CN116304519B - X射线管的实时热量计算方法、装置、系统和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X射线管的实时热量计算方法、装置、系统和存储介质。该X射线管的实时热量计算方法包括：建立X射线管的热分布矩阵，所述热分布矩阵包括热零件在不同时刻的比热容系数和计算温度；获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度；基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度；确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离；基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度；基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量。通过采用上述方案，能够解决现有的热量计算方法误差较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及X射线管的技术领域，尤其涉及一种X射线管的实时热量计算方法、装置、系统和存储介质。
背景技术
X射线管的球管结构通常有固定阳极球管和旋转阳极球管两种，目前广泛采用的是旋转阳极球管。X射线管的工作原理是将阴极产生的高速电子束流轰击旋转阳极，产生X射线。其中绝大部分能量转化为热量，X射线管最大极限可承受的热量是一个重要的指标。一般CT机厂家会定义日常使用的最大热容量，如果超过这个值使用会大大降低球管的使用寿命。故在球管的使用过程中有必要实时监测，计算球管的实时热量值。
现有的热容量计算是通过输入功率和持续时间的乘积得到，即热量=输入功率*持续时间，对于旋转阳极X射线管，输入功率等于输入电压*输入电流。例如一个扫描条件120kv，275ma，27.5sec完成后，传统的热容量计算是：120*275*27.5=907,500J，由于球管的热量计算采用HU(Heat Unit),1J=1.41HU或1MJ=1.41MJ，故得到907,500*1.41=1.28MHU，假定球管的额定热容量为6.48MHU，则1.28/6.48=19%，会系统显示热容量是19%。
由于此方法只考虑了热量的输入，没有考虑热量的输出，事实上，在加载过程中还存在热量的输出，所以在CT机持续工作过程中，此方法热量计算存在较大的误差。
发明内容
本发明提供了一种X射线管的实时热量计算方法、装置、系统和存储介质，以解决现有的热量计算方法误差较大的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种X射线管的实时热量计算方法，所述X射线管的实时热量计算方法包括：
建立X射线管的热分布矩阵，所述热分布矩阵包括热零件在不同时刻的比热容系数和计算温度；
获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度；
基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度；
确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离；
基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度；
基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量。
在本发明的可选实施例中，所述热分布矩阵的行项包括由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻和多个所述热零件中的一项；
所述热分布矩阵的列项包括由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻和多个所述热零件中的另一项，所述热零件包括同质且温度差异小于预设阈值的材料；
所述热分布矩阵的矩阵元素包括所述比热容系数和所述计算温度。
在本发明的可选实施例中，所述基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度，包括：
对比多个所述时刻的所述几何距离以得到最小几何距离；
将所述最小几何距离对应的时刻确定为最佳时刻；
基于所述热分布矩阵中所述最佳时刻对应的矩阵元素确定最佳比热容系数和最佳计算温度。
在本发明的可选实施例中，所述基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量，包括：
基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度通过下式确定热容量：
；
；
其中，p为最佳时刻的序号，为最佳时刻的热容量，i为热零件序号，/>为最佳时刻第i个热零件的比热容系数，/>为最佳时刻第i个热零件的质量，/>为最佳时刻第i个热零件的计算温度，/>为初始温度，/>为最佳时刻第i个热零件相对于初始温度的温升。
在本发明的可选实施例中，所述获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度，包括：
获取所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件对应的实测温度；
相应的，所述确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离，包括：
基于所述热零件选取序列对应的热零件通过下式确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离：
；
