DE2831330A1

DE2831330A1 - Heizfaden-heizvorrichtung fuer eine roentgenstrahlroehre

Info

Publication number: DE2831330A1
Application number: DE19782831330
Authority: DE
Inventors: Teruaki Osako
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1979-01-18
Also published as: AU3801578A; AU522643B2; US4253048A; DE2831330C2; DE2858343C2

Description

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, Kawasaki-shi, Japan

17. J.'H 1978

Heizfaden-Heizvorrichtung für eine Röntgenstrahlröhre

Die Erfindung betrifft eine Heizfaden-Heizvorrichtung für eine Röntgenstrahlröhre zur gleichbleibend stabilen Erwärmung bzw. Beheizung jedes Heizfadens.

Bei einem Röntgengerät ist es wünschenswert, daß die von einer Röntgenstrahlröhre abgestrahlte Ausgangsstrahlung ständig konstant bleibt. Die Strahlungsintensität I ist dabei proportional dem Produkt aus dem Röhrenstrom I_ der Röntgenstrahlröhre und einer zwischen die Anode und die Kathode der Röntgenstrahlröhre angelegten Spannung

KV_ (I oc I₀CkV-,]³) . Der Röhrenstrom I_n ist dem durch den Heizfaden fließenden Fadenstrom I proportional (I ocl_p). Für die stabile Erwärmung des Heizfadens ist daher nötig, den Heizfadenstrom konstant zu halten» Der Netzfaden der Röntgenstrahlröhre befindet sich an der Seite des HochspannungserzeugungsteilS/ weshalb als Stromversorgung für die Röntgenstrahlröhre eine Wechselspannungsquelle benutzt wird. Dabei ist es üblich, den Strom von der Spannungsbzw. Stromversorgung über einen Trenntransformator zum Heizfaden zu leiten. Hierbei ist an der Primärwicklungsseite des Trenntransformators eine ein Wechselspannungssignal stabilisierende Schaltung, d.h. ein Stabilisierelement, zur Stabilisierung des Heizfadenstroms angeordnet.

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Auch wenn der Strom oder die Spannung an der Primärwicklungsseite des Trenntransformators mit hoher Genauigkeit stabilisiert wird, ist eine Änderung des Heizfadenstroms aufgrund einer Alterung des Trenntransformators unvermeidbar. Diese Tatsache stellt für die Stabilisierung des Strahlungsausgangs der Röntgenstrahlröhre ein schwerwiegendes Problem dar.

Zwischen die Anode und die Kathode der Röntgenstrahlröhre wird im allgemeinen eine Hochspannung im Bereich von z.B. 6 bis 15 kV angelegt. Wenn daher der Heizfadenstrom an der Hochspannungsseite in analoger Weise zur Stabilisierung des Heizfadenstroms über eine Isolier- bzw. Trenneinrichtung zur Niederspannungsseite rückgekoppelt wird, trifft man unvermeidbar auf eine Grenze der Verbesserung der Stabilität aufgrund ungenügender Linearität der Isolierbzw. Trenneinrichtung sowie der bei der Röhre auftretenden Drift. In jüngster Zeit ist die rechnergesteuerte Tomographie-Vorrichtung zum Einsatz gelangt, bei welcher zahlreiche Daten durch einen Digitalrechner verarbeitet werden. Bei einer Vorrichtung dieser Art ist es wünschenswert, auch die Erwärmung bzw. Beheizung des Heizfadens digital zu steuern.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Heizfaden-Heizvorrichtung für eine Röntgenstrahlröhre, bei welcher die von der Röntgenstrahlröhre abgegebene Röntgenstrahlung durch Stabilisierung des Heizfadenstroms stabil bzw. gleichbleibend gehalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

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Mit der Erfindung wird also eine in höchstem Maße stabilisierte Heizfaden-Heizvorrichtung für eine Röntgenstrahlröhre geschaffen. Bei dieser Vorrichtung wird ein Heizfadenstrom abgenommen bzw. gemessen, welcher einen an der Hochspannungsseite liegenden Heizfaden der Röntgenstrahlröhre durchfließt, d.h. ein Signal an der Sekundärwicklungsseite eines Isolier- bzw. Trenntransformators. Dieses Signal wird an der Sekundärwicklungsseite in ein entsprechendes Digitalsignal umgesetzt, das über einen Isolier- bzw. Trennübertragungsweg zur Primärwicklungsseite rückgekoppelt wird. Das Digitalsignal wird sodann an der Niederspannungsseite wiederum zu einem Analogsignal umgesetzt, das mit einer Bezugsgröße verglichen wird. Der Unterschied zwischen diesem Signal und dieser Bezugsgröße wird zur Konstanthaltung des Heizfadenstroms herangezogen.

