【正文】 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。所以X射線管陽極在實(shí)際制造時，都采取各種措施保證冷卻效率。一般X射線探傷機(jī)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(hù)功能模塊、控制功能模塊和人機(jī)界面功能模塊，下面分別對各模塊作簡單介紹。攜帶式X射線機(jī)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(jī)。檢查的速度快、成本低，便于自動探傷和遠(yuǎn)距操作與觀察。工業(yè)X射線實(shí)時成像法是將貫穿工件后射線強(qiáng)度分布變?yōu)殡娨晥D像顯示缺陷。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。在工件遠(yuǎn)離射線源的一側(cè),放置裝有X射線膠片的暗盒。高速運(yùn)動的電子撞擊到陽極靶上，發(fā)生韌致輻射，產(chǎn)生X射線。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。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。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(jī)的種類、特點(diǎn)和基本結(jié)構(gòu)。隨后西方發(fā)達(dá)國家紛紛引進(jìn)逆變電源技術(shù)，并應(yīng)用于工業(yè)X射線探傷機(jī)。有的已通過鑒定，有的己投入使用。時至今日，X射線探傷實(shí)時成像數(shù)字圖象處理技術(shù)(XRTIP)，成為國際上無損探傷領(lǐng)域廣泛并深入研究的重要課題之一。對射線性質(zhì)的深入研究和工藝技術(shù)科學(xué)的飛躍發(fā)展，給射線探傷應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。在過去的十幾年里，這一領(lǐng)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。X射線探傷是最早應(yīng)用的幾種探傷方法之一。新光線發(fā)現(xiàn)不久，馬上就有人想把這種新光線用到實(shí)際中去。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(qiáng)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。當(dāng)一種射線貫穿于不同厚度、不同材質(zhì)的材料時，強(qiáng)度減小的程度不同。最后對本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程做了總結(jié)。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。本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用晶閘管整流和逆變技術(shù)設(shè)計(jì)了X射線探傷機(jī)的主電路及其驅(qū)動電路。第四章主要對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)常見典型問題的解決方法。射線在貫穿物體的過程中，由于與物質(zhì)相互作用，強(qiáng)度逐漸減小。例如，用強(qiáng)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。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，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。后來，人們?yōu)榱思o(jì)念倫琴的偉大發(fā)現(xiàn)，又稱為倫琴射線。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(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)部門。自此以后，各種加速器、核反應(yīng)堆相繼建成。X射線探傷是最早應(yīng)用的幾種探傷方法之一。在我國自八十代中期就有一些大學(xué)和研究單位，開始了此項(xiàng)研究。其中，應(yīng)用逆變電源技術(shù)的工業(yè)X射線探傷機(jī)，早在1969年比利時波濤公司己經(jīng)研制成功。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(jìn)行介紹和分析。2 X射線探傷機(jī)的基本原理及結(jié)構(gòu)分析工業(yè)上廣泛應(yīng)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(jìn)設(shè)計(jì)或工藝，進(jìn)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。X射線是由韌致輻射而產(chǎn)生的，當(dāng)快速運(yùn)動的電子被物質(zhì)阻止時，電子運(yùn)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。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。 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。