医用大型x线系统设备原理

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1、医用大型医用大型医用大型医用大型X X线机系统线机系统线机系统线机系统岛津高频X线机 XUD150B-10 X线高压装置电路分析上海医疗器械高等专科学校 医用放射线设备系 黄 勇第一节 原理概述岛津UD系列X线诊断装置，由于采用 了微机技术，其操作性及安全性有了飞跃 的提高，尤其是高压发生装置，采用了逆 变方式，以及较完善的控制电路，从而获 得了优良的高稳定度 X线输出，且无须与 电源相位同步的情况下通断X线，使极短 曝光时间的高精度摄影得以实现。一、高频X线机特点 1）优良的X线发生效率； 2）更低的纹波输出； 3）稳定的输出剂量率，减小软X线，从而降低 辐射剂量； 4）减少曝光时间，降低运

2、动模糊对影像的影 响； 5）无须与电源相位同步的情况下通断X线； 6）在特殊极短时间领域中的高精度曝光控制 摄影成为可能； 7）减小变压器的体积和重量。二、逆变电路的工作原理 1）矩形波逆变电路原理整流滤波直流电源逆变电路负载高 压变压器交流电源交流 电源1243AB矩形波发生器Q1Q2Q4Q3U 1，4U 2，3tttUAB000注注：U 1，4为高电平时表示Q1与Q4同时导通，UAB得 到 正向电压；U 2，3为高电平时表示Q2与Q3同时导通， UAB得到反向电压。在频率一定的情况下，电压的输入输出特性由下式决定： UIN/UOUT=N1/N2N1为变压器的初级匝数 N2为变压器的次级匝数

3、所以，输出电压的改变依靠输入电压的改变来实现， 改变交流电源的输入电压即可。 在岛津的变频式灯丝加热电路中用到此类变频电路，只 是频率比较低（如125Hz）的情况下Q1，Q2，Q3和Q4用大 功率三极管，而频率较高（如15kHz）时我们应使用大功率 场效应管。（其原因与开关管的关断时间有关） 2）串联谐振逆变电路原理整流滤波直流电源逆变电路负载高 压变压器交流电源交流 电源1243AB频率控制器Q1Q2Q4Q3CL (1)等效电路 (2)电路计算 Z=R+j(L-1/C)|Z|= R2+(L-1/C)2 负载(电阻R)上的功率: P=R|I|2=R(E/|Z|)2=LCERRE2 R2+(L-

4、1/C)2由上可知,负 载R上的功率 P与电源频率 有关。当=0 =1/ LC 的频率时,负 载R上的功率 P最大。当频率偏移0时 功率P就会下降，而P= KVmA，所以在一定的mA下，要控制KV的大小，只要控制功率P的大小， 也就是控制频率的大小即可。 在频率控制电路中，有一个频率储存 电路，它在预设的KV和mA下可得到一个控 制频率，由此来得到我们预设的KV值。 (3)实际的控制方式第一步：预设管电压和管电流，同时在频率储存电路的存 储器（ROM）中得到相应的频率数值 。Q1，Q2，Q3和 Q4是IGBT，即 绝缘栅双极晶 体管本装置的谐振频 率为32kHz, 由于 IGBT的关断有一 定

5、的延迟时间,故 最高频率为30kHz.Q1，Q2，Q3和 Q4是IGBT，即 绝缘栅双极晶 体管本装置的谐振频 率为32kHz, 由于 IGBT的关断有一 定的延迟时间,故 最高频率为30kHz.第二步：开始曝光。频率以最高频率30kHz提升KV，当 KV上升到预设KV的95%时，切换到ROM中的。Q1，Q2，Q3和 Q4是IGBT，即 绝缘栅双极晶 体管本装置的谐振频 率为32kHz, 由于 IGBT的关断有一 定的延迟时间,故 最高频率为30kHz.第三步：实测的管电压与预设的管电压比较来控制频率 的变化，以实现管电压的精确控制。不同负载情况下的控制信号管电压波形例图第二节 电路分析 1)

