【正文】 產(chǎn)生 X射線。 射線探傷是 利用射線對(duì)材料具有 一 定的穿透能力 ， 及其在穿透材料過(guò)程中，不同物質(zhì)和不同物體結(jié)構(gòu)對(duì)射線衰減程度各不相同 。隨后西方發(fā)達(dá)國(guó)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)。時(shí)至今日 ， X射線探傷實(shí)時(shí)成像數(shù)字圖象處理技術(shù) (XRTIP)，成為 國(guó)際上無(wú)損探傷領(lǐng)域廣泛并深入研究的重要課題之一。在過(guò)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(duì)社會(huì)生活產(chǎn)生了深刻的影響。 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。當(dāng)一種射線貫穿于不同厚度、不同材質(zhì)的材料時(shí)，強(qiáng)度減小的程度不同。 34 附錄 1： 基于晶閘管的主電路原理圖 3 射線的產(chǎn)生與探傷的成像方法 2 本文的主要工作 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。 論 文 第一章 闡述了 X射線 無(wú)損探傷研究的背景與意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和論文的主要工作。 2 2 X 射線探傷機(jī)的基本原理及結(jié)構(gòu)分析 11 主電路設(shè)計(jì) 14 電路板設(shè)計(jì)與制作 20 基于 IGBT 的主電路及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 40 英文資料及中文翻譯 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 無(wú)損探傷研究的背景與意義 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。 X 射線是德國(guó)著名物理學(xué)家 (W． K． Rontgen)在研究陰極射線管時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)的。時(shí)至今日，射線探傷已發(fā)展成為應(yīng)用多種射線和多種顯示方法的探傷 技術(shù) 。 在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期， X 射線已開(kāi)始用于戰(zhàn)地醫(yī)療診斷。但大都是在需要完善和將要定型階段。第三章 首先 描述了 X射線無(wú)損探傷機(jī) 的總體設(shè)計(jì) ； 然后分析 主電路及其驅(qū)動(dòng)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(diǎn) 檢測(cè) 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(cè) 功能模塊 、電壓等級(jí)選擇 功能模塊 、揚(yáng)聲器 驅(qū)動(dòng) 功能模塊 和 電源 功能模塊 ；最后 闡述了 采用 IGBT 對(duì)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(dòng)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) 。通常，將 作 為陰極的燈絲予以加熱， 使得 燈絲上有電子溢出。由于貫穿工件后有無(wú)缺陷部位的射線強(qiáng)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(lái)發(fā)現(xiàn)和判別缺陷 。它能把射線增強(qiáng)數(shù)千倍 ， 探傷時(shí)可以用肉眼直接觀察工件內(nèi)部缺陷。它采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)頭內(nèi)，控制箱通過(guò)一根多芯的低壓電纜將其連接在一起。 保護(hù) 功能模塊 X 射線 探傷 機(jī) 的 保護(hù)系統(tǒng)主要有以下 部分組成 ： 每一個(gè)獨(dú)立電路 的 短路過(guò)流保護(hù) 、 X 射線管陽(yáng)極 的 冷卻保護(hù) 、 X 射線管的過(guò)載保護(hù)（過(guò)流或過(guò)壓） 、 零位保護(hù) 、 接地保護(hù) 和 其他保護(hù) 等 。 系統(tǒng) 的 結(jié)構(gòu)圖如圖 31所示： 操 縱 臺(tái)X 射 線 管低 壓 連 接 電 纜電 源 電 纜 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 操作臺(tái)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)介 操作臺(tái)面板上 有 LED 顯示器、控制按鈕、信號(hào)指示燈等。 X射 線 管 圖 32 X射線發(fā)生器 X 射線探傷機(jī) 工作 流程設(shè)計(jì) X 射線 探傷 機(jī)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。 整流 功能模塊 整流 功能模塊 采用了單相橋式 整流電路調(diào)壓。工作原理簡(jiǎn)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(dǎo)通，電流經(jīng)高壓變壓器一次側(cè) ? C3 C3 C3 C34?L2，迅速向C3 C3 C3 C34 充電，當(dāng)充電流小于 SCR4 的維持電流時(shí)， SCR4 自行關(guān)斷。航空頭管腳功能如表 31 所示，管腳分布如圖 36所示。根據(jù)不同的曝光要求選擇其輸出電壓。并通過(guò)反饋電壓的數(shù)值 判斷輸出是否過(guò)壓和欠壓。 防止X 射線 管 因過(guò)熱而損壞。 表 32 電壓等級(jí)選擇開(kāi)關(guān)的含義 開(kāi)關(guān) 1 狀態(tài) 開(kāi)關(guān) 2 狀態(tài) 輸出電壓范圍（ KV） 上撥 下?lián)? 100~200 下?lián)? 下?lián)? 150~250 上撥 上撥 170~300 R9 3 . 3 K1243G 0 2R 1 1 3 . 3 K+ 5 VJ P 1 （ 17 ）J P 1 （ 11 ）A DC 0 8 0 9 ( I N 3 )A DC 0 8 0 9 ( I N 4 )J P 1 （ 17 ）J P 1 （ 11 ） 圖 313 電壓等級(jí)選擇 功能模塊 原理圖 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng) 功能模塊 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng) 功能模塊 的功能是在系統(tǒng)發(fā)生異常情況時(shí)（如過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、欠流等）驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。 