CN1265683C - 旋转阳极控制方法及其控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转阳极控制方法及其控制装置。本发明通过在一次曝光过程之后旋转阳极的位置再进行下一次曝光，既可以拥有旋转阳极的高热容和长使用寿命，也能使发射出来的X光子能量在曝光过程中就能够保持均一的能量输出率，提高扫描和成像的质量，在线扫描方式中带来的高均匀性的射线输出。

Description

旋转阳极控制方法及其控制装置

技术领域

本发明涉及一种旋转阳极控制方法及其控制装置。

技术背景

X射线放射技术是一种用途广泛的实用技术，被用于放射影像设备、工业探伤、内部结构检测等各个方面。X光机的检测方法是一般是在仪器的一边放置球管，另一边是检测结构，被检测的人或者物体被放置在中间，球管发射出来的X光穿过人体或者物体，在穿过的时候，人体或者物体因为密度不同，吸收不同量的X光子，然后被胶片曝光或者被探测器接受形成电子信号。X射线发生器由X射线管和高压发生器构成，X射线管也叫球管，总体结构是由玻璃管心和金属管壳组成，玻璃管芯是一个构造精密，具有特殊用途的高真空玻璃二级管，由阴极、阳极及管壁构成，阴极有灯丝、集射罩，阳极有倾斜的金属或者合金靶，比如钨靶或者钼靶，X射线管整体放置在充满油的金属防护管壳内。

现有的扫描方式，通常分两种，面扫描和线扫描。面扫描就是检测结构为平面，一般是在几十毫秒的时间内曝光或者用平板探测器检测形成电子信号，一次形成一个整体的图像；线扫描就是在束光器的出光口设置准直器，准直器与探测器的入射窗在同一个水平面。准直器的光线射出端的中央设置狭长的窄缝，缝的宽度一般很小，其功能是，使X光束形成一个极窄的线状断面的扇形波束。扇形X光束与被检测的人或者物体相对运动，然后由探测器检测形成电子信号，最后扫描完成，形成完整图像。束光器及准直器狭缝均由铅防护，保证射线不向其它方向泄漏。

X射线管的基本作用是将电能转换成X射线。高压发生器在球管的阴极和阳极加载高压后，阴极灯丝会变成红热状态并释放出电子，阴极产生的大量电子以很高的能量撞击到阳极倾斜的金属或者合金靶面上，激发出来的X光子发射出来，形成射线源。依照高压和电流的不同会产生不同数量和强度的X射线。

目前现有的X射线管分为固定阳极和旋转阳极两种，固定阳极的阳极金属固定不动，从阴极发出的电子撞击到阳极的固定焦点上，激发出X光子，这种X射线管扫描图象稳定清晰，但在长期使用过程中容易造成阳极受损，普通的旋转阳极X射线管是把阳极形状做成一个金属盘，比如钨盘，具有承轴旋转系统，金属盘用电机带动，旋转速度一般为每分钟几千至上万转，因此被电子撞击的位置就不在固定的局部面积上，而是均匀分布在环形面积上，转子部分在管壁内部，即在真空中转动，转子在管壁内兼作阳极导体，定子部分装在管壁外部，因此在阳极的高速旋转过程中通过空气快速散发热量，因此能够连续使用，可使X光能量输出大幅度提高。由于接受电子撞击的是一个连续面，因此也提高了使用寿命。但是是连续旋转的阳极X光子发射面的性质并不完全相同，因此输出的X光子能量并不能保持时间上的连续均一，于是扫描成像过程中，会导致图象质量下降，这种影响在线扫描方式中更为明显。一般目前的旋转阳极X射线管中，高压发生器在其本身的PLC控制下，都对X射线管的旋转阳极进行反馈控制，即当高压发生器启动，阳极的旋转电机启动，此时高压发生器需要接收球管阳极旋转电机运行的信号，高压发生器判断球管的阳极旋转电机是否启动，如果没有启动或者旋转速度不够，则高压发生器不会向球管供电曝光，以保证球管不会被烧毁。

现有的X光的应用中，球管往往需要连续运行数秒甚至数小时，由于曝光时间长，如果采用固定阳极，只有固定焦点一点接受电子撞击，则阳极极易受损，导致寿命较短，同时使用过程中X射线管会产生热量，主要是因为输送到X射线管的能量，只有1％变成X射线，其余99％的能量都转换为热能，球管由于长时间的连续使用热量很大，产生的热量不易散发，一般在热容量会降低，故不能在大功率的情况下连续使用。如果是采用普通的旋转阳极，旋转摩擦和能量消耗均很大，连续旋转的阳极X光子发射面的性质并不完全相同，因此输出的X光子能量并不能保持连续均一，尤其在线扫描方式中影响更为明显，导致图象质量下降。

发明内容

本发明克服了上述缺点，提供一种高热容、寿命长，成像质量高的旋转阳极控制方法及其控制装置。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种旋转阳极控制方法，包括以下步骤：

