DE3712759C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnosevorrichtung, die zwischen einem Vorheiz
betrieb und einem Bestrahlungsbetrieb umschaltbar ist, mit einer Phasenanschnitt
steuerschaltung, die sowohl im Vorheizbetrieb als auch im Bestrahlungsbetrieb den
Phasenwinkel einer für die Heizung der Röntgenröhre zur Verfügung stehenden Wech
selspannung beeinflußt, und mit einer Röhrenstrom-Regelschaltung, die während des
Bestrahlungsbetriebes über die Phasenanschnittsteuerschaltung den durch die Röntgen
röhre fließenden Strom in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem Ist-Wert
und dem Soll-Wert des Röntgenröhrenstroms regelt.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (EP 00 43 060 B1) wird während des Vor
heizbetriebs mittels einer Regelschaltung die Heizspannung der Röntgenröhre in Ab
hängigkeit von einem Vergleich zwischen einem ermittelten Istwert der Heizspannung
und einem einstellbaren Heizspannungs-Sollwert geregelt, wobei in die Regelung zu
sätzlich ein Raumladungs-Kompensationssignal und ein Leckstrom-Kompensations
signal eingehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgendiagnosevorrichtung zu schaf
fen, die während des Vorheizbetriebs eine Konstanthaltung des Heizstrom-Mittelwertes
erlaubt, ohne daß der Heizstrom gemessen werden muß.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Röntgendiagnosevorrichtung der eingangs ge
nannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Heizstrom-Steuerschaltung, die wäh
rend des Vorheizbetriebs über die Phasenanschnittsteuerschaltung den der Röntgen
röhre zugeführten Heizstrom in Abhängigkeit von dem Ist-Wert der Versorgungsspan
nung der Röntgendiagnosevorrichtung so einstellt, daß das zeitliche Mittel des Heiz
stroms bei Änderung der Versorgungsspannung konstant bleibt.
Bei einer mit einem Differenzverstärker ausgestatteten Röntgendiagnosevorrichtung
zeigt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der in der Heizstromsteuerschaltung an
geordnete Differenzverstärker vorzugsweise ein nicht-lineares Verhalten.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnun
gen näher erläutert. Es zeigen.
Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Röntgendiagnosevorrichtung
entsprechend einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 Signalverläufe, die die Wirkung der wesentlichen Schaltungsstufen er
kennen lassen,
Fig. 3 ein Teilschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfin
dung und
Fig. 4 die Abhängigkeit des Ausgangssignals der Heizstrom-Steuerschaltung
von der Versorgungsspannung.
Die in Fig. 1 dargestellte Röntgenröhre 1 weist einen Heizfaden F und eine Anode A
auf. Mittels eines Hochspannungstransformators T1 wird die Versorgungsspannung e, in
der Regel Netzspannung, hochtransformiert und der Röntgenröhre 1 zugeführt. Bei dem
Hochspannungstransformator T1 kann es sich um einen normalen hochtransformieren
den Transformator handeln. Es kann aber auch ein Festspannungstransformator ver
wendet werden, um die an die Röntgenröhre 1 angelegte Spannung konstant zu halten.
Der Hochspannungstransformator T1 weist eine an die Versorgungsquelle angeschlos
sene Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen auf, die mit dem Heizfaden F bzw.
der Anode A der Röntgenröhre verbunden sind.
Eine Röhrenstrom-Regelschaltung ist an die mit dem Heizfaden F verbundene Sekun
därwicklung des Hochspannungstransformators T1 angeschossen, während die Primär
seite des Hochspannungstransformators T1 mit einer Heizstrom-Steuerschaltung über
einen Vorheizschalter SW1 und einen abwärtstransformierenden Transformator T3 ver
bunden ist. Ein Heiztransformator T2 ist parallel zu dem Hochspannungstransforma
tor T1 über einen Schaltregler mit einer Schaltstufe 6 geschaltet, der auf der Primärseite
liegt und mittels dessen eine Phasenregelung der in der Sekundärwicklung induzierten
Spannung erfolgt.
