Brevet FR2412222A1 — publié le 19790713

La présente invention concerne un appareil à rayons X. Certains appareils à rayons X, en particulier ceux qui sont transportables et qui pèsent de 9 à 68 kg, exigent un régulateur d'énergie permettant d'ajuster la qualité des rayons X, c'est-à-dire leur longueur d'onde, à une valeur particulière qui doit ensuite entre maintenue. La qualité est déterminée par la valeur de crête de la tension du tube à rayons X. En courant alternatif, il est possible d'assurer une régulation de l'alimentation en énergie au moyen d'un transformateur à rapport variable de façon continue, par exemple du type VARIAC (marque déposée}. Ce dispositif n'altère pas considérablement la forme d'onde du courant alternatif, mais il est relativement volumineux et lourd et exige un contact mobile capable de supporter le courant de pleine charge. En outre, la commande automatique implique 1'utilisation d'un moteur pour faire fonctionner le transformateur. L'invention a notamment pour objet de créer un appareil à rayons X, dans lequel la grandeur de l'énergie électrique appliquée au tube à rayons x peut entre ajustée par des moyens électroniques. Suivant l'invention, il est prévu un appareil à rayons X comprenant une entrée pour recevoir de l'énergie électrique, un moyen générateur d'impulsions connecté à ladite entrée pour pro duire, à partir de l'énergie électrique appliquée à celle-ci, des impulsions unidirectionnelles d'énergie électrique ayant des durées ajustables, un moyen de commande connecté au moyen générateur dgimpulsions pour ajuster les durées de celles-ci, un tube à rayons X offrant les caractéristiques électriques d'une diode et un moyen d'excitation de ce tube agencé de façon à être excité par les impulsions de telle manière que la tension appliquée au tube à rayons X pendant les impulsions présente, une polarité pour laquelle le tube à rayons X est non conducteur, et de façon à accumuler l'énergie des impulsions puis à exciter le tube à rayons X dans son sens-conducteur avec l'énergie accumulée, la grandeur de l'énergie appliquée au tube étant fonction de la durée des impulsions applituées au moyen d'excitation dudit tube. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui en représente, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation. Sur ce dessin : La figure I représente dans ses grandes lignes le-montage d'un régulateur d'énergie incorporé à une source de rayons X la figure 2 représente un détail d'un mode de réalisation pratique du montage de la figure 1, et la figure 3 représente des modifications du montage des figures 1 et 2. On connais des appareils à rayons X, en particulier transportables, dans lesquels la tension d'anode du tube à rayons X est ajustée par un transformateur à rapport variable par 1 'inter- médiaire d'un transformateur élévateur de tension, et dans lesquels le courant dudit tube est déterminé par l'excitation d'un filament ; le tube redresse le courant alternatif ainsi élevé et agit exclusivement sur les alternances ou demi-périodes de sens positif de la tension d'alimentation. La figure 1 représente l'agencement général et la source d'alimentation d'une unité à rayons X transportable suivant l'invention telle que celle qu'on peut utiliser pour le contrôle des bagages et autres applications de sécurité ainsi que pour les radiographies industrielles. Les exigences de puissance apparente pour le tube à rayons X d'une telle unité sont généralement de l'ordre de 800 VA (par exemple 160 KV à 5 mA). En se référant aux figures I et 2, on voit que l'unité d'alimentation comprend des bornes S1 et Sz pour le branchement d'une source de courant alternatif, par exemple de 50 ou 60 Hz à 110 ou 240 V. Un pont redresseur des deux alternances BR engendre un train Hw de demi-ondes, c'est-à-dire d'impulsions unidirectionnelles, d'une manière connue.Les impulsions unidirectionnelles provenant du redresseur sont appliquées à un circuit formé par le primaire P d'un transformateur T1 en série avec le parcours émetteur/collecteur d'un transistor de puissance. convenable ER1. La base du transistor TR1 est connectée à une borne S3 et son émetteur est relié à une borne 54. Des impulsions de sommande telles que PI, P2 sont appliquées entre les bornes S3 et 54 et l'apparition et la durée de chaque impulsion de commande sont déterminées comme décrit plus loin. Le secondaire S du transformateur T1 est connecté aux bornes S5 et S6, auxquelles un tube à rayons X, XT est relié lors du fonctionnement de l'unité.Ce tube à rayons X offre les caractéristiques électriques d'une iode. Le montage de la figure 1 comporte deux phases de fonctionnement comme suit Au cours de la première phase, le transistor TR1 est rendu conducteur pour un certain intervalle, un court instant après le début d'une impulsion unidirectionnelle HW par une différence de potentiel basse-émetteur convenable appliquée entre les bornes S3/S4.Auccours de cet intervalle, le courant dans le primaire P s'élève en fonction de l'inductance de celui-ci et le train d'ondes Hç induit une forme d'onde correppondante aux bornes S5/S6 du secondaire S. Le sens du couplage entre les enroulements primaires et secondaire est tel que cette forme d'onde soit orientée dans le sens du blocage de la diode formée par le tube XT de sorte qu'aucun courant ne" passe dans le circuit secondaire et que de 1 énergie est accumulée dans le champ magnétique du transformateur. Au cours de fa