CN1751543A

CN1751543A - 集成的x射线源模块

Info

Publication number: CN1751543A
Application number: CN200480004638.7A
Authority: CN
Inventors: 弗朗西斯·M·费达; 彼得·E·奥廷格; 露丝·E·希弗; 罗伯特·E·克林科斯坦
Original assignee: NEWTON SCIENT Inc; InPho Inc
Current assignee: NEWTON SCIENT Inc; InPho Inc
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: CN101115344A; CN1751543B

Abstract

所述为一种自含的、小且重量轻的、功率效率高且辐射屏蔽的模块(400)，包括小型真空X射线管(120)，其发射具有受控强度和限定谱的X射线。反馈控制电路用于监视和维持束电流和电压(700)。X射线管(120)、高压电源(118)和谐振转换器(108)封装在固体高压绝缘材料(600)中。所述模块(400)可配置成复杂的几何形状，并且可由小而紧凑的商用低电压电池来供电。

Description

集成的X射线源模块

技术领域

本申请总体上涉及X射线产生设备，而更具体地涉及小、重量轻、且功率效率高的X射线源模块。

背景技术

包括X射线系统的装置在现场用于各种目的，包括，例如金属、矿石、土壤、水、油漆和其他材料的XRF(X射线荧光)分析，用于安全目的的标记剂(taggant)材料的识别，以及钻孔中的材料的分析。到最近为止，现场便携式XRF设备使用放射源，例如Cd-109来提供所需X射线通量。但是，放射源的强度随时间衰减，需要经常重新校准，并且针对运输、保存和处置，放射源受到严格的规章控制。此外，当不使用时放射源不能关闭，进一步加剧了有关这样的源的安全问题。

作为放射源的替代，所述装置可以包括使用电子X射线源用于XRF和其他X射线分析应用的X射线系统。已知在大约5-100kV范围内的电压、在5瓦或以下的功率水平工作的X射线源满足了大多数现场便携式X射线设备的强度和光谱需要。出于实际的考虑，可能理想的是拥有这样的现场便携式X射线源，其小且重量轻，装入符合人体工程学的手持外壳，利用轻型电池如干电池来供电，并且结合辐射屏蔽以防止来自X射线管的杂散辐射到达操作者。另外，可能理想的是使X射线源电压和电流高度稳定(举例来说，如优于0.1％的变化)，以便提供预定强度的稳定X射线束。同样理想的是拥有这样的装置，使得通过包含在设备内的其他电子电路可外部控制该装置的操作参数。常规X射线管及其相关的电子设备典型地设计为以50瓦及以上的高的多的功率水平来工作。对于现场便携式应用来说，它们太大、太重并且需要太多电功率。因此，需要一种高精确性和稳定性、低功率、重量轻、紧凑、辐射屏蔽的X射线源，以便于在XRF设备及其他便携式和手持X射线分析设备中使用。

手持X射线产生装置的辐射屏蔽是相当困难的。X射线屏蔽通常采用包围X射线源的一层高原子序数、高密度材料的形式，如铅、钨或钼。由于在5-100kV工作的X射线管从X射线靶上的电子束焦斑向所有方向均匀地发射X射线，必须屏蔽除了沿所需X射线束方向以外的方向上的发射。实际上，一些屏蔽由X射线管本身的壁并且由包围X射线管的冷却剂流体(若有)和电绝缘材料来提供，但是通常这不足以防止对紧密接近所述管的人员的照射。为了使屏蔽材料的总质量最小，可能理想的是使屏蔽材料安装得尽可能接近X射线源。但是，由于上述冷却剂流体和电绝缘材料的存在，实际上这通常是不可能的。此外，如果通过由辐射不透明材料形成的外壳来提供屏蔽，必需极度小心以消除壳的任何裂隙或接缝。典型地通过在每个接缝提供重叠区来实现令人满意的屏蔽，从而进一步增加了屏蔽材料的总重量。还必需极度小心以确保屏蔽材料不相对于X射线源而移动。对可在现场承受大的机械和热应力的便携式单元，这尤其重要。

因此，理想的是拥有克服了现有系统的缺陷、可用于现场应用的低功率X射线系统。

发明内容

根据一个方面，本发明是一种产生X射线的系统。X射线管发射X射线。电子束电流控制电子设备利用基于X射线管的电子束电流量度的第一反馈信号来控制所述X射线管的电子束电流。高压控制电子设备利用基于电压感测的第二反馈信号来控制高压电源，其中谐振转换器驱动所述高压电源而束电流感测电阻器连接到X射线管的阳极，并且所述束电流感测电阻器产生所述第一反馈信号。

根据另一个方面，本发明是一种产生X射线的系统。X射线管发射X射线。耦合到所述X射线管的高压电源将高电压供给所述X射线管使用并由谐振转换器驱动。X射线管包括灯丝。控制电路控制所述高压电源并且响应电压反馈信号。

根据再一个方面，本发明是一种辐射屏蔽的X射线模块。X射线管发射X射线。耦合到所述X射线管的高压电源将高电压供给所述X射线管使用。电连接将X射线管连接到高压电源，其中X射线管、高压电源和电连接被封装在含有辐射不透明材料的固体、电绝缘材料中。

根据再一个方面，本发明是一种X射线模块，其包括X射线管、谐振转换器、由谐振转换器驱动的高压电源、和将X射线管连接到高压电源并将高压电源连接到谐振转换器的电连接。X射线管、高压电源和将X射线管连接到高压电源的电连接被封装在固体、电绝缘材料中。

根据另一个方面，本发明是一种X射线模块，其包括包含灯丝并发射X射线的X射线管、谐振转换器、由所述谐振转换器驱动的高压电源、低压控制电子设备；和电连接，其将X射线管连接到高压电源、将低压控制电子设备连接到到谐振转换器并将谐振转换器连接到高压电源。

根据又一个方面，本发明是一种制造X射线模块的方法，包括：将在X射线发射中使用的电子元件封装在包括辐射不透明材料的固体铸块中；以及通过导电层来包围所述固体铸块。

根据另一个方面，本发明是一种用于X射线发射体的控制电子设备。电子束电流控制电子设备利用基于发射束电流的电流感测的第一反馈信号来控制电子束电流。束电流感测电阻器连接到X射线管的阳极。所述束电流感测电阻器用于产生所述第一反馈信号。高压控制电子设备利用基于电压感测的第二反馈信号来控制高压电源，其中谐振变换器驱动所述高压电源。

根据另一个方面，本发明是一种控制由高压电源驱动的X射线发射装置的电子束电流和电压的方法，包括：产生第一反馈信号，其用在控制电子束电流的电子束电流控制电子设备中，所述第一反馈信号基于对所发射的束电流的电流感测，其中所述第一反馈信号是利用连接到X射线管阳极的束电流感测电阻器而产生的；以及产生第二反馈信号，其用在控制高压电源的高压控制电子设备中，所述第二反馈信号基于电压感测，其中谐振转换器驱动所述高压电源。

根据又一个方面，本发明是一种辐射屏蔽的X射线模块，包括：发射X射线的X射线管，耦合到所述X射线管的高压电源，其供给高电压以用于所述X射线管，和将所述X射线管连接到所述高压电源的电连接。所述X射线管被封装在含有辐射不透明材料的固体、电绝缘材料中。

附图说明

本发明的特征和优点从以下其示例性实施例的结合附图的详细描述中将变得更加明显，在附图中：

图1A是一系统的实施例的示例，该系统包括示出包含所述X射线管和高压电子设备的封装高压单元的纵断面的模块化X射线源，和经由电缆连接到所述模块化单元的低压功率和控制电路。