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。不過，與射線照相底片比較熒光屏呈黑度分布正好相反。它也能用于鑄造、焊接工藝連續(xù)觀察。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(qiáng)制油循環(huán)冷卻。控制線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(jì)便于檢查、維修和更換部件。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(qiáng)度降低而擊穿的事件。人機(jī)界面常使用鍵盤、旋鈕、LED顯示和LCD顯示，X射線探傷機(jī)一般通過控制臺上的開關(guān)、按鈕或它們的組合進(jìn)行操作，操作實(shí)現(xiàn)的功能由控制臺上的文字和操作手冊給出。（2）發(fā)光二極管指示燈（共七個） a、電源燈：機(jī)器通電時亮； b、預(yù)置燈：機(jī)器處于預(yù)置參數(shù)時亮； c、準(zhǔn)備燈：機(jī)器準(zhǔn)備完畢時亮； d、訓(xùn)機(jī)燈：訓(xùn)機(jī)時亮； e、工作燈：訓(xùn)機(jī)或曝光時周期性閃亮； f、休息燈：訓(xùn)機(jī)或工作休息時亮； g、故障燈：機(jī)器發(fā)生故障保護(hù)時亮。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。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。當(dāng)輸出電壓高于最高點(diǎn)壓5%時，控制電路中的過電壓保護(hù)動作，使逆變器停止工作，即切斷高壓。 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。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。本功能模塊采用副晶閘管和換向電容及換向電感的強(qiáng)迫換向方式，由于晶閘管在直流電壓下觸發(fā)導(dǎo)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。L2，迅速向C3C3C3C34充電，當(dāng)充電流小于SCR4的維持電流時，SCR4自行關(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(fù)，反偏振蕩停止。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(jī)工作的穩(wěn)定性和X射線管的壽命。零點(diǎn)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(dá)到同步。根據(jù)不同的曝光要求選擇其輸出電壓。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(jī)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(fù)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。并通過反饋電壓的數(shù)值判斷輸出是否過壓和欠壓。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(jìn)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。防止X射線管因過熱而損壞。輸出電壓范圍的選擇通過改變一個雙位數(shù)碼開關(guān)的檔位來實(shí)現(xiàn)。表32 電壓等級選擇開關(guān)的含義開關(guān)1狀態(tài)開關(guān)2狀態(tài)輸出電壓范圍（KV）上撥下?lián)?00~200下?lián)芟聯(lián)?50~250上撥上撥170~300圖313 電壓等級選擇功能模塊原理圖揚(yáng)聲器驅(qū)動功能模塊的功能是在系統(tǒng)發(fā)生異常情況時（如過壓、過流、欠壓、欠流等）驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出報警聲。對于研發(fā)高電壓精密儀器來說，確定了硬件和軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)后，繪制電路原理圖和制作PCB控制電路板就成為必要的步驟了。本系統(tǒng)主電路及驅(qū)動電路原理圖和PCB的設(shè)計(jì)均使用工具軟件Protel99SE來完成。Prote199SE 較以前版本新增加的三項(xiàng)技術(shù)SmarTDoc,SmartTeam 和Smart Tool。Prote199SE的印制電路板編輯器為用戶提供了一條快捷的設(shè)計(jì)印刷電路板的途徑，PCB編輯器通過它的交互性編輯環(huán)境達(dá)到了手動設(shè)計(jì)和自動化設(shè)計(jì)的完美結(jié)合。概括的說，對于普通電路板的設(shè)計(jì)主要分為原理圖、網(wǎng)絡(luò)表和印刷板三個部分，具體流程如圖316所示:圖316 普通電路板設(shè)計(jì)三步驟具體過程如下:，要先定義電路板屬性，包括：定義電路板層數(shù)、電路板的外 形尺寸和形狀等；，啟動電路板編輯進(jìn)入電路板編輯環(huán)境。所以合理的PCB布局是一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱、電磁干擾、將來布線的方便性、美觀性等方面綜合考慮。