其中，为j时刻的几何距离，j为时刻序号，/>为所述热零件选取序列中第一个热零件的实测温度，/>为所述热零件选取序列中第二个热零件的实测温度，/>为所述热零件选取序列中最后一个热零件的实测温度，o为所述热零件选取序列中热零件的总数量，为所述热零件选取序列中第一个热零件在j时刻的计算温度，/>为所述热零件选取序列中第二个热零件在j时刻的计算温度，/>为所述热零件选取序列中最后一个热零件在j时刻的计算温度。
在本发明的可选实施例中，所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件包括管芯壳阴极侧、管芯壳旋转阳极侧、管芯壳阳极侧；
相应的，所述获取所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件对应的实测温度，包括：
获取所述X射线管的所述管芯壳阴极侧、所述管芯壳旋转阳极侧、所述管芯壳阳极侧在真空外的实测温度。
在本发明的可选实施例中，所述建立X射线管的热分布矩阵，包括：
利用有限元方法对X射线管进行热瞬态分析以得到热分布矩阵。
根据本发明的另一方面，提供了一种X射线管的实时热量计算装置，所述X射线管的实时热量计算装置包括：
建立模块，用于建立X射线管的热分布矩阵，所述热分布矩阵包括热零件在不同时刻的比热容系数和计算温度；
实测温度获取模块，用于获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度；
计算温度确定模块，用于基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度；
距离确定模块，用于确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离；
最佳参数确定模块，用于基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度；
热量确定模块，用于基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量。
根据本发明的另一方面，提供了一种X射线管的实时热量计算系统，所述X射线管的实时热量计算系统包括：
温度检测件，用于检测热零件在真空外的实测温度；
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的X射线管的实时热量计算方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的X射线管的实时热量计算方法。
本发明实施例的技术方案，通过先建立X射线管的热分布矩阵，然后获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度，然后基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度，然后确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离，然后基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度，最后基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量，能够实时得到X射线管的热容量，同时得到的热容量较为精确，能够解决现有的热量计算方法误差较大的问题。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是相关技术中X射线管的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种X射线管的实时热量计算方法的流程图；
图3为本发明实施例二提供的一种X射线管的实时热量计算方法的流程图；
图4是本发明实施例三提供的一种X射线管的实时热量计算装置的结构框图；
图5示出了可以用来实施本发明的实施例的X射线管的实时热量计算系统的结构示意图。
其中：1、管芯壳；2、旋转阳极；3、阴极；4、阳极；20、温度检测件。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
相关技术中，如图1所示，X射线管的球管结构通常有固定阳极球管和旋转阳极球管两种，目前大功率球管广泛采用的是旋转阳极球管，旋转阳极球管通常包括管芯壳1，管芯壳1内设有旋转阳极2、阳极4和阴极3，管芯壳1内为高真空封闭空间。X射线管的工作原理是将阴极3产生的高速电子束流轰击旋转阳极2，产生X射线。
实施例一
图2为本发明实施例一提供的一种X射线管的实时热量计算方法的流程图，本实施例可适用于对球管结构为旋转阳极球管的X射线管的实时热量进行计算的情况，该方法可以由X射线管的实时热量计算装置来执行，该X射线管的实时热量计算装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该X射线管的实时热量计算装置可配置于X射线管的实时热量计算系统中。如图1所示，该X射线管的实时热量计算方法包括：
S110、建立X射线管的热分布矩阵，所述热分布矩阵包括热零件在不同时刻的比热容系数和计算温度。
其中，热分布矩阵反映了不同热零件在不同时刻的比热容系数和计算温度，热零件包括同质且温度差异小于预设阈值的材料，如一个实体零件的温度分布差异较大，便可将该实体零件划分为多个热零件，所有热零件具有单独的比热容系数、质量和平均温度。X射线管从启动到热平衡过程中，不同热零件的温度会不同，热平衡即为各个零部件的温度波动为0的状态，所以可将X射线管从启动到热平衡的过程划分成多个不同的时刻，启动时间点为时刻1，达到热平衡的时间点为时刻n。由于在真空空间内难以设置温度测量装置进行温度测量，计算温度即为通过理论分析计算得到的热零件在真空内的温度，通过对X射线管进行分析，便可以得到不同热零件在不同时刻的比热容系数和计算温度。
