CN107068523B - 用于确定电极间隔的方法和测量设备以及x射线管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于确定X射线管的电极间隔的方法和测量设备以及具有可变的电极间隔的X射线管。本发明说明用于确定X射线管（1）的阴极（4）和阳极（3）之间的电极间隔（
）的方法。所述方法具有以下步骤：自动地确定串联振荡回路的谐振频率（
），所述串联振荡回路由X射线管（1）的串联漏电感（
）以及在阳极（3）和阴极（4）之间的耦合电容（
）构成；由谐振频率（
）确定耦合电容（），以及由耦合电容（
）确定电极间隔（
）。所属的测量设备和所属的计算机程序产品和计算机可读介质同样被说明。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定在X射线管的阴极和阳极之间的电极间隔的方法和测量设备以及用于执行所述方法的计算机程序产品和计算机可读存储介质。本发明也涉及具有可变电极间隔的X射线管。
背景技术
典型地利用X射线管以韧致辐射（Bremsstrahlung）的形式产生X射线辐射，所述韧致辐射在吸收高能电子时在阳极中形成。为此，电子在真空中由阴极产生，并且借助于高电压朝阳极的方向被加速。电子束被聚焦在阳极上。电子在阳极中通过阳极材料被减速（abbremsen），因此典型地具有高原子序数的材料被用作阳极材料。具有高原子序数的材料或者元素引起电子的足够强的减速。在减速时出现作为韧致辐射产生的X射线辐射，所述X射线辐射被使用用于研究目的。
通过阳极表面的特性和定向以及通过电子束在撞击到阳极上时的方向和焦斑轮廓确定所产生的X射线的方向和外形（Gestalt）。为了在期望的方向上产生成束的和密集的X射线，电子束因此被聚焦并且被对准阳极表面的确定的部位。通常在现代的X射线管中使用盘状阳极，所述盘状阳围绕其轴旋转。由此，在固定的电子束情况下，焦斑（焦点（Fokus））的地点不断地在阳极盘上变动，由此局部的温度负荷比在立式阳极的情况下小。
在制造X射线管时，在对X射线管的各个部分进行装配、钎焊（verlöten）或焊接（verchweißen）之前，借助于机械测量仪器并且在使用电极上的参考支点（Referenzauflagepunkten）的情况下来设定阴极和阳极之间的间隔、即电极间隔。由于不可避免的部件公差和测量仪器公差，电极间隔遭受样本方差（Exemplarstreuung）。
电极间隔决定性地影响X射线管的聚焦和透射（Durchgriff）。例如过大的电极间隔导致差的透射以及焦斑太窄以及太长（在焦斑的宽度乘长度定义的情况下）。X射线管的所指定的功率特征的尽可能小的样本方差可以通过所生产的样本的总数来确保。这当前仅利用非常成本密集的措施是可能的。
在生产X射线管时，在将各个管部分进行装配、钎焊或焊接之前，专利申请人借助于机械精密测量仪器并且在使用参考支点的情况下设定电极间隔。对在制造过程之后得出的电极间隔进行校正在事后是不可能的。必须针对每种新的X射线管类型对精密测量仪器和工具重新进行设计、置办、验证和保养。
发明内容
本发明的任务是说明以简单和精确的方式确定电极间隔的方法和测量设备。本发明的另一任务在于说明X射线管，其中这样确定的电极间隔可以在与额定值有偏差的情况下被校正。
按照本发明，所提出的任务利用独立专利权利要求的用于确定电极间隔的方法和测量设备、X射线管、计算机程序产品和计算机可读介质解决。在从属权利要求中说明有利的改进方案。
按照本发明，由频率激励式X射线管的谐振频率确定X射线管的电极间隔。按照本发明，X射线管装备有用于阴极悬挂装置的可移动的保持装置，其中在对X射线管进行钎焊之后，可以从X射线管之外移动所述悬挂装置，由此电极间隔改变。
本发明要求保护用于确定X射线管的阴极和阳极之间的电极间隔的方法，所述方法具有以下步骤：
- 自动地确定串联振荡回路的谐振频率，所述串联振荡回路由X射线管的串联漏电感以及在阳极和阴极之间的耦合电容构成；
- 由谐振频率确定耦合电容，和
