Тема работы: Программа управления рентгеновскими источниками с питанием Spellman MNX на основе платы NI USB-6009

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

Специальность 050203.65 Физика с дополнительной специальностью Математика

Тема работы: Программа управления рентгеновскими источниками

с питанием Spellman MNX на основе платы NI USB-6009

Дипломная работа студентки

дневного отделения 5 курса 190803 группы

Приходько Юлии Юрьевны

Научный руководитель:

к. ф.-м. н., доцент, Кубанкин А. С.

Рецензент:

д. ф.-м. н., профессор, Захвалинский В. С.

БЕЛГОРОД, 2013г

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………..…….…3

Глава 1. Принцип устройства рентгеновских трубок и основные понятия графического программирования LabView………………………. ………..………5

1.1. Особенности эксплуатации рентгеновских трубок……………………..5

1.1.1. Характеристики рентгеновских трубок…………………….…..………7

1.1.2. Яркость нити накала………………………………….……..….…..…..9

1.1.3. Эксплуатационные характеристики………………………….………………9

1.2. Использование LabVIEW……………………………………………….11

1.2.1. Виртуальные приборы в LabVIEW…………………………………..12

Глава 2. Измерительный DAQ-модуль………………………………………..…..16

2.1. Технические характеристики USB-6009…………………….…………16

2.2. Описание источника питания Spellman серии MNX…………………..23

2.2.1. MNX Спецификации…………………………………………….……24

Глава 3. Программа блока управления рентгеновской трубкой……….……….28

3.1. Рабочий режим………………………………………………………..…28

3.2. Режим тренировки……………………………………………………….32

Заключение………………………….………………………………………………35

Список использованной литературы………………………………..…………….36

ВВЕДЕНИЕ

Цели и задачи исследования:

1. Ознакомиться с принципом устройства и особенностями работы рентгеновских трубок.

2. Освоить среду графического программирования LabView.

3. Создать алгоритм и разработать программу контроля режимов работы рентгеновских трубок, использующих в качестве источника питания блоки Spellman серий MNX и XRM.

Методы реализации:

Задачи дипломной работы будут реализованы в среде графического программирования LabView посредством USB совместимого устройства NI USB 6009, позволяющего принимать, анализировать и генерировать электрические сигналы, что, в свою очередь, позволит контролировать источники питания Spellman серий MNX и XRM, и устанавливать необходимые режимы работы рентгеновских трубок.

Актуальность

В настоящее время наиболее используемыми методами исследования атомной и элементной структуры конденсированных сред являются методы рентгеноструктурного и рентгенофлуоресцентного анализа, позволяющие решать актуальные задачи материаловедения, химии, медицины и т.д. Одним из основных недостатков данных методов является ограниченный срок службы применяемых рентгеновских источников – рентгеновских трубок. Главным образом, срок службы трубки ограничивается ресурсом катода (вольфрамовая нить накала — порядка 100ч.; оксидный или бариевый катод – порядка 1000ч.), необходимого для получения первичной эмиссии электронов. Одним из возможных способов продления срока службы рентгеновского источника является его правильное использование, заключающееся в подборе оптимальных режимов работы и, главным образом, в правильном начале эксплуатации новой рентгеновской трубки, называемом тренировкой. Правильные режимы работы трубки позволяют продлить срок службы трубки в среднем на 50-100%.

Настоящий дипломный проект посвящён разработке и созданию программы, позволяющей контролировать режимы работы рентгеновских трубок посредством программной среды LabView. Программа предназначена для работы с одним из наиболее распространённых производителей источников питания для рентгеновских трубок компанией Spellman (США).

