CT系统X射线管用高压发生器的设计

发布时间：2017-09-14 01:34

  本文关键词：CT系统X射线管用高压发生器的设计

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【摘要】：CT,即电子计算机断层扫描,是一项由X光机发展而来高新技术,其获得的图像比X光机更清晰明了,有利于更好的诊断疾病。目前,CT检查已被广泛应用于大量的疾病诊断治疗和健康检查实践中,在各省级、县级,甚至是社区医院都能看到CT的身影。随着中国基础医疗设施不断完善,未来对CT的需求量会越来越大。高压发生器作为CT系统中的重要组成部分,是CT影像系统中电源供给的“心脏”。高压发生器为X射线管提供高压电源及外部控制系统到X射线管的驱动,其输出功率、响应速度、稳定性以及控制精度等性能直接影响了CT影像系统的各项性能,进而影响了CT系统输出图像的质量。图像质量的高低又直接影响了医师对患者病情的诊断和治疗。另外,从成本角度分析,高压发生器也占据了CT系统的相当大的一部分费用,如果能使高压发生器国产化、低成本化,能够大幅度提高国产CT的国际竞争力。本课题通过分析CT系统高压发生器的拓扑结构、控制方法及各个驱动电路的设计原理,阐述了一套完整的高压发生器的设计理论。描述了高压发生器的组成及各子系统的功能定义;整理了系统控制部分的设计需求,给出了电路设计方法和程序流程图;重点分析了高压发生器内应用到的三种功率变化电路:全桥整流、半桥整流和倍压整流,分析了它们的拓扑结构,给出了它们的原理分析、电路设计和调试方法;对如旋转阳极、母线控制等子功能部分也给出了设计方法。各个子功能模块按照系统框图连接在一起,以系统控制板为核心,构成了一个参数可设置、具有自动反馈矫正及自动输出调整的大功率X射线管供电系统。在现有的高压发生器理论基础和技术基础上,引入最新的电子集成电路技术和软件算法控制技术,来提高高压发生器的各项性能。高压发生器性能的提升,可以使X射线管发出足够高且精准稳定的射线量,为CT的后期软件图像处理及医师诊断打好坚实的硬件基础。新技术的引入简化了高压发生器的拓扑、减少了元器件用量,降低了高压发生器的生产工艺要求,降低了CT整机的成本,为CT设备的普及做出贡献,也为国家医疗卫生事业添加一份力量。
【关键词】：X-射线 CT 高压发生器
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R814.42;TP311.52
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 CT技术简介8-10
• 1.1.1 CT的设备组成8-9
• 1.1.2 CT的工作原理9
• 1.1.3 历代CT机特点描述9-10
• 1.2 X射线管工作原理及特征曲线10-12
• 1.2.1 X射线管工作原理10-11
• 1.2.2 X射线管的特征曲线11-12
• 1.3 高压发生器的研究意义12-14
• 1.3.1 高压发生器在CT系统中的工作流程12-13
• 1.3.2 高压发生器技术的国内外现状13
• 1.3.3 高压发生器的研究意义13-14
• 1.4 论文的主要研究工作14-16
• 第2章 高压发生器系统组成与硬件设计16-38
• 2.1 高压发生器的系统框图16-17
• 2.2 高压发生器系统中的接口电路设计17-19
• 2.2.1 数字IO接口设计17
• 2.2.2 模拟IO接口设计17-18
• 2.2.3 串口接口设计18-19
• 2.3 高压产生及反馈模块的设计19-30
• 2.3.1 逆变信号发生器设计19-23
• 2.3.2 直流母线生成单元设计23
• 2.3.3 全桥整流电路23-26
• 2.3.4 主功率变压器参数定义26
• 2.3.5 倍压整流电路26-29
• 2.3.6 k V和m A反馈电路29-30
• 2.4 灯丝驱动硬件部分30-35
• 2.4.1 半桥整流电路31-32
• 2.4.2 UC3525芯片工作原理32-33
• 2.4.3 灯丝驱动的电流反馈33-34
• 2.4.4 灯丝驱动中变压器的设计34-35
• 2.5 旋转阳极部分的电路设计35-36
• 2.5.1 旋转阳极的电机理论研究35-36
• 2.5.2 旋转阳极电机的自启动36
• 2.6 本章小结36-38
• 第3章 高压发生器控制系统软件的设计38-50
• 3.1 高压发生器控制系统的需求分析38-39
• 3.1.1 系统外部的需求38
• 3.1.2 系统内部的需求38-39
• 3.2 高压发生器控制系统功能框图39-40
• 3.3 各个程序模块的设计40-48
• 3.3.1 中央控制系统顶层模块的设计40-43
• 3.3.2 母线控制模块设计43-44
• 3.3.3 中央控制系统中其他模块的设计44-45
• 3.3.4 旋转阳极子系统程序设计45-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 高压发生器控制系统的实现与验证50-66
• 4.1 高压发生器控制系统实现环境50-51
• 4.1.1 高压发生器控制系统的硬件平台50
• 4.1.2 软件开发环境50-51
• 4.2 高压发生器控制系统的程序实现51-60
• 4.2.1 中央控制系统程序的实现51-57
• 4.2.2 旋转阳极子系统程序实现57-60
• 4.3 原型机的搭建与系统的性能测试60-65
• 4.3.1 高压发生器原型机的搭建61-63
• 4.3.2 高压发生器控制系统的测试63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 结论66-70
• 参考文献70-72
• 致谢72

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