Brevet FR2012246A1 — publié le 19700313

-1- 2012246 La présente invention a trait à un dispositif stabilisateur ou régulateur de courant efficace et, plus particulièrement, à un régulateur de courant efficace qui commande le courant d'anode d'un tube générateur à rayons X. 5 Les appareils connus de commande du courant d'anode d'un tube à rayons X et les procédés correspondants sont relativement coûteux et ont une réponse lente. Un régulateur de ligne à tension constante avec des résistances de cliarge de filament constitue un circuit lourd, à couplage par transformateur et engen-10 drant de la chaleur, qui demande une forte consommation de puissance pour commander convenablement le courant d'anode. D'autres dispositifs connus ont line réponse lente parce qu'il leur faut du temps pour chauffer et refroidir le filament, et ils ne fournissent pas une commande graduelle permettant d'a-15 jouter à la sortie un courant, ce qui est utile dans certaines applications des tubes à rayons X. La présente invention se propose donc de fournir : 1.» Un régulateur de courant efficace ayant une réponse plus rapide que celle des régulateurs connus. 20 2.- Un régulateur de courant efficace fournissant une com mande graduelle en augmentant ou diminuant le signal de sortie, comme cela peut être demandé pour d'autres raisons que la stabilisation de la ligne de puissance. 3.- Un régulateur de courant efficace moins coûteux, plus 25 compact et plus léger que les régulateurs connus. Pour commander la quantité de rayons X produite, la puissance du filament d'un tube générateur à rayons X doit être commandée. Le courant d'anode du tube est déterminée par l'émission du filament limitée par sa température. 30 La présente invention répond aux buts indiqués ci-dessus en prévoyant un dispositif de détection du courant instantané du filament d'un tube à rayons X et en détectant la moyenne du carré de ce courant instantané, puis en l'ajoutant à d'autres paramètres de référence de façon à stabiliser la puissance du 35 filament mieux que dans les appareils connus. Quand on le désire, on peut choisir une concentration fine ou grossière à l'intérieur du tube en fonction de la demande du système, en stabilisant le courant efficace de l'un ou l'autre 69 22527 -2- 2012246 de deux filaments placés à l'intérieur du même tube à rayons X. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre de modes de réalisation préférés donnés à titre d'exemple, et aux dessins annexés, sur lesquels : 5 - la figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 2 est une représentation graph.ique.de signaux se produisant en des points choisis du mode de réalisation de la figure 1 ; 10 - la figure 3 est une représentation graphique de courbes de fonctionnement caractéristiques utilisées dans la commande de l'émission de rayons X d'un tube à rayons X ; - la figure 4 est un schéma d'une autre forme de réalisation de l'invention, et 15 - la figure 5 est un schéma d'un circuit utilisable dans l'un ou l'autre des modes de réalisation des figures 1 et 4. Le courant d'anode d'un tube à rayons X est déterminé par l'émission du filament limitée par sa température. 'Pour commander donc la quantité de rayons X produite, la puissance du fi-20 lament du tube doit être stabilisée. Le régulateur doit maintenir une température correcte du filament même avec des variations de tensions de ligne et d'anode. Une température de départ est déterminée de façon à réduire le temps nécessaire pour amener la température du filament à la valeur cherchée au début 25 du signal de commande d'entrée. Un circuit de réaction est en outre prévu pour corriger la température du filament si le courant d'anode instantané diffère du courant d'anode désiré. Ce régulateur fournit ces fonctions pour une tâche fine ou grossière à l'intérieur du tube. 30 Sur la figure 1, le courant provenant d'une ligne de puis sance 2 est commandé par un commutateur à semi-con ducteur 4 connecté en série avec un transformateur de courant 6 et un transformateur 8 d'isolement du filament d'un tube à rayons X 10, de façon à commander l'émission de rayons X de ce 35 tube. Dans ce mode de réalisation, seul un filament 12 est commandé. Le courant dans l'anode 14 est déterminé par l'émission limitée par sa température du filament 12. La puissance du filament du tube 10 est stabilisée de façon à commander la quan- BAD OFHGWÉt* -3- 2012246 • tité de rayons 2 produite. "' On comprendra que le commutateur 4 peut'être de tout type : engendrant un coursait déterminé par une plia se où un angle d'excitation,- par exemple un commutateur bidirectionnel à semicon-5 ducteur, tel qu'un TEIAO ou un unique redresseur commandé à semiconducteur, ou deux redresseurs commandés orientés en sens opposés et connectés en parallèle. Gomme la puissance instantanée fournie au filament 12 2. ~ transportant un courant instantané i vaut i fois" la résistan-10 •• ce du filament 12, il est évident que la puissance moyenne dé- . p livrée est égale à la valeur moyenne de i multipliée par la • résistance. Le courant efficace est la racine carrée de la moyenne du carré du courant i. Ainsi, la puissance moyenne est atxësi.