Материал: Симонов Томографические измерителные информационные системы 2011

быть не менее 0,24 %, а к стабильности высоковольтного напряжения – не менее 0,12 %.

Влияние изменения спектра излучения источника на погрешность δ(μ) под воздействием изменения высоковольтного напряжения Uа

можно оценить, учитывая соотношение (3.10), из которого следует, что изменение Uа пропорционально смещению среднего значения спектра. Принимая во внимание изменение μ от Е для мягких тканей (Н2О) (см. рис. 2.4), можно определить для требуемого δ(μ) ≤0,5 %

допустимое относительное изменение среднего значения δ(Eср) спектра относительно выбранного Еср (обычно Еср ≈ 70 кэВ) δ(Eср) ≤

≤ 0,5 %, а это, в свою очередь, задает требования к стабильности высоковольтного напряжения δ(Ua) ≤ 0,5 %.

Следовательно, требования к стабильности Uа являются более жесткими и, следовательно, определяющими.

Высоковольтные источники питания, как правило, построены на основе высоковольтных трансформаторов [2].

Стабилизация анодного напряжения рентгеновской трубки может осуществляться как на первичной, так и на вторичной сторонах высоковольтного трансформатора. В настоящее время наиболее приемлемыми можно считать следующие способы стабилизации напряжения:

а) посредством тиристоров, включенных встречнопараллельно на первичной стороне трансформатора;

б) посредством вольтдобавки на вторичной стороне, регулируемой с помощью тиристоров;

в) с помощью высоковольтных ламп (триодов, тетродов, пентодов), включенных на выходе выпрямителя последовательно с трубкой.

Рассмотрим основные особенности вышеперечисленных способов стабилизации напряжения.

Один из примеров включения встречно–параллельных тиристоров для реализации первого способа приведен на рис. 3.25.

С помощью системы фазового управления импульсы запуска подаются на управляющие электроды входных тиристоров в соответ-

246

ствующие моменты времени. В числе основных требований, предъявляемых

к такой фазовой системе управления, – высокая симметрия управляющих им- пульсов, низкий уровень помех (для предотвращения ложных срабатыва-

ний) и высокая надежность. Для расширения пределов регули-

рования и увеличения точности поддержания выходного напряжения на

входе силового трансформатора вклю- чают автотрансформатор. Основное достоинство этого способа стабилизации – простота и дешевизна его реализации, а недостатки – необходимость применения громоздких фильтров для сглаживания сильных пульсаций вы-

прямленного напряжения, в результате чего система становится очень инерционной и мало применяемой для импульсного режима работы трубки.

Более высоким быстродействием обладают рентгеновские аппараты, питающиеся от источников, стабилизация напряжения которых осуществляется по второму способу. Такие стабилизаторы обеспечивают дискретную стабилизацию и регулирование выходного напряжения без искажения его формы.

На рис. 3.26 показана схема стабилизатора напряжения вторичной обмотки силового трансформатора СТ с применением вольтдобавочного трансформатора ВДТ и тиристорных ключей К1–КN.

Число неискаженных уровней выходного напряжения равно

СТ

Наибольшей универсальностью обладает способ стабилизации напряжения посредством высоковольтных ламп: триодов, тетродов, пентодов. Его основные достоинства: высокая точность поддержания напряжения, достигающая 0,01 %, высокое быстродействие, возможность работы, как в непрерывном режиме, так и в импульсном режиме трубки. Благодаря указанным положительным свойствам такие источники питания нашли преимущественное применение в компьютерной томографии.

Пути улучшения характеристик источников питания.

Улучшение характеристик высоковольтных источников питания (увеличение стабилизации выходного напряжения, быстродействия, уменьшение веса, габаритов) проводится по методам и способам, принятым в регулировании характеристик низковольтных электронных схем и систем.

На рис. 3.27 показана структурная схема высоковольтного источника питания с применением электронных вакуумных приборов и контуров обратных связей для стабилизации высоковольтного напряжения. Сетевое напряжение подается на первичную обмотку высоковольтного трехфазного трансформатора 1, напряжение со вторичной стороны поступает на выпрямители 2 и 3. Уменьшение пульсаций и асимметрии достигается с помощью сглаживающих фильтров 4, 5 и высоковольтных электронных ламп 6, 7. В качестве высоковольтных ламп используются триоды, тетроды и пентоды. Но основное назначение высоковольтных ламп – стабилизировать

248

и формировать импульсное напряжение (если требуется таковое) на рентгеновской трубке.

Рис. 3.27. Структурная схема высоковольтного источника питания рентгеновской трубки:

1 – высоковольтный трансформатор; 2, 3 – высоковольтные выпрямители; 4, 5 – сглаживающие фильтры; 6, 7 – высоковольтные электровакуумные приборы;

8, 9 – устройства управления приборами 6, 7; 10, 11 – усилители; 12, 13 – источники опорного напряжения; 14, 15 – узлы сравнения; 16 – высоковольтный делитель; 17 – рентгеновская трубка

Стабилизация напряжения осуществляется следующим образом. Напряжение, пропорциональное анодному току трубки, снимается с прецизионного высоковольтного делителя 16. Снимаемое с делителя напряжение в блоках 14, 15 сравнивается с опорным напряжением источника 12, 13. Отклонение, получаемое на выходах узлов 14 и 15, подается на усилители 10 и 11 и затем через управляющие устройства 8 и 9 на управляющие электроды 6 и 7. Режим работы последних выбирается таким образом, чтобы при заданных отклонениях напряжения сети, изменениях тока трубки, либо внутреннего сопротивления источника выпрямленного напряжения, напряжение на трубке обладало нестабильностью, не превышающей заданную.

В томограммах третьего и четвертого поколения улучшение формы импульсов достигается путем применения трехэлектродной рентгеновской трубки. В этом случае высоковольтная электронная лампа (триод, тетрод, пентод) служат для стабилизации высокого напряжения, снятия его с трубки, быстрого прекращения пробоя

249

трубки, а управляющий электрод рентгеновской трубки (сетка) – для стабилизации экспозиционной дозы.

3.3.Вопросы проектирования механических узлов

3.3.1.Точность и жесткость сканирующей системы

Сканирующая система представляет собой пространственную конструкцию, на которой крепится подшипник, обеспечивающий вращение платформы сканирующей системы, кабельное устройство, оптическое визирное устройство, привод платформы и фотосинхронизатор рентгеновских импульсов. Платформа сканирующей системы обеспечивает с большой точностью вращение рентге- но-оптического тракта: рентгеновского источника, коллиматора, блока детекторов и системы сбора измерительных данных при сканировании.

Требования к точности вращения с точки зрения механического движения подшипника платформы определяются, исходя из допустимых линейных перемещений точек платформы за счет осевого и радиального биения основного подшипника. Наиболее критическими точками являются места расположения источника излучения и блока детекторов, взаимное расстояние между которыми, как правило, соответствует диаметру основного подшипника (около 1 м).

Смещение источника излучения относительно блока детектора за счет осевого или радиального биения подшипника может приводить к смещению рентгеновского луча в осевом направлении, что равносильно увеличению толщины исследуемого среза, или в радиальном направлении, что равносильно увеличению (или уменьшению) апертуры единичного детектора.

На рис. 3.28 показан механизм возникновения указанных выше погрешностей.

Требования к осевому биению подшипника можно определить исходя из требований к толщине томографического среза (обычно толщина среза не должна изменяться более 10 %). Если толщина среза 2 мм, то на диаметре подшипника в 1 м допускаемое биение b будет менее 100 мкм.

250