示例性的，所述热分布矩阵的行项包括由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻和多个所述热零件中的一项；所述热分布矩阵的列项包括由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻和多个所述热零件中的另一项，所述热零件包括同质且温度差异小于预设阈值的材料，即当行项为由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻时，列项为全部所述热零件，不同热零件可以不同的热零件序号进行区分，当列项为由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻时，行项为全部所述热零件。所述热分布矩阵的矩阵元素包括所述比热容系数和所述计算温度，即不同热零件在不同时刻会对应某一特定的比热容系数和计算温度。
S120、获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度。
其中，实测温度是指对热零件在真空外进行实际测量得到的温度值，例如可在多个热零件在真空外的位置上设置温度传感器，得到热零件在真空外的实测温度。此外，获取实测温度时，可在全部真空外热零件上设置温度传感器来检测全部热零件在真空外的实测温度，也可在部分真空外热零件上设置温度传感器来检测部分热零件在真空外的实测温度，在此不作具体限定。
S130、基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度。
其中，此时的热零件是指在真空外测量得到了实测温度的热零件，热零件的计算温度即为与实测温度相同的热零件在热分布矩阵中的计算温度，由于热分布矩阵包括热零件、时刻、比热容系数和计算温度的映射关系，所以在知晓是何热零件的情况下，能够知道该热零件在不同时刻的计算温度。
S140、确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离。
其中，由于不同时刻热零件的计算温度可能会不同，所以能够算出不同时刻下热零件的所述计算温度和所述实测温度的几何距离，该几何距离能够反映实测温度和计算温度的偏差情况。
S150、基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度。
其中，最佳比热容系数是指最贴合实际情况的比热容系数，最佳计算温度是指最贴合实际情况的计算温度，由于不同时刻得到的几何距离不同，而几何距离能够反映实测温度和计算温度的偏差情况，所以能够根据不同时刻的几何距离确定热分布矩阵中更贴合实际情况的比热容系数和计算温度，将其作为最佳比热容系数和最佳计算温度。
S160、基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量。
其中，由于热容量是根据所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定的，所以此时的热容量为X射线管的实时热量的最佳估计值，不仅能够实时计算出热容量，所得到的热容量较为精确。
上述方案，通过先建立X射线管的热分布矩阵，然后获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度，然后基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度，然后确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离，然后基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度，最后基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量，能够实时得到X射线管的热容量，同时得到的热容量较为精确，能够解决现有的热量计算方法误差较大的问题。
在本发明的可选实施例中，所述建立X射线管的热分布矩阵，包括：
利用有限元方法对X射线管进行热瞬态分析以得到热分布矩阵。
其中，有限元方法基本原理是将连续的热分布域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数。从而使一个空间上连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。再按时间序列进行加载进行热瞬态计算求解，这样可以得到时间维度与空间维度的矩阵，矩阵的水平方向为时间序列，垂直方向为空间维度分解。故利用有限元方法，进行球管的热瞬态分析，可以得到热分布矩阵。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种X射线管的实时热量计算方法的流程图，本实施例与上述实施例之间的关系是对实施例一进行改进。可选的，所述基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度，包括：对比多个所述时刻的所述几何距离以得到最小几何距离；将所述最小几何距离对应的时刻确定为最佳时刻；基于所述热分布矩阵中所述最佳时刻对应的矩阵元素确定最佳比热容系数和最佳计算温度。如图3所示，该X射线管的实时热量计算方法包括：
S210、建立X射线管的热分布矩阵，所述热分布矩阵包括热零件、时刻、比热容系数和计算温度的映射关系。
S220、获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度。
S230、基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度。
S240、确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离。
S250、对比多个所述时刻的所述几何距离以得到最小几何距离。
其中，不同时刻所得到的几何距离不同，所以通过将多个时刻的几何距离进行对比，能够得到最小几何距离。
S260、将所述最小几何距离对应的时刻确定为最佳时刻。
其中，几何距离反映了实测温度和计算温度的偏差情况，所以最小几何距离反映此时实测温度和计算温度的偏差最小，即此时热分布矩阵中估算的计算温度最符合实际情况，故将该最小几何距离对应的时刻确定为最佳时刻。
