CN102946684A - 旋阳x射线管的控制方法及控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运用于设有交流电机的旋阳X射线管的控制方法，包括：a）旋阳X射线管曝光前，接通交流电机的电源一定时间Ts，经过该一定时间Ts，交流电机运行在额定转速中；b）断开交流电机的电源，维持Toff秒，1≤Toff≤5；c）接通交流电机的电源，维持Ton秒，0.4≤Ton≤4，Ton＜Toff；d）依次循环步骤b）到步骤c）的过程，直到需要停止旋阳X射线管的工作。本发明能降低旋阳X射线管的耗能、提高旋阳X射线管的效能。

Description

旋阳X射线管的控制方法及控制电路

【技术领域】

本发明涉及一种旋阳X射线管的控制方法，具体是涉及控制旋阳X射线管的交流电机工作的方法；另外，涉及到一种控制电路。

【背景技术】

X射线管是产生X射线的部件，被广泛应用于工业检测设备和医疗检测设备中（例如食品检验X射线机，医用X射线机等）。

如图1所示，一种固定阳极的X射线管的基本结构具体包括：一个使用玻璃制作的真空管1，真空管1内一端固定地装有一用钨金属制成的阳极靶4（阳极靶4密封地插入真空管1，一部分在真空管1内，一部分在真空管1外，因此，阳极靶4与真空管1的玻壳接触），另一端装有一个用灯丝制作的阴极7，阳极靶4和阴极7均处于玻璃真空管1的真空中，阴极7两端施加低电压U1使阴极7产生电子束3；在阴极7与阳极靶4两端施加高电压U2，阴极7产生的电子束3在高压电场作用下高速轰击阳极靶4的靶面6；高速电子轰击靶面6后，其中1%的能量使钨金属激发出X射线5射出球管，另外99%的能量转化为热量使阳极靶4温度升高；固定阳极X射线管的热量外传通过两种途径：第一种通过阳极——真空管1的玻壳进行传递；第二种通过热辐射进行传递。

当过强的电子束集中轰击钨靶的固定位置时，产生的热量比较集中，轻者降低固定阳极X射线管发射X射线的效率，使球管的输出功率受到限制；严重时能使靶面过热而烧毁，固定阳极X射线管不能再发射X射线，降低了固定阳极X射线管的使用寿命，因此固定阳极X射线管的功率不能太大。

为了解决上述制约X射线管功率提高的问题，目前，大功率X射线管的阳极已经改为可高速旋转的旋转阳极，这种X射线管也称为旋阳X射线管，如图2所示，旋阳X射线管的结构具体包括一个使用玻璃制作的真空管11和一与真空管11连接的交流电机，该交流电机包括电磁定子15、转子14和轴承16三部分，真空管11内设有一用钨金属制成并呈梯形圆盘状的阳极靶12，阳极靶12的斜面13（亦称腰面）是靶面；阳极靶12的中心固定在一个交流电机的转子14上，交流电机的转子14与阳极靶12联合组成一个刚性组合旋转实体（以下简称旋转体），该旋转体以轴承16作为支撑点安装在一个真空管11的腔内，阳极靶12是交流电机唯一的负载；正对阳极靶12的斜面边缘13是一使用灯丝制作的阴极17，阴极17的电源线18从真空管11一端密封引出，旋阳X射线管的热量外传也是通过两种途径：第一种通过阳极——转子——轴承——真空管11的玻壳进行传递；第二种通过热辐射进行传递。

旋阳X射线管曝光时首先要启动交流电机，使阳极靶12高速旋转；当电子束19轰击靶面13时，由于阳极靶12的高速旋转，使得轰击到靶面13的电子在靶面13上环状均匀分布，电子束19轰击靶面13产生的热量被均匀的分布在转动的圆环面积上，单位面积上的热量大为减少，消除了局部靶面热量过于集中的现象，从而可以增大灯丝的电子发射量，提高X射线管的功率。

