CN117015221B - 一种x射线管和x射线管系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线管和X射线管系统。该X射线管包括管壳、管芯、导流模块和驱动模块，所述管芯设置在所述管壳内，所述管壳上设有连通所述管壳内部的进油口和出油口；所述导流模块包括模块本体，所述管芯上设有X射线窗，所述模块本体设置于所述管壳内，所述模块本体上设有X射线口，所述X射线口与所述X射线窗相对；所述模块本体包括多个导流件，多个所述导流件间隔排列形成多个供换热油流过的油道；所述驱动模块与所述导流件电连接，所述驱动模块用于驱动所述导流件横向振动。通过采用上述方案，解决了目前的X射线管的换热效率较低的问题。

Description

一种X射线管和X射线管系统

技术领域

本发明涉及放电管的技术领域，尤其涉及一种X射线管和X射线管系统。

背景技术

X射线管通常包括管壳和管芯，管芯设置在管壳内，管芯上设有X射线窗，由于管芯在工作时，绝大部分能量转换为热能，由于X线束聚焦作用，X射线窗的中心位置比周边发热更严重，所以需要进行散热，目前的X射线窗的散热主要通过对流换热方式。

对流换热方式是指：管壳上设有连通管壳内部的进油口和出油口，换热油从进油口进入管壳内部的油道，换热油沿着油道流过管芯表面进行对流换热，然后由出油口排出管壳。

但目前的X射线窗的油道长度远长于宽度，并且油道径向被施加了加速度，所以换热油容易形成层流，换热效率较低。

发明内容

本发明提供了一种X射线管和X射线管系统，以解决目前的X射线管的换热效率较低的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种X射线管，该X射线管包括管壳、管芯、导流模块和驱动模块，

所述管芯设置在所述管壳内，所述管壳上设有连通所述管壳内部的进油口和出油口；

所述导流模块包括模块本体，所述管芯上设有X射线窗，所述模块本体设置于所述管壳内，所述模块本体上设有X射线口，所述X射线口与所述X射线窗相对；

所述模块本体包括多个导流件，多个所述导流件间隔排列形成多个供换热油流过的油道；

所述驱动模块与所述导流件电连接，所述驱动模块用于驱动所述导流件横向振动。

在本发明的可选实施例中，所述导流件为压电陶瓷片。

在本发明的可选实施例中，多个所述压电陶瓷片分为两组，一组所述压电陶瓷片为第一相陶瓷片，另一组所述压电陶瓷片为第二相陶瓷片，所述第一相陶瓷片和所述第二相陶瓷片间隔排列，相邻的所述第一相陶瓷片和所述第二相陶瓷片之间形成所述油道；

所述驱动模块用于驱动所述第一相陶瓷片基于第一波波动，所述驱动模块用于驱动所述第二相陶瓷片基于第二波波动，所述第一波和所述第二波的传输方向相对；相邻的所述第一相陶瓷片产生的所述第一波和所述第二相陶瓷片产生的所述第二波用于在所述油道内形成驻波。

在本发明的可选实施例中，所述第一波的波动方程为：；

所述第二波的波动方程为：；

所述第一波和所述第二波在所述油道内形成的驻波的方程式为：，/>；

其中，为所述第一波，/>为所述第二波，/>为所述驻波，/>为激振波长，/>为激振频率，/>为声波在绝缘油中的传播速度，/>为在所述油道的坐标位置，/>为振幅，/>为角频率，/>为传播时间。

在本发明的可选实施例中，所述驱动模块包括第一振荡器、第二振荡器、移相器、第一相功率放大器和第二相功率放大器；

所述第一相功率放大器的输入端与所述第一振荡器电连接，所述第一相功率放大器的输出端与所述第一相陶瓷片电连接，所述第一振荡器用于产生第一驱动信号，所述第一相功率放大器用于放大所述第一驱动信号并输出至所述第一相陶瓷片，以使所述第一相陶瓷片基于放大后的所述第一驱动信号产生第一波；

所述移相器的输入端与所述第二振荡器的输出端电连接，所述移相器的输出端与所述第二相功率放大器的输入端电连接，所述第二相功率放大器的输出端与所述第二相陶瓷片电连接；所述第二振荡器用于产生第二驱动信号，所述移相器用于对所述第二驱动信号进行移相，所述第二相功率放大器用于放大移相后的所述第二驱动信号并输出至所述第二相陶瓷片，以使所述第二相陶瓷片基于放大后的所述第二驱动信号产生第二波。