图1B示出根据在此所述系统的图1A实施例的侧视图。

图1C是包括模块化X射线源的系统的另一个实施例的示例。

图2A-2D是根据在此所述系统的另一个实施例的不同透视图。

图2E是根据在此所述系统的元件设置的实施例的示例。

图3A是根据在此所述系统的高压控制环和电源的实施例框图的示例。

图3B是根据在此所述系统的束电流控制环和灯丝变压器和X射线管的实施例框图的示例。

图4A是根据在此所述系统的KV误差处理和KV监视器输出滤波块的实施例示意图的示例。

图4B是根据在此所述系统的谐振转换器的实施例示意图的示例。

图4C是根据在此所述系统的HV倍增器块的实施例示意图的示例。

图5A是根据在此所述系统的BC误差处理和BC监视器输出滤波块的实施例示意图的示例。

图5B是根据在此所述系统的灯丝驱动块的实施例示意图的示例。

图5C是根据在此所述系统的灯丝驱动降压隔离变压器和X射线管的

实施例示意图的示例。

图5D是用于束电流感测的元件的实施例的示例。

图5E是用于束电流感测的元件的另一个实施例的示例。

具体实施方式

现在参考图1A，示出的是通过线缆800连接到印刷电路板(PCB)700的模块化单元400的实施例10的例子。PCB 700和模块化单元400的细节在以下段落中更具体地描述。模块化单元400被封装在电绝缘灌注材料600中并由接地导电表面650包围。单元400由PCB 700上的低压功率和控制电路来供电，所述PCB 700从其上包括的标准蓄电池获得电功率。应指出其它实施例可包括这样设置的电池，其中电池不位于PCB 700上。PCB 700上包括的低压电路可位于高压模块单元或模块化单元400外部，或者其可以位于绝缘灌注材料内。在任一情况下，所述低压电路经由电缆或通过另一种适合的板到板(board-to-board)连接器连接到所述模块。

应指出图1A的实施例描述了系统10，其以近似于例如在手持设备的应用中使用的比例而画出。其它实施例可以根据特定应用和装置使用其它尺寸的系统10。

模块化单元400被封装在刚性的、非导电的、高介电强度材料600中，如环氧化物中，并且该实施例中的接地导电表面650是附着到刚性封装材料600的外表面的薄层或涂层。

图1A示出根据一个实施例的封装单元400和PCB 700上的分离低压功率和控制电路。单元400包括小型X射线管120、高压电源元件118、电压感测电阻器122和灯丝变压器230。单元400被设计成结合低压功率和控制电路来使用，所述电路可包括在从标准蓄电池获得电功率的PCB700上。

在图1A中，低压功率和控制电路可安装在单个印刷电路板700上，通过细的柔性低压线缆800连接到单元400。该配置可以减少总尺寸并在将本发明集成到某些现有和新应用上提供较大的灵活性。可替换地，低压功率和控制电路的任何或所有部分可以包含在封装单元400之内。此外，可以将机械接口引入到前述单元中，以允许将附件附着于X射线管窗口前，或将前述装置或其元件之一附着于外部结构。该接口可采用如下形式，例如一系列螺纹孔或其它机械定位特征，包括法兰和舌片(tab)。

单元400的元件封装在由非导电的、高介电强度的材料制成的固体铸块600内。块600可由环氧化物(epoxy)、氨基甲酸酯(urethane)或硅树脂灌注化合物(silicone potting compound)铸成。在一个实施例中，该块由诸如Emerson & Cuming Stycast 2850FT的刚性两部分(two-part)环氧树脂浇铸系统铸成，其在固化时是刚性的。可替换地，该块可由半刚性氨基甲酸酯材料，如来自P.D.George Co.(St.Louis，MO)的200/65号产品铸成。可以采用本领域中公知的树脂浇铸技术来保证浇铸材料没有带入的空气，这是由于气包产生增强电场的区域，其能够导致高压击穿。这些技术可包括浇铸材料在使用前的真空去气，和压力下的固化。高压块由例如典型为1mil到2mil的薄导电层包围，以屏蔽由X射线管及相关电子设备产生的电场。

优选地将薄导电层650直接施加到高压块的外表面。所述层可以由导电金属漆(paint)，如超级屏蔽导电镍涂层(MG Chemicals，Toronto，Canada)，或由薄金属箔(例如1-2mil厚的铝或铜箔)或金属化聚合物(例如铝化Mylar)形成。如果使用薄箔，可以利用适合的粘合剂使其直接附着到高压块。相对于高压电源和X射线设备中的其它电子设备，导电层典型地基本维持在地电势。这可以例如通过在封装单元上提供电连接到高压电源并当施加涂覆时被导电涂层覆盖的地垫(ground pad)来完成。

图1A中示出的X射线管120是位于从所述块的主要部分延伸的窄颈的远端处的端窗(end-window)管。即使当空间受限时，该几何形状允许X射线管的输出窗口450接近于待照射区域而设置，由此在该位置提供最高可能X射线强度。所述颈被示出取向于与高压模块其余部分的一角度处。

将理解，示出的几何形状只是示例性的，并且高压模块400可以根据特定应用的需要所规定的，容易地以多种几何设置来制作。例如，一些应用将得益于具有侧观察窗的X射线管，而其它的可得益于弯颈。事实上，封装材料可以被浇铸为与内部元件的电功能兼容的实际任何几何形状。树脂浇铸技术在本领域中是公知的。在示出的例子中，X射线管120使用热灯丝电子发射体，其从灯丝变压器230接收电功率。也可以使用其它电子发射体，例如，如不需要灯丝变压器的冷阴极发射体。

灯丝变压器的次级和X射线管的灯丝之间的连接使用同轴线缆建立以使由灯丝驱动电路产生的电噪声最小。图1A示出通过刚性同轴线缆460连接到高压发生器和灯丝变压器的X射线管，其中内和外导体之间的空间被填充有电绝缘的封装材料。可替换地，可以使用商用的柔性同轴线缆。在图1A中，高压电源元件118的高压端子被示出连接到同轴线缆的外导体，并且该外导体又连接到X射线管的阴极端410。可替换地，高压发生器和X射线管阴极之间的连接可以经由同轴线缆的内导体建立。灯丝变压器的次级连接在X射线管的灯丝导线上。在该配置中，灯丝驱动电路的电流供给和返回导体是同轴的，由此使连接到灯丝变压器次级的电路所辐射的电功率最小。由于在低功率X射线模块中灯丝电路典型地承载最高电流，所以使由灯丝电路产生的电噪声最小尤其重要。这在紧凑手持单元中特别重要，其中噪声敏感的X射线检测电路可以接近于X射线管而设置。

图1A的高压电源元件118、电压感测电阻器122和灯丝变压器230(如果需要)优选地设置在该模块中，使得处于高压的区域彼此接近。同样，X射线管的高压端优选地尽可能接近处于高压的其它元件而设置，同时保持在X射线仪器的几何形状的约束内。包围的封装材料的形状被选择成提供电源元件和接地导电涂层之间的充分电绝缘。因此，在工作期间达到高压的内部元件可以由厚度比以较低电压正常工作的元件大的封装材料来包围。

封装材料的最大厚度由所述单元的最大额定工作电压与考虑内部元件表面处的电场增强的附加安全因素来确定。例如，对于工作在40kV最大电压的模块，使用0.25英寸或以下的具有625V/mil标称介电强度的浇铸环氧材料来实现高压绝缘。

如在本领域中公知的，高压电源元件118可以是例如Cockroft-Walton型电压倍增器。其它电源配置也是可能的，包括例如对称级联电压倍增器和升压变压器。在该实施例中充当电源元件118的倍增器是12级串联馈送(series-fed)倍增器，其工作在大约70kHz的频率并由具有125∶1的匝数比的升压变压器136驱动。对于35kV的端子电压，每级电压是大约2.9kV。高压倍增器118的输出通过10kOhm的限流电阻器520连接到X射线管120。电压感测电阻器122是具有大约10,000∶1的分压比和1-10Gigohm的总电阻的精密分压器。

该实施例中的灯丝变压器230包括初级绕组、次级绕组和磁芯。如本领域中公知的，可以调节定义为次级绕组匝数除以初级绕组匝数的匝数比，以使灯丝的电压和电流范围与驱动电路匹配。所述磁芯可以是“U”形的、环形的、线轴(bobbin)或其它常用的磁芯几何形状。芯材料优选地是铁氧体(ferrite)，但可以例如是另一种材料，如硅钢、粉状铁或金属玻璃(metglass)。在在此描述的实施例中，灯丝变压器使用诸如磁性元件号41809-TC的环形铁氧体芯，并被配置为具有32个初级匝和5个次级匝的降压变压器。

