微型X射线管电源系统的研制

发布时间：2017-08-31 12:04

  本文关键词：微型X射线管电源系统的研制

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【摘要】：利用元素特征X射线而研制的便携式X射线元素分析仪器在海洋勘探、地质调查、环境监测、开矿等元素快速分析领域得到了广泛应用。作为便携式X射线元素分析仪的关键部件,微型X射线管有着极其重要的实际用途与市场前景。然而,目前国内并未掌握微型X射线管核心的技术,所用的商品化微型X射线管绝大多数都是从国外进口。电源系统作为微型X射线管的核心部分,在X射线被发现的一年之后,由伦琴科研团队所研发出来。最初,X射线电源系统使用的是工频逆变。随着电子技术的进步,出现了中频逆变电路。随着技术的进一步发展,20世纪90年代后X射线电源系统的工作频率又从中频提升到了高频,高频电源系统的出现对X射线设备发展具有重大的意义,它降低了电路对输出滤波电容的要求,而且输出的纹波电压更小,不仅提高了电源系统的效率,还减小了体积、降低了重量。所以,自从高频逆变开始被应用于X射线管电源系统,它便一直是X射线发生设备中高压直流电源的主流逆变技术。目前,国内所研制的X射线管电源系统主要面向医学与工业等领域,此类X射线管电源普遍有体积较大、效率不高、功耗较大的缺点,并不适用于便携式荧光分析。应用于便携式荧光分析仪的微型X射线管对功耗、体积、效率有着更为苛刻的要求。本文所研制的电源系统即适用于微型X射线管的特殊电源系统。首先,通过对比不同电路结构的优缺点,选择了合适的电路结构,以适应微型X射线管电源系统的技术指标要求。然后,对电源系统电磁干扰的抑制方法与封装工艺进行了研究,对研制的电源系统的各项性能指标进行了测试。本研究来源于863计划“资源环境技术领域”课题“高精度射线探测仪器研发”(课题编号:2012AA061803)。针对便携荧光分析所需要的微型X射线管电源系统进行了电路设计与实验,论文的主要研究成果为:1、针对微型X射线管对高压直流电源的要求,设计并研制了一种新型高压直流电源。选择了自激振荡、体积小、没有开关噪声的罗耶谐振电路作为高压直流电源的逆变电路,并进行了电路参数具体的分析设计。同时,为了提高电路的效率,采用了芯片UCC2973对谐振电流进行调制。电路后续升压部分设计了高频变压器和倍压整流电路两级升压。稳压方式采取的是取样反馈闭环控制。将高压直流电源的实际电路制成后,对其真空灌封,然后进行性能参数测试。测得高压直流电源输出纹波系数低于0.3%、电源电压的稳定度优于0.10%/10h,满足微型X射线管的要求。2、根据微型X射线管对于灯丝电源技术指标的要求,设计了基于高频电磁场耦合方式的灯丝电源。采用低压直流供电,适合野外应用,更容易实现灯丝电流的精确控制。采用了高频推挽方式和电磁场耦合能量,不仅提高了能量传输的效率,同时减小整个系统的体积和重量以利于便携式工作。将灯丝电源接上1.5?的功率电阻进行功耗测试,测得输入功率为11W,效率超过80%,符合灯丝电源的功耗指标要求。3、阐述了在研制电源系统实物电路的过程中所需要注意的工艺与可靠性设计,其中涉及了电源系统的布局与电路走线、电磁干扰的抑制、高压元器件的选取、各种保护电路与高压系统的绝缘措施。4、将高压直流电源与灯丝电源加在微型X射线管上,真空灌封后对其进行联合调试。实验结果表明,本文所设计的微型X射线管电源系统能够激发X射线源发出较为稳定的X射线,达到了预期的效果,满足便携式荧光分析的需求。
【关键词】：微型X射线管 电源系统 罗耶谐振 高频推挽
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86;TN14
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-15
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 X射线管电源系统的国内外研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 第2章 微型X射线管的工作原理15-18
• 2.1 X射线的产生15
• 2.2 微型X射线管的工作原理15-16
• 2.3 电源性能对X射线的影响16-18
• 第3章 微型X射线管电源系统设计18-38
• 3.1 微型X射线管电源系统的总体设计18-19
• 3.1.1 微型X射线管电源系统的技术指标要求18
• 3.1.2 电源系统的总体结构设计与工作原理阐述18-19
• 3.2 高压直流电源的分析与设计19-32
• 3.2.1 现有逆变电路的拓扑结构分析19-22
• 3.2.2 核心谐振电路结构与设计22-26
• 3.2.3 高频变压器的设计26-27
• 3.2.4 倍压整流电路的设计27-31
• 3.2.5 反馈稳压电路的设计31-32
• 3.3 灯丝电源的分析设计32-36
• 3.3.1 灯丝电源整体结构的设计32-33
• 3.3.2 核心激励电路结构与设计33-34
• 3.3.3 电磁场耦合能量的设计34-35
• 3.3.4 灯丝电源闭环反馈电路的设计35-36
• 3.4 辅助电源设计36-38
• 第4章 电源系统的封装与可靠性设计38-45
• 4.1 系统降噪设计38-39
• 4.1.1 电路布局与走线38
• 4.1.2 电磁辐射干扰的抑制38-39
• 4.2 高压电路关键元器件选型39
• 4.3 保护电路的设计39-41
• 4.4 高压系统的绝缘设计41-45
• 4.4.1 空气放电的形式41-42
• 4.4.2 印制电路板绝缘设计要点42
• 4.4.3 真空灌封材料的选择42-43
• 4.4.4 真空灌封步骤及注意事项43-45
• 第5章 电源系统功能参数测试45-51
• 5.1 高压直流电源参数测试45-48
• 5.1.1 核心谐振电路结构波形45-46
• 5.1.2 纹波的测量46
• 5.1.3 电压输出稳定度的测量46-47
• 5.1.4 温度特性测试47-48
• 5.2 灯丝电源控制器实测波形48-49
• 5.2.1 PWM发生电路实测波形48
• 5.2.2 推挽电路实测波形48-49
• 5.2.3 灯丝电源效率测试49
• 5.3 电源系统联合调试49-51
• 结论51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-57
• 攻读学位期间取得学术成果57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘修泉;曾昭瑞;黄平;;高频变压器的设计与实验研究[J];变压器;2009年03期

2 曾国强;葛良全;赖万昌;;手持式辐射仪高压直流电源的设计[J];电测与仪表;2008年06期

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本文编号：765471