Глава 1. Принцип устройства рентгеновских трубок и основные понятия графического программирования LabView

1.1. Особенности эксплуатации рентгеновских трубок

Рентгеновская трубка — электровакуумный прибор, который предназначен для получения рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение   возникает за счет  торможения ускоренных электронов на аноде, изготовленного из тяжелого металла (например, вольфрама). Получение электронов, их ускорение и торможение осуществляется в объёме рентгеновской трубки, представляющей вакуумированный стеклянный или керамический баллон, в который впаяны металлические электроды: катод — для получения электронов и анод — для их торможения (см. рис. 1.1). Для ускорения электронов к электродам подводится высокое напряжение. В зависимости от полярности ускоряющего напряжения рентгеновские трубки делятся на два основных типа – с заземлённым катодом и заземлённым анодом. Вакуум в трубке необходим для того, чтобы электроны могли достичь мишени и не рассеяться, а также для предотвращения высоковольтного электрического пробоя.

Рис. 1.1. Терапевтическая, рентгеновская трубка с массивным вольфрамовым анодом: 1 — катод; 2 — анод.

Традиционно в системах рентгеновского контроля использовались так называемые трубки закрытого типа (см. рис. 1.2), где вакуум создавался на заводе-изготовителе, после чего трубка запечатывалась, и ее нельзя было открывать. В последние годы для контроля печатных плат и полупроводниковых изделий стали более популярны рентгеновские трубки открытого типа, или обслуживаемые трубки (см. рис.1.3), поскольку они позволяют получить изображение большего разрешения с большим увеличением, а также потому, что их можно самостоятельно обслуживать (то есть в них есть доступ к изнашиваемым элементам: нити и мишени). Вакуум в трубках открытого типа создается с помощью вакуумного насоса, поставляемого вместе с системой рентгеновского контроля[3].

Рис. 1.2. Рентгеновская трубка закрытого типа с отражательной мишенью.

Рис. 1.3. Однофазовая рентгеновская трубка открытого типа

с прострельной мишенью.

1.1.1. Характеристики рентгеновских трубок

Ключевые характеристики рентгеновских трубок, определяющие их возможности:

• Нить или другое приспособление, которое производит электроны в трубке. Обычно вследствие термоэлектронной эмиссии от раскаленной нити. Чем больше электронов производит нить (а это зависит от проходящего через нее тока), тем ярче изображение[14].

• Фокусирующие элементы — устройство внутри трубки, которые фокусируют ускорившиеся электроны в настолько маленькую точку на мишени, насколько это возможно. Эта точка на мишени называется фокальным пятном. Чем меньше фокальное пятно, тем лучше разрешение конечного изображения.

• Тип мишени — прострельная или отражательная. Если используется прострельная мишень, то, чтобы покинуть трубку и провзаимодействовать с исследуемым образцом, рентгеновские лучи должны пройти сквозь эту мишень (см. рис. 1.3). Если используется отражательная мишень, то рентгеновские лучи выходят через поверхность мишени на которую падают электроны (см. рис. 1.2). Тип используемой в трубке мишени напрямую влияет на возможность увеличения изображения в системе рентгеновского контроля[15]. Следует обратить внимание на то, что минимальное расстояние между исследуемым образцом и фокальным пятном значительно различается в трубках с различными типами мишеней: 0,5 мм и меньше в случае использования прострельной мишени, которая чаще всего используется в трубках открытого типа, и примерно 15 мм — при использовании отражательной мишени, которая чаще всего используется в трубках закрытого типа[14].

• Материал и толщина мишени. Это особенно важно для прострельной мишени, так как для коммерческого использования (то есть для повышения срока службы) нужна хорошая плотность потока рентгеновского излучения и в то же время несильное его поглощение при прохождении через мишень. Кроме того, если прострельные мишени становятся толще, то, во-первых, фокальное пятно увеличивается, и во-вторых, в результате возбуждения рентгеновские лучи создаются в объёме мишени[15]. Чаще всего для мишени используется вольфрам.