Der Vorheizschalter SW1, ein Röntgenbestrahlungsschalter SW2 und ein mit dem
Schalter SW2 gekoppelter Schalter SW3 stellen Betriebsart-Wählschalter dar. Die Röh
renstrom-Regelschaltung regelt während des Röntgenbestrahlungsbetriebes den durch
die Röntgenröhre 1 fließenden Strom iF in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen
dem Ist-Wert des Röntgenröhrenstromes und einem Soll-Wert dieses Stromes, der von
einer voreingestellten Bezugsspannung E1 dargestellt wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird der durch die Röntgenröhre 1 fließende
Strom iF mittels eines mit der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators T1
verbundenen Meßwiderstandes R1 in ein Spannungssignal Vh umgesetzt, und das er
faßte Signal Vh wird einer Integrationsschaltung 2 zugeführt, wo die Differenz dieses
Signals und der Bezugsspannung E1 zur Bildung eines Regelsignals Vd integriert wird.
Die Integrationsschaltung 2 weist einen Operationsverstärker OP2 und einen Integra
tionskondensator C2 auf. Der Sollwert für den Röhrenstrom iF wird über die Bezugs
spannung E1 eingestellt, welche dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsver
stärkers OP2 zugeführt wird. Zwischen dem Meßwiderstand R1 und der Integrations
schaltung 2 liegt ein Pufferverstärker OP1, der aus einer oder mehreren Spannungsfol
gerstufen aufgebaut ist. Die Gleichspannungsamplitude wird durch einen Wider
stand R2 in Verbindung mit dem Eingangswiderstand des Operationsverstärkers OP2
bestimmt.
Der Heizstrom-Steuerschaltung geht die mittels des Transformators T3 heruntertrans
formierte Versorgungsspannung e zu. Dem Transformator T3 sind eine Gleichrichter
brücke RFD, eine Gleichrichterdiode D3 und ein Glättungskondensator C1 nachge
schaltet. An dem Glättungskondensator C1 tritt eine der Versorgungsspannung entspre
chende geglättete Gleichspannung auf. Aus dieser wird über eine aus Widerständen R4
und R5 bestehende Spannungsteilerschaltung eine der Versorgungsspannung e entspre
chende Istspannung Vb erhalten. Die erfaßte Istspannung Vb wird einem Differenzver
stärker 3 zugeführt. Der Differenzverstärker 3 bildet und verstärkt die Differenz zwi
schen der Istspannung Vb und einer Bezugsspannung E2, die kleiner als die Bezugs
spannung E1 der Integrationsschaltung 2 eingestellt ist und den Sollwert für den der
Röntgenröhre 1 während des Vorheizbetriebes zugeführten Heizstrom darstellt.
Bei dem veranschaulichten Differenzverstärker 3 können die Bezugsspannung E2, ein
Eingangswiderstand Rs und ein Rückkopplungswiderstand Rf so gewählt sein, daß eine
näherungsweise lineare Ausgangskennlinie erhalten wird, wie dies in Fig. 4 bei a darge
stellt ist. Um die dem Heizfaden zugeführte Energie auf einen vorbestimmten Wert einzustellen
und eine noch glattere Startcharakteristik zu erzielen, wird vorzugsweise jedoch
die Heizfadenkennlinie mit in Betracht gezogen und ein nichtlineares Element (z. B.
eine Kombination von Widerstand und Diode) im Rahmen des Widerstandsnetzwerkes
Rs und Rf vorgesehen, um eine nichtlineare Ausgangskennlinie zu erhalten, wie sie in
Fig. 4 bei b veranschaulicht ist. Eine Wählschaltung 4 weist Dioden D1 und D2 auf, de
ren Kathoden untereinander verbunden sind. Während des Vorheizbetriebes wird das
Ausgangssignal der Heizstrom-Steuerschaltung einer Phasenanschnittsteuerschaltung
5 zugeführt, während im Zuge des Röntgenbestrahlungsbetriebes das Ausgangssignal
der Röhrenstrom-Regelschaltung an die Phasenanschnittsteuerschaltung 5 geht. Die
Anode der Diode D1 ist mit dem Ausgang der Röhrenstrom-Regelschaltung über
einen Widerstand R3 verbunden, während die Anode der Diode D2 an den Ausgang der
Heizstrom-Steuerschaltung angeschlossen ist. Die untereinander verbundenen Katho
den der Dioden D1 und D2 liegen über einen Widerstand R6 und den Betriebsart-
Wählschalter SW3 an Masse, während die Anode der Diode D1 mit der Phasenan
schnittsteuerschaltung 5 in Verbindung steht.