première phase, la tension appliquée au tube à rayons X, XT (dans le sens de son blocage) est entièrement déterminée par la tension d'alimentation et par le rapport d'élévation de tension du transformateur.Au cours de cette phase, le condensateur C est chargé sous le contrôle d'une résistance R (voir figure 2). Au cours de la seconde phase qui commence à la fin de l'intertå-+le de conduction du transistor, l'augmentation de l'intensité du courant dans le primaire est interrompue et le flux du transformateur commence à s'affaiblir et induit une impulsion unidirectionnelle inverse (cgest-à-dire dans le sens conducteur du tube XT) dans le circuit secondaire, tout en rendant en outre la diode D1 conductrice pour complèter le circuit résonnant formé par l'enroulement primaire P, le condensateur C et la diode D. En faisant varier l'intervalle de conduction du transistor TRI, détermi 'né par les impulsions de commande P1, P2 par rapport aux demi-ondes HW et, par conséquent, l'énergie accumulée dans le transtorea- teur, on peut ajuster la valeur de crête de la forme d'onde W1, W2, ultérieurement induite dans le secondaire S. La durée de la forme d'onde W1, W2, est contrôlée par le circuit résonnant. Etant donné que la valeur de crête de la tension d'excitation du tube détermine la qualité du rayonnement X émis par le tube, on peut assurer une régulation du fonctionnement du tube XT en contralant les impulsions de commande Pî, P2. La tension appliquée au tube XT dans son sens conducteur est déterminée par la valeur du courant de crête dans le primaire du transformateur à la fin de-la première phase et par son inductance et elle est calculée de manière à autre supérieure à la tension inverse qui avait été appliquée au cours de la première phase. De cette manière on peut faire fonctionner le tube aussi près de son régime maximal que le permet la sécurité. Dans une réalisation pratique destinée à un fonctionnement à 50 Hz, 240 V, chaque impulsion du train HW a une longueur de 10 millisecondes. Les impulsions P1, P2 sont temporisées de manière à commencer juste après un passage par zéro de la forme d'onde d'alimentation et durant, sélectivement, pendant un temps pouvant atteindre environ 5 millisecondes. Pendant toute la durée d'une impulsion de commande P1 ou P2, le transistor TR1 est conducteur et, par conséquent, l'intensité de courant augmente dans le primaire P et de l'énergie est accumulée dans le champ mégnétique de ce dernier.A la fin de l'impulsion de commande P1 ou P2, le passage de courant à travers le transistor cesse du fait qu'il n'est plus conducteur, mais l'énergie accumulée dans le transformateur est libérée et apparatt sous la forme d'une onde W1, W2 dans le circuit secondaire. Plus la durée d'une impulsion de commande PI ou P2 est longue, plus grande est l'énergie accumulée et, par conséquent, plus grande est l'amplitude de l'onde secondaire subséquente Wl, W2. Des circuits convenables, au moyen desquels les impulsions de commande P1, P2 peuvent être engendrées avec une longueur et une phase désirées quelconques par rapport à la forme d'onde d'alimentation sont bien connus et ne seront pas décrits ici de façon détaillée.Un exemple d'un tel circuit comprend- un circuit de déclenchement de Schmitt monté de manière à déclencher un générateur d'impulsions monostable à chaque passage par zéro du courant alternatif redressé. Si la charge fournie par le tube XT peut Outre considérée comme une valeur uniforme, alors la tension de crête produite aux bornes du tube par les ondes Wl ou W2 est fonction de la durée des impulsions de commande P1, P2, comme indiqué par les différences représentées sur la figure 1 entre les impulsions de commande P1, P2 et les ondes correppondantes,Wl, W2. De préférence, en vue de son utilisation avec un tube à rayons X, le primaire P est accordé par le condensateur C à une fréquence de résonance au moins double de la fréquence d'alimentation, c'est-à-dire-par exemple de 125 Hz, pour donner aux ondes Wl une durée d'environ 4 millisecondes. Compte tenu d'une valeur maximale de 5 millisecondes pour l'intervalle de conduction du transistor TR1, cela laisse le temps nécessaire à la décroissance de l'impulsion de 4 mîllisecondes approximativement sinusoïdale. La figure - représente une autre variante, dans laquelle la tension du circuit secondaire est détectée, par exemple, à une prise intermédiaire VS sur le secondaire S, et dans laquelle un signal de commande est réinjecté, par l'intermédiaire d'une connexion F-, dans une unité régulatrice d'impulsions PR qui peut modifier les impulsions de commande Pi, P2 pour maintenir une condition de fonctionnement du tube déterminée par le choix initial desdites impulsions de commande. Le régulateur comprend, par exemple, un redresseur de crêtes qui transmet à un comparateur un signal de courant continu tiré du courant alternatif présent à la prise intermédiaire VS. Le comparateur compare ce signal de courant continu avec un signal de référence pour produire un signal d'erreur. Cè signal d'erreur est-utilisé pour ajuster la largeur des impulsions produites par- le circuit monos table précédemment mentionné. En résumé, on peut voir que les montages décrits ci-dessus à titre d'exemples assurent trois fonctions. La première fonction est une régulation électronique, avantageusement au niveau de la source d'alimentation, d'un appareil à rayons X transportable, ce qui permet de réaliser le montage décrit à