S270、基于所述热分布矩阵中所述最佳时刻对应的矩阵元素确定最佳比热容系数和最佳计算温度。
其中，由于最佳时刻中热分布矩阵估算的值最符合实际情况，所以此最佳时刻对应的矩阵元素与实际情况偏差最小，故可将此最佳时刻对应的热分布矩阵中的比热容系数和计算温度确定为最佳比热容系数和最佳计算温度。
S280、基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量。
其中，因为所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度与实际情况的偏差最小，所以通过此最佳比热容系数和最佳计算温度得到的热容量即为X射线管的实时热量的最佳估计值，能够更为精确对X射线管的热容量做计算。
上述方案，通过在确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离后，对比多个所述时刻的所述几何距离以得到最小几何距离，然后将所述最小几何距离对应的时刻确定为最佳时刻，然后基于所述热分布矩阵中所述最佳时刻对应的矩阵元素确定最佳比热容系数和最佳计算温度，最后基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量，由于此时得到的所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度与实际情况的偏差最小，所以得到的热容量即为X射线管的实时热量的最佳估计值，能够更为精确对X射线管的热容量做计算。
在本发明的可选实施例中，所述基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量，包括：
基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度通过下式确定热容量：
；
。
其中，p为最佳时刻的序号，为最佳时刻的热容量，i为热零件序号，/>为最佳时刻第i个热零件的比热容系数，/>为最佳时刻第i个热零件的质量，/>为最佳时刻第i个热零件的计算温度，/>为初始温度，/>为最佳时刻第i个热零件相对于初始温度的温升。
其中，初始温度指X射线管未启动时的温度，一般指环境温度。K为热零件的总个数，X射线管热量随着时间而变化，包括输入部分和输出，输入是因为电子束流的加热，输出是因为散热，输入和输出的热量差能够引起热零件的温升，所以，其中，p为最佳时刻的序号，/>为最佳时刻的热容量，i为热零件序号，/>为最佳时刻第i个热零件的比热容系数，/>为最佳时刻第i个热零件的质量，/>为最佳时刻第i个热零件相对于初始温度的温升,/>为输入的热量，为输出的热量。
通过上式，在知晓最佳比热容系数和所述最佳计算温度的情况下，能方便的根据上述公式得到热容量。
在本发明的可选实施例中，所述获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度，包括：
获取所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件对应的实测温度。
相应的，所述确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离，包括：
基于所述热零件选取序列对应的热零件通过下式确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离：
。
其中，为j时刻的几何距离，j为时刻序号，/>为所述热零件选取序列中第一个热零件的实测温度，/>为所述热零件选取序列中第二个热零件的实测温度，/>为所述热零件选取序列中最后一个热零件的实测温度，o为所述热零件选取序列中热零件的总数量，为所述热零件选取序列中第一个热零件在j时刻的计算温度，/>为所述热零件选取序列中第二个热零件在j时刻的计算温度，/>为所述热零件选取序列中最后一个热零件在j时刻的计算温度。
其中，由于X射线管的构造和所处环境，难以对X射线管的每一个热零件都获取实测温度，热零件选取序列是指所选取的能够获取到实测温度的热零件组成的序列，即从全部热零件中选取了部分或全部热零件，在选取的热零件在真空外的部分安装了温度检测件来获取所选取的热零件的实测温度，这部分热零件所组成的序列即为热零件选取序列，根据使用需求的不同，可以选取不同的热零件。
例如可在真空外全部的热零件上设置温度检测件来获得全部热零件在真空外的实测温度，此时热零件选取序列包括全部的热零件，故此时根据全部热零件的实测温度和计算温度来计算几何距离，此时的公式即为：，j为时刻序号，K为热零件总个数，i为热零件序号，Ti为热零件选取序列中第i个热零件的实测温度，tij为热零件选取序列中第i个热零件在j时刻的计算温度，/>为j时刻的几何距离。故选取不同的热零件实际测量得到不同热零件的实测温度，所得到的几何距离也会不同，具体实施时可根据X射线管的实际情况在不同的热零件上设置温度检测件得到实测温度，在此不做具体限定。
其中，在得到实测温度、/>、……、/>后，可以通过查找热分布矩阵得到计算温度/>、/>、……、/>，j取不同值便可通过上式计算得到各个时刻（1、2…n）的几何距离/>，即/>。
通过上述公式，能够方便的根据热零件选取序列中热零件的实测温度和计算温度来确定各个时刻的几何距离。
在上述实施例的基础上，如图1所示，所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件包括管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m。
相应的，所述获取所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件对应的实测温度，包括：
获取所述X射线管的所述管芯壳阴极侧k、所述管芯壳旋转阳极侧l、所述管芯壳阳极侧m在真空外的实测温度。
