【正文】 cuit 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(jī)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(jī)主電路及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 9 9 X射線探傷機(jī)工作流程設(shè)計(jì) 10 11 11 14 20 24 25 27 284 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 30 30 32結(jié) 論 33參考文獻(xiàn) 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(dòng)電路原理圖 36附錄3： 基于IGBT的X射線探傷機(jī)電路原理圖 37附錄4： 基于晶閘管的主電路板實(shí)物圖 38附錄5： 基于晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖 39致 謝 40英文資料及中文翻譯 1 緒論在各種無(wú)損檢測(cè)方法中，射線探傷是應(yīng)用最廣泛、最成熟，最有效的方法之一。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(jī)的種類、特點(diǎn)和基本結(jié)構(gòu)。無(wú)損探傷機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及主電路的設(shè)計(jì)摘 要近年來(lái)，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(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)部門。第三章描述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路，在該思路指導(dǎo)下，建立了系統(tǒng)的總體框架，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的工作流程；其中著重闡述了X射線探傷機(jī)主電路及其驅(qū)動(dòng)電路各個(gè)功能模塊的作用和工作原理，以及其硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。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(jìn)，能貫穿物體。因此，顯示或測(cè)量穿透射線的強(qiáng)度及其分布，即可發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。1895年11月8日倫琴在一個(gè)嵌有兩個(gè)板形電極的低真空玻璃管的兩極間加上幾萬(wàn)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(jiàn)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。由于當(dāng)時(shí)對(duì)這種新光線的性質(zhì)不甚了解，便借用數(shù)學(xué)上未知數(shù)“X”來(lái)代表，故稱之為X射線。對(duì)射線探傷設(shè)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。二十世紀(jì)三十年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了中子。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(wú)損探傷逐漸形成一項(xiàng)專門的技術(shù)學(xué)科。德國(guó)SEIFERT公司的實(shí)時(shí)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(guó)市場(chǎng)，有的己被國(guó)內(nèi)一些廠家使用。相信用不了多久,工業(yè)XRTIP系統(tǒng)也同醫(yī)學(xué)TV成像一樣，很快就會(huì)普及并發(fā)展起來(lái)。當(dāng)時(shí)電路設(shè)計(jì)是基于原有的電力電子技術(shù)和元器件開(kāi)發(fā)的，多數(shù)采用瓊斯電路作逆變電路。第四章主要對(duì)整流功能模塊的輸出電壓曲線進(jìn)行分析，并介紹了系統(tǒng)常見(jiàn)典型問(wèn)題的解決方法。X射線具有電磁波的共性，同時(shí)也具有不同于可見(jiàn)光和無(wú)線電波等其他電磁輻射的特性，以下對(duì)X射線的產(chǎn)生和使用X射線探傷的成像方法作簡(jiǎn)單介紹。接通高壓之后，在電場(chǎng)的作用下，溢出的電子飛向陽(yáng)極，同時(shí)電子被電場(chǎng)加速。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(yīng)關(guān)系，從而達(dá)到射線探傷的目的。 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。因此，呈現(xiàn)出工件的透視圖像。轉(zhuǎn)動(dòng)工件,可以從各個(gè)側(cè)面觀察工件的透視圖像。移動(dòng)式X射線機(jī)是一種體積較大、重量較重的探傷機(jī)，安裝在移動(dòng)小車上，用于固定或半固定場(chǎng)合使用的X射線機(jī)。本設(shè)計(jì)中的X射線探傷機(jī)是屬于攜帶式X射線機(jī)，控制器為立式便攜機(jī)箱結(jié)構(gòu)，有一個(gè)把手便于攜帶，在儀器斜放時(shí)把手可以固定作為支撐。冷卻是保證X射線機(jī)能否長(zhǎng)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(shí)間?？