交流电机在长期通电运转时，转子上感应的电流形成涡流，涡流在转子上转化为热能使转子温度升高，同时转子又把热量传递给阳极靶12，导致阳极靶12温度升高，从而降低旋阳X射线管的X射线产出率，并且交流电机在运转时一直在消耗电能。另外，一旦X射线管的温升超过热极限，X射线管的温控开关会立即断开，X射线管停止工作，这样就限制了X射线管的工作模式和工作时间，使其不能充分发挥效能，并且靶面温度过高会降低X射线管使用寿命。

【发明内容】

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种运用于旋阳X射线管的控制方法,其能降低旋阳X射线管的耗能、提高旋阳X射线管的效能。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种控制电路,其能降低旋阳X射线管的耗能、提高旋阳X射线管的效能。

在引入本发明的技术方案之前，先介绍与该发明相关的陀螺旋转现象，以更好地理解本发明的技术方案。参看图3，一只陀螺101，由圆柱体与圆锥体两部分组成，圆锥体尖端是陀螺的旋转支点102，陀螺在一个旋转外力的作用下启动旋转；陀螺旋转时受到两个合力的阻力：一是陀螺体旋转时受到空气的摩擦阻力，二是旋转支点对支撑面103的摩擦阻力，由于陀螺受到的两种阻力之和远小于陀螺旋转时的惯性力，因此稳定旋转后即便撤出外力，陀螺在惯性力作用下也能继续旋转，在旋转状态下，间隔短时间给陀螺以旋转方向相向的外力作用（即顺旋转方向抽陀螺），陀螺将一直旋转下去。

另外，旋阳X射线管的旋转体悬空在真空腔内不与任何其他物体相接触，因此在旋转时该旋转体受到的空气阻力近似为0，旋转体旋转状态下只受到轴承的滚动摩擦阻力；阳极靶是由重金属钨制成的，质量较重,一般阳极靶的直径是交流电机的转子直径的1.5-2倍，所以阳极靶的转动惯量也比较大；旋转体受电磁力启动稳定运转后阳极靶起到飞轮的作用，旋转体旋转时的惯性力远大于电机轴承的滚动摩擦力，因此该旋转体等效为一个没有空气阻力的陀螺体。结合此点和陀螺的旋转控制原理，就设计了本发明的技术方案。

上述第一个技术问题通过以下技术方案实现：

一种运用于旋阳X射线管的控制方法，所述旋阳X射线管包括一真空管和一设有转子的交流电机，所述真空管内设有相对设置的阳极靶和阴极，所述阳极靶固定于所述转子上；其特征在于，所述控制方法包括：

a)旋阳X射线管曝光前，接通交流电机的电源一定时间Ts，经过该一定时间Ts，交流电机运行在额定转速中；

b)断开交流电机的电源，维持Toff秒，1≤Toff≤5；

c)接通交流电机的电源，维持Ton秒，0.4≤Ton≤4，Ton＜Toff；

d)依次循环步骤b）到步骤c）的过程，直到需要停止旋阳X射线管的工作。

其中，Toff/Ton为4。

其中，Toff为4，Ton为1。

其中，采用控制模块控制一连于所述交流电机和所述电源之间的继电器做闭合或断开的方式以对应地使交流电机连通或断开电源。

由上述方案可见，本发明在接通交流电机的电源以使交流电机达到额定转速后再像抽陀螺一样间隔向交流电机短时提供电能，使旋转体在间歇供电情况下持续节能运转，保持旋阳X射线管的工作状态不受影响，同时减少转子与阳极靶的温升，提高球管X线发射效率，充分发挥了旋阳X射线管的效能，延长了旋阳X射线管的使用寿命。

上述第二个技术问题通过以下技术方案实现：

一种用于旋阳X射线管的控制电路，所述旋阳X射线管包括一交流电机，所述交流电机连有电源；其特征在于，所述控制电路包括一控制模块及一连于所述交流电机和所述电源之间的继电器，所述控制模块控制继电器工作做闭合、断开的交替工作，具体为：

