專利名稱：旋陽x射線管的控制方法及控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋陽X射線管的控制方法，具體是涉及控制旋陽X射線管的交流電機(jī)工作的方法；另外，涉及到一種控制電路。
背景技術(shù)：
X射線管是產(chǎn)生X射線的部件，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測設(shè)備和醫(yī)療檢測設(shè)備中(例如食品檢驗(yàn)X射線機(jī)，醫(yī)用X射線機(jī)等)。如圖I所示，一種固定陽極的X射線管的基本結(jié)構(gòu)具體包括一個使用玻璃制作的真空管1，真空管I內(nèi)一端固定地裝有一用鎢金屬制成的陽極靶4 (陽極靶4密封地插入真空管I，一部分在真空管I內(nèi)，一部分在真空管I外，因此，陽極靶4與真空管I的玻殼接觸)，另一端裝有一個用燈絲制作的陰極7，陽極靶4和陰極7均處于玻璃真空管I的真空中，陰極7兩端施加低電壓Ul使陰極7產(chǎn)生電子束3 ;在陰極7與陽極靶4兩端施加高電壓U2，陰極7產(chǎn)生的電子束3在高壓電場作用下高速轟擊陽極靶4的靶面6 ;高速電子轟擊靶面6后，其中1%的能量使鎢金屬激發(fā)出X射線5射出球管，另外99%的能量轉(zhuǎn)化為熱量使陽極靶4溫度升高；固定陽極X射線管的熱量外傳通過兩種途徑第一種通過陽極——真空管I的玻殼進(jìn)行傳遞；第二種通過熱輻射進(jìn)行傳遞。當(dāng)過強(qiáng)的電子束集中轟擊鎢靶的固定位置時，產(chǎn)生的熱量比較集中，輕者降低固定陽極X射線管發(fā)射X射線的效率，使球管的輸出功率受到限制；嚴(yán)重時能使靶面過熱而燒毀，固定陽極X射線管不能再發(fā)射X射線，降低了固定陽極X射線管的使用壽命，因此固定陽極X射線管的功率不能太大。為了解決上述制約X射線管功率提高的問題，目前，大功率X射線管的陽極已經(jīng)改為可高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極，這種X射線管也稱為旋陽X射線管，如圖2所示，旋陽X射線管的結(jié)構(gòu)具體包括一個使用玻璃制作的真空管11和一與真空管11連接的交流電機(jī)，該交流電機(jī)包括電磁定子15、轉(zhuǎn)子14和軸承16三部分，真空管11內(nèi)設(shè)有一用鎢金屬制成并呈梯形圓盤狀的陽極靶12，陽極靶12的斜面13 (亦稱腰面)是靶面；陽極靶12的中心固定在一個交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子14上，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子14與陽極靶12聯(lián)合組成一個剛性組合旋轉(zhuǎn)實(shí)體(以下簡稱旋轉(zhuǎn)體)，該旋轉(zhuǎn)體以軸承16作為支撐點(diǎn)安裝在一個真空管11的腔內(nèi)，陽極靶12是交流電機(jī)唯一的負(fù)載；正對陽極靶12的斜面邊緣13是一使用燈絲制作的陰極17，陰極17的電源線18從真空管11 一端密封引出，旋陽X射線管的熱量外傳也是通過兩種途徑第一種通過陽極——轉(zhuǎn)子——軸承——真空管11的玻殼進(jìn)行傳遞；第二種通過熱輻射進(jìn)行傳遞。旋陽X射線管曝光時首先要啟動交流電機(jī)，使陽極靶12高速旋轉(zhuǎn)；當(dāng)電子束19轟擊靶面13時，由于陽極靶12的高速旋轉(zhuǎn)，使得轟擊到靶面13的電子在靶面13上環(huán)狀均勻分布，電子束19轟擊靶面13產(chǎn)生的熱量被均勻的分布在轉(zhuǎn)動的圓環(huán)面積上，單位面積上的熱量大為減少，消除了局部靶面熱量過于集中的現(xiàn)象，從而可以增大燈絲的電子發(fā)射量，提高X射線管的功率。
