【正文】 無損探傷機驅(qū)動電路及主電路的設計摘 要近年來，X射線探傷已成為一種行之有效不可缺少的探傷方法，其探傷效率高，能滿足多種多樣的探傷要求，應用于幾乎所有的工業(yè)部門。本設計主要運用晶閘管整流和逆變技術(shù)設計了X射線探傷機的主電路及其驅(qū)動電路。論文第一章闡述了X射線無損探傷研究的背景與意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和論文的主要工作。第二章介紹了X射線的產(chǎn)生與探傷的成像方法以及X射線探傷機的種類、特點和基本結(jié)構(gòu)。第三章描述了系統(tǒng)的總體設計思路，在該思路指導下，建立了系統(tǒng)的總體框架，設計了系統(tǒng)的工作流程；其中著重闡述了X射線探傷機主電路及其驅(qū)動電路各個功能模塊的作用和工作原理，以及其硬件設計和實現(xiàn)。第四章主要對整流功能模塊的輸出電壓曲線進行分析，并介紹了系統(tǒng)常見典型問題的解決方法。最后對本系統(tǒng)的設計過程做了總結(jié)。關(guān)鍵詞：無損探傷；X射線；晶閘管；IGBTABSTRACTIn recent years, Xray testing has bee a proven indispensable testing method, testing its high efficiency, to meet a wide variety of testing requirements for almost all the industrial sectors. The main circuit and driving circuit of Xray detector are designed by use of the SCR and the use of inverter technology. In chapter 1, research background and significance and research status of the Xray nondestructive testing and the main thesis work are given. In chapter 2, the selection of Xray detection and imaging methods are discussed. Types and characteristics and the basic structure of Xray detection machine are introduced. The design ideas are described in Chapter 3. Based on that train of thoughts, the system general framework, the work flow of the supervision system is constructed .The role and work principle of functional module of main circuit and driving circuit of the Xray detection machine as well as its hardware design and implementation are focuses on describing. The output voltage curve of the main rectifier module is analyzed, and the solutions for the typical problems of the system are introduced. Finally, the design process of the system is summed up.Key Words：nondestructive inspection；Xray； thyristors；IGBT 目 錄1 緒論 1 1 2 22 X射線探傷機的基本原理及結(jié)構(gòu)分析 3 3 4 4 5 5 5 6 6 6 6 6 63 X射線探傷機主電路及其驅(qū)動電路的設計與實現(xiàn) 9 9 9 X射線探傷機工作流程設計 10 11 11 14 20 24 25 27 284 實驗及結(jié)果分析 30 30 32結(jié) 論 33參考文獻 34附錄1： 基于晶閘管的主電路原理圖 35附錄2： 基于晶閘管的驅(qū)動電路原理圖 36附錄3： 基于IGBT的X射線探傷機電路原理圖 37附錄4： 基于晶閘管的主電路板實物圖 38附錄5： 基于晶閘管的驅(qū)動電路實物圖 39致 謝 40英文資料及中文翻譯 1 緒論在各種無損檢測方法中，射線探傷是應用最廣泛、最成熟，最有效的方法之一。