DE3345036A1 - Schaltungsanordnung zum messen des anodenstromes in einer insbesondere symmetrisch betriebenen roentgenstrahlroehre - Google Patents

Description

Heimann GmbH Unser.Zeichen

Wiesbaden VPA 83 P 5 I 0 7 DE

Schaltungsanordnung zum Messen des Anodenstromes in einer insbesondere symmetrisch betriebenen Röntgenstrahlröhre.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Wessen des Anodenstromes in einer insbesondere symmetrisch betriebenen Röntgenstrahlröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt.

Zwischen dem Heizstrom und dem Anodenstrom einer Röntgenröhre besteht eine Beziehung, die sich mit dem Alter der Röhre und der Innentemperatur der Röhrenhaube ändert. Eine an sich bekannte Regelung des Heizstromes ist daher kein hinreichendes Mittel zur Konstanthaltung der von der Röhre abgestrahlten Leistung. Andererseits beinhaltet eine direkte Messung und Regelung des Anodenstromes bei einer symmetrisch betriebenen Röhre, insbesondere einer Zweipolröhre die Schwierigkeit, daß beide Elektroden auf Hochspannungspotential liegen. Daraus ergibt sich das Problem der Potentialtrennung zwischen dem Stromsensor und einer externen Auswerteschaltung, die wegen der erforderlichen einfachen Bedienbarkeit nicht an Hochspannung liegen darf.

Zur Lösung dieses Problems wurden schon verschiedene Wege vorgeschlagen:

Die Hochspannungswicklung des Hochspannungstransformators weist eine geerdete Mittelanzapfung auf. Im Bereich dieser Mittelanzapfung wird eine erdnahe Messung des pulsförmigen Nachladestromes in der Verbindungsleitung zwisehen den beiden Hochspannungs-Teilwicklungen durchgeführt, Bei dieser Meßmethode werden allerdings die Wirk-Verlustleistungen in den der Röntgenröhre vorgeschalteten Gleichrichtern beim Wechseln der Polarität und dem damit Mhs 1 Lk/9.12.1983

verbundenen Umladen und, sofern vorhanden, die Verlustleistungen in einem Glättungskondensator mitgemessen. Außerdem wird der kapazitive Blindstrom des Glättungskondensators aller im Hochspannungskreis befindlichen Kapazitäten zwischen hochspannungsführenden Teilen und dem Gehäuse mitgemessen. Dementsprechend ergibt sich ein zu hoher Meßwert des Stromes, wobei die Abhängigkeit der Fehlmessung von der Gehäusetemperatur und der Alterung des Gerätes nicht bekannt ist. Insbesondere bei geglätteter Hochspannung sind außerdem die Blindströme praktisch nicht vom Nutzstrom zu trennen. Eine derartige Modifizierung der Messung ist also ebenfalls nicht möglich.

Der im Oberbegriff des Patentanspruchs angesprochene Weg, eine Umwandlung des Anodenstromes in eine modulierte Wechselspannung vorzunehmen, erfolgt nach dem bekannten Stand der Technik durch Übertragung derselben über einen zusätzlichen hochspannungsfesten Transformator. Bei dieser Ausführungsform sind neben dem eigentlichen Hoch-Spannungstransformator zwei hochspannungsfeste Transformatoren erforderlich, von denen einer den Heizstrom liefert und der andere eine dem Anodenstrom proportionale modulierte Wechselspannung überträgt. Derartige Transformatoren müssen aufwendig aufgebaut sein und speziell angefertigt werden, bedeuten also einen großen Kostenaufwand. Wegen der Isolationsforderungen benötigen sie außerdem viel Platz.

Anstelle des hochspannungsfesten Transformators kann gemaß einem weiteren Vorschlag eine Übertragung auf optischem Wege, zum Beispiel über eine Leuchtdiode, die auf dem hohen Potential liegt, und eine Fotodiode an der Gehäusewand vorgenommen werden, wobei die Gehäusewand auf Erdpotential liegt. Diese Ausführungsform erfordert einen zusätzlichen Aufwand auf der Empfängerseite, da sich in unmittelbarer Nähe der Fotodiode ein Impedanzwandler bzw.

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ein Vorverstärker befinden muß. Dieser muß innerhalb des Gehäuses im Isoliermedium liegen, um nahe genug an der Fotodiode angeordnet zu sein. Dieser Wandler benötigt eine separate Betriebsspannungszuführung von außen- die wegen der Sicherung gegenüber Überschlägen der Hochspannung einen zusätzlichen Platzbedarf bedeutet.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in einer Vereinfachung und Verkleinerung einer Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, wobei insbesondere ein gesonderter hochspannungsfester Transformator für die Übertragung einer modulierten Wechselspannung vermieden werden soll, ohne daß zusätzliche gegen Hochspannung zu schützende Stromzuführungen benötigt werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß sie gleichzeitig die Isolation der Gleichspannungspotentiale, die Übertragung der Heizleistung, das Bereitstellen einer Betriebsspannung für einen Strom-Tastverhältnis-Wandler und die Rückübertragung einer gemäß dem Anodenstrom modulierten Frequenz ermöglicht, ohne nennenswert mehr Raum zu benötigen, als bei Verwendung nur eines hochspannungsfesten Transformators erforderlich ist.

Die verwendeten Frequenzen sind grundsätzlich frei wählbar, solange die Impulsfolgefrequenz des Heizwandlers durch Frequenzweichen einwandfrei von der Impulsfolgefrequenz des Strom-Tastverhältnis-Waridlers getrennt werden kann. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, in der der Heizwandler zur Erzeugung einer im Vergleich zur Impulsfolgefrequenz des Strom-Tastverhältnis-Wandlers höheren Impulsfolgefrequenz ausgelegt ist, indem die zum

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Durchlassen der Impulsfolgefrequenz des Heizwandlers dienenden Frequenzweichen als Hochpaß, die zum Durchlassen der Impulsfolgefrequenz des Strom-Tastverhältnis-Wandlers dienenden Frequenzweichen als Tiefpaß ausgebildet sind. Ein einfacher Aufbau der Frequenzweichen ist ermöglicht, indem die Impulsfolgefrequenz des Heizwandlers etwa 2OkHz und die Impulsfolgefrequenz des Strom-Tastverhältnis-Wandlers etwa IkHz beträgt.

In den erfindungsgemäßen Schaltungen (Fig. 2 bzw. 3) entsteht über den Transformator grundsätzlich für eine Änderung des Anodenstromes eine Gegenkopplung, indem die Belastung des Transformators durch den Strom-Tastverhältnis-Wandler und die von diesem erzeugte Ausgangsspannung der Heizstrom verkleinert wird. Diese Eigenschaft trifft im wesentlichen auf die Schaltungsvariante nach Fig. 2 zu.

Im allgemeinen soll jedoch dieser Einfluß nicht ausgenutzt, sondern zugunsten einer präziseren externen Regelung vermieden werden. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Verlustleistung im Strom-Tastverhältnis-Wandler klein ist gegenüber der Heizung der Röntgenröhre und indem die vom Strom-Tastverhältnis-Wandler im Transformator erzeugte Flußänderung klein ist gegenüber der durch den Heizwandler erzeugten Flußänderung im Transformator. Die Schaltungsvariante nach Fig.3 wird dieser Forderung" gerecht.

Die am Tastverhältnis-Spannungs-Wandler erhaltene Ausgangsspannung ist proportional dem Anodenstrom der Röntgenröhre und kann zur Messung des Anodenstroms oder auch zu dessen Regelung eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nun anhand von drei Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele beschränkt.

Fig. 1 zeigt die übliche Ansteuerung einer Zweipolröhre, Fig. 2 und 3 zeigen die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ohne Details über die Hochspannungsversorgung.
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In Fig. 1 liegen beide Pole der Röntgenröhre 1 an Hochspannung. Die Hochspannung wird aus zwei Sekundärwicklungen 2 und 3 des Hochspannungstransformators Tr1 gewonnen. Die beiden Sekundärwicklungen 2 und 3 sind zueinander in Serie geschaltet, die Verbindungsstelle 4 ist an Masse gelegt. Über die Gleichrichter 5 und einen Kondensator C wird eine geglättete Anodenspannung erzeugt. Die Heizung wird über einen hochspannungsfesten Transformator Tr2 gespeist.

Diesem hochspannungsfesten Transformator Tr2 wird gemäß der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung (Fig. 2 bzw. Fig. 3) aus einem Heizwandler HW über einen Hochpaß F1 ein impulsförmiger Strom primärseitig zugeführt. Dieser impulsförmige Strom besitzt vorzugsweise eine konstante Impulsfolgefrequenz f1 und ein variables Tastverhältnis T1. Unter Tastverhältnis wird das Verhältnis Impulsbreite zu Periodendauer verstanden» Die Impulsfolgefrequenz f1 beträgt dabei vorteilhaft etwa 2OkHz, wobei ein Hochpaß mit einer Durchlässigkeit für Frequenzen zwischen 2OkHz und 10OkHz vorteilhafte Werte ergibt.

Eine Sekundärwicklung S1 des Transformators TR2 speist die Heizung 6 der Röhre. Der Anodenstrom der Röntgenröhre 1 ist durch einen Strom-Tastverhältnis-Wandler i/T2 geführt. Der Strom-Tastverhältnis-Wandler i/T2 erzeugt Stromimpulse mit einer konstanten Impulsfolgefrequenz f2, wobei das Tastverhältnis T2 der Impulse proportional dem Anodenstrom i variiert wird.

Der Strom-Tastverhältnis-Wandler i/T2 wird gemäß Fig. 2

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von einer gesonderten Sekundärwicklung S2 über einen als Frequenzweiche dienenden Hochpaß F2 mit Betriebsspannung versorgt, wobei der Hochpaß F2 die Impulsfolgefrequenz f1 des Heizwandlers, nicht aber die Impulsfolgefrequenz f2 des Strom-Tastverhältnis-Wandlers i/T2 durchläßt. Der Signalausgang des Strom-Tastfrequenz-Wandlers i/T2 ist über einen als Frequenzweiche dienenden Tiefpaß F3 an die gesonderte Sekundärwicklung S2 des Transformators Tr2 gelegt. An der hochspannungsmäßig getrennten Primärwicklung P des hochspannungsfesten Transformators Tr2 wird die auftretende Spannung abgegriffen und über einen als Frequenzweiche dienenden Tiefpaß F4 einem Tastverhältnis-Spannungs-Wandler T2/U zugeführt. Der Tiefpaß F4 läßt die mit geringer Impulsfolgefrequenz ankommenden Impulse des Strom-Tastverhältnis-wandlers i/T2 passieren, sperrt aber die vom Heizwandler HW kommenden Impulse mit der Impulsfolgefrequenz f1. Die Ausgangsspannung des Tastverhältnis-Spannungs-Wandler T2/U ist dem Anodenstrom i der Röntgenröhre 1 proportional und kann zur Messung oder unmittelbar zur Steuerung des Anodenstromes eingesetzt werden. Zur Steuerung kann beispielsweise eine Kompensationsmethode eingesetzt werden, die auf dem Vergleich mit einer Referenzspannung basiert.

Gemäß der Ausführungsform von Fig. 3 fließt der Heizstrom über die Röhrenkathode 6 und die in Serie geschaltete Stromversorgung des Strom-Tastverhältniswandlers i/T2. Über einen als Frequenzweiche ausgebildeten Tiefpaß F3 ist der Signalausgang des Strom-Tastverhältnis-Wandlers an die gesonderte Sekundärwicklung S2 des Transformators Tr2 gelegt. Die Signalrückgewinnung an der Primärseite des hochspannungsfesten Transformators Tr2 geschieht in der gleichen Weise wie in der Schaltungsbeschreibung nach Fig. 2.

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Das Schaltungsbeispiel nach Fig. 2 wird dort Anwendung finden, wo große Arbeitpunktsänderungen des Heizstromes gefordert werden, da hier die Betriebsleistung aus der gesonderten Wicklung S2 gewonnen wird. 5

Das Schaltungsbeispiel nach Fig. 3 ist vorteilhaft, wo kleine Arbeitspunktänderungen des Heizstromes jedoch hohe Regelkonstanz und kleine Reglereinschwingzeiten gefordert sind.

Statt Verwendung einer Signalfrequenz mit veränderbarem Tastverhältnis können grundsätzlich auch andere Modulationsformen der Signalübertragung zur Anwendung kommen (z.B. Amplituden- oder Frequenzmodulation der Signalspannung), jedoch stellen sie erhöhte Anforderungen an die Verbindungsleitung zwischen Sender und Empfänger bzw. erhöhen den Aufwand, der zur Rückgewinnung der Information benötigt wird.

5 Patentansprüche
3 Figuren

Claims (5)

1. Patentansprüche

   Schaltungsanordnung zum Messen des Anodenstromes in einer insbesondere symmetrisch betriebenen Röntgenröhre, bei der beide Elektroden an Hochspannung liegen können, in welcher der Anodenstrom in eine modulierte Wechselspannung umgewandelt wird und diese Wechselspannung durch einen Transformator von der Hochspannung getrennt wird und in der diese Wechselspannung zur Messung und/oder Regelung des Anodenstromes der Röntgenröhre herangezogen wird, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   a) ein Heizwandler (HW) erzeugt Stromimpulse mit einer zeitlich konstanten Impulsfolgefrequenz (f1) und einstellbarem Tastverhältnis (T1),

   b) der Ausgang des Heizwandlers (HW) liegt in Serie zu einer Frequenzweiche (F1) und einer Primärwicklung (P) eines hochspannungsfesten Transformators (Tr2),

   c) eine Sekundärwicklung (S1) des Transformators (Tr2) liefert den Heizstrom für die Röntgenröhre (1),

   d) in den Anodenstromkreis der Röntgenröhre (1) ist ein Strom-Tastverhältnis-Wandler (i/T2) geschaltet, welcher einen Strom mit einer konstanten, von der des Heizwandlers (HW) unterschiedlichen Impulsfolgefrequenz (f2) erzeugt,

   e) der Strom-Tastverhältnis-Wandler wird aus einer Sekundärwicklung (S1) des Transformators (Tr2) mit Spannung versorgt,

   f) das Ausgangssignal des Strom-Tastverhältnis-Wandlers (i/T2) ist über eine Frequenzweiche (F3), welche die Impulsfolgefrequenz (f1) des Heizwandlers (HW) nicht durchläßt, auf die gesonderte Sekundärwicklung (S2) des Transformators (Tr2) geschaltet,

   g) zur Primärwicklung (P) des Transformators (Tr2) ist

   über eine Frequenzweiche (F4) ein Tastverhältnis-Spannungs-Wandler (T2/U) parallelgeschaltet, wobei die ge-

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   nannte Frequenzweiche (F4) die Impulsfolgefrequenz (f2) des Strom- Tastverhältnis-Wandlers (i/T2), nicht aber die Impulsfolgefrequenz (f1) des Heizwandlers (HW) durchläßt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwandler (HW) zur Erzeugung einer im Vergleich zur Impulsfolgefrequenz des Strom-Tastverhältnis-Wandlers (i/T2) höheren Impulsfolgefrequenz ausgelegt ist und daß die zum Durchlassen der Impulsfolgefrequenz (f1) des Heizwandlers (HW) dienenden Frequenzweichen (F1, F2) als Hochpässe, die zum Durchlassen der Impulsfolgefrequenz (f2) des Strom-Tastverhältnis-Wandlers (i/T2) dienenden Frequenzweichen (F3, Fh) als Tiefpässe ausgebildet sind.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz (f1) des Heizwandlers (HW) etwa 2OkHz und die Impulsfolgefrequenz (f2) des Strom-Tastverhältnis-Wandlers (i/T2) ca. IkHz beträgt.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustleistung im Strom-Tastverhältnis-Wandler (i/T2) und im Tastverhältnis-Spannungs-Wandler (T2/U) klein ist gegenüber der Verlustleistung in der Heizung der Röntgenröhre und daß die vom Strom-Tastverhältnis-Wandler im Transformator erzeugte Flußänderung klein ist gegenüber der durch den Heizwandler im Transformator erzeugten Flußänderung.
5. 5. Schaltungsanordnung nach deinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom-Spannungswandler (i/T2) zur Spannungsversorgung mit der Kathode (6) und der zugrhörigen Sekundärwicklung (S1) des Transformators (Tr2) in Serie geschaltet ist.