元件的布局對后面的布線有很大的影響，好的布局可以給后面的布線帶來很大的方便，節(jié)約了布線的時間，提高了系統(tǒng)的可靠性。元器件布局必須考慮元件的可安裝性和可焊接性，不要因?yàn)橐粋€小小的元件封裝問題給后來的工作帶來麻煩。對于支持PROTEL99SE格式的加工廠家，將這個文件導(dǎo)出為一個PCB *. PCB文件，注意導(dǎo)出時不要打開該件，而是在文件夾中直接將該文件導(dǎo)出。最后要焊接元件到PCB板。主電路和驅(qū)動電路的PCB圖如圖31318所示。另外，控制電路采用模擬電路，可靠性不高，主回路與逆變電路僅采用電感起扼流作用，因而對元器件質(zhì)量要求相當(dāng)高，一旦負(fù)載發(fā)生短路，受反饋影響，往往使控制部分又產(chǎn)生新的故障點(diǎn)。IGBT本質(zhì)上是一個場效應(yīng)晶閘管，只是在漏極和漏區(qū)之間多了一個P型層。功率MOSFET是單機(jī)型電壓驅(qū)動器件，它具有工作速度低、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好以及驅(qū)動電路簡單等特點(diǎn)，但它的導(dǎo)通電阻較大，電流容量也較低；而GTO是雙極性電流驅(qū)動器件，其阻斷電壓高，載流能力強(qiáng)，但工作速度較慢，驅(qū)動電流大，控制電路較復(fù)雜。IGBT是少子器件，它不但具有非常好的導(dǎo)通特性，而且也具有功率MOSFET的許多特性，如容易驅(qū)動、安全工作區(qū)寬峰值電流、堅(jiān)固耐用等。 IGBT驅(qū)動電路的形式和特點(diǎn)IGBT是電壓驅(qū)動型器件，根據(jù)電路隔離方式，IGBT驅(qū)動器可分為兩大類，一類用光電耦合器，另一類用脈沖變壓器，兩者均可實(shí)現(xiàn)信號傳輸及電路隔離。 IGBT逆變電路的特點(diǎn)采用IGBT組成的逆變電路只需一只IGBT和一路控制信號，就能完成逆變工作，因IGBT是由大功率晶體管GTR和場效應(yīng)MOS管復(fù)合而成，且有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動功率小等特點(diǎn)(MOS管的特性)，加之其本身是晶體管器件，開關(guān)損耗小、通斷快(IGBT的特性)，因而能使整機(jī)工作效率提高，且噪聲極小。IGBT的保護(hù)電路主要是針對結(jié)構(gòu)性故障而言。這些因素都會造成芯片過熱，最終導(dǎo)致IGBT損壞。RC吸收電路接法是吸收電容Cs于電阻RS串聯(lián)后跨接在IGBT的C、E兩端就構(gòu)成了RC吸收電路。它能夠耐受最大450mJ的雪崩能量，確保在異常的雪崩模式情況下仍能進(jìn)行無故障運(yùn)作。整流功能模塊是把220V交流電整流，再進(jìn)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。R8是取樣電阻，用于把輸出電壓的取樣值反饋到控制電路進(jìn)行輸出電壓的調(diào)整。在本設(shè)計(jì)中，IGBT工作時的最大電流在10A以下，工作頻率在500Hz以下，屬于低頻小功率驅(qū)動。VT1截止使D點(diǎn)電位上升至20V，VT2導(dǎo)通VT3截止，通過VT3及柵極電阻R7向IGBT提供電流，使之迅速導(dǎo)通。它為驅(qū)動IGBT提供5V反偏壓，使IGBT更加可靠關(guān)斷。200檔、250檔各典型電壓及其觸發(fā)相位如表41和表42所示：表41 200檔型電壓及其觸發(fā)相位觸發(fā)時間（單位:ms）輸出電壓（單位:V）100110120130140150160170180190200表42 250檔型電壓及其觸發(fā)相位觸發(fā)時間（單位:ms）輸出電壓（單位:V）150160170180190200210220230240250為了方便觀察和分析，采用了MATLAB對整流功能模塊電壓及其觸發(fā)相位進(jìn)行曲線擬合， 200檔電壓及其觸發(fā)相位曲線如圖41所示，250檔電壓及其觸發(fā)相位曲線如圖42 所示：圖41 200檔電壓及其觸發(fā)相位曲線圖圖42 250檔電壓及其觸發(fā)相位曲線圖在X射線探傷機(jī)調(diào)試和調(diào)試的過程中，曾經(jīng)遇到一些故障和問題，而且有些問題曾經(jīng)多次出現(xiàn)，經(jīng)多次分析總結(jié)現(xiàn)將幾個典型故障及處理方法列出如下：（1）故障1：電源接通后，電源指示燈不亮處理方法：檢查風(fēng)扇是否旋轉(zhuǎn)，如果不轉(zhuǎn)，可能是2A保險絲斷開或電源沒有載入；如果風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)正常，則系機(jī)器內(nèi)部故障，此時應(yīng)仔細(xì)檢查電路中各功能模塊的工作是否正常。結(jié) 論本設(shè)計(jì)的成果可用于造船、石油、化工、機(jī)械、航天、交通等部門檢查管道、容器等加工焊接質(zhì)量，以及各種金屬、橡膠、陶瓷等加工質(zhì)量的無損檢測。并采用IGBT對探傷機(jī)的主電路進(jìn)行改進(jìn)，以及設(shè)計(jì)了其驅(qū)動電路，使X射線機(jī)功耗更低，工作更可靠穩(wěn)定，系統(tǒng)性能更優(yōu)。在此期間，我學(xué)到了許多的專業(yè)知識、處事的方法和做人的道理，它將使我一生都受益無窮。其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，淵博的學(xué)術(shù)知識，對工作孜孜不倦的追求精神和高尚的人格、平易近人的風(fēng)格是我終身學(xué)習(xí)的榜樣。感謝張健、王娟、黨瓊和丁棟等同學(xué)對我的