- 由耦合电容确定电极间隔。
本发明提供以下优点，即在无机械精密测量仪器的情况下，可以简单地和非常准确地测量电极间隔。
在一种改进方案中，利用方程式
来计算耦合电容，其中
是耦合电容，
是串联漏电感并且是谐振频率。
在另一种扩展方案中，利用方程式
计算电极间隔，其中
是电极间隔，是真空的介电常数，
是阳极和阴极之间的介质的介电常数，并且是通过阳极和阴极构成的平板电容器的面积。
本发明也要求保护计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，其中所述计算机程序可被加载到测量设备的存储设备中，其中当在测量设备上实施计算机程序时，利用所述计算机程序实施按照本发明的方法的步骤。
此外，本发明要求保护计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有计算机程序，其中所述计算机程序可被加载到测量设备的存储设备中，其中当在测量设备上实施计算机程序时，利用所述计算机程序实施按照本发明的方法的步骤。
本发明也要求保护用于确定X射线管的阴极和阳极之间的电极间隔的测量设备，其中测量设备被构造和编程用于：
- 确定串联振荡回路的谐振频率，所述串联振荡回路由X射线管的串联漏电感以及在阳极和阴极之间的耦合电容构成，
- 由谐振频率确定耦合电容，和
- 由耦合电容确定电极间隔。
本发明也要求保护具有管壳（Röhrenhülle）的X射线管，阳极和阴极布置在所述管壳中，其中阴极布置在悬挂装置中。悬挂装置在管壳中可移动地安置，使得阳极和阴极之间的电极间隔可从管壳之外被改变。
本发明提供以下优点，即校正或者调节在制造过程之后得出的电极间隔。取消对具有在规格之外的结果的样本的作废或者报废。
在一种改进方案中，X射线管具有机械上柔性的波纹管式（balgartig）保持装置，其中悬挂装置利用所述保持装置安置在管壳中。
在另一实施方式中，保持装置可以是环状的并且包围悬挂装置。
在另一实施方式中，悬挂装置具有圆柱形法兰，所述圆柱形法兰由保持装置包围。
另外，保持装置可以具有折叠式金属板，所述金属板构成波纹管式保持装置的褶皱。
附图说明
本发明的其他特点和优点根据示意性附图从多个实施例的随后阐述中变得清楚。
图1示出X射线管的等效电路图，
图2示出用于确定谐振频率的测量装置，
图3示出X射线管的频率变化过程的图表，
图4示出X射线管的样本方差的表格，和
图5示出X射线管的横截面。
具体实施方式
图1示出X射线管1的等效电路图。X射线管1的电极、即阴极和阳极可以在电气方面被看作平板电容器的板。随着板彼此间的间隔增加，板之间的电容减小，随着间隔降低，电容升高。以下方程式适用：
其中
是电极间隔，是真空的介电常数，
是阳极和阴极之间的介质的介电常数，并且是由阳极和阴极构成的平板电容器的面积。
与X射线管的分散参数、即串联漏电感
和并联电阻
一起可以将X射线管1在电气方面看作串联振荡回路。漏电感
的典型值为0.2μH，并联电阻
的典型值为大约2GOhm。
在并联电阻
和串联漏电感
的分散值（Streuwerte）在X射线管1的制造批次上可忽略地小地改变的前提条件下，可以借助于谐振曲线测量确定在阴极和阳极之间的耦合电容
。以下方程式适用：
其中
是耦合电容，
是串联漏电感并且
是振荡回路的谐振频率。
图2示出用于确定串联振荡回路的谐振频率
的测量装置。为此，利用测量设备2的HF源经由串联电阻
激励振荡回路。串联电阻优选地具有20 Ohm的值，以便在谐振情况下足够地使振荡的振幅衰减。例如利用测量设备2的示波器、频谱分析仪或网络分析仪确定谐振频率
。借助于测量设备2的计算机程序，自动地和程序控制地尤其在使用方程式（1）和（2）的情况下进行确定。
在X射线管1的阴极处进行用于确定谐振频率
的电压量取。耦合电容
的面积
通过谐振频率
的参考测量由已知的电极间隔
按照方程式（1）和（2）来确定。
