次失败和数年的努力，终于取得了初步成功，开发出了一种便携式X射线探伤机。其中的X射线发生器仅15kg左右，控制器仅3.6kg左右，电缆3.3-6.6kg，重量减少了2/3。而且，体积很小，性能良好，功能完善、使用非常方便。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种体积小、重量轻的便携式工业X射线探伤机。为了实现这一目的，本发明所采取的技术方案如下。

按照本发明的一个实施例，提供一种超小型便携式工业X射线探伤机，包括控制器和X射线发生器，其中X射线发生器进一步包括高压发生器和X射线管；另外，还包括X射线指示器，该X射线指示器进一步包括：射线指示窗口，设置在X射线发生器机壳上，并位于X射线出射窗口旁；发光器，位于所述射线指示窗口内，用于发射指示光束；以及电源与控制电路，用于给所述发光器供电并控制所述发光器的工作。

按照另一个实施例，所述发光器为激光器或发光二极管。

按照另一个实施例，所述高压发生器铁芯由坡莫合金或非晶软磁合金薄带制成。

按照另一个实施例，所述铁芯为C形。

按照另一个实施例，还包括X射线警示器，该X射线警示器进一步包括：LED灯带式射线警示灯，设置成环绕X射线发生器的机壳；以及电源与控制电路，对X射线机电流进行变流和稳压以给LED灯带供电，并控制LED灯带在所述X射线发生器工作时被点亮。

按照另一个实施例，所述X射线发生器还包括散热风机，其供电线连接在X射线探伤机的控制器的电源开关前。

按照另一个实施例，X射线发生器连接线直接进入机壳桶体，并在机壳桶体上用高强度树脂密封。

按照另一个实施例，还包括采用超大压力挤压工艺制造的多叶片柱状散热器。

按照又一个实施例，所述超小型便携式工业X射线探伤机的控制器包括：对直流电压进行斩波以得到幅值、脉宽、频率可调的方波脉冲的GTR模块；以及对输入的控制信号进行功率放大以驱动所述GTR模块的驱动电路。

按照另一个实施例，所述控制器还包括防止所述GTR模块过压损坏和反压击穿的保护电路。

按照另一个实施例，所述保护电路进一步包括：连接在GTR模块集电极与射极间以吸收GTR模块集-射极过压的压敏电阻；以及串接在GTR模块射极与地之间以防止GTR模块反压击穿的电容器、电阻器和二极管模块。

按照另一个实施例，所述驱动电路进一步包括：预放大级电路；以及功率放大级电路。

按照另一个实施例，所述预放大级电路为单管放大电路，所述功率放大级电路为推挽放大电路。

按照另一个实施例，所述控制器的工作频率范围为0-100kHz，工作电压范围为0-1200V，耐冲击电流为300A，耐冲击电压为1200V。

按照又一个实施例，所述控制器的工作频率为200-1000Hz，工作电压为30-250V，工作电流为5-20A。

按照另一个实施例，所述X射线发生器通过高纯度超柔精绞裸铜丝、PETC混合材料绝缘、PUR混合材料护套、小节距绞合成缆工艺制造的控制电缆，以及通过带有爪式渐进箍紧装置和橡胶保护层的钢套、头部设有快速插拔自锁装置的电缆插接头与X射线探伤机的控制器相连接。

按照本发明实施例的便携式工业X射线探伤机，相对于现有的X射线探伤机重量可以减少三分之二左右，高压发生器损耗降低90％左右，并且更加安全、方便，可靠性更高。

下面将结合附图并通过具体的实施例对本发明进行进一步说明。

附图说明

图1是按照一个实施例的X射线发生器的结构示意图；

图2是按照一个实施例的射线指示器示意性结构框图；

图3是按照一个实施例的射线指示器示意性原理图；

图4是按照一个实施例的射线警示器示意性框图；

图5是按照一个实施例的射线警示器示意性原理图；

图6是按照一个实施例的主要由GTR模块构成的便携式工业X射线探伤机控制器的斩波电路框图；

图7是按照一个实施例的驱动电路的示意性原理图；

图8是按照一个实施例的GTR模块主电路和保护电路的示意性原理图；

图9是按照一个实施例的连接控制器与X射线发生器的接插头示意图。

具体实施方式

按照本实施例的超小型便携式工业X射线探伤机主要包括X射线发生器和控制器，下面对这两部分进行具体说明。

如图1所示，是按照一个实施例的X射线发生器100的结构示意图，包括：机壳102，高压发生器104，X射线管106，散热器108，风扇110，射线指示器112，射线警示器114等。

机壳102例如由铝合金制作，将高压发生器104和X射线管106密封安装在内。其中高压发生器的铁芯116采用坡莫合金或非晶软磁合金薄带制作，线圈包括但不限于采用0.09mm的漆包线制作。在一个实施例中，铁芯116包括但不限于为C型，铁芯规格包括但不限于为30×30×90×110、26×30×86×104、或者25×23×76×90；线圈的匝数比包括但不限于为40000/30、30000/23、或者20000/16。

