CN211831305U - 一种多脉冲闪光照相驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多脉冲闪光照相驱动装置，采用N组串联的高压脉冲发生装置，每组高压脉冲发生装置包括两个脉冲功率源，所有脉冲功率源串联接入电路、且每组高压脉冲发生装置内的两个脉冲功率源在空间上相对分布；所述N组高压脉冲发生装置的输出电极部分集成一体，构成N+1个电极同轴结构，且用于配置N个负载；所述脉冲功率源采用感应叠加型脉冲功率源，所述N为≥2的正整数。本实用新型提出基于感应叠加型脉冲功率装置的共轴照相技术，可以实现MV以上电压(1MV～10MV)、大电流(10kA～100kA)的多个二极管共轴排列，按照预定的时序工作，可实现较为理想的共轴多幅照相。
Description
技术领域
本实用新型属于脉冲技术领域，具体涉及一种多脉冲闪光照相驱动装置，可用于但不限于闪光照相技术领域。
背景技术
闪光照相利用脉冲功率装置产生短脉冲(脉宽数十ns)硬X射线穿透客体，接收穿透客体后包含客体信息的X射线，由于X射线脉宽很短，因此可以获得高速运动的客体内部的图像，闪光照相是研究高速运动过程的重要手段。通常情况下，利用脉冲功率装置产生高功率电脉冲，高功率电脉冲加载到二极管产生聚焦的强流相对论电子束轰击高Z物质靶发生轫致辐射产生X射线。要想记录一个高速运动客体内部某个视角不同时刻的图像，需要在同一个角度进行多幅照相，就需要产生共轴的多脉冲X射线。
在MV量级高电压条件下常用的闪光照相二极管(Rod-pinch diode,Self-Pinchdiode等) 由于沉积能量大，工作过程是破坏性的，因而无法实现重复工作。现有的折衷方案是采用多台脉冲功率装置，分别驱动二极管产生X-射线，采用特殊设计使得多个二极管在空间上靠近，实现近似的共轴多幅照相。现有文献(Sorenson,Danny Scott；Pazuchanics,P.；Wood,M.；Update: Red Sage soft radiography,LA-UR-16-23467)提供了一个范例，如图1为单个脉冲的X射线照相装置，由于其工作电压较低(管电压～200kV)，高电压绝缘问题容易解决，其二极管区可以非常紧凑，可以采用多个二极管靠紧排列实现近似共轴多幅照相，图2为基于图1装置的 4幅照相装置排列。然而，在需要很高X射线剂量和剂量率的应用场合，需要更高电压(大于1MV)和更强电流(大于10kA)，装置不可能很紧凑，多个二极管不可能靠的很近，因此，照相几何上的偏差不可避免，无法获得较为理想的共轴多幅照相效果。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：在需要很高X射线剂量和剂量率的应用场合，需要更高电压和更强电流，由于高电压绝缘问题，装置不可能很紧凑，多个二极管不可能靠的很近，因此，照相几何上的偏差不可避免，无法获得较为理想的共轴多幅照相效果；本实用新型提供了解决上述问题的一种多脉冲闪光照相驱动装置。本实用新型提出基于感应叠加型脉冲功率装置的共轴照相技术，可以实现MV以上电压(1MV～10MV)、大电流(10kA～100kA) 的多个二极管共轴排列，按照预定的时序工作，可实现较为理想的共轴多幅照相。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种多脉冲闪光照相驱动装置，采用N组串联的高压脉冲发生装置，每组高压脉冲发生装置包括两个脉冲功率源，所有脉冲功率源串联接入电路、且每组高压脉冲发生装置内的两个脉冲功率源在空间上相对分布；所述N组高压脉冲发生装置的输出电极部分集成一体，构成N+1个电极同轴结构，且用于配置N个负载；所述脉冲功率源采用感应叠加型脉冲功率源，所述N为≥2的正整数。
进一步地，采用感应叠加型脉冲功率源IVA或感应叠加型脉冲功率源LTD。
进一步地，所述N个负载均为正极性、或均为负极性、或互为正负极组合。负载上所得加载电压极性可根据需求灵活配置。
进一步地，所述负载包括X射线二极管。用于驱动X射线二极管是一种电性应用，有极大地实用价值，亦可用于其他场合。
进一步地，在用于二极管X闪光照相时，相邻负载之间设置隔离板，所述隔离板用于做空间隔离及电气隔离。
进一步地，包括两组串联的高压脉冲发生装置：发生装置I和发生装置II；所述发生装置I包括脉冲功率源I和脉冲功率源II，所述发生装置II均包括脉冲功率源III和脉冲功率源 IV；所述脉冲功率源III、脉冲功率源I、脉冲功率源II和脉冲功率源IV四者的次级端依次串联；脉冲功率源I和脉冲功率源II共导体处引出两条电极I，脉冲功率源I和脉冲功率源III 共导体处、脉冲功率源II和脉冲功率源IV共导体处分别各引出一条电极II，脉冲功率源III 和脉冲功率源IV的次级端各引出一条电极III；电极I、电极II和电极III三者共轴设置；电极I、电极II和电极III三个电极用于配置两个负载。
