DE102009036940A1 - Aging condition determining method for cathode of x-ray tube of x-ray system, involves outputting value representing aging condition of cathode, where value is numbered around determined dependency that deviates from output dependency - Google Patents

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Oliver Heuermann
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Abstract

The method involves determining dependency of electric current flowing through carbon nanotube (CNT) cathodes (112-1 to 112-n) of an x-ray tube (110) on electric voltage applied at the cathodes. A value representing an aging condition of the cathodes is outputted, where the value is numbered around the determined dependency that deviates from an output dependency between the electric current and the electric voltage, and the output dependency is determined at a defined early time period. The number of electric sparkover in the x-ray tube is determined at the defined time period. An independent claim is also included for an x-ray system comprising a programmable controller for determining dependency of cathode current on cathode voltage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem der Alterungszustand einer Kathode einer Röntgenröhre ermittelt und überwacht werden kann, um sich anbahnende Ausfälle zu erkennen.The The present invention relates to a method by which the state of aging a cathode of an x-ray tube is detected and monitored can be used to detect impending failures.

Es ist bekannt, in Röntgenröhren die klassischen thermischen Kathoden durch sogenannte Kohlenstoffnanoröhren, auch genannt Carbon Nanotubes (CNT), zu ersetzen. Kohlenstoffnanoröhren können so gestaltet werden, daß sie Elektronen durch Feldemission abgeben und als leistungsfähige Elektronenemitter für flache und selbstleuchtende Feldemissionsdisplays oder auch als Kathoden in Röntgenröhren dienen.It is known in x-ray tubes the classic thermal cathodes through so-called carbon nanotubes, also called Carbon Nanotubes (CNT), to replace. Carbon nanotubes can be designed so that they electron by field emission and as a powerful electron emitter for flat and self-illuminating field emission displays or as well Cathodes serve in x-ray tubes.

Aus dem Artikel ”Stationary scanning x-ray source based on carbon nanotube field emitters”, erschienen im Jahr 2005 in Applied Physics Letters 86, 184104 ist eine besonders interessante Ausgestaltung einer Röntgenröhre bekannt. Bei dieser werden in einer Röhre mehrere CNT-Kathoden angeordnet. Eine solche Multikathodenröhre erlaubt eine räumliche Auflösung, was mit herkömmlichen Einkathodenröhren nur durch mechanische Verschiebung der Röntgenröhre erzielt werden kann.Out the article "Stationary scanning x-ray source based on carbon nanotube field emitters ", published in 2005 in Applied Physics Letters 86, 184104 is a particularly interesting Design of an X-ray tube known. at These are arranged in a tube several CNT cathodes. A Such a multi-cathode tube allows a spatial Resolution, what with conventional single-cathode tubes only by mechanical displacement of the X-ray tube can be achieved.

Sowohl bei klassischen Röntgenröhren als auch bei Röntgenröhren mit CNT-Kathoden bestimmt sich die Lebensdauer hauptsächlich aus der Emissionsfähigkeit der Kathode. Speziell bei den genannten feldemissionsgesteuerten Kathoden tritt im Laufe der Zeit eine Verschlechterung des elektronenemittierenden Materials ein. Überschreitet der Grad der Verschlechterung eine bestimmte Schwelle, ist das Lebensende der Röhre erreicht, und sie muß äußerst kurzfristig ausgetauscht werden, um die Verfügbarkeit der gesamten Röntgenanlage zu gewährleisten.Either in classical X-ray tubes as well as in X-ray tubes With CNT cathodes, the lifespan is mainly determined from the emissivity of the cathode. Especially with the mentioned field emission controlled cathodes occurs over time a deterioration of the electron-emitting material. exceeds the degree of deterioration a certain threshold, is the end of life reaches the tube, and it must be extremely short term be exchanged to the availability of the entire X-ray system to ensure.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System anzugeben, mit dem der Alterungszustand von Kathoden von Röntgenröhren ermittelt werden kann.It is therefore an object of the present invention, a method and to provide a system with which the state of aging of cathodes can be determined by X-ray tubes.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung des Alterungszustandes einer Kathode einer Röntgenröhre, das folgende Schritte aufweist:

  • – Ermitteln der Abhängigkeit eines durch die Kathode fließenden elektrischen Stroms von einer an der Kathode angelegten elektrischen Spannung; und
  • – Ausgeben eines den Alterungszustand repräsentierenden Wertes, der um so größer ist, je stärker die ermittelte Abhängigkeit von einer zu einem definierten, früheren Zeitpunkt ermittelten Ausgangsabhängigkeit zwischen dem durch die Kathode fließenden elektrischen Strom und der an der Kathode angelegten elektrischen Spannung abweicht.
This object is achieved by a method for determining the state of aging of a cathode of an x-ray tube, comprising the following steps:
  • Determining the dependence of an electrical current flowing through the cathode from an electrical voltage applied to the cathode; and
  • - Outputting a value representing the aging state, the greater the greater the determined dependence on a determined at a defined, earlier time output dependence between the current flowing through the cathode electric current and the voltage applied to the cathode voltage.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich die Zahl der elektrischen Überschläge in der Röntgenröhre seit dem definierten Zeitpunkt ermittelt werden, wobei dann der ausgegebene, den Alterungszustand repräsentierende Wert um so größer ist, je größer die Zahl der elektrischen Überschläge in der Röntgenröhre ist.In a development of the present invention may additionally the number of electrical flashovers in the x-ray tube be determined since the defined time, in which case the output value representing the state of aging the bigger, the bigger the number of electrical flashovers in the x-ray tube is.

Zur Ermittlung der Zahl der elektrischen Überschläge in der Röntgenröhre kann dabei der Röhreninnendruck gemessen werden.to Determination of the number of electrical flashovers in the x-ray tube can be the tube internal pressure be measured.

Vorzugsweise wird der Röhreninnendruck indirekt gemessen, indem ein Pumpenstrom einer Vakuumionenpumpe, mit welcher der Röhreninnendruck aufrechterhalten wird, gemessen wird.Preferably the tube internal pressure is measured indirectly by a Pump current of a vacuum ion pump, with which the tube internal pressure is maintained, is measured.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der zeitliche Verlauf des den Alterungszustand repräsentierenden Wertes genutzt, um ein Lebensdauerende der Röntgenröhre vorherzusagen. Dabei kann eine definierte Zeit vor Erreichen des vorhergesagten Lebensdauerendes eine Alarmmeldung erzeugt und an eine Servicezentrale abgesendet werden.In an advantageous embodiment of the invention is the temporal Course of the value representing the state of aging used to end of life of the x-ray tube predict. It can be a defined time before reaching the predicted end of life generates an alarm message and on sent a service center.

In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die ermittelte Abhängigkeit des Kathodenstroms von der Kathodenspannung in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt und zur Ermittlung der für einen gewünschten Kathodenstrom notwendigen Kathodenspannung genutzt.In a further development of the invention Method is the determined dependence of the cathode current from the cathode voltage in a nonvolatile memory filed and to determine the for a desired Cathode current necessary cathode voltage used.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Röntgensystem umfassend eine Röntgenröhre und eine Steuerung, welche zumindest einen Speicher, einen programmierbaren Controller sowie Meßmittel für einen Kathodenstrom und eine Kathodenspannung einer Kathode der Röntgenröhre aufweist, wobei der programmierbare Controller die Abhängigkeit des Kathodenstroms von der Kathodenspannung ermittelt und einen den Alterungszustand repräsentierenden Wertes ausgibt, der um so größer ist, je stärker die ermittelte Abhängigkeit von einer zu einem definierten, früheren Zeitpunkt ermittelten Ausgangsabhängigkeit zwischen Kathodenstrom und Kathodenspannung abweicht.object The invention further comprises an X-ray system comprising a X-ray tube and a controller, which at least a memory, a programmable controller and measuring means for a cathode current and a cathode voltage of a cathode of X-ray tube, wherein the programmable Controller the dependence of the cathode current of the Determined cathode voltage and representing the aging state The higher the value, the greater the stronger the determined dependence of one to one defined, previously determined output dependency differs between cathode current and cathode voltage.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen:in the Following are embodiments of the present invention Invention explained in more detail with reference to three figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Röntgensystems mit einer Röntgenröhre, die eine Vielzahl von Kathoden aufweist; 1 a schematic representation of a portion of an X-ray system with an X-ray tube having a plurality of cathodes;

2 den Ablauf eines Verfahrens zur Ermittlung des Alterungszustandes der Röntgenröhre gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; und 2 the sequence of a method for determining the aging state of the x-ray tube according to an embodiment of the invention; and

3 den Ablauf eines Verfahrens zur Regelung des Kathodenstroms basierend auf der durch das Verfahren der 2 ermittelten Kennlinie(n). 3 the sequence of a method for controlling the cathode current based on the by the method of 2 determined characteristic (s).