（1）旋阳X射线管曝光前，控制模块控制继电器闭合一定时间Ts，同时接通交流电机的电源一定时间Ts，经过该一定时间Ts，交流电机运行在额定转速中；

（2）控制模块控制继电器断开，同时断开交流电机的电源，维持Toff秒，1≤Toff≤5；

（3）控制模块控制继电器闭合，同时接通交流电机的电源，维持Ton秒，0.4≤Ton≤4，Ton＜Toff；

（4）依次循环步骤（2）到步骤（3）的过程，直到需要停止旋阳X射线管的工作。

其中，Toff/Ton为4。

其中，Toff为4，Ton为1。

所述控制模块包括相互连接的控制单元和功率放大器，所述功率放大器连接所述继电器。

由上述方案可见，本发明通过设计控制模块来控制连接在电源和交流电机之间的继电器做闭合、断开的交替工作，在交流电机达到额定转速后像抽陀螺一样间隔向交流电机短时提供电能，使旋转体在间歇供电情况下持续节能运转，保持旋阳X射线管的工作状态不受影响，同时减少转子与阳极靶的温升，提高球管X线发射效率，充分发挥了旋阳X射线管的效能，延长了旋阳X射线管的使用寿命。

【附图说明】

图1为固定阳极的X射线管的结构示意图；

图2为旋阳X射线管的部分结构示意；

图3为陀螺的旋转示意图；

图4为实施例二旋阳X射线管的交流电机的控制电路示意图；

图5为旋阳X射线管的交流电机的供电时序示意图。

【具体实施方式】

实施例一

参照图2和图5，本实施例一提供的一种旋阳X射线管，包括一使用玻璃制作的真空管11和一与真空管11连接的交流电机；该交流电机包括电磁定子15、转子14和轴承16；真空管11内设有相对设置的阳极靶12和阴极17，阳极靶12为使用钨金属制成并呈梯形圆盘状，阴极17为灯丝，阳极靶12的斜面13（亦称腰面）是靶面；阳极靶12的中心固定在交流电机的转子14上，其中，交流电机与真空管11的连接关系（该连接关系可以实现交流电机的转子14与真空管11内的阳极靶12连接同时又不影响真空管11的真空状态）属于现有技术，在此不再累赘；阴极17正对阳极靶12的斜面13，阴极17的电源线18从真空管11一端密封引出。交流电机可以是单相交流电机或三相交流电机。上述结构的旋阳X射线管为现有技术，上面描述仅为了让读者了解旋阳X射线管的结构，不应理解为本发明的设计点。

本实施例一提供的一种控制现有技术中的旋阳X射线管的工作的方法，具体为：

a)旋阳X射线管曝光前，接通交流电机的电源一定时间Ts，经过该一定时间Ts，交流电机运行在额定转速中；

b)断开交流电机的电源，维持Toff秒，1≤Toff≤5；

c)接通交流电机的电源，维持Ton秒，0.4≤Ton≤4，Ton＜Toff；

依次循环步骤b）到步骤c）的过程，直到需要停止旋阳X射线管的工作（即直到需要真正关闭交流电机运行为止）；

其中，Toff为4，Ton为1。

实施例二

实施例一描述了旋阳X射线管的工作的方法，在本实施例中，主要是提供具有实现上述控制方法的控制电路。

参照图2、图4和图5，本具体实施方式提供的一种用于旋阳X射线管的控制电路，其中，旋阳X射线管的结构参照实施例一，控制电路包括一控制模块及一连于交流电机和电源之间的继电器，控制模块控制继电器工作做闭合、断开的交替工作；其中，控制模块包括相互连接的控制单元和功率放大器，功率放大器将控制单元输出的指令信号放大给到继电器以触发继电器做闭合、断开工作；控制单元可以是各类单片机或ARM或CPLD或FPGA，也可以是PLC逻辑控制单元；也可以用555时基芯片组成的定时器控制；在实际产品中，控制单元使用AVR单片机；功率放大器可以是光耦放大器或三极管放大器或继电器驱动芯片（如ULN2801、ULN2803）；在实际产品中，采用ULN2803芯片作为功率放大器。