In abgewandelter Ausführungsform der Erfindung wird die Bezugsgröße an der Niederspannungs-Primärwicklungsseite in ein Digitalsignal umgewandelt. Dieses Digitalsignal wird sodann zur Sekundärwicklungsseite über einen Trenntransformator übertragen, welcher die Niederspannung-Primärwicklungsseite von der Hochspannung-Sekundärwicklungsseite trennt. An der Sekundärwicklungsseite wird das Digitalsignal wiederum in ein Analogsignal umgesetzt, das seinerseits als Steuersignal zur Lieferung des zweckmäßigen Fadenstroms an der Sekundärwicklungsseite benutzt wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher er-

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läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Heizfaden-Heizvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Heizfadenstroms in Abhängigkeit von einer Röntgenröhrenspannung mit einem Parameter des Röhrenstroms,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltbild einer bei der Vorrichtung

nach Fig. 4 verwendeten stabilisierten Gleichstromversorgung und

Fig. 6 und 7 Blockschaltbilder noch weiter abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizfaden-Heizvorrichtung für eine Röntgenstrahlröhre dargestellt. Bei- dieser Vorrichtung besteht eine stabilisierte Gleichstromversorgung 12 aus einem Vollweg-Gleichrichter 16, der mit seinem Eingang an eine Wechselstromquelle 14 und mit seinem Ausgang an einem Kondensator 18 angeschlossen ist. Diese Bauteile bilden einen Wechselstrom/Gleichstrom-Umformer.

Der Ausgang des Stromumformers 12 ist mit einer Kollektor-Emitter-Strecko eines npn-Transistors 22 für die

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Stromsteuerung bzw. -regelung verbunden. Die Basis des npn-Transistors 22 ist über einen Widerstand 24 mit dem Ausgang eines Fehlerverstärkers 26 verbunden. Ein Widerstand 28 und ein Kondensator 30 sind zwischen den Emitter des Transistors 22 und Masse (die negative Ausgangsklemme des Gleichrichters 16) geschaltet. Der Widerstand 28 und der Kondensator 30 verhindern ein Pendeln bzw. Schwingen der Stromumformerschaltung 12.

Eine allgemein mit 34 bezeichnete Umsetzerschaltung enthält zwei Transistoren 38 und 40, die an den Emittern zuyammengeschaltet sind und mit ihren Kollektoren an die Endklemmen der Primärwicklung eines Isolier- bzw. Trenntr.msformators 36 und mit den Bai; is-Elektroden an die Ausgangsklemmen eineis nicht dargestellten Torimpulsgenerators angeschlossen sind. Der Trenntranfiformator 36 trennt die Niederspannung-Primärwicklungsseite von einer Hochspannung-Sekundärwicklungsseite. Die Mitte!anzapfung der Primärwicklung des Transformators 36 ist mit dem Emitter des Stromregeltransistors 22 verbunden.

Eine Gleichrichterschaltung 46 umfaßt einen Vollweg-Gleichrichter 42 sowie einen Glättungskondensator 44. Die Sekundärwicklung des Trenntransformators 36 ist an die Eingangsklemmen des Gleichrichters 42 angeschlossen. Die Gleichrichterschaltung 46 ist über einen Strommeßwiderstand 48 mit dem Heizfaden 52 einer Röntgenstrahlröhre 50 sowie mit einer stabilisierten Gleichstromquelle 54 zur Aktivierung der verschiedenen, noch zu beschreibenden Schaltungen verbunden.

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Eine Heizfadenstrom-Detektor- bzw. -Meßschaltung enthält einen Operationsverstärker 58, der an einer invertierenden Eingangskiemine mit einem Knotenpunkt bzw. einer Verzweigung zwischen dem Widerstand 48 und dem Heizfaden 52 über einen Widerstand 56 und an der nicht-invertierenden Eingangsklemme mit einer Verzweigung zwischen dem Widerstand 48 und dem Kondensator 44 über einen Widerstand 57 und die Gleichstromquelle 54 verbunden ist.

