CN107635347B - X射线管的控制方法及装置、驱动装置、x射线发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线管的控制方法及装置、驱动装置、X射线发生装置，其中所述控制方法包括：判断是否接收到X射线管的动作信号；当接收到X射线管的动作信号时，从接收到动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作，其中恒定压频比是指X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度变化值与频率变化值的比值为恒定值。本发明以恒定压频比增大电压驱动信号的幅度和频率能够避免磁饱和现象，增大电机的旋转驱动力，提高转速，从而增大旋转电极的散热能力；以恒定压频比减小电压驱动信号的幅度和频率能够避免磁滞现象，快速减小电极的旋转驱动力，从而实现快速刹车。

Description

X射线管的控制方法及装置、驱动装置、X射线发生装置

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射线管的控制方法及装置、驱动装置、X射线发生装置。

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。

现有技术通常采用变压恒频SPWM方式控制阳极旋转，也即控制器根据幅度变化、频率不变的调制波电压信号对载波信号进行调制，得到SPWM控制波，通过控制器控制逆变电路输出幅度变化、频率不变的电压驱动信号，以该电压驱动信号驱动阳极转动。

发明人发现，现有变压恒频的控制方式容易使得主磁通较大，使得电机铁芯磁饱。在磁饱和的情况下，增大电压驱动信号的幅度便难以增大磁链，也即不能增大电机的旋转驱动力；然而增大电压驱动信号却使得电流增大，从而使得电机产热增加，增大了X射线管的散热压力。

此外，电机铁芯磁饱和后由于磁滞现象，减小电压驱动信号的幅度难以快速减小磁链，也即不能快速减小电机的旋转驱动力，从而使得电机难以快速刹车。尤其是旋转电极的电机以谐振转速区间(X射线管旋转电极以谐振转速区间内的任意转速转动时，X射线管产生谐振)内的任意转速转动时，由于刹车时间较长，使得谐振时间较长，对X射线管损伤较大。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种X射线管的控制方法及装置、驱动装置、X射线发生装置，以解决现有变压恒频的控制方式增大X射线管散热压力却不能进一步提高旋转驱动力的问题。

本发明第一方面提供了一种X射线管的控制方法，包括：判断是否接收到所述X射线管的动作信号；当接收到所述X射线管的动作信号时，从接收到所述动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作，其中所述恒定压频比是指所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度变化值与频率变化值的比值为恒定值。

可选地，所述动作信号是启动信号；所述从接收到所述动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作的步骤，包括：判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于第一预定转速；当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述第一预定转速时，以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，所述以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率的步骤，包括：判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于谐振转速区间的最小值；所述X射线管旋转电极以所述谐振转速区间内的任意转速转动时，所述X射线管产生谐振；当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述谐振转速区间的最小值时，增大所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率；判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于所述谐振转速区间的最大值；当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述谐振转速区间的最大值时，减小所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，所述动作信号是刹车信号；所述从接收到所述动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作的步骤，包括：判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于第二预定转速；当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述第二预定转速时，以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，所述以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率的步骤，包括：判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于谐振转速区间的最大值；所述X射线管旋转电极以所述谐振转速区间内的任意转速转动时，所述X射线管产生谐振；当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述谐振转速区间的最大值时，增大所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率；判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于所述谐振转速区间的最小值；当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述谐振转速区间的最小值时，减小所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，所述旋转电极的电机为单相异步电机，所述单相异步电机的启动绕组和运行绕组串联，串联后的两端分别作为所述旋转电极电机的第一电源端、第二电源端，所述旋转电极电机的第三电源端设置于所述启动绕组和所述运行绕组之间；所述以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率的步骤之前，还包括：控制向所述X射线旋转电极电机的第一电源端、所述第二电源端和所述第三电源端分别输入幅度相同、频率相同的第一电压、第二电压和第三电压，并且所述第一电压与所述第二电压的相位差为180°。

本发明第二方面提供了一种X射线管的控制装置，判断单元，用于判断是否接收到所述X射线管的动作信号；改变单元，用于当接收到所述X射线管的动作信号时，从接收到所述动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作，其中所述恒定压频比是指所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度变化值与频率变化值的比值为恒定值。

