医用X线机高压发生器控制系统的设计与实现

发布时间：2017-08-12 04:03

  本文关键词：医用X线机高压发生器控制系统的设计与实现

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【摘要】：高压发生器的主要作用是为X线球管提供能量,使其产生X线机所需的X线源,是X线机的关键部件之一,其性能直接影响X线机的整机性能。本文主要论述了高压发生器控制系统硬件和软件的实现。本文对X线机的基本结构,工作原理,发展历史与目前的国内外的发展状况,高压发生器的工作原理进行了简要的介绍,以此为依据并根据医用X线机的特点提出了高压发生器控制系统的功能需求和设计。控制系统的硬件设计主要针对KV闭环控制、灯丝驱动和旋转阳极驱动部分进行设计实现。根据应用需求对KV和灯丝均采用闭环的PI控制电路,以保证其工作的准确性和稳定性,PI控制均采用误差放大器,使用设定量与反馈量的差值作为输入,使用其输出控制KV和灯丝。旋转阳极的驱动则采用晶闸管作为交流开关,使用双边过零检测的方式实现其触发。同时硬件对KV反馈信号提供了过压检测电路,实现系统保护功能。控制系统以FPGA作为软件控制核心,主要实现了灯丝和旋转阳极的控制模块,其工作状态直接影响系统工作的稳定性和准确性,并在此基础上对系统曝光的控制流程进行分析设计并实现。同时根据系统需求对通讯、AD和DA等外部接口模块进行相应的设计。最后对控制系统进行测试,验证设计结果可满足控制需求。
【关键词】：高压发生器 X线 闭环控制 FPGA
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH774
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-12
• 1.1.1 X线机发展概述10-11
• 1.1.2 高压发生器发展概况11-12
• 1.2 高压发生器研究意义12-13
• 1.3 本文研究内容13
• 1.4 本文结构安排13-16
• 第2章 X线机高压发生器的原理与结构16-24
• 2.1 X线机概述16-18
• 2.1.1 X线的产生16-17
• 2.1.2 X线机原理17-18
• 2.2 高压发生器原理18-21
• 2.2.1 高压发生器主回路原理18-20
• 2.2.2 灯丝驱动原理20-21
• 2.2.3 旋转阳极驱动原理21
• 2.3 高压发生器结构21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 控制系统功能设计24-28
• 3.1 控制系统的功能需求24
• 3.2 控制系统的安规需求24-25
• 3.3 控制系统的功能设计25-26
• 3.4 本章小结26-28
• 第4章 控制系统硬件设计28-44
• 4.1 电源模块28-29
• 4.1.1 直流母线预充电28-29
• 4.1.2 直流母线放电29
• 4.2 KV控制模块29-35
• 4.2.1 闭环控制介绍29-30
• 4.2.2 误差放大器30-33
• 4.2.3 KV闭环控制33-35
• 4.3 过压检测电路35-36
• 4.4 旋转阳极驱动电路36-37
• 4.5 灯丝驱动电路37-42
• 4.6 FPGA电源及复位设计42-43
• 4.7 控制系统的PCB制作43
• 4.8 本章小结43-44
• 第5章 控制系统软件设计44-60
• 5.1 FPGA芯片与开发工具简介44
• 5.2 接口模块的设计44-55
• 5.2.1 通讯接口控制模块45-52
• 5.2.2 AD接口控制模块52-54
• 5.2.3 DA接口控制模块54-55
• 5.3 旋转阳极模块55-56
• 5.4 灯丝模块56-57
• 5.5 曝光流程设计57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 第6章 系统测试60-68
• 6.1 旋转阳极测试60-61
• 6.2 灯丝测试61-62
• 6.3 电源模块测试62-63
• 6.4 曝光测试63-65
• 6.5 KV过压检测测试65
• 6.6 通讯功能测试65-67
• 6.7 本章小结67-68
• 第7章 结束语68-70
• 7.1 工作总结68
• 7.2 存在问题及展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74

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