【正文】 用。X 射線發(fā)生的示意圖如圖 22 所示： 415326++X 射 線 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。 工業(yè)射線實時成像法 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?圖像顯示缺陷。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。另外，在管桶內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。 逆變功能模塊 原理圖如圖 35 所示 : C 3 14 u / 4 0 0 VC 3 24 u / 4 0 0 VC 3 34 u / 4 0 0 VC 3 44 u / 4 0 0 VC72 2 4 K / 6 3 0 E 1C82 2 4 K / 6 3 0 E 1D5N 8 1 F R 6 08D3N 8 1 F R 6 08D4M U R 3 0 1 2 0 P TL2R11 0 0 Ω /4 0 WR751ΩR851ΩR22 Ω /3 0 WS C R 4S C R 3V C CA1（9）A1（5）A1（7）123A R 31 0 K 4 3 1A R 21 0 K 4 3 1 圖 35 逆變功能模塊原理圖 在電路 圖中 SCR SCR4 分別為主、副晶閘管， L2 為換向變壓器（電感）， C3C3 C3 C34 為換 向電容， D4 為反饋二極管（削尖峰）， AR D5為逆峰吸收回路，C C R7 和 R8分別為主、副晶閘管過壓吸收保護元件， AR AR3 為壓敏電阻。 半控整流觸發(fā)功能模塊 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整和控制。 溫度檢測功能模塊 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。下面介紹一下設計印制電路辦的過程和在設計過程中應注意的問題。 PCB 元件布局的基本原則 一個性能優(yōu)良的系統(tǒng)，除了選擇高質量的元器件，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構設計也是決定系統(tǒng)能否可靠工作的一個關鍵問題，對于同一種組件和參數(shù)的電路，由于組件布局設計和電氣連接方向的不同會產(chǎn)生不同的結果，其結果可能存在很大的詫異。通常要注明板子材料和厚度 (做一般板子時厚度為 ，特大型板可用 2mm，射頻用微帶板等一般在 左右 )。 IGBT 是將功率 MOSFET 和 GTR 集成在一個芯片上的復合器件。結構性故障主要 表現(xiàn)為由于功率器件的損壞造成主電路結構改變；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重偏移正常特性。C) 以減少系統(tǒng)功耗； 內置 FRD (快速恢復二極管 )以簡化電路設計和減少元件數(shù)。 其中， 5V電壓基準單元由 R ZD2 和 C2 組成。電路原路圖如圖 324 所示： V T 4CGET S 0 1R1R2R3R4 R6R7V T 3V T 2V T 1D1Z D 2＋ 12V＋ 20VJ P 2R5C1 C2L1J P 1A D C 圖 324 驅動電路原理圖 IGBT 正常開通過程和正常關斷過程為： （ 1）正常開通過程 當控制電路使 TS01 的 1 腳和 2腳有電流流過時，光電耦合器 TS01 就會導通，A 點電位迅速下降至 0V，使 VT1 截止。與上一代器件相比 ， 它的工作溫度可降低達 10℃ ，因而能夠延長系統(tǒng)壽命。而對于 X射線探傷機， 26 由于其采用的 IGBT 直接對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 就不會受到過流威脅。因此 ， X 射線探傷機在原系統(tǒng)的基礎上，采用 IGBT 模塊對逆變電路進行改進。 PCB 的制作 首先要導出適合生產(chǎn)廠家的 PCB 文件。本課題的印制電路板的設計是計算機輔助設計與手工設計這兩種方法的綜合。通道二是對變壓器二次測的交流電壓進行整流、濾波、穩(wěn)壓后對各芯片進行供電。 電流反饋功能模塊 電流反饋功能模塊 的主要功能就是在電流調節(jié)系統(tǒng)中自調節(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變化。下面分別對各功能模塊的功能及工作原理進行描述。 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束時，陽極電流仍大于維持電流，使晶閘管久久不能關斷，破壞了整個電路正常工作，稱這種現(xiàn)象為晶閘管“失控”，必 12 須嚴加防止。 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、驅動電路部分和面板電路部分三大模塊。 射線探傷機的基本結構 一般 X射線探傷機的結構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。選擇熒光亮度高，發(fā)出的熒光物質，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。 