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(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)等。 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(shuō)明如下所述：（1）數(shù)碼顯示器（共8位） a、狀態(tài)：3位，顯示當(dāng)前工作狀態(tài)或故障代碼； b、千伏：3位，顯示機(jī)器工作KV值或預(yù)置KV值； c、時(shí)間：2位，顯示機(jī)器工作時(shí)間或預(yù)置時(shí)間。側(cè)面插座盤有電源插座、連接電纜插座、斷路器、報(bào)警揚(yáng)聲器、熔斷器和接地端子。 X射線發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)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(yáng)極接地方式，在陽(yáng)極靶伸出的端部安裝一個(gè)多葉片的鋁散熱器，再用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫冷卻，加強(qiáng)了散熱效果。濾波后的直流電壓與給定電壓在電壓調(diào)節(jié)單元中進(jìn)行比較，控制晶閘管導(dǎo)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。以下是主電路和驅(qū)動(dòng)電路的具體設(shè)計(jì)。整流電路把220V交流電整流，再進(jìn)行LC濾波，輸出一個(gè)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。必須注意，續(xù)流二極管的極性不能接錯(cuò)，否則會(huì)造成短路事故。 C3C3C3C34224。 L2，流經(jīng)電源負(fù)極；另一方面，C3C3C3C34上電壓（下正上負(fù)）經(jīng)SCR3強(qiáng)迫SCR4關(guān)斷。C3C3C3C3LD4所組成串聯(lián)諧振電路，可節(jié)約電能，并加速下正上負(fù)電壓的建立過(guò)程，使逆變器在頻率較高時(shí)也能正常工作。下面分別對(duì)各功能模塊的功能及工作原理進(jìn)行描述。半控橋觸發(fā)電路主要作用是對(duì)整流功能模塊輸出的直流電壓進(jìn)行調(diào)整和控制。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(hào)，使逆變功能模塊穩(wěn)定工作在設(shè)定頻率上。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(hào)后送到LM358同相輸入端，進(jìn)行放大后經(jīng)R20和W3分壓取樣后送至控制電路對(duì)整流功能模塊的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。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(dāng)升高管電壓時(shí)，盡管X射線管電壓幅值增加，但通過(guò)降低頻率，而管燈絲電壓的平均值沒(méi)有增加，管電流毫安值基本保持在小范圍內(nèi)變化。X射線管溫度檢測(cè)功能模塊主要功能就是實(shí)時(shí)檢測(cè)X射線管的工作溫度。電路如圖312所示：圖312 溫度檢測(cè)功能模塊原理圖電壓等級(jí)選擇功能模塊的作用是給控制電路的單片機(jī)一個(gè)選擇的信號(hào)，最終決定以使用者可選擇的輸出高壓范圍。電壓等級(jí)選擇電路如圖313所示。通道二是對(duì)變壓器二次測(cè)的交流電壓進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓后對(duì)各芯片進(jìn)行供電。下面介紹一下設(shè)計(jì)印制電路辦的過(guò)程和在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題?？赏暾麑?shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到生成物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全過(guò)程，以及中間的所有分析、仿真和驗(yàn)證。電路設(shè)計(jì)的最終目的是為了獲得裝配原理圖合PCB圖，而原理圖是為了設(shè)計(jì)PCB圖服務(wù)的。本課題的印制電路板的設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與手工設(shè)計(jì)這兩種方法的綜合。 PCB元件布局的基本原則一個(gè)性能優(yōu)良的系統(tǒng)，除了選擇高質(zhì)量的元器件，合理的電路之外，印制線路板的組件布局和電器連接方向的正確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是決定系統(tǒng)能否可靠工作的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)于同一種組件和參數(shù)的電路，由于組件布局設(shè)計(jì)和電氣連接方向的不同會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，其結(jié)果可能存在很大的詫異。在本系統(tǒng)中，元件布局時(shí)就將功能相關(guān)的元件放在一起，便于系統(tǒng)的調(diào)試。一個(gè)產(chǎn)品的成功既要注重內(nèi)在質(zhì)量的可靠性，也要兼顧整體的美觀性。 PCB的制作首先要導(dǎo)出適合生產(chǎn)廠家的PCB文件。