CN105228326B - X射线发生器及用于监控x射线发生器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种X射线发生器，所述X射线发生器至少包括电源转换单元、变压器单元以及X射线管，并且所述X射线发生器还包括监控单元，所述监控单元包括：频率测量模块，用于测量电源转换单元的实际工作频率；负载测量模块，用于测量电源转换单元的有效负载；频率估计模块，用于根据所测得的有效负载以及所述电源转换单元的电路参数来估计所述电源转换单元的预计工作频率；频率比较模块，用于将实际工作频率与预计工作频率进行比较；以及判断模块，用于基于所述比较的结果来判断所述电源转换单元是否工作正常。另一方面，本发明还提供了一种用于监控X射线发生器的方法。

Description

X射线发生器及用于监控X射线发生器的方法

技术领域

本发明一般地涉及电路技术，并且更具体地，涉及一种X射线发生器以及用于监控X射线发生器的方法。

背景技术

X射线自从被发现以来已被广泛应用于各个领域。举例来说，X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。另外，X射线依据其穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用而被应用于医学诊断，其是世界上最早应用的非刨伤性的内脏检查技术。

X射线发生器至少包括X射线管和高压发生部分，其中X射线管主要由阴极、阳极和玻璃壳三部分组成，阳极和阴极封装在高真空度的玻璃壳内。阴极（钨丝）在高温下可发射足够数量的电子，这些电子在阴阳两极高压作用下被加速成为高速电子流。当高速电子撞击钨靶时，电子动能转换为两部分能量：其中不到1%能量转换为X射线能量；而99%以上能量转换为阳极热量，加速了阳极靶面的温升。高压发生器的主要作用是供给X射线管阴、阳两极直流高压和灯丝加热电压。

诸如医用X射线发生机的X射线机设备通常需要高频高压发生器以提高有用射线的比率并且降低X射线管的电纹波系数。因此，往往还需要电源转换电路来向高压变压器部分提供高频脉冲输入。对于这种结构的高频高压X射线发生器，往往很难监控其高频高压发生电路部分的工作状态。按照传统的方法，例如直接检测输出电压的方式，存在很多特定情况无法识别电路故障的情形发生。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供了一种X射线发生器，所述X射线发生器至少包括电源转换单元、变压器单元以及X射线管，并且所述X射线发生器还包括监控单元，所述监控单元包括：频率测量模块，用于测量电源转换单元的实际工作频率；负载测量模块，用于测量电源转换单元的有效负载；频率估计模块，用于根据所测得的有效负载以及所述电源转换单元的电路参数来估计所述电源转换单元的预计工作频率；频率比较模块，用于将实际工作频率与预计工作频率进行比较；以及判断模块，用于基于所述比较的结果来判断所述电源转换单元是否工作正常。

根据本发明的一些实施例，估计所述预计工作频率包括：基于所述电路参数预先确定所述电源转换单元的电压增益与所述电源转换单元的工作频率之间的对应关系；根据所述有效负载计算所述电源转换单元的电压增益；以及依据计算得到的电压增益和所述对应关系来确定所述预计工作频率。

根据本发明的一些实施例，所述电源转换单元由谐振型逆变器电路构成。

根据本发明的一些实施例，所述谐振型逆变器电路为LCC谐振变换器，并且所述电路参数是串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs以及并联谐振电容Cp。

根据本发明的一些实施例，所述对应关系依据以下公式;

其中，，，，M为所述电压增益，f为所述工作频率，R为所述有效负载。

根据本发明的一些实施例，所述X射线发生器为医用高频高压X射线发生器。

另一方面，本发明还提供了一种用于监控X射线发生器的方法，其中所述X射线发生器至少包括电源转换单元、高压单元以及X射线管，所述方法包括：测量电源转换单元的实际工作频率；测量电源转换单元的有效负载；基于所测得的有效负载以及所述电源转换单元的电路参数来估计电源转换单元的预计工作频率；将实际工作频率与预计工作频率进行比较；以及基于所述比较的结果来判断所述电源转换单元是否工作正常。

本发明所提供的监控X射线发生器的方法根据电路自身的工作特性来判断是否发生电路故障，由此解决了传统方法所遇到的无法可靠判断电路故障和保护问题。根据本发明的实施例的X射线发生器使得操作者能够及时发现X射线发生器电路中的障碍，由此很大程度上提高了设备的安全性和可靠性，这对于医用X射线发生器尤其重要。