进一步地，工作状态下，所述电极I和电极II之间用于配置一个负载，电极II和电极III 之间用于配置另一个负载。
上述共轴闪光照相装置的应用，通过设置N组高压脉冲发生装置不同的放电时间间隔，获得不同时序的脉冲输出。
进一步地，适用于工作电压＞1MV、工作电流大于10kA的条件，而现有其他技术无法适用于此种高电压、强电流工作条件。
感应叠加型脉冲功率源(IVA或LTD)由于磁芯的感应隔离作用，使得从外部看，负载的两端均处于接地状态。这种特性使得两组脉冲功率源(IVA或LTD)串联合并为一台双脉冲装置成为可能，且其输出结构能够为两个二极管共轴放置提供条件。在此配置下，两组脉冲功率源(IVA或LTD)可以在不同时刻工作，驱动两个二极管进行较为准确的两幅共轴照相。具体方案如下：IVA感应腔或LTD模块分为两组：发生装置I和发生装置II。发生装置 I的输出为电极I和电极II构成的同轴线，工作时电极I为高压电极，电极II为地电极；发生装置II输出为电极II和电极III构成的同轴线，工作时电极II为高压电极，电极III为地电极。由于磁芯的感应隔离作用，两组IVA感应腔或LTD模块可视为两个完全独立的装置，可以根据需求任意设置不同的延时，为避免二极管放电产物的影响，必须发生装置I先放电，发生装置II后放电。
本实用新型具有如下的优点和有益效果：
如果要获得高速动态过程同一个角度不同时刻的图像，需要共轴多幅闪光照相。在MV 量级高电压条件下常用的闪光照相二极管(Rod-pinch diode,Self-Pinch diode等)由于沉积能量大，工作过程是破坏性的，因而无法实现重复工作；而由于常规功率源输出结构的限制，无法实现多个二极管共轴排布。因此，很难实现共轴多幅照相。现有的折中办法是利用多台功率源，分别驱动二极管，使二极管在空间上尽可能靠近，从而实现近似共轴照相，这种方法只能应用于电压较低的场合，在较高电压(大于1MV)的应用场合，由于高电压以及装置体积的限制，多个二极管不可能靠的很近，因此，照相几何上的偏差不可避免。
本实用新型以感应叠加型脉冲功率源(IVA或LTD)由于磁芯的感应隔离作用，使得从外部看，负载的两端均处于接地状态。这种特性使得多组脉冲功率源(IVA或LTD)串联合并为一台双脉冲装置成为可能，且其输出结构能够为多个二极管共轴放置提供条件。在此配置下，多组脉冲功率源(IVA或LTD)可以在不同时刻工作，驱动二极管进行较为准确的多幅共轴照相。规避了强流二极管不能重复使用因而不能产生两个X射线脉冲的局限，也规避了其他技术方案中多个二极管靠近排布但不能同一轴线的局限。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为单个低电压X射线照相装置高电压传输及二极管区示意图；
图2为低电压条件下4幅X射线照相装置二极管区配置示意图；
图3为本实用新型的同轴双脉冲照相装置总体示意图；
图4为两个正极性RPD配置
图5为两个负极性RPD配置。
附图3-5中标记及对应的零部件名称：1-电极I，2-电极II，3-电极III，4-磁芯，5-感应腔，A-发生装置I，B-发生装置II。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
本实施例提供了一种多脉冲闪光照相驱动装置，采用N组串联的高压脉冲发生装置，每组高压脉冲发生装置包括两个脉冲功率源，所有脉冲功率源串联接入电路、且每组高压脉冲发生装置内的两个脉冲功率源在空间上相对分布；N组高压脉冲发生装置的输出电极部分集成一体，构成N+1个电极同轴结构，且用于配置N个负载，呈嵌套结构；所述脉冲功率源采用感应叠加型脉冲功率源，N为≥2的正整数。
感应叠加型脉冲功率源(IVA或LTD)由于磁芯的感应隔离作用，使得从外部看，负载的两端均处于接地状态。这种特性使得多组脉冲功率源(IVA或LTD)串联合并为一台双脉冲装置成为可能，且其输出结构能够为多个二极管共轴放置提供条件。在此配置下，多组脉冲功率源(IVA或LTD)可以在不同时刻工作，驱动二极管进行较为准确的多幅共轴照相。
实施例2
本实施例提供了一种多脉冲闪光照相驱动装置，如图1所示，包括两组串联的高压脉冲发生装置：发生装置I和发生装置II；发生装置I包括脉冲功率源I和脉冲功率源II；发生装置II均包括脉冲功率源III和脉冲功率源IV，每个脉冲功率源采用感应电压叠加器或直线变压驱动源。脉冲功率源III、脉冲功率源I、脉冲功率源II和脉冲功率源IV四者的次级端依次串联。脉冲功率源I和脉冲功率源II共导体处引出两条电极I，脉冲功率源I和脉冲功率源III 共导体处、脉冲功率源II和脉冲功率源IV共导体处分别各引出一条电极II，脉冲功率源III 和脉冲功率源IV的次级端各引出一条电极III。
