DE102013206945B3 - Method and device for detecting a faulty tube current detection in an X-ray source - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung gibt ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Ermittlung einer fehlerhaften Veränderung oder eines Ausfalls einer Röhrenstrommessung in einem Hochspannungspfad (2, 3, 6) eines mit einem Röntgengenerator (1) elektrisch verbundenen Röntgenstrahler (2) an, wobei der Röntgenstrahler (2) mit einer von dem Röntgengenerator (1) erzeugten Hochspannung (u(t)) versorgt wird, die fehlerhafte Veränderung oder der Ausfall der Röhrenstrommessung nach einem Hochspannungspulsende oder nach dem Abschalten der Hochspannungsversorgung wird aus einer ermittelten ersten Spannungsabfallrate (S1) der an dem Röntgenstrahler (2) anliegenden Hochspannung (u(t)) ermittelt, wobei durch eine Abweichung der ersten Spannungsabfallrate (S1) zu einer vorgegebenen zweiten Spannungsabfallrate (S2) die fehlerhafte Veränderung oder der Ausfall angezeigt wird. Die Erfindung bietet den Vorteil, die fehlerhafte Veränderung oder den Ausfall einer Röhrenstrommessung ohne Änderung der Hardware sicher und rasch zu erkennen.The invention provides a method and associated apparatus for detecting a faulty change or failure of a tube current measurement in a high voltage path (2, 3, 6) of an X-ray source (2) electrically connected to an X-ray generator (1), wherein the X-ray source (2) the erroneous change or failure of the tube current measurement after a high-voltage pulse end or after switching off the high-voltage supply is determined from a determined first voltage drop rate (S1) at the X-ray source ( 2) applied high voltage (u (t)), wherein by a deviation of the first voltage drop rate (S1) to a predetermined second voltage drop rate (S2), the faulty change or failure is displayed. The invention offers the advantage of reliably and rapidly detecting the erroneous change or failure of a tube current measurement without changing the hardware.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer fehlerhaften Veränderung oder eines Ausfalls einer Röhrenstrommessung in einem Hochspannungspfad eines mit einem Röntgengenerator elektrisch verbundenen Röntgenstrahlers, wobei der Röntgenstrahler mit einer von dem Röntgengenerator erzeugten Hochspannung versorgt wird. Die Erfindung betrifft auch die Ermittlung der Kapazität des Hochspannungspfads.The invention relates to a method and a device for detecting a faulty change or failure of a tube current measurement in a high voltage path of an X-ray source electrically connected to an X-ray generator, wherein the X-ray source is supplied with a high voltage generated by the X-ray generator. The invention also relates to the determination of the capacitance of the high-voltage path.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
In der Regel findet bei Röntgengeneratoren für Röntgenstrahler eine Regelung des Röhrenstroms statt, um die gewünschte Strahlungsdosis für die Röntgenbildgebung zu erhalten. Üblicherweise wird der Röhrenstrom im Hochspannungsstromkreis erfasst, wobei in der Regel dazu der Spannungsabfall an massenahen Messwiderständen („Shunt”) gemessen wird. Um starke Stromimpulse und -transienten, die bei Stromstößen des Röntgenstrahlers entstehen können, wie beispielsweise beim Durchzünden bzw. beim Durchschlagen/„Arcen”, ordentlich abzuleiten, werden die zur Röhrenstrommessung erforderlichen Komponenten typischerweise mit einer Kombination von Überspannungsableitern (TVS- und/oder Transzorbdioden), Bedämpfungskapazitäten und nachfolgenden Filterschaltungen geschützt.Typically, in X-ray generators for X-ray sources, control of the tube current takes place to obtain the desired radiation dose for X-ray imaging. Usually, the tube current is detected in the high-voltage circuit, with the voltage drop at mass-near measuring resistors ("shunt") usually being measured for this purpose. In order to properly dissipate strong current pulses and transients that may occur during power surges of the X-ray source, such as during strike-through or "arcing", the components required for the tube current measurement are typically combined with a combination of surge arresters (TVS and / or Transzorb diodes ), Bedämpfungskapazitäten and subsequent filter circuits protected.