附图说明

本发明的前述和其他目标、特征和优点根据下面对本发明的实施例的更具体的说明将是显而易见的，这些实施例在附图中被示意。

图1是根据本发明的一个实施例的X射线发生器的示意结构图。

图2是根据本发明的一个实施例的X射线发生器的监控单元的示意结构图。

图3示意性地示出根据本发明的一个实施例的X射线发生器的电源转换单元的电路结构及其交流等效电路。

图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于监控X射线发生器的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步详细说明本发明。需要说明的是，附图中的各结构只是示意性说明，用以使本领域普通技术人员最佳地理解本发明的原理，其不一定按比例绘制。

图1是根据本发明的一个实施例的X射线发生器的示意结构图。如图1所示，X射线发生器100可以大体上包括电源转换单元101、变压器单元102、X射线管103以及监控单元104。电源转换单元101被用于将例如工频电压的电源输入转换为适合于变压器单元102的输入。举例来说，在本发明的一些实施例中，电源转换单元101可以被用于起逆变器的作用，其将适配器输出的直流电压转变为高频的高压交流电，作为变压器单元102的输入。

监控单元104可以特别地被用于监控电源转换单元101的工作频率，以判断电源转换单元101的工作是否正常。在图2中根据本发明的一个实施例给出了监控单元104的一个示例性结构。

如图2所示，监控单元可以包括：负载测量模块201、频率估计模块202、频率测量模块203、频率比较模块204以及判断模块205。

具体地，频率测量模块203被用于测量电源转换单元的实际工作频率，即电源转换单元101输出的电压信号的频率。

负载测量模块201被用于测量电源转换单元的有效负载。一般地，电源转换单元将与变压器单元直接连接并且为其提供初级电压输入，进而变压器单元再为X射线管提供直流高压。因此，有效负载可以被认为是从变压器单元起的所有之后的电路单元共同对电源转换单元形成的负载。

频率估计模块202被用于根据所测得的有效负载以及电源转换单元的电路参数来估计所述电源转换单元的预计工作频率。

举例来说，在本发明的一个实施例，可以首先基于电路参数预先确定电源转换单元的电压增益与其工作频率之间的对应关系。接着，根据所测得的有效负载计算电源转换单元当前的电压增益。最后，依据计算得到的电压增益和所述对应关系来确定预计工作频率。

在实践中，电源转换单元可以由谐振型逆变器电路构成，例如为串联逆变器、并联逆变器以及串并联逆变器。图3示意性地示出根据本发明的一个实施例的X射线发生器的电源转换单元的电路结构及其交流等效电路。在图3中用虚线框示出了电源转换单元，其为LCC串并联谐振变换器，箭头所指向的是电源转换单元后接包括变压器单元在内的其他电路元件之后的交流等效电路。在虚线框右边的部分为示例性的变压器单元，其中例如可以包括高压变压器Tr以及由二极管构成的整流倍压电路。该变压器单元的输出向X射线管阴、阳两极提供直流高压。

如图3所示，电源转换单元包括电桥部分和LCC谐振网络部分。电桥部分构成高频开关网络，其由两个桥臂构成，其中场效应管Q1和Q2构成一个桥臂，场效应管Q3和Q4构成另一个桥臂（桥臂的具体结构并非本发明的创新点所在，故在此不做具体描述）。当电路工作时，Q1与Q4同时导通，而Q2与Q3同时导通，并且Q1、Q4与Q2、Q3相位相差180度。这样电桥的输出电压为上下对称的高频交流电压信号。实际流经LCC谐振网络部分的电流几乎接近理想的正弦电流，可以认为主要接收电桥部分输出的基波功率。因此，在确定交流等效电路时，可以将电桥部分输出的交流电压进行傅里叶变换后取其基波分量作为LCC谐振网络部分的输入，在图3下部的交流等效电路中被标识为Vin(ac)。

由此，可以基于串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs以及并联谐振电容Cp来预先确定电源转换单元的电压增益与其工作频率之间的对应关系。优选地，对应关系可以依据以下公式;

其中，，，，M为所述电压增益，f为所述工作频率，R为所述有效负载。在图3下部的交流等效电路中有效负载被标识为Rac，其可以例如是包括了变压器单元以及X射线管部分共同在电源转换单元的输出端施加的负载。

