CN107589765B - X射线管的旋转电极的控制方法及装置、驱动装置 - Google Patents

X射线管的旋转电极的控制方法及装置、驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种X射线管的旋转电极的控制方法及装置、驱动装置,其中所述方法包括:获取待发生功率,所述待发生功率为待产生的X射线的功率;根据所述待发生功率确定X射线管的旋转电极转速;按照所述旋转电极转速控制所述X射线管的旋转电极旋转。本发明能够根据待产生的X射线的功率适应性调整旋转电极的转速,使得转速相对于该待发生功率不会过低也不会过高,从而既能够满足散热要求,又能减少轴承磨损。

Description

X射线管的旋转电极的控制方法及装置、驱动装置
技术领域
本发明涉及X射线发生装置技术领域,具体涉及X射线管的旋转电极的控制方法及装置、驱动装置。
背景技术
X射线管(也称球管)是产生X射线(也称曝光)的关键部件,也是价格昂贵、寿命较短的消耗件。由于电子轰击靶面一点,容易造成局部点温度过高而融化损坏,为此设计出了旋转阳极靶球管。
如图1所示,旋转阳极X射线管的结构具体包括一个使用玻璃制作的真空管11和一个与真空管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(也称腰面)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,旋转阳极X射线管的热量外传通过两种途径: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。旋转阳极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。
X射线管阳极旋转的控制器可以针对不同的高压球管,控制阳极的加减速和恒速运行。然而,现有的旋转阳极X射线管分为单速球管和双速球管,在稳态运行时,无论曝光功率有多大,单速球管的阳极靶都运行在同一转速,双速球管仅有高速和低速两种转速。对于任意待发生功率,单速球管和双速球管所提供的转速要么过低,难以适应待发生功率下的阳极靶面散热要求;要么过高,使得轴承所承受压力较大,阳极轴承磨损较严重,降低了轴承的使用寿命。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种X射线管的旋转电极的控制方法及装置、驱动装置,以解决采用现有X射线管产生任意功率X射线时转速不是过低就是过高的问题。
本发明第一方面提供了一种X射线管的旋转电极的控制方法,包括:获取待发生功率,所述待发生功率为待产生的X射线的功率;根据所述待发生功率确定X射线管的旋转电极转速;按照所述旋转电极转速控制所述X射线管的旋转电极旋转。
可选地,所述根据所述待发生功率确定X射线管的旋转电极转速的步骤,包括:
根据下列公式确定所述X射线管的旋转电极转速n1
Figure BDA0001402455870000021
其中,P1为所述待发生功率,nmax为所述旋转电极的最高转速,nmin为所述旋转电极的最低转速,Pmax为所述X射线管的最高发生功率,Pmin为所述X射线管的最低发生功率。
可选地,所述X射线管是单速球管,并且所述单速球管的旋转电极的最高转速nmax为所述单速球管稳态运行时的转速,所述单速球管的旋转电极的最低转速nmin=K1*n0;其中n0为所述单速球管稳态运行时所述旋转电极的转速;K1为系数,并且K1小于1;和/或,所述单速球管的最高发生功率Pmax为所述单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率Pmax=K2*P0;其中P0为所述单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率;K2为系数,并且K2小于1。
可选地,所述系数K1和/或K2的取值大于等于0.3并且小于等于0.5。
可选地,所述X射线管是双速球管。
可选地,所述按照所述旋转电极转速控制所述X射线管的旋转电极旋转,包括:根据所确定的X射线管的旋转电极转速调整调制波信号的频率;根据所述调制波对载波信号进行调制得到PWM波;通过所述PWM波控制逆变电路中可控开关导通或关断,所述逆变电路的输出端连接至所述旋转电极的电机电源端。