Fallen die Überspannungsschutzelemente (Transzorbdioden werden z. B. bei einem Ausfall niederohmig), die Filterbeschaltung (Durchschlag der Filterkapazitäten) oder die eigentlichen Röhrenstromerfassung (Messwiderstände können z. B. durch Überlast ihren Wert verändern) aus, so wird der Röntgengenerator, sofern dieser den Ausfall nicht erkennen kann, auf einen falschen Röhrenstrom einregeln. Ein derartiges Fehlverhalten kann im Einzelfall auch bei externen Verdrahtungsfehlern einer Röntgenanlage (z. B. Überbrücken einer der Messerfassungen) auftreten.If the overvoltage protection elements (eg transzorb diodes become low impedance in the case of a failure), the filter circuit (breakdown of the filter capacitors) or the actual tube current detection (measuring resistors can change their value, for example due to overload), the X-ray generator, if this fails Failure to detect failure can adjust to a wrong tube current. In the individual case, such a malfunction may also occur in the case of external wiring errors of an X-ray system (eg bridging one of the measuring sockets).
Bei dosisgeregelten, bildgebenden Röntgensystemen der Medizintechnik stellt dieses Fehlverhalten zwar keine Gefährdung des Patienten dar, da die vorhandene Dosisregelung/-abschaltung eingreift, allerdings kann der Röntgenstrahler durch die unzulässig hohe Leistung geschädigt werden.In the case of dose-controlled, imaging X-ray systems of medical technology, this misconduct does not pose a risk to the patient, since the existing dose control / deactivation intervenes, but the X-ray emitter can be damaged by the unacceptably high power.
Bekannte Möglichkeiten zum Erkennen eines fehlerhaften Verhaltens der Röhrenstromerfassung sind beispielsweise:
- – Eine Plausibilitätsprüfung der Röhrenstrommessschaltung anhand der Ermittelung der Leistungsabgabe des Wechselrichters in den Resonanzschwingkreis/Hochspannungserzeuger. Die Genauigkeit dieses Verfahrens liegt aber erst oberhalb 100 mA Röhrenstrom in einem brauchbaren Bereich (Erkennung ab 50% Abweichung) und ist für eine gute Abweichungs- oder Fehlererkennung unzureichend. Eine so erkannte Abweichung wird bei bekannten Systemen als „Warning” in das Logfile eingetragen und führt, bedingt durch die Detektionsunsicherheit, zu keiner Abschaltung.
- – Eine Kontrollmessung mit einem externen Strommessgerät oder einem mAs-Messgerät (Strom-Zeitintegral) in Serie zur generatoreigenen Röhrenstromerfassung während der Fertigungsendprüfung des Generators nach einem ersten Burn-In-Test. Dadurch können Fehler an der Röhrenstromerfassung bei Auslieferung des Produkts ausgeschlossen werden. Fehler und unzulässige Veränderungen an der Strommesserfassung können danach nicht mehr (automatisiert) erkannt werden.
- – Bei Vorhandensein einer doppelt ausgeführten Messerfassung kann durch die redundant ausgeführte Wandlung der einzelnen Messerfassungsschaltungen auf Plausibilität geprüft werden. Dies erfordert allerdings einen wesentlich erhöhten Hardware- und Firmwareaufwand. Symmetrische Fehler in der Erfassung können aber nicht erkannt werden.
- - A plausibility check of the tube current measuring circuit based on the determination of the power output of the inverter in the resonant circuit / high voltage generator. However, the accuracy of this method is only above 100 mA tube current in a usable range (detection from 50% deviation) and is insufficient for a good deviation or error detection. Such a recognized deviation is entered in known systems as "Warning" in the log file and leads, due to the detection uncertainty, no shutdown.
- - A control measurement with an external current measuring device or a mAs meter (current-time integral) in series with the generator's own tube current detection during the final production test of the generator after a first burn-in test. As a result, errors in the tube current detection at the time of delivery of the product can be excluded. Errors and impermissible changes to the current measurement can not be detected (automatically).
