Brevet FR2218715A1 — publié le 19740913

L'invention concerne un appareil à rayons X muni d'un système de protection du filament du tube,. Bes tubes générateurs de rayons X constituen-t les composants les plus onéreux des installations radiologiques et par différents moyens les constructeurs s'efforcent d'en prolonger la durée d'u- tilisation. Or les statistiques montrent que près du quart des tubes à foyer fin qui sont mis hors d'usage le sont par une rupture accidentelle du filament et non par usure normale. Ce dernier est en effet extr & ement fragile particulièrement les filaments utilisés pour créer des foyers fins. Les installations radiologiques sont munies de sécurités qui mettent les filaments à l'abri de fausses manoeuvres de la part des utilisateurs, mais les occasions de créer des anomalies nefastes dans l'alimentation des filaments sont néanmoins nombreuses.En effet les caractéristiques d'alimentation d'un tube pour un usage déterminé (tension filament, haute tension, durée d'alimentation) sont élaborées et commandées par les installations radiologiques en fonction des données qui leur ont été fournies et affichées par l'utilisateur. Ces données sont des données d'utilisation pratique telles que la sensibilité du film, les paramètres de l'examen et de la technique de l'examen (tomographie, angiographie, cinéma etc....), l'intensité et l'énergie du rayonnement etc...Il se trouve que chacun-de ces paramètres interfère plus ou moins avec l'ensemble des caractéristiques d'alimentation du tube élaborées par l'appareils, Ce dernier est donc d'une grande complexité et comporte un grand nombre de composants électriques et mécaniques ayant entre eux des interactions et par conséquent sujets à Qéréglage et anomalies de fonctionnement. A cela il faut ajouter la difficulté des réglages à effectuer chaque fois que l'on remplace un tube, particulièrement lorsqu'il s'agit de tubes à filament fin ayant une tension d'alimentation très faible, de l'ordre de 2 volts. Il est très important que la conséquence d'une simple anomalie dans le fonctionnement d'crin appareil radiologique aussi complexe n'ait pas pour résultat immédiat la mise hors d'usage d'un tube d'un prix aussi élevé. le but de l'invention est de réaliser un appareil dont le tube ne soit pas mis hors d'usage quand la tension d'alimentation de son filament varie largement au-delà de la valeur maximum qu' il peut supporter. Jusqu'à présent les constructeurs ont tenté de protéger les filaments de leurs tubes en mettant en série une résistance, cette résistance étant placée juste avant le filament. Cette solution présente l'inconvénient de laisser une résistance continuellement traversée par le courant de chauffage du filament ce qui rend à la fois le réglage difficile et instable car la valeur de la résistance varie avec la température. De plus la protection n'est pas totale car le filament n' est pas protégé contre des variations de tension d'alimentation trop importantes. Selon l'invention le système de protection comporte un dispositif à seuil de tension qui commande la conduction d'un élément de puissance placé en dérivation directe sur le filament. 'isvention sera mieux comprise à 11 aide de la description d'une réalisation particulière avec ses dessins qui repréèentent la Figure 1 un schéma d'ensemble donnant la position du système de protection les Figures 2 et 3 un schéma des circuits du système avec une variante les Figures 4 et 5 les courbes donnant les caractéristiques de fonctionnement des circuits des figures précédentes la Figure 6 un schéma de,réalisation du système. On voit sur la Figure 1 le bloc d'alimentation HT 1 avec le transformateur d'alimentation des filaments 2. Des cables haute tension relient ce bloc 1 à la gaine 3 contenant le tube radiogène 4. les cables RT sont constitués par des conducteurs servant à l'alimentation des filaments et à la fermeture du circuit HU, Sntelop- pés dans une gaine isolante à très fort coefficient diélectrique,ils sont entourésd'une tresse métallique reliée à la masse (terre). On a représenté en 6 le système de protection du filament selon l'invention. On voit que ce système est inséré à l'intérieur de la gaine entre le cable ET négatif et le tube. Cette disposition-à proximité immédiate du filament est une garantie supplémentaire contre les anomalies survenant dans 1' ali- mentation du filament et qui seraient