DE202019106140U1

DE202019106140U1 - Röntgenröhrenüberwachung

Info

Publication number: DE202019106140U1
Application number: DE202019106140.5U
Authority: DE
Original assignee: Gulmay Ltd
Current assignee: Gulmay Ltd
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2029-11-06

Abstract

Ein Leistungsübertragungs- und Leistungsüberwachungssystem für eine Röntgenröhre, umfassend:• einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung beinhaltet;• eine Stromversorgung, die dem Transformator einen sinusförmigen Strom liefert;• eine Stromberechnungseinheit, die den Primärstrom des Transformators misst, und den Transformator-Magnetisierungsstrom synthetisiert, und die den synthetisierten Transformator-Magnetisierungsstrom von dem Primärstrom subtrahiert, um einen Wert für den Filamentstrom zu generieren.

Description

Diese Spezifikation bezieht sich auf eine Röntgenröhrenüberwachung, insbesondere die Überwachung des Widerstands eines Röntgenröhrenfilaments.
Eine bekannte Art von Röntgenstrahlgenerator beinhaltet eine Röntgenröhre, in der eine Kathode aufgeheizt wird und die Elektronen von der Kathode zu einer Anode beschleunigt werden, wobei die Elektronen einen Röntgenstrahl-Photonenstrom erzeugen. Die Kathode oder der Elektronenemitter ist gewöhnlich ein gewickeltes Filament, durch das ein Strom fließt, und der Röntgenstrahl-Photonenstrom ist mit dem Emissionsstrom aus einem Elektronenemitter verbunden. Die Elektronenemission ist direkt mit der elektrischen Filamentleistung verbunden. Es gibt daher eine wichtige Eigenschaft aller Röntgenröhren, die die Filamentleistung (Spannung und Strom) mit dem Emissionsstrom und dem Photonenstrom bei einer gegebenen kV in Beziehung setzt. Dies bedeutet auch, dass gleichzeitig die Eigenschaft der Röhrenverstärkung gemessen werden kann.
Es wäre ebenfalls von Vorteil, wenn der Widerstand des Filaments kontinuierlich überwacht werden könnte, um die Lebensdauer der Röntgenröhre vorherzusagen und eine Warnung auszugeben, wenn der Ausfall zu erwarten ist.
Normalerweise werden Röntgenröhren bei wenigen kV bis zu 500 kV und darüber betrieben. Die Filamentspannung, die gewöhnlich nur einige Volt beträgt, wird mit der Extra High Tension (Höchstspannung - EHT) in der Röntgenröhre referenziert. Dies bedeutet, dass es äußerst schwierig ist, entweder den Filamentstrom oder die Filamentspannung zu messen, wenn EHT anliegt.
Wenn ein Filament-Messkreis zwischen dem Generator und der Röhre eingesetzt würde, müsste der Strom für die Versorgung des Messkreises über einen großen Trenntransformator bereitgestellt werden; dies würde erfordern, dass der gesamte Kreislauf in einen Behälter mit Isoliermaterial, wie beispielsweise Transformatoröl, verlegt und das Ausgangssignal ähnlich isoliert werden müsste, bevor es zur Anzeige zurückgeleitet werden könnte; dies wäre allein schon problematisch und es könnte eine Übertragung mit Glasfasern notwendig werden. Dies wäre eine äußerst umständliche und teure Lösung, und in den meisten Situationen unpraktisch.
Ein erstes Ziel dieser Erfindung ist es, Strom- und Spannungsdaten für eine ohmsche Last (wie beispielsweise ein gewickeltes Filament einer Röntgenröhre) bei hoher Spannung extrahieren zu können, so dass ein Verhältnis zwischen dem Laststrom, der Lastspannung und dem Elektronenemissionsstrom gemessen und kontinuierlich überwacht werden kann.
In einer Röntgenröhre führt dieser Emissionsstrom zu einem Röntgenstrahl-Photonenstrom, der die Verstärkung der Röntgenröhre darstellt. Mit diesen Daten kann ein charakteristisches Verstärkungsschema einer Röntgenröhre erzeugt werden.
Ein alternatives aber zugehöriges Ziel dieser Erfindung ist es, die Entwicklung zum Ende der Lebensdauer des Filaments vorhersagen zu können.
Dies kann durch Überwachung von Filamentstrom und -spannung erfolgen, die erforderlich sind, um einen gegebenen Elektronenemissionsstrom bereitzustellen. Der Widerstand des Filaments kann berechnet werden, so dass, wenn das Filament verschleißt und „ausdünnt“ und sein Widerstand ansteigt, die Entwicklung bis zum letztendlichen Ausfall vorhergesagt werden kann.
Gemäß dieser Erfindung wird ein Röntgenröhrenüberwachungssystem nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Dieses System erlaubt die Überwachung von zu extrahierenden Signalen (hauptsächlich den Strom, aber die Spannung kann in ähnlicher Weise berechnet werden), ohne sich direkt mit dem Filament verbinden zu müssen. Dies erlaubt eine Vorhersage der Lebensdauer des Filaments; darüber hinaus können sehr einfach Verstärkungsschemata für Röntgenröhren generiert werden.
Diese Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, dabei gilt:

■ ist eine schematische Darstellung des Überwachungssystems nach einer Ausführungsform der Erfindung;
■ ist eine schematische Darstellung eines annähernd gleichen Ersatzschaltbilds des Systems in ;
■ ist ein Diagramm eines Laststroms einer Ersatzlast gegenüber 2× der Überwachungsleistung des Systems in ;
■ ist ein Diagramm einer Filamentspannung gegenüber der Überwachungsleistung des Systems in ;
■ ist ein Diagramm der Filamenteigenschaft einer Thales THX 225 WA unter Verwendung eines GX225 Röntgenstrahlgenerators, berechnet aus den Messungen des Systems in ;
■ ist ein Verstärkungsschema der NDI 225 FB-Röhre aus den Messungen des Systems in .

Bezugnehmend auf liefert ein Regler eine Gleichstromspannung an einen Vollbrückenwandler. Die Frequenz des Vollbrückenwandlers wird eingestellt bis eine Resonanz zwischen C_RES und der Streuinduktivität des Transformators erreicht ist, so dass ein Sinusstrom einer einzelnen Frequenz erzeugt wird, das heißt, keine Oberschwingungsfrequenz mehr vorhanden ist.
Wenn der Primärstrom des Transformators sinusförmig ist, bedeutet dies, dass der Sekundärstrom ebenfalls sinusförmig ist. Die Sekundärspannung des Transformators wird Vollwellen-gleichgerichtet und -geglättet bevor sie auf das Filament angewendet wird.
Große Streuinduktivitäten sind mit Transformatoren mit hoher Isolationstoleranz verbunden; um die Auswirkungen der Streuinduktivität zu reduzieren, wird ein Sinusstromantrieb verwendet. Der Vollbrückenresonanzwandler erlaubt die Verwendung einer Rechteckwellen-Spannungssteuerung, um einen Sinusstromantrieb bereitzustellen. Die Stromwellenform beinhaltet sehr wenige Oberschwingungen und es besteht daher eine feste Beziehung zwischen dem Filament-Gleichstrom und dem Sekundärstrom des Transformators. Wenn dann der Primärstrom des Transformators gemessen würde, wäre er proportional zum Sekundärstrom, sofern der Magnetisierungsstrom des Transformators keinen Fehler ausgibt. Um diesen Fehler zu korrigieren, wird der Magnetisierungsstrom des Transformators bestimmt (oder „synthetisiert“) und vom Primärstrom abgezogen, um die Bestimmung des Sekundär- und damit des Filamentstroms zu erlauben.
Der Primärstrom des Transformators wird mit einem Stromtransformator gemessen, der an einem Anschlusswiderstand R angeschlossen ist. Von der Primärspannung wird ein Signal erzeugt, das proportional zum Magnetisierungsstrom des Transformators ist. Dies wird von dem Signal abgezogen, das proportional zum Primärstrom ist, dadurch ergibt sich ein Signal, das proportional zum Sekundär- und damit zum Filamentstrom ist. Die sich ergebende Filamentstromüberwachung wird dann in einer Spannungsskalierungs- und Spannungssubtraktionseinheit eingesetzt, um die Filamentspannung zu liefern. Die Beziehung zwischen I_Last und I_Sekundär, I_Primär, I_Sekundär und I_{Magnetisierung}, und I_Überwchung und I_Primär und I_{Magnetisierung} ist wie folgt:

I_Last ∝ I_Sekundär

I_Primär ∝ I_Sekundär + I_{Magnetisierung}

I_Überwachung ∝ I_Sekundär - I_{Magnetisierung}
Das Systemmodell entspricht in etwa einem Spannungsgenerator in Reihe mit einer Diode und einem Widerstand, wie in gezeigt. Wenn der Spannungsabfall über die Diode bekannt ist, und der Wert von R-cct zusammen mit dem Filamentstrom bekannt ist, kann durch Messen des VDC die Spannung im Filament abgeleitet werden. Um diese Werte zu erhalten, wird eine Messung am Filament durchgeführt bevor die EHT angelegt wird. Die Filamenteigenschaft wird zuerst dargestellt. Dann wird die EHT angelegt und durch Kalibrierung des Systems zurück auf die Hochspannungsmessung Null wird ein Matching-Diagramm der Filamenteigenschaft erzeugt.
Sobald diese Kalibrierung einmal für ein gegebenes Filament ausgeführt wurde, kann die Spannung kontinuierlich während der gesamten Lebensdauer des Filaments gemessen werden. Daraus kann ein kontinuierliches Verstärkungsschema der Röntgenröhre während der gesamten Lebensdauer des Filaments erzeugt werden.
Wenn ein Filament verschleißt, wird der Kern dünner bis der Punkt erreicht ist, an dem er bricht. Je dünner der Kern wird, desto höher wird der Widerstand des Filaments. Wenn eine Messung zu Beginn der Nutzung vorgenommen wird und das Filament während der gesamten Lebensdauer überwacht wird, kann das Ende der Lebensdauer vorhergesagt werden, da sich der Filamentwiderstand kurz vor dem Ausfall schnell erhöht.
Die Genauigkeit bei der Verwendung dieses Systems für die Messung von Filamentstrom und - spannung wurde experimentell belegt. Der tatsächliche Strom einer Ersatzlast gegenüber der gemessenen I_mon -Leistung ist in eingezeichnet, dies zeigt, dass die gemessene I_mon Leistung den Laststrom in der Tat genau widerspiegelt. zeigt die tatsächliche Lastspannung eingezeichnet gegenüber der V_mon Leistung, wobei zu sehen ist, dass die tatsächlichen und gemessenen Spannungen akzeptabel nahe beieinanderliegen.
zeigt eine Filamenteigenschaft; die Linie der Quadrate zeigt Messungen, die direkt ausgeführt wurden (ohne Anwendung einer EHT), während die kreisförmig gepunktete Linie die Eigenschaft zeigt, die unter Verwendung der Überwachungsausgaben bei angewendeter EHT gemessen wurden. zeigt ein Verstärkungsschema einer Röntgenröhre, das bei angewendeter EHT erzeugt wird, und unter Verwendung der Überwachungsausgaben.

Claims

Ein Leistungsübertragungs- und Leistungsüberwachungssystem für eine Röntgenröhre, umfassend: • einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung beinhaltet; • eine Stromversorgung, die dem Transformator einen sinusförmigen Strom liefert; • eine Stromberechnungseinheit, die den Primärstrom des Transformators misst, und den Transformator-Magnetisierungsstrom synthetisiert, und die den synthetisierten Transformator-Magnetisierungsstrom von dem Primärstrom subtrahiert, um einen Wert für den Filamentstrom zu generieren.
Ein Leistungsübertragungs- und Leistungsüberwachungssystem nach Anspruch 1, wobei eine Spannungsberechnungseinheit enthalten ist, die die Spannung am Reglerausgang misst, und den berechneten Filamentstrom verwendet, um die Filamentspannung zu berechnen.
Ein Leistungsübertragungs- und Leistungsüberwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Resonanzkreis eingeschlossen ist, der eine Hochspannungsversorgungs-Wellenform in den Sinusstrom umwandelt, der der Primärwicklung zugeführt wird.
Ein Leistungsübertragungs- und Leistungsüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Gleichrichterschaltung zwischen der Sekundärwicklung und allen Röntgenröhren, die mit dem Sekundärkreis verbunden sind, bereitgestellt wird.
Ein Leistungsübertragungs- und Leistungsüberwachungssystem nach Anspruch 4, wobei die Gleichrichterschaltung zwei Dioden beinhaltet, die mit den Endabschnitten der Sekundärwicklung verbunden sind, um einen ersten Kontakt einer Röntgenröhre zu liefern, und einen Mittelabschnitt der Sekundärwicklung, um einen zweiten Kontakt der Röntgenröhre bereitzustellen.