图1A的实施例的X射线管120优选地是金属陶瓷、端窗X射线管，其以阳极处于地电势来工作。回来参考图1A，X射线管120包括阴极端410和阳极端420，其由陶瓷绝缘体430分开。为满足在手持XRF设备中使用的需要，所述X射线管工作在达50-100微安的电子束电流，35-40kV的最大工作电压。可从几个商业提供者得到适当小尺寸的具有这些参数的X射线管。例如Moxtek(Oren，UT)制造具有大约1×0.38英寸尺度的金属陶瓷、端窗、透射靶X射线管。Newton Scientific Inc.(Cambridge，MA)制造具有相似工作参数和大约1.5×0.34英寸尺度的金属陶瓷、端窗X射线管。X-Ray and Specialty Instruments Inc.(Ypsilanti，MI)也制造具有1.5×0.25英寸尺度的相似X射线管。

前述管被配置为抽空的密封陶瓷管，其在一端由设计为以高压工作的电子发射体(阴极)组件终结，而在另一端由X射线透射靶终结，该靶包括在电子束侧涂覆有薄层X射线靶材料的铍X射线窗口。商用的靶材料包括Ag、Pd、W及其它。如图1A所示，端窗、接地阳极配置是优选的，因为其允许X射线靶和电子束焦斑接近X射线模块的外表面而设置，由此对于给定管电流和电压，使可用X射线强度最大。

具有适当工作参数和侧观察X射线窗的小X射线管也是可用的，并且在某些应用中可能是优选的。一个例子是来自OxfordTRG(Scotts Valley，CA)的TF1000/3000系列X射线管。所有前述X射线管都使用工作在小于5瓦的功率水平的热钨灯丝电子发射体。一种小的冷阴极X射线管也已由OxfordTRG开发，并且可用于适合在本发明的X射线模块中使用的配置中。在包括冷阴极的实施例中，由于不需要电功率，图1A的元件，如灯丝变压器230，可以省略。

在图1A的实施例中通过向高压块600的封装材料添加电绝缘的辐射不透明填充材料来提供辐射屏蔽。应指出，可以使用任何一种或多种本领域公知的技术来将填充材料混合到灌注化合物中。这样的填充材料的例子有钨、铅、钡、铝、钙、钽、锡、钼、铜、锶、或铋的化合物(例如氧化物、硫酸盐、或碳酸盐)，或这些元素的非化合形式。这样的化合物优选地是对于给定量的重元素具有低式量的稳定化合物(例如在化合物中重元素的质量相对于其它材料的质量应当是相对高的)。另外，填充物不应与环氧化物相互作用以致环氧化物降级。因为封装材料600提供X射线管的高压阴极端410和电接地涂层650之间的电绝缘，所以填充物还应该具有足够高的介电强度以经受否则将从X射线管导向涂层650的电压。当相对小厚度的填充的环氧化物要提供高衰减度时，包含高原子序数元素的材料，如氧化铅、氧化钨、硫酸钡或氧化铋是优选的。

特定应用所需要的辐射不透明材料的量取决于X射线源的光子能谱和所需的辐射衰减度。众所周知以上所述类型的X射线源发射连续(或轫致辐射)光子谱，其最大能量等于最大电压与电子电荷的乘积。因此工作在35kV电压的X射线源将发射具有35keV端点光子能量的宽谱。通过直接计算可以知道对于这样的X射线源，0.5mm厚度的铅将提供大约107的衰减因子。通过直接计算还可以知道可以由一层0.25英寸厚的氧化铅填充的大约结合11％体积的氧化铅的环氧化物来提供相等的衰减度。例如标准环氧树脂，如Emerson & Cuming Stycast 2850 FT，可以与1-2微米颗粒尺寸的氧化铅粉末混合以实现需要的衰减因子。

也可以使用商用的氧化铅填充的环氧化物，如来自Resin System，Amherst，NH的RS-2232氧化铅填充的环氧树脂。可替换地，以钨、铅、钙、钽、锡、钼、铜、锶、钡、铋的化合物(例如氧化物、硫酸盐或碳酸盐)或以上的任意组合来填充的树脂可以在前述实施例中使用。这些元素还可以以它们纯的形式被使用，只要填充的树脂仍然基本上是非导电的。众所周知高原子序数的元素及它们的化合物是X射线辐射的有效吸收体。因此其它高原子序数的元素及它们的化合物也可以单独或与以上所列材料组合使用。

如图1A所示，辐射不透明的填充环氧化物600完全包围X射线管120，除了X射线输出窗口450。辐射不透明环氧化物600提供X射线管的高压阴极端410和电接地涂层650之间的电绝缘。辐射不透明环氧化物600还提供沿X射线管的陶瓷高压绝缘体430表面的电绝缘。因此辐射不透明环氧化物600与X射线管的整个外表面紧密接触，由此提供对于给定所需辐射衰减因子的最轻重量配置。在一些应用中，可能有利的是减小X射线输出窗口附近的环氧化物的厚度以准许输出窗口接近待照射的材料而设置。在这样的情况下，如图1A所示，可以由高原子序数材料的空圆筒440提供附加的辐射屏蔽，所述高原子序数材料如钨，设置在X射线管的阳极端的周围。

现在参考图1B，示出的是图1A中示出的单元400的侧轮廓视图。

现在参考图1C，示出的是包括模块化X射线源的系统的另一个实施例12的例子。实施例12包括使用互连接线18连接的第一封装部分14和封装X射线部分16。在该实施例中，互连接线18可以是例如同轴线缆，尽管其它实施例可以根据需要为电连通性在一个或多个部分之间使用其它类型的连接。X射线管在部分16中被分离地封装在固体封装材料中，并且被连接到第一封装部分14，其在该例中包括高压电源和灯丝变压器。如在描述于此的先前实施例中，在图1C的实施例中，封装材料600可以包围X射线管的任何或所有部分，除了X射线输出窗口。封装材料可以包含辐射不透明材料，由此提供除X射线输出窗口所限定的方向之外的所有方向上的X射线管输出的有效辐射屏蔽。X射线管和高压电源及灯丝变压器之间的电连接可以用柔性或刚性电缆建立。为了提供对电噪声的最大屏蔽，所述线缆可以优选地是同轴线缆。在图1C的该实施例中，导电涂层650包围封装的X射线管单元并且经由电缆电连接到高压电源的地。

在一些应用中，其中X射线管被放置于空间非常受限的部分X射线设备中，前述实施例12可具有优点。应理解的是X射线模块的电子组件的其它设置也是可能的，而在某些应用中可能是优选的，其取决于包含本发明X射线单元的X射线设备的确切配置。例如，灯丝变压器可与X射线管封装在一起，而包含X射线管和灯丝变压器的单元用电缆连接到高压电源。

实施例也可包括两个以上的系统或者装置的组件的单独分组，也可包括不同于这里所描述的组件分组。此外，尽管如本文所描述的实施例如10和12包括封装部分中的组件分组，但是根据每个特定的实施和应用，一个或者更多的分组可省略封装。例如，参考图1C，实施例可以只封装部分14或者16中的一个而不是这两者。

在一个实施例中，一个或者更多的分组可被封装但不是所有分组可包括放射不透明材料。例如，在图1C的实施例中第一被封装部分14可被铸在不包括放射不透明材料的封装材料中，而X射线管可被铸在包括放射不透明材料的封装材料中。在这种方式中放射不透明材料被用来屏蔽X射线发射器，在这里它是最被需要的，但是第一被封装部分通过不包括放射不透明材料而使得在重量上较轻。

现在参考图2A，2B，2C和2D，其示出根据本文所描述系统的另一个实施例的不同视图。在图2A-2D所示的可替换实施例中，单元400被封装在半刚性材料中，如氨基甲酸酯(urethane)或者硅树脂(silicone)，并且被包裹在单独的刚性的轻重量的传导性的壳900内。

应该指出的是：在一个实施例中，封装材料600可包含辐射屏蔽材料以屏蔽从单元中以所需要的X射线束方向以外的方向发射的X射线。

为了生成和控制加速X射线管电子束所必须的高压以及为了通过从加热灯丝热发射产生电子束，连同PCB 700上所包含的为了减少功率消耗(在电池供电的便携式应用中的重要考虑)的电路这里将描述高效电源和高精密度、高准确控制电路。