- - In the presence of a duplicate measuring socket can be checked by the redundant conversion of the individual measuring circuits for plausibility. However, this requires a significantly increased hardware and firmware costs. However, symmetrical errors in the detection can not be detected.
Wie vorstehend beschreiben, findet bei Röntgengeneratoren eine Regelung des Röhrenstroms statt, um so die gewünschte, zur Röntgenbildgebung erforderliche Strahlungsdosis zu erhalten. Der Röhrenstrom wird im Hochspannungsstromkreis ermittelt, was durch die massenahe Messwiderstände realisiert wird. Gattungsmäßig wird die Hochspannung bei primär gepulsten Röntgenstrahlern in den Pulspausen entladen und wird nur für den gewünschten Röntgenpuls aufgebaut.As described above, control of the tube current takes place in X-ray generators so as to obtain the desired radiation dose required for X-ray imaging. The tube current is determined in the high-voltage circuit, which is realized by the mass measuring resistors. Generically, the high voltage is discharged in the pulse pauses in the case of primarily pulsed X-ray sources and is built up only for the desired X-ray pulse.
In der Regel ist der Röntgenstrahler von dem Röntgengenerator mit dem Hochspannungserzeuger räumlich getrennt und über Hochspannungskabel mit diesem verbunden. Das kapazitiv belegte Hochspannungskabel muss zu Pulsbeginn aufgeladen werden, was bei einer Länge von bis zu 30 Metern einen beachtlichen Ladestrom verursacht. Der Ladestrom wird auf der Röntgengenerator-Seite gemessen und „fließt” zuerst in die Hochspannungskabel, wirkt aber im Moment des Spannungsaufbaus noch nicht Dosis gebend.In general, the X-ray source of the X-ray generator with the high voltage generator is spatially separated and connected via high voltage cable with this. The capacitive high-voltage cable must be charged at the beginning of the pulse, which causes a considerable charging current for a length of up to 30 meters. The charging current is measured on the X-ray generator side and first "flows" into the high voltage cables, but at the moment of the voltage build-up does not yet give a dose.
Da der Ladestrom aber dennoch von der Röhrenstrommessschaltung erfasst wird, muss der kapazitive Anteil des Röhrenstroms für eine korrekte Röhrenstromerfassung abgezogen werden. Für eine derartige Korrektur der Röhrenstrommessung ist die genaue Kenntnis aller kapazitiven Komponenten des Hochspannungspfads, das sind Nutz- und parasitäre Kapazitäten, notwendig.However, since the charging current is still detected by the tube current measuring circuit, the capacitive component of the tube current must be subtracted for correct tube current detection. For such a correction of the tube current measurement, the exact knowledge of all capacitive components of the high-voltage path, ie useful and parasitic capacitances, is necessary.
Außerdem ist für einen optimalen Hochspannungsregelkreis die Gesamtkapazität für die Regelschnelligkeit und Regelqualität ausschlaggebend. Daher wird die Gesamtkapazität bei vielen Anwendungen durch die entsprechende Wahl von Reglerparametern berücksichtigt. In addition, for an optimal high-voltage control circuit, the total capacity for the control speed and control quality is crucial. Therefore, the overall capacity of many applications is taken into account by the appropriate choice of controller parameters.
Der Röntgengenerator
Aus der Praxis ist bekannt, die Gesamtkapazität des Hochspannungspfads mit Hilfe eines Messgeräts zu bestimmen. Alternativ wird eine pauschale Kapazität geschätzt, die nur einen kleinen Teil aller möglichen Kapazitäten berücksichtigt und neben Reglerparametrierzwecken zur Röhrenstromkorrektur angezogen wird. Eine derartige Korrektur ist für kurze Röntgenpulse, wie beispielsweise bei der Angiografie erforderlich, unzureichend, da der am Shunt gemessene Röhrenstrom mehr durch transiente Kabelladungsströme als durch den eigentlichen Röhrenstrom bestimmt wird.From practice it is known to determine the total capacity of the high voltage path with the aid of a measuring device. Alternatively, a lumped capacity is estimated that takes into account only a small portion of all possible capacitances and is attracted to the tube current correction in addition to controller parameterization purposes. Such correction is insufficient for short x-ray pulses, such as required in angiography, because the tube current measured at the shunt is determined more by transient cable charge currents than by the actual tube current.