• Ускоряющее напряжение электронов. Указывается в киловольтах (кВ). Чем выше значение в кВ, тем сильнее проникающая способность рентгеновских лучей. Это значит, что для получения изображения плотного или толстого объекта из менее плотного материала понадобится большее напряжение. При низком значении кВ можно работать с образцами из не очень плотного материала или с тонкими образцами. В противном случае проникающая способность рентгеновских лучей будет недостаточной для прохождения сквозь образец и формирования изображения.

• Мощность трубки. Измеряется в ваттах. Чем выше мощность, тем больше плотность потока рентгеновских лучей, а значит, ярче получаемое изображение.

• Вакуумное окно. Во всех рентгеновских трубках вывод излучения должен осуществляться без нарушения вакуума. Самый часто применяемый способ — использование диска из бериллия для герметизации трубки и вывода рентгеновских лучей. Бериллий пропускает рентгеновские лучи с проникающей способностью, пригодной для рентгеновского контроля. Часто это называют «бериллиевым окном». Вместо бериллия можно использовать легкие металлы, например, алюминий, но часть рентгеновских лучей будет поглощаться материалом в большей степени, чем бериллием, а значит, изменять энергетический спектр производимого пучка[16].

1.1.2. Яркость нити накала

Рентгеновские трубки созданы так, чтобы фокусировать на мишени созданное на нити электронное облако. Величина проходящего через нить тока в трубке открытого типа влияет на количество излучаемых электронов. Данная особенность, в свою очередь, влияет на количество электронов, которые взаимодействуют с мишенью, а значит, влияет на яркость конечного рентгеновского изображения. Из этого можно предположить, что толстая нить сможет работать с более высоким током накала, вырабатывать большее число электронов и отличаться большим сроком службы. На самом же деле, чтобы добиться максимальной термоэлектронной эмиссии и создать концентрированное облако электронов, направленных с ускорением в минимально возможную фокусную точку, в трубке открытого типа для нити стандартно используется «петля» из тонкой (обычно вольфрамовой) проволоки. Это автоматически ограничивает ток накала, при котором может работать нить, не разрушаясь очень быстро.

1.1.3. Эксплуатационные характеристики

Производители стараются уменьшить размеры фокального пятна, используя описанные выше приемы, что необходимо для исследования уменьшающихся размеров исследуемых объектов. Уменьшение размеров фокального пятна влечет негативные последствия[9]. Например, с уменьшением размеров фокального пятна значительно уменьшается поток рентгеновского излучения, в результате чего получается тусклое изображение и приходится применять более продолжительные «облучения», чтобы получить изображение приемлемого качества. Поэтому, чтобы получить изображение самого высокого разрешения, уходит много времени, и это может быть непрактично, за исключением случаев использования системы в сугубо научных целях, где требуется особое внимание к процессу получения данных каждого измерения. Кроме того, если продолжительность получения изображения составляет несколько минут и больше, то вибрация системы рентгеновского контроля может отрицательно сказаться на разрешении трубки, если не использовать какие-то дополнительные приспособления/условия для работы. Поэтому использование самого высокого разрешения может быть нецелесообразным на производственном участке, а пригодным только для проведения испытаний.

Если использовать самое низкое ускоряющее напряжение (кВ), то, чтобы добиться наилучшего разрешения, придется ограничивать типы исследуемых образцов. Обычно наилучшее разрешение изображения получается при использовании в трубке напряжения менее 50 кВ. Если исследуемый образец не очень плотный и/или тонкий, то такое ускоряющее напряжение в этих условиях будет приемлемым. Но обычно при работе с печатными платами такие условия не выполнимы, поскольку сами платы отличаются достаточной плотностью для поглощения большей части (если не всех) лучей[12].

