【正文】 的射線貫穿工件照射到熒光屏上，由于存在缺陷而引起射線強度的差異，進而引起熒光屏各部位熒光亮度的差異。因此，呈現(xiàn)出工件的透視圖像。不過，與射線照相底片比較熒光屏呈黑度分布正好相反。工業(yè)X射線實時成像法是將貫穿工件后射線強度分布變?yōu)殡娨晥D像顯示缺陷。它能把射線增強數(shù)千倍，探傷時可以用肉眼直接觀察工件內(nèi)部缺陷。轉(zhuǎn)動工件,可以從各個側(cè)面觀察工件的透視圖像。它也能用于鑄造、焊接工藝連續(xù)觀察。檢查的速度快、成本低，便于自動探傷和遠距操作與觀察。目前，國內(nèi)外所生產(chǎn)和使用的工業(yè)X射線探傷機的種類、形式、規(guī)格繁多，按結(jié)構(gòu)可分為兩大類，移動式X射線機和攜帶式X射線機。移動式X射線機是一種體積較大、重量較重的探傷機，安裝在移動小車上，用于固定或半固定場合使用的X射線機。它的高壓發(fā)生部分（一般是兩個對稱的高壓發(fā)生器）和X射線管是分開的，它們之間用高壓電纜連接，為了提高工作效率，一般采用強制油循環(huán)冷卻。攜帶式X射線機是一種體積小、重量輕、便于攜帶、適用于高空和野外作業(yè)的X射線機。它采用結(jié)構(gòu)簡單的半波自整流線路，X射線管和高壓發(fā)生部分共同裝在射線機頭內(nèi)，控制箱通過一根多芯的低壓電纜將其連接在一起。本設(shè)計中的X射線探傷機是屬于攜帶式X射線機，控制器為立式便攜機箱結(jié)構(gòu)，有一個把手便于攜帶，在儀器斜放時把手可以固定作為支撐?？刂凭€路板通過扁平電纜插頭座與顯示電路板及主回路連接，整個儀器的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計便于檢查、維修和更換部件。一般X射線探傷機的結(jié)構(gòu)由五個功能模塊組成：高壓功能模塊、冷卻功能模塊、保護功能模塊、控制功能模塊和人機界面功能模塊，下面分別對各模塊作簡單介紹。X射線探傷機的高壓部分包括X射線機、高壓發(fā)生器（高壓變壓器、燈絲變壓器、高壓整流管和高壓電容）及高壓電纜等。冷卻是保證X射線機能否長期使用的關(guān)鍵，冷卻效果的好壞直接影響X射線管的壽命和連續(xù)使用時間。X射線管會因陽極過熱而發(fā)生損壞，冷卻得不好還會發(fā)生高壓變壓器過熱，絕緣性能變壞，耐壓強度降低而擊穿的事件。所以X射線管陽極在實際制造時，都采取各種措施保證冷卻效率。X射線探傷機的保護系統(tǒng)主要有以下部分組成：每一個獨立電路的短路過流保護、X射線管陽極的冷卻保護、X射線管的過載保護（過流或過壓）、零位保護、接地保護和其他保護等?？刂乒δ苣K是指X射線管外部工作條件的總控制部分，主要包括管電壓的調(diào)節(jié)、管電流的調(diào)節(jié)以及過電流、過電壓保護等。人機界面常使用鍵盤、旋鈕、LED顯示和LCD顯示，X射線探傷機一般通過控制臺上的開關(guān)、按鈕或它們的組合進行操作，操作實現(xiàn)的功能由控制臺上的文字和操作手冊給出。本設(shè)計的X射線探傷機前面板主要是系統(tǒng)人機界面，由LED顯示器、發(fā)光二極管和按鍵組成；側(cè)面板是配電和電纜連接面板，主要由電源開關(guān)、電源線插座、連接X射線發(fā)生器電纜插座、20A保險絲管座、2A保險絲管座和接地端子組成。前面板和側(cè)面板分別如圖2圖24所示。 圖23 前面板圖其中，前面板中的LED顯示器、發(fā)光二極管狀態(tài)說明如下所述：（1）數(shù)碼顯示器（共8位） a、狀態(tài)：3位，顯示當前工作狀態(tài)或故障代碼； b、千伏：3位，顯示機器工作KV值或預(yù)置KV值； c、時間：2位，顯示機器工作時間或預(yù)置時間。