In 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Röntgenröhre 110 mit einer Vielzahl n von CNT-Kathoden 1121...112n im evakuierten Bereich 111. Jede der CNT-Kathoden 1121...112n wird durch eine gesonderte Kathodenleitung 1131...113n versorgt. Ferner sind im evakuierten Bereich 111 ein Gitter 115 und eine Anode 116 angeordnet. Außerhalb des evakuierten Bereichs 111 befinden sich weitere Komponenten des Röntgensystems, in welches die Röntgenröhre 110 eingebettet ist: eine mit dem Gitter 115 elektrisch leitend verbundene Gitterspannungsversorgung 120, eine mit der Anode 116 elektrisch leitend verbundene Anodenspannungsversorgung 130, und Kathodenspannungsstellglieder 1401...140n. Typische Gitterspannungen betragen 5 kV; typische Anodenspannungen betragen zwischen 20 kV und 180 kV.In 1 shows a schematic representation of an x-ray tube 110 with a variety n of CNT cathodes 1121 ... 112n in the evacuated area 111 , Each of the CNT cathodes 1121 ... 112n is through a separate cathode line 1131 ... 113n provided. Further, in the evacuated area 111 a grid 115 and an anode 116 arranged. Outside the evacuated area 111 There are other components of the X-ray system, in which the X-ray tube 110 is embedded: one with the grid 115 electrically conductive grid voltage supply 120 , one with the anode 116 electrically conductively connected anode voltage supply 130 , and cathode voltage actuators 1401 ... 140n , Typical grid voltages are 5 kV; typical anode voltages are between 20 kV and 180 kV.

Jede CNT-Kathode 1121...112n weist eine parasitäre Kapazität 1191...119n auf, deren Ladezustand sich bei einer Änderung der Anodenspannung ebenfalls ändert.Every CNT cathode 1121 ... 112n has a parasitic capacity 1191 ... 119n on, the state of charge also changes with a change in the anode voltage.

Eine für die präzise Steuerung des Kathodenstroms wichtige Größe ist die Spannung UGK zwischen Gitter 115 und jeweils aktiver Kathode 112. Diese wird beispielsweise durch Differenzbildung in Mitteln 150 zum Ermitteln von UGK ermittelt. Hierzu sind die Mittel 150 sowohl mit allen Kathoden 112 als auch mit dem Gitter 115 verbunden. Zusätzlich erhalten die Mittel 150 die Information, welche der Kathoden 112 gerade aktiv ist bzw. aktiv sind (nicht dargestellt).An important quantity for the precise control of the cathode current is the voltage U GK between grids 115 and each active cathode 112 , This is done, for example, by subtraction in means 150 to determine U GK determined. These are the means 150 both with all cathodes 112 as well as with the grid 115 connected. In addition, the funds received 150 the information which of the cathodes 112 is currently active or active (not shown).

Die Mittel 150 geben den Wert der Spannung UGK zwischen Gitter 115 und jeweils aktiver Kathode 112 an einen Spannungsregler 160 aus. Dieser erhält von einem zentralen Steuerelement 170 des Systems als zweiten Eingabewert den aktuellen Sollwert US der Spannung zwischen Gitter und Kathode. Spannungsregler 160 vergleicht den Ist-Wert UGK mit dem Sollwert US und generiert ein Korrektursignal K, welches an ein der jeweils aktiven Kathode 112 zugeordnetes Stellglied 140 ausgegeben wird. Das jeweilige Stellglied 1401...140n modifiziert ansprechend auf das Korrektursignal die Kathodenspannung. Mit diesem modifizierten Wert beginnt der Ablauf von neuem und wird kontinuierlich fortgesetzt, bis der Wert von UGK dem Sollwert US entspricht.The means 150 give the value of the voltage U GK between grids 115 and each active cathode 112 to a voltage regulator 160 out. This receives from a central control 170 of the system as a second input value, the current desired value U S of the voltage between the grid and the cathode. voltage regulators 160 compares the actual value U GK with the desired value U S and generates a correction signal K, which is applied to one of the respectively active cathode 112 associated actuator 140 is issued. The respective actuator 1401 ... 140n modifies the cathode voltage in response to the correction signal. With this modified value, the process starts again and continues continuously until the value of U GK corresponds to the setpoint U S.