可以通过预先对电路转换单元进行仿真模拟来确定表征电压增益与工作频率之间的对应关系的曲线。因此，在计算得到实际的电压增益时，可以从相应的对应关系曲线上定位到预计的工作频率，也即在相应的输出下理想的工作频率。

频率比较模块204被用于将实际工作频率与预计工作频率进行比较，而判断模块205被用于基于比较的结果来判断所述电源转换单元是否工作正常。

在本发明的一个实施例中，频率比较模块可以例如被设计为计算实际工作频率与预计工作频率之间的差值，而判断模块根据该差值所在的范围来判断电源转换单元的工作是否正常。

在本发明的另一个实施例中，频率比较模块可以例如被设计为计算差值比率，即实际工作频率与预计工作频率之间的差值与预计工作频率的比值，而判断模块同样地根据该差值比率所在的范围来判断电源转换单元的工作是否正常。

图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于监控X射线发生器的方法的流程图。可应用该方法的X射线发生器应至少包括至少包括电源转换单元、高压单元以及X射线管。

如图4所示，该方法包括首先在步骤S401中测量电源转换单元的实际工作频率。

在步骤S402中，测量电源转换单元的有效负载。

在步骤S403中，基于所测得的有效负载以及电源转换单元的电路参数来估计电源转换单元的预计工作频率。

在步骤S404中，将实际工作频率与预计工作频率进行比较。

在步骤S405中，基于所述比较的结果来判断所述电源转换单元是否工作正常。

该方法尤其适用于监控医用高频高压X射线发生器中的电源转换单元的工作状况，非常有利于及时发现电路故障。

应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照上述具体实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换而不脱离本发明的实质，其均涵盖在本发明请求保护的范围中。

Claims (10)

1.一种X射线发生器，其特征在于，所述X射线发生器至少包括电源转换单元、变压器单元以及X射线管，并且所述X射线发生器还包括监控单元，所述监控单元包括：

频率测量模块，用于测量电源转换单元的实际工作频率；

负载测量模块，用于测量电源转换单元的有效负载；

频率估计模块，用于根据所测得的有效负载以及所述电源转换单元的电路参数来估计所述电源转换单元的预计工作频率；

频率比较模块，用于将实际工作频率与预计工作频率进行比较；以及

判断模块，用于基于所述比较的结果来判断所述电源转换单元是否工作正常。

2.如权利要求1所述的X射线发生器，其特征在于，估计所述预计工作频率包括：

基于所述电路参数预先确定所述电源转换单元的电压增益与所述电源转换单元的工作频率之间的对应关系；

根据所述有效负载计算所述电源转换单元的电压增益；以及

依据计算得到的电压增益和所述对应关系来确定所述预计工作频率。

3.如权利要求2所述的X射线发生器，其特征在于，所述电源转换单元由谐振型逆变器电路构成。

4.如权利要求3所述的X射线发生器，其特征在于，所述谐振型逆变器电路为LCC谐振变换器，并且所述电路参数是串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs以及并联谐振电容Cp。

5.如权利要求4所述的X射线发生器，其特征在于，所述对应关系依据以下公式;

其中，，，，M为所述电压增益，f为所述工作频率， R为所述有效负载。

6.如权利要求1-5中任一项所述的X射线发生器，其特征在于，所述X射线发生器为医用高频高压X射线发生器。

7.一种用于监控X射线发生器的方法，其中所述X射线发生器至少包括电源转换单元、高压单元以及X射线管，其特征在于，所述方法包括：

测量电源转换单元的实际工作频率；

测量电源转换单元的有效负载；

基于所测得的有效负载以及所述电源转换单元的电路参数来估计电源转换单元的预计工作频率；

将实际工作频率与预计工作频率进行比较；以及

基于所述比较的结果来判断所述电源转换单元是否工作正常。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，估计所述预计工作频率包括：

基于所述电路参数预先确定所述电源转换单元的电压增益与所述电源转换单元的工作频率之间的对应关系；

根据所述有效负载计算所述电源转换单元的电压增益；以及

依据计算得到的电压增益和所述对应关系来确定所述预计工作频率。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电源转换单元由谐振型逆变器电路构成。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述谐振型逆变器电路为LCC谐振变换器，并且所述电路参数是等效的串联谐振电感Ls、串联谐振电容Cs以及并联谐振电容Cp。