provoquées par des incidents dans la portion de circuit comprise entre le tube et l'alimentation proprement dite. Si par exemple ce système était installé à proximité du transformateur d'alimentation, toute anomalie-ou incident se produisant le long des conducteurs se rdpercute-rait sur la tension d'alimentation du filament. La Figure 2 donne un schéma du système de protection 6. On voit en 2 le transformateur d'alimentation du filament. Deux sorties seulement ont été représentées car le tube considéré n'a qutun seul filament. Pour les tubes à deux filaments le montage serait identique pour le deuxième filament avec, Wien entendu, les valeurs appropriées pour les composants. le filament 7 du tube 4 est relié par deux conducteurs 8 et 9 au transformateur 2, l'un de ces conducteurs étant d'ailleurs utilisé - comme conducteur haute tension de cathode. les conducteurs 8 et 9 sont reliés aux deux eléments de puissance 10 et 11, ici des thyristors, montés tête-bêche. les gachettes sont connectées par l'intermédiaire d'éléments détecteurs de seuils 12 et 13, ici des diodes Zener, respectivement aux conducteurs amont 8 et 9. Dans une réalisation particulière on a utilisé, pour protéger un filament fin de 2,1 volts efficaces et 5,5 Ampères maximum des thyristors pouvant supporter en continu une intensité de 3Q Ampères. Le seuil de la diode Zener choisi était à 3,3 volts à + iOfo. le fonctionnement de ce dispositif est explicité par la courbe de la Figure-4 qui représente une -alternance du courant d'alimentation du filament (tension en fonction du temps). Lorsque la tension instantanée dépasse le seuil de conduction de la diode Zener augmenté de la tension de déchet gachette du thyristor, le courant passe dans la diode qui fait passer ainsi un courant dans la gachette et rend le thyristor correspondant conducteur. La résistance du thy ristor, en son état conducteUr, est faible et crée un appel de courant dans le transformateur qui en raison de son impédance relativement élevée ne délivre plus qu'une tension nettement infe- rieure à la tension de seuil.La courbe de la Figure 4 représente cette chute brusque de tension provoquée par l'entrée en conduction du thyristor, Dès le début de la chute de tension, la diode.n'est plus conductrice mais le thyristor continue à être en état de conduction jusqu'à l'alternance suivante. la tension résiduelle représentée par la partie horizontale de la courbe est la tension de déchet du thyristor (1v) et reste constante pratiquement quelle que soit la valeur du courant de courtcircuit. La Figure 3 montre une variante du montage précédent. les thy- ristors sont remplacés par des transistors 14 et 15 montés tête- bêche dont les émetteurs et collecteurs sont reliés respectivement aux conducteurs 8 et 9 et dont le8 bases sont reliées aux mêmes conducteurs par 11 intermédiaire des mimes diodes Zener que dans le montage precédent. le fonctionnement de cétte variante est explicité par la courbe de la Figure 5 représentant les tensions entre les conducteurs 8 et 9 en fonction du temps. Dès que la tension atteint le seuil de conduction dtune diode Zener, le transistor correspondant est mis dans un état conducteur et limite la tension entre les conducteurs 8 et 9 en raison de l'impédance de la source 2. En effet un équilibre de tension su établit tel que la tension de la source, diminuée de la chute de tension provoquée par la conduction du transistor, corresponde au seuil de conduction de la diode Zener augmenté de la tension base-émetteur du transistor. La tension entre les conducteurs 8 et 9, c'est-à-dire aux extrémités du filament, est celle qui est représentée sur la courbe de la Figure 5. Cette tension est presque complbtement indépendante de la tension de sortie en circuit ouvert du transformateur 2, que l'on a représentée en pointillé, et est pratiquement égale pendant toute la demi-alternance à la tension de seuil de la Zener qui a été choisie comme étant supportable par le filament, il existe d'autres variantes de réalisation de ce système. les éléments de puissance, thyristors ou transistors, peuvent être par exemple des triacs, l'essentiel est que le courant de-courtcircuit qu'ils provoquent n'entratne pas leur destruction ni celle du transforniateur,qui dans la quasi-totalité des cas supporte le court-circuit- franc au secondaire, compte tenu de la conception descircuits de chauffage des installations