交流電機(jī)在長期通電運(yùn)轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子上感應(yīng)的電流形成渦流，渦流在轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)化為熱能使轉(zhuǎn)子溫度升高，同時轉(zhuǎn)子又把熱量傳遞給陽極靶12，導(dǎo)致陽極靶12溫度升高，從而降低旋陽X射線管的X射線產(chǎn)出率，并且交流電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時一直在消耗電能。另外，一旦X射線管的溫升超過熱極限，X射線管的溫控開關(guān)會立即斷開，X射線管停止工作，這樣就限制了 X射線管的工作模式和工作時間，使其不能充分發(fā)揮效能，并且靶面溫度過高會降低X射線管使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要·解決的第一個技術(shù)問題是提供一種運(yùn)用于旋陽X射線管的控制方法，其能降低旋陽X射線管的耗能、提高旋陽X射線管的效能。本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種控制電路，其能降低旋陽X射線管的耗能、提高旋陽X射線管的效能。在引入本發(fā)明的技術(shù)方案之前，先介紹與該發(fā)明相關(guān)的陀螺旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，以更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案。參看圖3，一只陀螺101，由圓柱體與圓錐體兩部分組成，圓錐體尖端是陀螺的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)102，陀螺在一個旋轉(zhuǎn)外力的作用下啟動旋轉(zhuǎn)；陀螺旋轉(zhuǎn)時受到兩個合力的阻力一是陀螺體旋轉(zhuǎn)時受到空氣的摩擦阻力，二是旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)對支撐面103的摩擦阻力，由于陀螺受到的兩種阻力之和遠(yuǎn)小于陀螺旋轉(zhuǎn)時的慣性力，因此穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)后即便撤出外力，陀螺在慣性力作用下也能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，間隔短時間給陀螺以旋轉(zhuǎn)方向相向的外力作用(即順旋轉(zhuǎn)方向抽陀螺)，陀螺將一直旋轉(zhuǎn)下去。另外，旋陽X射線管的旋轉(zhuǎn)體懸空在真空腔內(nèi)不與任何其他物體相接觸，因此在旋轉(zhuǎn)時該旋轉(zhuǎn)體受到的空氣阻力近似為O,旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下只受到軸承的滾動摩擦阻力；陽極靶是由重金屬鎢制成的，質(zhì)量較重，一般陽極靶的直徑是交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑的
I.5-2倍，所以陽極靶的轉(zhuǎn)動慣量也比較大；旋轉(zhuǎn)體受電磁力啟動穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后陽極靶起到飛輪的作用，旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時的慣性力遠(yuǎn)大于電機(jī)軸承的滾動摩擦力，因此該旋轉(zhuǎn)體等效為一個沒有空氣阻力的陀螺體。結(jié)合此點(diǎn)和陀螺的旋轉(zhuǎn)控制原理，就設(shè)計了本發(fā)明的技術(shù)方案。上述第一個技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種運(yùn)用于旋陽X射線管的控制方法，所述旋陽X射線管包括一真空管和一設(shè)有轉(zhuǎn)子的交流電機(jī)，所述真空管內(nèi)設(shè)有相對設(shè)置的陽極靶和陰極，所述陽極靶固定于所述轉(zhuǎn)子上；其特征在于，所述控制方法包括a)旋陽X射線管曝光前，接通交流電機(jī)的電源一定時間Ts，經(jīng)過該一定時間Ts，交流電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速中；b)斷開交流電機(jī)的電源,維持Toff秒，I ( Toff ( 5 ；c)接通交流電機(jī)的電源，維持Ton秒，O. 4 ( Ton ( 4, Ton < Toff ；d)依次循環(huán)步驟b)到步驟c)的過程，直到需要停止旋陽X射線管的工作。其中，Toff/Ton為 4。其中，Toff為 4，Ton 為 I。其中，采用控制模塊控制一連于所述交流電機(jī)和所述電源之間的繼電器做閉合或斷開的方式以對應(yīng)地使交流電機(jī)連通或斷開電源。
