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串并联准谐振高频牙科X线机的研制

作　者: 杨伟军
导　师: 赵立宏；陈海辉
学　校: 南华大学
专　业: 核能与核技术工程
关键词: 串并联准谐振高频逆变牙科X线机空间电荷补偿
分类号: TH774
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

X射线管经历了离子X射线管、电子X射线管、旋转阳极X射线管三个阶段。随着电力电子技术和微机技术的发展,X射线机正朝着高性能、低成本化的方向发展：高压发生电路从传统的工频(50Hz)向中频、高频的方向发展,减少了球管体积；控制电路采用了单片机技术,可实现高精度闭环控制管电流、管电压,精确控制曝光时间；采用高频逆变可输出直流管电压,减少软X射线对人体的伤害。本文提出一种基于MC34067的串并联谐振零电压软开关IGBT全桥拓扑电路。该高压直流发生器运用IGBT逆变模块和脉冲频率PFM调制技术,在准谐振模式下实现零电压软开关功能,在大范围负载下能完全获得稳定的零电压软开关换流。提出一种快速补偿空间电荷效应以精确控制管电流方法：利用了TL494的死区时间控制端,以补偿阳极高压对阳极电流的影响。阳极电流反馈信号与设定电流比较进行误差放大后,送入PWM集成电路TL494的比较器,通过灯丝的电流控制来达到闭环控制管电流。实验结果表明这种IGBT串并准谐振VZS-PFW可适应X线机负载大范围变化,控制策略切实可行。本文自主研制了高频直流牙科X射线机,高压发生电路频率20 KHz,瞬时功率1600W,输出管电压可在50～100kV范围内调整,输出管电流可在3～8mA范围内调整,功率因数不小于0.92,整机效率不低于90%,球管尺寸小(50×120×125mm)。该机高频逆变电源采用先进的IGBT开关器件和高频谐振逆变器技术,输出直流管电压,效率及可靠性极高,阳极高压稳定。采用微处理器调频控制管电流、管电压。保护措施完善,具有过过管输入电压、过管电流、过灯丝电流、过功率保护；能自我诊断系统各部分的连接状态,并显示状态。人机界面友好,采用超大汉字或英文液晶显示。多点曝光按键选择,最大限度保证操作者的人身安全与方便。可以采用球管曝光按键近距离曝光、可以采用有线远距离曝光、可以采用远距离红外曝光。共研制了2套样机,进行了电路老化试验、抗干扰试验、介电强度试验,实验结果表明性能优良。样机以每3分钟曝光1次,进行了1000小时的连续实验之后,依然可以正常工作。用CCD成像系统可以清晰地看到约20微米的单片机内部线路,可以清晰地看到牙齿髓腔。用牙科胶片也可以清晰地看到牙齿髓腔。高频逆变技术、微机控制技术的引入使国内牙科X线机的整体水平将会有很大提高。

全文目录

目录  3-7
摘要  7-9
Abstract  9-12
第一章研究概述  12-32
  1.1 X线机的发展史  12
  1.2 X线管的发展  12-14
  1.3 X线原理  14-18
    1.3.1 X射线的产生  14
    1.3.2 X射线的辐射能谱  14-17
    1.3.3 X射线的性质  17
    1.3.4 X射线成像的基本原理  17-18
    1.3.5 X射线在医学中的应用  18
  1.4 现代X线机  18-26
    1.4.1 中高频X线机特点  19-20
    1.4.2 中高频X线机与工频X线机比较  20-23
    1.4.3 国内外牙科X线机的进展  23-26
  1.5 本课题研究任务-小容量高频X线机(牙科X线机)的研制  26-27
  1.6 课题介绍  27-32
    1.6.1 课题来源和研究目标  27
    1.6.2 拟解决的关键问题  27-28
    1.6.3 研究方案及可行性分析  28-31
    1.6.4 本课题的特色和创新之处  31-32
第二章准谐振高压直流X线机电源  32-47
  2.1 前言  32-33
  2.2 x线机主电路设计  33-36
  2.3 管电压控制策略  36-38
    2.3.1 管电压控制方案  36
    2.3.2 控制器设计  36-38
  2.4 管电流快速控制  38-42
  2.5 TL494控制器  42-43
  2.6 试验结果  43-45
  2.7 结论  45-47
第三章 X线机球管构造  47-61
  3.1 X射线管  47-50
    3.1.1 X射线管的结构  47-48
    3.1.2 X射线管的规格参数  48
    3.1.3 X射线管的基本特性  48-50
  3.2 X射线管的焦点  50-56
    3.2.1 实际焦点和有效焦点  50-52
    3.2.2 焦点方位特性  52
    3.2.3 焦点的增涨  52-53
    3.2.4 焦点大小对图像质量的影响  53-54
    3.2.5 焦点大小对图像分辨率的影响实验  54-56
  3.3 传统X线机(工频X线机)的结构原理  56-57
  3.4 工频X线机与中高频X线机的电路特点  57-61
第四章牙科X线机样机的研制  61-74
  4.1 高频牙科X线机的设计  61-66
    4.1.1 逆变器原理  61-63
    4.1.2 高频电源输出功率和电压的调节  63-64
    4.1.3 管电压KV的控制和调节  64-65
    4.1.4 灯丝加热电路的控制原理  65-66
  4.2 高频牙科X线机的制造  66-74
    4.2.1 高频逆变电源板  67-69
    4.2.2 液晶显示控制板  69-71
    4.2.3 高频X射线球管  71-73
    4.2.4 运动机架  73-74
第五章样机模块化程序设计  74-81
  5.1 单片机引脚说明  74-75
  5.2 流程图  75-79
  5.3 编程  79-81
    5.3.1 核心控制模块  79
    5.3.2 显示子程序模块  79
    5.3.3 键盘管理模块  79
    5.3.4 定时器模块  79-80
    5.3.5 错误处理模块  80-81
第六章样机整体性能测试  81-93
  6.1 样机性能参数  81
  6.2 样机实验设备  81-86
  6.3 电路测试  86-87
  6.4 实验室和临床实验  87-93
第七章总结与展望  93-95
  7.1 总结  93-94
  7.2 展望  94-95
参考文献  95-100
致谢  100-101
附录  101
  作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  101
  作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  101

串并联准谐振高频牙科X线机的研制

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