（2）發(fā)光二極管指示燈（共七個） a、電源燈：機器通電時亮； b、預(yù)置燈：機器處于預(yù)置參數(shù)時亮； c、準備燈：機器準備完畢時亮； d、訓機燈：訓機時亮； e、工作燈：訓機或曝光時周期性閃亮； f、休息燈：訓機或工作休息時亮； g、故障燈：機器發(fā)生故障保護時亮。圖24 側(cè)面板圖 ； ； ； ； ； 3 X射線探傷機主電路及其驅(qū)動電路的設(shè)計與實現(xiàn)本系統(tǒng)由操縱臺、X射線發(fā)生器和低壓連接電纜三部分組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖31所示：圖31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖操作臺面板上有LED顯示器、控制按鈕、信號指示燈等。側(cè)面插座盤有電源插座、連接電纜插座、斷路器、報警揚聲器、熔斷器和接地端子。操作臺內(nèi)部有整流電路、電源變壓器、濾波電感、濾波電容及逆變器等組成。根據(jù)各部分電路的功能特點，本系統(tǒng)分主電路電路部分、驅(qū)動電路部分和面板電路部分三大模塊。其中，主電路部分主要由整流功能模塊、逆變功能模塊組成；驅(qū)動電路部分主要由零點檢測功能模塊、半控橋觸發(fā)功能模塊、逆變器觸發(fā)功能模塊、電壓反饋功能模塊、電流反饋功能模塊、溫度檢測功能模塊、電壓等級選擇功能模塊、揚聲器驅(qū)動功能模塊和電源功能模塊組成。 X射線發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡介X射線發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如圖32所示，高壓變壓器和X射線管安裝在同一個管桶內(nèi)，其外殼用鋁板加工而成，采用六氟化硫氣體絕緣，供電頻率為125～300Hz，為便于X射線管散熱采用了陽極接地方式，在陽極靶伸出的端部安裝一個多葉片的鋁散熱器，再用風機強迫冷卻，加強了散熱效果。在發(fā)生器內(nèi)在鋪設(shè)了一層防輻射的鉛板，并用環(huán)氧樹脂粘結(jié)在發(fā)生器內(nèi)壁上。另外，在管桶內(nèi)鐵心和外部散熱器上各裝有一個溫度繼電器，用來防止溫度過高而損壞機器。圖32 X射線發(fā)生器 X射線探傷機工作流程設(shè)計X射線探傷機工作流程：220V交流電經(jīng)晶閘管橋式整流后，由LC組成的濾波器濾為平滑直流電，再送晶閘管逆變器逆變，將直流電斬截成單向矩形脈沖波，作為升壓變壓器一次繞組的供電電源，經(jīng)變壓器升壓后為X射線發(fā)生器提供高壓。濾波后的直流電壓與給定電壓在電壓調(diào)節(jié)單元中進行比較，控制晶閘管導通角，使輸出電壓與設(shè)定電壓相等，且保持較高的穩(wěn)定度。當輸出電壓高于最高點壓5%時，控制電路中的過電壓保護動作，使逆變器停止工作，即切斷高壓。X射線探傷機原理框圖如圖33所示： 圖33 X射線探傷機原理框圖 本部分是采用晶閘管為核心，設(shè)計了X射線機的逆變功能模塊和整流功能模塊，并針對主電路的觸發(fā)要求合理設(shè)計了其驅(qū)動電路。為了保證探傷機的工作性能，因此在主電路和驅(qū)動電路中加入必要保護環(huán)節(jié)。以下是主電路和驅(qū)動電路的具體設(shè)計。 主電路部分主要由整流功能模塊、逆變功能模塊、航空頭功能模塊組成。下面分別對各功能模塊的功能及工作原理進行描述。整流功能模塊采用了單相橋式整流電路調(diào)壓。整流電路把220V交流電整流，再進行LC濾波，輸出一個較平滑的直流電作為逆變電路的輸入電壓，并送到電壓反饋電路的輸入端。