égale au carré du.courant efficace*"multiplié par la ré-;15 sistance du .filaient .12. Comme,c1est le courant'efficace 'qui &é-: ?. - r ' teriaitie cette puissance moyenne transmise au "filament 12 et • pâr-suite sa température, le dispositif "selon l'invention sta-^bilise.le courant efficace. . - ■ Plus, particulièrement, le courant'du filament est détecté 20 par' le transformateur de courant 6 et*"transmis à un redresseur - f" : "ën;rppiït; 20...Un signal, redressé B est élevé au carré par l'am-A : ' "* pïîCficateur 30 et moyenné par l'intégrateur'40. ' Les, signaux résultants sont représentés sûr la figure 2. - -/; ^ v"0n voit-que la moyenne D du signal êïevé au" carré C est 25 ' directement en relation avec le carre du courant efficace dans ., ; 5 ^e^filament 12. . „. . - " signal, moyen D est comparé à un signal de référence flans un circuit renfermant un amplificateur d'addition 50, un >: " ^détecteur de. niveau 60, un générateur" èiî dents dé' soie synchro- 30®v" nisé 70, et un oscillateur de blocage 80 de façon à exciter ^xroo. t.îe'commutateur^ bidirectionnel "ën avance"- si ïe cdùrant A dans axè'filament , 12.croît ou en retard éx "ce ^courant 'décroît, ï Une série de signaux d'entrée "forment'le signal de réfé ra S-avec..lequel le signal D est comparév On sé-référera à *« l^?3fijstire 3.p°u.r mieux comprendre le'filode de sél'ëé-tion des si- d'entrée.. Sur cette figure", on~'â' représenté-'îë courant :jp si. en fonction de la tensiôii' d*anbde-pour-'d-ifférentes tem pératures du filament 12. On remarquera que le courant d'anode BAD ORIGINAL 69 22527 2012246 ... croit quand la température du filament croît. Une fois que l'on .a atteint le coude d'une courbe correspondant à une certaine température, le courant d'anode augmente relativement peu avec la tension d'anode. Ce courant augmente suffisamment cependant 5 pour qu'un des signaux d'entrée de l'amplificateur d'addition puisse être un signal de compensation de la tension d'anode. Un autre signal d'entrée de l'amplificateur $0 au courant d'anode donne la valeur initiale désirée, pour un mode de fonctionnement déterminé. 10 Un autre~ signal d'entrée de l'amplificateur 50 fournit un signal d'erreur obtenu en détectant le courant instantan^feans l'anode 14 et en le comparant au"courant d'anode correspondant à une intensité particulière de rayons 2. dg^& ^.circuit de commande fermé de façon à corriger la température du filament 15 suivant les variations du coursait d'anode. Le détecteur de niveau 60 combine le signal de sortie de l'amplificateur 50 avec un signal en dents de scie provenant du générateur 70 de façon à engendrer un signal" cLe 'commande de l'oscillateur de blocage 80 quand la somme algébrique de 20 tous les signaux d'entrée ci-dessus mentionnés', au moment de la commutation du détecteur de niveau, est nulle. En d'autres termes, le détecteur de niveau 60 débloque l'oscillateur 80 quand la somme,du signal en dents de scie et dù'signal de sortie de l'amplificateur 50 dépasse un niveau déterminé. Ce signal en 25 dents de scie provenant du générateur 70 est synchronisé sur la ligne de puissance 2 de façon à engendrer un signal à 120 périodes,par seconde. Evidemment,'le signal dé sortie de l'amplificateur 50 détermine les périodes où le signal en dents de scie dépasse le niveau de référence du détecteur dé niveau 60. 30 Comme la fréquence du signal en dents de scié est' le double de - >-» -yi-.- *• la fréquence de ligne, le commutateur à semiconducteur 4 est excité chaque demi-période de façon à permettre la circulation d'un cour,ant dans les deux sens dans 1© coÉœùtsLteûr ...... On comprendra que, si on veut' inclure" le signal en dents 35 , de. scie comme up. autre signai â''entrée" l.'insertipïi de ce signal tfommé représente é"st u£ "siatple exemple. Dans tous les cas., la phase ^excitation du cbmtotàtéur 4 est en relation .avec la soaime des' signaux d ' entrée * du çïrcuit de 69 22527 -5- 2012246 comparaison et quand le signal moyen D est égal à la soW&.& air» gébrique du signal de compensation de la tension d'anode» &ï. sir»-gnfli de courant d'anode désiré et du signal du courant d'anode instantané, 1 ' instant de commutation, du détecteur 60 est; uni— 5 quement déterminé par le présent signal en dents dé scie. Un circuit de commande de deux filaments du générateur à rayons X est représenté sur la figure 4. Chaque filament a un commutateur à semiconducteur et un détecteur >de courant jiiSf tincts et les mêm® numéros de référence indiquent-^^'éléments 10 analogues sur les figures 1 etj^.