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，不同物質和不同物體結構對射線衰減程度各不相同。時至今日， X射線探傷實時成像數(shù)字圖象處理技術 (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。 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。 32 結 論 5 射線探傷機的基本結構 最后對本系統(tǒng)的設計過程做了總結。 30 整流輸出曲線分析 30 典型問題的解決 X 射線是德國著名物理學家 (W． K． Rontgen)在研究陰極射線管時，偶然發(fā)現(xiàn)的。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)。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。它采用結構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，控制箱通過一根多芯的低壓電纜將其連接在一起。系統(tǒng)的結構圖如圖 31所示： 操 縱 臺X 射 線 管低 壓 連 接 電 纜電 源 電 纜 圖 31 系統(tǒng)結構圖 操作臺結構簡介 操作臺面板上有 LED 顯示器、控制按鈕、信號指示燈等。 整流功能模塊 整流功能模塊采用了單相橋式整流電路調壓。航空頭管腳功能如表 31 所示，管腳分布如圖 36所示。并通過反饋電壓的數(shù)值 判斷輸出是否過壓和欠壓。 表 32 電壓等級選擇開關的含義 開關 1 狀態(tài) 開關 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 電壓等級選擇功能模塊原理圖 19 揚聲器驅動功能模塊 揚聲器驅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）驅動揚聲器發(fā)出報警聲。 Prote199SE 的印制電路板編輯器為用戶提供了一條快捷的設計印刷電路板的途徑， PCB 編輯器通過它 的交互性編輯環(huán)境達到了手動設計和自動化設計的完美結合。 元器件布局必須考慮元件的可安裝性和可焊接性，不要因為一個小小的元件封裝問題給后來的工作帶來麻煩。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，因而對元器件質量要求相當高，一旦負載發(fā)生短路，受反饋影 25 響，往往使控制部分又產(chǎn)生新的故障點。 IGBT 驅動電路的形式和特點 IGBT 是電壓驅動型器件，根據(jù)電路隔離方式， IGBT 驅動器可分為兩大類，一類用光電耦合器，另一類用脈沖變壓器，兩者均可實現(xiàn)信號傳輸及電路隔離。 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 兩端就構成了 RC 吸收電路。 在本設計中， IGBT 工作時的最大電流在 10A 以下，工作頻率在 500Hz 以下，屬于低頻小功率驅動。 30 4 實驗及結果分析 整流輸出曲線分析 在測試過程中，為了分析系統(tǒng)輸出電壓的線性度，分別對整流功能模塊各典型輸出電壓及其對用的觸發(fā)相位 作了記錄。整流功能模塊原理圖如圖 322 所示： 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 IGBT 有過壓保護的作用，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，避開了開通時， IGBT功能受阻的問題。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，驅動電路設計良好外，采用合理的過電壓保護、過電流保護、 du/dt 保護和 di/dr 保護也是必要的。目前出現(xiàn)了許多新型復合器件，如 MOS 雙極復合晶體管等。注意要先焊接“矮”器件，再焊接“高”器件。 22 電路中的期間有很大的相關性和獨立性，在設計過程中，特別要考慮這些因素。 Protel99SE 是 Protel 公司 2021 年推出的基于 Windows 平臺的第 六代產(chǎn)品，集強大的設計能力、復雜工藝的可生產(chǎn)性分析及設計過程管理 (PDM)于一體。若超過設定 的溫度控制電路將發(fā)出 控制 信號 切斷高壓，使脈沖變壓 B3 停止工作達到保護Ｘ光管的目的。 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。 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 ? L2， 13 流經(jīng)電源負極；另一方面， C3 C3 C3 C34 上電壓（下正上負）經(jīng) SCR3 強迫SCR4 關斷。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。 人機界面功能模塊 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、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。它也能用于鑄造、焊接工藝連續(xù)觀察。為了避免電子在