1.阳极位置固定，阴极发射点对应阳极金属板上的某一位置，阴极接通高压电并发出大量电子，撞击在阳极金属板的固定位置上，发出X射线，实现曝光；

2.曝光结束后，控制阳极旋转，使阴极发射点对应阳极金属板上的另一位置，即避开原来的位置后阳极停止转动，阳极金属板位置固定，准备下一次曝光。

所述步骤2中的旋转阳极过程可包括以下步骤：

a)曝光完成后，延时一段时间；

b)电源输出，给阳极电机加电一段时间，由阳极电机带动阳极金属板转动，所述阳极电机转动的角度由加电时间控制；

其中a)、b)的顺序是可以互换的。

所述步骤1中的曝光过程，可包括以下步骤：

1)阳极固定在某一位置，阴极发射点对应于阳极金属板的某一位置，不带负载的等效电机启动，高压发生器得到等效电机转动的信号后开始工作，使阴极接通高压电并发射出大量电子，撞击在阳极金属板的反射面上，发射出X光子，形成X射线，曝光开始；

2)等效电机持续转动，曝光继续进行；

3)高压发生器停止工作，并控制等效电机刹车停止转动，阴极不再向阳极金属板发射电子，曝光过程结束。

一种采用所述的旋转阳极控制方法的旋转阳极控制装置，包括一个X射线管、一个等效电机、一个阳极旋转电机和一个阳极旋转控制电路，所述高压发生器分别与等效电机、阳极旋转控制电路和X射线管相连，所述阳极旋转控制电路又与所述阳极旋转电机相连并控制其转动，所述阳极旋转电机带动阳极金属板转动。

所述阳极旋转控制电路可包括两个时间继电器和一个变压器，其中一个时间继电器的线圈两端与高压发生器相连，所述时间继电器的常开触点的一端与电源相连，另一端经过另一时间继电器的线圈后与零线相连，所述另一个时间继电器的一个常闭触点与变压器的原边串联后也与所述第一个时间继电器线圈并联，所述变压器的副边与阳极旋转电机相连。

所述阳极旋转控制电路还可包括一个指示灯，用于指示所述阳极电机的工作状态，所述另一个时间继电器的常闭触点与指示灯串联后与第一个时间继电器线圈并联。

本发明通过在一次曝光过程之后旋转阳极的位置再进行下一次曝光，既可以拥有旋转阳极的高热容和长实用寿命，也能使发射出来的X光子能量在曝光过程中就能够保持均一的能量输出率，提高成像质量，在线曝光方式中带来的高均匀性的射线输出。

附图说明

图1为本发明的旋转阳极控制装置的结构示意图

图2为本发明的旋转阳极控制装置中旋转阳极控制电路的原理图

图3为本发明中旋转阳极控制装置工作过程的时序图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明是一种结合现有两种X射线管的优势又避免其缺点的曝光控制方法，在曝光开始时保持阳极位置固定，这样发射面保持不变，发射出来的X光子能量在曝光和扫描过程中就能够保持均一的能量输出率，达到较高的成像质量，一次曝光和扫描过程结束后，驱动阳极旋转一个角度，通过阳极的转动来调整阳极的位置，使得下一次曝光时阴极电子撞击新的阳极板位置，避免对一点长时间曝光造成的阳极受损。

其具体实施步骤如下：

1)阳极位置固定，阴极发射点对应于阳极金属板的某一位置，不带负载的等效电机启动，高压发生器得到等效电机转动的信号后开始给X射线管提供高压电，使阴极接通高压电并发射出大量电子，撞击在阳极金属板的反射面上，发射出X光子，形成X射线，实现曝光开始；

2)等效电机持续转动，曝光继续进行；

3)高压发生器停止工作，并控制等效电机刹车停止转动，阴极不再向阳极金属板发射电子，曝光过程结束；

4)曝光结束后，延时一端时间，用于散去曝光过程产生的热量，延时时间按实际需要而定；

5)电源输出给阳极电机，使阳极电机带动阳极转动，所述电机转动的角度和位置由电源输入的时间决定，并由高压发生器控制，直至转动到与上次曝光时不同的位置为止，电源输出时间按实际需要而定，阳极位置固定后，准备下一次曝光。

图1给出了采用本发明方法的旋转阳极控制装置的结构和控制原理，由一个X射线管、一个等效电机、一个阳极旋转电机和一个阳极旋转控制电路构成，所述高压发生器分别与等效电机、阳极旋转控制电路和X射线管相连，所述阳极旋转控制电路又与所述阳极旋转电机相连并控制其转动，所述阳极旋转电机带动阳极金属板转动。控制端给高压发生器提供控制信号，高压发生器连接一个空载的等效电机，当一次曝光信号给出时，高压发生器接收到控制端的曝光信号后，控制等效电机转动，等效电机的作用是给高压发生器一个工作状态的反馈，这样使高压控制器接收到等效电机的工作状态信号后，就可以正常给X射线管提供放电能量，控制阴极放电，这样在整个曝光的时间中，阳极的位置都能够固定不变，同时保证了输出射线的均匀性。