Der Wert der Spannung UGK zwischen Gitter 115 und jeweils aktiver Kathode 112 wird außerdem an die Steuerung 170 geliefert, da mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel diese Größe geregelt wird, um eine indirekte Regelung des Kathodenstromes IK zu erreichen. Weitere Details zu dieser Regelung können der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2009 017 649.7 der gleichen Anmelderin entnommen werden.The value of the voltage U GK between grids 115 and each active cathode 112 will also be sent to the controller 170 delivered with the in 1 illustrated embodiment, this size is regulated in order to achieve an indirect control of the cathode current I K. Further details of this scheme can the patent application with the file number DE 10 2009 017 649.7 taken from the same applicant.

1 zeigt weiters einen Überschlagsdetektor 180, an den als erster Eingabewert die Gitterspannung UG geliefert wird. Der Überschlagsdetektor 180 erhält als zweiten Eingabewert den Meßwert IK für den Kathodenstrom, der beispielsweise durch Spannungsmessung über einem Shunt 175 ermittelt wird. Aus den beiden Eingabewerten UG und IK kann abgeleitet werden, ob ein Überschlag stattgefunden hat. Falls ja, wird dieses an die zentrale Steuerung 170 signalisiert, welche die Überschläge pro Kathode oder insgesamt für die Röhre 110 zählt. 1 also shows a rollover detector 180 to which the grid voltage U G is supplied as the first input value. The rollover detector 180 receives as a second input value the measured value I K for the cathode current, for example, by measuring voltage across a shunt 175 is determined. From the two input values U G and I K can be deduced whether a rollover has occurred. If so, this is sent to the central controller 170 signals which the flashovers per cathode or in total for the tube 110 counts.

Zusätzlich können Mittel 190 zur Messung des Röhreninnendrucks vorgesehen sein, die den aktuellen Innendruck der Röhre 110 an die Steuerung 170 signalisieren. Nach einem Überschlag steigt der Röhreninnendruck sprunghaft an. Dies kann in Kombination mit oder alternativ zum Überschlagsdetektor 180 genutzt werden, um die Überschläge pro Kathode oder insgesamt für die Röhre 110 zu detektieren und zu zählen. Das Wissen über die Zahl der Überschläge ist von besonderer Bedeutung, da jeder Überschlag zu besonders starker Abnutzung der jeweiligen Kathode und damit zu beschleunigter Alterung führt.In addition, funds can 190 be provided for measuring the tube internal pressure, which is the current internal pressure of the tube 110 to the controller 170 signal. After a rollover, the internal tube pressure increases abruptly. This may be in combination with or as an alternative to the rollover detector 180 can be used to calculate the flashovers per cathode or in total for the tube 110 to detect and count. The knowledge of the number of flashovers is of particular importance, since each flashover leads to particularly heavy wear of the respective cathode and thus to accelerated aging.

Ferner kann vorgesehen werden, die Röhre abzuschalten, wenn der Meßwert des Röhreninnendrucks einen kritischen Wert (beispielsweise 10–6 Torr entsprechend 10 μA Pumpenstrom einer vorzugsweise zur Aufrechterhaltung des Vakuums eingesetzten Vakuumionenpumpe) übersteigt. Bei zu hohem Innendruck würden weitere Überschläge auftreten, durch welche die Abnutzung und Alterung weiter voranschreiten würde. Erst wenn der Röhreninnendruck den kritischen Wert wieder unterschreitet, wird der Betrieb der Röhre wieder zugelassen.Further, provision may be made for the tube to be turned off when the internal tube pressure reading exceeds a critical value (eg, 10 -6 Torr, corresponding to 10 μA pump current of a vacuum ion pump, preferably used to maintain the vacuum). If the internal pressure was too high, further flashovers would occur which would further increase wear and aging. Only when the tube internal pressure falls below the critical value, the operation of the tube is allowed again.

