医用直线加速器脉冲调制器的可靠性评估
发布时间：2020-11-11 14:23
随着癌症发病率的不断攀升,我国自主研发的放射治疗设备也在蓬勃发展。放疗设备是对可靠性要求极高的产品,国外的放疗设备由于高可靠性,占据了国内的大部分市场。为了提高国内放疗设备的竞争力、保障患者及医护人员的安全,提升国产放疗设备的可靠性势在必行。医用直线加速器是使用比例最高、范围最广的放疗设备。脉冲调制器是医用直线加速器的核心部件之一,是为微波源提供合适的脉冲电压的电子设备,是保障脉冲质量及加速器治疗射线质量的关键设备。故障物理方法是一种常见的评估电子产品可靠性的方法。它借助对产品的故障模式与机理的分析,确定产品的薄弱点及相应的故障物理模型,并借助应力仿真分析确定所需参数,最后计算得到薄弱点的寿命。在寿命数据不足时,利用故障物理方法可以获得精确度较高的可靠性评估结果。本文利用故障物理方法及有限元仿真方法确定薄弱点的寿命,借助蒙特卡洛法对脉冲调制器进行可靠性评估,为国产脉冲调制器及医用直线加速器的可靠性研究提供一些参考。本文的研究工作包括以下几个方面:(1)结合脉冲调制器的产品信息,分析脉冲调制器的结构与功能,绘制结构、功能层次框图,并根据故障统计信息分析脉冲调制器的常见故障原因。(2)根据脉冲调制器的故障原因,并结合厂家工程师的意见确定脉冲调制器的关键故障机理、潜在故障点、以及相应的故障物理模型。(3)根据确定的故障物理模型,对脉冲调制器进行有限元仿真分析,得到脉冲调制器的温度分布以及镀通孔应变值,并分析得到脉冲调制器各个故障点的寿命分布规律。(4)建立脉冲调制器的可靠性模型,利用脉冲调制器的可靠性模型并结合故障点的寿命分布规律利用蒙特卡洛仿真方法对脉冲调制器进行可靠性评估,并分析得到脉冲调制器的寿命分布规律,计算出调制器的预期寿命。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH77
【部分图文】：
8图 2-1 医用直线加速器外观图用直线加速器由 380V 三相市电提供能量，由高压电源模块接收电能压处理并使电压升至 12KV，并借助整流电路将输入的高压交流电转需的直流电，并输送到调制器当中。脉冲调制器接入高压直流电之后充电电路进行储能，在储能电压达到临界值后，储备的能量被以脉冲冲变压器负载释放以驱动微波源及加速管。在接收到脉冲激励后，微管会产生特定频率的微波功率，并通过微波传输系统将微波传输到加中。加速管在脉冲电压以及微波的作用之下产生具有特定能量的高能轰击重金属靶，产生治疗用射线并由束流系统使其以合适的角度及位，以进行放射治疗。同时，自动稳频系统也会收集处理从加速管中采RF（Radio Frequency）反馈信号并控制使加速管与微波源的共振频率线加速器的工作流程如图 2-2 所示。
图 2-3 某型号加速器所用脉冲调制器实物图脉冲调制器中的电路包含高压电源、充电电路、放电电路、DeQ 电路、削峰电路、RC 匹配电路以及保护电路，各电路简介如下。（1）高压电源高压电源是有三相交流电通过变压器转换并整流而得到的，用于对脉冲形成网络（Pulse-forming Networks, PFN）进行充电。（2）充电电路充电电路是调制器中在不进行脉冲输出时通过高压直流电对储能器件进行储能的模块，以便在储能完成时可以向负载输出电能。其构成多为电源、存储电能元器件及负载。（3）放电电路放电过程时间较短，所以电路中各元件的作用与充电电路差别很大。放电电路包括：PFN、闸流管，脉冲电缆及脉冲变压器等。其中，PFN 是由一系列电感与电容组成的储存单个脉冲所需能量并将能量以一定波形向负载释放的电路，又称
电子科技大学硕士学位论文32而后对元器件及散热器进行建模。散热器为异形几何体，其模型如图4-2所示。元器件名称、封装及其三维模型如表 4-2 所示。图 4-2 叉齿散热器 CAD 模型表 4-2 调制器元器件及散热器名称、封装及模型所属电路板 元器件代号 元器件型号 元器件封装 元器件模型1-栅极电源板CR11 US1G DO-214AC2-触发放大板CR12、CR1A2、CR221N5408 DIODE0.4Q22、Q32 C1942 TO-33-DeQ 触发板Q23 3DA
【参考文献】
本文编号：2879304
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH77
【部分图文】：
8图 2-1 医用直线加速器外观图用直线加速器由 380V 三相市电提供能量，由高压电源模块接收电能压处理并使电压升至 12KV，并借助整流电路将输入的高压交流电转需的直流电，并输送到调制器当中。脉冲调制器接入高压直流电之后充电电路进行储能，在储能电压达到临界值后，储备的能量被以脉冲冲变压器负载释放以驱动微波源及加速管。在接收到脉冲激励后，微管会产生特定频率的微波功率，并通过微波传输系统将微波传输到加中。加速管在脉冲电压以及微波的作用之下产生具有特定能量的高能轰击重金属靶，产生治疗用射线并由束流系统使其以合适的角度及位，以进行放射治疗。同时，自动稳频系统也会收集处理从加速管中采RF（Radio Frequency）反馈信号并控制使加速管与微波源的共振频率线加速器的工作流程如图 2-2 所示。
图 2-3 某型号加速器所用脉冲调制器实物图脉冲调制器中的电路包含高压电源、充电电路、放电电路、DeQ 电路、削峰电路、RC 匹配电路以及保护电路，各电路简介如下。（1）高压电源高压电源是有三相交流电通过变压器转换并整流而得到的，用于对脉冲形成网络（Pulse-forming Networks, PFN）进行充电。（2）充电电路充电电路是调制器中在不进行脉冲输出时通过高压直流电对储能器件进行储能的模块，以便在储能完成时可以向负载输出电能。其构成多为电源、存储电能元器件及负载。（3）放电电路放电过程时间较短，所以电路中各元件的作用与充电电路差别很大。放电电路包括：PFN、闸流管，脉冲电缆及脉冲变压器等。其中，PFN 是由一系列电感与电容组成的储存单个脉冲所需能量并将能量以一定波形向负载释放的电路，又称
电子科技大学硕士学位论文32而后对元器件及散热器进行建模。散热器为异形几何体，其模型如图4-2所示。元器件名称、封装及其三维模型如表 4-2 所示。图 4-2 叉齿散热器 CAD 模型表 4-2 调制器元器件及散热器名称、封装及模型所属电路板 元器件代号 元器件型号 元器件封装 元器件模型1-栅极电源板CR11 US1G DO-214AC2-触发放大板CR12、CR1A2、CR221N5408 DIODE0.4Q22、Q32 C1942 TO-33-DeQ 触发板Q23 3DA
【参考文献】
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2 肖绍文;张珊文;;肿瘤放射治疗临床进展[J];科技导报;2014年26期
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本文编号：2879304
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