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Schaltungsanordnung zur Steuerung der Röhrenspannung einer Röntgenanlage
mit pulsierender oder wellenförmiger Spannung Die Erfindung betrifft eine Röntgenanlage,
bei der in den Röhrenstromkreis eine elektrische Entladungsröhre mit Steuergitter
eingebaut ist und der Hochspannungserzeuger eine pulsierende oder wellenförmige
Spannung besitzt. Es wurde bereits vorgeschlagen, bei einer ' solchen Röntgenanlage
die Spannung bzw.. die Röntgenstrahlenintensität mit Hilfe der in den Röhrenstromkreis
geschalteten Gitterröhre trägheitslos zu steuern. Der innere Widerstand dieser Gitterröhre
wurde dabei stets so verändert, daB von der Spannungskurve der an dem Hochspannungserzeuger
dauernd für die höchsten vorkommenden Spannungswerte eingestellten pulsierenden
oder wellenförmigen Spannung nur derjenige Teil an der Röntgenröhre zur Wirkung
gelangte, der unterhalb eines bestimmten Wertes lag. Für die Steuerung des inneren
Wider-Standes der -Gittexröhre im Röhrenstromkreis wurde eine Verstärkerrö.hre benutzt,
die auf das Gitter dieser Röhre arbeitete und in deren Gitterstromkreis eine einstellbare,
jedoch zeitlich unveränderliche Spannung und eine zeitlich veränderliche, von der
Röhrenspannung abhängige Spannung sich auswirkte. Der innere Widerstand der Gitterröhre
im Röhrenstromkreis wurde dabei größer, wenn die zeitlich veränderliche Spannung
die fest eingestellte Spannung überstieg. Man konnte somit den Scheitelwert der
an der Röntgenröhre liegenden Spannung .durch Einstellen der zeitlich unveränderlichen
Spannung in dem Gitterstromkreis der Verstärkerröhre beliebig wählen. Der oberhalb
des Scheitehvertes gelegene Teil der Spannungskurve wurde auf diese Weise von der
Röntgenröhre ferngehalten.
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Es hat sich nun gezeigt, daß die mit einer derartigen Röntgenanlage
hergestellten Röntgenaufnahmen in der Bildwirkung sehr verschieden ausfallen können,
obwohl dabei für das mAs-Prodiikt und für die Scheitelspannung Werte gewählt wurden,
die normalerweise
einwandfreie Bilder ergeben müßten. Es ist hierbei
nicht gleichgültig, wie das mAs-Produkt für zwei Aufnahmen, die am gleichen Apparat,
mit gleicher mAs-Zahl und gleicher Scheitelspannung hergestellt werden, gebildet
wird, d. h. also, ob der Röhrenstrom bei kurzer Belichtungszeit groß oder bei längerer
Belichtungszeit entsprechend kleiner gewählt wird. Ferner kann es vorkommen, daß
zwei gleichartige Aufnahmen, die mit den gleichen Aufnahmedaten an derartigen Röntgenanlagen
ausgeführt werden, verschiedene Bildwirkungen aufweisen, nur weil die betreffenden
Röntgenanlagen an verschiedene Netze angeschlossen sind.
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Diese -Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Röntgenanlage mit pulsierender
oder wellenförmiger Spannung und mit :einer in .den Röhrenstromkreis geschalteten
elektrischen Entladungsröhre mit Steuergitter eine Einrichtung vorhanden ist, die
eine selbsttätige Steuerung der Röhrenspannung nach einem von dem Röhrenstrom unabhängigen
und vor der Röntgenaufnahme einzustellenden zeitlichen Mittelwert ermöglicht. Statt
der Röhrenspannung kann auch die Röntgenstrahlenintensität oder die Röntgenstrahlenhärte
nach einem solchen Mittelwert selbsttätig gesteuert werden.
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Die Einrichtung für die selbsttätige Steuerung einer dieser veränderlichen
Größen -weist in vorteilhafter Weise eine Verstärker r öhr e auf, die gegebenenfalls
über weitere Verstärkereinrichtungen auf die in den Röhrenstromkreis geschaltete
Gitterröhre arbeitet und in deren Gitterstromkreis zwei Kondensatoren mit verschiedener
Polrichtung in Serie geschaltet sind, wobei der .eine dieser Kondensatoren -während
der Belichtungsdauer einer Röntgenaufnahme durch eine von der Röhrenspannung abhängige
Spannung und der andere durch eine aus einer kontinuierlich konstanten Gleichspannung
bestehenden Vergleichsspannung aufgeladen wird. Bei dieser Einrichtung wird somit
die Steuerung einer veränderlichen Größe nach einem zeitlichen Mittelwert dadurch
erzielt, daß eine von der zu steuernden Größe abhängige Spannung dauernd mit einer
stetig veränderlichen Spannung verglichen wird. Die auf das Gitter der Verstärkerröhre
wirkende Differenz dieser beiden Spannungen wirkt bei geeigneter Bemessung und Anordnung
der beiden Kondensatoren nur dann auf die in den Röhrenstromkreis geschaltete Gitterröhre
sperrend, wenn die von der zu steuernden Größe abhängige Spannung größer wird als
die stetig veränderliche Spannung, d. h. -wenn der zeitliche Mittelwert der veränderlichen
Größe (Röhrenspannung, Röntgenstrahlenintensität, Röntgen-Z> o. dgl.) überschritten
wird. Wird dagegen der -zeitliche Mittelwert der veränderlichen Größe unterschritten,
dann wird auch die von dieser Größe abhängige Spannung gegenüber der stetig veränderlichen
Spannung zurückbleiben. Bei nachfolgendem Cberschreiten des zeitlichen Mittelwertes
von der veränderlichen Größe wird die von ihr abhängige Spannung so lange schneller
anwachsen als die stetig veränderliche Spannung, bis beide Spannungen wieder gleich
groß sind. In den Zeiten, in denen die veränderliche Größe einen höheren Wert besitzt
als ihr Mittelwert beträgt, wird also nachgeholt, was in vorhergehenden Zeiten bis
zum Mittelwert gefehlt hat.
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Bei einer nach der Erfindung arbeitenden Röntgenanlage, bei der der
Spannungserzeuger ein Transformatorapparat mit Graetz-Schaltung ist, wird die Spannungskurve
im Prinzip nach der in Fig. i dargestellten Kurve t verlaufen. Die Einstellung der
Spannung erfolgt dabei nicht, wie bisher, nach einem Maximahvert, sondern nach einem
vor der Aufnahme einstellbaren Mitteluertut. Es ist allerdings zu beachten, daß
der einstellbare Mittelwert in nicht größer sein darf als der zeitliche Mittelwert
der Spannungskurve 2 des Spannungserzeugers. Die von der Ktx@: e t und der Geraden
3 umgrenzten Flächen .l, 5 in Fig. i sind immer gleich groß. Diese Bedingung gilt
auch, wenn die Spannungskurve -- des Spannungserzeugers, etwa bei größeren Stromstärken
durch einen im Netz oder im Transformator auftretenden Spannungsabfall weniger steil
verläuft oder sonstwie deformiert ist.
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Für die erfindungsgemäße Steuerung der Röhrenspannung, die an sich
mit verschiedenen Hilfsmitteln vorgenommen werden kann, sind in den Fig. 2 bis 4.
drei Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung nach schematisch wiedergegeben.
Bei dem :%-usfiihrungsbeispiel. der Fig. a weist die Einrichtung für die selbsttätige
Steuerung der Spannung an der Röntgenröhre 6 eine Verstärkerröhr e ; auf, die über
zwei weitere Verstärkerröhren 8, y auf die in den Röhrenstromkreis mit dem Hochspannungserzeuger
io geschaltete Gitterröhre i i arbeitet. In den Gitterstromkreis der Verstärkerröhre
7 sind zwei Kondensatoren 12, 13 in Serie geschaltet. Der Kondensator 12 ist über
einen Widerstand 14 mit einem zur Röntgenröhre 6 parallel geschalteten Spannungsteiler
15 und der Kondensator 13 über einen Widerstand 16 und einen Schalter 17 mit einem
an einer Gleichspannungsquelle 18 gelegenen Spannungsteiler i9 verbunden. In dem
Gitterstromkreis der Verstärkerröhre 7 befindet sich ferner ein Spannungsteiler
2o, an dein eine geeignete
Gittervorspannung abgenommen werden kann,
damit diese Röhre vor- Beginn der Röntgenaufnahme im geraden Teil ihrer Kennlinie
arbeitet.
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Die Steuerung der Röhrenspannung nach einem einstellbaren Mittelwert
erfolgt beidem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 durch Zusammenwirken zweier Steuereinrichtungen,
die beide über die, Verstärkerröhren 8, 9 arbeiten und den inneren Widerstand der
Gitterröhre i i beeinflussen. Bei der einen dieser beiden Steuereinrichtungen wird
die Röhrenspannung, ähnlich wie dies bei: einer bereits vorgeschlagenen Einrichtung
für die Steuerung nach einem Maximalwert der Fall ist, mit einer einstellbaren,
aber während der Röntgenaufnahme unveränderlichen Spannung verglichen. Die zweite
Steuereinrichtung sorgt demgegenüber dafür, daß Abweichungen der Röhrenspannung
von dem durch die .erste Steuereinrichtung eingestellten Wert ausgeglichen werden,
so daß der eingestellte Wert keinen Maximalwert, sondern tatsächlich den Mittelwert
der Röhrenspannung darstellt. Die beiden Steuereinrichtungen steuern somit in diesem
Ausführungsbeispiel die Röhrenspannung auf den gleichen Mittelwert. Die Ver-@i-endung
von zwei Steuereinrichtungen hat hier den Vorteil, daß die Kondensatoren 12, 13
kleiner sein können, als wenn nur die eine Steuereinrichtung mit der Verstärkerröhre
7 vorhanden wäre.
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In dem Gitterstromkreis der Verstärkerröhre 8, der über einen Widerstand
21, den Spannungsteiler 15 und ,einen an einer Gleichstromquelle 22 angeschlossenen
Spannungsteiler 23 geführt ist, sind also eine einstellbare und zwei veränderliche
Steuerspannungen wirksam. Wenn man zunächst annimmt, daß die Spannung an dem Spannungserzeuger
io stets höher ist als die an den beiden Spannungsteilern i9 und 23 gemeinsam eingestellte
mittlere Spannung an der Röntgenröhre 6, dann sind auch die an 15 und 21 abgegriffenen
Spannungen konstant.- Wird aber die Spannung des Spannungserzeugers io vorübergehend
kleiner als die eingestellte mittlere Spannung, dann wird der Kondensator 12 langsamer
aufgeladen als der Kondensator 13, und das Gitter der Vers.tärkerröhre 7 wird positiver,
- d. h. die an dem in den Anodenstromkreis dieser Röhre geschalteten Widerstand
21 -Wirksame Spannung wird größer. Dies wirkt sich aber auf das Gitter der Verstärkerröhre
8 so aus; als wenn die Spannung an 23 vergrößert worden wäre. Es kann also die Spannung
an 15 und damit die Röntgen:-röhrenspannung so lange größer sein bzw. anwachsen,
bis die Spannungen an den Kondensatoren 12, 13 wieder 'gleich groß geworden sind
und damit die Schwankung der-Röhrenspannung wieder ausgeglichen ist. In dem Anodenstromkreis
der Verstärkerröhre 8 befindet sich ein Schalter 2¢. Die Schalter 17 und 2¢ werden
beim Schalten einer Röntgenaufnahme gleichzeitig betätigt.
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Fig.3 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung für
die erfindungsgemäße Steuerung der Röntgenstrahlenintensität nach einem einstellbaren
Mittelwert. Dabei wird die Röhrenspannung, ähnlich wie bei der einen Steuereinrichtung
im Ausführungsbeispiel der Fig. 2, durch die Differenz der Spannungen an den beiden
Kondensatoren 25, 26 gesteuert. Zur Verstärkung der Steuerspannung können außer
der Verstärkerröhre 27 noch weitere, in der Figur nicht dargestellte Ver stärkerröhren
verwendet werden. Auch hier wird so gesteuert, daß der innere Widerstand der Gitterröhre
i i größer wird, wenn die Spannung an dem Kondensator 25 größer wird als die Ver&leichsspannung
an dem Kondensator 26. Der Kondensator 25 wird über einen Widerstand 28 durch die
an dem Widerstand 29 auftretende Spannung aufgeladen, wobei diese Spannung proportional
der von der Dosiskammer 3ö einer Ionisationsmeßeinrichtung gemessenen Röntgenstrahlenintensität
ist. Die Einstellung der mittleren Spannung an der Röntgenröhre erfolgt durch den
Spannungsteiler 31. Beim Schalten einer Röntgenaufnahme mit Hilfe der Gitterröhre
i i werden gleichzeitig die beiden Schalter 32, 33 betätigt; so daß, -die Aufladung
der beiden Kondensatoren 25, 26 zu gleicher Zeit beginnt.
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Der Einfluß, der Röhrenstromstärke auf die Röntgenstrahlenintensität
kann durch einen in den Röhrenstromkreis geschalteten Widerstand 3q. kompensiert
werden, in dem eine an ihm auftretende Spannung in dem Stromkreis 35 für die Aufladung
des Kondensators 25 so zur Wirkung gebracht wird, daß die durch die Änderung des
Röhrenstromes an dem Widerstand 29 auftretende Spannungsänderung kompensiert wird.
Die Dosiskammer 3o kann, außer für die Steuerung der Röhrenspannung nach einem zeitlichen
Mittelwert, auch für die Steuerung der Röntgenstrahlendosis verwendet werden, wie
dies bei einer bereits vorgeschlagenen Einrichtung zur Bestimmung der Aufnahmespannung
für Röntgenaufnahmen der Fall ist.
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An Stelle der einen D osiskammer 3 o kann es auch zweckmäßig sein,
zwei hintereinandergeschaltete D,osiskammern 3o zu verwenden, zwischen denen ,ein
Filter 36 (s. Fig. q.) angeordnet ist. Auf ,diese Weise läßt sich die Röhrenspannung
nach einem zeitlichen Mittelwert der Röntgenstrahlenhärte steuern. Ferner kann es
vorteilhaft sein, mit einer solc$en Steuereinrichtung bei der Steuerung nach der
Röntgenstrahlenintensität den Einfluß des
Röntgenröhrenstromes auszuschalten
und für die Messung der Röntgenstrahlenintensität eine Hilfsröntgenröhre 37 zu verwenden
(siehe Fig. q.), die nicht an die volle Betriebsspannung, sondern nur an eine dieser
proportionalen Teilspannung angeschlossen ist.
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Die erfindungsgemäße Steuerung der Röhrenspannung oder einer von dieser
Spannung abhängigen Gröf''Te ist auch bei einem Kondensatorapparat vorteilhaft.
Der Kondensator kann hierdurch kleiner gewählt werden, als wenn. er reine Gleichspannung
liefern soll. Die von der Stromentnahme abhängige Welligkeit der Spannung wird durch
die Steuerung nach einem zeitlichen Mittelwert ausgeglichen.
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Zur Erzielung eines während einer Röntgenaufnahme veränderlichen zeitlichen
Mittelwertes der Röhrenspannung, der Röntgenstrahlenintensität oder der Röntgenstrahlenhärte
kann die Vergleichsspannung zum Aufladen des Kondensators 13 bzw. 26 auch
eine zeitlich veränderliche Spannung sein.