采用非晶合金超薄片作为高压发生器的铁芯，由于其磁导率为硅钢片的20-40倍，矫顽力为硅钢片的1/10-1/15，电阻率为硅钢片的3-5倍，所以提高了高压发生器工作频率，减小了铁心的体积，减少了匝数。采用C型铁芯，高压发生器的大小为122×140-150×170，高压发生器次级线圈匝数为2万匝-4万匝，次级线圈电阻为16KΩ-40KΩ，工作频率为500-1000Hz，占空比为1/10；初级最大平均电流为10A，脉冲电流为80A；次级最大平均电流为5mA，脉冲电流为60mA，高压发生器铜损为6-15W。而非晶合金的高电阻率及超薄片加工，以及很小的磁化电流，使得高压发生器的铁损也较小。X射线管受到的脉冲电冲击为500-1000Hz、60mA。由此可将X射线发生器体积制做成￠186×500左右，重量15kg左右。

X射线管106可以采用工业X射线探伤管、陶瓷X射线管、玻璃壳体气绝缘工业X射线管等。

在一个实例中，散热器108采用超大压力(例如2500t)挤压工艺制造。由此制作的铝质多叶片柱状散热器叶片薄、片数多、散热面积大、密度高，散热器重量轻、散热效果好。其重量仅为现有散热器重量的1/2-1/3，而散热面积则大3-5倍。既增大了散热能力，更好地保护了X射线管，又为减轻整机重量做出了贡献，方便了使用。

另外，采用150×172交流轴流风机作为冷却风扇110，与散热器108相配合对X射线管106进行降温。而且，通过将风机的供电线接在控制器电源开关前，避免了工作人员贴片时关掉电源开关，导致X射线发生器散热风机停止，进而导致X射线发生器不能散热，对机器造成巨大损伤的情况。

在一个实施例中，在X射线发生器100的机壳上设置有射线指示窗口118，该射线指示窗口118设置在X射线出射窗口120旁。射线指示窗口118与设置在其内部的发光器122以及电源与控制电路一起构成射线指示器112，其中发光器122用于发射指示光束，优选地是发光器122包括但不限于激光器或发光二极管。

如图2所示，是按照一个实施例的射线指示器112示意性结构框图，包括激光器122和电源与控制电路124。如图3所示，是按照一个实施例的射线指示器112示意性原理图。连接电缆后，由电池BAT给激光器122供电，发出激光。射线机工作时，5V电源通过充电电阻R2、二极管D 3给电池BAT充电。由于激光束的发散性小，方向性强，光点明显，指示范围大，而且本实施例中的激光器可自动工作，非常方便、实用、精确、耐用，能提高曝光的成功率和工作效率。

X射线对人有极大伤害，为此需要设置射线警示器，以便射线机工作时，提醒人们不要靠近。如图4所示，是按照一个实施例的射线警示器114示意性框图，包括LED灯带式射线警示灯126和电源与控制电路128。如图5所示，是按照一个实施例的射线警示器114的示意性原理图，工作时，射线机电流X-RAY-MA+经过R1、D2、C1进行变流、稳压，得到6-12V电压，给LED灯带供电使其发光。通过采用红色LED灯带绕在X射线发生器上作为射线警示灯，任何角度、任何天气情况下都能看到。而且，按照该实施例的射线警示器供电电路，只有在射线机工作时警示灯才点亮，真正起到了警示作用，射线警示及时、准确、方便、耐用。

按照一个实施例的X射线发生器100的连接线，采取直接进入机壳桶体，在桶体上用高强度树脂130密封的方式，如图1所示。从而，避免了插头连接因器件的质量和安装不精细造成泄漏，提高了密封效果，节省了体积。

如图6所示，是按照一个实施例的主要由GTR模块构成的便携式工业X射线探伤机控制器600的斩波电路框图，包括GTR模块主电路610和驱动电路620。在另一个实施例中，还可选地包括保护电路630。按照该实施例的控制器，通过将直流电转化为脉宽、频率可调的脉冲电压，供给便携式工业X射线探伤机的X射线发生器。

如图7所示，是按照一个实施例的驱动电路620的示意性原理图，包括预放大级电路622，以及功率放大级电路624。通过对输入控制信号S+-QME/S-进行功率放大，输出QMB-QME/S-，以驱动GTR模块610。

在一个实施例中，预放大级电路622包括但不限于单管放大电路，功率放大级电路624包括但不限于推挽放大电路。例如，在按照一个实施例的这种电路中，Q3和R30进行预信号放大；Q4、Q5以及R31、R32、R33进行推挽功率放大。