射線探傷的基本原理是：X射線、γ射線、中子射線等，在真空中沿直線前進，能貫穿物體。射線在貫穿物體的過程中，由于與物質(zhì)相互作用，強度逐漸減小。當一種射線貫穿于不同厚度、不同材質(zhì)的材料時，強度減小的程度不同。而工件中的缺陷，總是引起工件厚度或材質(zhì)的局部改變。因此，顯示或測量穿透射線的強度及其分布，即可發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。例如，用強度均勻的射線照射工件，穿透射線使膠片感光，再經(jīng)暗室處理得到射線照相底片。出于底片的黑度分布依賴于各部位接受的射線量，而透過射線的強度取決于工件的材料、厚度和缺陷狀況，通過對射線底片的觀察，便可以發(fā)現(xiàn)缺陷并判斷缺陷的大小、性質(zhì)及分布情況，這就是常用的射線照相法探傷。(W．K．Rontgen)在研究陰極射線管時，偶然發(fā)現(xiàn)的。1895年11月8日倫琴在一個嵌有兩個板形電極的低真空玻璃管的兩極間加上幾萬伏電壓，偶然發(fā)現(xiàn)一種用肉眼看不到的“光線”，它能使放在旁邊的涂有鉑氰化鋇的紙板發(fā)出可見的熒光，并且在涂有鉑氰化鋇的紙板上發(fā)現(xiàn)了倫琴的手部骨骼影像。進一步實驗，還發(fā)現(xiàn)它能穿透許多物質(zhì)，諸如衣服、紙板，甚至頁數(shù)很多的書本，并能使膠片感光，X射線就這樣被發(fā)現(xiàn)了。新光線發(fā)現(xiàn)不久，馬上就有人想把這種新光線用到實際中去。例如，在倫琴發(fā)現(xiàn)新光線的消息傳到美國的第四天，就有一位醫(yī)生利用新光線來檢查受槍傷的病人看有沒有槍彈留在他的身體里。由于當時對這種新光線的性質(zhì)不甚了解，便借用數(shù)學上未知數(shù)“X”來代表，故稱之為X射線。后來，人們?yōu)榱思o念倫琴的偉大發(fā)現(xiàn)，又稱為倫琴射線。X射線探傷是最早應用的幾種探傷方法之一。時至今日，射線探傷已發(fā)展成為應用多種射線和多種顯示方法的探傷技術(shù)。對射線探傷設備大多已做到系列化，能滿足多種多樣的探傷要求，探傷的效率也顯著提高了。射線探傷的結(jié)果己被列為許多重要產(chǎn)品和零部件的質(zhì)量判斷依據(jù)，射線探傷已成為一種行之有效不可缺少的探傷方法，應用于幾乎所有的工業(yè)部門。在過去的十幾年里，這一領域已經(jīng)取得了大量的研究成果，對社會生活產(chǎn)生了深刻的影響。自X射線發(fā)現(xiàn)后，法國的科學家們發(fā)現(xiàn)了放射線性。二十世紀三十年代，科學家發(fā)現(xiàn)了中子。自此以后，各種加速器、核反應堆相繼建成。對射線性質(zhì)的深入研究和工藝技術(shù)科學的飛躍發(fā)展，給射線探傷應用打下了基礎。在第一次世界大戰(zhàn)時期，X射線已開始用于戰(zhàn)地醫(yī)療診斷。第二次世界大戰(zhàn)之前的三十年代，由于軍事工業(yè)的迫切需要，無損探傷逐漸形成一項專門的技術(shù)學科。X射線探傷是最早應用的幾種探傷方法之一。時至今日，X射線探傷實時成像數(shù)字圖象處理技術(shù)(XRTIP)，成為國際上無損探傷領域廣泛并深入研究的重要課題之一。美國、丹麥、日本等一些工業(yè)發(fā)達國家都有各具特色的(XRTIP)系統(tǒng)。，德國SEIFERT公司的實時圖象處理器OPS3型PHILJPS公司的MU系列產(chǎn)品,貝麥ANDREX公司的TRU—VTSON150等產(chǎn)品都曾打入中國市場，有的己被國內(nèi)一些廠家使用。在我國自八十代中期就有一些大學和研究單位，開始了此項研究。有的已通過鑒定，有的己投入使用。但大都是在需要完善和將要定型階段。相信用不了多久,工業(yè)XRTIP系統(tǒng)也同醫(yī)學TV成像一樣，很快就會普及并發(fā)展起來。其中，應用逆變電源技術(shù)的工業(yè)X射線探傷機，早在1969年比利時波濤公司己經(jīng)研制成功。