可选地，所述动作信号是启动信号；所述改变单元包括：第一判断子单元，用于判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于第一预定转速；第一增大子单元，用于当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述第一预定转速时，以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，所述第一增大子单元包括：第二判断子单元，用于判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于谐振转速区间的最小值；所述X射线管旋转电极以所述谐振转速区间内的任意转速转动时，所述X射线管产生谐振；第二增大子单元，用于当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述谐振转速区间的最小值时，增大所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率；第三判断子单元，用于判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于所述谐振转速区间的最大值；第一减小子单元，用于当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述谐振转速区间的最大值时，减小所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，所述动作信号是刹车信号；所述改变单元包括：第四判断子单元，用于判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于第二预定转速；第二减小子单元，用于当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述第二预定转速时，以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，所述第二减小子单元包括：第五判断子单元，用于判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于谐振转速区间的最大值；所述X射线管旋转电极以所述谐振转速区间内的任意转速转动时，所述X射线管产生谐振；第三增大子单元，用于当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述谐振转速区间的最大值时，增大所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率；第六判断子单元，用于判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于所述谐振转速区间的最小值；第三减小子单元，用于当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述谐振转速区间的最小值时，减小所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，所述旋转电极的电机为单相异步电机，所述单相异步电机的启动绕组和运行绕组串联，串联后的两端分别作为所述旋转电极电机的第一电源端、第二电源端，所述旋转电极电机的第三电源端设置于所述启动绕组和所述运行绕组之间；所述装置还包括：输入控制单元，用于控制向所述X射线旋转电极电机的第一电源端、所述第二电源端和所述第三电源端分别输入幅度相同、频率相同的第一电压、第二电压和第三电压，并且所述第一电压与所述第二电压的相位差为180°。

本发明第三方面提供了一种X射线管的驱动装置，包括：处理器，与X射线管的旋转电极连接，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。

本发明第四方面提供了一种X射线发生装置，包括第三方面或者第三方面任意一种可选实施方式所述的X射线管的驱动装置：还包括：X射线管，用于在旋转的同时发射或接收电子束；所述X射线管旋转电极的电机为单相异步电机，所述电机的启动绕组和运行绕组串联；串联后的两端分别作为所述旋转电极电机的第一电源端、第二电源端，所述旋转电极电机的第三电源端设置于所述启动绕组和所述运行绕组之间。

本发明实施例所提供的X射线管的控制方法及装置、驱动装置、X射线发生装置，以恒定压频比增大电压驱动信号的幅度和频率能够避免磁饱和现象，增大电机的旋转驱动力，提高转速，从而增大旋转电极的散热能力；以恒定压频比减小电压驱动信号的幅度和频率能够避免磁滞现象，快速减小电极的旋转驱动力，从而实现快速刹车。

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射线管的控制方法的流程图；

图4示出了X射线管旋转电极的电压驱动信号的频率与时间的曲线图；

图5示出了与图4对应的X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度与时间的曲线图；

图6示出了X射线管旋转电极在启动过程中电压驱动信号的频率与时间的曲线图；

图7示出了根据本发明实施例的另一种X射线管的控制方法的流程图；

图8示出了X射线管旋转电极在刹车过程中电压驱动信号的频率与时间的曲线图；

图9示出了旋转电极的相电压矢量图；

图10示出了根据本发明实施例的一种X射线管的控制装置的原理框图；

图11示出了根据本发明实施例的另一种X射线管的控制装置的原理框图；

图12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。

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射线管的控制方法的流程图。该控制方法可以用于如图12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：判断是否接收到X射线管的动作信号。当接收到X射线管的动作信号时，执行步骤S120；否则无操作。

S120：从接收到动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作。

恒定压频比是指X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度变化值与频率变化值的比值为恒定值。幅度变化值是某一时刻的幅度相对于接收到动作信号时的变化值，频率变化值是指某一时刻的频率相对于接收到动作信号时的变化值。

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：

其中，f₁为定子电源频率，p为电机的极对数(通常为1)，s为电机转差率。因此，通过改变输入定子的电压驱动信号的频率便可以对旋转电极的电机进行调速。

进一步地，发明人发现X射线管旋转电极的电机主磁通近似与电压驱动信号的幅度成正比，与电压驱动信号的频率成反比。上述X射线管的控制方法，在接收到X射线管的动作信号时，从接收到动作信号的时刻起以恒定压频比改变X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率，使得旋转电极主磁通为恒定值，不会出现磁饱和现象。