如以下段落所描述的，高压输出处于闭环控制之下并且通过输入控制信号被建立。负电压被用于允许以接地阳极配置的管的操作，其在某些应用中可能是所希望的。电源还可提供正的高压输出，其中阴极处于地电势。束电流电路可被用于生成和控制X射线管中的电子束电流。该束电流处于闭环控制之下，具有通过束电流输入控制信号建立的大小。尽管在本文中所描述的实施例中高压和束电流输入控制信号两者都是模拟输入电压，但是包括并行或者串行数字位流的数字输入也可包括在实施例中。

现在参考图2E，其示出了可被包括在图1A的系统10中的实施例组件的实例装置4000。装置4000包括将物理上存在于PCB 700上的第一部分组件以及将物理上存在于模块400内的第二部分组件。这两部分组件之间的连接通过缆800来保持。应该指出的是，这是组件及其之间连接的一个具体的物理划分。其它实施例可指定本文所描述组件的不同物理划分和设置。例如，在一个实施例中，所述组件可以全都存在于模块400的外壳内而不是在单独的PCB 700上。具体设置可依据装置的具体物理要求而变化。

在本实施例中，包括低压控制电子设备的PCB 700包括高压控制环1000，以及束电流控制环2000。模块400包括高压电源1500，以及灯丝变压器和X射线管2500。

电源，如电池，可被包括在PCB 700上以向其供电。信号KV_ENABLE 138和输入控制信号KV_CTRL 100是到高压控制环1000的输入，其产生作为系统输出信号的KV_MON 134。该输出信号134与高压输出成正比并且被提供以允许外部设备通过与由KV_CTRL输入信号所请求的高压比较来监视实际获得的高压，由此提供用于故障检测的手段。此外，到高压控制环1000的输入是KV_FDBK信号104和KV_GND_SENSE信号124。高压控制环1000还产生信号HV_PRI_A 110、HV_PRI_CT 146和HV_PRI_B 112作为输出信号，其被输入到高压电源1500。高压电源1500产生作为输出的信号HV_102，KV_FDBK 104以及KV_GND_SENSE 124。

束电流使能控制环2000具有作为输入的BC ENABLE信号232，控制信号BC_CTRL 200和BC_FDBK信号204并产生作为输出的FIL_DRV信号228和BC_MON信号216，其正比于束电流并且被提供作为从本发明的输出以允许外部设备通过与BC_CTRL输入信号所请求的电流比较来监视实际获得的束电流，由此提供用于故障检测的手段。灯丝变压器和X射线管2500具有输入信号FIL_DRV 228和HV并产生作为输出的信号BC_FDBK 204。

在下列各段落中对上述信号、组件及其操作进行更详细的描述。

图3A是可包括在高压控制环1000和高压电源1500中的元件的实施例的实例1100。1000内的元件可包括在PCB 700上，并且包括在1500中的元件可包括在模块400中。线1200表示通过如图1A和1B的实施例中所示的线缆800连接的1000和1500中的元件之间的物理间隔。

图3B是可包括在束电流控制环2000和灯丝变压器和X射线管2500中的元件的实施例的实例2100。2000内的元件可包括在PCB 700上，并且包括在2500中的元件可包括在模块400中。线2200表示2000的并且由线缆800连接到2500中的其它元件的元件之间的物理间隔。

现在参考图3A、4A、4B和4C来描述高压控制环1000和电源1500的实施例1000的操作。图4A、4B和4C提供了包括在图3A中的元件的更多细节。具体而言，图4A是包括KV误差处理128和KV监视器输出滤波132的图解的实例。图4B是包括谐振转换器128的图解的实例。图4C是包括HV倍增器块118的图解的实例。

输入控制信号100(KV_CTRL)建立所需高压输出102。从高电阻分压器122对实际高压输出102的测量产生的反馈信号104(KV_FDBK)施加给U18-3处的测量放大器(instrumentation amplifier)130的正输入。地感测信号124(KV_GND_SENSE)施加给U18-2处的该测量放大器130的负输入。该地感测信号124的目的是对104校正由于可出现在U18和122之间的地电压下降(ground drop)而造成的任何误差，这对于提供对高压输出的精确控制是必要的。

现在参考图4A，U18-6处的这个经校正的反馈信号126施加给结合U17A的包括比例积分微分(PID)控制功能的KV误差处理块128的输入。该块128执行几种功能。它首先比较输入控制信号100与经校正的反馈信号126，并且基于在电阻器R55和R60中流动的电流的差来产生误差信号。为实现对束电流的高精度控制，优选地可利用具有极严格的容差和极佳的温度稳定性的电阻器。在该实施例中反馈信号126的微分是通过C29和R53产生的。微分反馈可被用于改善瞬时响应并减小控制环过冲(overshoot)。

在图4A的特定实施例中，系统的瞬时行为对于预期应用或使用是可接受的，而无需包括微分反馈。因此，用于微分反馈的在此所述的特定元件和/或连接不被用在在此所述的该实施例中，而相反在图4A中以未填(do-not-populate，DNP)的元件值示出。然而，利用微分反馈的实施例亦可利用另一个实施例中的这些元件。提供用于电路体系结构中的元件的配置(provision)以允许根据特定应用和实施例的特定需要定制控制环响应的最大灵活性。误差的积分通过R70和C45产生。积分反馈被用于消除任何残余DC偏差误差，其不然可发生在所请求的输入值100(KV_CTRL)和如104所示的实际值(KV_FDBK)之间。该误差的比例、积分和微分的缩放版通过U17A的操作来产生和组合以产生误差信号106(KV_ERROR)。该PID体系结构允许要实现的控制环的高精度、稳定性和快瞬时响应。在不同的实施例中，比例、积分和微分反馈的各种组合可被用于实现不同的控制环响应特性。

U18-6处的该经校正的反馈信号126亦施加给KV监视器输出滤波块132的输入。在该实施例中，该块132的目的是对126滤波、缩放和反相以产生输出信号134(KV_MON)。其它形式的输出信号调整亦是可能的。该信号与高压输出成比例并且被提供为源自系统10的输出，以允许外部设备监视与KV_CRTL输入信号所请求的高压相比实际实现的高压，由此提供一种故障检测的方式。

现在参考图4B，误差信号106施加给谐振转换器108的输入。谐振转换器108包括元件U9、U10和U11。谐振转换器108用于将经振幅调制的正弦波驱动提供给高压升压变压器136的初级边输入。变压器136初级的电感连同反射的次级边电感与电容器C2和变压器136反射的次级边电容的附加电容谐振。该谐振导致施加到变压器初级输入端子110和112的正弦曲线波形。可替换地，分别由U10-2和U10-1以谐振频率来开关U9-2和U9-4提供了维持振荡的方式。振荡频率由114感测并且被提供为U10-9处的输入。开关发生在正弦曲线波形的过零期间以实现开关过渡期间的最小功率损失。

正弦曲线的振幅并因此高压输出102的大小由U10-14处的经脉宽调制的输出信号116的动作来建立。该信号在U11-2和U11-4施加给双FET阵列U11的栅。FET阵列U11包含互补N和P沟道FET，其响应于116而交替导通。为使开关期间的功耗最小并且提高电源效率，元件R33、R37、D8A和D8B被用于防止N和P沟道FET的同时导通，这是通过进行组合以提供在U11-4和U11-2施加给所述FET的栅的信号的慢上升沿和快下降沿来进行的。

166的占空度由误差信号106的大小来确定。该占空度确定通过L1的平均电流并由此确定施加给136的中心抽头(HV_PRI_CT)146的电压的振幅。该中心抽头电压又建立136初级绕组上的谐振正弦曲线电压的振幅。该谐振转换器电源通过断定高压使能信号138(KV_ENABLE)来使能。

现在参考图4C，变压器136的输出施加给标准Cockroft-Walton配置118的二极管-电容器电压倍增器的输入。倍增器链中的二极管被取向成提供相对于电接地的负高压输出，从而允许以接地阳极配置来操作X射线管120。使二极管被取向成提供相对于电接地的正高压输出的其它实施例是可能的。在接地阳极配置中，倍增器的高压输出施加给X射线管120的阴极作为加速电压。所述高压输出亦通过高电阻分压器122来感测以产生如以上讨论的高压反馈信号104。对所述高压输出的控制是通过对输入控制信号100的调节来提供的。地基准信号124(KV_GND_SENSE)被用于监视和补偿由于低压控制电子设备和高压电源之间的任何互连线缆中的地低压降而引入反馈信号104的误差。