Ein Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 62 ist mit seinem Eingang an den Ausgang des Operationsverstärkers 58 angeschlossen, und er wird durch die stabilsierte Gleichstromquelle '54 gespeist. In Abhängigkeit von eimern vom Operationsverstärker 58 abgegebenen Ana logs ign.i 1 1 ief f-rt der A/D-WcUidl€5r 62 bitparallele Digitalsignale mit einer Vielzahl von Bits, die jeweils einer logischen "1" oder "0" entsprechen. Der A/D-Wandler 62 besitzt eine der IJi t — zahl entsprechende Zahl von Ausgangsklemmen, die; an die entsprechenden Eingangsklemmen einer Treiberschaltung 64 angeschlossen sind, die ihrerseits Ausgangsklemmen ( in einer Zahl) entsprechend den Eingangsklemmen aufweist. Die Treiberschaltung 64 wird ebenfalls durch die stabilisierte Gleichstromquelle 54 gespeist bzw. aktiviert. Zwischem die Treiberschaltung 64 und einen Impulsformer, d.h. eine Impulsformschaltung 74 sind mehrere Photokoppler 66- biis 66 eingeschaltet, die als Isolier- bzw. Trennüb«rtragungspfade zur Trennung der Niederspannung-Primärwicklungsseite von der Hochspannung-Sekundärwicklungsseite dienen. Jeder Photokoppler 66 besteht aus einer lichtemittierenden Diode 68, einer optischen Faser 7O und einem Phototransistor Die optische Faser 70 führt ein Lichtstrahlenbündel von der betreffenden lichtemittierenden Diode 68 zum Phototransistor 72, der seinerseits auf das Licht anspricht, indem er durch-

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ORfGtNAL INSPECTED

schaltet. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die liehtemittierenden Dioden 68 an die Ausgangsklemmen der Treiberschaltung 64 angeschlossen. Phototransistoren 72 sind an die Eingangsklemmen eines Impulsformers 74 angeschlossen. Lichtemittierende Dioden 68 werden zum Emittieren von Licht angesteuert, wenn sie von der betreffenden Ausgangsklemme einer Treiberschaltung 64 mit einem einer logischen "1" entsprechenden Ausgangssignal gespeist werden. Der Impulsformer 74 bewirkt eine Wellenformung der eingehenden, über den Photokoppler 66 gelieferten Impulse.

Ein mit dem Impulsformer 74 gekoppelter Digital/ Analog-Wandler (D/A-Wandler) 76 wandelt die vom Impulsformer 74 gelieferten bitparallelen Digitalsignale in ein Analogsignal um. Der D/A-Wandler 76 ist an seiner Ausgangsklemme über einen Eingangswiderstand 78 mit der invertierenden Eingangsklemme eineö Operationsverstärkers 26 verbunden. Die nicht-invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 26 ist über einen weiteren Eingangswiderstand 82 mit der bewegbaren Klemme bzw. dem Schleifer eines Regelwiderstands 80 verbunden, über den eine Spannung V_ßD anliegt.

Der Regelwiderstand 80 arbeitet als Funktionsgenerator 84 zur Lieferung eines Signals, das eine Bezugsgröße des Heizfadenstroms darstellt. Die Charakteristik bzw. Kennlinie des Heizfadenstroms I„(mA) in Abhängigkeit von der Röhrenspannung (kV_p) ist in Fig. 2 schematisch durch die drei Kurven A, B und C veranschaulicht. In Fig. 2 ist der Röhrenstrom I (A) als Parameter vorausgesetzt. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß der Funktionsgenerator

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84 zweckmäßig durch die Kurven A, B und C angedeutete Bezugsgrößensignale liefert. Es ist jedoch sehr schwierig, einen Funktionsgenerator mit dieser idealen Kennlinie herzustellen. Aus diesem Grund ist ein in der Praxis verwendeter Funktionsgenerator so ausgebildet, daß sich seine Kennlinien zum Teil den Kurven A, B und C annähern. Der Funktionsgenerator kann ein Mikroprozessor mit Direktzugriff speicher sein.

Im Betrieb wird ein von der Wechselstromquelle 14 gelieferter Wechselstrom durch den Vollweg-Gleichrichter 16 gleichgerichtet. Der gleichgerichtete Strom wird an die Kollektor-Emitter-Strecke des Stromregeltransistors 22 angelegt. Die Größe des über diese Strecke fließenden Stroms wird durch Einstellung des Basisstroms des Transistors 22 gesteuert bzw. geregelt. Der auf diese Weise stabilisierte Gleichstrom wird zur Mittelanzapfung der Primärwicklung des Trenntransformators 36 geleitet. Unter diesen Bedingungen wird ein Vorimpuls vom nicht dargestellten Vorimpulsgenerator abwechselnd an die Basiselektroden der Transistoren 38 und 40 angelegt, um diese Transistoren abwechselnd durchzuschalten, so daß eine Rechteckwechselspannung an der Sekundärwicklung des Trenntransformators 36 erscheint. Diese Rechteckwechselspannung wird sodann durch den Gleichrichter 42 gleichgerichtet und durch den Kondensator 44 geglättet, um schließlich dem Heizfaden 52 der Röntgenstrahlröhre 50 eingespeist zu werden. Der geglättete Wechselstrom wird außerdem der stabilisierten Gleichspannungsquelle 54 eingegeben, die als Stromversorgung für die Ansteuerung oder Aktivierung des Verstärkers 58, des A/D-Wandlers 62 und der Treiberschaltung 64 dient. Die stabilisierte Gleichstromquelle 54 justiert die Eingangsgleichspannung

