本文關鍵詞：微型X射線管電源系統(tǒng)的研制

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【摘要】：利用元素特征X射線而研制的便攜式X射線元素分析儀器在海洋勘探、地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、開礦等元素快速分析領域得到了廣泛應用。作為便攜式X射線元素分析儀的關鍵部件,微型X射線管有著極其重要的實際用途與市場前景。然而,目前國內(nèi)并未掌握微型X射線管核心的技術,所用的商品化微型X射線管絕大多數(shù)都是從國外進口。電源系統(tǒng)作為微型X射線管的核心部分,在X射線被發(fā)現(xiàn)的一年之后,由倫琴科研團隊所研發(fā)出來。最初,X射線電源系統(tǒng)使用的是工頻逆變。隨著電子技術的進步,出現(xiàn)了中頻逆變電路。隨著技術的進一步發(fā)展,20世紀90年代后X射線電源系統(tǒng)的工作頻率又從中頻提升到了高頻,高頻電源系統(tǒng)的出現(xiàn)對X射線設備發(fā)展具有重大的意義,它降低了電路對輸出濾波電容的要求,而且輸出的紋波電壓更小,不僅提高了電源系統(tǒng)的效率,還減小了體積、降低了重量。所以,自從高頻逆變開始被應用于X射線管電源系統(tǒng),它便一直是X射線發(fā)生設備中高壓直流電源的主流逆變技術。目前,國內(nèi)所研制的X射線管電源系統(tǒng)主要面向醫(yī)學與工業(yè)等領域,此類X射線管電源普遍有體積較大、效率不高、功耗較大的缺點,并不適用于便攜式熒光分析。應用于便攜式熒光分析儀的微型X射線管對功耗、體積、效率有著更為苛刻的要求。本文所研制的電源系統(tǒng)即適用于微型X射線管的特殊電源系統(tǒng)。首先,通過對比不同電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點,選擇了合適的電路結(jié)構(gòu),以適應微型X射線管電源系統(tǒng)的技術指標要求。然后,對電源系統(tǒng)電磁干擾的抑制方法與封裝工藝進行了研究,對研制的電源系統(tǒng)的各項性能指標進行了測試。本研究來源于863計劃“資源環(huán)境技術領域”課題“高精度射線探測儀器研發(fā)”(課題編號:2012AA061803)。針對便攜熒光分析所需要的微型X射線管電源系統(tǒng)進行了電路設計與實驗,論文的主要研究成果為:1、針對微型X射線管對高壓直流電源的要求,設計并研制了一種新型高壓直流電源。選擇了自激振蕩、體積小、沒有開關噪聲的羅耶諧振電路作為高壓直流電源的逆變電路,并進行了電路參數(shù)具體的分析設計。同時,為了提高電路的效率,采用了芯片UCC2973對諧振電流進行調(diào)制。電路后續(xù)升壓部分設計了高頻變壓器和倍壓整流電路兩級升壓。穩(wěn)壓方式采取的是取樣反饋閉環(huán)控制。將高壓直流電源的實際電路制成后,對其真空灌封,然后進行性能參數(shù)測試。測得高壓直流電源輸出紋波系數(shù)低于0.3%、電源電壓的穩(wěn)定度優(yōu)于0.10%/10h,滿足微型X射線管的要求。2、根據(jù)微型X射線管對于燈絲電源技術指標的要求,設計了基于高頻電磁場耦合方式的燈絲電源。采用低壓直流供電,適合野外應用,更容易實現(xiàn)燈絲電流的精確控制。采用了高頻推挽方式和電磁場耦合能量,不僅提高了能量傳輸?shù)男?同時減小整個系統(tǒng)的體積和重量以利于便攜式工作。將燈絲電源接上1.5?的功率電阻進行功耗測試,測得輸入功率為11W,效率超過80%,符合燈絲電源的功耗指標要求。3、闡述了在研制電源系統(tǒng)實物電路的過程中所需要注意的工藝與可靠性設計,其中涉及了電源系統(tǒng)的布局與電路走線、電磁干擾的抑制、高壓元器件的選取、各種保護電路與高壓系統(tǒng)的絕緣措施。4、將高壓直流電源與燈絲電源加在微型X射線管上,真空灌封后對其進行聯(lián)合調(diào)試。實驗結(jié)果表明,本文所設計的微型X射線管電源系統(tǒng)能夠激發(fā)X射線源發(fā)出較為穩(wěn)定的X射線,達到了預期的效果,滿足便攜式熒光分析的需求。
【關鍵詞】：微型X射線管 電源系統(tǒng) 羅耶諧振 高頻推挽
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN86;TN14
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-15
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 X射線管電源系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 微型X射線管的工作原理15-18
• 2.1 X射線的產(chǎn)生15
• 2.2 微型X射線管的工作原理15-16
• 2.3 電源性能對X射線的影響16-18
• 第3章 微型X射線管電源系統(tǒng)設計18-38
• 3.1 微型X射線管電源系統(tǒng)的總體設計18-19
• 3.1.1 微型X射線管電源系統(tǒng)的技術指標要求18
• 3.1.2 電源系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計與工作原理闡述18-19
• 3.2 高壓直流電源的分析與設計19-32
• 3.2.1 現(xiàn)有逆變電路的拓撲結(jié)構(gòu)分析19-22
• 3.2.2 核心諧振電路結(jié)構(gòu)與設計22-26
• 3.2.3 高頻變壓器的設計26-27
• 3.2.4 倍壓整流電路的設計27-31
• 3.2.5 反饋穩(wěn)壓電路的設計31-32
• 3.3 燈絲電源的分析設計32-36
• 3.3.1 燈絲電源整體結(jié)構(gòu)的設計32-33
• 3.3.2 核心激勵電路結(jié)構(gòu)與設計33-34
• 3.3.3 電磁場耦合能量的設計34-35
• 3.3.4 燈絲電源閉環(huán)反饋電路的設計35-36
• 3.4 輔助電源設計36-38
• 第4章 電源系統(tǒng)的封裝與可靠性設計38-45
• 4.1 系統(tǒng)降噪設計38-39
• 4.1.1 電路布局與走線38
• 4.1.2 電磁輻射干擾的抑制38-39
• 4.2 高壓電路關鍵元器件選型39
• 4.3 保護電路的設計39-41
• 4.4 高壓系統(tǒng)的絕緣設計41-45
• 4.4.1 空氣放電的形式41-42
• 4.4.2 印制電路板絕緣設計要點42
• 4.4.3 真空灌封材料的選擇42-43
• 4.4.4 真空灌封步驟及注意事項43-45
• 第5章 電源系統(tǒng)功能參數(shù)測試45-51
• 5.1 高壓直流電源參數(shù)測試45-48
• 5.1.1 核心諧振電路結(jié)構(gòu)波形45-46
• 5.1.2 紋波的測量46
• 5.1.3 電壓輸出穩(wěn)定度的測量46-47
• 5.1.4 溫度特性測試47-48
• 5.2 燈絲電源控制器實測波形48-49
• 5.2.1 PWM發(fā)生電路實測波形48
• 5.2.2 推挽電路實測波形48-49
• 5.2.3 燈絲電源效率測試49
• 5.3 電源系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試49-51
• 結(jié)論51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-57
• 攻讀學位期間取得學術成果57

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉修泉;曾昭瑞;黃平;;高頻變壓器的設計與實驗研究[J];變壓器;2009年03期

2 曾國強;葛良全;賴萬昌;;手持式輻射儀高壓直流電源的設計[J];電測與儀表;2008年06期

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本文編號：765471