由上述方案可見，本發(fā)明在接通交流電機(jī)的電源以使交流電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后再像抽陀螺一樣間隔向交流電機(jī)短時提供電能，使旋轉(zhuǎn)體在間歇供電情況下持續(xù)節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)，保持旋陽X射線管的工作狀態(tài)不受影響，同時減少轉(zhuǎn)子與陽極靶的溫升，提高球管X線發(fā)射效率，充分發(fā)揮了旋陽X射線管的效能，延長了旋陽X射線管的使用壽命。上述第二個技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種用于旋陽X射線管的控制電路，所述旋陽X射線管包括一交流電機(jī)，所述交流電機(jī)連有電源；其特征在于，所述控制電路包括一控制模塊及一連于所述交流電機(jī)和 所述電源之間的繼電器，所述控制模塊控制繼電器工作做閉合、斷開的交替工作，具體為(I)旋陽X射線管曝光前，控制模塊控制繼電器閉合一定時間Ts，同時接通交流電機(jī)的電源一定時間Ts,經(jīng)過該一定時間Ts,交流電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速中；(2)控制模塊控制繼電器斷開，同時斷開交流電機(jī)的電源，維持Toff秒，I ( Toff ( 5 ；(3)控制模塊控制繼電器閉合，同時接通交流電機(jī)的電源，維持Ton秒，
O.4 ^ Ton ^ 4, Ton < Toff ；(4)依次循環(huán)步驟(2)到步驟(3)的過程，直到需要停止旋陽X射線管的工作。其中，Toff/Ton為 4。其中，Toff為 4，Ton 為 I。所述控制模塊包括相互連接的控制單元和功率放大器，所述功率放大器連接所述繼電器。由上述方案可見，本發(fā)明通過設(shè)計控制模塊來控制連接在電源和交流電機(jī)之間的繼電器做閉合、斷開的交替工作，在交流電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后像抽陀螺一樣間隔向交流電機(jī)短時提供電能，使旋轉(zhuǎn)體在間歇供電情況下持續(xù)節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)，保持旋陽X射線管的工作狀態(tài)不受影響，同時減少轉(zhuǎn)子與陽極靶的溫升，提高球管X線發(fā)射效率，充分發(fā)揮了旋陽X射線管的效能，延長了旋陽X射線管的使用壽命。

圖I為固定陽極的X射線管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為旋陽X射線管的部分結(jié)構(gòu)示意；圖3為陀螺的旋轉(zhuǎn)示意圖；圖4為實(shí)施例二旋陽X射線管的交流電機(jī)的控制電路示意圖；圖5為旋陽X射線管的交流電機(jī)的供電時序示意圖。
具體實(shí)施方式實(shí)施例一參照圖2和圖5，本實(shí)施例一提供的一種旋陽X射線管，包括一使用玻璃制作的真空管11和一與真空管11連接的交流電機(jī)；該交流電機(jī)包括電磁定子15、轉(zhuǎn)子14和軸承16 ；真空管11內(nèi)設(shè)有相對設(shè)置的陽極靶12和陰極17，陽極靶12為使用鎢金屬制成并呈梯形圓盤狀，陰極17為燈絲，陽極靶12的斜面13 (亦稱腰面)是靶面；陽極靶12的中心固定在交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子14上，其中，交流電機(jī)與真空管11的連接關(guān)系(該連接關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子14與真空管11內(nèi)的陽極靶12連接同時又不影響真空管11的真空狀態(tài))屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再累贅；陰極17正對陽極靶12的斜面13，陰極17的電源線18從真空管11一端密封引出。交流電機(jī)可以是單相交流電機(jī)或三相交流電機(jī)。上述結(jié)構(gòu)的旋陽X射線管為現(xiàn)有技術(shù)，上面描述僅為了讓讀者了解旋陽X射線管的結(jié)構(gòu)，不應(yīng)理解為本發(fā)明的設(shè)計點(diǎn)。本實(shí)施例一提供的一種控制現(xiàn)有技術(shù)中的旋陽X射線管的工作的方法，具體為a)旋陽X射線管曝光前，接通交流電機(jī)的電源一定時間Ts，經(jīng)過該一定時間Ts，交流電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速中；b)斷開交流電機(jī)的電源,維持Toff秒，I ( Toff ( 5 ；c)接通交流電機(jī)的電源，維持Ton秒，0. 4 ( Ton ( 4, Ton < Toff ；·