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zur Lieferung eines zweckmäßigen Spannungsausgangssignals. Die durch den zum Heizfaden 52 fließenden Strom über den Widerstand 48 erzeugte Spannung wird der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 58 aufgeprägt, durch den sie verstärkt und dann an den A/D-Wandler 62 angelegt wird. Letzterer wandelt das Ausgangssignal des Verstärkers 58 in bitparallele Digitalsignale um, die eine Vielzahl von Bits "1" oder "O" enthalten. Genauer gesagt: das bitparallele Digitalsignal enthält eine Anzahl bzw. Vielzahl von Bits, deren Inhalte sämtlich gleichzeitig von A/D-Wandler 62 abgeleitet werden. Das Digitalsignal wird zur Treiberschaltung 64 geliefert, woraufhin die das logische "1"-Signal empfangendem lichtemittierenden Dioden zum Emittieren von Licht aktiviert werden, während die mit dem logischen "O"-Signal beaufschlagten Dioden unwirksam bleiben, d.h. kein Licht emittieren. Selbstverständlich muß dabei die Amplitude des Ausgangsimpulses der Treiberschaltung 64 groß genug sein, um die lichtemittierenden Dioden 68 ansteuern zu können. Das ausgestrahlte Licht wird über zugeordnete optische Fasern 70 zu den entsprechenden Phototransistoren 72 geleitet. Bei Empfang des Lichts schalten die Phototransistoren 72 unter Erzeugung von Impulsen durch. Diese Impulse werden durch den Impulsformer 74 in die geeignete Wellenform gebracht. Die bitparallelen Digitalsignale vom Impulsformer 74·werden dem D/A-Wandler , 76 zugeführt, an welchem diese Digitalsignale in ein Analogsignal umgesetzt werden. Das Analogsignal vom D/A-Wandler 76 wird über dem Widerstand 78 der invertierenden Eingangsklemme des Fehlerverstärkers 26 aufgeprägt. Letztere empfängt an seiner nicht-invertierenden Eingangsklemme über den Eingangswiderstand 82 das Bezugsgrößensignal vom Funktions-

*(gleichzeitige Binärentscheidungen)

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generator 84. Der Verstärker 26 erzeugt daraufhin ein Spannungssignal entsprechend dem Unterschied zwischen dem Bezugsgrößensignal an seiner nicht-invertierenden Eingangsklemme und dem an die invertierende Eingangsklemme angelegten Analogsignal vom D/A-Wandler 76. Das Spannungssignal wird der Basis des Stromregeltransistors 22 eingegeben. Der über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 22 fließende Strom wird durch das Spannungssignal vom Fehlerverstärker 26 gesteuert bzw. geregelt. Durch Regelung des über diese Strecke fließenden Stroms wird die an die Primärwicklung des Trenntransformators 36 angelegte Spannung und somit der über den Heizfaden 52 fließende Strom geregelt. Der durch den Heizfaden fließende Strom wird auf dem durch das Bezugsgrößensignal angegebenen Pegel gehalten. Bei dieser Ausführungsform wird somit der über die Sekundärwicklung des Trenntransformators 36 fließende Heizfadenstrom, d.h. der Heizfadenstrom der Röntgenstrahlröhre 5O, abgegriffen bzw. gemessen; ein Unterschied zwischen dem Heizfadenstrom und dem Bezugsgrößensignal wird berechnet; und der entsprechende Unterschied wird zur Regelung der an die Primärwicklung des Trenntransformators angelegten Spannung benutzt, um diese konstant zu halten. Auf diese Weise kann der Heizfadenstrom zweckmäßig geregelt werden, selbst wenn der Trenntransformator einer Alterung unterworfen ist. Weiterhin wird der Heizfacfenstrom an der Hochspannungsseite der Vorrichtung in Digitalform gebracht, und das in Digitalform gebrachte Signal wird nach dem Durchgang durch die Trennübertragungsstrecke 66 abgenommen. Das Signal läßt sich einfach und genau verarbeiten, so daß eine genaue Regelung des Heizfadenstroins möglich ist.