在本发明的可选实施例中，所述驱动模块还包括锁定电路；

所述锁定电路用于锁定所述第一驱动信号和移相后的所述第二驱动信号的相位差为预设相位差。

在本发明的可选实施例中，所述锁定电路包括第一分频器、第二分频器和鉴相器；

所述第一分频器的输入端与所述第一振荡器的输出端电连接，所述第一分频器的输出端与所述鉴相器的第一输入端电连接；

所述第二分频器的输入端与所述移相器的输出端电连接，所述第二分频器的输出端与所述鉴相器的第二输入端电连接；

所述鉴相器的输出端与所述第二振荡器电连接。

在本发明的可选实施例中，所述驱动模块还包括滤波器，所述滤波器的输入端与所述鉴相器的输出端电连接，所述滤波器的输出端与所述第二振荡器电连接。

在本发明的可选实施例中，所述第一振荡器为晶体振荡器；

和/或，所述第二振荡器为压控振荡器。

根据本发明的另一方面，提供了一种X射线管系统，该X射线管系统包括冷却装置和本发明任一实施例所述的X射线管；

所述冷却装置与所述进油口和所述出油口均连通，用于对所述出油口排出的换热油进行冷却并将冷却后的换热油输出至所述进油口。

本发明实施例的技术方案，通过设置导流模块和驱动模块，所述导流模块包括模块本体，所述管芯上设有X射线窗，所述模块本体设置于所述管壳内，所述模块本体上设有X射线口，所述X射线口与所述X射线窗相对，所述模块本体包括多个导流件，多个所述导流件间隔排列形成多个供换热油流过的油道。所述驱动模块与所述导流件电连接，所述驱动模块用于驱动所述导流件横向振动。所以在换热油沿着油道流动以对管芯进行对流换热时，横向振动的导流件能够使得油道内的换热油产生横向的偏移，从而产生紊流，加强对流换热的效果，解决了目前的X射线管的换热效率较低的问题。

在本发明的可选实施例中，所述导流件为压电陶瓷片。

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是根据本发明实施例一提供的一种X射线管的结构示意图；

图2是根据本发明实施例一提供的一种X射线管的电路框图；

图3是根据本发明实施例一提供的一种模块本体和管芯的连接示意图；

图4是根据本发明实施例一提供的一种模块本体的结构示意图；

图5是根据本发明实施例一提供的一种部分导流件排布的结构示意图；

图6是根据本发明实施例一提供的一种部分第一相陶瓷片和第二相陶瓷片形成驻波的结构示意图；

图7是根据本发明实施例一提供的一种驱动模块、第一相陶瓷片和第二相陶瓷片连接的电路框图。

其中：1、管壳；11、进油口；12、出油口；2、管芯；21、X射线窗；3、模块本体；31、X射线口；32、导流件；33、第一相陶瓷片；34、第二相陶瓷片；35、油道；36、连接件；4、驱动模块；41、第一振荡器；42、第二振荡器；43、移相器；44、第一相功率放大器；45、第二相功率放大器；46、锁定电路；461、第一分频器；462、第二分频器；463、鉴相器；47、滤波器。

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。

实施例一

本发明实施例一提供了一种X射线管，如图1-图3所示，该X射线管包括管壳1、管芯2、导流模块和驱动模块4。

管芯2设置在管壳1内，管壳1上设有连通管壳1内部的进油口11和出油口12。其中，换热油从进油口11进入管壳1内部，流过管芯2表面进行对流换热，然后由出油口12排出管壳1。

如图1和图3所示，导流模块包括模块本体3，管芯2上设有X射线窗21，模块本体3设置于管壳1内，模块本体3上设有X射线口31，X射线口31与X射线窗21相对。其中，模块本体3是指导流模块的主体部分，模块本体3贴附于管芯2表面，从而能够更好的引导换热油流经管芯2表面。X射线口31可位于模块本体3的中间区域，从而换热油流经模块本体3时能够更好的对X射线窗21附近进行散热。

如图4和图5所示，模块本体3包括多个导流件32，多个导流件32间隔排列形成多个供换热油流过的油道35。其中，导流件32的长度方向为换热油的流动方向，流动方向即为图5中的箭头所指方向，油道35的长度方向即为导流件32的长度方向，换热油会从油道35内流过实现对管芯2对流换热，降低管芯2表面的温度。