Des Weiteren kann die Kapazität unberücksichtigt bleiben, was zu wesentlichen Einbußen in dem Hochspannungsregelverhalten und in der Systemperformance führt. Für einfache Anwendungen ist dies aber ausreichend.Furthermore, the capacity can be disregarded, resulting in significant losses in the high-voltage regulation behavior and in the system performance. This is sufficient for simple applications.
Die Patentschrift
Die Offenlegungsschrift
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die einen Fehler bei der Röhrenstromerfassung genau und sicher erkennen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine möglichst genaue Bestimmung der Kapazität des Hochspannungspfades eines mit einem Röntgengenerator elektrisch verbundenen Röntgenstrahlers erlaubt.It is an object of the invention to provide a method and a device that accurately and reliably detect a fault in the tube current detection. A further object of the invention is to specify a method and a device which permits the most accurate determination possible of the capacitance of the high voltage path of an X-ray source electrically connected to an X-ray generator.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem Verfahren und der Vorrichtung der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, the stated object is achieved with the method and the device of the independent claims. Advantageous developments are specified in the dependent claims.
Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, aus dem Spannungsverlauf der an einem Röntgenstrahler anliegenden Hochspannung nach einem Hochspannungspulsende oder nach dem Abschalten der Hochspannungsversorgung durch einen Vergleich mit einem bekannten Spannungsverlauf auf eine fehlerhafte Veränderung oder einen Ausfall einer Röhrenstrommessung zu schließen, wobei der Spannungsverlauf durch Kapazitäten und den aktuell fließenden Röhren- und Messteilerstrom bestimmt ist. Eine weitere Idee der Erfindung besteht darin, unmittelbar nach einem Röntgenpulsende, d. h. in einer Pulspause, aus einem gemessenen Spannungsverlauf der Hochspannung und einem gemessenen Röhrenstrom die Kapazität des Hochspannungspfades zu ermitteln.The basic idea of the invention is to conclude from the voltage curve of the high voltage applied to an X-ray source after a high-voltage pulse end or after switching off the high-voltage supply by a comparison with a known voltage curve to an erroneous change or failure of a tube current measurement, wherein the voltage profile through capacitances and the currently flowing tube and Messteilerstrom is determined. Another idea of the invention is immediately after an X-ray pulse end, i. H. in a pulse pause to determine the capacitance of the high-voltage path from a measured voltage curve of the high voltage and a measured tube current.
Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zur Ermittlung einer fehlerhaften Veränderung oder eines Ausfalls einer Röhrenstrommessung in einem Hochspannungspfad eines mit einem Röntgengenerator elektrisch verbundenen Röntgenstrahlers, wobei der Röntgenstrahler mit einer von dem Röntgengenerator erzeugten Hochspannung versorgt wird und wobei die fehlerhafte Veränderung oder der Ausfall der Röhrenstrommessung nach einem Hochspannungspulsende oder nach dem Abschalten einer Hochspannungsversorgung aus einer ermittelten ersten Spannungsabfallrate der an dem Röntgenstrahler anliegenden Hochspannung ermittelt wird, wobei durch eine Abweichung der ersten Spannungsabfallrate zu einer vorgegebenen zweiten Spannungsabfallrate die fehlerhafte Veränderung oder der Ausfall angezeigt wird. Die Erfindung bietet den Vorteil, die fehlerhafte Veränderung oder den Ausfall einer Röhrenstrommessung ohne Änderung der Hardware sicher und rasch zu erkennen.The invention claims a method for detecting a faulty change or failure of a tube current measurement in a high voltage path of an X-ray source electrically connected to an X-ray generator, wherein the X-ray source is supplied with a high voltage generated by the X-ray generator, and wherein the erroneous change or failure of the tube current measurement after a high voltage pulse end or after switching off a high voltage supply is determined from a determined first voltage drop rate of the high voltage applied to the x-ray source, wherein the erroneous change or failure is indicated by a deviation of the first voltage drop rate to a predetermined second voltage drop rate becomes. The invention offers the advantage of reliably and rapidly detecting the erroneous change or failure of a tube current measurement without changing the hardware.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann die zweite Spannungsabfallrate aus der Kapazität des Hochspannungspfads und eines Röhrenmessstroms berechnet werden, wobei der Röhrenmessstrom durch die Summe aus einem durch den Röntgenstrahler fließenden Röhrenstrom und einem Messteilerstrom gebildet wird.In a development of the method, the second voltage drop rate can be calculated from the capacitance of the high-voltage path and a tube measurement current, wherein the tube measurement current is formed by the sum of a tube current flowing through the X-ray source and a measuring divider current.
In einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Spannungsabfallrate aus dem Quotienten des Röhrenmessstroms und der Kapazität des Hochspannungspfads gebildet werden.In a further embodiment, the second voltage drop rate may be formed from the quotient of the tube measurement current and the capacitance of the high voltage path.
In einer weiteren Ausbildung kann der Verlauf des Röhrenstroms für die Bildung der zweiten Spannungsabfallrate als näherungsweise linear konstant angenommen werden.In a further embodiment, the course of the tube current for the formation of the second voltage drop rate may be assumed to be approximately linearly constant.
Bevorzugt gibt die erste Spannungsabfallrate die zeitliche Änderung der Hochspannung bei einem bestimmten Röhrenstrom nach einem Hochspannungspuls an.Preferably, the first voltage drop rate indicates the time change of the high voltage at a particular tube current after a high voltage pulse.
Beispielsweise kann die erste Spannungsabfallrate in einem Bereich zwischen 87,5% und 75% des Abfalls der Hochspannung ermittelt werden.For example, the first voltage drop rate may be determined in a range between 87.5% and 75% of the high voltage drop.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Kapazität aus der ersten Spannungsabfallrate der an der Röntgenröhre anliegenden Hochspannung nach einem Hochspannungspulsende eines Hochspannungstestpulses bestimmt werden.In another embodiment, the capacitance may be determined from the first voltage drop rate of the high voltage applied to the x-ray tube after a high voltage pulse end of a high voltage test pulse.
Außerdem kann die Kapazität aus dem Röhrenmessstrom und der ersten Spannungsabfallrate gebildet werden, wobei die Hochspannung so gewählt werden kann, dass nach dem Hochspannungspulsende kein Röhrenstrom fließt. Dies macht die Kapazitätsbestimmung unabhängig von der Röhrenstromerfassung, da nur der bekannte und hochgenaue Messteilerstrom fließt.In addition, the capacitance may be formed from the tube measurement current and the first voltage drop rate, wherein the high voltage may be selected so that no tube current flows after the high voltage pulse end. This makes the capacitance determination independent of the tube current detection since only the known and high precision sense divider current flows.
Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur Ermittlung des Röhrenstroms bei bekannter Kapazität eines Hochspannungspfads eines mit einem Röntgengenerator elektrisch verbundenen Röntgenstrahlers, wobei der Röntgenstrahler mit einer von dem Röntgengenerator erzeugten Hochspannung versorgt wird. Der Röhrenstrom wird aus einer ermittelten ersten Spannungsabfallrate der an dem Röntgenstrahler anliegenden Hochspannung nach einem Pulsende der Hochspannung oder nach dem Abschalten einer Hochspannungsversorgung sowie der Kapazität ermittelt. Dadurch kann auch bei einer fehlerhaften Röhrenstrommessung der Röhrenstrom ermittelt werden.The invention also claims a method for determining the tube current at a known capacity of a high-voltage path of an X-ray source electrically connected to an X-ray generator, wherein the X-ray source is supplied with a high voltage generated by the X-ray generator. The tube current is determined from a determined first voltage drop rate of the high voltage applied to the X-ray source after a pulse end of the high voltage or after switching off a high voltage supply and the capacitance. As a result, the tube current can be determined even if the tube current measurement is faulty.