当一次曝光结束后，高压发生器给阳极旋转控制电路一个控制信号，所述阳极旋转控制电路如图2所示，包括两个时间继电器K1、K2，一个变压器T1和一个指示灯L1，所述继电器K1线圈的两端与高压发生器的控制端相连，K1的常开触点K11的一端与220V电源相连，另一端经过时间继电器K2的线圈后与零线相连，所述继电器K2的一个常闭触点K21与指示灯串联后与K2的线圈并联，另一个常闭触点K22与变压器T1的原边串联后也与K2的线圈并联，所述变压器T1的副边与阳极旋转电机相连，其余各端点的连接与原有控制连接相同。从高压发生器发来的控制信号输入给所述时间继电器K1的线圈提供能量，使继电器K1开始计时工作，延时一段时间T1后，K1的常开触点闭合，使时间继电器K2接通电源，此时时间继电器K2的线圈开始工作并计时，经过T2时间后，继电器的K2的常闭触点断开，在T2的时间段内，变压器T1和指示灯L1都接通电源，降压变压器将220V的电压降为18V在输入给阳极旋转电机，同时指示灯L1亮，指示阳极旋转正在进行。由于阳极旋转电机的转速是通过电压来控制的，这样阳极旋转电机只能用很小的速度旋转，只要控制旋转的时间，就可以精确控制旋转的角度，移开上次曝光的位置，用新位置曝光。

所述旋转电压控制电路的时序图如图3所示，X射线管一次曝光过程结束后，阳极旋转控制电路通过延时继电器K1控制延时一个T1时间，再经一个降压变压器T1及另一个时间继电器K2控制给阳极旋转电机提供一个工作电压并维持一段时间T2，以完成阳极旋转电机的旋转过程，所述T1即为曝光结束后用于散热的延时时间，所述T2即为阳极旋转电机的转动工作时间。

Claims (6)

1、一种旋转阳极控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)阳极位置固定，阴极发射点对应阳极金属板上的某一位置，阴极接通高压电并发出大量电子，撞击在阳极金属板的固定位置上，发出X射线，实现曝光；

2)曝光结束后，控制阳极旋转，使阴极发射点对应阳极金属板上的另一位置，即避开原来的位置后阳极停止转动，阳极金属板位置固定，准备下一次曝光。

2、根据权利要求1所述的旋转阳极控制方法，其特征在于：所述步骤2)中的旋转阳极过程包括以下步骤：

2.1)曝光完成后，延时一段时间；

2.2)电源输出，给阳极电机加电一段时间，由阳极电机带动阳极金属板转动，所述阳极电机转动的角度由加电时间控制；

其中2.1)、2.2)的顺序是可以互换的。

3、根据权利要求1或2所述的旋转阳极控制方法，其特征在于：所述步骤1)中的曝光过程，包括以下步骤：

1.1)阳极固定在某一位置，阴极发射点对应于阳极金属板的某一位置，不带负载的等效电机启动，高压发生器得到等效电机转动的信号后开始工作，使阴极接通高压电并发射出大量电子，撞击在阳极金属板的反射面上，发射出X光子，形成X射线，曝光开始；

1.2)等效电机持续转动，曝光继续进行；

1.3)高压发生器停止工作，并控制等效电机刹车停止转动，阴极不再向阳极金属板发射电子，曝光过程结束。

4、一种采用如权利要求1所述的旋转阳极控制方法的旋转阳极控制装置，包括一个X射线管、一个阳极旋转电机和一个高压发生器，其特征在于：还包括一个等效电机和一个阳极旋转控制电路，所述高压发生器分别与等效电机、阳极旋转控制电路和X射线管相连，所述阳极旋转控制电路又与所述阳极旋转电机相连并控制其转动，所述阳极旋转电机带动阳极金属板转动。

5、如权利要求4所述的旋转阳极控制装置，其特征在于：所述阳极旋转控制电路包括两个时间继电器和一个变压器，其中一个时间继电器的线圈两端与高压发生器相连，所述时间继电器的常开触点的一端与电源相连，另一端经过另一时间继电器的线圈后与零线相连，所述另一个时间继电器的一个常闭触点与变压器的原边串联后也与所述另一个时间继电器线圈并联，所述变压器的副边与阳极旋转电机相连。

6、根据权利要求5所述的旋转阳极控制装置，其特征在于：所述阳极旋转控制电路还包括一个指示灯，用于指示所述阳极电机的工作状态，所述另一个时间继电器的常闭触点与指示灯串联后与所述另一个时间继电器线圈并联。

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