隨后西方發(fā)達國家紛紛引進逆變電源技術(shù)，并應用于工業(yè)X射線探傷機。我國也于80年代初引進日本理學X射線探傷機后，仿制了逆變氣絕緣X射線探傷機，并基本上一直沿用此設計原理至今，但所選用的關(guān)鍵逆變器件一直是SCR，沒有進行元器件更新。當時電路設計是基于原有的電力電子技術(shù)和元器件開發(fā)的，多數(shù)采用瓊斯電路作逆變電路。本文第一章主要闡述了X射線無損探傷研究的背景與意義，以及對國內(nèi)外的現(xiàn)狀進行介紹和分析。第二章首先闡述了X射線的產(chǎn)生與探傷的成像方法，然后介紹了X射線探傷機的種類、特點和基本結(jié)構(gòu)。第三章首先描述了X射線無損探傷機的總體設計；然后分析主電路及其驅(qū)動電路各功能模塊的工作原理，具體包括整流功能模塊、逆變功能模塊、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；最后闡述了采用IGBT對探傷機的主電路進行改進，以及設計了其驅(qū)動電路，使X射線機功耗更低，工作更可靠穩(wěn)定，系統(tǒng)性能更優(yōu)。第四章主要對整流功能模塊的輸出電壓曲線進行分析，并介紹了系統(tǒng)常見典型問題的解決方法。2 X射線探傷機的基本原理及結(jié)構(gòu)分析工業(yè)上廣泛應用射線照相來發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部存在的缺陷，分析其形成的原因和規(guī)律，評價這些缺陷對工件使用性能的影響，以便改進設計或工藝，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，避免惡性事故的發(fā)生。射線探傷是利用射線對材料具有一定的穿透能力，及其在穿透材料過程中，不同物質(zhì)和不同物體結(jié)構(gòu)對射線衰減程度各不相同。從而使缺陷在照相軟片或電視熒光屏上形成影像，借以判斷工件內(nèi)部的缺陷和完整性，射線檢測原理如圖21所示：圖21 射線檢測原理圖； ； ；； 輻射源照射工件，X射線膠片放在工件的底面，由于有缺陷的材料與沒缺陷的材料吸收射線不同，所以工件的缺陷顯影在底片上，借助于缺陷的圖像，可以判斷工件的質(zhì)量。X射線具有電磁波的共性，同時也具有不同于可見光和無線電波等其他電磁輻射的特性，以下對X射線的產(chǎn)生和使用X射線探傷的成像方法作簡單介紹。X射線是由韌致輻射而產(chǎn)生的，當快速運動的電子被物質(zhì)阻止時，電子運動的速度急劇減小，電子原有的一部分或全部動能轉(zhuǎn)換為電磁波射出去,此即韌致輻射。X射線發(fā)生的示意圖如圖22所示：圖22 X射線發(fā)生示意圖； ； ；； ； X射線發(fā)生的原理是由變壓器等組成的高壓發(fā)生器產(chǎn)生高電位差，加到X射線的兩端，陽極的電位高于陰極的電位。通常，將作為陰極的燈絲予以加熱，使得燈絲上有電子溢出。接通高壓之后，在電場的作用下，溢出的電子飛向陽極，同時電子被電場加速。為了避免電子在渡越由陰極到陽極的空間時與空氣分子發(fā)生碰撞，管內(nèi)被抽成很高的真空。高速運動的電子撞擊到陽極靶上，發(fā)生韌致輻射，產(chǎn)生X射線。射線探傷的成像方法很多，其中應用最廣泛的是射線照相法、熒光屏成像法、工業(yè)射線電視法、射線劑量率測量法等。所有顯示方法，均是利用射線與顯示物質(zhì)相互作用的某種后果，而這種后果又與射線的劑量或劑量率有相應關(guān)系，從而達到射線探傷的目的。 射線照相法射線照相法是由射線源輻射的射線，貫穿于距射線源合適距離的被探傷工件。在工件遠離射線源的一側(cè),放置裝有X射線膠片的暗盒。由于貫穿工件后有無缺陷部位的射線強度不同，X射線膠片將不同程度地被感光，感光的膠片經(jīng)暗室處理得到射線照相底片，利用射線照相底片黑度變化而顯現(xiàn)的圖像，來發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。 熒光屏成像法這是大家熟悉的一種射線顯示方法，它廣泛地用于人體醫(yī)療透視檢查中。熒光屏成像法是利用射線與熒光物質(zhì)相互作用產(chǎn)生熒光的現(xiàn)象呈現(xiàn)圖像的。選擇熒光亮度高，發(fā)出的熒光物質(zhì)，加工成粉末，均勻涂布到透明材料做的支撐層上，即成熒光屏。熒光屏成像法原理是射線輻射