Стандартный корпус исследуемого компонента также может поглощать рентгеновские лучи, а это приводит к невозможности проведения качественного анализа при таком разрешении, не прибегая к необходимости как-то изменять исследуемый образец. Таким изменением может быть: демонтаж компонента с печатной платы, снятие корпуса, изменение толщины образца и т. д. Учитывая все это, исследователь понимает, что использование рентгеновских трубок с очень высоким разрешением ограничивается только лабораториями анализа причин отказов, где можно уделять больше внимания каждому отдельному исследуемому образцу. Но в реальных производственных условиях для контроля качества изделий и технологического процесса из-за ограничений по времени столь тщательный анализ образца не производится. Поэтому перед приобретением системы рентгеновского контроля будет правильным решить, какие нужны технические характеристики трубки для планируемого применения системы[14].

Некоторые производители прибегают к дальнейшему снижению толщины мишени для уменьшения фокального пятна и улучшению геометрического увеличения. Но в этом случае тонкая мишень будет быстрее разрушаться направленным пучком электронов, а следовательно, ее нужно будет чаще менять. Это может быть приемлемо для лаборатории, где можно соблюдать особые условия работы, но совершенно непригодно для производства.

1.2. Использование LabVIEW

В настоящее время персональный компьютер является обязательной принадлежностью почти каждой физической лаборатории. Он широко используются как средство обработки и накопления результатов измерений, а также для управления экспериментальными установками в реальном времени. Кроме этого, с добавлением специальной внутренней платы или внешнего модуля сбора данных, сам компьютер можно преобразовать в многофункциональный измерительный прибор, способный во многих случаях заменить традиционные приборы – вольтметры, амперметры, осциллографы, генераторы сигналов и т.д[2].

Для программирования таких устройств используются универсальные языки программирования: С, Pascal и другие, но это довольно трудоемкая задача и требует высокой квалификации пользователя. Чтобы облегчить программирование измерительных устройств, были созданы специализированные системы, основанные на принципах визуального графического программирования, которые содержат большой набор готовых программных модулей для упрощенного программирования многих операций, специфичных для задач автоматизации научных измерений[1]. Система по умолчанию сама выполняет многие функции, обычно лежащие на программисте, освобождая пользователя от вникания в низкоуровневые детали работы программы.

Одной из распространенных систем такого рода является LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench), разработанная фирмой National Instruments (США). Эта система широко используется в учебном процессе во многих ведущих университетах мира (в области автоматизации экспериментальных установок, в практикумах, для моделирования, создания компьютерных демонстрации и т.д.). LabVIEW применяют при разработке приложений для измерения и сбора данных, управления измерительными приборами, анализа данных измерений и составления отчетов[2].

Программа LabVIEW не имеет русификации. Работа с ней требует некоторого минимального знания компьютерного английского языка, чтобы понимать меню, диалоги, контекстные подсказки и информационные материалы.

1.2.1. Виртуальные приборы в LabVIEW.

Программу LabVIEW принято называть Виртуальным прибором (ВП) /Virtual Instrument (VI), так как в измерительных системах она является программным аналогом измерительного прибора (реально существующего или специально созданного). На LabVIEW можно писать и другие программы, не связанные с экспериментом, например, для решения дифференциальных уравнений, интегрирования и т.д., но математические программы LabVIEW больше ориентированы на обработку потока экспериментальных данных, в том числе в режиме реального времени[10].

Файлы ВП имеют расширение vi. Каждый ВП состоит из двух неразделимых взаимосвязанных частей (см. рис. 1.4).

1. Лицевая Панель / Front Panel, является интерфейсом пользователя, т.е. содержит средства ввода с экрана монитора исходных данных и управления программой в ходе ее выполнения – Элементы управления/Controls, и средства вывода информации – Индикаторы /Indicators – цифровые и графические. Для удобства пользования виртуальным прибором в LabVIEW предусмотрен большой набор элементов управления, имитирующих привычные элементы управления реальных приборов – переключатели, тумблеры, сигнальные светодиоды, шкалы со стрелками и т.д. При желании лицевую панель ВП можно сделать в виде точной копии передней панели реального прибора – вольтметра, осциллографа, генератора сигналов и т.д[10].