因此，以恒定压频比增大电压驱动信号的幅度和频率能够避免磁饱和现象，增大电机的旋转驱动力，提高转速，从而增大旋转电极的散热能力；以恒定压频比减小电压驱动信号的幅度和频率能够避免磁滞现象，快速减小电极的旋转驱动力，从而实现快速刹车。

此外，以恒定压频比改变电压驱动信号的幅度和频率在启动时以及刹车至较低速时，电流较小，发热少；转速较低，启动噪声较小。

实施例二

图3示出了根据本发明实施例的另一种X射线管的控制方法的流程图。该控制方法可以用于如图12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：判断是否接收到X射线管的启动信号。当接收到X射线管的启动信号时，执行步骤S220；否则无操作。该启动信号可以是人为控制输入的，也可以是设备自动产生的。

S220：判断X射线管旋转电极的当前转速是否小于第一预定转速。当X射线管旋转电极的当前转速小于第一预定转速时，执行步骤S230；否则维持电压驱动信号的当前幅度和频率不变。

该第一预定转速为X射线管稳定运行时的速度。图4示出了X射线管旋转电极的电压驱动信号的频率与时间的曲线图，其中稳定运行频率f₀即为该第一预定转速。

S230：以恒定压频比分别增大X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

图5示出了与图4对应的X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度与时间的曲线图。图4和图5中，0至t1时刻为X射线管的启动时段，t1至t3时刻为X射线管旋转电极达到第一预定转速至稳定运行状态之间的过渡时段，t3至t4时刻为X射线管的稳定运行时段，t4至t5时刻为X射线管的刹车时段。

如图4和图5所示，在0至t1时刻的启动时段，电压驱动信号的幅度变化量与频率变化量的比值为恒定值。

作为本实施例的一种可选实施方式，步骤S230包括下列步骤S231、S232、S233和S234。

S231：判断X射线管旋转电极的当前转速是否大于谐振转速区间的最小值。X射线管旋转电极以谐振转速区间内的任意转速转动时，X射线管产生谐振。

当X射线管旋转电极的当前转速大于谐振转速区间的最小值时，执行步骤S232；否则维持电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别增大X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

S232：增大电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别增大X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

S233：判断X射线管旋转电极的当前转速是否大于谐振转速区间的最大值。当X射线管旋转电极的当前转速大于谐振转速区间的最大值时，执行步骤S234；否则维持增大后的单位时间内的变化量不变，继续以增大后的恒定压频比分别增大X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

S234：减小电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别增大X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

图6示出了X射线管旋转电极在启动过程中电压驱动信号的频率与时间的曲线图。X射线管的旋转电极在t1时刻达到第一预定转速f₀。f₁至f₂为旋转电极的谐振转速区间所对应的电压驱动信号的频率。实线表示步骤S231至S234所述步骤，虚线表示整个启动过程中电压驱动信号的频率在单位时间内的变化量维持不变的情形(以下称常规启动)。

如图6所示，步骤S231至234所述技术方案由于在a时刻至b时刻的时段内单位时间内的频率变化量较大，因此X射线管旋转电极的转速在单位时间内的变化量也较大，旋转电极转速与时间的曲线可以近似于图6所示的曲线。从图6中可以看出，步骤S231至234所述技术方案中，旋转电极在谐振转速区间运行的时间为a时刻至b时刻；而常规启动方案中，旋转电极在谐振转速区间运行的时间为a时刻至t1时刻，时长远远大于a时刻至b时刻的时长。由此可见，步骤S231至S234所述技术方案能够减少X射线管在谐振转速区间运行的时长，减少对X射线管的损伤。

实施例三

图7示出了根据本发明实施例的另一种X射线管的控制方法的流程图。该控制方法可以用于如图12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7所示，该方法包括如下步骤：

S310：判断是否接收到X射线管的刹车信号。当接收到X射线管的刹车信号时，执行步骤S320；否则无操作。该刹车信号可以是人为控制输入的，也可以是设备自动产生的。

S320：判断X射线管旋转电极的当前转速是否大于第二预定转速。当X射线管旋转电极的当前转速大于第二预定转速时，执行步骤S330；否则维持电压驱动信号的当前幅度和频率不变。