6、电源电路 (1)整流电路 (2)平滑电路 (3)放电电路 (4)充电检测电路 2)变频器电路 (1)振荡电路 (2)频率分配电路 (3)IGBT驱动电路 3)管电压控制电路 (1)设定管电压输入电路 (2)实测管电压输入电路 (3)透视管电压控制电路 (4)摄影管电压控制电路 A)PKV、PMA和VP输入电路 B)频率存储电路 C)振荡器频率控制电路 (5)管电压测量电路 4)错误检出电路 (1)错误信号 (2)复位电路 (3)KV CONT-90 PCB上的各种信号FAULT信号错误检出信号说明TKV BRTKV OVERTKV UNDER被测管电压超过设定管电压20KV被测管电压低于设定管

7、电压的67%FB BRPKV OVERCHG BRIP OVRKV FB TROUBLEPKV OVERCHG OVERIP OVER无管电压反馈信号管电压设定信号超过157KV主电路电容器上的充电电压=395V高压变压器初级电流大于1290A(B-10)KV CONT-90 PCB上的各种信号信号名内容 RKVG RKV CKV FKV FKVG FKVA IBS CINKSF KC EXRRAUTPKV参考电压摄影管电压设定电压 电影自动管电压设定信号 透视管电压设定信号(非IBS) FKV参考电压透视管电压设定信号 透视自动亮度控制 电影技术 电影自动方式选择 透视技术 Ready(预备

8、)信号 X线曝光信号 KVFB+ KVFB-管电压反馈信号(阳极) 管电压反馈信号(阴极)信号名内容RMAO RKVOPFKV BCON BCOF ADON ADOF VP1IP1 IP2 FRST TKVVP2透视管电压设定信号(FKV FKVA) IGBT接通信号 IGBT关断信号 IGBT接通信号 IGBT关断信号电容器正电压信号 电容器负电压信号 高压变压器初级电流信号 FAULT电路复位被测管电压信号 设定管电压信号(所有技术)TKV OVER或TKV UNDER信号PKV TKVBR KV反馈故障信号 PKV=7.85V(对应157KV)FBBRIPOVR摄影管电流设定信号 摄影管

9、电压设定信号(=RKV)CHGBRPKVOVR 电容器充电电压超过395V变频器输出电流超过设定值第三节 灯丝加热电路 一、基本特点 1)初级侧恒定电流控制； 2)由变频器提供15kHz矩形波灯丝加热； 3)预热电流与所用灯丝电流成比例； 4)X线曝光时管电流降落补偿电路； 5)瞬时电路与所用灯丝电流成比例。灯丝加热原理图 二、电路分析 1)电源电路 (1)D1、Q1电路 (2)Q2、Q3电路 2)逆变器电路 3)焦点切换电路 4)控制电路 (1)灯丝电流设定电路(摄影和透视方式) (2)实际灯丝电流测量电路 (3)加热确认电路 (4)异常检出电路 (5)复位电路直流电源第四节 MEASURE

10、-70 PC 板 一、透视管电流控制电路 1)概述 2)透视管电流设定电路 3)FVF电路 二、IBS控制电路 1)概述 2)IBS电路 三、管电流测量电路 1)概述 2)摄影管电流测量电路 3)透视管电流测量电路 四、管电流过量保护电路 1)摄影时的管电流过量保护 (1)600mA过电流保护电路 (2)ROC电路 2)透视时的管电流过量保护 五、KVT电路 六、管电流降落补偿电路(MAFC) 七、MEASURE-70PC 板各信号的符号及 意义MEASURE-70PC 板的信号名称及意义信号名内容 AUT KIB IBS ROC FOC KTR KTF KVTFRST FKVA PKVEXR

11、自动方式(AUTO MODE)选择信号 IBS ON信号(ON表示接通) IBS选择信号摄影管电流过量信号 透视管电流过量信号 摄影X线ON信号 透视X线ON信号被测管电压上升沿检测信号 X线ON信号 FAULT电路复位 IBS透视管电压设定信号 设定管电压信号(所有技术) PFKV TKV透视管电压设定信号 被测管电压信号信号名内容RMA RMAGRMAO FM1 FM2 IA2 AMA TMAMAO MAFC MAFCSMA摄影管电流设定信号(输出信号)透视管电流设定选择信号影像增强器视野选择信号 被测透视管电流信号 被测摄影管电流信号被测管电流信号管电流降落补偿灯丝电压信号(主焦点)管电