2 zeigt ein Beispiel des in der Steuerung 170 ablaufenden Verfahrens. In einem ersten Schritt 210 wird für jede Kathode 112 eine Referenzkennlinie ermittelt, d. h. es wird ein definierter Zeitpunkt gewählt, zu dem für jede Kathode die Abhängigkeit zwischen dem durch die Kathode 112 fließenden elektrischen Strom IK und der vom jeweiligen Spannungsstellglied 140 an der Kathode 112 angelegten elektrischen Spannung ermittelt wird. Als definierte Zeitpunkte kommen insbesondere der Zeitpunkt der erstmaligen Inbetriebnahme der Röhre, der Zeitpunkt des Abschlusses etwaiger Kalibrierungsmaßnahmen des Systems oder der Zeitpunkt der Installation des Systems am Einsatzort infrage. Die für jede Kathode 112 ermittelte Referenzkennlinie wird in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuerung 170 abgelegt (Schritt 220). Schritte 210 und 220 können als ”Initialisierungsphase” des Verfahrens betrachtet werden; sie werden für jede Röntgenröhre 110 üblicherweise nur einmal ausgeführt und dann erst wieder, wenn eine neue Röntgenröhre in das Röntgensystem eingebaut wird. 2 shows an example of the in the controller 170 expiring procedure. In a first step 210 is for every cathode 112 a reference characteristic is determined, ie it is selected a defined time, to which for each cathode, the dependence between the by the cathode 112 flowing electric current I K and the respective voltage actuator 140 at the cathode 112 applied electrical voltage is determined. In particular, the time of initial start-up of the tube, the time of completion of any calibration measures of the system or the time of installation of the system at the place of use are considered as defined times. The for each cathode 112 determined reference characteristic is not in a volatile memory of the controller 170 filed (step 220 ). steps 210 and 220 may be considered as the "initialization phase" of the process; they become for each x-ray tube 110 Usually run only once and then only when a new X-ray tube is installed in the X-ray system.

Eine ”Betriebsphase” des Verfahrens beginnt mit Schritt 230, der zu vorgegebenen Zeitpunkten für die aktuelle Kennlinie jede Kathode 112 ermittelt. Vorgegebene Zeitpunkte können beispielweise sein: einmal täglich oder einmal wöchentlich beim Hochfahren des Systems oder vor/nach jeder Verwendung der Röhre. Diese aktuelle Kennlinie kann optional ebenfalls im nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden, um den zeitlichen Verlauf der alterungsbedingten Kennlinienverschiebung festzuhalten. Einerseits ermöglicht dies eine präzisere Lebensdauervorhersage, andererseits kann die Historie gemeinsam mit anderen Daten für den Röhrenhersteller wichtige Aufschlüsse zur Verbesserung der Röhre liefern.An "operating phase" of the process begins with step 230 , which at given times for the current characteristic each cathode 112 determined. Predetermined times may be, for example, once a day or once a week when the system is booted or before / after each use of the tube. This current characteristic curve can optionally also be stored in non-volatile memory in order to record the time course of the aging-related characteristic shift. On the one hand, this allows a more accurate lifetime prediction, on the other hand, along with other data, the history can provide important information to the tube manufacturer for improving the tube.

In einem Schritt 240 wird zunächst aus der Referenzkennlinie und der aktuellen Kennlinie eine Kennlinienverschiebung ermittelt, d. h. der Abweichung der aktuellen Kennlinie von der Referenzkennlinie. Daraus wird in Schritt 240 ein den Alterungszustand repräsentierender Wert berechnet, der um so größer ist, je stärker die Kennlinienverschiebung ist. Als den Alterungszustand repräsentierender Wert kann beispielsweise die Differenz zwischen den Kathodenspannungen gewählt werden, die für die Referenzkennlinie und die aktuelle Kennlinie jeweils notwendig sind, um ein bestimmten, typischen Kathodenstrom zu erreichen. Andere, insbesondere statistische, Kenngrößen sind natürlich ebenso denkbar, etwa die mittlere Differenz zwischen den Kathodenspannungen über alle Kathodenstromwerte.In one step 240 First, a characteristic displacement is determined from the reference characteristic curve and the current characteristic curve, ie the deviation of the current characteristic curve from the reference characteristic curve. This will be in step 240 calculates a value representing the aging state, which is the greater, the stronger the characteristic shift is. As the value representing the state of aging, for example, the difference between the cathode voltages necessary for the reference characteristic and the actual characteristic, respectively, can be selected to achieve a certain, typical cathode current. Other, in particular statistical, characteristics are of course also conceivable, for example the mean difference between the cathode voltages across all cathode current values.

Optional werden in Schritt 240 zur Ermittlung des den Alterungszustand repräsentierenden Wertes die Zahl der Überschläge verwendet, die vom Überschlagsdetektor 180 und/oder den Druckmeßmitteln 190 detektiert und von der Steuerung 170 gezählt werden. Die Berücksichtigung erfolgt derart, daß der den Alterungszustand repräsentierende Wert mit jedem Überschlag erhöht wird.Optionally be in step 240 to determine the value representing the state of aging, the number of flashovers used by the rollover detector 180 and / or the pressure measuring means 190 detected and from the controller 170 be counted. The consideration is such that the value representing the state of aging is increased with each rollover.