^si&j-^r tt^ec des indices .a et b sur la figure 4 pour i e r chaque circuit, le courant dans le pr ament a est commandé par le commutateur à semiconducteur 4a connecté en série avec un transformateur 6a et un transformateur d'isolement 8a. De même, le courant dans 15 le deuxième filament h est commandé par un commutateur à semiconducteur 4b monté en série avec un trajisfoimateu^de coTiraiit " 6b et lin transformateur d'isolement ofr.Ces filaments sont associés respectivement àu âesred^esseurs en pont 20a et 20b. Quand on veut obtenir un spot ou tache focale fine à l*in-20 térieur du tube à rayons X, le filament a est sélectionné par exemple par un signal de tache fine qui débloque pour une certaine phase un circuit d'excitation 100 du commutateur 4a et qui débloque un circuit de sélection 101 permettant au signal représentant le courant du filament provenant du redresseur 20§u 25 d'être élevé au carré par l'amplificateur 30* Si on veut obtenir une tache focale large» alors un signai, de sélection correspondant débloque un circui-t de sélection 1G2 du commutateur 4b et permet au signal représentant le courant du filament b d'être transmis à l'amplificateur dsélévation au 30 carré 30. l'un ou l'autre des signaux moyens B sont comparés de 1s même façon que précédemment décrit de façon à exciter- le comsu= tateur à semiconducteur particulier qui est débloqué. La principale différence entre le mode de réalisation de 35 la fig- 4 et celui de la fig» 1 est qu'un multivibrateur 90 est utilisé pour engendrer une impulsion retardée transmise aux deux oscillateurs de blocage 80a et 80^, en sorte que si le détecteur 60 ne commande pas l'oscillateur de blocage en temps BAD ORIGINAL1 4 69 2^527 -6- 2012246 voulu, cette impulsion retardée effectue cette commande, et, par ce moyen, elle entretient "an certain courant minimal dans le filament non utilisé du générateur à rayons X. Ce courant maintient température du filament son utilisé juste en dessous du point où le courant d'anode désiarre. Ce procédé augmente la vitesse de fonctionnement du tube quand ce filament est sélectionné. Un schéma électrique de ces modes de réalisation est représenté sur la figure 5« Le circuit représenté peut fonctionne ner avec un seul filament d*un tub® à rayons X et en outre le multivibrateur 90 a le même fonctioaneme-it que dans le cas de la figure 4. Le coanatttateur à semiconducteur 4 est un commutateur bidirectionnel ou commutateur du type fonctionnant dans les 15 deux sens» Le transformateur de courant 6 détecte le courant instantané transmis au filament. Le signal détesté es"t redressé par le redresseur en pont 20, la tensi on aux bornes dé la résistance 22 transmettant un signal à l'amplificateur d'élévation au carré 30. Un étage amplificateur 32 et un réseau 34- fournis-20 sent à peu près le carré de la tesisioaa aux bornes de la résistance 22. L1intégrateur 40 donne la aoyeane du signal élevé au carré dans les deux étages 42 et 44 „ Le signal moyen D est engendré aux bornes d'une résistance d*addition 51• Les signaux d'entrée précédemment indiqués sont engendrés aux bornes des 25 résistances 52, 53 et 5&- Un amplificateur 55 ayant une voie de réaction à résistance 56 à 1'intérieur de 1'amplificateur d'addition 50* engendre un signal de sortie transmis au détecteur 60. Le générateur en dents de scie ?0 fournit un signal en dents de scie aux bornes de la résistance d'addition 61. Le signal de 30 sortie de 1'amplificateur 50 est transmis au détecteur de niveau 60 par 1'intermédiaire de la résistance d'addition 62. Quand la somme des signaux apparaissant aux bornes des résistances 61 et 62 dépasse un niveau déterminé par une diode de Sener 63, le détecteur 60 transmet- ïa sigaal à l'oscillateur 80. 35 Le commutateur à transistor 81 transmet un signal d'excitation au commutateur 4 par coaduetiozi âass Iss ©^roulements 82 et 83, par 1'intermédiaire de l'enroulement 84. L'emplacement des points représentés sur la figure en relation avec les enroule- Bad origin«7 69 22527 -7- 2012246 lements 82, 83 et 84 indique la polarité de ces enroulements gui transmet une réaction positive au commutateur à transistor 81, et l'impulsion de sortie est appliquée au commutateur 4- pendant chaque demi-période du courant du filament provenant de^là li-5 gne de puissance 2. Un multivibrateur 90 sélectionne en outre le transistor de commutation 81 à un moment choisi par les paramètres des éléments d'interconnexion d'un basculeur 91. Le signal de sortie . du multivibrateur 9 se produit après le signal habituel prove-10 nant du détecteur 60 en sorte que dans le cas où le tube à rayons X a au moins deux filaments à stabiliser,, l'impulsion de retard provenant du multivibrateur 90 engendre un