如图8所示，是按照一个实施例的GTR模块主电路和保护电路的示意性原理图。GTR模块主电路在QMB-QME/S-的控制下完成对UI+、UIO-的斩波，得到所需要的幅值为U、脉宽、频率可调的方波脉冲，供给X射线发生器。在此电路中，被斩波直流电压U输入至GTR的集电极(C极)，功率控制信号QM接至GTR的基极(B极)，方波脉冲由GTR的发射极(E极)输出。

保护电路包括但不限于压敏电阻UVM9，连接在GTR模块集电极与射极之间，用于吸收GTR模块集-射极的过压，防止GTR模块过压损坏；以及串接在GTR模块射极与地之间的电容器UVM4、电阻器R4和二极管模块UVM3，用于吸收反压冲击，防止GTR模块反压击穿。其中电容器UVM4和电阻器R4并联后，再与二极管模块UVM3串联，且并联的电容器UVM4和电阻器R4与二极管模块UVM3的顺序可以交换。

采用GTR模块主电路实现的斩波电路，元器件少，电路简单，工作稳定可靠，从而可减小控制器的体积和重量，保证X射线探伤机整机工作稳定和可靠。其工作频率范围可达0-100kHz，工作电压范围可达0-1200V；耐冲击电流可达300A，耐冲击电压可达1200V。在一个实施例中，工作频率最好设置为200-1000Hz，工作电压最好设置为30-250V，工作电流最好设置为5-20A。

按照上述实施例制作的便携式工业X射线探伤机体积小、重量轻，其中重量为10-15kg，而现有的同类型便携带式工业X射线探伤机重量为23-48kg的范围。而且，性能稳定，适应范围大，使用方便。

另外，在一个实施例中，采用高纯度超柔精绞裸铜丝、PETC混合材料绝缘、PUR混合材料护套、小节距绞合成缆工艺制造的控制电缆，来连接控制器与X射线发生器，以将控制器的信号传输给X射线发生器。该电缆抗撕裂、抗切割、无粘连，温度范围宽，可在-30℃-80℃范围移动使用，电缆细小，重量轻，25-50m长度电缆仅3.3-6.6kg，而且柔软、好拉、好收，特别适合野外现场使用。此外，采用的电缆插接头带有爪式渐进箍紧装置及橡胶保护层的钢套，头部设有快速插拔自锁装置，具有箍紧电缆、防水、插接自锁的功能，有效的保护了电缆、方便了使用，如图9a和9b所示。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。此外，以上多处所述的“一个实施例”、“另一个实施例”等表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (10)

1.一种超小型便携式工业X射线探伤机，包括控制器和X射线发生器，其中X射线发生器包括高压发生器和X射线管；

其特征在于，还包括X射线指示器，该X射线指示器进一步包括：

射线指示窗口，设置在X射线发生器机壳上，并位于X射线出射窗口旁；

发光器，位于所述射线指示窗口内，用于发射指示光束；以及

电源与控制电路，用于给所述发光器供电并控制所述发光器的工作。

2.如权利要求1所述的便携式工业X射线探伤机，其特征在于：所述发光器为激光器或发光二极管。

3.如前面任一项权利要求所述的便携式工业X射线探伤机，其特征在于：所述高压发生器铁芯由坡莫合金或非晶软磁合金薄带制成。

4.如前面任一项权利要求所述的便携式工业X射线探伤机，其特征在于，还包括X射线警示器，该X射线警示器进一步包括：

LED灯带式射线警示灯，设置成环绕X射线发生器的机壳；以及

电源与控制电路，对X射线机电流进行变流和稳压以给LED灯带供电，并控制LED灯带在所述X射线发生器工作时被点亮。

5.如前面任一项权利要求所述的便携式工业X射线探伤机，其特征在于，所述X射线发生器还包括：

散热风机，其供电线连接在X射线探伤机的控制器的电源开关前。

6.如前面任一项权利要求所述的便携式工业X射线探伤机，其特征在于：X射线发生器连接线直接进入机壳桶体，并在机壳桶体上用高强度树脂密封。

7.如前面任一项权利要求所述的便携式工业X射线探伤机，其特征在于，还包括：

采用超大压力挤压工艺制造的多叶片柱状散热器。

8.如前面任一项权利要求所述的便携式工业X射线探伤机，其特征在于，所述控制器包括：

GTR模块，对直流电压进行斩波以得到幅值、脉宽、频率可调的方波脉冲；以及

驱动电路，对输入的控制信号进行功率放大以驱动所述GTR模块。

9.如权利要求8所述的便携式工业X射线探伤机，其特征在于，所述控制器还包括：

保护电路，用于防止所述GTR模块过压损坏和反压击穿。

10.如前面任一项权利要求所述的便携式工业X射线探伤机，其特征在于：所述控制器和所述X射线发生器通过高纯度超柔精绞裸铜丝、PETC混合材料绝缘、PUR混合材料护套、小节距绞合成缆工艺制造的控制电缆，以及通过带有爪式渐进箍紧装置和橡胶保护层的钢套、头部设有快速插拔自锁装置的电缆插接头相连接。

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