应指出，谐振转换器108、升压变压器136和高压倍增器118的组合被用于产生用于X射线管120的加速电压。作为在旨在对冷阴极荧光管(CCFL)供电的电源应用中采用的功率效率高的拓扑，谐振转换器和关联的升压变压器在背光逆变器电源产业是公知的。在电池操作的应用中，这些CCFL装置例如被用作液晶显示器(LCD)的背光。在那些应用中，从逆变器输出所实现的高压典型地不多于几千伏，并且可通过来自诸如136的升压变压器的直接输出来实现。在在此所述的实施例中，谐振转换器和变压器技术与高压倍增器118耦合以实现比如结合常规电源应用所使用的明显高的输出电压。如在此所使用的，这些元件在应用中组合使用以产生例如如可在制造商的支持技术文献中提供资料的预期应用需要以上的高的多的输出电压。

在以上描述中，谐振转换器和变压器与高压倍增器组合使用。谐振转换器和变压器典型地包括在例如CCFL背光逆变器中。上述设置将谐振转换器和变压器与高压倍增器链组合以产生比在现有CCFL应用中所使用的大的多的输出高压。另外，该CCFL背光逆变器技术，特别是如在此描述的升压变压器的使用，允许显著减小高压电源的总封装的尺寸。产生用于X射线管的高加速电压的其它现有途径可能不得到实施例中的紧密封装。上述设置提供了高压电源尺寸小且具有高功率效率的优点。这些可能不表征为结合现有X射线管技术装置的设计而考虑的典型设计因素，所述装置可使用例如大的多的X射线管和AC主电源供电(AC-mains-powered)的电源。

现在参考图3B、5A、5B和5C来描述束电流控制环2000和灯丝变压器和X射线管2500的实施例2100的操作。图5A、5B和5C提供了包括在图3B中的元件的更多细节。具体而言，图5A是包括BC误差处理210和BC监视器输出滤波214的图解的实例。图5B是包括灯丝驱动218和斩波器和AC耦合220的图解的实例。图5C是包括灯丝变压器和X射线管2500的图解的实例。

在束电流控制环2000的操作中，输入控制信号200(BC_CTRL)建立所需的X射线管束电流输出。通过将束电流经由束电流感测电阻器206传递到地而从束电流产生的反馈信号电压204(BC_FDBK)被施加给U4-3处的测量放大器206的正输入。为实现对束电流的高精度控制，电阻器206优选地指定以极严格的容差和极佳的温度稳定性。在该实施例中，束电流感测电阻器206在物理上接近于U4而设置。因此，不采用地感测和校正，这是因为没有底部206处的地电平和U4-2处的地基准点之间的显著差异。

在其它实施例中，束电流感测电阻器206可位于与U4的某个距离处，可能在高压电源中或者接近于X射线管。在这些实施例中，可能理想的是采用与可用于高压电路1100的相类似的地感测和误差校正途径。具体而言，U4-2可直接连接到206的接地端而不是本地的地。

来自U4-6的输出处的经调整的反馈信号208被施加给结合U5A的包括比例积分微分(PID)控制功能的BC误差处理块210的输入。该块执行几种功能。它首先比较输入控制信号200与经调整的反馈信号208，并且基于在电阻器R9和R10中流动的电流的差来产生误差信号。为实现对束电流的高精度控制，优选地利用具有极严格的容差和极佳的温度稳定性的电阻器。该误差的比例、积分和微分的缩放版本通过U5A的操作来产生和组合以产生误差信号212(BC_ERROR)。该PID体系结构允许要实现的控制环的高精度、稳定性和快瞬时响应。在不同的实施例中，比例、积分和微分反馈的各种组合可被用于实现不同的控制环响应特性。

U4-6处的该经调整的反馈信号208亦施加给BC监视器输出滤波块214的输入。在本发明的该实施例中，该块的目的是对208滤波、缩放和反相以产生输出信号216(BC_MON)。其它形式的输出信号调整亦是可能的。信号216与束电流成比例并且被提供为源自本发明的输出，以允许外部设备监视与BC_CRTL输入信号所请求的电流相比实际实现的束电流，由此提供一种故障检测的方式。

现在参考图5B，在该实施例中，误差信号212(BC_ERROR)施加给灯丝驱动电源218的输入，该电源提供加热器电流给灯丝。在其它实施例中，该误差信号可首先施加给线性化级，其取误差信号的四次根以补偿束电流产物对灯丝温度的近似四次幂依赖性。在其它实施例中，对该误差信号的其它修正或缩放亦是可能的。

灯丝驱动电源218包括可调升压调节器，其包括开关调节器U1和输出电压感测电阻器网络R34和R32。该网络用于将DC输出电压222维持在额定的固定值。该升压调节器的调节是通过将误差信号212经由R35施加到电阻器网络的中心节点来实现的。以这种方式，通过U5A的动作经由R35供应或汲取的电流使U1调节输出电压222以进行补偿。该电源通过断定束电流使能信号232(BC_ENABLE)来使能。

DC输出信号222施加给斩波器和AC耦合块220的输入，该块将该可调DC信号转换成AC波形。所述斩波器包括U16、U15和U7。U16是产生额定50％占空度的方波输出224的固定频率振荡器，所述输出然后施加给U15，MOSFET驱动器。输出U15-6和U15-7驱动包含互补N和P沟道FET的双FET阵列U7的栅。所述FET交替导通，由此对U7-3处的DC输入电压222斩波并且提供U7-5、6、7、8处的经斩波的DC输出226。为使开关期间的功耗最小并且提高电源效率，元件R11、R13、D6A和D6B被用于防止N和P沟道FET的同时导通，这是通过进行组合以提供在U7-4和U7-2施加给所述FET的栅的信号的慢上升沿和快下降沿来进行的。

经斩波的DC信号226施加给AC耦合电容器C3以去除DC成分并且产生作为信号228(FIL_DRV)的AC波形，其被用于驱动如图5C中所示的灯丝驱动隔离变压器230的初级边。该变压器230的次级边在阴极端连接到X射线管120的灯丝。亦建立该变压器次级边和源自高压电源102的输出之间的连接以将灯丝上升到加速电压电位。高度的电压隔离被提供于230的初级边和次级边上以防止操作期间的电压击穿。

束电流是通过从零伏增加输入控制电压200(BC_CTRL)的值来产生的。这具有将灯丝电源222的输出电压从最小值上升到足以充分加热灯丝以产生热离子发射的值的效应。222的最小输出电压被设置成防止灯丝实现足够的温度来启动发射但足以将灯丝温度上升到使其变暖的中间值。以这种方式，当请求束电流时，通过避免与从冷态向上加热灯丝所关联的时间而实现了短的灯丝接通响应时间。

现在参考图5D，所示为可包括在一个实施例中以进行束电流感测的配置4000的实例。束电流反馈信号204(BC_FDBK)被如下产生：束电流流过高压倍增器链118并进入X射线管120灯丝，它在这里与灯丝驱动隔离变压器230的灯丝加热器电流相加。从经加热的灯丝而热离子发射的电子构成束电流，其然后从X射线管的阴极(灯丝)流到其阳极(靶和窗口)。精密束电流感测电阻器206将阳极连接于地。所述电流流过电阻器206并且经由地返回路径142回到高压倍增器链118中以完成电路。束电流反馈信号电压204(BC_FDBK)是通过感测束电流感测电阻器206的阳极端处的电压而产生的。仅需要产生毫伏电压以使X射线管阳极基本上维持在地电位。

应指出，图5D包括来自各种元件的元件以及其之间的连接，如先前在此所描述的，例如在图3A和3B中。选择包括在图5D中的特定元件是为了图示和说明束电流反馈信号204(BC_FDBK)的操作和产生。

针对产生束电流反馈信号204(BC_FDBK)，一个实施例亦可包括其它变化。图5D示出这样的设置，其中束电流感测是基于经由束电流感测电阻器206流到地的电子束电流在X射线管阳极处进行的。现在将要描述的是可结合产生束电流反馈信号204(BC_FDBK)的另一个替换设置，与图5D的设置相比，其基于高压倍增器118的地来进行束电流感测。