titre d'exemple à -partir de composants relativement légers, en évitant la nécessité d'un transformateur variable lourd, tout en permettant une régulation et une stabilisation automatiques de la tension d'alimentation de crête du tube et, par conséquent, de la longueur d'onde des rayons X, en presence de variations de la charge et de la tension d'entrée.Les impulsions de l'alimentation redressée comman dent le fonctionnement, ce qui évite la nécessité d'un oscillateur et les pertes sont faibles et se produisent principalement dans les deux diodes conductrices du pont et dans le tansistor conducteur et de préférence saturé En outre, comme le montage est muni d'une commande électronique au lieu de la disposition électromécanique nécessaire pour un transformateur à rapport variable, une valeur choisie de tension de crête appliquée au tube XT peut être maintenue automatiquement par réaction. La seconde fonction réside en ce que la tension induite dans le secondaire S est déterminée par la tension instantanée d'alimentation et par le rapport d'élévation de tension du transformateur au cours de la première phase du fonctionnement, pendant laquelle le tube XT est non conducteur et est inférieure à la tension induite dans le secondaire S- au cours de la seconde phase du fonctionnement, pendant laquelle le tube XT est conducteur, ce qui assure la fonction de "suppression des impulsions inverses En troisième lieu, le régulateur utilise le redressement des deux alternences de la source d'alimentation au lieu du redressement des deux alternances de la source d'alimentation au lieu du redressement d'une seule alternance assuré par un tube auto-redresseur et par un transformateur élévateur de tension seuls, ce qui équilibre la charge de la source d'alimentation en prélevant de ltenergie sur celle-ci à chaque demi-periode. Bien qu'un appareil à rayons X transportable suivant l'invention ait été décrit ci-dessus à titre d'exemple, l'invention pourrait être appliquée également à d'autres types d'appareils à rayons X. REVENDICATIONS l. Appareil à rayons X, caractérisé en ce qu'il comprend une entrée pour recevoir de l'énergie électrique, un moyen générateur d'impulsions connecté à cette entrée pour produire, à partir de l'énergie électrique qui lui est appliquée, des impulsions unidirectionnelles d'énergie électrique ayant des durées ajustables, un moyen de commande connecté au moyen générateur d'impulsions pour ajuster les durées des impulsions, un tube à rayons X offrant les caractéristiques électriques d'une diode, et un moyen d'excitation dudit tube monté de façon à être excité par les impulsions de telle manière que la tension appliquée au tube à rayons X pendant les impulsions ait une polarité pour laquelle le tube à rayons X est non conducteur et de façon à accumuler l'énergie des impulsions, puis à exciter le tube à rayons X dans son sens conducteur avec l'énergie accumulée, la grandeur de l'énergie appliquée au tube étant fonction de la durée des impulsions appliquées au moyen d'excitation du tube 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'excitation du tube comprend un circuit résonnant comportant un transformateur monté de manière à être excité par les impulsions et ayant un enroulement primaire connecté de manière à recevoir les impulsions et un enroulement secondaire connecté au tube à rayons X. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit résonnant comprend l'enroulement primaire du transformateur et un condensateur monté en parallèle avec cet enroulement. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le condensateur est monté en série avec la combinaison en paral lèle d'une résistance et d'une diode, ledit condensateur et ladite combinaison en parallèle étant à leur tour montés en parallèle avec ledit enroulement. 5. Appareil suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un redresseur pour recevoir de l'énergie électrique de courant alternatif, le moyen générateur d'impulsions etant connecté de manière à recevoir des demi-ondes unidirectionnelles d'énergie électrique à partir du redresseur. 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le redresseur est un redresseur des deux alternances. 7. Appareil suivant l'une des revendications 5 et 6, carac térisé en ce -que le moyen de commande comprend une entrée connectée de manière à recevoir un signal de temporisation tiré de l'energie électrique de courant alternatif et est capable, en réponse à ce signal de temporisation, de mettre la production desdites impulsions dans une relation temporelle prédéterminée avec 11 énergie électrique de courant alternatif. 8. Appareil suivant l'une des revendications 5, 6 et 7, caractérisé en ce que le circuit résonnant est agencé de manière à résonner à une fréquence au moins double de celle de l'énergie électrique de courant alternatif. 9. Appareil suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen générateur d'impulsions comprend un transistor, dont le parcours collecteur-emetteur est connecté au moyen d'excitation et dont la base est connectée au moyen de commande. 10. Appareil suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de commande comprend une entrée connectée de maniere à recevoir un signal indicateur de la grandeur de l'énergie avec laquelle le tube à rayons X est excité et est capa ble, en réponse à ce signal, de faire varier les durées desdites impulsions pour maintenir cette grandeur à un niveau prédéterminé.