CT球管排气台控制系统研究与设计
发布时间：2021-11-18 17:10
计算机断层扫描（Computed Tomography,CT）球管是计算机断层扫描设备中的X射线源,管内真空度直接影响了球管的性能和使用寿命,而对球管进行排气是提高管内真空度的重要步骤。目前国内大部分CT球管生产厂家采用的排气设备较为落后,许多关键工序需要工人手动完成,产品质量受人为因素影响较大,产品性能的一致性和稳定性难以得到保证。本文从CT球管实际排气加工情况出发,以电真空管排气控制系统的研究成果为基础,采用“工控机+可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）”的控制方案,搭建电控柜,设计了CT球管排气台的控制系统。系统采用PLC实现对底层设备的控制,上位机提供友好的操作界面,实现对排气流程的控制以及排气参数的设置与调节,记录排气过程中的状态参数。运行结果表明:通过上位机界面,用户能够对排气流程进行控制,同时监测真空度、灯丝电流等状态参数以及主要设备的工作状态,了解排气流程的进展。此外,用户还可以方便地修改排气步骤和工艺参数,对不同的CT球管进行排气,实现了排气流程的全自动化,提高了系统的通用性与灵活性。
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CT 球管结构示意图
浙江大学硕士学位论文第1章绪论11绪论1.1课题背景及研究意义1.1.1CT球管计算机断层扫描是利用精确准直的X射线，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快、图像清晰等特点，已成为现代医学诊断不可缺少的重要手段[1-2]。CT球管作为计算机断层扫描设备中的X射线源，本质上是一个高度真空的电子管，主要由管芯、管套、散热器、绝缘油以及附属配件构成[3-4]，球管的结构示意图和实物图分别如图1-1和图1-2所示。管芯是球管的核心部件，包括球管的阴极和阳极。阴极设置有灯丝和吸气剂，灯丝采用钨丝绕制而成，球管工作时灯丝通电，吸气剂则用于维持管内真空度；阳极由轴承、靶面和转子组成，转子与套在管壳外的定子线包构成异步电动机，线包通电后转子带动靶面旋转，使得电子撞击阳极所产生的热量分布在一个连续转动的环状面上，有利于散热[5]。图1-1CT球管结构示意图图1-2CT球管实物图CT球管的工作过程如下：阴极灯丝通电后被加热，达到一定温度时，钨原子的轨道电子脱离原子核的束缚溢出到灯丝表面。这时向阴阳两极施加40～150kV的直流高压，在强电场的驱动下，处在活跃状态的自由电子，由阴极高速撞击阳极铼钨或钼钨基石墨靶，发生能量转换[6-7]。绝大部分动能转化为热能，由散热系统散发；约1％的能量转化成X射线，由窗口发射，用于扫描诊断[8]。球管正常工作时，管内必须维持超高真空度，如果真空度过低，未能及时抽出的气体物质就会附着在阴极表面，使阴极发生不可逆转的变化，造成“阴极中毒”，大大降低阴极的活性，导致阴极发射电子的能力不足，极端情况下甚至会发生打火、部件氧化等故障，严重影响了球管的性能、缩短了球管的使用寿命。
浙江大学硕士学位论文第3章系统硬件设计与实现12图3-2CT球管排气台实物图3.2电控柜的设计与搭建电控柜是底层设备控制的核心，也是整个排气台控制系统的基础，决定了排气流程能否被正确执行，搭建电控柜，首先要根据控制要求选用合适的器件，设计电路图。3.2.1吸气剂/灯丝电源不管是吸气剂激活还是阴极除气，抑或是阳极打靶，进行排气操作时，吸气剂电流或者相应的灯丝电流都要在一定范围内连续可调，由于吸气剂和灯丝共用电源，而灯丝的电流和功率要求都高于吸气剂，因此电源选型从灯丝角度考虑即可。常温下工作灯丝和工艺灯丝的伏安特性曲线分别如图3-3和图3-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]医用CT球管国内外现状及发展趋势[J]. 石灵,张富治,王瑞海,王宇红. 真空电子技术. 2018(02)
[2]基于MATLAB的CT系统参数标定及成像研究[J]. 孔建霞,曹莉,薛康,杨素青,谢桃枫,贾荣. 电子制作. 2017(23)
[3]我国X-CT发展现状及趋势[J]. 迟戈,王亚南. 中国医疗器械信息. 2017(01)
[4]X射线CT球管的研制进展[J]. 张富治,盛兴,王瑞海,王宇红,寇建勇. 真空电子技术. 2016(01)
[5]浅析医学影像技术学-CT[J]. 崔宝成. 世界最新医学信息文摘. 2015(72)
[6]5MHU热容量CT球管的研究[J]. 盛兴,王瑞海,王宇红,石灵,冯海平,张富治,寇建勇. 中国医疗器械信息. 2015(07)
[7]3MHU X射线CT球管的研究[J]. 冯海平,盛兴,王瑞海,王宇红,石灵. 真空电子技术. 2015(01)
[8]CT球管的结构以及故障原因与维修措施[J]. 郑明亮. 科技创新与应用. 2014(33)
[9]阴极分解和激活工艺对磁控管频谱主副瓣比的影响[J]. 张桂荣,何擎,周小刚,张振勋. 真空电子技术. 2014(02)
[10]X线放射诊断和放射治疗设备核心真空电子器件市场分析[J]. 杨莹,李季,张学军. 真空电子技术. 2014(02)
硕士论文
[1]基于PLC的氨氮检测控制系统研究与设计[D]. 王洁.西安工业大学 2018
