黃 平 ， 龔 嵐 ， 劉志宏

（1.中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021；2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059）

0 引言

X光機廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究等領(lǐng)域，如工業(yè)探傷、物質(zhì)測厚、原子和分子結(jié)構(gòu)等。在醫(yī)學(xué)上，X射線技術(shù)已成為對疾病進行放射診斷和放射治療的專門學(xué)科，在醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)中占有重要地位[1-2]。

由于X光機在各領(lǐng)域的廣泛使用，涉及產(chǎn)品質(zhì)量控制、公共人身安全等方面，對X光機重要物理參數(shù)的檢測變得尤為重要。X光機管電流參數(shù)在X光機質(zhì)量控制中越發(fā)重要[3-5]，傳統(tǒng)介入式X光機管電流測量前需將電路切斷，停機后才能將電流表接入，這樣操作不便、數(shù)據(jù)量少，故該文介紹了一種基于非介入式X光機管電流實時測量方法。

1 測量原理簡介

電流是電荷的流動。電流的標準單位是安培（A），它等于每秒內(nèi)一庫侖電荷的流量[6]。測量電流的方法一般分成直接式和非直接式兩種。直接式一般通過電阻進行，根據(jù)歐姆定律電流的大小和電壓成正比，因此可以通過測量一個小電阻的電壓差得到所經(jīng)過電流的大??；非直接式測量一般通過監(jiān)控電流產(chǎn)生的磁場得到，由于電流周圍本身會產(chǎn)生磁場，電流的大小和磁場成正比，因此可以通過測量磁場的大小得到經(jīng)過電流的大小。直接式用于測量相對較小的電流以及電壓不高的情況，非直接式不帶有任何導(dǎo)電關(guān)系，因此可用于測量相對較大的電流以及相對較高的電壓[7]。

在X光機管電壓固定且不考慮距離的情況下，X射線強度用管電流與時間的乘積（mAs）來表示[8]。在檢測過程中，準確測量mAs參數(shù)對X光機質(zhì)量控制尤為重要。

非介入管電流測量是利用電流互感器和電流表組合而成，穿過鐵心的被測電路導(dǎo)線為電流I1互感器的一次線圈，通過電流便在二次線圈中感應(yīng)出電流I2，兩者關(guān)系如下式所示。

式中：N1，N2——一次線圈和二次線圈的匝數(shù)。

目前，一種更現(xiàn)代的電流測量方法是使用一個運算放大器來放大感測電阻所產(chǎn)生的電壓降，常常將其輸出接到一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）上。該方法的第1步就是選擇感測電阻的阻值，并設(shè)定放大器的增益[9]。

為提高X光機管電流質(zhì)量控制的檢測水平，傳統(tǒng)電流表已不能滿足測量要求，為此設(shè)計驗證了基于實時采樣技術(shù)的非介入管電流測量方法。

2 測量裝置

非介入實時管電流測量是利用高速ADC對電流互感應(yīng)信號進行采樣操作，并對采樣波形數(shù)據(jù)進行分析計算的方法。測量裝置如圖1所示。

電流互感信號經(jīng)過I-U轉(zhuǎn)換后，信號采集部分對其實時采樣并將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端進行數(shù)據(jù)分析處理。為了對管電流測量系統(tǒng)進行測試與刻度，設(shè)計了一套簡易電流源測試裝置（如圖2所示），利用經(jīng)典公式（I=U/R），采用穩(wěn)壓電源和高精度大功率電阻組成，利用不同阻值的標準電阻，可提供不同的標準電流值。

圖1 管電流測量裝置示意圖

圖2 電流源測試裝置示意圖

由于功耗損失或周圍環(huán)境溫度改變引起的分路電阻發(fā)熱導(dǎo)致的阻值變化，從而影響測量準確度。因此選取的電阻應(yīng)有良好的溫度系數(shù)。

3 數(shù)據(jù)分析

當(dāng)X光機管電流測量裝置建立完成后，通過PC機軟件對管電流裝置進行系統(tǒng)測試。

3.1 電流源測試

重復(fù)性沿用公式

計算所得，測試結(jié)果如表1所示。

3.2 X光機管電流測試

當(dāng)利用標準電流源測量刻度后，可對X光機管電流進行實測驗證，測試結(jié)果如表2、表3所示。

圖3 為 100ms，標準電流為 100，120，250mA 條件下的實測波形，圖4為系統(tǒng)線性測試。在圖5測試結(jié)果中，對相同管電壓和曝光時間，不同管電流進行測試，測試相對誤差在2%內(nèi)，滿足測量要求。在表3中對相同管電流和曝光時間，不同管電壓進行測試，從測試曲線圖6得知，隨著管電壓的升高，管電流也會隨之升高，在管電流測量過程中，管電壓范圍宜選在100kV下進行。

表1 標準電流源測量

表2 相同管電壓、曝光時間，不同管電流測試結(jié)果

表3 相同管電流、曝光時間，不同管電壓測試結(jié)果

圖3 不同標準電流值實時波形顯示

圖4 系統(tǒng)線性測試

圖5 X光機管電流測量相對誤差

圖6 管電壓與管電流關(guān)系圖

4 結(jié)束語

管電流的大小直接影響著攝片時膠片的感光量，必須對長時間使用的醫(yī)用X光機管電流進行重新檢測與調(diào)整后，才能繼續(xù)安全使用。

隨著X光機的廣泛使用，其與人們的生活密切相關(guān)，為了使它安全、可靠地服務(wù)大眾，質(zhì)量檢測能力變得越發(fā)重要。由于介入測試在檢測中帶來的操作不便、人工輻射增加等因素影響，同時得益于傳感器技術(shù)和測量方法理論的不斷突破，故在管電流非介入測量原理的基礎(chǔ)上，建立了一套X光機管電流實時測試系統(tǒng)，主要包括電流標準源信號和信號采集與分析系統(tǒng)，設(shè)計驗證了基于X光機管電流的非介入式測量方法，進一步驗證X光機管電流實時測量的檢測能力。

[1]介入放射學(xué)的概念、范疇與發(fā)展[DB/OL].[2010-11-28].http：//www.maiteli.com/Article.

[2]楊瑞瑛.同步輻射在生物大分子結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代儀器，2004（6）：5-9.

[3]楊建.基于非介入式X射線管電壓測量的研究[J].中國測試技術(shù)，2008，34（5）：110-112.

[4]楊勇.醫(yī)用診斷X射線劑量探測技術(shù)概述[J].中國測試技術(shù)，2005，31（4）：94-96.

[5]鄭永明.X射線探傷機檢定裝置的研制[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2009，29（4）：917-920.

[6]常規(guī)測量指南[DB/OL].[2010-11-09].http：//zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/7161.

[7]電流測量的原理和產(chǎn)品[DB/OL].[2010-11-30].http：//tech.ddvip.com 2008/08/121826779652390.html.

[8]K.K.阿格林采夫.致電離輻射劑量學(xué)[M].潘自強，譯.北京：科學(xué)出版社，1963.

[9]Don Tuite.采取正確方法和步驟獲得精確的電流測量結(jié)果[DB/OL].[2010-11-09].http://www.ed-china.com/ART_8800011166_400008_500015_TS_c4ae8299.HTM.