CN117995629A - 一种x射线球管控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X射线球管控制器，包括内部为真空室的射线管壳，射线管壳包括依次设置的高压电源、灯丝、栅极罩、偏转线圈和磁透镜，射线管壳靠近磁透镜的一端设有靶座，靶座上安装有靶片，灯丝产生电子束经栅极罩发射，经过偏转线圈和磁透镜聚焦后与靶片碰撞形成焦点，靶片辐射出X射线锥束；MCU控制件与高压电源、偏转线圈、磁透镜均为电性连接。本发明提供的X射线球管控制器，根据X射线管灯丝的特性，自动计算合适的灯丝工作电流以及适宜的栅极电压，满足X射线输出功率的要求又能极大程度的延长灯丝的使用寿命，与此同时，MCU控制件还能精确地对偏转线圈和磁透镜线圈进行操控，进而达到X射线高精度成像，大幅度改善图像的清晰度。
Description
技术领域
本发明属于电池包技术领域，具体地，涉及一种X射线球管控制器。
背景技术
本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
X射线管利用高速电子束轰击重金属材料产生X射线，目前透射式射线管大多采用开放式结构，虽然损坏的部件容易更换，但是单个灯丝的寿命很短，增加了使用成本。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种X射线球管控制器，根据X射线管灯丝的特性，自动计算合适的灯丝工作电流以及适宜的栅极电压，达到X射线高精度成像，满足X射线输出功率的要求又能极大程度的延长灯丝的使用寿命。
本发明公开了一种X射线球管控制器，包括：
射线管壳，所述射线管壳内为电子束真空室，所述射线管壳包括依次设置的高压电源、灯丝、栅极罩、偏转线圈和磁透镜，所述射线管壳靠近磁透镜的一端设有靶座，靶座上安装有靶片，所述灯丝产生电子束经栅极罩发射，经过偏转线圈和磁透镜聚焦后与所述靶片碰撞形成焦点，所述靶片辐射出X射线锥束，所述X射线锥束从真空室放射至射线管壳的外部；
MCU控制件，所述MCU控制件与所述高压电源、偏转线圈、磁透镜均为电性连接。
进一步的，上述的X射线球管控制器，所述高压电源的范围在0KV～160KV之间。
进一步的，上述的X射线球管控制器，所述磁透镜包括上下对称的磁透镜线圈，所述磁透镜线圈外形成磁路。
进一步的，上述的X射线球管控制器，所述电子束从栅极罩到靶座上的运动轨迹为“∞”型。
进一步的，上述的X射线球管控制器，所述磁透镜运用有限元分析其磁标区域的分布的公式为：
其中，Γ为区域AYZC，若所述磁透镜线圈的激励电流为I，所述磁透镜线圈匝数为N，整个磁芯不饱和，磁透镜的边界条件为：
沿AY，为常数，/>
沿CZ，为常数，/>
沿AC，从/>到/>线性变化。
进一步的，上述的X射线球管控制器，所述电子束经过所述磁透镜线圈时会被汇聚成焦点轰击到靶座上，设定电子运动速度为V0，所述电子朝向所述靶座的速度大于所述电子垂直靶座的速度，所述电子在所述磁透镜线圈中回转的螺距l为：
其中，m是电子质量，q是电子电荷量，B是磁感应强度。
进一步的，上述的X射线球管控制器，所述电子在磁场中的回旋半径r为：
其中，m是电子质量，q是电子电荷量，B是磁感应强度。
进一步的，上述的X射线球管控制器，所述射线管为热电子发射，根据热电子发射里的查逊—杜斯曼公式：
其中，Is为热电子发射的电流强度；S为阴极金属的有效发射面积；T为热阴极的绝对温度；为阳板金属的电子逸出功；k为玻尔兹曼常数，k＝1.38*10-23J/K；A为与阴极化学纯度有关的系数。
进一步的，上述的X射线球管控制器，所述灯丝的栅极电压范围在0～1600V之间。