In Schritt 250 wird schließlich ausgewertet, ob der Alterungszustand einen kritischen Wert übersteigt. Ist dies der Fall, ist das Lebensdauerende der Röhre 110 nahe und es wird eine Alarmmeldung erzeugt und an eine Servicezentrale abgesendet, um für rechtzeitigen Austausch der Röhre vor deren Ausfall zu sorgen.In step 250 Finally, it is evaluated whether the aging condition exceeds a critical value. If this is the case, the end of life of the tube 110 Close and an alarm message is generated and sent to a service center to ensure timely replacement of the tube before its failure.

Der Alterungszustand kann im Verfahren gemäß 2 zunächst pro Kathode ermittelt und verarbeitet werden, wobei dann aus diesen Einzelwerten ein gemeinsamer Wert für den Alterungszustand der Röhre gebildet wird. Bei der Bildung des gemeinsamen Wertes wird insbesondere berücksichtigt, ob der Ausfall einzelner Kathoden die Röhre bereits unbrauchbar macht. In diesem Fall bestimmt letztendlich die Kathode mit dem fortgeschrittensten Alterungszustand den Gesamtalterungszustand der Röhre. Können hingegen einzelne Ausfälle durch benachbarte Kathoden kompensiert werden, wird dies bei der Berechnung des den Gesamtalterungszustand repräsentierenden Wertes entsprechend berücksichtigt.The state of aging can be determined in the method according to 2 are first determined and processed per cathode, in which case a common value for the aging state of the tube is formed from these individual values. In the formation of the common value is considered in particular whether the failure of individual cathodes makes the tube already useless. In this case, ultimately, the cathode with the most advanced state of aging determines the overall aging state of the tube. On the other hand, if individual failures can be compensated by neighboring cathodes, this is considered accordingly in the calculation of the value representing the overall aging state.

Wie bereits erwähnt kann, sofern der Steuerung 170 genügend nichtflüchtiger Speicherplatz zur Verfügung steht, auch eine Historie von Kennlinien abgelegt werden. Dann kann anstelle des Vergleichs der aktuellen Kennlinie mit der Referenzkennlinie auch der zeitliche Verlauf der Kennlinienänderung ausgewertet werden, um zu einer besseren Vorhersage des Erreichens des Lebensendes der Röhre 110 zu gelangen.As mentioned earlier, provided the controller 170 enough non-volatile memory is available, also a history of characteristics are stored. Then, instead of comparing the current characteristic curve with the reference characteristic curve, it is also possible to evaluate the time profile of the characteristic change, in order to better predict the end of life of the tube 110 to get.

In 3 schließlich ist dargestellt, wie die erfaßten Kennlinien für eine Regelung des Kathodenstroms IK einer Kathode genutzt werden können. Voraussetzung hierfür ist, daß die jeweils aktuellste Kennlinie im Speicher der Steuerung 170 vorliegt.In 3 Finally, it is shown how the detected characteristics can be used to control the cathode current I K of a cathode. The prerequisite for this is that the respectively most recent characteristic curve in the memory of the controller 170 is present.

In einem Schritt 310 wird der vom Spannungsregler 140 der jeweiligen Kathode 112 einzustellende Kathodenspannungssollwert aus der Kennlinie anhand des gewünschten Kathodenstroms ermittelt und eingestellt. Im Schritt 320 wird der sich einstellende tatsächliche Kathodenstrom IK gemessen. Ergibt der in einem Schritt 330 durchgeführte Vergleich zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Kathodenstroms eine die zulässige Toleranz überschreitende Differenz, wird in einem Schritt 340 anhand der Differenz ein neuer Spannungssollwert aus der Kennlinie ermittelt. Dabei kann der Anstieg der aktuellen Kennlinie im Bereich des Spannungssollwertes (oder eine höhere Ableitung) berücksichtigt werden, um zu einer möglichst zutreffenden Ermittlung des neuen Spannungssollwertes zu gelangen. Im Schritt 350 wird der neue Spannungssollwert eingestellt, und das Verfahren beginnt erneut mit Schritt 320.In one step 310 becomes the voltage regulator 140 the respective cathode 112 to be set cathode voltage setpoint from the characteristic using the desired cathode current and set. In step 320 the actual cathode current I K is measured. Results in one step 330 Carried out comparison between the setpoint and the actual value of the cathode current is a difference exceeding the allowable tolerance, is in one step 340 Based on the difference, a new voltage setpoint is determined from the characteristic curve. In this case, the increase in the current characteristic in the range of the voltage setpoint (or a higher derivative) can be taken into account in order to arrive at the most accurate determination of the new voltage setpoint. In step 350 the new voltage setpoint is set and the procedure starts again with step 320 ,

Ergibt der in einem Schritt 330 durchgeführte Vergleich zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Kathodenstroms eine die zulässige Toleranz nicht überschreitende Differenz, wird das Verfahren beendet (nicht dargestellt).Results in one step 330 Carried out comparison between the setpoint and the actual value of the cathode current is not exceeding the allowable tolerance difference, the process is terminated (not shown).

