医用X线机高压发生器控制系统的设计与实现

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。

目录

声明

摘要

1．1．1 X线机发展概述

1．1．2 高压发生器发展概况

1．2 高压发生器研究意义

1．3 本文研究内容

1．4 本文结构安排

第2章 X线机高压发生器的原理与结构

2．1 X线机概述

2．1．1 X线的产生

2．1．2 X线机原理

2．2 高压发生器原理

2．2．1 高压发生器主回路原理

2．2．2 灯丝驱动原理

2．2．3 旋转阳极驱动原理

2．3 高压发生器结构

2．4 本章小结

第3章 控制系统功能设计

3．1 控制系统的功能需求

3．2 控制系统的安规需求

3．3 控制系统的功能设计

3．4 本章小结

第4章 控制系统硬件设计

4．1 电源模块

4．1．1 直流母线预充电

4．1．2 直流母线放电

4．2 KV控制模块

4．2．1 闭环控制介绍

4．2．2 误差放大器

4．2．3 KV闭环控制

4．3 过压检测电路

4．4 旋转阳极驱动电路

4．5 灯丝驱动电路

4．6 FPGA电源及复位设计

4．7 控制系统的PCB制作

4．8 本章小结

第5章 控制系统软件设计

5．1 FPGA芯片与开发工具简介

5．2 接口模块的设计

5．2．1 通讯接口控制模块

5．2．2 AD接口控制模块

5．2．3 DA接口控制模块

5．3 旋转阳极模块

5．4 灯丝模块

5．5 曝光流程设计

5．6 本章小结

6．1 旋转阳极测试

6．2 灯丝测试

6．3 电源模块测试

6．4 曝光测试

6．5 KV过压检测测试

6．6 通讯功能测试

6．7 本章小结

7．1 工作总结

7．2 存在问题及展望

参考文献

致谢