本发明第二方面提供了一种X射线管的旋转电极的控制装置,包括:获取单元,用于获取待发生功率,所述待发生功率为待产生的X射线的功率;确定单元,用于根据所述待发生功率确定X射线管的旋转电极转速;控制单元,用于按照所述旋转电极转速控制所述X射线管的旋转电极旋转。
可选地,所述确定单元根据下列公式确定所述X射线管的旋转电极转速n1
Figure BDA0001402455870000031
其中,P1为所述待发生功率,nmax为所述旋转电极的最高转速,nmin为所述旋转电极的最低转速,Pmax为所述X射线管的最高发生功率,Pmin为所述X射线管的最低发生功率。
可选地,所述X射线管是单速球管,并且所述单速球管的旋转电极的最高转速nmax为所述单速球管稳态运行时的转速,所述单速球管的旋转电极的最低转速nmin=K1*n0;其中n0为所述单速球管稳态运行时所述旋转电极的转速;K1为系数,并且K1小于1;和/或,所述单速球管的最高发生功率Pmax为所述单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率Pmax=K2*P0;其中P0为所述单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率;K2为系数,并且K2小于1。
可选地,所述系数K1和/或K2的取值大于等于0.3并且小于等于0.5。
可选地,所述X射线管是双速球管。
可选地,所述控制单元包括:调制子单元,用于根据所确定的X射线管的旋转电极转速调整调制波信号的频率;调制子单元,用于根据所述调制波对载波信号进行调制得到PWM波;控制子单元,用于通过所述PWM波控制逆变电路中可控开关导通或关断,所述逆变电路的输出端连接至所述旋转电极的电机电源端。
本发明第三方面提供了一种X射线管驱动装置,包括:处理器,用于根据第一方面或者第一方面任意一种可选实施方式所述的X射线管的旋转电极的控制方法;逆变电路,用于根据所述处理器输出的PWM波将直流信号转换为交流信号。
可选地,所述逆变电路包括三个桥臂,所述三个桥臂并联后连接至直流电源,并且三个桥臂与所述旋转电极的三个电机电源端分别对应相连。
本发明实施例所提供的X射线管的旋转电极的控制方法及装置、驱动装置,获取待发生功率,然后根据待发生功率确定X射线管的旋转电极转速,按照该旋转电极转速控制X射线管的旋转电极旋转,能够根据待产生的X射线的功率适应性调整旋转电极的转速,使得转速相对于该待发生功率不会过低也不会过高,从而既能够满足散热要求,又能减少轴承磨损。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,在附图中:
图1示出了现有旋转阳极X射线管的结构示意图;
图2示出了根据本发明实施例的一种X射线管的旋转电极的控制方法的流程图;
图3示出了根据本发明实施例的另一种X射线管的旋转电极的控制方法的流程图;
图4示出了根据本发明实施例的一种X射线发生装置的原理框图;
图5示出了根据本发明实施例的一种X射线管的旋转电极的控制装置的原理框图;
图6示出了根据本发明实施例的另一种X射线管的旋转电极的控制装置的原理框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
图2示出了根据本发明实施例的一种X射线管的旋转电极的控制方法的流程图。该控制方法可以用于如图4所示的X射线发生装置,并用于控制如图1所述的X射线管的旋转电极,该旋转电极可以是如图1所示的阳极旋转电极,也可以是阴极作为旋转电极,本申请对此不做限定。如图2所示,该方法包括如下步骤:
S110:获取待发生功率,该待发生功率为待产生的X射线的功率。
通常在曝光(即产生X射线)之前,需要外部设置本次曝光所要达到的曝光功率,也即待产生的X射线的功率。
S120:根据待发生功率确定X射线管的旋转电极转速。
如图1所示,在阴极17施加低电压使阴极17产生电子束19;同时在阳极靶面12施加高电压,阴极17产生的电子束19在高压电场作用下高速轰击阳极靶面12。高速电子轰击阳极靶面12时,1%的能量使钨金属激发出X射线射出球管,另外99%的能量转化为热量使阳极靶面12温度升高。
对于确定的待发生功率,若曝光时X射线管的旋转电极转速过低,则阳极靶面12的热量难以及时散去;若转速过高,则会使得轴承所承受压力较大,阳极轴承磨损较严重,降低了轴承的使用寿命。