电极I、电极II和电极III三者共轴设置；电极I、电极II和电极III三个电极用于配置两个负载，负载为X射线二极管，两个X射线二极管均为正极性、或均为负极性、或互为正负极组合。
负载区(产生X射线的二极管，即前面功率源的负载)如图4和5所示，由于IVA或LTD可工作在不同的极性，可以设置不同的二极管配置。仅举两例：图4为两个正极性RPD配置，工作时，一组发生装置I的输出电极I为正高压，电极I为地电位；另一组发生装置II 的输出电极II为正高压，电极III为地电位。同理，图5为两个负极性RPD配置，工作时，一组发生装置的输出电极I为负高压，电极II为地电位；另一组发生装置II的输出电极II 为负高压，电极III为地电位。亦可正负搭配。两个二极管之间以1mm的隔离板(本实施例采用铝板)做空间隔离即可，不会对X射线造成太大衰减。前后二极管完全共轴的情况下，前面的二极管阳极(高Z材料)可能影响后面的X射线传输，可稍微错开位置。
综上所述，本实施例以感应电压叠加器(Induction Voltage Adder,IVA)和直线变压驱动源(Linear transformer driver,LTD)为高压脉冲产生装置，采用两组IVA或LTD在空间结构上串联的方法，将两组IVA或LTD的输出部分集成为一体，构成一个三同轴结构，该结构在空间上配置两个X射线二极管，且两个X射线二极管在同一轴线排布。通过设置两组IVA 或LTD不同的放电时间间隔，可以获得按照预先设置时序的两个X射线脉冲。规避了强流二极管不能重复使用因而不能产生两个X射线脉冲的局限，也规避了其他技术方案中多个二极管靠近排布但不能同一轴线的局限；可适用于＞1MV的高电压和＞10kA的强电流条件下(1～10MV、10～100kA)，能够满足高X射线剂量和剂量率应用场合的需求。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多脉冲闪光照相驱动装置，其特征在于，采用N组串联的高压脉冲发生装置，每组高压脉冲发生装置包括两个脉冲功率源，所有脉冲功率源串联接入电路、且每组高压脉冲发生装置内的两个脉冲功率源在空间上相对分布；所述N组高压脉冲发生装置的输出电极部分集成一体，构成N+1个电极同轴结构，且用于配置N个负载；
所述脉冲功率源采用感应叠加型脉冲功率源，所述N为≥2的正整数。
2.根据权利要求1所述的一种多脉冲闪光照相驱动装置，其特征在于，所述脉冲功率源采用感应叠加型脉冲功率源IVA或感应叠加型脉冲功率源LTD。
3.根据权利要求1所述的一种多脉冲闪光照相驱动装置，其特征在于，所述N个负载均为正极性、或均为负极性、或互为正负极组合。
4.根据权利要求1所述的一种多脉冲闪光照相驱动装置，其特征在于，所述负载包括X射线二极管。
5.根据权利要求4所述的一种多脉冲闪光照相驱动装置，其特征在于，在用于二极管X闪光照相时，相邻负载之间设置隔离板，所述隔离板用于做空间隔离及电气隔离。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种多脉冲闪光照相驱动装置，其特征在于，包括两组串联的高压脉冲发生装置：发生装置I和发生装置II；所述发生装置I包括脉冲功率源I和脉冲功率源II，所述发生装置II均包括脉冲功率源III和脉冲功率源IV；
所述脉冲功率源III、脉冲功率源I、脉冲功率源II和脉冲功率源IV四者的次级端依次串联；
脉冲功率源I和脉冲功率源II共导体处引出两条电极I，脉冲功率源I和脉冲功率源III共导体处、脉冲功率源II和脉冲功率源IV共导体处分别各引出一条电极II，脉冲功率源III和脉冲功率源IV的次级端各引出一条电极III；
电极I、电极II和电极III三者共轴设置；电极I、电极II和电极III三个电极用于配置两个负载。
7.根据权利要求6所述的一种多脉冲闪光照相驱动装置，其特征在于，工作状态下，所述电极I和电极II之间用于配置一个负载，电极II和电极III之间用于配置另一个负载。
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| CN202020284867.5U CN211831305U (zh) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | 一种多脉冲闪光照相驱动装置 |
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