Es sei darauf hingewiesen, daß anstelle von Kathodenspannungssollwerten, welche direkt an die Spannungsstellglieder 140 geleitet werden (nicht dargestellt) in den Schritten 310und 340 auch, wie in 1 gezeigt, entsprechende Sollwerte US für die Spannung zwischen Gitter und Kathode UGK ermittelt werden können, die dann an den Spannungsregler 160 übermittelt werden.It should be noted that instead of cathode voltage command values applied directly to the voltage actuators 140 be directed (not shown) in the steps 310 and 340 also, as in 1 shown corresponding setpoints U S for the Voltage between grid and cathode U GK can be determined, which is then connected to the voltage regulator 160 be transmitted.

Natürlich kann die Messung des Kathodenstromes IK nicht nur mittels Shunt 175, sondern auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise mittels Stromwandler oder mittels Stromsensoren auf Hallelementbasis. Die Strommessung kann auch an beliebiger Stelle im Kathodenstromkreis erfolgen.Of course, the measurement of the cathode current I K not only by shunt 175 but done in any way, for example by means of current transformers or current sensors based on Hall element. The current measurement can also take place at any point in the cathode circuit.

Steuerung 170 umfaßt vorzugsweise einen programmierbaren Controller, der auf internen und/oder externen Speicher zugreifen kann (nicht dargestellt). Ferner kann die Steuerung 170 einen Sollwertespeicher für Strahlungsparameter aufweisen (nicht dargestellt).control 170 preferably includes a programmable controller that can access internal and / or external memory (not shown). Furthermore, the controller 170 have a setpoint memory for radiation parameters (not shown).

Die vorliegende Erfindung weist mehrere Vorteile auf. Einerseits wird der Röhrenzustand überwacht, und es kann eine recht zuverlässige Vorhersage bezüglich sich langsam anbahnender Ausfälle getroffen werden. Dies erlaubt die rechtzeitige Information an einen Bediener oder ein Servicezentrum rechtzeitig bevor das System ausfällt. Ferner kann durch die verbesserte Kathodenstromregelung gemäß 3 eine Verlängerung der Lebensdauer erreicht werden.The present invention has several advantages. On the one hand, tube status is monitored and a fairly reliable prediction can be made of slow-paced failures. This allows timely information to an operator or service center in good time before the system fails. Furthermore, by the improved cathode current control according to 3 an extension of the life can be achieved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102009017649 [0021] - DE 102009017649 [0021]

Claims (11)