2. Блок-схема /Block diagram в графической форме описывает алгоритм работы ВП. Эта часть содержит терминалы управления / индикации и функциональные узлы, входные и выходные поля которых соединяются между собой проводниками передачи данных (см. рис. 1.4).

Рис. 1.4. Интерфейсная и лицевая панель графического

программирования LabVIEW

LabVIEW имеет иерархическую структуру ВП. Созданный виртуальный прибор можно оформить в качестве подпрограммы (SubVI / СубВП), при этом он получает вид иконки с полями ввода/вывода. Количество уровней в иерархии не ограничено[4].

Иконки терминалов управления и индикации на блок-схеме являются «отражениями» соответствующих элементов управления и индикации лицевой панели. Терминалы – это порты ввода / вывода, осуществляющие обмен данными между лицевой панелью и блок-схемой. Цвет рамки терминала показывает тип данных, которые он принимает.

Узлы – это объекты на блок-схеме, имеющие одно или более полей ввода/вывода данных и выполняют алгоритмические операции. Они аналогичны операторам, функциям и подпрограммам текстовых языков программирования. Узлы подразделяются на встроенные функциональные узлы и ВП, которые входят в дистрибутив программного пакета LabVIEW, а также собственные СубВП пользователя, в том числе формульные структуры, содержащие текст программ на языках высокого уровня, например, С.

Данные между функциональными узлами передаются с помощью проводников и изображаются разноцветными линиями различной толщины.

Программирование в языке LabVIEW по большому счету сводится к размещению на рабочем поле иконок нужных узлов и ВП и соединению их полей входа / выхода проводниками данных. Все функциональные узлы и ВП, доступные LabVIEW, вызываются с помощью иерархической системы меню-палитр. Для вызова корневого меню Functions достаточно щелкнуть правой кнопкой мыши по любому пустому месту на поле Блок-схемы. Например, узлы Numeric, осуществляющие основные математические операции, находятся на палитре Functions >> Programming (см. рис. 1.5). Там же имеются терминалы ввода констант и основные математические константы (числа π, e и др.)[11].

Рис. 1.5. Узлы Numeric, осуществляющие основные математические операции.

Глава 2. Измерительный DAQ-модуль.

Система LabVIEW может работать с автономными измерительными приборами, которые имеют цифровой выход для сопряжения с компьютером. Связь компьютера с приборами может выполняться через специальную плату контроллера канала общего пользования (КОП или GPIB), или же через стандартный параллельный или последовательный порт компьютера. В основном для каждого современного измерительного прибора имеются специализированные программы-драйверы для подключения к LabVIEW. Кроме этого, для LabVIEW созданы многочисленные собственные измерительные устройства сбора данных, как внутренние, устанавливаемые в системный блок компьютера в шину PCI, так и внешние, подключаемые через шину USB. Устройства сбора данных называются DAQ-модулями (сокращение от Data AcQuisition – получение данных)[4].

2.1. Технические характеристики USB-6009

Устройство сбора данных (УСД) National Instruments USB-6009 (см. рис. 2.1)присоединяется к компьютеру с помощью интерфейса full-speed USB и содержит восемь каналов ввода аналоговых сигналов (AI), два канала генерации аналоговых сигналов (AO), 12 каналов цифрового ввода/вывода (DIO) и 32-разрядный счетчик.

Рис. 2.1. Измерительный модуль USB 6009

DAQ модуль; Клеммные колодки; Этикетки с обозначением сигналов; USB кабель.

Клеммные контакты 2 модуля рассчитаны на зажим проводов под винт. Для удобства пользования в данной задаче DAQ-модуль установлен внутри коммутационной коробки, и его аналоговые входы/выходы выведены от клеммных контактов на гнезда, расположенные на верхней панели коробки, куда при измерениях подключаются провода со стандартными штекерами (см. рис. 2.2)[7].