进一步的，上述的控制方法，步骤中的焊接的方式包括激光焊接、弧焊或其他焊接方式。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
本发明所述的X射线球管控制器，根据X射线管灯丝的特性，自动计算合适的灯丝工作电流以及适宜的栅极电压，满足X射线输出功率的要求又能极大程度的延长灯丝的使用寿命，与此同时，MCU控制件还能精确地对偏转线圈和磁透镜线圈进行操控，进而达到X射线高精度成像，大幅度改善图像的清晰度。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明实施例中X射线球管控制器的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中磁透镜的剖面示意图；
图3是本发明实施例中电子束的运动轨迹的示意图；
图4是本发明实施例中MCU控制件的连接示意图。
以上附图的附图标记：1、射线管壳；2、高压电源；3、灯丝；4、栅极罩；5、偏转线圈；6、磁透镜；61、磁透镜线圈；62、磁路；7、靶座；71、靶片；8、电子束；9、X射线锥束。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
实施例
参照图1至图4，本实施例提供了一种X射线球管控制器，包括：
射线管壳1，所述射线管壳1内为电子束8真空室，所述射线管壳1包括依次设置的高压电源2、灯丝3、栅极罩4、偏转线圈5和磁透镜6，所述射线管壳1靠近磁透镜6的一端设有靶座7，靶座7上安装有靶片71，所述灯丝3产生电子束8经栅极罩4发射，经过偏转线圈5和磁透镜6聚焦后与所述靶片71碰撞形成焦点，所述靶片71辐射出X射线锥束9，所述X射线锥束从真空室放射至射线管壳1的外部；
MCU控制件，所述MCU控制件与所述高压电源2、偏转线圈5、磁透镜6均为电性连接。
具体的，在本实施例中，所述高压电源2的范围在0KV～160KV之间。
具体的，在本实施例中，所述磁透镜6包括上下对称的磁透镜线圈61，所述磁透镜线圈61外形成磁路62。
具体的，在本实施例中，所述电子束8从栅极罩4到靶座7上的运动轨迹为“∞”型。
具体的，在本实施例中，所述磁透镜6运用有限元分析其磁标区域的分布的公式为：
其中，Γ为区域AYZC，若所述磁透镜线圈61的激励电流为I，所述磁透镜线圈61匝数为N，整个磁芯不饱和，磁透镜6的边界条件为：
沿AY，为常数，/>
沿CZ，为常数，/>
沿AC，从/>到/>线性变化。
具体的，在本实施例中，电子束中的电子由栅极罩中心小孔发射出去，在外部电场的加速下快速打到靶座上轰击出X射线，其中所述电子束经过所述磁透镜线圈时会被汇聚成焦点轰击到靶座上，设定电子运动速度为V0，所述电子朝向所述靶座7的速度大于所述电子垂直靶座7的速度，所述电子在所述磁透镜线圈61中回转的螺距l为：
其中，m是电子质量，q是电子电荷量，B是磁感应强度。
具体的，在本实施例中，所述电子在磁场中的回旋半径r为：
其中，m是电子质量，q是电子电荷量，B是磁感应强度。
又由于电子运动的偏转角度θ很小，在均匀磁场中经过一个回转周期后都能汇聚到靶的一点。故聚焦线圈励磁电流稳定性直接关系到电磁透镜的聚焦能力。
同理电子束偏转线圈的励磁电流稳定性也同样决定着电子轰击靶材产生的光斑大小。本控制器能稳定控制励磁电流，其中聚焦线圈励磁电流在±5A范围内稳定度达到0.01mA，电子束偏转线圈励磁电流在±1A范围内稳定度达到0.01mA。
具体的，在本实施例中，所述射线管为热电子发射，根据热电子发射里的查逊—杜斯曼公式：