[2]多智能仪表测控系统组态软件设计[D]. 高新鹏.东南大学 2016
[3]大功率发射管程控排气系统的设计与实现[D]. 庆磊.电子科技大学 2016
[4]四工位电真空管排气台自动控制系统的设计[D]. 丁亚宁.东南大学 2015
[5]X线管旋转阳极控制电路的设计与实现[D]. 张睿.南方医科大学 2010
[6]基于PLC晶圆自动贴标机控制系统的研究[D]. 赵勇强.苏州大学 2008
[7]远程数字化X光机技术和系统研究[D]. 焦建兵.南京理工大学 2004
本文编号：3503281
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CT 球管结构示意图
浙江大学硕士学位论文第1章绪论11绪论1.1课题背景及研究意义1.1.1CT球管计算机断层扫描是利用精确准直的X射线，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快、图像清晰等特点，已成为现代医学诊断不可缺少的重要手段[1-2]。CT球管作为计算机断层扫描设备中的X射线源，本质上是一个高度真空的电子管，主要由管芯、管套、散热器、绝缘油以及附属配件构成[3-4]，球管的结构示意图和实物图分别如图1-1和图1-2所示。管芯是球管的核心部件，包括球管的阴极和阳极。阴极设置有灯丝和吸气剂，灯丝采用钨丝绕制而成，球管工作时灯丝通电，吸气剂则用于维持管内真空度；阳极由轴承、靶面和转子组成，转子与套在管壳外的定子线包构成异步电动机，线包通电后转子带动靶面旋转，使得电子撞击阳极所产生的热量分布在一个连续转动的环状面上，有利于散热[5]。图1-1CT球管结构示意图图1-2CT球管实物图CT球管的工作过程如下：阴极灯丝通电后被加热，达到一定温度时，钨原子的轨道电子脱离原子核的束缚溢出到灯丝表面。这时向阴阳两极施加40～150kV的直流高压，在强电场的驱动下，处在活跃状态的自由电子，由阴极高速撞击阳极铼钨或钼钨基石墨靶，发生能量转换[6-7]。绝大部分动能转化为热能，由散热系统散发；约1％的能量转化成X射线，由窗口发射，用于扫描诊断[8]。球管正常工作时，管内必须维持超高真空度，如果真空度过低，未能及时抽出的气体物质就会附着在阴极表面，使阴极发生不可逆转的变化，造成“阴极中毒”，大大降低阴极的活性，导致阴极发射电子的能力不足，极端情况下甚至会发生打火、部件氧化等故障，严重影响了球管的性能、缩短了球管的使用寿命。
浙江大学硕士学位论文第3章系统硬件设计与实现12图3-2CT球管排气台实物图3.2电控柜的设计与搭建电控柜是底层设备控制的核心，也是整个排气台控制系统的基础，决定了排气流程能否被正确执行，搭建电控柜，首先要根据控制要求选用合适的器件，设计电路图。3.2.1吸气剂/灯丝电源不管是吸气剂激活还是阴极除气，抑或是阳极打靶，进行排气操作时，吸气剂电流或者相应的灯丝电流都要在一定范围内连续可调，由于吸气剂和灯丝共用电源，而灯丝的电流和功率要求都高于吸气剂，因此电源选型从灯丝角度考虑即可。常温下工作灯丝和工艺灯丝的伏安特性曲线分别如图3-3和图3-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]医用CT球管国内外现状及发展趋势[J]. 石灵,张富治,王瑞海,王宇红. 真空电子技术. 2018(02)
[2]基于MATLAB的CT系统参数标定及成像研究[J]. 孔建霞,曹莉,薛康,杨素青,谢桃枫,贾荣. 电子制作. 2017(23)
[3]我国X-CT发展现状及趋势[J]. 迟戈,王亚南. 中国医疗器械信息. 2017(01)
[4]X射线CT球管的研制进展[J]. 张富治,盛兴,王瑞海,王宇红,寇建勇. 真空电子技术. 2016(01)
[5]浅析医学影像技术学-CT[J]. 崔宝成. 世界最新医学信息文摘. 2015(72)
[6]5MHU热容量CT球管的研究[J]. 盛兴,王瑞海,王宇红,石灵,冯海平,张富治,寇建勇. 中国医疗器械信息. 2015(07)
[7]3MHU X射线CT球管的研究[J]. 冯海平,盛兴,王瑞海,王宇红,石灵. 真空电子技术. 2015(01)
[8]CT球管的结构以及故障原因与维修措施[J]. 郑明亮. 科技创新与应用. 2014(33)
[9]阴极分解和激活工艺对磁控管频谱主副瓣比的影响[J]. 张桂荣,何擎,周小刚,张振勋. 真空电子技术. 2014(02)
[10]X线放射诊断和放射治疗设备核心真空电子器件市场分析[J]. 杨莹,李季,张学军. 真空电子技术. 2014(02)
硕士论文
[1]基于PLC的氨氮检测控制系统研究与设计[D]. 王洁.西安工业大学 2018
[2]多智能仪表测控系统组态软件设计[D]. 高新鹏.东南大学 2016
[3]大功率发射管程控排气系统的设计与实现[D]. 庆磊.电子科技大学 2016
[4]四工位电真空管排气台自动控制系统的设计[D]. 丁亚宁.东南大学 2015
[5]X线管旋转阳极控制电路的设计与实现[D]. 张睿.南方医科大学 2010
[6]基于PLC晶圆自动贴标机控制系统的研究[D]. 赵勇强.苏州大学 2008
[7]远程数字化X光机技术和系统研究[D]. 焦建兵.南京理工大学 2004
本文编号：3503281
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