Рис. 2.2. Панель коммутационной коробки

Для программирования работы измерительных DAQ-модулей в системе LabVIEW имеется большой набор готовых ВП, выполняющих определенные группы операций по обслуживанию DAQ-модулей. Тем не менее, стандартные задания, не требующие расширенных возможностей, можно чрезвычайно просто запрограммировать с помощью экспресс-ВП DAQ Assistant (см. рис. 2.3).

Рис. 2.3. Диалог создания и настройки каналов. Измерение напряжения

Для проверки работы канала нажмем кнопку Test наверху окна. Поскольку выбранный вход ai2 пока никуда не подключен, на появившейся осциллограмме из 1000 точек будут видны лишь слабые шумы амплитудой 1-2 мВ вокруг нулевого среднего значения (см. рис. 2.4)[4].

Рис. 2.4. Окно Test. Видны шумы работающего канала

DAQ Assistant преобразуется в небольшую панель (см. рис. 2.5), которая используется далее в программе.

Рис. 2.5. Панель DAQ Assistant

На рис. 2.6 представлена итоговая блок-схема вольтметра.

Рис. 2.6. Вольтметр: блок-схема

Приведенные ниже характеристики устройства являются типичными при температуре окружающей среды 25 °C, если иное специально не оговаривается[7].

Аналоговый ввод

Тип преобразования ………………………………. Последовательные приближения

Количество аналоговых входов……………….. 8 в схеме с общим проводом,

4 в дифференциальной схеме,

настраивается программно

Разрешение

USB-6009 ……………………………………………… 14 бит в дифференциальной схеме,

13 бит в схеме с общим проводом

Максимальная частота дискретизации

Один канал

USB-6009 ……………………………………………….. 48 кГц

Несколько каналов (суммарная)

USB-6009 ……………………………………………….. 42 кГц

Объем FIFO буфера для операций

аналогового ввода………………………….. 512 байт

Временное разрешение ……………………………. 41.67 нс (частота тактового

генератора 24 МГц)

Погрешность синхронизации …………………… 100 ppm частоты дискретизации

Диапазон входных напряжений

В схеме с общим проводом……………………….. ±10 В

В дифференциальной схеме………………………. ±20 В, ±10 В, ±5 В, ±4 В,

±2.5 В, ±2 В, ±1.25 В, ±1 В

Рабочее напряжение …………………………………… ±10 В

Входной импеданс ………………………………………. 144 кОм

Защита от превышения напряжения …………….. до ±35 В

Тип триггера………………………………………………… Программный или

внешний цифровой

Собственные шумы

USB-6009, дифференциальная ……………………………….. 0.37 мВrms

USB-6009, с общим проводом ………………………………… 0.73 мВrms[7]

2
.2. Описание источника питания Spellman серии MNX.

Рис. 2.7. Источник питания Spellman серии MNX

Источник питания Spellman серии MNX (см. рис. 2.7) удовлетворяет современным требованиям по управлению рентгеновскими трубками достаточно широкого класса . Эти источники питания обеспечивают наиболее оптимальный режим для контроля и поддержки функций, необходимых практически для любых операций с рентгеновскими трубками.

Источники питания MNX обеспечивают высокие выходные напряжения и токи с очень малыми отклонениями, что обеспечивает более высокий уровень интенсивности без увеличения нагрузки рентгеновской трубки[8].

Источники серии MNX специально разработаны для рентгеновских трубок, использующих положительное напряжение и катод с потенциалом земли. На рис. 2.8 представлена схема подключения рентгеновской трубки к MNX.

Рис. 2.8. Схема подключения рентгеновской трубки к MNX.

2.2.1. MNX Спецификации

• Контроль выхода: Напряжение и ток с плавной регулировкой во всем диапазоне от нуля до максимального значения регулируются с помощью специального многооборотного потенциометра.

• Входное напряжение: 24В ±10%.

• Колебания выходного тока: 0,1% от максимального выходного напряжения.

• Нить накаливания: 3,5А, 5В.

• Стабильность: 0,05% за 8 часов после ½ часа прогрева.