通常要注明板子材料和厚度(，特大型板可用2mm，)。焊接場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)注意焊接引腳的順序，最好是燒熱電烙鐵后將電烙鐵的電源切斷后再焊接，以免損壞場(chǎng)效應(yīng)管。圖317 主電路PCB圖圖318 驅(qū)動(dòng)電路PCB圖圖319 主電路3D仿真圖圖320 驅(qū)動(dòng)電路3D仿真圖 考慮到以晶閘管為核心的逆變電路，在換向時(shí)電感產(chǎn)生較大的噪聲和干擾，由于受回路時(shí)間常數(shù)及晶閘管關(guān)斷時(shí)間限制，因而效率不高，且完成逆變需要兩組相關(guān)觸發(fā)信號(hào)。因此，X射線探傷機(jī)在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用IGBT模塊對(duì)逆變電路進(jìn)行改進(jìn)。IGBT是將功率MOSFET和GTR集成在一個(gè)芯片上的復(fù)合器件。這些新型電力電子復(fù)合器件集合了單極型和雙極型器件各自的優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)特性是優(yōu)點(diǎn)還是缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工作頻率、二極管的價(jià)格和電流容量等參數(shù)來(lái)衡量。而對(duì)于X射線探傷機(jī)，由于其采用的IGBT直接對(duì)地短路的可能型很小，因此只要能保證不發(fā)生逆變電路的橋臂直通現(xiàn)象，IGBT就不會(huì)受到過(guò)流威脅。結(jié)構(gòu)性故障主要表現(xiàn)為由于功率器件的損壞造成主電路結(jié)構(gòu)改變；參數(shù)性故障主要表現(xiàn)為元件參數(shù)的偏移所造成的裝置特性嚴(yán)重偏移正常特性。在IGBT的使用過(guò)程中，導(dǎo)致器損壞的原因主要有兩個(gè)方面：1．IGBT在高頻下工作，當(dāng)其關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低，而線路電感電流不能突變，于是在IGBT集－射極間感應(yīng)出較高的電壓值；當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，寄生電容通過(guò)IGBT放電，從而產(chǎn)生較大的浪涌電流；由于IGBT反并聯(lián)的續(xù)留二極管在換向結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷能力，因而有較大的反向電流流過(guò)，使殘存的載離子恢復(fù)，而當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會(huì)因線路電感而在IGBT兩端產(chǎn)生換向過(guò)電壓。1）IGBT過(guò)電流保護(hù)一般是檢測(cè)逆變橋輸入直流母線上的電流，當(dāng)該電流值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，封鎖IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；2）IGBT過(guò)壓保護(hù)一般采用RC吸收電路或RCD吸收電路。與上一代器件相比，它的工作溫度可降低達(dá)10℃，因而能夠延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。C)以減少系統(tǒng)功耗；內(nèi)置FRD (快速恢復(fù)二極管)以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)和減少元件數(shù)。AR1為壓敏電阻，用于電路過(guò)壓時(shí)對(duì)IGBT過(guò)壓保護(hù)。分立元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，適用于低頻小功率驅(qū)動(dòng)；專用的混合集成驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)功能比較完善、可靠性和性能較高、驅(qū)動(dòng)頻率高、可驅(qū)動(dòng)電流容量較大的IGBT。電路原路圖如圖324所示：圖324 驅(qū)動(dòng)電路原理圖IGBT正常開(kāi)通過(guò)程和正常關(guān)斷過(guò)程為：（1）正常開(kāi)通過(guò)程當(dāng)控制電路使TS01的1腳和2腳有電流流過(guò)時(shí)，光電耦合器TS01就會(huì)導(dǎo)通，A點(diǎn)電位迅速下降至0V，使VT1截止。其中，5V電壓基準(zhǔn)單元由RZD2和C2組成。在電壓等級(jí)選擇功能模塊中可改變數(shù)碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)得到整流功能模塊不同的輸出電壓范圍。（4）故障4：開(kāi)機(jī)未準(zhǔn)備完成時(shí)出現(xiàn)欠壓保護(hù)處理方法：可能是20A保險(xiǎn)絲斷開(kāi)，應(yīng)檢查保險(xiǎn)。在確定了硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)后,制作了PCB。.計(jì)算機(jī)圖像處理在射線探傷中的應(yīng)用研究:(碩士學(xué)位論文).天津: 河北工業(yè)大學(xué),2002.[15] 王江平. ，2001，3 （6）：111112.附錄1： 基于晶閘管的主電路原理圖附錄2： 基于晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路原理圖附錄3： 基于IGBT的X射線探傷機(jī)電路原理