整流功能模塊如圖34所示：圖34 整流功能模塊原理圖在電路中，兩個橋臂上的晶閘管VTVT2的陰極通常式連接在一起（共陰極），此時他們的門極電位接近，故采用脈沖變壓器隔離時，二次繞組間絕緣要求較低，不會因絕緣損壞造成短路。此外，在整流后加上濾波電感和負載，這樣感性負載的特點是電流的變化落后于電壓的變化，這就有可能在電源正半周結(jié)束時，陽極電流仍大于維持電流，使晶閘管久久不能關(guān)斷，破壞了整個電路正常工作，稱這種現(xiàn)象為晶閘管“失控”，必須嚴加防止。為此，在輸出端并聯(lián)一個續(xù)流二極管，為感性負載提供了一個放電回路，避免了感性負載持續(xù)電流流過晶閘管，保證晶閘管正常工作。必須注意，續(xù)流二極管的極性不能接錯，否則會造成短路事故。本功能模塊采用副晶閘管和換向電容及換向電感的強迫換向方式，由于晶閘管在直流電壓下觸發(fā)導通后,其控制極已失去控制能力，不能自行關(guān)斷，因而采取了這種專門的措施。逆變功能模塊原理圖如圖35所示:圖35 逆變功能模塊原理圖在電路圖中SCRSCR4分別為主、副晶閘管，L2為換向變壓器（電感），C3C3C3C34為換向電容，D4為反饋二極管（削尖峰），ARD5為逆峰吸收回路，CCR7和R8分別為主、副晶閘管過壓吸收保護元件，ARAR3為壓敏電阻。工作原理簡述如下：在接通低壓電源未接通高壓電源之前，電流調(diào)節(jié)單元輸出的連續(xù)觸發(fā)脈沖使副晶閘管SCR3導通，電流經(jīng)高壓變壓器一次側(cè)224。 C3C3C3C34224。L2，迅速向C3C3C3C34充電，當充電流小于SCR4的維持電流時，SCR4自行關(guān)斷。換向電容兩端電壓等于VCC時，下正上負，為強迫副晶閘管關(guān)斷準備。接通高壓后，觸發(fā)脈沖使主晶閘管SCR3導通，一方面負載電流經(jīng)SCR3 224。 L2，流經(jīng)電源負極；另一方面，C3C3C3C34上電壓（下正上負）經(jīng)SCR3強迫SCR4關(guān)斷。同時，C3C3C3C3L2（2）經(jīng)SCRD3串聯(lián)諧振，使電容放電后再充電為上正下負，反偏振蕩停止。當下一次SCR4導通時，就把C3C3C3C34跨接在SCR3的兩端，使SCR3受反壓而迫使其關(guān)斷。C3C3C3C34剩余電荷經(jīng)SCRL2（3）、D4串聯(lián)諧振，使電容電壓上負下正而停止，電源繼續(xù)向電容充電，開始下一個過程。C3C3C3C3LD4所組成串聯(lián)諧振電路，可節(jié)約電能，并加速下正上負電壓的建立過程，使逆變器在頻率較高時也能正常工作。航空頭是操作臺與X射線管的連接口，航空頭的質(zhì)量和連接的可靠性直接影響到X射線機工作的穩(wěn)定性和X射線管的壽命。航空頭管腳功能如表31所示，管腳分布如圖36所示。表31航空頭管腳功能表管腳號顏色定義功能1黃色~220V(N)2懸空3綠色升壓變壓器初級4黃色~220V(L)5紅色升壓變壓器初級6灰色溫度反饋7懸空8白色電流反饋9黑色地圖36 航空頭管腳分布圖驅(qū)動電路部分主要由零點檢測功能模塊、半控橋觸發(fā)功能模塊、逆變器觸發(fā)功能模塊、電壓反饋功能模塊、電流反饋功能模塊、溫度檢測功能模塊、電壓等級選擇功能模塊、揚聲器驅(qū)動功能模塊和電源功能模塊組成。下面分別對各功能模塊的功能及工作原理進行描述。零點檢測電路的作用是保證半控橋觸發(fā)功能模塊與整流功能模塊工作時能達到同步。零點檢測電路如圖37所示：圖37 零點檢測功能模塊原理圖電路工作原理是：220V交流電壓經(jīng)電源變壓器降壓后送到零點檢測電路的兩個輸入端，經(jīng)C1C14濾波和DD6限幅后送到電壓比較器的反相輸入端。每當輸入電壓的波形從負到正（過零點）時，電壓比較器的輸出端將會輸出一次低電平到單片機的外部中斷端，單片機就以該時刻為給觸發(fā)電路輸出脈沖的基準點，使整流功能模塊與其觸發(fā)電路能夠時刻保持同步。