Таблица 1.1.

MNX входной разъем питания

J2

Сигнал	Параметры
1.	+24В вход	+24В при 5A, max.
2.	24В возврат	Земля

Таблица 1.2.

MNX разъем нити накала

J3

Сигнал	Параметры
1.		0.3A—3.5A, 5В, max.
		Земля

Таблица 1.3.

Разъем аналогового интерфейса

J4

Сигнал	Параметры
1		Cигнал заземления
2	Контроль напряжения	0-10В соответствует полному диапазону высокого напряжения (0-50кВ)
3	Индикация токов высокого напряжения	0-10В соответствует полному диапазону высокого напряжения (0-50кВ)
4	Интерлок (блокировка)	Подключите 12V лампы до 15 pin для включения
5	+10В	+10В при 1мА, max.
6	Индикация тока накала	1В соответствует 1А
7	Управление высоким напряжением	0-10В соответствует полному диапазону высокого напряжения (0-50кВ)
8	Встроенное управление напряжение	0-10В, настройка с помощью отвертки
9	Установка максимального значения накала	1В соответствует 1А, настройка с помощью отвертки
10	Управление током высокого напряжения	0-10В соответствует полному диапазону высокого напряжения (0-50кВ)
11	Встроенное управление тока высокого напряжения	0-10В, настройка с помощью отвертки
12	Установка преднакала	1В соответствует 1А, настройка с помощью отвертки
13	Блокировка	Земля

На рис. 2.9 представлена схема управляющих портов MNX.

Рис. 2.9. Схема управляющих портов MNX.

Глава 3. Программа блока управления рентгеновской трубкой

Созданная в рамках дипломной работы программа позволяет управлять рентгеновскими трубками с заземлённым катодом, параметры питания которых удовлетворяют источникам MNX. Управление блоком MNX осуществляется посредством портов ввода-вывода платы USB 6009 как это схематически представлено на рис. 3.1 .

Рис. 3.1. Схема связи устройств контроля рентгеновской трубкой.

Программа делится на две части, соответствующие рабочему и тренировочному режимам.

3.1. Рабочий режим

Программа в рабочем режиме может выполнять следующие действия:

1. Плавный старт с заданного напряжения.

2. Плавное увеличение тока и напряжения до заданных значений.

3. Управление скоростью возрастания тока и напряжения должно задаваться в единицах мкА/мин и КВ/мин.

4. Плавный сброс тока и напряжения до нуля.

5. Интерлок при нарушении режима работы. Звуковой сигнал.

6. График изменения тока накала.

7. Журнал тока накала при рабочих напряжении и токе эмиссии.

8. Значения тока накала, тока эмиссии и напряжения в реальном режиме.

9. Полоса-индикатор мощности источника и температуры.

Блок MNX имеет мониторы величин тока накала, тока и напряжения высоковольтной цепи. Монитор выдаёт сигнал в диапазоне 1-10В и при работе установки плата USB 6009 была сопряжена с источником питание MNX при следующих соотношениях единиц для высоковольтной цепи:

Первая характеристика для напряжения, вторая для значения тока.

Установка может работать в диапазонах на прием в диапазоне 0±20В, а на подачу от 0 до +5В.

На рис. 3.2 приведена лицевая панель программы управления рентгеновской трубки в рабочем режиме. На следующем рисунке (см. рис. 3.3) приведена основная часть, которая позволяет считать значение поступающие на плату с MNX. На рис. 3.4 показан код при котором с платы поступает сигнал на MNX.

Рис. 3.2. Лицевая панель программы «Рабочий режим»

Рис. 3.3. Код входных значений в плату USB 6009

Рис. 3.4. Код входных значений в плату USB 6009

3.2. Режим тренировки

Программа предусматривает возможность тренировки трубки в автоматическом режиме, при этом задаются основные параметры тренировки — три точки управления тренировкой U/I/T.