该第二预定转速为刹车过程的目标转速，可以是小于当前转速的任意转速值。可选地，该第二预定转速可以为零，也即控制X射线管电极的转速刹车至零。

S330：以恒定压频比分别减小X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

图5示出了与图4对应的X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度与时间的曲线图。图4和图5中，0至t1时刻为X射线管的启动时段，t1至t3时刻为X射线管旋转电极达到第一预定转速至稳定运行状态之间的过渡时段，t3至t4时刻为X射线管的稳定运行时段，t4至t5时刻为X射线管的刹车时段。

如图4和图5所示，在t4至t5时刻的刹车时段，电压驱动信号的幅度变化量与频率变化量的比值为恒定值。

作为本实施例的一种可选实施方式，步骤S330包括下列步骤S331、S332、S333和S334。

S331：判断X射线管旋转电极的当前转速是否小于谐振转速区间的最大值。X射线管旋转电极以谐振转速区间内的任意转速转动时，X射线管产生谐振。

当X射线管旋转电极的当前转速小于谐振转速区间的最大值时，执行步骤S332；否则维持电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别减小X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

S332：增大电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别减小X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

S333：判断X射线管旋转电极的当前转速是否小于谐振转速区间的最小值。当X射线管旋转电极的当前转速小于谐振转速区间的最小值时，执行步骤S334；否则维持增大后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别减小X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

S334：减小电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别增大X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

图8示出了X射线管旋转电极在刹车过程中电压驱动信号的频率与时间的曲线图。X射线管的旋转电极在t4时刻从第一预定频率f₀开始刹车，刹车至频率f₃之后由旋转电极依靠自身阻力使其转速降至0(即自由停车)。f₁至f₂为旋转电极的谐振转速区间所对应的电压驱动信号的频率。实线表示步骤S331至S334所述步骤，虚线表示整个刹车过程中电压驱动信号的频率在单位时间内的变化量维持不变的情形(以下称常规刹车)。

如图8所示，步骤S331至334所述技术方案由于在d时刻至e时刻的时段内单位时间内的频率变化量较大，因此X射线管旋转电极的转速在单位时间内的变化量也较大，旋转电极转速与时间的曲线可以近似于图8所示的曲线。从图8中可以看出，步骤S331至334所述技术方案中，旋转电极在谐振转速区间运行的时间为d时刻至e时刻；而常规刹车方案中，旋转电极在谐振转速区间运行的时间为d时刻至f时刻，时长远远大于d时刻至e时刻的时长。由此可见，步骤S331至S334所述技术方案能够减少X射线管在谐振转速区间运行的时长，减少对X射线管的损伤。

需要补充说明的是，图8仅示出了通过上述方法控制X射线管刹车至某一预定转速(对应电压驱动信号的频率为f₃)，而后使X射线管自由停车的情形。上述方法还可以用于控制X射线管从任意较高转速刹车至一较低转速，而后以该较低转速稳定运行。

需要补充说明的是，上述实施例二和实施例三可以结合，也即依次执行步骤S210-S220-S230-S310-S320-S330。

上述实施例一至实施例三中任一实施例所述的X射线管的控制方法可以通过图12所示的X射线发生装置来实现。该X射线发生装置中，X射线管旋转电极的电机可以是单相异步电极，也可以是三相异步电机。

作为本发明实施例的一种可选实施方式，旋转电极的电机为单相异步电机。该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°。作为本发明实施例的一种可选实施方式，单相异步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，如图12所示。

上述实施例一至实施例三中任一实施例所述的X射线管的控制方法中，在以恒定压频比分别改变X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率的步骤之前，先控制向X射线旋转电极电机的第一电源端、第二电源端和第三电源端分别输入幅度相同、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°。

如图12所示，假设启动绕组或运行绕组中的一者通以U相电压，另一者通以W相电压，启动绕组和运行绕组的公共端通以V相电压。U相电压和W相电压的相位差为180°，并且U、W、V相电压的幅值相等，相电压矢量图如图9所示。根据图12和图9，启动绕组或运行绕组中一者的电压为U相电压与V相电压之差，即U₁，另一者的电压为W相电压与V相电压之差，即U₂。由于图9中A、B、C三点为圆上的点，因此电压U₂与U₁的夹角为90°，也即相位差为90°。由此可见，本发明实施例无需移相电容即可使得启动绕组和运行绕组的电流相位差为90°，并且比移相电容更为精准。