依次循環(huán)步驟b)到步驟c)的過程，直到需要停止旋陽X射線管的工作(即直到需要真正關(guān)閉交流電機(jī)運(yùn)行為止);其中，Toff為 4，Ton 為 I。實(shí)施例二實(shí)施例一描述了旋陽X射線管的工作的方法，在本實(shí)施例中，主要是提供具有實(shí)現(xiàn)上述控制方法的控制電路。參照圖2、圖4和圖5，本具體實(shí)施方式
提供的一種用于旋陽X射線管的控制電路，其中，旋陽X射線管的結(jié)構(gòu)參照實(shí)施例一，控制電路包括一控制模塊及一連于交流電機(jī)和電源之間的繼電器，控制模塊控制繼電器工作做閉合、斷開的交替工作；其中，控制模塊包括相互連接的控制單元和功率放大器，功率放大器將控制單元輸出的指令信號放大給到繼電器以觸發(fā)繼電器做閉合、斷開工作；控制單元可以是各類單片機(jī)或ARM或CPLD或FPGA，也可以是PLC邏輯控制單元；也可以用555時基芯片組成的定時器控制；在實(shí)際產(chǎn)品中，控制單元使用AVR單片機(jī)；功率放大器可以是光耦放大器或三極管放大器或繼電器驅(qū)動芯片(如ULN2801、ULN2803);在實(shí)際產(chǎn)品中，采用ULN2803芯片作為功率放大器。上述控制電路的控制過程，具體為(I)球管曝光前，控制單元首先發(fā)出一個驅(qū)使繼電器閉合的指令信號以啟動上述交流電機(jī)，該指令信號通過功率放大器放大后控制繼電器做閉合工作，使上述交流電機(jī)與電源連通，交流電機(jī)通電啟動運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動陽極祀12做高速旋轉(zhuǎn),交流電機(jī)通電工作Ts秒，經(jīng)過該Ts秒，交流電機(jī)處于額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，旋陽X射線管被允許曝光(曝光過程與曝光控制不在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍，不做贅述)；不同的旋陽X射線管的交流電機(jī)的開機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的時間不同，為了清楚表達(dá)，我們定義這個時間為額定時間Tg，即要求上述Ts大于或等于Tg ;在本申請人使用的產(chǎn)品中，Tg在O. 8——I. 2秒之間，為了確保交流電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，Ts設(shè)置為2秒；(2)控制單元發(fā)出驅(qū)使繼電器斷開的指令信號，該指令信號通過功率放大器放大后后控制繼電器的觸點(diǎn)斷開，中斷交流電機(jī)的供電，交流電機(jī)在慣性力的作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)Toff秒；通常，I ( Toff ( 5，在實(shí)際運(yùn)行時，本申請人將Ts設(shè)置為4秒；(3)控制單元再次發(fā)出驅(qū)使繼電器閉合的指令信號，該指令通過功率放大器放大后控制繼電器的閉合工作，交流電機(jī)維持通電Ton秒，以再次獲電補(bǔ)充能量來維持靶盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)；通常，O. 4 ^ Ton ^ 4，并要求Ton < Toff,在實(shí)際運(yùn)行時，本申請人將Ton設(shè)置為I秒；(4)依次循環(huán) 步驟(2)到步驟(3)的過程，交流電機(jī)就像用鞭子抽陀螺一樣一直工作在這種間隔供電的工作方式下，直到需要停止旋陽X射線管的工作為止(即直到需要真正關(guān)閉交流電機(jī)運(yùn)行為止)。在上述實(shí)施例中，交流電機(jī)可以是單相交流電機(jī)或三相交流電機(jī)。