Die Phasenanschnittsteuerschaltung 5 reguliert die Einschaltdauer der Schaltstufe 6 ent
sprechend dem Wert einer Ausgangsspannung Ve, die über die Wählschaltung 4 zuge
führt werden kann. Der Zündwinkel R wird so eingestellt, daß die dem Heizfaden F zu
geführte Spannung Vg ansteigt, wenn der Wert der Ausgangsspannung Ve größer wird.
Es handelt sich also um eine sogenannte Phasenanschnittsteuerung, bei der eine ent
sprechende Taktung der dem Heizfaden zugehenden Speisespannung bzw. des Speise
stromes erfolgt. Für eine solche Triggerimpulserzeugung kann als Zündelement ein pro
grammierbarer Unÿunktion-Transistor (PUT), ein Unÿunktion-Transistor (UJT) oder
dergleichen vorgesehen sein. Die mittels des Ausgangsimpulses Vf der Phasenwinkelan
schnittsteuerschaltung 5 gesteuerte Schaltstufe 6 kann auch als herkömmliche Leistungs
schaltstufe aufgebaut sein, beispielsweise aus einer Kombination von Triac, Impulstrans
formator und dergleichen.
Die in Fig. 2 dargestellten Signale a bis h sind die an den betreffenden Stellen a bis h
der Fig. 1 auftretenden Signale.
Wenn der (nicht veranschaulichte) Schalter der Stromquelle eingeschaltet wird, schaltet
der Schalter SW1 ein. Der Schalter SW3 befindet sich im eingeschalteten Zustand, um
sowohl die Röhrenstrom-Regelschaltung als auch die Heizstrom-Steuerschaltung wirksam werden zu lassen. Der Schalter SW2 liegt im Aus-Zustand, so daß keine Ver
sorgungsspannung e an die Röntgenröhre angelegt wird. Die Vorrichtung befindet sich
im Vorheizbetrieb. In diesem Vorheizbetrieb wird der Integrationsschaltung 2 ein dem
Röhrenstrom iF entsprechendes Signal zugeführt; der Treiberpegel (d. h. der Treiberpe
gel + Vcc des Operationsverstärkers OP2) der Integrationsschaltung 2 steigt an.
In der Heizstrom-Steuerschaltung wird der Differenzverstärker 3 mit einer der Ver
sorgungsspannung e entsprechenden Istwert-Spannung Vb beaufschlagt, so daß sein
Ausgangssignal Vc einen Wert annimmt, welcher der Differenz zwischen der Bezugs
spannung E2 und der Istwert-Spannung Vb, multipliziert mit dem betreffenden Verstär
kungsfaktor, entspricht. Der Wert, der auftritt, wenn keine Schwankung der Versor
gungsspannung vorliegt, ist in Fig. 2 bei E2 dargestellt.
Die Ausgangsspannung Vc der Heizstrom-Steuerschaltung ist kleiner als die Ausgangsspannung
Vd der Röhrenstrom-Regelschaltung, so daß die Diode D1 der Wählschaltung 4
sich in leitendem Zustand befindet. Infolgedessen wird die der Phasenanschnittsteuerschaltung
5 zugeführte Ausgangsspannung Ve auf einen Wert Vc gesenkt, der näherungsweise
der Ausgangsspannung der Heizstrom-Steuerschaltung entspricht. Die
Schaltstufe 6 wird daher bei der der Ausgangsspannung Vc (Ve=Vc) der Heizstrom-
Steuerschaltung entsprechende Phase getriggert, und der Heiztransformator T2 wird
mit der Heizspannung Vg beaufschlagt. Wenn aufgrund von Schwankungen die Versorgungsspannung
ansteigt, nimmt der Pegel der der Phasenanschnittsteuerschaltung 5
zugeführten Ausgangsspannung Ve ab, weil das Ausgangssignal des Differenzverstärkers
3 der Differenz zwischen der Bezugsspannung E2 und der Istwertspannung Vb entspricht.
Die Zeit der Erzeugung des Ausgangsimpulses Vf der Phasenanschnittsteuerschaltung
wird verzögert, und der Zündwinkel der Heizspannung wird durch die
Schaltstufe 6 verkleinert. Das heißt, wenn der Zündwinkel der Heizspannung Vg verringert
wird, um einen Anstieg der Versorgungsspannung e zu kompensieren, geschieht
dies in der Weise, daß der effektive Heizstrom größer wird.