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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die den Teilen von Fig. 1 entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist zwischen die Treiberschaltung 64 und den A/D-Wandler 62 ein Parallel/Reihen-Wandler bzw. -Umsetzer 102 zur Umsetzung eines bitparallelen Digitalsignals in ein bitserielles Digitalsignal eingeschaltet. Der Ausdruck "bitserielles Digitalsignal" bedeutet, daß dieses Signal eine Vielzahl von in Reihe bzw. Serie angeordneten Bits enthält, wobei die Inhalte der einzelnen Bits sequentiell abgeleitet werden. Weiterhin ist zwischen dem Impulsformer 74 und dem D/A-Wandler 76 ein Reihenparallel-Umsetzer 104 zur Umwandlung eines Digitalsignals von der Parallel- in die Serien- bzw. Reihenform angeordnet. Weiterhin ist an diesen Umsetzer 104 ein Taktxmpulsgenerator 106 angeschlossen. Letzterer ist außerdem an den Parallelreihen-Umsetzer 1O2 angeschlossen, und zwar über eine Isolier- bzw. Trennübertragungsstrecke, welche eine Treiberschaltung 108, einen Photokoppler 110 und einen Impulsformer 112 umfaßt. Der Photokoppler 110 kann derselbe sein wie der zwischen Treiberschaltung 64 und Impulsformer 74 angeordnete. Der zwischen den Impulsformer 112 und die Treiberschaltung 108 eingeschaltete Photokoppler 110 besteht aus einer lichtemittierenden Diode 114, die in Abhängigkeit vom Ausgangsimpuls der Treiberschaltung 108 Licht emittiert, einer optischen Faser 116 zur Führung des Lichts von der Diode 114 und einem Phototransistor 118, der in Abhängigkeit von dem von der Diode 114 gelieferten Licht durchschaltet. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß aufgrund der bitseriellen Form des Eingangs-Digitalsignals zur Treiberschaltung 64 deren Eingangs- und Ausgangsklemmen jeweils einzeln ausgeführt sind. Dies bedingt einen einzigen Photokoppler an der

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Ausgangsseite der Treiberschaltung 64. Bei dieser Anordnung werden der Serienparallel-Umsetzer 104, die Treiberschaltung 108 und der Taktimpulsgenerator 106 durch eine zweckmäßige, nicht dargestellte Gleichspannungsquelle gespeist.

Die Heizvorrichtung gemäß Fig. 3 arbeitet praktisch auf dieselbe Weise wie die Vorrichtung nach Fig. 1. Infolgedessen ist aus Vereinfachungsgründen nur die Arbeitsweise der unterschiedlichen Abschnitte der Ausführungsform gemäß Fig. 3 näher erläutert. Der Parallelreihen-Umsetzer 102 setzt in Synchronismus mit dem Taktimpuls vom Taktimpulsgenerator 106 das bitparallele Digitalsignal in das bitserielle Digitalsignal um. Selbstverständlich entspricht dabei die Größe des bitparallelen Digitalsignals vom A/D-Wandler 62 der Größe des HeizfadenStroms. Das bitserielle Digitalsignal wird über den Photokoppler 66 und den Impulsformer 74 dem Reihenparallel-Umsetzer 104 eingegeben. Letzterer wandelt in Synchronismus mit dem vom Taktimpulsgenerator 106 gelieferten Taktimpuls das bitserielle Digitalsignal in ein bitparalleles Digitalsignal um. Das vom Umsetzer 104 gelieferte bitparallele Digitalsignal wird durch den D/A-Wandler 76 in ein Analogsignal umgewandelt. In jeder anderen Beziehung arbeitet diese Ausführungsform genau so wie diejenige nach Fig. 1, so daß auf eine weitere Beschreibung dieser Arbeitsweise verzichtet werden kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann der Schaltungsaufbau der Treiberschaltung 64 dadurch vereinfacht werden, daß Eingangs- und Ausgangsklemmen jeweils nur einmal vorhanden sind, weil das bitparallele Digitalsignal vom A/D-Wandler 62 durch den Parallelreihen-Wandler bzw. -Umsetzer 102 in ein bitserielles Digitalsignal umgesetzt wird. Weiterhin braucht auch der zwischen dem A/D-

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Wandler 62 und dem D/A—Wandler 76 vorgesehene Photokoppler 76 nur einmal vorhanden zu sein.

Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 3 ist der Photokoppler für die Trennubertragungsstrecke vorgesehen, um ein erfaßtes bzw. Meßsignal an der Sekundärwicklungsseite des Trenntransformators zur Primärwicklungsseite rückzukoppeln. Der Photokoppler kann jedoch auch durch einen Trenntransformator ersetzt werden. Bei einer Anordnung, bei welcher das Meßsignal in bitserieller Form, wie im Fall von Fig. 3, rückgekoppelt wird, kann durch Anwendung eines Phasenregelkreises die Trennubertragungsstrecke für die Übermittlung der Taktimpulse weggelassen werden.