上述控制电路的控制过程，具体为：

（1）球管曝光前，控制单元首先发出一个驱使继电器闭合的指令信号以启动上述交流电机，该指令信号通过功率放大器放大后控制继电器做闭合工作，使上述交流电机与电源连通，交流电机通电启动运转，从而带动阳极靶12做高速旋转，交流电机通电工作Ts秒，经过该Ts秒，交流电机处于额定转速状态，旋阳X射线管被允许曝光（曝光过程与曝光控制不在本发明要求保护的范围，不做赘述）；不同的旋阳X射线管的交流电机的开机达到额定转速的时间不同，为了清楚表达，我们定义这个时间为额定时间Tg，即要求上述Ts大于或等于Tg；在本申请人使用的产品中，Tg在0.8——1.2秒之间，为了确保交流电机达到额定转速，Ts设置为2秒；

（2）控制单元发出驱使继电器断开的指令信号，该指令信号通过功率放大器放大后后控制继电器的触点断开，中断交流电机的供电，交流电机在惯性力的作用下继续旋转Toff秒；通常，1≤Toff≤5，在实际运行时，本申请人将Ts设置为4秒；

（3）控制单元再次发出驱使继电器闭合的指令信号，该指令通过功率放大器放大后控制继电器的闭合工作，交流电机维持通电Ton秒，以再次获电补充能量来维持靶盘继续旋转；通常，0.4≤Ton≤4，并要求Ton＜Toff，在实际运行时，本申请人将Ton设置为1秒；

（4）依次循环步骤（2）到步骤（3）的过程，交流电机就像用鞭子抽陀螺一样一直工作在这种间隔供电的工作方式下，直到需要停止旋阳X射线管的工作为止（即直到需要真正关闭交流电机运行为止）。

在上述实施例中，交流电机可以是单相交流电机或三相交流电机。

本发明不局限于上述实施例，基于上述实施例的、未做出创造性劳动的简单替换，应当属于本发明揭露的范围。

Claims (8)

1.一种运用于旋阳X射线管的控制方法，所述旋阳X射线管包括一真空管和一设有转子的交流电机，所述真空管内设有相对设置的阳极靶和阴极，所述阳极靶固定于所述转子上；其特征在于，所述控制方法包括：

a)旋阳X射线管曝光前，接通交流电机的电源一定时间Ts，经过该一定时间Ts，交流电机运行在额定转速中；

b)断开交流电机的电源，维持Toff秒，1≤Toff≤5；

c)接通交流电机的电源，维持Ton秒，0.4≤Ton≤4，Ton＜Toff；

d)依次循环步骤b）到步骤c）的过程，直到需要停止旋阳X射线管的工作。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，Toff/Ton为4。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，Toff为4，Ton为1。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的控制方法，其特征在于，采用控制模块控制一连于所述交流电机和所述电源之间的继电器做闭合或断开的方式以对应地使交流电机连通或断开电源。

5.一种用于旋阳X射线管的控制电路，所述旋阳X射线管包括一交流电机，所述交流电机连有电源；其特征在于，所述控制电路包括一控制模块及一连于所述交流电机和所述电源之间的继电器，所述控制模块控制继电器工作做闭合、断开的交替工作，具体为：

（1）旋阳X射线管曝光前，控制模块控制继电器闭合一定时间Ts，经过该一定时间Ts，交流电机运行在额定转速中；

（2）控制模块控制继电器断开，维持Toff秒，1≤Toff≤5；

（3）控制模块控制继电器闭合，维持Ton秒，0.4≤Ton≤4，Ton＜Toff；

（4）依次循环步骤（2）到步骤（3）的过程，直到需要停止旋阳X射线管的工作。

6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，Toff/Ton为4。

7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，Toff为4，Ton为1。

8.根据权利要求5至7任意一项所述的控制电路，其特征在于，所述控制模块包括相互连接的控制单元和功率放大器，所述功率放大器连接所述继电器。

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