现有技术通常将第三电源端接地，通过控制第一电压和第二电压来控制旋转电极旋转，第一电压相当于图9中的电压U₁，第二电压相当于图9中的电压U₂。与现有技术相比，本发明实施例通过对U、W、V三相电压进行控制，所需的母线电压比现有方式更低。

实施例四

图10示出了根据本发明实施例的一种X射线管的控制装置的原理框图。该控制装置可以用于如图12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10所示，该装置包括判断单元10和改变单元20。

判断单元10用于判断是否接收到X射线管的动作信号。

改变单元20用于当接收到X射线管的动作信号时，从接收到动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作，其中恒定压频比是指X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度变化值与频率变化值的比值为恒定值。

上述X射线管的控制装置，以恒定压频比增大电压驱动信号的幅度和频率能够避免磁饱和现象，增大电机的旋转驱动力，提高转速，从而增大旋转电极的散热能力；以恒定压频比减小电压驱动信号的幅度和频率能够避免磁滞现象，快速减小电极的旋转驱动力，从而实现快速刹车。

实施例五

图11示出了根据本发明实施例的另一种X射线管的控制装置的原理框图。该控制装置可以用于如图12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11所示，该装置包括判断单元10和改变单元20。

判断单元10用于判断是否接收到X射线管的动作信号。

改变单元20用于当接收到X射线管的动作信号时，从接收到动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作，其中恒定压频比是指X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度变化值与频率变化值的比值为恒定值。

作为本实施例的一种可选实施方式，动作信号是启动信号。改变单元20包括第一判断子单元21和第一增大子单元22。

第一判断子单元21用于判断X射线管旋转电极的当前转速是否小于第一预定转速。

第一增大子单元22用于当X射线管旋转电极的当前转速小于第一预定转速时，以恒定压频比分别增大X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，第一增大子单元22包括第二判断子单元221、第二增大子单元222、第三判断子单元223和第一减小子单元224。

第二判断子单元221用于判断X射线管旋转电极的当前转速是否大于谐振转速区间的最小值。X射线管旋转电极以谐振转速区间内的任意转速转动时，X射线管产生谐振。

第二增大子单元222用于当X射线管旋转电极的当前转速大于谐振转速区间的最小值时，增大电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别增大X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

第三判断子单元223用于判断X射线管旋转电极的当前转速是否大于谐振转速区间的最大值。

第一减小子单元224用于当X射线管旋转电极的当前转速大于谐振转速区间的最大值时，减小电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别增大X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

作为本实施例的一种可选实施方式，动作信号是刹车信号。改变单元20包括第四判断子单元23和第二减小子单元24。

第四判断子单元23用于判断X射线管旋转电极的当前转速是否大于第二预定转速。

第二减小子单元24用于当X射线管旋转电极的当前转速大于第二预定转速时，以恒定压频比分别减小X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

可选地，第二减小子单元24包括第五判断子单元241、第三增大子单元242、第六判断子单元243和第三减小子单元244。

第五判断子单元241用于判断X射线管旋转电极的当前转速是否小于谐振转速区间的最大值。X射线管旋转电极以谐振转速区间内的任意转速转动时，X射线管产生谐振。

第三增大子单元242用于当X射线管旋转电极的当前转速小于谐振转速区间的最大值时，增大电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别减小X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

第六判断子单元243用于判断X射线管旋转电极的当前转速是否小于谐振转速区间的最小值。

第三减小子单元244用于当X射线管旋转电极的当前转速小于谐振转速区间的最小值时，减小电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别减小X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

作为本实施例的一种可选实施方式，旋转电极的电机为单相异步电机，单相异步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。所述装置还包括输入控制单元30，用于控制向X射线旋转电极电机的第一电源端、第二电源端和第三电源端分别输入幅度相同、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°。

实施例六

图12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12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的的X射线管的控制方法。