如图2和图5所示，驱动模块4与导流件32电连接，驱动模块4用于驱动导流件32横向振动。其中，驱动模块4是指能够驱动导流件32横向振动的模块，当导流件32横向振动时，导流件32的振动方向与导流件32的长度方向垂直，可以迫使油道35内的换热油产生横向的偏移，从而产生紊流。层流的流动特点：各层间液体互不混杂，液体质点的运动轨迹是直线或是有规则的平滑曲线。紊流的流动特点：流体流动时，液体质点之间有强烈的互相混杂，各质点都呈现出杂乱无章的紊乱状态，运动轨迹不规则，除有沿流动方向的位移外，还有垂直于流动方向的位移，紊流的换热效果强于层流。所以比起相关技术容易形成层流，本方案使换热油产生紊流能够加强对流换热的效果。

上述方案，通过设置导流模块和驱动模块4，导流模块包括模块本体3，管芯2上设有X射线窗21，模块本体3设置于管壳1内，模块本体3上设有X射线口31，X射线口31与X射线窗21相对，模块本体3包括多个导流件32，多个导流件32间隔排列形成多个供换热油流过的油道35。驱动模块4与导流件32电连接，驱动模块4用于驱动导流件32横向振动。所以在换热油沿着油道35流动以对管芯2进行对流换热时，横向振动的导流件32能够使得油道35内的换热油产生横向的偏移，从而产生紊流，加强对流换热的效果，解决了目前的X射线管的换热效率较低的问题。

在本发明的可选实施例中，如图4所示，模块本体3还包括连接件36，多个导流件32间隔固定设置在连接件36上，导流件32可焊接固定在连接件36上，也可与连接件36一体成型，在此不对连接件36和导流件32的连接方式做具体限定。通过设置连接件36，能够实现多个导流件32固定于间隔排列的状态。

在上述实施例的基础上，连接件36的数量为两个，两个连接件36沿导流件32的长度方向间隔设置，即一个连接件36与多个导流件32靠近一端的位置固定连接，另一个连接件36与多个导流件32靠近另一端的位置固定连接，从而能够使多个导流件32更稳定的固定于间隔排列的状态。

在本发明的可选实施例中，导流件32为压电陶瓷片。

其中，当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形，压电陶瓷片即为压电陶瓷制成的片状的部件，驱动模块4只需输出有一定频率的电压至压电陶瓷片，压电陶瓷片便会产生振动。在一个具体的实施例中，驱动模块4输出交变电压至压电陶瓷片，以使压电陶瓷片横向振动。

在上述实施例的基础上，如图6和图7所示，多个压电陶瓷片分为两组，一组压电陶瓷片为第一相陶瓷片33，另一组压电陶瓷片为第二相陶瓷片34，第一相陶瓷片33和第二相陶瓷片34间隔排列，相邻的第一相陶瓷片33和第二相陶瓷片34之间形成油道35。即一个第一相陶瓷片33后设有一个第二相陶瓷片34，一个第二相陶瓷片34之后设有一个第一相陶瓷片33，相邻两个第一相陶瓷片33之间存在一个第二相陶瓷片34，相邻两个第二相陶瓷片34之间设有一个第一相陶瓷片33，第一相陶瓷片33和第二相陶瓷片34间隔排列，使得每个油道35的两侧分别为第一相陶瓷片33和第二相陶瓷片34。

驱动模块4用于驱动第一相陶瓷片33基于第一波波动，驱动模块4用于驱动第二相陶瓷片34基于第二波/>波动，第一波/>和第二波/>的传输方向相对；相邻的第一相陶瓷片33产生的第一波/>和第二相陶瓷片34产生的第二波/>用于在油道35内形成驻波。其中，第一波/>和第二波/>频率相同、传输方向相反，从而能够在油道35内形成驻波，驻波/>可以击穿油道35内的层流，形成紊流，从而加强散热效果。

示例性的，驱动模块4在第一相陶瓷片33和第二相陶瓷片34上分别输入激振电信号，波形相向，从而第一相陶瓷片33和第二相陶瓷片34分别产生相向的第一波和第二波，原点相位相同，第一波/>的波动方程为：/>；第二波/>的波动方程为：/>。

第一波和第二波/>在油道35内相遇，所形成的驻波/>的方程式为：，/>；其中，/>为激振波长，/>为激振频率，/>为声波在绝缘油中的传播速度，/>为在油道35的坐标位置，以激振面为0坐标位置，/>为振幅，/>为角频率，/>为传播时间。

可见，在水平向，固定的位置点会形成振幅为2A的驻波，在振幅加强的情况下，驻波/>可以击穿油道35内的层流，形成紊流，从而加强散热效果。

在本发明的可选实施例中，如图6和图7所示，驱动模块4包括第一振荡器41、第二振荡器42、移相器43、第一相功率放大器44和第二相功率放大器45。

第一相功率放大器44的输入端与第一振荡器41电连接，第一相功率放大器44的输出端与第一相陶瓷片33电连接，第一振荡器41用于产生第一驱动信号，第一相功率放大器44用于放大第一驱动信号并输出至第一相陶瓷片33，以使第一相陶瓷片33基于放大后的第一驱动信号产生第一波。