certain cou- X10I1 rant minimal dans le filament/utilisé. Ainsi., il est clair que la présente invention met en oeuvre 15 un dispositif léger et peu coûteux de commande de 1 ' émission de rayons X en commandant le courant efficace du filament d'un tu-be-générateur de rayons X. Les résistances de charge du filament et les régulateurs de ligne à tension constante sont éliminés. Le prix du dispositif est donc très réduit et la réponse est 20 beaucoup plus rapide que dans les systèmes connus. Bien-que la présente invention ait été décrite à l'aide de modes de réalisation donnés à titre d'exemple; il est clair que de nombreuses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention.. Par exemple, bien que le. régulateur 25 de l'invention soit utilisé dans cette description pour commander la température du filament d'un tube à rayons X, il est également utilisable pour commander la température d'une charge quelconque, par exemple des éléments de chauffage ou des filaments de. lampe à incandescence . La commande de là température est 30 obtenue en modulant le courant efficace circulant dans une telle charge. .. 69 22527 ' 2012246 R_E_V_E_N_D_I_C_A_T_I_0_N_S_ 1.- Régulateur de courant efficace commandant la puissance transmise à une charge et comprenant un commutateur à semiconducteur répondant à un signal d'excitation commandant le 5 courant dans cette charge, un circuit répondant à un courant engendrant un signal fonction du courant dans ïa charge, un circuit élevant au carré ce signal, un circuit moyennant ce signal élevé au carré, un circuit comparant le signal moyenné à un signal de référence, et un circuit engendrant ledit si-10 gnal d'excitation en fonction de la comparaison entre le signal moyenne et le signa;! de référence. 2.- Régulateur selon revendication 1, dans lequel le circuit de comparaison comprend un amplificateur d'addition répondant au signal moyenné et à une série de signaux d'en- 15 trée engendrant un signal d'addition, et lin circuit de génération d'un signal en dents de scie synchronisé sur la ligne , d*alimentation ou de puissance alimentant ladite charge, le circuit engendrant le signal d'excitation répondant à la som-me de ce signal en dents de scie et du signal de sortie de 20 cet amplificateur d'addition. 3.- Régulateur selon revendication 2, dans lequel la charge est un générateur à rayons X ayant une anode', un desdits signaux d'entrée étant une première approximation du courant désiré dans cette anode. ' " 25 4.- Régulateur selon re*r@n._dication 2, dans lequel un des signaux d'entrée compense les variations de la tension d'artode dues au transformateur d'anode ou à la régulation de la ligne. 5.- Régulateur selon revendication 2, dans lequel un des 30 signaux d'entrée représente la différence entre le courant d'anode réel et le courant d'anode désiré. 6.- Régulateur selon revendications 2 à 5» dans lequel le circuit engendrant le signal d'excitation comprend un oscillateur de blocage actionnant ledit commutateur à semicon- 35 ducteur, et un détecteur de niveau répondant à ladite somme en actionnant ledit oscillateur. 7.- Régulateur selon re.vendicatioiB2 à 6,dans lequel le signal en dents de scie a une fréquence double de celle de 69 22527 -9- 2012246 la ligne d'alimentation. 8.- Régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le commutateur à semiconducteur est un commutateur bidirectionnel au silicium. 5 9«- Régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit répondant à un courant comprend un redresseur en pont, et un transformateur de courant couplant ce redresseur au circuit de charge. 10.- Régulateur selon revendication 9, dans lequel le cir-10 cuit d'élévation au carré comprend un réseau qui engendre approximativement le carré du signal de sortie du redresseur en poat. 11.- Régulateur selon revendications 1 à 10, dans lequel le circuit moyeiuaeur comprend un intégrateur répondant au signal de sortie du circuit d'élévation au carré en engendrant u& 15 signal continu fonction du courant efficace instantané dans la charge. 12.-. Régulateur selon revendication 11, dans lequel le signal de sortie dudit intégrateur est proportionnel au carré du courant efficace dans la charge. 20 1$.- Régulateur selon revendications 1 à 12, permettant û® commander la puissance transmise à au moins une charge supplémentaire et comprenant un commutateur à semiconducteur supplémentaire pour chaque charge supplémentaire, et un multivibrateur actionnant le commutateur connecté â la charge non uti-» 25 lisée de façon à faire passer un courant de maintien dans cette charge. 14.- Régulateur selon revendication 13, dans lequel ledit multivibrateur transmet une impulsion d'aetionnement retardée au commutateur qui ce reçoit pas de signal ds excitation en pr-o -30 venance du circuit d'excitation. BAD ORIGINAL!