In Fig. 4 ist noch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizfaden-Heizvorrichtung veranschaulicht. Dabei ist eine Wechselstrom- bzw. Spannungsquelle 14 an die Primärwicklung des Trenntransformators 36 angeschlossen. Der Heizfaden 52 einer Röntgenstrahlröhre 50 ist über eine stabilisierte Gleichspannungsquelle 202 mit der Sekundärwicklung des Trenntransformators 36 verbunden. Ein Funktionsgenerator 84 ist mit seiner Ausgangsklemme an die Eingangsklemme eines Analog/Digital- bzw. A/D-Wandlers 204 angeschlossen. Letzterer ist mit einem Parallelreihen-Umsetzer 206 verbunden.

Der Parallelreihen-Umsetzer 206 ist seinerseits mit einer Treiberschaltung 208 verbunden, deren Ausgangsklemme an die Primärwicklung eines Impulstransformators 210 angeschlossen ist, dessen Sekundärwicklung wiederum mit der Eingangsklemme eines Impulsformers, d.h. eine Impulsformschaltung 212 verbunden ist. Der Impulsformer 212 ist mit

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einem Reihenparallel-ümsetzer 214 gekoppelt, der mit der Eingangsklemme eines D/A-Wandlers 216 verbunden ist. Letzterer ist weiterhin an eine stabilisierte Stromquelle 202 angeschlossen. Aufbau und Arbeitsweise der stabilisierten Stromquelle 202 sind ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Aus diesem Grund kann, abgesehen von der genauen Darstellung gemäß Fig* 5, auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden. Ein Impulsgenerator 218 zur Lieferung von Zeitsteuer- bzw. Taktsignalen ist mit dem Parallelreihen-Umsetzer 206 verbunden. Auf ähnliche Weise ist ein weiterer Taktsignalgenerator 220 mit der Takteingangsklemme des Reihenparallel-Umsetzers 214 verbunden.

Im Betrieb der Vorrichtung läuft ein vom Funktionsgenerator 84 geliefertes, die Bezugsgröße des Heizfadenstroms darstellendes Signal in den A/D-Wandler 204 ein, durch den dieses Signal von einem Analogsignal in ein bitparalleles Digitalsignal umgesetzt wird. Das Digitalsignal vom Analog/Digital-Wandler 204 wird durch den Parallelreihen-ümsetzer 206 in Synchronismus mit dem Taktimpuls vom Taktimpulsgenerator 218 von einer bitparallelen in eine bitserielle Form umgeordnet. Die Treiberschaltung 208 steuert ihren Ausgangsimpuls in Abhängigkeit vom Inhalt, d.h. von einer logischen "1" oder "0" , jedes Bits des bitseriellen Digitalsignals vom Paralielreihen-Umsetzer 206. Der Signalimpuls von der Treiberschaltung 208 wird dann durch den Impulstransformator 210 transformiert, wobei seine von der Transformation herrührende Verzerrung bzw. Verformung durch den Impulsformer 212 korrigiert wird. Das der Impulsformung unterworfene, bitserielle Signal wird wiederum durch den Reihenparallel-Umsetzer in Synchronismus mit dem Taktimpuls vom Generator 22O von der seriellen in die parallele

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Form umgewandelt. Der D/A-Wandler 216 empfängt das bitparallele Digitalsignal und wandelt dieses in eine Analogform zur Steuerung der stabilisierten Gleichstromquelle 202 um. Wie erwähnt, steuert bzw. regelt das Analogsignal den Basisstrom des Stromregeltransistors, wodurch der Heizfadenstrom für die Röntgenstrahlröhre zweckmäßig geregelt wird.

Im Gegensatz zu den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 3 mit Rückkopplung für Heizfadenstromregelung bewirkt die Heizvorrichtung nach Fig. 4 eine unmittelbare Steuerung bzw. Regelung des Heizfadenstroms mittels des Funktionsgenerators 84. Hierdurch kann der Aufbau der Schaltung vereinfacht werden. Die Taktimpulsgeneratoren 218 und 220 sind so ausgelegt, daß sie Impulse liefern, die mit der Nullphase des Wechselspannungssignals von der Stromquelle 14 synchronisiert sind.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die den Teilen von Fig. 1 entsprechenden Teile zur Vermeidung einer unnötigen Wiederholung mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Mit dieser Ausführungsform kann der Heizfadenstrom der Röntgenstrahlröhre ebenfalls unmittelbar gesteuert bzw. geregelt werden.

Gemäß Fig. 6 liefert ein Taktimpulsgenerator 302 Taktimpulse zum Parallelreihen-Umsetzer 206 sowie zur Treiberschaltung 316. Das Digitalsignal vom Umsetzer 206 gelangt durch die Treiberschaltung 304, den Photokoppler 312 mit einer lichtemittierenden Diode 306, einer optischen Faser 308 und einem Phototransistor 310 sowie den Impulsformer 314, um den Reihenparallel-Umsetzer 214 zu erreichen.

