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1、河北工业大学硕士学位论文 i 高频高频 X 射线机关键技术与系统开发射线机关键技术与系统开发 摘摘 要要 X射线机的应用起源于1895 年德国物理学家伦琴首次发现X射线,并借助这种射线的穿透本领摄取了人体内组织的图像。自此以来,X 射线以及 X 射线机的应用得到了长足的发展。近几年,随着高频开关电源技术的不断成熟, X 射线机的高频化也是其发展的方向，传统的工频 X 射线机也逐渐被高频 X 射线机所取代。 X 射线机的小型化、智能化、高频化是 X 射线机发展的必然趋势，本文利用 PWM 开关电源的成熟技术， 在X射线管工作所需的高压电源和灯丝电流源方面做出了全面的革新，用高频化，小型化的稳定电
2、源代替了传统的工频电源。并且采用了智能化的控制方式来协调系统各个部分的工作时序。 本课题结合当今国内外先进 X 射线设备的优缺点，对各部分硬件电路进行了设计。其中对各个模块电源的设计是本课题研究的重点，利用先进的移相软开关技术来实现大功率高效率的高压电源模块，使得整机的体积大大的减小，输出高压和管电流恒定，重复性好。并且根据对系统操作开发的智能化设想及单片机控制的深入分析，实现了单片机对多路信号，多种工作模式的实时控制，使系统达到简单、易操作、且功能强大的目的；实现了系统的小型化、智能化、高频化。最后对系统整体硬件和软件程序进行了现场调试，使得系统更加完善，各路信号都能完成稳定的闭环控制，保证
3、了系统的整体性、安全性和可靠性，实现了设计的目的。 通过后期大量的实验表明，该系统的成像效果好，相片清晰、对比度高，人机交互界面友好、易于操作。可靠性及稳定性都能满足课题的要求,有广阔的应用前景和重要的创新价值。 关键词：关键词：X 射线，高频逆变，PWM，UC3875，移相控制，开关电源 高频 X 射线机关键技术与系统开发 ii HIGH- FREQUENCY X- RAY MASHINE KEY TECHNOLOGY AND SYSTEM DEVELOPMENT ABSTRACT Roentgen，German physicist， discovered X- rays firstly i
4、n 1895,and got the image of the human body make use of the penetrate through characteristic of the rays. Since then, X- ray, as well as the application of X- ray machine has been significant development. In recent years, X- ray machine has been developed rapidly in the field of high frequency with t
5、he ripeness of the technology of high- frequency switching power. From those phenomena, we can see that, the traditional frequency X- ray machines will be replaced by high- frequency X- ray machine gradually. The inevitable trend of development of X- ray machine is miniaturization, intelligent and h
6、igh- frequency- based. By using mature technologies of PWM switching power, this paper made a comprehensive innovation in high- voltage power and the filament current source required for X- ray tube and realize the high- frequency technology, the miniature power of the stability instead of the tradi
7、tional frequency power .It coordinate the work of the various parts of the system timing by using an intelligent control approach. After analyzing the advantages and disadvantages of todays advanced X- ray equipment at home and abroad, this paper completed all parts of the hardware circuit design fo
8、r the system. The power module designed is the focus of this research project. Using advanced phase- shift soft- switching technology to make high- power supply modules with high Efficiency, the volume of machine is greatly reduced, otherwise, the output high- voltage and tube current are constant,
9、with good repeatability. With analyzing MCU control and the system operation intelligent, the system achieved the controlling of MCU for multi- channel signals, multi- mode real time, allowing the system to achieve a simple, easy to operate, implement the system miniaturizing, intelligent and high-
10、frequency technology. Finally, all the hardware and software in the system were tested and the result showed that this system is stable for running, every signal can be under the stable closed- loop control, so ensure the systems integrity, security and reliability and achieved the target of the des
11、ign. By a large number of experiments, it shown that this system could get a clear and high- contrast image, its interface is friendly, easy to operate, and the reliability and stability 河北工业大学硕士学位论文 iii could satisfy the requirements of the design. It has broad prospects for application and the imp
12、ortant innovative value. KEY WORDS: X ray, high- frequency inverter, PWM, UC3875, shift- phase control, switching power 河北工业大学硕士学位论文 vii 符号说明符号说明 一、缩写 IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor，绝缘删双极性晶体管。 IPMIntelligent power module，智能功率元件。 MOSMetal Oxide Semiconductor，金属氧物半导体晶体管。 BJTBipolar Junction Tra
13、nsistor，双极结型晶体管。 DSADigital subtraction angiography，数字减影技术。 LEDLight emitting diode，发光二极管。 PWMPulse width modulation，,脉冲宽度调制 。 POWER MOSFETMetal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，功率场效应管。 ZVSZero Voltage Switching，零电压开关。 ZCSZero Current Switching，零电流开关。 ADCAnalog to Digital Converter，模数转换器。
14、 DACDigital to Analog Converter，数模转换。 PCBPrinted Circuit Board，印制电路板。 EMIElectromagnetic Interference，电磁干扰。 EMCElectromagnetic Compatibility，电磁兼容性。 二、符号 mA电流单位，毫安。 kV电压单位，千伏。 ms时间单位，毫秒。 Hz频率单位，赫兹。 T磁感应强度，特斯拉。 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不
15、包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名：
16、 日期： 导师签名： 日期： 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1-1 引言引言 1895 年伦琴发现了 X 射线，这在人类历史上具有极其重要的意义，它为自然科学和医学开辟了一条崭新的道路。在随后的 100 多年时间里，X 射线机及其相关技术，已经得到了长足的发展。目前，综合了多学科和高技术成果的 X 射线设备己成为医疗、工业和科研必备的先进设备1。 1-2 X 射线简介射线简介 1895年德国物理学家伦琴在做放电实验的时候， 无意中发现了一种穿透力极强的射线， 因为当时他还不知道这究竟是一种什么射线，于是取名为“X射线”。后来人们为了纪念他，又把X射线叫做伦琴射线。 后来人们发现， X射线是一种波长介于紫外线和射线之间的电磁辐射， 也就是说它的波长非常短，频率非常高。根据光电子学理论可知，X射线必定是由原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的，所以X射