12、流降落补偿灯丝电压信号(副焦点)透视灯丝电压设定信号(主焦点) 透视灯丝电压设定信号(副焦点)FVF FVFSTV亮度比例信号(I管透视系统)TV亮度比例信号(管透视系统)TV7,TV2FLB摄影管电流信号FL22TV7,2TV2 管透视技术选择信号 副焦点选择信号第五节 EMC-90，EMC-91 PC 板EMC电路(曝光方式控制电路)由下列三 块板组成，其中EMC-92是选购件。 (1)EMC-90 PCB 公共电路和摄影技术选择电路 (不包括EMC-92中的电路)。 (2) EMC-91 PCB 含透视的技术选择电路(不包 括EMC-92中的电路)。 (3) EMC-92 PCB 直接连

13、续摄影电路，边周血 管造影术电路，透视直接连续摄影电路， DSA摄影电路。一、1M3M信号电路1M3M球管选择信号(1号球管3号球管)TUBE(球管)从控制台来的 球管选择信号 (二进制)TUB TUA在EMC-90 PCB中球管选 择信号成为 “H”(从译码器 M05输出)EMC-90 端子信号 “L100” 输出球管选择 信号输出 到控制柜 母板未用 TUBE 1 TUBE 2 TUBE 30 0 0 1 1 0 1 11M 2M 3M1M 2M 3MTUBE 1 TUBE 2 TUBE 3二、OKT信号电路 下列条件都满足时，输出OKT信号 (OKT为“L”)： (1)电源接通100mS

14、或更长； (2)管台切换完1秒钟或更长； (3)球管温控开关OK； (4)门控开关互锁OK。三、焦点选择信号电路焦点从控制台来的 焦点选择信号 (二进制)FOB FOA在EMC-90PCB 中球管选择信号 成为“H”(从译码 器M68输出)备注微焦点0 0FM未用 小焦点0 1SM 大焦点1 0LM 1 1未用四、光电计时器选择信号从控制台发出的 光电计时器选择 信号在EMC-90PCB 中变成了“H”的 光电计时器选择 信号说明PHSPHTS光电计时器间接 摄影选择信号PHMPHTM光电计时器直接 摄影选择信号五、MA停止信号电路停止选择开关S1和X线管的对应关系说明如下：MASP，是停止“

15、MA POWER”灯丝加热电路工作的信号。 在下述的(1)和(2)情况下，MASP工作(“L”)。 (1)当TC+MR处于工作之中时(“L”)； (2)因开关S1接通，选择了对应的球管时。原因如下： (1)是为了防止在刚刚切换了球管以及电源刚接通而不稳定时 进行灯丝加热，以保护X线管灯丝和MA POWER电路。 (2)是因为外部辅助设备、stereo控制器被使用时，灯丝不需 要加热，因为在这种情况下发出MASP信号，停止控制柜 中“MA POWER”PCB的工作。六、控制柜母板选择信号输出电路信号名称信号内容信号类别 FCF微焦点，在EMC-90 PCB中的信号名是FN焦点选择信号FCA小焦点，在EMC-90 PCB中的信号名是SM FOCA小焦点，在EMC-90 PCB中的信号名是SM FOCB大焦点，在EMC-90 PCB中的信号名是LA PHA周边血管摄影术 FSP透视直接点片 DSP透视DSA摄影 BU2滤线器摄影2 CIN透视电影摄影 CNIE透视电影摄影 IFG透视间接摄影 KSF包含透视的技术，在EMC-90 PCB中信号名为EKSFFL2含有第二管透视系统的技术， 在EMC-90 PCB中信号名为EFL2技术选择信号PHTS光电计时器间接摄影 PHTM光电计时器直