步骤S120根据待发生功率确定X射线管的旋转电极转速,能够适应性调整旋转电极的转速,使得转速相对于该待发生功率不会过低也不会过高,从而既能够满足散热要求,又能减少轴承磨损。
S130:按照旋转电极转速控制X射线管的旋转电极旋转。
上述X射线管的旋转电极的控制方法,获取待发生功率,然后根据待发生功率确定X射线管的旋转电极转速,按照该旋转电极转速控制X射线管的旋转电极旋转,能够根据待产生的X射线的功率适应性调整旋转电极的转速,使得转速相对于该待发生功率不会过低也不会过高,从而既能够满足散热要求,又能减少轴承磨损。
实施例二
本发明实施例提供了另一种X射线管的旋转电极的控制方法,与实施例一或实施例二的区别在于,根据下列公式确定X射线管的旋转电极转速n1
Figure BDA0001402455870000061
其中,P1为待发生功率,nmax为旋转电极的最高转速,nmin为旋转电极的最低转速,Pmax为X射线管的最高发生功率,Pmin为X射线管的最低发生功率。
对于双速球管,上述最高转速、最低转速、最高发生功率、最低发生功率为产品的已知参数。
对于单速球管,产品已知的参数为稳态运行的转速,以及稳态运行时的X射线最佳发生功率。可以将单速球管的这两个参数转化为上述最高转速、最低转速、最高发生功率、最低发生功率。例如,分别将稳态运行的转速乘以系数X1(X1小于1)或系数X2(X2大于1)得到最低转速、最高转速,将稳态运行时的X射线最佳发生功率乘以系数Y1(Y1小于1)或系数Y2(Y2大于1)得到最低功率、最高功率。
作为本实施例的一种可选实施方式,单速球管的旋转电极的最高转速nmax为单速球管稳态运行时的转速,单速球管的旋转电极的最低转速nmin=K1*n0,其中n0为单速球管稳态运行时旋转电极的转速,K1为系数,并且K1小于1。单速球管的最高发生功率Pmax为单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率Pmax=K2*P0,其中P0为单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率,K2为系数,并且K2小于1。
可选地,上述系数K1和/或K2的取值大于等于0.3并且小于等于0.5。
需要补充说明的是,上述确定X射线管的旋转电极转速的公式仅仅是实施例一的一种可选实施方式,上述实施例一还可以采用其他公式确定X射线管的旋转电极转速。
例如,对于单速球管,还可以是:
Figure BDA0001402455870000071
其中,n0为所述单速球管稳态运行时所述旋转电极的转速,P0为所述单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率,P1为所述待发生功率。
实施例三
图3示出了根据本发明实施例的另一种X射线管的旋转电极的控制方法的流程图。该控制方法可以用于如图4所示的X射线发生装置,并用于控制如图1所述的X射线管的旋转电极,该旋转电极可以是如图1所示的阳极旋转电极,也可以是阴极作为旋转电极,本申请对此不做限定。如图3所示,该方法包括如下步骤:
S210:获取待发生功率,该待发生功率为待产生的X射线的功率。具体请参阅步骤S110。
S220:根据待发生功率确定X射线管的旋转电极转速。具体请参阅步骤S120。
S230:根据所确定的X射线管的旋转电极转速调整调制波信号的频率。
S240:根据调制波对载波信号进行调制得到PWM波。
PWM(英文全称:Pulse Width Modulation,中文:脉冲宽度调制)波具体可以为通过正弦调制波调制得到的SPWM(英文全称:Sinusoidal Pulse Width Modulation,中文:正弦脉冲宽度调制)波,或者通过其他调制波所得到的其他类型的PWM波,本申请在此不做限定。
S250:通过PWM波控制逆变电路中可控开关导通或关断,逆变电路的输出端连接至旋转电极的电机电源端。
如图4所示,处理器确定X射线管的旋转电极转速之后,根据该转速来控制旋转电极的电机旋转。具体地,处理器输出端连接至逆变电路中可控开关(图4中的IGBT)的控制端,处理器根据所确定的X射线管的旋转电极转速来调整调制波信号的频率,然后根据调制波对载波信号进行调制得到PWM波,根据PWM波控制逆变电路中可控开关导通或关断便可以使逆变电路输出预期电压信号波形加至旋转电极的电机。
X射线管旋转电极的电机一般采用单相异步电机或三相异步电机,电机定子用于产生旋转磁场驱动转子旋转。异步电机转子的转速n可以表示为:
Figure BDA0001402455870000081
其中,f1为定子电源频率,也即逆变电路所输出的电压电压信号的频率,该频率随调制波与载波而改变;p为电机的极对数(通常为1),s为电机转差率。因此,通过改变逆变电路所输出的电压信号便可以对旋转电极的电机进行调速。
实施例四
图5示出了根据本发明实施例的一种X射线管的旋转电极的控制装置的原理框图。该装置可以用于如图4所示的X射线发生装置,并用于控制如图1所述的X射线管的旋转电极,该旋转电极可以是如图1所示的阳极旋转电极,也可以是阴极作为旋转电极,本申请对此不做限定。如图5所示,该装置包括获取单元10、确定单元20和控制单元30。
获取单元10用于获取待发生功率,待发生功率为待产生的X射线的功率。
确定单元20用于根据待发生功率确定X射线管的旋转电极转速。
控制单元30用于按照旋转电极转速控制X射线管的旋转电极旋转。
上述X射线管的旋转电极的控制装置,获取待发生功率,然后根据待发生功率确定X射线管的旋转电极转速,按照该旋转电极转速控制X射线管的旋转电极旋转,能够根据待产生的X射线的功率适应性调整旋转电极的转速,使得转速相对于该待发生功率不会过低也不会过高,从而既能够满足散热要求,又能减少轴承磨损。
实施例五
图6示出了根据本发明实施例的另一种X射线管的旋转电极的控制装置的原理框图。该装置可以用于如图4所示的X射线发生装置,并用于控制如图1所述的X射线管的旋转电极,该旋转电极可以是如图1所示的阳极旋转电极,也可以是阴极作为旋转电极,本申请对此不做限定。如图6所示,该装置包括获取单元10、确定单元20和控制单元30。
获取单元10用于获取待发生功率,待发生功率为待产生的X射线的功率。
确定单元20用于根据待发生功率确定X射线管的旋转电极转速。
控制单元30用于按照旋转电极转速控制X射线管的旋转电极旋转。该控制单元包括调制子单元31、调制子单元32和控制子单元33。
调制子单元31用于根据所确定的X射线管的旋转电极转速调整调制波信号的频率。
调制子单元32用于根据调制波对载波信号进行调制得到PWM波。
控制子单元33用于通过PWM波控制逆变电路中可控开关导通或关断,逆变电路的输出端连接至旋转电极的电机电源端。
作为本实施例的一种可选实施方式,确定单元20根据下列公式确定X射线管的旋转电极转速n1
Figure BDA0001402455870000091
其中,P1为待发生功率,nmax为旋转电极的最高转速,nmin为旋转电极的最低转速,Pmax为X射线管的最高发生功率,Pmin为X射线管的最低发生功率。
可选地,X射线管是单速球管,并且单速球管的旋转电极的最高转速nmax为单速球管稳态运行时的转速,单速球管的旋转电极的最低转速nmin=K1*n0。其中n0为单速球管稳态运行时旋转电极的转速。K1为系数,并且K1小于1。单速球管的最高发生功率Pmax为单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率Pmax=K2*P0。其中P0为单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率。K2为系数,并且K2小于1。
可选地,系数K1和/或K2的取值大于等于0.3并且小于等于0.5。
X射线管也可以是双速球管,其最高转速、最低转速、最高发生功率、最低发生功率为产品的已知参数。
实施例六
图4示出了根据本发明实施例的一种X射线发生装置的原理框图,该X射线发生装置包括X射线管和X射线管的驱动装置。
X射线管的驱动装置用于执行实施例一至实施例三中任一实施例所述的X射线管的旋转电极的控制方法,并用于控制如图1所述的X射线管的旋转电极,该旋转电极可以是如图1所示的阳极旋转电极,也可以是阴极作为旋转电极,本申请对此不做限定。如图4所示,该X射线管的驱动装置包括处理器和逆变电路。
处理器用于根据实施例一至实施例三中任一实施例所述的X射线管的旋转电极的控制方法。
逆变电路用于根据所述处理器输出的PWM波将直流信号转换为交流信号。
作为本实施例的一种可选实施方式,逆变电路包括三个桥臂,三个桥臂并联后连接至直流电源,并且三个桥臂与旋转电极的三个电机电源端分别对应相连。
X射线管用于在旋转的同时发射或接收电子束,可以为任意一种现有的X射线管。X射线管旋转电极的电极可以为单相异步电机,也可以为三相异步电机。单相异步电机可以通过移相电容使得启动绕组和运行绕组中的电流相位差达到90°。