В разработанной программе мы можем задавать значения напряжения и тока для тестирования и прогрева рентгеновской трубки, что необходимо для новых и длительное время не эксплуатировавшихся трубок. Программа разбита на 3 этапа, начало каждого этапа начинается с конечного значения параметров эмиссии предыдущего, из-за этого не происходит скачков по току и напряжению. Задается три величины на каждом этапе, это время, ток и напряжение. Напряжение растет постепенно с течением времени, что отображается на трех графиках. При начале работы каждого этапа загорается индикатор (лампочка), при окончании работы этапа индикатор перестает работать. Предполагаемые значения работы на этапах:

1.первый этап: напряжение 1 kV, ток 0 mA;

2.второй этап: напряжение 5 kV, ток 5 mA;

3.третий этап: напряжение 10 kV, ток 20 mA.

На рис. 3.5 показана лицевая часть программы во время работы в трех режимах, как видно из рис. 3.5 работает третий этап.

Рис. 3.5. Лицевая часть программы «режим тренировки»

Код одного этапа представлен на рис. 3.6, все этапы практически выглядит одинаково, но они выполняется последовательно, за счет цикла «Stacked Sequence Structure». Этот цикл представляет собой «киноленту», что позволяет выполнять программу кадр за кадром.

Рис. 3.6. Код одного этапа программы «Режим тренировки»

Заключение

Согласно поставленным целям дипломной работы создана программа управления рентгеновскими трубками посредством источников питания Spellman MNX и платы National Instruments USB 6009. Программа создана на основе графического языка программирования LabVIEW и предусматривает два режима работы – тренировочный и рабочий. Основные параметры работы рентгеновских трубок выводятся на компьютер.

Созданная программа позволяет контролировать параметры работы рентгеновской трубки и автоматически устанавливать её режимы работы. Основная ценность работы состоит в возможности автоматического режима тренировки рентгеновских трубок, что существенно увеличивает их время эксплуатации.

Список использованной литературы

1) Батоврин В., Бессонов А., Мошкин В. LabVIEW: практикум по основам измерительных технологий. — М.: ДМК Пресс, 2005. — 208 с.

2) Бутырин П.А., Васьковская Т.А., Каратаева В.В., Материкин С.В. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7. — М.: ДМК Пресс, 2005. – 264 с.

3) Дмоховский В. В. Основы рентгенотехники. — М.: Медгиз, 1960. — 351 с.

4) Кехтарнаваз Н., Ким Н. Цифровая обработка сигналов на системном уровне с использованием LabVIEW. – М.: Додэка-XXI, 2007. – 288 с.

5) Митин И.В., Русаков В.С. Анализ и обработка экспериментальных данных. — М.: Физич.ф-т. МГУ, 2002. – 44 с.

6) Раков В.И. О структурном контроле технических средств управления // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2005. – № 12 – с. 40-47.

7) Руководство пользователя и технические характеристики USB-6008/6009.

8) Руководство пользователя и технические характеристики источника питания Spellman MNX.

9) Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т. 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – 2-е изд., стер. – М.: «Наука», 1968. — с.214-216.

10) Суранов А.Я. LabVIEW 7: справочник по функциям. — М.: ДМК Пресс, 2005. – 512 с.

11) Тревис Дж. LabVIEW для всех / пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, 2004. – 544 с.

12) Трофимова Т.И. Курс физики. 6-е изд., стер. – М.: «Высшая школа», 1999. – с.423-426.

13) Физическая энциклопедия. Том 4. /Главный редактор А. М. Прохоров/ М.: Советская энциклопедия,  1988. – 677 с.

14) Хараджа Ф.Н. Общий курс рентгенотехники. Учебное пособие. – М .: Энергия, 1966. — 567 с.

15) Шмелев В. К. Рентгеновские аппараты. М.: Энергия, 1973. — 472 с.

16) Kerridge. B. Sharpen x—ray ima ges. Test and Measurement Europe. Jan 2002.