其中，管芯壳阴极侧k即为管芯壳1上与阴极3相对的区域，管芯壳旋转阳极侧l即为管芯壳1上与旋转阳极2相对的区域，管芯壳阳极侧m即为管芯壳1上与阳极4相对的区域，可以在管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m分别设置温度传感器来检测得到管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m的实测温度。由于X射线管上较多位置均难以设置温度传感器，通过使热零件包括管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m，管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m在真空外较为容易设置温度传感器，所以能够较为方便的得到所述X射线管的所述管芯壳阴极侧k、所述管芯壳旋转阳极侧l、所述管芯壳阳极侧m在真空外的实测温度。
此时便可通过下述公式确定几何距离：
。
其中，为j时刻的几何距离，j为时刻序号，/>为管芯壳阴极侧k的实测温度，为管芯壳旋转阳极侧l的实测温度，/>为管芯壳阳极侧m的实测温度，/>为管芯壳阴极侧k在j时刻的计算温度，/>为管芯壳旋转阳极侧l在j时刻的计算温度，/>为管芯壳阳极侧m对应的热零件在j时刻的计算温度。
其中，在得到实测温度后，可以通过查找热分布矩阵得到计算温度，j取不同值便可通过上式计算得到各个时刻（1、2…n）的几何距离/>，即。
可选的，由于X射线管包括不同的热零件，上述只是示例在管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m上设置温度检测件得到管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m的实测温度的情况，即此时的热零件选取序列只包括管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m，在具体实施时，也可以在真空外其他热零件上设置温度检测件来获得其他热零件的实测温度，使得热零件选取序列包括其他的热零件，进而根据其他热零件的实测温度和计算温度来计算几何距离。
以下以一个具体的实施例说明本方案的具体实施方式：
首先，利用有限元方法，进行X射线管的热瞬态分析，得到热分布矩阵（依时刻序列热零件的计算温度与比热容系数列向量集合）。热分布矩阵如表一所示：
表一：X射线管的热分布矩阵
然后在多个真空外热零件（静止、方便测量的位置）上设置K个温度传感器，所述多个零件包括管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m。
然后通过第k、l、m个传感器测量得到实测温度。。
然后通过热分布矩阵查找得到管芯壳阴极侧k、管芯壳旋转阳极侧l、管芯壳阳极侧m的计算温度、/>、/>。
然后计算得到各个时刻（1、2…n）的几何距离，即/>、/>……/>，几何距离/>反映了计算温度和实测温度的接近程度，所述计算公式为：
、……、
、……、
。
然后在计算得到的n个值中，即/>中，通过对比得到最小值/>，此即为最小几何距离。
然后将所述最小几何距离对应的时刻确定为最佳时刻。
然后在热分布矩阵中找到对应的列的比热容系数c和计算温度t的取值，将该取值确定为最佳比热容系数和最佳计算温度。
最后根据列对应的比热容系数c和计算温度t的取值，即最佳比热容系数和最佳计算温度通过下式计算得到X射线管在/>时刻的热容量/>：
；/>。
其中，p为最佳时刻的序号，为最佳时刻的热容量，i为热零件序号，/>为最佳时刻第i个热零件的比热容系数，/>为最佳时刻第i个热零件的质量，/>为最佳时刻第i个热零件的计算温度，/>为初始温度，/>为最佳时刻第i个热零件相对于初始温度的温升，为输入的热量，/>为输出的热量。
通过上述方法，求得的即为X射线管的实时热量的最佳估计值，从而能够实时得到X射线管的热容量，同时得到的热容量较为精确，能够解决现有的热量计算方法误差较大的问题。
实施例三
图4为本发明实施例三提供的一种X射线管的实时热量计算装置的结构示意图。如图4所示，该X射线管的实时热量计算装置包括：
建立模块31，用于建立X射线管的热分布矩阵，所述热分布矩阵包括热零件在不同时刻的比热容系数和计算温度。
实测温度获取模块32，用于获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度。
计算温度确定模块33，用于基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度。
距离确定模块34，用于确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离。
最佳参数确定模块35，用于基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度。
热量确定模块36，用于基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量。
在本发明的可选实施例中，所述热分布矩阵的行项包括由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻和多个所述热零件中的一项。
所述热分布矩阵的列项包括由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻和多个所述热零件中的另一项，所述热零件包括同质且温度差异小于预设阈值的材料。
所述热分布矩阵的矩阵元素包括所述比热容系数和所述计算温度。
在本发明的可选实施例中，所述最佳参数确定模块35包括：
对比子模块，用于对比多个所述时刻的所述几何距离以得到最小几何距离。
时刻确定子模块，用于将所述最小几何距离对应的时刻确定为最佳时刻。
最佳参数确定子模块，用于基于所述热分布矩阵中所述最佳时刻对应的矩阵元素确定最佳比热容系数和最佳计算温度。
在本发明的可选实施例中，热量确定模块36还用于基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度通过下式确定热容量：
。
。