作为本实施例的一种可选实施方式,X射线管旋转电极的电机为单相异步电机,电机的启动绕组和运行绕组串联。串联后的两端分别作为旋转电极电机的第一电源端、第二电源端,旋转电极电机的第三电源端设置于启动绕组和运行绕组之间。驱动电机运行时,向电机的第一电源端、第二电源端和第三电源端分别输入幅值相同、频率相同的第一电压、第二电压和第三电压,并且第一电压与第二电压的相位差为180°,以保证启动绕组和运行绕组中的电流相位差达到90°。
本领域技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。
虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种X射线管的旋转电极的控制方法,其特征在于,包括:
获取待发生功率,所述待发生功率为待产生的X射线的功率;
根据所述待发生功率确定X射线管的旋转电极转速;
按照所述旋转电极转速控制所述X射线管的旋转电极旋转;
根据下列公式确定所述X射线管的旋转电极转速n1
Figure FDA0003172781990000011
其中,P1为所述待发生功率,nmax为所述旋转电极的最高转速,nmin为所述旋转电极的最低转速,Pmax为所述X射线管的最高发生功率,Pmin为所述X射线管的最低发生功率,其中,对于单速球管,将稳态运行时单速球管的转速以及X射线最佳发生功率转换为X射线管最高转速、最低转速、最高发生功率以及最低发生功率,以确定X射线管的旋转电极转速,以使得所述旋转电极转速为介于所述最高转速与所述最低转速之间的任意连续的转速。
2.根据权利要求1所述的X射线管的旋转电极的控制方法,其特征在于,所述X射线管是单速球管,并且
所述单速球管的旋转电极的最高转速nmax为所述单速球管稳态运行时的转速,所述单速球管的旋转电极的最低转速nmin=K1*n0;其中n0为所述单速球管稳态运行时所述旋转电极的转速;K1为系数,并且K1小于1;和/或,
所述单速球管的最高发生功率Pmax为所述单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率Pmax=K2*P0;其中P0为所述单速球管稳态运行时的X射线最佳发生功率;K2为系数,并且K2小于1。
3.根据权利要求2所述的X射线管的旋转电极的控制方法,其特征在于,所述系数K1和/或K2的取值大于等于0.3并且小于等于0.5。
4.根据权利要求1所述的X射线管的旋转电极的控制方法,其特征在于,所述按照所述旋转电极转速控制所述X射线管的旋转电极旋转,包括:
根据所确定的X射线管的旋转电极转速调整调制波信号的频率;
根据所述调制波对载波信号进行调制得到PWM波;
通过所述PWM波控制逆变电路中可控开关导通或关断,所述逆变电路的输出端连接至所述旋转电极的电机电源端。
5.一种X射线管的旋转电极的控制装置,其特征在于,包括:
获取单元,用于获取待发生功率,所述待发生功率为待产生的X射线的功率;
确定单元,用于根据所述待发生功率确定X射线管的旋转电极转速;
控制单元,用于按照所述旋转电极转速控制所述X射线管的旋转电极旋转;
根据下列公式确定所述X射线管的旋转电极转速n1
Figure FDA0003172781990000021
其中,P1为所述待发生功率,nmax为所述旋转电极的最高转速,nmin为所述旋转电极的最低转速,Pmax为所述X射线管的最高发生功率,Pmin为所述X射线管的最低发生功率,其中,对于单速球馆,将稳态运行时单速球管的转速以及X射线最佳发生功率转换为X射线管最高转速、最低转速、最高发生功率以及最低发生功率,以确定X射线管的旋转电极转速,以使得所述旋转电极转速为介于所述最高转速与所述最低转速之间的任意连续的转速。
6.一种X射线管驱动装置,其特征在于,包括:
处理器,用于根据权利要求1-4中任一项所述的X射线管的旋转电极的控制方法;
逆变电路,用于根据所述处理器输出的PWM波将直流信号转换为交流信号。
7.根据权利要求6所述的X射线管驱动装置,其特征在于,所述逆变电路包括三个桥臂,所述三个桥臂并联后连接至直流电源,并且三个桥臂与所述旋转电极的三个电机电源端分别对应相连。
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