Die Erfindung beansprucht auch eine Vorrichtung zur Ermittlung einer fehlerhaften Veränderung oder eines Ausfalls einer Röhrenstrommesseinheit in einem Hochspannungspfad eines mit einem Röntgengenerator elektrisch verbundenen Röntgenstrahlers, wobei der Röntgenstrahler mit einer von dem Röntgengenerator erzeugten Hochspannung versorgt wird. Die Vorrichtung umfasst einen elektrischen Schaltkreis, der ausgebildet ist, die fehlerhafte Veränderung oder den Ausfall der Röhrenstrommesseinheit aus einer gemessenen ersten Spannungsabfallrate der an dem Röntgenstrahler anliegenden Hochspannung nach einem Hochspannungspulsende oder nach dem Abschalten einer Hochspannungsversorgung zu ermitteln, wobei eine Abweichung der ersten Spannungsabfallrate zu einer vorgegebenen (aufgrund des gemessenen Röhrenstroms erwarteten) zweiten Spannungsabfallrate die fehlerhafte Veränderung oder den Ausfall anzeigt.The invention also claims an apparatus for detecting a faulty change or failure of a tube current measuring unit in a high voltage path of an X-ray source electrically connected to an X-ray generator, wherein the X-ray source is supplied with a high voltage generated by the X-ray generator. The apparatus includes an electrical circuit configured to determine the erroneous change or failure of the tube current measuring unit from a measured first voltage drop rate of the high voltage applied to the x-ray source after a high voltage pulse end or after switching off a high voltage supply, wherein a deviation of the first voltage drop rate to one predetermined (expected due to the measured tube current) second voltage drop rate indicating the faulty change or failure.
In einer Weiterbildung der Vorrichtung kann der elektrische Schaltkreis ein digitaler Signalprozessor, ein Mikroprozessor, ein FPGA oder eine Kombination derartiger Schaltungen sein.In a development of the device, the electrical circuit may be a digital signal processor, a microprocessor, an FPGA or a combination of such circuits.
Bevorzugt kann der elektrische Schaltkreis ausgebildet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.Preferably, the electrical circuit can be designed to carry out a method according to the invention.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the invention will become apparent from the following explanations of an embodiment with reference to schematic drawings.
Es zeigen:Show it:
Detaillierte Beschreibung eines AusführungsbeispielsDetailed description of an embodiment
Um den im Betrieb durch den Röntgenstrahler
Die an dem Röntgenstrahler
Die ersten Messteilerwiderstände R1 haben typischer Weise einen Wert von 200 MΩ, die beiden zweiten Messteilerwiderstände R2 einen Wert von 20 kΩ. Infolge des endlichen Widerstands des Messteilers
Der Hochspannungserzeuger baut bei einer Strahlungsanforderung die Hochspannung u(t) am Röntgenstrahler
Wird die Strahlungsanforderung an den Hochspannungserzeuger weggenommen, werden ein nicht dargestellter Wechselrichter und somit die Hochspannungstransformatoren
Wird nun bei einer im Betrieb bekannten Kapazität C, gebildet aus den Kapazitäten des Hochspannungskabels
Ist die gemessene erste Spannungsabfallrate S1 (deutlich) größer als die berechnete zweite Spannungsabfallrate S2, ist dies ein Zeichen dafür, dass der zuletzt geflossene Röhrenstrom ir(t) größer war als der von der Röhrenstrommesseinheit
Durch Rückrechnung anhand der ersten Spannungsabfallrate S1 und der Kapazität C kann trotzdem der Röhrenstrom ir(t) im Abschaltmoment ermittelt werden. Dieser Zusammenhang kann mit folgender Gleichung (1) dargestellt werden:
Mit Hilfe der Erfindung ist es daher auch möglich, den Röhrenstrom ir(t) ohne Nutzung der dafür primär vorgesehenen Röhrenstrommesseinheit
- – für alle Arten von Systemen, die eine Hochspannung benötigen,
- – für alle Arten von strahlungserzeugenden Systemen, die eine Hochspannung benötigen,
- – durch eine Berechnung anhand des Spannungsabfalls an Kapazitäten des Hochspannungspfads,
- – als redundanter Röhrenstrom-Kontrollwert,
- – auch unter Berücksichtigung von Röhrenstrom-Nichtlinearitäten,
- – auch unter Berücksichtigung verschiedener thermischer Effekte (Wendel-Elektronenauskühlung etc.),
- – auch unter Berücksichtigung vorhandener weiterer resistiver Lasten (Spannungsmessteiler),
- – als Kontrollwert zur Prüfung eines korrekt funktionierenden Röhrenstrommesseinheit
9 , - – als Vergleichswert für eine Qualitätsermittlung der Röhrenstrommesseinheit
9 und - – zur Erkennung asymmetrischer Stromflüsse bei Röntgenstrahlern, wenn die Hochspannung differentiell erfasst wird.
- - for all types of systems that require a high voltage,
- - for all types of radiation-generating systems that require a high voltage,
- By calculation based on the voltage drop across capacitances of the high voltage path,
- As a redundant tube current control value,
- - also considering tube current nonlinearities,
- - taking into account various thermal effects (helical-electron cooling, etc.),
- - taking into account existing additional resistive loads (voltage measuring device),
- - as a control value for testing a properly functioning tube
current measuring unit 9 . - - as a comparison value for a quality determination of the tube
current measuring unit 9 and - - For the detection of asymmetric current flows in X-ray sources, when the high voltage is detected differentially.
Statt der Verwendung von ersten und zweiten Spannungsabfallraten S1, S2 können auch die Zeiten zwischen vorgegebenen relativen Spannungspegeln der Hochspannung u(t) verglichen werden.Instead of using first and second voltage drop rates S1, S2, the times between predetermined relative voltage levels of the high voltage u (t) may also be compared.
Zur Bestimmung der Kapazität C des Hochspannungspfads kann wie folgt vorgegangen werden. Bei einem definiert abgeschalteten Emitter
Wird nun bei bekannter Last die erste Spannungsabfallrate S1 der Hochspannung gemessen (z. B. der Spannungsabfall zwischen 87,5% und 75%), kann dieser Wert zur Errechnung der Kapazität C hergenommen werden. Somit ist es Möglich, die Kapazität C des Systems (Kabel, Röhre, Hochspannungserzeuger) genau zu vermessen und damit während des Normalbetriebes maßgebliche Performanceverbesserungen und Statusüberwachungen zu erreichen.If, for a known load, the first voltage drop rate S1 of the high voltage is measured (for example the voltage drop between 87.5% and 75%), this value can be used to calculate the capacitance C. Thus, it is possible to accurately measure the capacity C of the system (cable, tube, high voltage generator) and thus to achieve significant performance improvements and status monitoring during normal operation.
Typischerweise sind röntgenstrahlerzeugende Systeme für eine Betriebsspannung von bis zu 150 kV ausgelegt. Um die Kapazität C möglichst ohne Fremdeinflüsse des Strahlers (z. B. Kaltemission, Leckströme durch Öl etc.) zu bestimmen, wird das System bei ausgeschaltetem und ausgekühltem Emitter auf seine minimale Arbeitsspannung (z. B. 40 kV) geladen.Typically, X-ray generating systems are designed for an operating voltage of up to 150 kV. In order to determine the capacitance C as far as possible without external influences of the radiator (eg cold emission, leakage currents through oil, etc.), the system is charged to its minimum operating voltage (eg 40 kV) when the emitter is switched off and cooled down.
Das System wird somit nur durch den Messteiler
Diese Prozedur ist optimalerweise immer dann notwendig, wenn am System Komponenten im Hochspannungsbereich getauscht werden und lässt sich somit optimal in den ebenfalls notwendigen, bereits bestehenden Inverterabgleich integrieren. Dieser Inverterabgleich, der zum Abgleich des Wechselrichter-Schwingkreises (bei Resonanzwechselrichtern) notwendig ist, nutzt ebenfalls Arbeitspunkte im Bereich von 40 kV.This procedure is optimally always necessary when components in the high-voltage range are exchanged on the system and can thus be optimally integrated into the already necessary, already existing inverter adjustment. This inverter adjustment, which is necessary to adjust the inverter resonant circuit (for resonant inverters), also uses operating points in the range of 40 kV.