现在参考图5E，所示为可包括在一个实施例中以进行束电流感测的配置4002的实例。在该配置4002中，X射线管120阳极可直接系于地，其中束电流被感测为回到高压倍增器中的返回电流。束电流感测电阻器206与到高压倍增器链118的地连接串联设置。从X射线管120阳极流过地返回路径并作为返回电流回到高压倍增器链118中的束电流产生该束电流感测电阻器206上的电压，其随后被用作束电流反馈电压。

在配置4000中，高压感测电阻性分压器122如所示连接到206的顶部，而不是直接连接于地(如在图5E中)，这使所有返回的束电流流过206。以这种方式，可进行对束电流的精确量度。204(BC_FDBK)的极性反相自根据图5E中的配置得到的电压的极性。因此，当使用图5E的配置4002时，U4-2和U4-3(图5A)的输入处的连接被翻转以便于适当的操作。为了精确测量高压，高压分压器122的底部部分上的差分电压被测量。这可通过将测量放大器130引脚U18-2直接连接到204(BC_FDBK)从而断开到124(KV_GND_SENSE)的连接在测量放大器130(图4A)处完成。以这种方式，206上的电压降从104(KV_FDBK)减去以产生U18-6处的经校正的反馈信号126。

一个实施例亦可固定DC源输入电压。如在此所述的，电池可用作电源的一部分。然而，一个实施例亦可包括其它功率源，例如使用插入墙式插头或插座的DC源。

高压控制环和电源1000的谐振转换器块108基于对输入电压的脉宽调制来实现可变输出。该可变输出通过升压变压器施加给电压倍增器链以结合控制环的操作来实现可调高压输出。在某些电池供电的应用中，给谐振转换器105的输入电压可直接从电池获取。然而，电池输出电压典型地是未调节的并且随着电池的消耗而降低。各种电压调节器可用于调节供给谐振转换器108的电压。示例的调节器电路描述于技术说明LTC 1772，其可在www.linear-tech.com/pdf/1772fs.pdf从Linear Technology获得，题为“Constant Frequency Current Mode Step-Down DC/DC Controller inSOT-23”。

根据特定应用的需要，亦可采用其它电压调节器体系结构，如升压和降压-升压。重要的是调节器维持独立于电池输入电压变化的固定输出电压，而不管所采用的特定调节器体系结构。

应指出，在以上低压控制电子设备可由可变DC源输入电压来供电。根据一个实施例，该可变性可处于指定范围以供给预定低压，而不管可变的源输入。在一个实施例中，系统可在+4伏到+10伏的范围内工作，尽管其它实施例可使用其它范围。

以上描述提供了一种低功率、高效率、电屏蔽且辐射屏蔽的X射线模块，其可包括X射线源、高压电源和高精度控制电子设备，并且可配置成复杂的几何形状以便于在用于各种应用的现场便携式X射线设备中使用。紧凑的X射线模块可用在空间受限的装置应用中。重量轻的X射线模块可包括在例如手持便携式设备中。所述X射线模块可由具有未调节输出的小低压电池来供电，并且可为低功率应用提供功率效率非常高的优点。在在此所述的辐射屏蔽的X射线模块中，辐射屏蔽的重量根据需要而最小化以便于在手持设备中使用。

以上描述亦提供了一种用于紧凑X射线单元的功率效率非常高的驱动电路。所述X射线模块能够以高度的精确性、精密性和稳定性来控制X射线输出。上述X射线模块包括具有高度灵活性和适应性的内部体系结构，其可与来自不同供应者的X射线管对接。在此所述的X射线模块可包括封装在刚性的自立式电绝缘材料中的小型低功率X射线管和高压电源。封装材料可包围X射线管、高压电源和控制电子设备的任何或所有部分，除了X射线管的X射线输出窗口，其被保持暴露。粘附于刚性封装材料的外表面的导电材料的薄层提供了接地的导电表面以屏蔽来自所述模块的电场。通过消除对外部接地壳体的需要，在此所述的X射线模块的尺度可最小化。另外，X射线模块的机械刚度可由刚性封装材料来提供以使所述模块可以容易且经济地配置成各种各样的复杂几何形状。

在此所述的电绝缘封装材料可包含辐射不透明材料，其可以是导电或不导电的，其屏蔽源自所述单元的X射线。亦应指出，可能优选的是所包括的封装材料与辐射不透明材料的组合具有近似接近于封装材料介电强度(dielectric strength)的高介电强度。通过将辐射不透明材料结合到电绝缘封装材料中，该辐射不透明材料达到与X射线管接近，由此以最小的增加重量提供了最大的屏蔽。如在此所述，所组合的辐射不透明和封装材料的配方可被选择成保持封装材料的高介电强度。这样，辐射不透明封装材料可达到与X射线管的所有部分的紧密接触，从而进一步使屏蔽效力最大。另外，通过保持封装材料的高介电强度，所述模块的高压绝缘厚度和总尺度基本上保持不变。

以上描述提供了电功率到高压模块的高压电源的高效递送。可能优选的是以最高可能频率来驱动高压DC电源以获得最佳可能电压调节。在足够高的频率时，对高压电源的地的杂散电容变为主要负载。为了实现很紧凑的模块尺寸的优点，以上包括由最小可能厚度的高介电强度材料包围的模块，所述材料然后用导电材料来涂覆以提供地平面。相对于地平面位于距离高压电源元件的较大平均距离处的设计，以上的设计包括对高压电源的地的杂散电容的增加。为了提供最高可能功率效率，可用谐振转换器电路来驱动高压电源。将理解的是，小尺寸的封装高压模块和低压驱动电路的谐振转换器以上述设置一起工作以提供最紧凑且功率效率高的X射线源以便于在现场便携式电池操作的X射线设备中使用。

以上亦在谐振转换器电路和灯丝驱动电路中利用了振幅调制技术以提供高压和束电流输出调节。这些技术的使用亦提供了功率效率高的设计的优点。

以上亦提供了被设置成在如可从电池功率源获得的输入电压的宽范围内工作的控制电子设备。这可被表征为电池操作的设备的重要考虑，其中电池电压可直接施加给电路。通过直接借助电池来工作，该电路不需要对电池电压的预调节，由此减小了电路复杂度并允许较为紧凑的设计，并且避免了与该预调节阶段关联的功率损失，从而得到功率效率较高的设计。

以上的附加方面在于，电子设备设计体系结构提供了灵活的可配置性，从而使电压控制电路直接耦合到X射线管和高压电源组件并且任选地与其一起封装，或者经由细的挠性低压互连线缆连接到分离的封装X射线管和高压电源组件。这种封装灵活性允许根据可用空间和封装需要规定的来配置各种各样的空间几何形状。

在此提出的更详细的方面提供了电子设备设计的灵活性优点以允许使用来自不同商家的X射线管。控制系统体系结构是这样的，使得一个设计实施可在规格的限定范围内用于不同的X射线管。

在此所述的技术的使用提供了一种自含式、很小且重量轻的功率效率高的X射线源模块，其特别适合于在现场检查和分析中使用的电池操作的手持便携式设备。在此采用所述技术的设备的一个用途是基于X射线荧光光谱学的材料分析设备，因此采用在此所述的技术的设备可取代一般用作X射线源的放射性同位素。此外，利用在此所述的技术允许将X射线管和关联的高压电子设备集成在单个电屏蔽且辐射屏蔽的单元中，该单元是重量轻、紧凑且安全到足以在手持X射线设备中操作的单元。此外，可使用功率效率高的控制电子设备，从而允许所述单元通过标准的低功率电池来工作。如亦在此所述的，上述技术可用在根据特定设备的空间需要配置成复杂几何形状的装置中。

尽管已结合各种实施例披露了本发明，但对其的修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，本发明的精神和范围在以下权利要求中提出。

Claims

1.一种辐射屏蔽的X射线模块，包括：

X射线管，其发射X射线；

高压电源，耦合到所述X射线管，其供给用于所述X射线管的高压；以及

电连接，其将X射线管连接到高压电源，其中X射线管、高压电源和电连接被封装在包含辐射不透明材料的固体、电绝缘材料中，所述辐射不透明材料包括从由以下组成的组中选择的材料：钨、铅、钙、钽、锡、钼、铜、锶、钡、铝、铋、氧化铝、氧化铅、硫酸钡、氧化铋、碳酸钙以及包含任何以上材料的化合物和混和物。