的設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)步驟 簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)主電路及驅(qū)動(dòng)電路原理圖和 PCB 的設(shè)計(jì)均使用工具軟件 Protel99SE 來(lái)完成。 Prote199SE 的印制電路板 編輯器為用戶(hù)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(guò)它的交互性編輯環(huán)境達(dá)到了手動(dòng)設(shè)計(jì)和自動(dòng)化設(shè)計(jì)的完美結(jié)合。所以合理的 PCB 布局是一個(gè)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(lái)布線的方便性、美觀性等方面綜合考慮。 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€(gè)小小的元件封裝 問(wèn)題給后來(lái)的工作帶來(lái)麻煩。 最后要焊接元件到 PCB 板。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(duì)元器件質(zhì)量要求相當(dāng)高，一旦負(fù)載發(fā)生短路，受反饋影天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 響，往往使控制部分又產(chǎn)生新的故障點(diǎn)。功率 MOSFET 是單機(jī)型電壓驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路簡(jiǎn)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(dòng)器件，其阻斷電壓高，載流能力強(qiáng)，但工作速度較慢，驅(qū)動(dòng)電流大，控制電路較復(fù)雜。 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的形式和特點(diǎn) IGBT 是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，根據(jù)電路隔離方式， IGBT 驅(qū)動(dòng)器可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)用光電耦合器，另一類(lèi)用脈沖變壓 器，兩者均可實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸及電路隔離。 IGBT 的保護(hù)電路主要是針對(duì)結(jié)構(gòu)性故障而言。 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。 主電路設(shè)計(jì) 整流功能 模塊 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(gè)較平滑的直流電作為逆變電路的輸入電壓。 在本設(shè)計(jì)中， IGBT 工作時(shí)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(dòng)。 整流 功能模塊 原理圖如圖 322 所示： 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 C 3 8 C 3 9C 3 7C 3 51 0 0 0 u / 4 5 0 V 5C 3 6D5D4L1R35 .1 KF U 1V1 V2VDR1 0 0 3 9 1 KC2224KV C CNSA2 （ 1 ）A2 （ 3 ）A2 （ 2 ）J P 5J P 4D3 圖 322 半控整流 功能模塊 原理圖 逆變功能模塊 逆變 功能模塊 主要由 IGBT 及其外圍元件組成，電路如圖 323 所示： V T 4CGER6R7D2 C2L1J P 4＋ 12VR8D3R9C3D4D5R 1 0V C CA R 3 圖 323 逆變功能模塊 原理圖 逆變 功能模塊 中 ， R9 和 C3組成 RC緩沖電路，對(duì) IGBT 有過(guò)壓保護(hù)的作用，與R3 并聯(lián)的二極管 D2 為緩沖二極管，其使緩沖電阻的阻值 增大，避開(kāi)了開(kāi)通時(shí)， IGBT功能受阻的問(wèn)題。 IGBT 的選擇 FGA25N120ANTD 1200V 是一種高性能的 IGBT，其為 NPT 溝道 ， 具有極佳的抗雪崩能力和經(jīng)優(yōu)化的開(kāi)關(guān)和導(dǎo)通損耗性能權(quán)衡，能為 逆變 應(yīng)用提高系統(tǒng)可靠性和效率。因此，在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合理的過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、 du/dt 保護(hù)和 di/dr 保護(hù)也是必要的。通常，對(duì)于變頻器等輸出和輸入有直接聯(lián)系的設(shè)備，由于逆變器對(duì)地直接短路的危險(xiǎn)性比較大，而且 IGBT關(guān)斷的等待時(shí)間比較長(zhǎng)，故采用光耦隔離式驅(qū)動(dòng)器比較合適。目前出現(xiàn)了許多新型復(fù)合器件，如 MOS 雙極復(fù)合晶體管等。在電路設(shè)計(jì)上，又不易高度集成化、模塊化，且很難實(shí)現(xiàn)微機(jī)智能化、控制模糊化，難以簡(jiǎn)化電 路設(shè)計(jì)、減少使用器件，達(dá)到減輕重量、縮小體積、易于攜帶的目的。注意要先焊接“矮”器件，再焊接“高”器件。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，將功率元件放在了電路板的邊上，有利于散熱片的安裝。 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 電路中的期間有很大的相關(guān)性和獨(dú)立性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別要考慮這些因素。對(duì)于特別復(fù)雜的、電腦難以自動(dòng)完成的布線工作，可以手動(dòng)完成。 Protel99SE 是 Protel 公司 2021 年推出的基于 Windows 平臺(tái)的第六代產(chǎn)品，集強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力、復(fù)雜工藝的可生產(chǎn)性分析及設(shè)計(jì)過(guò)程管理 (PDM)于一體。 電路如圖 314 所示： R1 1KT48550+ 5 VJ P 1 （ 4 ）單片機(jī) ( P 1 .6 )J P 1( 4 )揚(yáng)聲器 圖 314 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng) 功能模塊 原理圖 電源 功能模塊 電源穩(wěn)壓 功能模塊 主要由 兩個(gè)通道組成， 其電路圖如圖 315所示 ： D1D4D3D2C73 3 0 0 u / 1 6 VC23 3 0 0 u / 1 6 VC 1 24 7 0 u / 1 6 VC51 0 0 0 u /