半控橋觸發(fā)電路主要作用是對整流功能模塊輸出的直流電壓進行調(diào)整和控制。根據(jù)不同的曝光要求選擇其輸出電壓。半控橋觸發(fā)電路如圖38所示：圖38 半控橋觸發(fā)功能模塊原理圖半控橋觸發(fā)功能模塊中，74HC123與其外圍電路組成脈寬可調(diào)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，來自單片機的頻率信號送到74HC123的9腳，由74HC123的5腳產(chǎn)生矩形脈沖，經(jīng)C24和R27微分電路微分后，產(chǎn)生正負尖脈沖送T3的基極并放大后送到脈沖變壓器B3分別觸發(fā)整流功能模塊中的兩個晶閘管。通過改變單片機的輸出脈沖的相位將能改變主晶閘管的導通時間，進而可改變整流功能模塊輸出的直流電壓。逆變器觸發(fā)功能模塊主要功能是為逆變功能模塊中的主、副晶閘管門極提供觸發(fā)信號，使逆變功能模塊穩(wěn)定工作在設(shè)定頻率上。逆變器觸發(fā)功能模塊如圖39所示：圖39 逆變器功能模塊原理圖逆變器功能模塊中，74HC123接成脈寬可調(diào)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，來自單片機的頻率信號送到74HC123的1腳，由74HC123的4和13腳產(chǎn)生相位相反的兩列矩形脈沖，經(jīng)C2R23，C23和R25微分電路微分后，產(chǎn)生正負尖脈沖送TT2的基極并放大后送到脈沖變壓器BB2分別觸發(fā)副和主晶閘管。W1可調(diào)節(jié)脈沖，脈沖決定主晶閘管的導通時間，進而可改變電流的大小。電壓反饋功能模塊的主要功能就是在電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中自動調(diào)節(jié)整流功能模塊的輸出電壓，當整流功能模塊的輸出電壓升高或降低一定數(shù)值時，此時通過電壓反饋電路反饋到控制電路中進行輸出電壓調(diào)整。電路如圖310所示：圖310 電壓反饋功能模塊原理圖電壓反饋功能模塊主要由LM358及外圍元件組成，其工作原理是：整流功能模塊整流后的直流電壓送到電壓反饋電路的輸入端，由R28R30限流，光電耦合器G04隔離變換信號后送到LM358同相輸入端，進行放大后經(jīng)R20和W3分壓取樣后送至控制電路對整流功能模塊的輸出電壓進行調(diào)整。并通過反饋電壓的數(shù)值判斷輸出是否過壓和欠壓。一旦由于失控或者故障使電壓超過設(shè)定值時，控制電路將會發(fā)出控制信號切斷高壓，使脈沖變壓B3停止工作達到保護目的。其中，電位器W3的作用是調(diào)節(jié)反饋電壓的取樣值。電流反饋功能模塊的主要功能就是在電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中自調(diào)節(jié)控制管電流，當升高管電壓時，盡管X射線管電壓幅值增加，但通過降低頻率，而管燈絲電壓的平均值沒有增加，管電流毫安值基本保持在小范圍內(nèi)變化。電路如圖311所示：圖311 電流反饋功能模塊原理圖電流反饋功能模塊工作原理是：X射線管的工作電流通過航空頭的第8腳反饋到電流反饋功能模塊的輸入端，經(jīng)降壓、濾波和光電耦合器隔離變換信號后送到LM358進行放大，LM358輸出電壓經(jīng)R20和W3分壓取樣后送至控制電路，判斷X射線管工作電流是否過流和欠流。一旦X射線發(fā)生過流和欠流，控制電路將會發(fā)出控制信號切斷高壓，使脈沖變壓B3停止工作達到保護目的。其中，電位器W2的作用是調(diào)節(jié)反饋電壓的取樣值。X射線管溫度檢測功能模塊主要功能就是實時檢測X射線管的工作溫度。防止X射線管因過