Wenn bei einer Versorgungsspannungsschwankung die Versorgungsspannung e kleiner
wird, steigt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 3 an, wodurch der Pegel der der
Phasenanschnittsteuerschaltung 5 zugeführten Ausgangsspannung Ve größer wird. Der
Zeitpunkt der Erzeugung des Ausgangsimpulses Vf wird zeitlich vorverlegt und der Zündwinkel
wird durch die Schaltstufe 6 vergrößert (in Fig. 2 ist R1≦R2≦R3). Dies bedeutet, daß
der Zündwinkel der Heizspannung Vg zur Kompensation der Versorgungsspannung
vergrößert wird.
Aufgrund der vorstehend erläuterten Betriebsweise wird der Heizstrom auf einen vorgegebenen
Pegel stabilisiert, wobei Schwankungen der Versorgungsspannung während
der Vorheizphase gut kompensiert werden. Der Anstieg des Röhrenstromes zum Zeitpunkt
der Röntgenbestrahlung nach Abschluß der Vorheizung erfolgt gleichmäßig und
in kontrollierter Weise.
Nach Abschluß des vorstehend beschriebenen Vorheizbetriebes schließt sich der Röntgenbestrahlungsbetrieb
an. Das heißt, der Schaler SW2 wird eingeschaltet, während
gleichzeitig der Betriebsart-Wählschalter SW3 ausgeschaltet wird. Die Dioden D1 und
D2 sperren, so daß die Heizstrom-Steuerschaltung von der Phasenanschnittsteuerschaltung
5 abgetrennt wird. Der Phasenanschnittsteuerschaltung wird jetzt das Ausgangssignal
Vd (Ve=Vd) der Röhrenstrom-Regelschaltung zugeführt.
In der Röhrenstrom-Regelschaltung wird die Differenz zwischen der dem Röhrenstrom
iF entsprechenden Istwert-Spannung VF und dem Bezugssignal E1 integriert, und
das Ausgangssignal wird als Regelsignal benutzt. Wenn daher der stabilisierte Bereich
erreicht ist, wird die Regelung auf einen bestimmten Pegel durch die Bezugsspannung
E1 bestimmt (in Fig. 2 mit Ref E1 bezeichnet). Die Intensität der abgegebenen Röntgenstrahlen
wird auf diese Weise stabilisiert.
Fig. 2 zeigt die Verhältnisse bei einem Absinken der Versorgungsspannung. Regelvorgänge
in umgekehrter Richtung erfolgen, wenn die Versorgungsspannung ansteigt.
Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird die der Röntenröhre 1 zugeführte
Versorgungsspannung mittels einer Vollweg-Gleichrichterschaltung 7
gleichgerichtet. Außerdem erfolgt eine Vollweggleichrichtung der an dem Meßwiderstand
R1 auftretenden Wechselspannung mittels einer Gleichrichterbrücke 8. Der derart
gleichgerichtete Strom wird der Integrationsschaltung der Röhrenstrom-Regelschaltung
zugeführt. Im übrigen entspricht die Schaltungsauslegung derjenigen gemäß
Fig. 1. Entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und eine
weitere Erläuterung erübrigt sich.
Claims (2)
1. Röntgendiagnosevorrichtung, die zwischen einem Vorheizbetrieb und einem Bestrahlungsbetrieb
umschaltbar ist, mit einer Phasenanschnittsteuerschaltung, die
sowohl im Vorheizbetrieb als auch im Bestrahlungsbetrieb den Phasenwinkel einer
für die Heizung der Röntgenröhre zur Verfügung stehenden Wechselspannung beeinflußt,
und mit einer Röhrenstrom-Regelschaltung, die während des Bestrahlungsbetriebes
über die Phasenanschnittsteuerschaltung den durch die Röntgenröhre
fließenden Strom in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem Ist-
Wert und dem Soll-Wert des Röntgenröhrenstromes regelt, gekennzeichnet durch
eine Heizstrom-Steuerschaltung, die während des Vorheizbetriebes über die
Phasenanschnittsteuerschaltung (5) den der Röntgenröhre (1) zugeführten Heizstrom
in Abhängigkeit von dem Ist-Wert der Versorgungsspannung (e) der Röntgendiagnosevorrichtung
so einstellt, daß das zeitliche Mittel des Heizstroms bei
Änderung der Versorgungsspannung konstant bleibt.
2. Röntgendiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Differenzverstärker, da
durch gekennzeichnet, daß der in der Heizstromsteuerschaltung angeordnete
Differenzverstärker (3) ein nicht-lineares Verhalten zeigt.
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