2.权利要求1的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

谐振转换器，其驱动所述高压电源。

3.权利要求2的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

升压变压器，其连接到所述谐振转换器；以及

高压倍增器，其由所述升压变压器驱动。

4.权利要求1的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述辐射不透明材料的量根据预定辐射衰减程度来选择。

5.权利要求1的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

薄导电层，其在所述固体、电绝缘材料上以提供电屏蔽。

6.权利要求5的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄导电层由以下之一形成：导电金属漆、薄金属箔和金属化聚合物。

7.权利要求6的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄导电层由薄金属箔形成，该金属箔由铜和铝中的至少一种制成。

8.权利要求7的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄金属箔使用粘合剂直接粘附于所述固体、电绝缘材料。

9.权利要求1的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述固体、电绝缘材料被模制成复杂形状。

10.权利要求1的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述X射线管和高压电源通过同轴线缆连接。

11.权利要求1的辐射屏蔽的X射线模块，其中该辐射屏蔽的X射线模块包括在便携式X射线设备中。

12.一种X射线模块，包括：

X射线管，

谐振转换器，

高压电源，其由谐振转换器驱动，

电连接，其将X射线管连接到高压电源并将高压电源连接到谐振转换器，其中X射线管、高压电源和将X射线管连接到高压电源的电连接被封装在固体、电绝缘材料中，所述电绝缘材料包括从由以下组成的组中选择的辐射不透明材料：钨、铅、钙、钽、锡、钼、铜、锶、钡、铝、铋、氧化铝、氧化铅、硫酸钡、氧化铋、碳酸钙以及包含任何以上材料的化合物和混和物。

13.权利要求12的X射线模块，其中所述固体、电绝缘材料包括环氧化物、氨基甲酸酯和硅灌注化合物中的至少一种。

14.权利要求12的X射线模块，进一步包括：

薄导电层，其在所述固体、电绝缘材料上以提供电屏蔽。

15.权利要求14的X射线模块，其中所述薄导电层由以下之一形成：导电金属漆、薄金属箔和金属化聚合物。

16.权利要求15的X射线模块，其中所述薄导电层由薄金属箔形成，该金属箔由铜和铝中的至少一种制成。

17.权利要求16的X射线模块，其中所述薄金属箔使用粘合剂直接粘附于所述固体、电绝缘材料。

18.权利要求12的X射线模块，其中所述固体、电绝缘材料被模制成复杂形状。

19.权利要求12的X射线模块，其中所述X射线管和高压电源通过同轴线缆连接。

20.权利要求12的X射线模块，其中该X射线模块包括在便携式X射线设备中。

21.一种制造X射线模块的方法，包括：

将在X射线发射中使用的电子元件封装在包括辐射不透明材料的固体铸块中，所述辐射不透明材料包括从由以下组成的组中选择的材料：钨、铅、钙、钽、锡、钼、铜、锶、钡、铝、铋、氧化铝、氧化铅、硫酸钡、氧化铋、碳酸钙以及包含任何以上材料的化合物和混和物；以及通过导电层来包围所述固体铸块。

22.权利要求21的方法，其中所述固体铸块包括环氧化物、氨基甲酸酯和硅灌注化合物中的至少一种。

23.权利要求21的方法，进一步包括：

将供电和控制电路元件封装在包括辐射不透明材料的固体铸块中。

24.权利要求21的方法，进一步包括：

使用两部分环氧树脂浇铸系统来浇铸所述固体铸块。

25.权利要求21的方法，其中所述辐射不透明材料的量根据预定辐射衰减程度来选择。

26.权利要求21的方法，其中所述导电层由以下之一形成：导电金属漆、薄金属箔和金属化聚合物。

27.权利要求26的方法，其中所述导电层由薄金属箔形成，该金属箔由铜和铝中的至少一种制成。

28.权利要求27的方法，进一步包括：

使用粘合剂将所述薄金属箔直接粘附于所述固体、电绝缘材料。

29.权利要求21的方法，其中所述X射线模块包括在便携式X射线设备中。

30.一种辐射屏蔽的X射线模块，包括：

X射线管，其发射X射线；

电连接，其将X射线管连接到高压电源，其中X射线管被封装在包含辐射不透明材料的固体、电绝缘材料中，所述辐射不透明材料包括从由以下组成的组中选择的材料：钨、铅、钙、钽、锡、钼、铜、锶、钡、铝、铋、氧化铝、氧化铅、硫酸钡、氧化铋、碳酸钙以及包含任何以上材料的化合物和混和物。

31.权利要求30的辐射屏蔽的X射线模块，其中该辐射屏蔽的X射线模块包括在便携式X射线设备中。

32.权利要求30的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

谐振转换器，其驱动所述高压电源。

33.权利要求30的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

升压变压器，其连接到所述谐振转换器；以及高压倍增器，其由所述升压变压器驱动。

34.权利要求30的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述辐射不透明材料的量根据预定辐射衰减程度来选择。

35.权利要求30的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

薄导电层，其在所述固体、电绝缘材料上以提供电屏蔽。

36.权利要求35的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄导电层由以下之一形成：导电金属漆、薄金属箔和金属化聚合物。

37.权利要求36的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄导电层由薄金属箔形成，该金属箔由铜和铝中的至少一种制成。

38.权利要求37的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄金属箔使用粘合剂直接粘附于所述固体、电绝缘材料。

39.权利要求30的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述固体、电绝缘材料被模制成复杂形状。

40.权利要求30的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述X射线管和高压电源通过同轴线缆连接。

41.权利要求30的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述辐射不透明材料包括硫酸钡或者钨、铅或铋的氧化物。

42.一种产生X射线的系统，包括：

X射线管，其发射X射线；

电子束电流控制电子设备，其基于X射线管的电子束电流的量度使用第一反馈信号来控制所述X射线管的电子束电流；以及

高压控制电子设备，其基于电压感测使用第二反馈信号来控制高压电源，其中谐振转换器驱动所述高压电源，并且束电流感测电阻器连接到X射线管的阳极而所述束电流感测电阻器用以产生所述第一反馈信号。

43.权利要求42的系统，其中电压调节器将固定输入电压提供给谐振转换器。

44.权利要求42的系统，其中该系统适于并构造成消耗电池功率，并且其中所述谐振转换器的最大输出独立于电池电压。

45.权利要求42的系统，其中该系统包括在便携式X射线设备中。

46.一种产生X射线的系统，包括：

X射线管，其发射X射线；

高压电源，耦合到所述X射线管，其供给用于所述X射线管的高压并且由谐振转换器来驱动，所述X射线管包括灯丝；以及

控制电路，其控制所述高压电源并且响应于电压反馈信号。

47.权利要求46的系统，进一步包括：

用于产生所述电压反馈信号的装置。

48.权利要求47的系统，其中所述用于产生所述电压反馈信号的装置包括高电阻分压器，其被用于测量所述高压电源的实际电压输出。

49.权利要求46的系统，其中所述高压电源包括：

升压变压器，其连接到所述谐振转换器；以及

高压倍增器，其由所述升压变压器驱动。

50.权利要求46的系统，其中该系统包括在便携式X射线设备中。

51.一种辐射屏蔽的X射线模块，包括：

X射线管，其发射X射线；

电连接，其将X射线管连接到高压电源，其中X射线管、高压电源和电连接被封装在包含辐射不透明材料的固体、电绝缘材料中。

52.权利要求51的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

谐振转换器，其驱动所述高压电源。

53.权利要求51的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

升压变压器，其连接到所述谐振转换器；以及

高压倍增器，其由所述升压变压器驱动。

54.权利要求51的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述辐射不透明材料包括以下的至少一种：氧化钨、氧化铅、碳酸钙、铅化合物、硫酸钡、钨化合物和氧化铝。

55.权利要求51的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述辐射不透明材料的量根据预定辐射衰减程度来选择。

56.权利要求51的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

薄导电层，其在所述固体、电绝缘材料上以提供电屏蔽。

57.权利要求56的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄导电层由以下之一形成：导电金属漆、薄金属箔和金属化聚合物。