其中，第一振荡器41（oscillator）是一种能量转换装置，能够将直流电能转换为具有一定频率的交流电能，第一相功率放大器44（Power Amplifier，PA，简称“功放”）是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器，通过第一振荡器41产生为交流电的第一驱动信号，然后再经过第一相功率放大器44放大，由于只需输出有一定频率的电压至压电陶瓷片，压电陶瓷片便会产生振动，所以当放大后的第一驱动信号输出至第一相陶瓷片33时，第一相陶瓷片33会产生振动，振动的波即为第一波。优选的，第一振荡器41为晶体振荡器。

移相器43的输入端与第二振荡器42的输出端电连接，移相器43的输出端与第二相功率放大器45的输入端电连接，第二相功率放大器45的输出端与第二相陶瓷片34电连接；第二振荡器42用于产生第二驱动信号，移相器43用于对第二驱动信号进行移相，第二相功率放大器45用于放大移相后的第二驱动信号并输出至第二相陶瓷片34，以使第二相陶瓷片34基于放大后的第二驱动信号产生第二波。

其中，第二振荡器42（oscillator）是一种能量转换装置，能够将直流电能转换为具有一定频率的交流电能，第二相功率放大器45（Power Amplifier，PA，简称“功放”）是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器，通过第二振荡器42产生为交流电的第二驱动信号，然后再经过第二相功率放大器45放大，由于只需输出有一定频率的电压至压电陶瓷片，压电陶瓷片便会产生振动，所以当放大后的第二驱动信号输出至第二相陶瓷片34时，第二相陶瓷片34会产生振动，振动的波即为第二波。

此外，由于第一波和第二波需要形成相位差才能产生驻波，移相器43（Phaser）是能够对波的相位进行调整的一种装置，通过设置移相器43对第二振荡器42产生的第二驱动信号进行移相，能够形成第一波和第二波/>的相位差，使得第一波/>和第二波/>在油道35内形成驻波/>。

要形成第一相陶瓷片33和第二相陶瓷片34的相位相差，相位的精确控制是关键，为了实现相位的精准控制，驱动模块4还包括锁定电路46；锁定电路46用于锁定第一驱动信号和移相后的第二驱动信号的相位差为预设相位差。

以下以一个具体的实施例说明锁定电路46的具体结构，锁定电路46包括第一分频器461、第二分频器462和鉴相器463；第一分频器461的输入端与第一振荡器41的输出端电连接，第一分频器461的输出端与鉴相器463的第一输入端电连接；第二分频器462的输入端与移相器43的输出端电连接，第二分频器462的输出端与鉴相器463的第二输入端电连接；鉴相器463的输出端与第二振荡器42电连接。

其中，第一分频器461和第二分频器462均为能够进行分频的部件，鉴相器463（phasedetector）指的是能够鉴别出输入信号的相位差的器件，是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。优选的，在本实施例中，第二振荡器42为压控振荡器。压控振荡器指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)，频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO，振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。

通过高精度的第一振荡器41发生信号，并通过第一分频器461分频到压电陶瓷的激振频率，一路直接输出并通过第一相功率放大器44放大后输出至第一相陶瓷片33，另外一路通过鉴相器463鉴别出输入信号与反馈信号的相位差，将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，形成压控振荡器的控制电压，对压控振荡器输出信号的频率实施控制把压控振荡器输出信号的频率、相位通过第二分频器462反馈到鉴相器463。这样输出至第一相陶瓷片33的电压与输出至第二相陶瓷片34的电压的相位差就被锁住了。通过调整锁定电路46可以实现在一定谐振通道宽度下，出现驻波谐振，即可以在油道35内形成驻波。

在本发明的可选实施例中，驱动模块4还包括滤波器47，滤波器47的输入端与鉴相器463的输出端电连接，滤波器47的输出端与第二振荡器42电连接。优选的，滤波器47为低通滤波器47，从而鉴相器463输出给第二振荡器42的信号中的噪声和干扰成分被低通滤波器47滤除，使得相位差控制的精度更高。

实施例二

本发明实施例二提供了一种X射线管系统，该X射线管系统包括冷却装置（图中未示出）和本发明任一实施例的X射线管；如图1、图3和图4所示，冷却装置与进油口11和出油口12均连通，用于对出油口12排出的换热油进行冷却并将冷却后的换热油输出至进油口11。