逆变电路用于根据处理器输出的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°。

此外，作为本实施例的一种可选实施方式，X射线发生装置还包括上位机，与处理器连接，用于输入X射线管旋转电极的控制曲线，该控制曲线为电压驱动信号的频率与时间的曲线。由此则可以在X射线管启动前或运行过程中灵活改变X射线管旋转电极的运行状态，满足不同的应用需求。

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 (8)

1.一种X射线管的控制方法，其特征在于，包括：

判断是否接收到所述X射线管的动作信号；

当接收到所述X射线管的动作信号时，从接收到所述动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作，其中所述恒定压频比是指所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度变化值与频率变化值的比值为恒定值；

所述动作信号包括启动信号；所述从接收到所述动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作的步骤，包括：

判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于第一预定转速；

当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述第一预定转速时，判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于谐振转速区间的最小值；所述X射线管旋转电极以所述谐振转速区间内的任意转速转动时，所述X射线管产生谐振；

当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述谐振转速区间的最小值时，增大所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率；

判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于所述谐振转速区间的最大值；

当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述谐振转速区间的最大值时，减小所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

2.根据权利要求1所述的X射线管的控制方法，其特征在于，所述动作信号是刹车信号；所述从接收到所述动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作的步骤，包括：

判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于第二预定转速；

当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述第二预定转速时，以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

3.根据权利要求2所述的X射线管的控制方法，其特征在于，所述以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率的步骤，包括：

判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于谐振转速区间的最大值；所述X射线管旋转电极以所述谐振转速区间内的任意转速转动时，所述X射线管产生谐振；

当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述谐振转速区间的最大值时，增大所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率；

判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于所述谐振转速区间的最小值；

当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述谐振转速区间的最小值时，减小所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别减小所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

4.根据权利要求1所述的X射线管的控制方法，其特征在于，所述旋转电极的电机为单相异步电机，所述单相异步电机的启动绕组和运行绕组串联，串联后的两端分别作为所述旋转电极电机的第一电源端、第二电源端，所述旋转电极电机的第三电源端设置于所述启动绕组和所述运行绕组之间；

所述以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率的步骤之前，还包括：

控制向所述X射线旋转电极电机的第一电源端、所述第二电源端和所述第三电源端分别输入幅度相同、频率相同的第一电压、第二电压和第三电压，并且所述第一电压与所述第二电压的相位差为180°。

5.一种X射线管的控制装置，其特征在于，

判断单元，用于判断是否接收到所述X射线管的动作信号；

改变单元，用于当接收到所述X射线管的动作信号时，从接收到所述动作信号的时刻起以恒定压频比分别改变所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率以控制X射线管旋转电极执行相应动作，其中所述恒定压频比是指所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度变化值与频率变化值的比值为恒定值；

所述动作信号是启动信号；所述改变单元包括：第一判断子单元，用于判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否小于第一预定转速；第一增大子单元，用于当所述X射线管旋转电极的当前转速小于所述第一预定转速时，以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率；

所述第一增大子单元包括：第二判断子单元，用于判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于谐振转速区间的最小值；所述X射线管旋转电极以所述谐振转速区间内的任意转速转动时，所述X射线管产生谐振；第二增大子单元，用于当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述谐振转速区间的最小值时，增大所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持增大后的单位时间内的变化量继续以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率；第三判断子单元，用于判断所述X射线管旋转电极的当前转速是否大于所述谐振转速区间的最大值；第一减小子单元，用于当所述X射线管旋转电极的当前转速大于所述谐振转速区间的最大值时，减小所述电压驱动信号的幅度和频率在单位时间内的变化量，并维持减小后的单位时间内的变化量不变，继续以恒定压频比分别增大所述X射线管旋转电极的电压驱动信号的幅度和频率。

6.一种X射线管的驱动装置，其特征在于，包括：

处理器，与X射线管的旋转电极连接，用于根据权利要求1-4中任一项所述的X射线管的控制方法；

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射线管的驱动装置，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。

8.一种X射线发生装置，其特征在于，包括权利要求6或7所述的X射线管的驱动装置；还包括：

X射线管，用于在旋转的同时发射或接收电子束；所述X射线管旋转电极的电机为单相异步电机，所述电机的启动绕组和运行绕组串联；串联后的两端分别作为所述旋转电极电机的第一电源端、第二电源端，所述旋转电极电机的第三电源端设置于所述启动绕组和所述运行绕组之间。