58.权利要求57的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄导电层由薄金属箔形成，该金属箔由铜和铝中的至少一种制成。

59.权利要求58的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄金属箔使用粘合剂直接粘附于所述固体、电绝缘材料。

60.权利要求51的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述固体、电绝缘材料被模制成复杂形状。

61.权利要求51的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述X射线管和高压电源通过同轴线缆连接。

62.权利要求51的辐射屏蔽的X射线模块，其中该辐射屏蔽的X射线模块包括在便携式X射线设备中。

63.一种X射线模块，包括：

X射线管，

谐振转换器，

高压电源，其由谐振转换器驱动，

电连接，其将X射线管连接到高压电源并将高压电源连接到谐振转换器，其中X射线管、高压电源和将X射线管连接到高压电源的电连接被封装在固体、电绝缘材料中。

64.权利要求63的X射线模块，其中所述固体、电绝缘材料包括辐射不透明材料。

65.权利要求64的X射线模块，其中所述固体、电绝缘材料由环氧化物、氨基甲酸酯和硅灌注化合物中的至少一种形成。

66.权利要求64的X射线模块，进一步包括：

薄导电层，其在所述固体、电绝缘材料上以提供电屏蔽。

67.权利要求66的X射线模块，其中所述薄导电层由以下之一形成：导电金属漆、薄金属箔和金属化聚合物。

68.权利要求67的X射线模块，其中所述薄导电层由薄金属箔形成，该金属箔由铜和铝中的至少一种制成。

69.权利要求68的X射线模块，其中所述薄金属箔使用粘合剂直接粘附于所述固体、电绝缘材料。

70.权利要求63的X射线模块，其中所述固体、电绝缘材料被模制成复杂形状。

71.权利要求63的X射线模块，其中所述X射线管和高压电源通过同轴线缆连接。

72.权利要求63的X射线模块，其中该X射线模块包括在便携式X射线设备中。

73.一种X射线模块，包括：

X射线管，其包括灯丝并发射X射线；

谐振转换器；

高压电源，其由谐振转换器驱动；

低压控制电子设备；以及

电连接，其将X射线管连接到高压电源，将低压控制电子设备连接到谐振转换器，并将谐振转换器连接到高压电源。

74.权利要求73的X射线模块，其中所述X射线管、高压电源和谐振转换器被封装在固体电绝缘材料中。

75.权利要求73的X射线模块，其中所述固体电绝缘材料包括辐射不透明材料。

76.权利要求73的X射线模块，其中所述X射线管、高压电源和谐振转换器被封装在固体电绝缘材料中。

77.权利要求76的X射线模块，其中所述固体电绝缘材料包括辐射不透明材料。

78.权利要求76的X射线模块，其中所述固体电绝缘材料包括环氧化物。

79.权利要求78的X射线模块，其中所述辐射不透明材料由遍及所述环氧化物的氧化铅粒子的均匀分布制成。

80.权利要求78的X射线模块，其中所述辐射不透明材料由遍及所述环氧化物的氧化钨粒子的均匀分布制成。

81.权利要求78的X射线模块，其中所述辐射不透明材料由遍及所述环氧化物的硫酸钡粒子的均匀分布制成。

82.权利要求76的X射线模块，其中所述封装材料被模制成复杂形状。

83.权利要求76的X射线模块，其中薄导电金属膜沉积在所述封装材料的外表面上。

84.权利要求76的X射线模块，其中与所述封装材料的外表面一致的薄导电金属层粘附于该表面。

85.权利要求73的X射线模块，其中所述X射线管和高压电源通过同轴线缆连接。

86.权利要求73的X射线模块，其中所述谐振转换器包括用于振幅调制的装置。

87.权利要求73的X射线模块，其中所述低压控制电子设备位于直接耦合到所述高压电源的印刷电路板上。

88.权利要求73的X射线模块，其中所述低压控制电子设备位于通过挠性低压线缆附着于所述高压电源的印刷电路板上。

89.权利要求73的X射线模块，其中所述低压控制电子设备由固定和可变DC源输入电压之一来供电。

90.权利要求73的X射线模块，其中多个不同的X射线管与所述低压控制电子设备的体系结构兼容。

91.权利要求73的X射线模块，其中所述低压控制电子设备的体系结构采用比例积分微分反馈控制体系结构。

92.权利要求73的X射线模块，其中所述低压控制电子设备包括维持灯丝加温电流的装置。

93.权利要求73的X射线模块，其中所述低压控制电子电路响应于来自以下的至少一个的至少一个反馈信号：X射线管的电子束电流和电子束电压。

94.权利要求73的X射线模块，其中该X射线模块包括在便携式X射线设备中。

95.一种制造X射线模块的方法，包括：

将在X射线发射中使用的电子元件封装在包括辐射不透明材料的固体铸块中，以及

通过导电层来包围所述固体铸块，其中所述辐射不透明材料包括以下的至少一种：氧化钨、氧化铅、碳酸钙、硫酸钡、铅化合物、钨化合物、铅、钨和氧化铝，以及上述材料的任何组合。

96.权利要求95的方法，其中所述固体铸块由环氧化物、氨基甲酸酯和硅灌注化合物中的至少一种形成。

97.权利要求95的方法，进一步包括：

98.权利要求95的方法，进一步包括：

使用两部分环氧树脂浇铸系统来浇铸所述固体铸块。

99.权利要求95的方法，其中所述辐射不透明材料的量根据预定辐射衰减程度来选择。

100.权利要求95的方法，其中所述导电层由以下之一形成：导电金属漆、薄金属箔和金属化聚合物。

101.权利要求100的方法，其中所述导电层由薄金属箔形成，该金属箔由铜和铝中的至少一种制成。

102.权利要求101的方法，进一步包括：

103.权利要求95的方法，其中所述X射线模块包括在便携式X射线设备中。

104.一种在X射线发射器中使用的控制电子设备，包括：

电子束电流控制电子设备，其基于所发射的束电流的电流感测使用第一反馈信号来控制电子束电流，束电流感测电阻器连接到X射线管的阳极，其中所述束电流感测电阻器被用于产生所述第一反馈信号；以及高压控制电子设备，其基于电压感测使用第二反馈信号来控制高压电源，其中谐振转换器驱动所述高压电源。

105.一种用于控制由高压电源驱动的X射线发射装置的电子束电流和电压的方法，包括：

产生在控制电子束电流的电子束电流控制电子设备中使用的第一反馈信号，所述第一反馈信号基于所发射的束电流的电流感测，其中所述第一反馈信号是使用连接到X射线管阳极的束电流感测电阻器而产生的；以及

产生在控制高压电源的高压控制电子设备中使用的第二反馈信号，所述第二反馈信号基于电压感测，其中谐振转换器驱动所述高压电源。

106.一种辐射屏蔽的X射线模块，包括：

X射线管，其发射X射线；

电连接，其将X射线管连接到高压电源，其中X射线管被封装在包含辐射不透明材料的固体、电绝缘材料中。

107.权利要求106的辐射屏蔽的X射线模块，其中该辐射屏蔽的X射线模块包括在便携式X射线设备中。

108.权利要求106的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

谐振转换器，其驱动所述高压电源。

109.权利要求106的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

升压变压器，其连接到所述谐振转换器；以及

高压倍增器，其由所述升压变压器驱动。

110.权利要求106的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述辐射不透明材料包括以下的至少一种：氧化钨、氧化铅、硫酸钡、碳酸钙、铅化合物、钨化合物、铅、钨和氧化铝，以及上述材料的任何组合。

111.权利要求106的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述辐射不透明材料的量根据预定辐射衰减程度来选择。

112.权利要求106的辐射屏蔽的X射线模块，进一步包括：

薄导电层，其在所述固体、电绝缘材料上以提供电屏蔽。

113.权利要求112的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄导电层由以下之一形成：导电金属漆、薄金属箔和金属化聚合物。

114.权利要求113的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄导电层由薄金属箔形成，该金属箔由铜和铝中的至少一种制成。

115.权利要求114的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述薄金属箔使用粘合剂直接粘附于所述固体、电绝缘材料。

116.权利要求106的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述固体、电绝缘材料被模制成复杂形状。

117.权利要求106的辐射屏蔽的X射线模块，其中所述X射线管和高压电源通过同轴线缆连接。