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，基于上述實(shí)施例的、未做出創(chuàng)造性勞動的簡單替換，應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明揭露的范圍。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)用于旋陽X射線管的控制方法，所述旋陽X射線管包括一真空管和一設(shè)有轉(zhuǎn)子的交流電機(jī)，所述真空管內(nèi)設(shè)有相對設(shè)置的陽極靶和陰極，所述陽極靶固定于所述轉(zhuǎn)子上；其特征在于，所述控制方法包括 a)旋陽X射線管曝光前，接通交流電機(jī)的電源一定時間Ts，經(jīng)過該一定時間Ts，交流電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速中； b)斷開交流電機(jī)的電源，維持Toff秒，I( Toff ( 5 ； c)接通交流電機(jī)的電源，維持Ton秒,O.4 ( Ton ( 4, Ton < Toff ； d)依次循環(huán)步驟b)到步驟c)的過程，直到需要停止旋陽X射線管的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制方法，其特征在于，Toff/Ton為4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，Toff為4，Ton為I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，采用控制模塊控制一連于所述交流電機(jī)和所述電源之間的繼電器做閉合或斷開的方式以對應(yīng)地使交流電機(jī)連通或斷開電源。
5.一種用于旋陽X射線管的控制電路，所述旋陽X射線管包括一交流電機(jī)，所述交流電機(jī)連有電源；其特征在于，所述控制電路包括一控制模塊及一連于所述交流電機(jī)和所述電源之間的繼電器，所述控制模塊控制繼電器工作做閉合、斷開的交替工作，具體為 (1)旋陽X射線管曝光前，控制模塊控制繼電器閉合一定時間Ts,經(jīng)過該一定時間Ts,交流電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速中； (2)控制模塊控制繼電器斷開，維持TofT秒，I( Toff ( 5 ； (3)控制模塊控制繼電器閉合，維持Ton秒，O.4 ^ Ton ^ 4，Ton < Toff ； (4)依次循環(huán)步驟(2)到步驟(3)的過程，直到需要停止旋陽X射線管的工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制電路，其特征在于，Toff/Ton為4。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制電路，其特征在于，Toff為4，Ton為I。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7任意一項(xiàng)所述的控制電路，其特征在于，所述控制模塊包括相互連接的控制單元和功率放大器，所述功率放大器連接所述繼電器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運(yùn)用于設(shè)有交流電機(jī)的旋陽X射線管的控制方法，包括a)旋陽X射線管曝光前，接通交流電機(jī)的電源一定時間Ts，經(jīng)過該一定時間Ts，交流電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速中；b)斷開交流電機(jī)的電源，維持Toff秒，1≤Toff≤5；c)接通交流電機(jī)的電源，維持Ton秒，0.4≤Ton≤4，Ton＜Toff；d)依次循環(huán)步驟b)到步驟c)的過程，直到需要停止旋陽X射線管的工作。本發(fā)明能降低旋陽X射線管的耗能、提高旋陽X射線管的效能。
文檔編號H05G1/30GK102946684SQ20121024033
公開日2013年2月27日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者陳天申 申請人:珠海和佳醫(yī)療設(shè)備股份有限公司, 珠海保稅區(qū)和佳醫(yī)學(xué)影像設(shè)備有限公司