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Im Umsetzer 214 wird das Digitalsignal in ein bitparalleles Digitalsignal umgesetzt. Dieses Digitalsignal wird in einem D/A-Wandler 216 weiterhin in ein Analogsignal zur Steuerung der stabilisierten Stromquelle 202 umgewandelt. Das Taktsignal vom Impulsgenerator 302 wird ebenfalls an die Takteingangsklemme des Reihenparallel-Umsetzers 214 angelegt, und zwar über eine andere Photokopplerstrecke mit der Treiberschaltung 316, einem Photokoppler 318, welcher dem Photokoppler 312 entsprechen kann, und dem Impulsformer 320. Das Bezugsgrößensignal für die Heizfadenstromsteuerung bzw. -regelung vom Funktionsgenerator 84 wird über den A/D-Wandler 204, die erste Photokopplerstrecke mit der Treiberschaltung 304, dem Photokoppler 312 und dem Impulsformer 314, den Reihenparallel-ümsetzer 214 sowie den D/A-Wandler 216 geleitet, um schließlich die Stromquelle 202 zu erreichen, an welcher dieses Bezugsgrößensignal den Heizfadenstrom auf vorher beschriebene Weise regelt.

Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Taktimpulsgenerator 302 die Taktimpulse nicht in Synchronismus mit der Nullphase des Wechselspannungssignals, sondern mit einwandfrei oder zweckmäßig gewählter Periode. Aus diesem Grund ist die Abtastperiode jedes Digitalsignals vom Parallelreihen- und vom Reihenparallel-ümsetzer 206 bzw. 214 sehr kurz, wodurch die Stabilität*des Heizfadenstroms weiter verbessert wird.

In Fig. 7 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 4 und 6 bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform wird das vom Funktions-

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generator 84 gelieferte Bezugsgrößensignal in bitparalleler Weise zur Steuerung bzw. Regelung des Heizfadenstroms verarbeitet, weshalb die Verarbeitungszeit dieses Signals kurz genug ist, um die Regelung des Heizfadenstroms auf Echtzeitbasis zu ermöglichen. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 84 wird durch den Analog/Digital-Wandler 204 in ein bitparalleles Digitalsignal umgewandelt. Dieses bitparallele Signal wird unmittelbar an die Photokopplerstrecke mit der Treiberschaltung 402, einer Anzahl von Photokopplern 404.. bis 404 und dem Impulsformer 406 angelegt. Zu beachten ist, daß der Parallelreihen-Umsetzer und der Reihenparallel-Umsetzer nicht verwendet werden und die Photokopplerstrecke aus einer Anzahl von Parallelstrecken entsprechend der Zahl der im Ausgangssignal vom A/D-Wandler 204 enthaltenen Bibs besteht. Bei Eingang des bitparallelen Digitalsignals liefert die Treiberschaltung 40,'i an ihrer Ausgangsklemme, welche der das "1"-Bit empfangenden Eingangsklemme entspricht, Impulse mit einer so großen Amplitude, daß sie die lichtemittiereaden Dioden der betreffenden Photokoppler anzusteuern vermögen. Die über die Photokoppler übertragenden Impulse werden in paralleler Anordnung an den Impulsformer 406 angelegt, durch den diese Impulse, die in den Photokopplern eine Verzerrung oder Verformung erfahren haben, einer We11enformung unterworfen werden. Die Parallelimpulse werden in paralleler Weise zum D/A-Wandler 216 übertragen, durch den sie in ein Analogsignal umgesetzt werden, das für die Steuerung der Stromquelle 202 benutzt wird. Die einzelnen Photokoppler 404 können denselben Aufbau besitzen wie diejenigen der vorher beschriebenen Ausführungsformen .

Wenn die Taktimpulsgeneratoren 218 und 220 bei der

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Ausführungsform gemäß Fig. 4 so ausgelegt sind, daß sie mit dem Nulldurchgang des Wechselspannungssignals von der Stromquelle 14 synchronisierte Impulse liefern, wird die Signalverzerrung aufgrund der wechselnden Änderung der Magnetisierungsrichtung des Impuls transformator 2 10 bei jeder Halbperiode des an diesen angelegten Signals vermieden. Der Impulstransformator 210 kann dabei auch durch den Photokoppler ersetzt sein.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 6 und 7 kann der Photokoppler durch den Isolier- bzw. Trenntransfοrriuifcor ersetzt werden. Bei allen Ausführungsformen können die Funktionsgeneratoren und die Analog/Digital-Wandler durch einen Mikroprozessor mit Digitalspeicher gesteuert werden. Dem Fachmann sind selbstverständlich noch weitere Änderungen und Abwandlungen der vorstehend offenbarten Ausführungsformen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

