【正文】 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。二十世紀三十年代，科學家發(fā)現(xiàn)了中子。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(yīng)用打下了基礎(chǔ)。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。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(lǐng)域廣泛并深入研究的重要課題之一。其中美國 VARIAN 公司的 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。有的 已 通過鑒定，有的己投入使用。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。隨后西方發(fā)達國家紛紛引進逆變電源技術(shù)，并應(yīng)用于工業(yè) X 射線 探傷 機。當時電路設(shè)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。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。 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 。 射線的產(chǎn)生與 探傷的 成像方法 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。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。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。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，從而達到射線探傷的目的。天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 5 在工件遠離射線源的一側(cè) ,放置裝有 X 射線膠片的暗盒。 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。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。 因此，呈現(xiàn)出工件的透視圖 像 。 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。轉(zhuǎn)動工件 ,可以從各個側(cè)面觀察工件的透視 圖像 。檢查的速度快、成本低，便于自動探傷和遠距操作與觀察。 移 動式 X 射線機 移動式 X射線機是一種體積 較大、 重量 較重的探傷機 ，安裝在移動小車上， 用于固定或半固定場合使用的 X 射線機。 攜帶式 X 射線機 攜帶式 X射線機是一種體積小、重量輕、便于攜帶、適用于高空和野外作業(yè)的X 射線機。 本設(shè)計中的 X射線 探傷 機 是屬于 攜帶式 X射線機 ， 控制器為立式便攜機箱結(jié)構(gòu)，天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 6 有一個把手便于攜帶，在儀器斜放時把手可以固定作為 支撐。 射線 探傷 機的基本結(jié)構(gòu) 一般 X射線 探傷 機的結(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 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。 冷卻 功能模塊 冷卻是保證 X射線機能否長期使用的關(guān)鍵，冷卻效果的好壞直接影響 X 射線 管的壽命和連續(xù)使用時間。 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。 控制 功能模塊 控制 功能模塊 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 電流、 過 電壓保護等 。 本設(shè)計的 X射線探傷機 前面 板主要是系統(tǒng)人機界面，由 LED 顯示器、發(fā)光二極管和按鍵組成；側(cè)面板是配電和電纜連接面板 ，主要由 電 源 開關(guān) 、 電 源 線插 座、 連接 X射 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 。 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 7 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)說明如下所述 ： （ 1） 數(shù)碼顯 示器 （共 8 位） a、 狀態(tài)： 3位，顯示當前工作狀態(tài)或故障代碼； b、 千伏： 3位，顯示機器工作 KV值或預置 KV值； c、 時間： 2位，顯示機器工作時間或預置時間。 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 8 圖 24 側(cè) 面板圖 源 開關(guān) ； 源 線插 座； 接 X射 線發(fā) 生器 電纜 插座； 險絲 管座； 險絲 管座； 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 9 3 X 射線 探傷機主電路及其驅(qū)動電路的設(shè)計與實現(xiàn) 射線 探傷機的總體設(shè)計 系統(tǒng)總體 框架 本系統(tǒng)由操縱臺、 X 射線發(fā)生器和 低壓 連接電纜三部分組成。 側(cè)面插座盤有電源插座、連接電纜插座、斷路器、報警揚聲器、熔斷器和接地端子。 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(qū)動電路部分和面板電路部分三大模塊。 X 射線發(fā)生器 結(jié)構(gòu) 簡介 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管桶天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 10 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極接地方式，在陽極靶伸出 的 端 部 安裝一個多葉片的鋁散熱器，再用風機強迫冷卻，加強了散熱效果。另外，在管桶內(nèi)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。濾波后的直流電壓與給定電壓在電壓調(diào)節(jié)單元中進行比較，控制晶閘管導通角，使輸出電壓與 設(shè) 定電壓相等，且保持較高的穩(wěn)定度。 X 射線探傷機原理框圖 如圖 33所示： 晶 閘 管 橋式 整 流 器L C 濾 波 器 逆 變 器半 控 整 流觸 發(fā) 電 路單 片 機電 流 調(diào)節(jié) 單 元鍵 盤顯 示X 射 線發(fā) 生 器2 2 0 V5 0 H z~電 壓 反 饋電 路逆 變 器 觸發(fā) 電 路功 率 放大 電 路電 源電 路 圖 33 X射線探傷機 原理框圖 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 11 基于晶閘管的主電路及其驅(qū)動電路設(shè)計 本部分是采用晶閘管為核心， 設(shè)計了 X 射線機的逆變功能模塊 和整流功能模塊 ， 并 針對主電路的觸發(fā)要求合理設(shè)計了其驅(qū)動電路。 以下是主電路和驅(qū)動電路的具體設(shè)計。下面分別對各 功能模塊 的功能及工作原理進行描述。 整流電路把 220V 交流電整流，再進行 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， 并送到電壓反饋電路的輸入端。 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(jié)束時，陽極電流仍大于維持電流，使晶閘管久久不能關(guān)斷，破 壞了整個電路正常工作，稱這 種現(xiàn)象為晶閘管“失控”，必天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 12 須嚴加防止。必須注意，續(xù)流二極管的極性不能接錯，否則會造成短路事故。 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。換向電容兩端電壓等于 VCC 時， 下正上負，為強迫副晶閘管關(guān)斷準備。同時， C3 C3 C3 C3 L2（ 2）經(jīng) SCR D3 串聯(lián)諧振，使電容放電后再充電為上正下負，反偏 振蕩 停止。 C3 C3 C3 C34剩余電荷經(jīng) SCR L2（ 3） 、 D4 串聯(lián)諧振，使電容電壓 上 負 下 正而停止，電源繼續(xù)向電容充電，開始下一個過程。 航空頭 管腳分配 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射線機工作的穩(wěn)定性和 X 射線管的壽命。 表 31航空頭管腳功能表 管腳號 顏色定義 功能 1 黃色 ~220V(N) 2 懸空 3 綠色 升壓變壓器初級 4 黃色 ~220V(L) 5 紅色 升壓變壓器初級 6 灰色 溫度反饋 7 懸空 8 白色 電流反饋 9 黑色 地 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 14 123456789外殼接地端（黑線）N （黃線）220V 交流電懸空（白線）懸空V C C220V 交流電S （黃線）升壓端（綠線）（灰線）航 空 頭 部 分（紅線）注：做實驗時航空頭 6 、 9 接電爐，3 、 5 接地， 8 接電流表。 下面分別對各 功能模塊 的功能及工作原理進行描述。零點檢測電路如圖 37所示 ： 12345678I C 1L M 3 1 1 NR410KD6D5C 1 40 . 1 uC 1 30 . 1 uR510K+ 5 VJ P 1 （ 9 ）單片機 ( I N T 1 )J P 2 （ 9 ）J P 2 （ 11 ） 圖 37 零點檢測 功能模塊 原理圖 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 15 電路 工作原理是： 220V 交流電壓經(jīng)電源變壓器降壓后送到零點檢測電路的兩個輸入端，經(jīng) C1 C14 濾波和 D D6限幅后送到電壓比較器的反相輸入端。 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(diào)整和控制。 半控橋觸發(fā)電路 如圖 38所示 ： R 2 720KD 1 3D 1 1T39013C 2 40 . 1 uR 2 610Ω+ 1 2 VC X / R X7C L R11Q12Q5A9B10CX6I C 2 BM 7 4 H C 1 2 3 B 1 RC 3 3200P+ 5 VR 2 120KC 2 70 . 0 1 uJ P 1 （ 3 ）