在图3中示出了利用根据图2的测量装置和测量设备2的谐振曲线确定的图表。在图表的上面片段中，在x方向上绘出以MHz为单位的激励频率f并且在y方向上绘出以V为单位的振幅U。在图表的下面片段中，在x方向上绘出以MHz为单位的激励频率f并且在y方向上绘出以度为单位的相位
。在用于典型X射线管1的5.863 pF耦合电容
处出现147.067MHz的谐振频率
。
在图4中表格式地为典型X射线管1示出了在以pF为单位的耦合电容
、以MHz为单位的谐振频率以及以MHz/pF为单位的灵敏度E之间的关系。可以看出：在对X射线管1进行钎焊之后并且在封闭和抽真空之前可以在测量技术上确定电极间隔
。从而，与现有技术相反，可以尚在构建和测量具有高电压的X射线管1之前评估电极间隔d。由此，误差拖延（Fehlerverschleppung）可以明显地被减小。
如果应该在对X射线管1进行钎焊之后确定电极间隔
的可测量的偏差，那么可以按照本发明重新调节阴极4的悬挂装置5。因为阴极4以不对称的方式被构建，所以阴极载体板的倾斜（Verkippungen）也可被测量和校正。
图5示出X射线管1的横截面。可以看到在管壳7中的阳极3和阴极4。阴极4被固定在悬挂装置5中。悬挂装置5的、与阴极4相对置的端部构成圆柱形法兰8，所述圆柱形法兰8被环状保持装置6包围。保持装置6负责在管壳7中柔性的但稳定的支持。
保持装置6例如被实施为由金属板组成的折叠波纹管（Faltenbalg）。由此，悬挂装置5并且从而阴极4可以如由箭头9所表明的那样在空间中受限地被移动，由此电极间隔
可以以机械方式被改变。借助于用于确定电极间隔
的上面描述的测量方法以及可从X射线管1之外以机械方式调整的阴极4，可以将电极间隔
设定成期望的额定值。
保持装置6必须是稳定的，使得即使在计算机断层摄影装置中旋转时，阴极4的位置也不改变。同样使得能够从X射线管1之外受控制地移动悬挂装置5（诸如利用定位螺钉）的其他设计同样落入本发明的保护范围中。
虽然通过实施例详细地进一步阐明和描述了本发明，但是本发明不通过所公开的示例限制，并且可以由技术人员从中导出其他变型方案，而不偏离本发明的保护范围。
附图标记列表
1 X射线管
2 测量设备
3 阳极
4 阴极
5 悬挂装置
6 保持装置
7 管壳
8 法兰
9 移动方向
E 灵敏度
f 频率
谐振频率
U 振幅
Claims (5)
1.用于确定X射线管（1）的阴极（4）和阳极（3）之间的电极间隔
的方法，其特征在于：
- 自动地确定串联振荡回路的谐振频率
，所述串联振荡回路由所述X射线管（1）的串联漏电感以及在所述阳极（3）和所述阴极（4）之间的耦合电容
构成；
- 由所述谐振频率
确定所述耦合电容
和
- 由所述耦合电容
确定所述电极间隔
。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，利用方程式
计算所述耦合电容
，其中
是所述耦合电容，
是所述串联漏电感，并且
是所述谐振频率。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，利用方程式
计算所述电极间隔
，其中是所述电极间隔，
是真空的介电常数，是所述阳极（3）和所述阴极（4）之间的介质的介电常数，并且
是由所述阳极（3）和所述阴极（4）构成的平板电容器的面积。
4.计算机可读介质，计算机程序被存储在所述计算机可读介质上，其中所述计算机程序能够被加载到测量设备（2）的存储设备中，其中当在所述测量设备（2）上实施所述计算机程序时，利用所述计算机程序实施按照权利要求1至3之一所述的方法的步骤。
5.用于确定X射线管（1）的阴极（4）和阳极（3）之间的电极间隔
的测量设备（2），所述测量设备被构造和编程用于：
- 确定串联振荡回路的谐振频率
，所述串联振荡回路由所述X射线管（1）的串联漏电感
以及在所述阳极（3）和所述阴极（4）之间的耦合电容
构成，
- 由所述谐振频率
确定所述耦合电容
，和
- 由所述耦合电容
确定所述电极间隔
。
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