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Leerseite

Claims

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, D-8OoÄndien

Kawasaki-shi, Japan

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

17. Juli 1978

Patentansprüche

TJ Heizfaden-Heizvorrichtung' für eine Röntgenstrahlröhre, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bezügssignals in Übereinstimmung mit den Eigenschaften bzw. Kennlinien der Röntgenstrahlröhre, eine Einrichtung zum Abgreifen bzw. Erfassen einer Komponente des Heizfadenstroms der Röntgenstrahlröhre, durch einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler zum Umwandeln des Bezugssignals und/oder der Heizfadenstromkomponente in ein Digitalsignal, durch einen Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler zur Umwandlung des Digitalsignals in ein Analogsignal, durch einen Isolier- bzw. Trenntransformator zur Ankopplung des Digitalsignals an den D/A-Wandler und durch eine Einrichtung zur Steuerung bzw. Regelung des Heizfadenstroms auf eine praktisch stabile Größe in Abhängigkeit vom Analogsignal.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Heizfaden-Heizvorrichtung für eine Röntgenstrahlröhre, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine stabilisierte Gleichspannungsquelle, durch einen mit der Primärwicklungsseite an die Gleichspannungsquelle und mit der Sekundärwicklungsseite an den Heizfaden der Röntgenstrahlröhre angeschlossenen Trenntransformator, durch eine Detektorschaltung zum Abgreifen bzw. Erfassen einer Komponente des Heizfadenstroms der Röntgenstrahlröhre, durch einen Analog/Digital-Wandler zum Umsetzen eines Ausgangssignals der Detektorschaltung in ein Digitalsignal, durch eine Trennübertragungseinrichtung zur Führung eines Digitalsignals vom Analog/Digital-Wandler, durch einen Digital/Analog-Wandler zur Umwandlung eines über die Trennübertragungseinrichtung geleiteten Digitalsignals vom Analog/Digital-Wandler in ein Analogsignal, durch eine Signalquelle zur Lieferung eines Signals, das eine Bezugsgröße des Heizfadenstroms darstellt, und durch eine Regel- bzw. Steuerschaltung zur Regelung des Heizfadenstroms in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Gleichspannungsquelle entsprechend dem Unterschied zwischen dem Bezugsgrößensignal von der Signalquelle und dem Analogsignal als an der Sekundärwicklungsseite liegendes Signal vom Analog/Digital-Wandler, um dabei dem Heizfaden der Röntgenstrahlröhre einen praktisch stabilen bzw. konstanten Heizfadenstrom zu liefern. *
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalsicmal vom Analog/Digital-Wandler ein bit-paralleles Digitalsignal ist und daß die Trennübertragungseinrichtung in einer der Zah"¹ der Bits des Digitalsignals entsprechenden Zahl vorhanden ist.

*(gleichzeitige Binärentscheidungen)

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalsignal ein bit-serielles Digitalsignal ist und daß eine einzige Trennübertragungseinrichtung vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennübertragungseinrichtung ein Photokoppler ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trenntransformator ein Rechteckwellen-Wechselspannungssignal zuführbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal an der Sekundärwicklungsseite des Trenntransformators in ein Gleichspannungssignal umwandelbar und dann an den Heizfaden der Röntgenstrahlröhre anlegbar ist.
8. Heizfaden-Heizvorrichtung für eine Röntgenstrahlröhre, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Trenntransformator, dessen Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, durch eine stabilisierte Gleichstromquelle, deren Ausgangsgröße durch ein Regelsignal regelbar ist und deren Eingangsklemme mit der Sekundärwicklung verbunden ist, während ihre Ausgangsklemme an den Heizfaden der Röntgenstrahlröhre angeschlossen ist, durch einen Funktionsgenerator zur Lieferung eines Signals, das eine Bezugsgröße für den durch den Heizfaden fließenden Heizfadenstrom darstellt, durch einen Analog/Digital-Wandler zur Umwandlung des Bezugsgrößen-' signals für den Heizfadenstrom in ein Digitalsignal, durch eine Isolier- bzw. Trennübertragungseinrichtung zur Leitung des Digitalsignals vom Analog/Digital-Wandler, und durch

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einen Digital/Analog-Wandler zur Umwandlung des vom Analog/ Digital-Wandler über die Trennübertragungseinrichtung übertragenen Digxtalsignals in ein Analogsignal, das seinerseits als Steuer- bzw. Regelsignal an die stabilisierte Gleichstromquelle anlegbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalsignal ein bit-paralleles Digitalsignal ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalsignal ein bit-serielles Digitalsignal ist.

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