radiologiques. les détecteurs de seuil de tension peuvent étre soit des diodes Zener, comme décrit ici, soit des diodes à seuil contrôlessoit des diacs. Enfin si on ne trouve pas un détecteur de tension adapté à la tension convenable, il est possible de lui adjoindre un élément d'adaptation qui le rendra conducteur pour la valeur de tension désirée. la Figure 6 représente un schéma de réalisation du système situant les positions relatives de ses différents composants. La gaine 3 du tube 4, dont seule l'extrémité côté filament est repré- sentée, reçoit les cables d'alimentation 8 et 9 du filament par une gaine métallique souple 5- raccordée à la gaine 3 du tube 4. le tube représen-té comporte deux filaments, dont un filament fin 7 qui est seul protégé en raison de sa fragilité particulière. les connexions, entre les fils 8, 9 et le fil d'alimentation du deuxième filament avec les conducteurs intérieurs au tube 4s'effectuent au moyen de fiches males et femelles 16 et 16' respectivement fixées sur l'enveloppe en verre 17 du tube 4 et à l'extrémité des fils 8 et 9.Dans les tubes antérieurs à l'invention, les fiches 16 et 16' étaient assemblées directement les unes dans les autres. le système selon l'invention est constitué par une plaquette 18, généralement un circuit imprimé sur verre époxy, non attaquée par l'huile qui remplit la gaine 3. Sur cette plaquette 18 sont fixées des fiches 19 ayant des extrémités maIes et femelles destinées à 'in- tercaler entre les fiches 16 et 16'. la plaquette 18 supporte les diodes et thyristors et les connexions entre ces éléments et les fiches 19 correspondant aux fils 8 et 9 d'alimentation du filament à protéger.Ces connexions sont avantageusement imprimées sur cette plaque 18 et soudées selon un procédé connu aux fiches 19. B'encom- brement de ladite plaquette 18 est suffisamment faible pour rendre possible sa mise en place en bout de tube sans modifier la gaine 3 ou la fixation du tube à l'intérieur de cette gaine. Si les deux filaments doivent être protégés, le m8me circuit est reproduit soit sur le verso de la même plaquette soit sur une deuxième plaquette accolée à la première au prix d'un encombrement légèrement supérieur. les avantages de ce système sont multiples. D'abord, comme il a été dit plus haut, il est placé à proximité immédiate du tube, à toucher le verre de celui-ci, les risques d'anomalies entre le système et lue tube sont donc nuls, d'où une parfaite sécurité de fonctionnement, Ensuite il est neutre, c'est-à-dire qu'il n'intervient que quand la tension dépasse un certain seuil. En dessous de celui-ci, il n'est parcouru par aucun courant et par conséquent il ntinter- fère absolument pas dans ltexécution et la stabilité des réglages. Enfin il est d'encombrement faible et ne nécessite pas de modification du tracé de la gaine. il est mssme possiblede le mettre en place par simple enfichage sur les tubes existants. l'invention peut avoir d'autres applications, chaque fois qu'il vagira de protéger un élément contre I1 effet d'une tension d'alimentation trop élevée ou d'une surtension transitoire ; elle peut être utilisée aussi bien en alternatif qu'en continu. - REVENDICATIONS 1 - Appareil à rayons X muni d'un système de protection du filament du tube caractérisé en ce que ledit système comporte un dispositif à seuil placé en dérivation directe avec le filament, ledit dispositif commandant la conduction d'un élément de puissance placé lui-même également en dérivation avec le filament. 2 - Appareil à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à seuil est une diode Zener. 3 - Appareil à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de puissance sont des thyristors. 4 - Appareil à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément dtadaptation est adjoint au dispositif à seuil pour en adapter le seuil. 5 - Appareil à rayons X selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système est monté sur une plaquette isolante traversée par des fiches insérables entre les fiches du tube et les fiches des fils d'alimentation du tube, les prises de dérivation des dispositifs à seuil et des éléments de puissance étant fixées sur lesdites fiches insérables, 6 - Appareil à rayons X selon la revendication 5, caractérisé en ce que la plaquette isolante a une dimension qui lui permet entre insérée dans l'espace rempli d'huile compris entre le tube et sa gaine.