其中，p为最佳时刻的序号，为最佳时刻的热容量，i为热零件序号，/>为最佳时刻第i个热零件的比热容系数，/>为最佳时刻第i个热零件的质量，/>为最佳时刻第i个热零件的计算温度，/>为初始温度，/>为最佳时刻第i个热零件相对于初始温度的温升。
在本发明的可选实施例中，实测温度获取模块32还用于获取所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件对应的实测温度。
相应的，所述距离确定模块34还用于基于所述热零件选取序列对应的热零件通过下式确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离：
。
其中，为j时刻的几何距离，j为时刻序号，/>为所述热零件选取序列中第一个热零件的实测温度，/>为所述热零件选取序列中第二个热零件的实测温度，/>为所述热零件选取序列中最后一个热零件的实测温度，o为所述热零件选取序列中热零件的总数量，为所述热零件选取序列中第一个热零件在j时刻的计算温度，/>为所述热零件选取序列中第二个热零件在j时刻的计算温度，/>为所述热零件选取序列中最后一个热零件在j时刻的计算温度。
在本发明的可选实施例中，所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件包括管芯壳阴极侧、管芯壳旋转阳极侧、管芯壳阳极侧。
相应的，所述实测温度获取模块32还用于获取所述X射线管的所述管芯壳阴极侧、所述管芯壳旋转阳极侧、所述管芯壳阳极侧在真空外的实测温度。
在本发明的可选实施例中，所述建立模块31还用于利用有限元方法对X射线管进行热瞬态分析以得到热分布矩阵。
本发明实施例所提供的一种X射线管的实时热量计算装置可执行本发明任意实施例所提供的X射线管的实时热量计算方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图5示出了可以用来实施本发明的实施例的X射线管的实时热量计算系统10的结构示意图。X射线管的实时热量计算系统旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。X射线管的实时热量计算系统还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备（如头盔、眼镜、手表等）和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图5所示，X射线管的实时热量计算系统10包括温度检测件20、至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器（ROM）12、随机访问存储器（RAM）13等，其中，温度检测件20用于检测热零件在真空外的实测温度，温度检测件20具体的可为温度传感器，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器（ROM）12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器（RAM）13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM13中，还可存储X射线管的实时热量计算系统10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM12以及RAM13通过总线14彼此相连。输入/输出（I/O）接口15也连接至总线14。
X射线管的实时热量计算系统10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许X射线管的实时热量计算系统10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、各种专用的人工智能（AI）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器（DSP）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如X射线管的实时热量计算方法。
在一些实施例中，X射线管的实时热量计算方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM12和/或通信单元19而被载入和/或安装到X射线管的实时热量计算系统10上。当计算机程序加载到RAM13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的X射线管的实时热量计算方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行X射线管的实时热量计算方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、芯片上系统的系统（SOC）、负载可编程逻辑设备（CPLD）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在X射线管的实时热量计算系统上实施此处描述的系统和技术，该X射线管的实时热量计算系统具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，CRT（阴极射线管）或者LCD（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给X射线管的实时热量计算系统。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（LAN）、广域网（WAN）、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种X射线管的实时热量计算方法，其特征在于，包括：
建立X射线管的热分布矩阵，所述热分布矩阵包括热零件在不同时刻的比热容系数和计算温度，所述热分布矩阵的矩阵元素包括所述比热容系数和所述计算温度；