其中，Is为热电子发射的电流强度；S为阴极金属的有效发射面积；T为热阴极的绝对温度；为阳板金属的电子逸出功；k为玻尔兹曼常数，k＝1.38*10-23J/K；A为与阴极化学纯度有关的系数。所述电子束8的热发射电流的能力直接由所述灯丝3的温度决定，而灯丝3的温度直接由流过灯丝的电流大小决定，又由于流过灯丝3的电流大小直接决定了灯丝3的使用寿命，所以在满足发射电子需要的同时让流过灯丝的电流尽可能小，就能使X射线管的使用寿命延长，一般来说，钨丝式的射线管连续使用时间可以达到300多个小时。
具体的，在本实施例中，所述灯丝3的栅极电压范围在0～1600V之间。
借由上述结构，射线管壳1内为电子束8真空室，MCU控制件监控真空室内的真空状态，可以控制高压电源2、偏转线圈、磁透镜6和分子泵，同时还保持与PC上位机的通讯，所述灯丝3产生电子束8经栅极罩4发射，经过偏转线圈5和磁透镜6聚焦后与所述靶片71碰撞形成焦点，电子束8从栅极罩4到靶座7上的运动轨迹为“∞”型，所述靶片71辐射出X射线锥束9，从真空室放射至射线管壳1的外部，本控制器能够是根据X射线管灯丝的特性，自动计算合适的灯丝工作电流以及适宜的栅极电压，满足X射线输出功率的要求又能极大程度的延长灯丝的使用寿命，与此同时，MCU控制件还能精确地对偏转线圈5和磁透镜线圈61进行操控，进而达到X射线高精度成像，大幅度改善图像的清晰度。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种X射线球管控制器，其特征在于，包括：
射线管壳，所述射线管壳内为电子束真空室，所述射线管壳包括依次设置的高压电源、灯丝、栅极罩、偏转线圈和磁透镜，所述射线管壳靠近磁透镜的一端设有靶座，靶座上安装有靶片，所述灯丝产生电子束经栅极罩发射，经过偏转线圈和磁透镜聚焦后与所述靶片碰撞形成焦点，所述靶片辐射出X射线锥束，所述X射线锥束从真空室放射至射线管壳的外部；
MCU控制件，所述MCU控制件与所述高压电源、偏转线圈、磁透镜均为电性连接。
2.根据权利要求1所述的X射线球管控制器，其特征在于，所述高压电源的范围在0KV～160KV之间。
3.根据权利要求1所述的X射线球管控制器，其特征在于，所述磁透镜包括上下对称的磁透镜线圈，所述磁透镜线圈外形成磁路。
4.根据权利要求1所述的X射线球管控制器，其特征在于，所述电子束从栅极罩到靶座上的运动轨迹为“∞”型。
5.根据权利要求1所述的X射线球管控制器，其特征在于，所述磁透镜运用有限元分析其磁标区域的分布的公式为：
其中，Γ为区域AYZC，若所述磁透镜线圈的激励电流为I，所述磁透镜线圈匝数为N，整个磁芯不饱和，磁透镜的边界条件为：
沿AY，为常数，/>
沿CZ，为常数，/>
沿AC，从/>到/>线性变化。
6.根据权利要求1所述的X射线球管控制器，其特征在于，所述电子束经过所述磁透镜线圈时会被汇聚成焦点，设定电子运动速度为V0，所述电子朝向所述靶座的速度大于所述电子垂直靶座的速度，所述电子在所述磁透镜线圈中回转的螺距l为：
其中，m是电子质量，q是电子电荷量，B是磁感应强度。
7.根据权利要求5所述的X射线球管控制器，其特征在于，所述电子在磁场中的回旋半径r为：
其中，m是电子质量，q是电子电荷量，B是磁感应强度。
8.根据权利要求1所述的X射线球管控制器，其特征在于，所述射线管为热电子发射，根据热电子发射里的查逊—杜斯曼公式：
其中，Is为热电子发射的电流强度；S为阴极金属的有效发射面积；T为热阴极的绝对温度；eφ为阳板金属的电子逸出功；k为玻尔兹曼常数，k＝1.38*10-23J/K；A为与阴极化学纯度有关的系数。
9.根据权利要求1所述的X射线球管控制器，其特征在于，所述灯丝的栅极电压范围在0～1600V之间。
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