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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Abstract
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.
- 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:
In
Jede
CNT-Kathode
Eine
für die präzise Steuerung des Kathodenstroms wichtige
Größe ist die Spannung UGK zwischen
Gitter
Die
Mittel
Der
Wert der Spannung UGK zwischen Gitter
Zusätzlich
können Mittel
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.
Eine ”Betriebsphase” des
Verfahrens beginnt mit Schritt
In
einem Schritt
Optional
werden in Schritt
In
Schritt
Der
Alterungszustand kann im Verfahren gemäß
Wie
bereits erwähnt kann, sofern der Steuerung
In
In
einem Schritt
Ergibt
der in einem Schritt
Es
sei darauf hingewiesen, daß anstelle von Kathodenspannungssollwerten,
welche direkt an die Spannungsstellglieder
Natürlich
kann die Messung des Kathodenstromes IK nicht
nur mittels Shunt
Steuerung
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
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