所述建立X射线管的热分布矩阵，包括：
利用有限元方法对X射线管进行热瞬态分析以得到热分布矩阵；
获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度；
基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度；
确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离；
基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度；
所述基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度，包括：
对比多个所述时刻的所述几何距离以得到最小几何距离；
将所述最小几何距离对应的时刻确定为最佳时刻；
基于所述热分布矩阵中所述最佳时刻对应的矩阵元素确定最佳比热容系数和最佳计算温度；
基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量；
所述基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量，包括：
基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度通过下式确定热容量：
；
；
其中，p为最佳时刻的序号，为最佳时刻的热容量，i为热零件序号，/>为最佳时刻第i个热零件的比热容系数，/>为最佳时刻第i个热零件的质量，/>为最佳时刻第i个热零件的计算温度，/>为初始温度，/>为最佳时刻第i个热零件相对于初始温度的温升。
2.根据权利要求1所述的X射线管的实时热量计算方法，其特征在于，所述热分布矩阵的行项包括由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻和多个所述热零件中的一项；
所述热分布矩阵的列项包括由所述X射线管启动到热平衡的多个所述时刻和多个所述热零件中的另一项，所述热零件包括同质且温度差异小于预设阈值的材料。
3.根据权利要求1或2所述的X射线管的实时热量计算方法，其特征在于，
所述获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度，包括：
获取所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件对应的实测温度；
相应的，所述确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离，包括：
基于所述热零件选取序列对应的热零件通过下式确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离：
；
其中，为j时刻的几何距离，j为时刻序号，/>为所述热零件选取序列中第一个热零件的实测温度，/>为所述热零件选取序列中第二个热零件的实测温度，/>为所述热零件选取序列中最后一个热零件的实测温度，o为所述热零件选取序列中热零件的总数量，/>为所述热零件选取序列中第一个热零件在j时刻的计算温度，/>为所述热零件选取序列中第二个热零件在j时刻的计算温度，/>为所述热零件选取序列中最后一个热零件在j时刻的计算温度。
4.根据权利要求3所述的X射线管的实时热量计算方法，其特征在于，所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件包括管芯壳阴极侧、管芯壳旋转阳极侧、管芯壳阳极侧；
相应的，所述获取所述X射线管的热零件选取序列中的多个热零件对应的实测温度，包括：
获取所述X射线管的所述管芯壳阴极侧、所述管芯壳旋转阳极侧、所述管芯壳阳极侧在真空外的实测温度。
5.一种X射线管的实时热量计算装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立X射线管的热分布矩阵，所述热分布矩阵包括热零件在不同时刻的比热容系数和计算温度；所述热分布矩阵的矩阵元素包括所述比热容系数和所述计算温度；所述建立模块还用于利用有限元方法对X射线管进行热瞬态分析以得到热分布矩阵；
实测温度获取模块，用于获取所述X射线管的多个所述热零件在真空外的实测温度；
计算温度确定模块，用于基于所述热分布矩阵确定所述热零件的所述计算温度；
距离确定模块，用于确定多个所述时刻的所述计算温度和所述实测温度的几何距离；
最佳参数确定模块，用于基于多个所述时刻的所述几何距离确定最佳比热容系数和最佳计算温度；
热量确定模块，用于基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度确定热容量；
所述最佳参数确定模块包括：
对比子模块，用于对比多个所述时刻的所述几何距离以得到最小几何距离；
时刻确定子模块，用于将所述最小几何距离对应的时刻确定为最佳时刻；
最佳参数确定子模块，用于基于所述热分布矩阵中所述最佳时刻对应的矩阵元素确定最佳比热容系数和最佳计算温度；
热量确定模块还用于基于所述最佳比热容系数和所述最佳计算温度通过下式确定热容量：
；
；
其中，p为最佳时刻的序号，为最佳时刻的热容量，i为热零件序号，/>为最佳时刻第i个热零件的比热容系数，/>为最佳时刻第i个热零件的质量，/>为最佳时刻第i个热零件的计算温度，/>为初始温度，/>为最佳时刻第i个热零件相对于初始温度的温升。
6.一种X射线管的实时热量计算系统，其特征在于，所述X射线管的实时热量计算系统包括：
温度检测件，用于检测热零件在真空外的实测温度；
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-4中任一项所述的X射线管的实时热量计算方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的X射线管的实时热量计算方法。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |