JP6873125B2 - X-ray generator and analyzer equipped with it - Google Patents
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Description
本発明は、特性X線を出射するX線発生装置に関し、特にX線発生装置を備える分析装置に関する。 The present invention relates to an X-ray generator that emits characteristic X-rays, and more particularly to an analyzer that includes an X-ray generator.
鉄鋼品種(例えば、低合金鋼や炭素鋼やステンレス鋼や低合鋳鉄等)や非鉄金属品種の多様化や高品質化や製鋼加工技術の発展に伴い、母材(例えば、Fe、Cu、Al等)中に含有される微量成分、特にC、Si、S、P、Mn、Ni等の元素の量を厳密にコントロールすることが要求されてきており、鉄鋼材や非鉄金属材等の生産工場等での製鋼・精練工程において、母材中に含有される微量成分を定量することが重要となってきている。
そこで、近年、試料に特性X線を照射し、特性X線により励起されて放出される蛍光X線の強度を検出することによって、その試料に含まれる元素の定性や定量分析を行う蛍光X線分析装置が生産工場等で広く利用されるようになってきている。With the diversification and quality improvement of steel varieties (for example, low alloy steel, carbon steel, stainless steel, low cast iron, etc.) and non-ferrous metal varieties, and the development of steelmaking processing technology, base materials (eg, Fe, Cu, Al Etc.) It has been required to strictly control the amount of trace components contained in, especially elements such as C, Si, S, P, Mn, Ni, etc., and production plants for steel materials, non-ferrous metal materials, etc. In the steelmaking / refining process such as, it is becoming important to quantify the trace components contained in the base metal.
Therefore, in recent years, by irradiating a sample with characteristic X-rays and detecting the intensity of fluorescent X-rays excited and emitted by the characteristic X-rays, fluorescent X-rays are used to perform qualitative and quantitative analysis of the elements contained in the sample. Analyzers are becoming widely used in production plants and the like.
図4は、蛍光X線分析装置の構成を示す図であり、図5は、図4に示すX線発生装置101の回路図である。蛍光X線分析装置160は、X線発生装置101と、試料Sが配置される試料台61と、蛍光X線のエネルギと強度とを検出する検出器62と、入力装置71やCPU 172等を有するコンピュータ170とを備える。 FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a fluorescent X-ray analyzer, and FIG. 5 is a circuit diagram of the
X線発生装置101は、特性X線を出射するX線管球10と、高電圧Vhighを印加するための高電圧生成DC電源(高電圧電源)20と、低電圧Vlowを印加するためのフィラメント用電源(低電圧電源)30と、高電圧生成DC電源20を制御する管電圧制御回路(高圧電源制御回路)140と、フィラメント用電源30を制御するフィラメント電流制御回路(低圧電源制御回路)150とを備える(例えば特許文献1参照)。The
図6は、図4に示すX線管球10の断面図である。X線管球10は、陽極であるターゲット11と、陰極であるフィラメント12と、ターゲット11とフィラメント12とを内部に有する略円筒形状の筐体13とを備える。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the
筐体13の側壁には、円形状の出射窓13aが形成されており、出射窓13aと対向する位置にターゲット11の端面11aが配置されるとともに、ターゲット11の端面11aと対向する位置にフィラメント12が配置されている。そして、フィラメント用電源30及びフィラメント電流制御回路150が、低電圧用ケーブル16を介してフィラメント12と接続されている。また、高電圧生成DC電源20及び管電圧制御回路140が、高電圧用ケーブル15を介してターゲット11と接続されている。さらに、高電圧生成DC電源20の負極は、フィラメント12の一端と接続されている。 A
管電圧制御回路140は、入力装置71からの入力信号に基づいて、ターゲット11に高電圧Vhighを印加するようになっている。例えば、分析者が入力装置71を用いて電圧値1kV〜50kV程度の内から管電圧値Vhighを選択すると、管電圧制御回路140はその選択された管電圧値Vhighをターゲット11に印加することにより、ターゲット11の電位を管電圧値Vhighとする。このとき、管電圧制御回路140は、ターゲット11の電位が管電圧値Vhighと乖離がないようにフィードバック制御を行う。The tube
フィラメント電流制御回路150は、入力装置71からの入力信号に基づいて、フィラメント12に低電圧Vlowを印加するようになっている。例えば、分析者が入力装置71を用いて電流値5mA〜100mA程度の内から管電流値Iを選択すると、フィラメント電流制御回路150はその選択された管電流値Iと乖離がないように、フィラメント12にフィラメント電流を流すフィードバック制御を行う。The filament
このようなX線発生装置101によれば、分析を行うための入力信号が入力されると、図5(a)に示すように、ターゲット11に高電圧Vhighを印加してターゲット11の電位を管電圧値Vhighとするとともに、フィラメント12に低電圧Vlowを印加してフィラメント電流を流すことにより、フィラメント12から放射された熱電子eを加速して、ターゲット11の端面11aに衝突させることで、ターゲット11の端面11aで発生した特性X線を出射窓13aから出射している。なお、この特性X線の強度やエネルギは、管電圧値Vhighと管電流値Iとを変えることで制御される。According to such an
ところで、分析が終了してX線発生装置101を停止するためには、フィラメント12に低電圧Vlowを印加することを停止した後、ターゲット11に高電圧Vhighを印加することを停止して、ターゲット11の電位を管電圧値Vhighから0Vに低下させる必要があるが、ターゲット11の電位が0Vに低下する待ち時間が長かった(例えば管電圧値Vhighの低下速度1.8kV/s)。By the way, in order to stop the
なお、フィラメント電流制御回路150は、管電流値Iと乖離がないようにフィードバック制御を行っているので、管電流が流れなくなると、フィラメント電流が最大値となり、フィラメント12の温度が最高温度となる。フィラメント12の温度が高くなるほど、フィラメント12が消耗するので、フィラメント12の寿命が短くなる。そのため、X線発生装置101を停止するための入力信号「OFF」が入力されると、フィラメント電流制御回路150が、フィラメント12に低電圧Vlowを印加することを停止した後、管電圧制御回路140が、ターゲット11に高電圧Vhighを印加することを停止している。Since the filament
本出願人は、ターゲット11の電位を短時間で低下させる方法について検討した。フィラメント12に低電圧Vlowを印加することを停止した後、ターゲット11に高電圧V highを印加することを停止することにより、図5(b)に示すように、筐体13や高電圧用ケーブル15の絶縁体の抵抗に流れる極わずかな電流iによって管電圧値Vhig hを逃がしている。 The applicant examined a method for lowering the potential of the
そこで、図7に示すように高耐圧抵抗とスイッチとを設け、入力信号「OFF」が入力されると、フィラメント12に低電圧Vlowを印加することを停止した後、ターゲット11に高電圧Vhighを印加することを停止するとともに、スイッチで高耐圧抵抗とターゲット11とを接続することにより、管電圧値Vhighを逃がすことが考えられる。しかし、高耐圧抵抗やスイッチ等の部品を設ける必要がある。Therefore, as shown in FIG. 7, a high withstand voltage resistor and a switch are provided, and when the input signal “OFF” is input , the application of the low voltage V low to the
よって、X線発生装置101を停止する際に、まず管電流値Iを0Aとするのではなく、適切な所定値(0.3A以上5.0A以下)のフィラメント電流をフィラメント12に流すことにより熱電子e’をターゲット11に照射することで、管電圧値Vhighを管電流I’として逃がすことを見出した(図2(b)参照)。その結果、管電圧値Vhig hの低下速度が3.0kV/sとなり、早くなった。Therefore, when stopping the
すなわち、本発明のX線発生装置は、筐体と、前記筐体の内部に配置された陽極であるターゲットと、前記筐体の内部に配置された陰極であるフィラメントとを有し、前記フィラメントから放射される熱電子を前記ターゲットで受容して、前記ターゲットで発生したX線を出射するX線管と、前記ターゲットに高電圧を印加するための高電圧電源と、前記フィラメントに低電圧を印加するための低電圧電源と、前記高電圧電源を制御する高電圧電源制御回路と、X線発生装置を停止するためのOFF信号の入力操作が可能な入力装置と、前記低電圧電源を制御し、前記X線発生装置を停止するためのOFF信号が入力される低電圧電源制御回路とを備えるX線発生装置であって、前記OFF信号が入力されたときに、前記高電圧電源制御回路が前記ターゲットに高電圧を印加することを停止した後、前記低電圧電源制御回路が前記フィラメントに所定時間、所定値の低電圧を印加するようにしている。 That is, the X-ray generator of the present invention has a housing, a target which is an anode arranged inside the housing, and a filament which is a cathode arranged inside the housing. An X-ray tube that receives thermoelectrons emitted from the target and emits X-rays generated by the target, a high-voltage power supply for applying a high voltage to the target, and a low voltage to the filament. Controls a low-voltage power supply for applying, a high-voltage power supply control circuit for controlling the high-voltage power supply, an input device capable of inputting an OFF signal for stopping the X-ray generator, and the low-voltage power supply. An X-ray generator including a low-voltage power supply control circuit to which an OFF signal for stopping the X-ray generator is input, and the high-voltage power supply control circuit when the OFF signal is input. Stops applying the high voltage to the target, and then the low voltage power supply control circuit applies the low voltage of a predetermined value to the filament for a predetermined time.
本発明のX線発生装置によれば、ターゲットの電位の管電圧値Vhighを低下させるために、ターゲットの電位の管電圧値Vhighを管電流I’として逃がすため、管電圧値Vhighを逃がす待ち時間を短くすることができる。また、回路を切替える機構や部品(高耐圧抵抗やスイッチ)を必要としない。According to the X-ray generator of the present invention, in order to reduce the tube voltage value V high of the target potential, the tube voltage value V high of the target potential is released as the tube current I', so that the tube voltage value V high is set. The waiting time for escape can be shortened. In addition, no mechanism or component (high withstand voltage resistor or switch) for switching circuits is required.
(他の課題を解決するための手段および効果)
また、上記の発明において、前記所定時間は、前記ターゲットの電位が低下するための時間であるようにしてもよい。(Means and effects to solve other problems)
Further, in the above invention, the predetermined time may be a time for the potential of the target to decrease.
また、上記の発明において、前記所定値の低電圧は、0.3A以上5.0A以下のフィラメント電流を前記フィラメントに流すためのものであるようにしてもよい。
なお、0.3A以上5.0A以下のフィラメント電流は、フィラメントの温度が適切な温度となり、フィラメントが消耗することを防止するものとなっている。Further, in the above invention, the low voltage of the predetermined value may be for passing a filament current of 0.3 A or more and 5.0 A or less through the filament.
The filament current of 0.3 A or more and 5.0 A or less prevents the filament from being consumed when the filament temperature becomes an appropriate temperature.
そして、本発明の分析装置は、上述したようなX線発生装置と、検出器とを備える分析装置にしてもよい。 The analyzer of the present invention provides an X-ray CT apparatus as described above, may be Ru analyzer and a detector.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described below, and various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
図1は、実施形態に係る蛍光X線分析装置の構成を示す図であり、図2は、図1に示すX線発生装置の回路図である。なお、蛍光X線分析装置160と同様のものについては、同じ符号を付している。
蛍光X線分析装置60は、X線発生装置1と、試料Sが配置される試料台61と、蛍光X線のエネルギと強度とを検出する検出器62と、入力装置71やCPU 72等を有するコンピュータ70とを備える。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fluorescent X-ray analyzer according to an embodiment, and FIG. 2 is a circuit diagram of the X-ray generator shown in FIG. The same reference numerals are given to those similar to the
The
X線発生装置1は、特性X線を出射するX線管球10と、高電圧Vhighを印加するための高電圧生成DC電源(高電圧電源)20と、低電圧Vlowを印加するためのフィラメント用電源(低電圧電源)30と、高電圧生成DC電源20を制御する管電圧制御回路(高圧電源制御回路)40と、フィラメント用電源30を制御するフィラメント電流制御回路(低圧電源制御回路)50とを備える。The
フィラメント電流制御回路50は、入力装置71からの入力信号に基づいて、フィラメント12に低電圧Vlowを印加するようになっている。例えば、分析者が入力装置71を用いて電流値5mA〜100mA程度の内から管電流値Iを選択すると、フィラメント電流制御回路50はその選択された管電流値Iと乖離がないように、フィラメント12にフィラメント電流を流すフィードバック制御を行う。
また、実施形態に係るフィラメント電流制御回路50は、X線発生装置1を停止するための入力信号「OFF」が入力された際には、フィラメント12に所定時間(例えば20秒以下)、所定値の低電圧Vlow’を印加することにより、所定値(0.3A以上5.0A以下)のフィラメント電流を流すようになっている。
上記所定値としては、0.3A以上5.0A以下であること等が挙げられるが、蛍光X線分析装置60では、回路構成を考慮して3.4Aとした。これにより、減少スピードもX線管球10の構造によって変わるが、蛍光X線分析装置60では、50kV(最大管電圧)/3kV(一秒あたりの減少スピード)= 16.6s となり、16.6秒で電位が低下するようになった。The filament
Further, in the filament
The predetermined value may be 0.3 A or more and 5.0 A or less, but in the
管電圧制御回路40は、入力装置71からの入力信号に基づいて、ターゲット11に高電圧Vhighを印加するようになっている。例えば、分析者が入力装置71を用いて電圧値1kV〜50kV程度の内から管電圧値Vhighを選択すると、管電圧制御回路40はその選択された管電圧値Vhighをターゲット11に印加することにより、ターゲット11の電位を管電圧値Vhighとする。このとき、管電圧制御回路40は、ターゲット11の電位が管電圧値Vhighと乖離がないようにフィードバック制御を行う。
また、実施形態に係る管電圧制御回路40は、X線発生装置1を停止するための入力信号「OFF」が入力されると、フィラメント12に低電圧Vlow’を印加することを停止する前に、ターゲット11に高電圧Vhighを印加することを停止するようになっている。The tube
Further, the tube
ここで、X線発生装置1を停止する停止方法について説明する。図3は、停止方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS101の処理において、CPU72はX線発生装置1を停止するための入力信号「OFF」が入力されたか否かを判定する。入力信号「OFF」が入力されていないと判定したときには、ステップS101の処理を繰り返す。Here, a stop method for stopping the
First, in the process of step S101, the
一方、入力信号「OFF」が入力されたと判定したときには、ステップS102の処理において、フィラメント電流制御回路50は、フィラメント12に所定値の低電圧Vlo w’を印加することにより、所定値(3.4A)のフィラメント電流を流す。このとき、フィラメント12の温度が最高温度とならないので、フィラメント12の消耗を防止することができる。
次に、ステップS103の処理において、管電圧制御回路40は、ターゲット11に高電圧Vhighを印加することを停止する。On the other hand, when the input signal "OFF" is determined to have been input, the process of step S102, the filament
Next, in the process of step S103, the tube
次に、ステップS104の処理において、CPU72は所定時間(20秒)が経過したか否かを判定する。所定時間が経過していないと判定したときには、ステップS104の処理を繰り返す。このとき、管電圧値Vhighが管電流I’として逃げる(図2(b)参照)。
次に、所定時間が経過したと判定したときには、ステップS105の処理において、フィラメント電流制御回路50は、フィラメント12に所定値の低電圧Vlow’を印加することを停止する。
そして、ステップS105の処理が終了すると、本フローチャートを終了させることになる。Next, in the process of step S104, the
Next, when it is determined that the predetermined time has elapsed, in the process of step S105, the filament
Then, when the process of step S105 is completed, this flowchart is terminated.
以上のように、本発明に係る蛍光X線分析装置60によれば、ターゲット11の電位の管電圧値Vhighを低下させるために、ターゲット11の電位の管電圧値Vhighを管電流I’として逃がすため、管電圧値Vhighを逃がす待ち時間を短くすることができる。As described above, according to the
<他の実施形態>
(1)上述した実施形態では蛍光X線分析装置60を例に説明を行ったが、連続的にX線を発生する装置(非破壊検査装置や医療用X線装置等)に対しても本発明を同様に適用することができる。また、最大管電圧は装置によって変わるため、表面分析のため比較的低い管電圧を使用している蛍光X線分析装置60を例に説明を行ったが、高い管電圧を使用している装置に適用してもよい。<Other Embodiments>
(1) In the above-described embodiment, the
(2)上述した蛍光X線分析装置60では、所定時間(20秒)が経過したか否かを判定するような構成を示したが、ターゲット11の電位が所定値(1kV)以下となったか否かを判定するような構成としてもよい。 (2) The
本発明は、試料中に含まれる元素の濃度を算出する蛍光X線分析装置等に利用することができる。 The present invention can be used in a fluorescent X-ray analyzer or the like for calculating the concentration of an element contained in a sample.
1 X線発生装置
10 X線管
11 ターゲット
12 フィラメント
13 筐体
15 高電圧用ケーブル
16 低電圧用ケーブル
20 高電圧電源
30 低電圧電源
40 高電圧電源制御回路
50 低電圧電源制御回路1
Claims (4)
前記ターゲットに高電圧を印加するための高電圧電源と、
前記フィラメントに低電圧を印加するための低電圧電源と、
前記高電圧電源を制御する高電圧電源制御回路と、
X線発生装置を停止するためのOFF信号の入力操作が可能な入力装置と、
前記X線管に流れる管電流値と選択された管電流値の間に乖離が無いように前記低電圧電源をフィードバック制御し、前記X線発生装置を停止するためのOFF信号が入力される低電圧電源制御回路とを備えるX線発生装置であって、
前記OFF信号が入力されたときに、前記高電圧電源制御回路が前記ターゲットに高電圧を印加することを停止した後、前記低電圧電源制御回路が前記フィードバック制御を停止して前記フィラメントに所定時間、所定値の低電圧を印加することを特徴とするX線発生装置。 The target has a housing, a target which is an anode arranged inside the housing, and a filament which is a cathode arranged inside the housing, and receives thermoelectrons radiated from the filament at the target. Then, an X-ray tube that emits X-rays generated at the target and
A high-voltage power supply for applying a high voltage to the target,
A low-voltage power supply for applying a low voltage to the filament,
The high-voltage power supply control circuit that controls the high-voltage power supply and
An input device that can input an OFF signal to stop the X-ray generator,
The low voltage power supply is feedback-controlled so that there is no discrepancy between the tube current value flowing through the X-ray tube and the selected tube current value, and an OFF signal for stopping the X-ray generator is input. An X-ray generator equipped with a voltage power supply control circuit.
When the OFF signal is input, the high voltage power supply control circuit stops applying a high voltage to the target, and then the low voltage power supply control circuit stops the feedback control for a predetermined time on the filament. , An X-ray generator characterized by applying a low voltage of a predetermined value.
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C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
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C13 | Notice of reasons for refusal |
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A521 | Written amendment |
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