其中，冷却装置是指能够对换热油进行冷却的装置，通过使得X射线管系统包括冷却装置和本发明任一实施例的X射线管，所以在换热油沿着油道35流动以对管芯2进行对流换热时，横向振动的导流件32能够使得油道35内的换热油产生横向的偏移，从而产生紊流，加强对流换热的效果，解决了目前的X射线管的换热效率较低的问题，使得X射线管系统的换热效率较高。

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，其特征在于，包括管壳、管芯、导流模块和驱动模块；

所述管芯设置在所述管壳内，所述管壳上设有连通所述管壳内部的进油口和出油口；

所述导流模块包括模块本体，所述管芯上设有X射线窗，所述模块本体设置于所述管壳内，所述模块本体上设有X射线口，所述X射线口与所述X射线窗相对；

所述模块本体包括多个导流件，多个所述导流件间隔排列形成多个供换热油流过的油道；

所述驱动模块与所述导流件电连接，所述驱动模块用于驱动所述导流件横向振动；

所述导流件为压电陶瓷片；

多个所述压电陶瓷片分为两组，一组所述压电陶瓷片为第一相陶瓷片，另一组所述压电陶瓷片为第二相陶瓷片，所述第一相陶瓷片和所述第二相陶瓷片间隔排列，相邻的所述第一相陶瓷片和所述第二相陶瓷片之间形成所述油道；

所述驱动模块用于驱动所述第一相陶瓷片基于第一波波动，所述驱动模块用于驱动所述第二相陶瓷片基于第二波波动，所述第一波和所述第二波的传输方向相对；相邻的所述第一相陶瓷片产生的所述第一波和所述第二相陶瓷片产生的所述第二波用于在所述油道内形成驻波；

所述驱动模块包括第一振荡器、第二振荡器、移相器、第一相功率放大器和第二相功率放大器；

所述第一相功率放大器的输入端与所述第一振荡器电连接，所述第一相功率放大器的输出端与所述第一相陶瓷片电连接，所述第一振荡器用于产生第一驱动信号，所述第一相功率放大器用于放大所述第一驱动信号并输出至所述第一相陶瓷片，以使所述第一相陶瓷片基于放大后的所述第一驱动信号产生第一波；

所述移相器的输入端与所述第二振荡器的输出端电连接，所述移相器的输出端与所述第二相功率放大器的输入端电连接，所述第二相功率放大器的输出端与所述第二相陶瓷片电连接；所述第二振荡器用于产生第二驱动信号，所述移相器用于对所述第二驱动信号进行移相，所述第二相功率放大器用于放大移相后的所述第二驱动信号并输出至所述第二相陶瓷片，以使所述第二相陶瓷片基于放大后的所述第二驱动信号产生第二波。

2.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述第一波的波动方程为：；

所述第二波的波动方程为：；

所述第一波和所述第二波在所述油道内形成的驻波的方程式为：

，/>；

其中，为所述第一波，/>为所述第二波，/>为所述驻波，/>为激振波长，/>为激振频率，/>为声波在绝缘油中的传播速度，/>为在所述油道的坐标位置，/>为振幅，/>为角频率，/>为传播时间。

3.根据权利要求1或2所述的X射线管，其特征在于，所述驱动模块还包括锁定电路；

所述锁定电路用于锁定所述第一驱动信号和移相后的所述第二驱动信号的相位差为预设相位差。

4.根据权利要求3所述的X射线管，其特征在于，所述锁定电路包括第一分频器、第二分频器和鉴相器；

所述第一分频器的输入端与所述第一振荡器的输出端电连接，所述第一分频器的输出端与所述鉴相器的第一输入端电连接；

所述第二分频器的输入端与所述移相器的输出端电连接，所述第二分频器的输出端与所述鉴相器的第二输入端电连接；

所述鉴相器的输出端与所述第二振荡器电连接。

5.根据权利要求4所述的X射线管，其特征在于，所述驱动模块还包括滤波器，所述滤波器的输入端与所述鉴相器的输出端电连接，所述滤波器的输出端与所述第二振荡器电连接。

6.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述第一振荡器为晶体振荡器；

和/或，所述第二振荡器为压控振荡器。

7.一种X射线管系统，其特征在于，包括冷却装置和权利要求1-6中任一项所述的X射线管；

所述冷却装置与所述进油口和所述出油口均连通，用于对所述出油口排出的换热油进行冷却并将冷却后的换热油输出至所述进油口。