In
Zum Zeitpunkt T3 wird der Wechselrichter abgeschaltet. Der Röntgengenerator liefert keine Leistung mehr in den Hochspannungspfad. Sowohl die Hochspannung u(t) als auch der Röhrenstrom ir(t) bauen sich bis zum Zeitpunkt T4 auf Null ab. In der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 werden die Kapazitäten entladen. Im Zeitraum T5, kurz nach dem Abschalten des Pulses ist der Spannungsverlauf der Hochspannung u(t) linear abfallend und der Verlauf des Röhrenstroms ir(t) nahezu linear konstant, so dass dieser Bereich idealer Weise zur Bestimmung der ersten Spannungsabfallrate S1 bzw. zur Ermittlung der Kapazität C verwendet werden kann.At time T3, the inverter is turned off. The X-ray generator no longer supplies power to the high voltage path. Both the high voltage u (t) and the tube current i r (t) decay to zero until time T4. In the period between the times T3 and T4, the capacities are discharged. In the period T5, shortly after switching off the pulse, the voltage curve of the high voltage u (t) is linearly decreasing and the course of the tube current i r (t) is almost linearly constant, so that this range is ideally suited for determining the first voltage drop rate S1 or Determining the capacity C can be used.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- RöntgengeneratorX-ray generator
- 22
- RöntgenstrahlerX-ray
- 33
- HochspannungskabelHigh voltage cables
- 44
- Anodeanode
- 55
- Emitter/KathodeEmitter / cathode
- 66
- HochspannungserzeugerHigh voltage generator
- 77
- Steuerung und WechselrichterControl and inverter
- 88th
- HochspannungstransformatorHigh Voltage Transformer
- 99
- RöhrenstrommesseinheitTube current measuring unit
- 1010
- HochspannungsmesseinheitHigh voltage measuring unit
- 1111
- Messteilermeasuring divider
- 1212
- Erster OperationsverstärkerFirst operational amplifier
- 1313
- Zweiter OperationsverstärkerSecond operational amplifier
- 1414
- Elektrischer SchaltkreisElectrical circuit
- 1515
- GleichrichtereinheitRectifier unit
- CC
- Kapazität des HochspannungspfadsCapacity of the high voltage path
- i(t)i (t)
- RöhrenmessstromTube measuring current
- ih i h
- Heizstromheating
- im(t)i m (t)
- MessteilerstromMeasuring divider current
- ir(t)i r (t)
- Röhrenstrom/Strom der durch den Röntgenstrahler fließtTube current flowing through the X-ray source
- R1R1
- erster Messteilerwiderstand (200 MΩ)first measuring resistor (200 MΩ)
- R2R2
- zweiter Messteilerwiderstand (20 kΩ)second measuring resistor (20 kΩ)
- R3R3
- Messwiderstand/Shunt (5 Ω)Measuring resistor / shunt (5 Ω)
- R4R4
- Dämpfungswiderstanddamping resistor
- tt
- Zeit in msTime in ms
- S1S1
- erste Spannungsabfallrate in V/sfirst voltage drop rate in V / s
- S2S2
- zweite Spannungsabfallrate in V/ssecond voltage drop rate in V / s
- T1T1
- Einschalten WechselrichterSwitching on inverter
- T2T2
- Hochspannung aufgebautHigh voltage built up
- T3T3
- Abschalten WechselrichterShut down inverter
- T4T4
- Hochspannung abgebautHigh voltage reduced
- T5T5
- Zeitraum für die Bestimmung der ersten SpannungsabfallratePeriod for determining the first voltage drop rate
- u(t)u (t)
- Hochspannunghigh voltage
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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DE722867C (en) * | 1940-10-02 | 1942-07-23 | Siemens Reiniger Werke Ag | Circuit arrangement for the precise switching of quantities of electricity that can be determined in advance for electrical devices with switch-off delay |
DE102009051633A1 (en) * | 2009-11-02 | 2011-05-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Voltage stabilization for grid-controlled X-ray tubes |
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