Verfahren zur Ermittlung des Alterungszustandes einer Kathode (112) einer Röntgenröhre (110) mit folgenden Schritten: – Ermitteln der Abhängigkeit eines durch die Kathode fließenden elektrischen Stroms von einer an der Kathode angelegten elektrischen Spannung; und – Ausgeben eines den Alterungszustand repräsentierenden Wertes, der um so größer ist, je stärker die ermittelte Abhängigkeit von einer zu einem definierten, früheren Zeitpunkt ermittelten Ausgangsabhängigkeit zwischen dem durch die Kathode fließenden elektrischen Strom und der an der Kathode angelegten elektrischen Spannung abweicht.Method for determining the state of aging of a cathode ( 112 ) of an x-ray tube ( 110 ) comprising the steps of: determining the dependence of an electrical current flowing through the cathode on an electrical voltage applied to the cathode; and outputting a value representing the aging state, which value is the greater, the greater the determined dependence on a determined, at a defined, earlier output dependence between the current flowing through the cathode and the electric voltage applied to the cathode. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich die Zahl der elektrischen Überschläge in der Röntgenröhre (110) seit dem definierten Zeitpunkt ermittelt wird und bei dem der ausgegebene, den Alterungszustand repräsentierende Wert um so größer ist, je größer die Zahl der elektrischen Überschläge in der Röntgenröhre ist.Method according to Claim 1, in which additionally the number of electrical flashovers in the x-ray tube ( 110 ) is determined since the defined time and in which the output, the aging state representing value is greater, the greater the number of electrical flashovers in the X-ray tube. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zur Ermittlung der Zahl der elektrischen Überschläge in der Röntgenröhre (110) der Röhreninnendruck gemessen wird.Method according to Claim 2, in which the number of electrical flashovers in the x-ray tube ( 110 ) the tube internal pressure is measured. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Röhreninnendruck indirekt gemessen wird, indem ein Pumpenstrom einer Vakuumionenpumpe, mit welcher der Röhreninnendruck aufrechterhalten wird, gemessen wird.The method of claim 3, wherein the tube internal pressure is indirectly measured by a pump current of a vacuum ion pump, with which the tube internal pressure is maintained, measured becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zeitliche Verlauf des den Alterungszustand repräsentierenden Wertes genutzt wird, um ein Lebensdauerende der Röntgenröhre (110) vorherzusagen.Method according to one of the preceding claims, in which the time profile of the value representing the state of aging is used to calculate a lifetime end of the x-ray tube ( 110 ) to predict. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem eine definierte Zeit vor Erreichen des vorhergesagten Lebensdauerendes eine Alarmmeldung erzeugt und an eine Servicezentrale abgesendet wird.Method according to claim 5, wherein a defined Time before reaching the predicted end of life alarm message is generated and sent to a service center. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ermittelte Abhängigkeit des durch die Kathode (112) fließenden elektrischen Stroms von der an der Kathode angelegten elektrischen Spannung in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt und zur Ermittlung der für einen gewünschten Kathodenstrom notwendigen Kathodenspannung genutzt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the determined dependence of the through the cathode ( 112 ) stored electrical current from the voltage applied to the cathode voltage in a non-volatile memory and is used to determine the necessary cathode current for a desired cathode current. Röntgensystem umfassend eine Röntgenröhre (110) und eine Steuerung (170), welche zumindest einen Speicher, einen programmierbaren Controller aufweist und Meßwerte von Meßmitteln für einen Kathodenstrom und eine Kathodenspannung einer Kathode der Röntgenröhre (110) empfängt, wobei der programmierbare Controller die Abhängigkeit des Kathodenstroms von der Kathodenspannung ermittelt und einen den Alterungszustand repräsentierenden Wert ausgibt, der um so größer ist, je stärker die ermittelte Abhängigkeit von einer zu einem definierten, früheren Zeitpunkt ermittelten Ausgangsabhängigkeit zwischen dem Kathodenstrom und der Kathodenspannung abweicht.X-ray system comprising an X-ray tube ( 110 ) and a controller ( 170 ), which has at least one memory, a programmable controller and measured values of measuring means for a cathode current and a cathode voltage of a cathode of the x-ray tube ( 110 ), wherein the programmable controller determines the dependence of the cathode current on the cathode voltage and outputs a value representing the aging state, the greater, the stronger the determined dependence on a determined at a defined, earlier time output dependence between the cathode current and the cathode voltage differs. Röntgensystem nach Anspruch 8, dessen Röntgenröhre (110) eine Vakuumionenpumpe aufweist, mit welcher der Röhreninnendruck aufrechterhalten wird und deren Pumpenstrom vom programmierbaren Controller ausgewertet wird, um eine Zahl elektrischer Überschläge in der Röntgenröhre zu ermitteln und einen den Alterungszustand repräsentierenden Wert auszugeben, der um so größer ist, je größer die Zahl der elektrischen Überschläge in der Röntgenröhre ist.X-ray system according to claim 8, whose X-ray tube ( 110 ) has a vacuum ion pump, with which the tube internal pressure is maintained and the pump current is evaluated by the programmable controller to determine a number of electrical flashovers in the X-ray tube and output a value representing the aging state, the greater the number of electrical Flashovers in the x-ray tube is. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen programmierbarer Controller aus dem zeitlichen Verlauf des den Alterungszustand repräsentierenden Wertes das Lebensdauerende der Röntgenröhre (110) vorhersagt.X-ray system according to one of the preceding claims, whose programmable controller from the time course of the value representing the aging state, the end of life of the X-ray tube ( 110 ) predicts. Röntgensystem nach Anspruch 10, dessen programmierbarer Controller eine definierte Zeit vor Erreichen des vorhergesagten Lebensdauerendes eine Alarmmeldung erzeugt und an eine Servicezentrale absendet.X-ray system according to claim 10, whose programmable Controller a defined time before reaching the predicted Lifetime generates an alarm message and sent to a service center dispatches.
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