Brevet FR2530019A1 — publié le 19840113

PROCEDE DE DETERMINATION DU NIVEAU CALORIFIQUE D'UNE ANODE TOURNANTE ET ENSEMBLE ELECTRONIQUE PERMETTANT LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE L'invention concerne un procédé de détermination du niveau calorifique d'une anode tournante contenue dans un tube radiogène; elle concerne également un ensemble électronique permettant la mise en oeuvre de oe procédé. Le procédé selon l'invention concerne notamment le domaine de la radiologie, et plus particulièrement celui du radiodiagnostic. Dans ces domaines, sont couramment utilisés des tubes radiogènes à anodes tournantes ayant à supporter des puissances électriques importantes, durant des temps de fonctionnement variables selon la nature de l'examen, constituant des applications de charge. La puissance appliquée durant cette charge est destinée à engendrer un flux d'électrons, focalisé sur une petite surface de l'anode appelée foyer, cette surface devenant la source de rayons X; une faible part de cette énergie (de l'ordre de 1 %) est transformé e en rayons X, le reste est dissipé en chaleur. Cette chaleur peut être nuisible à la longivité du tube, et peut morne conduire à sa détérioration ; ce problème est du principalement à la quantité de calories accumulées dans l'anode durant l'application d'une charge, et dont l'évacuation ne peut se zen faire que par rayonnement. Le foyer constitue une première limite de température de l'anode, une seconde limite de température étant la température d'une couronne focale, constituée par la surface du foyer en rotation du fait de la rotation de l'anode. Il se produit ainsi une première zone de température très élevée qui est le foyer, puis la chaleur se répartit le long de la couronne focale parcourue par le foyer et donne lieu à une température de couronne, et enfin englobe tout le disque avant de se dissiper par ravannvent Ls température globale du disque s'appelle alors température de base ; cette dernière constituant une troisième limite de température. Ceci impose des limites à l'utilisation d'un tube radiogène à anode tournante, représentées par la capacité calorifique de l'anode. La capacité calorifique d'une anode constitue la quantité maximum de chaleur qui peut être emmagasinée dans cette anode d'un tube radiogène. Ainsi l'application d'une charge conduit à un échauffement de l'anode, en fonction de l'énergie qui lui est appliquée et de son pouvoir de rayonner la chaleur, qui ne doit pas conduire à une chaleur accumulée dans l'anode supérieure à sa capacité calorifique maximum ; un tel dépassement de la capacité calorifique peut être obtenu également, à l'occasion d'applications de charge successives, a des intervalles de temps inférieurs au temps nécessaire pour le refroidissement complet de anode. Aussi un opérateur pour conduire un radiodiagnostic, doit disposer d'informations relatives. à l'état thermique du tube radio gène utilisé. A cette fin, il est utilisé dans l'art antérieur des procédés tendant à simuler le refroidissement de l'anode. Un tel procédé nécessite une première étape qui consiste en une simulation de la montée en température de l'anode, sur un dispositif servant de modèle ; pour cela, il est. généralement utilisé un montage électronique de type analogique, dans lequel est injecté un courant aussi proportionnel que possible à la puissance appliquée au tube radiogène. Un tel montage comporte généralement un ou plusieurs condensateurs, dont la charge et la décharge fournissent une analogie de la montée en température de l'anode et de son refroidissem ent. L'inconvénient de ce procédé réside dans l'incertitude dont sont affectés les résultats obtenus ; les caractéristiques d'une part d'un montage électronique servant de modèle ne reflètant qu'imparfaitement les caractéristiques d'une anode vis à vis de la température, et d'autre part, le courant injecté dans ce montage n'étant pas le courant anodique. La présente invention concerne un procédé permettant d'établir à des instants déterminés, un bilan thermique d'un tube radiogène à anode tournante, qui tiennent cornpte- des applications de charge ayant précédé ces instants. Un bilan thermique d'un tube radiogène effectué selon le procédé conforme à l'invention, est obtenu par une détermination rigoureuse de la valeur du courant anodique, et fournit à un opérateur une suite d'indications néces- saires à la poursuite d'un examen radiologique ; une telle suite d'indications constituant des informations de base indispensables également, à tout processus automatisé d'examen radiologique. Selon l'invention, un procédé de détermination du. niveau calorifique d'une anode tournante, - contenue dans un tube radiogène soumis à au moins une application de charge déterminant une quantité de chaleur emmagasinée par l'anode, cette dernière ayant une capacité calorifique maximum connue, est caractérisé en ce qu'il consiste à des intervalles de temps constants, à calculer un niveau calorifique représentatif d'un refroidissement intrinsèque de Panode durant chaque intervalle de temps. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des trois figures annexées, dans lesquelles: - la figure I représente une courbe de refroidissement d'une anode; - la figure 2 montre schématiquement un ensemble électronique permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention - la figure 3 montre sous forme de diagramme, une suite d'opérations effectuées lors de la mise an oeuvre du procédé selon l'invention. Ainsi qu'il a déjà été expliqué, l'application d'une charge conduit à un échauffement de l'anode, cellvci emmagasinant une quantité de chaleur proportionnelle à l'énergie qui lui est injectée par cette charge ; et le refroidissement de l'anode s'effectue uniquement par rayonnement. La quantité de chaleur ainsi rayonnée, durant un temps donné, est fonction du niveau de température de l'anode engendré par la quantité de chaleur accumulée. Cette quantité de chaleur accumulée correspondant à une fraction dela capacité calorifique CBm de l'anode, est appelée dans la suite de la description "niveau calorifique atteint" C . Ainsi la quantité de chaleur rayonnée par l'anode durant ce temps donné est d'autant plus grande, que le niveau calorifique atteint C B en début de ce temps est plus voisin de la capacité calorifique maximum CBm de Panode. Ceci constitue un refroidlssemst intrinsèque de l'anode, qui peut s'exercer morne durant l'application d'une charge. Dans le procédé selon l'invention, un niveau calorifique CB atteint par l'anode au bout d'un temps t après la fin d'application d'une charge, cette anode présentant en début de ce temps un niveau calorifique égal à la capacité calorifique maximum CBm, est donné par la relation suivante: CB = CBm 1 + a.t où a, représente un coefficient -lié à l'emissivité propre à l'anode et à la surface de l'anode. Cette relation permet d'établir une courbe 40 montrée par la figure 1, constituant une courbe de refroidissement d'une anode (non représentée) 9 cette courbe de refroidissement 40 représentant la chaleur accumulée dans l'anode en fonction du temps t, sans apport d'énergie extérieure compté à partir de la fin d'une application d'une charge amenant l'anode à sa valeur de capacité calorifique maximum CBm Dans l'exemple non limitatif décrit, l'application d'une charge peut conduitre l'anode à emmagasiner une quantité de chaleur telle qu'elle présente à la fin de la charge, un niveau calorifique atteint CB1' inférieur à la capacité calorifique maximum CBm; la valeur de ce niveau Cal étant connue par un calcul classique, en fonction de l'énergie injectée à l'anode par la charge. L'anode étant par exemple au début de cette charge à une température voisine de la température ambiante, l'effet du refroidissement intrinsèque peut être négligé ; la quantité de chaleur gnmagasinéeétant égale à la quantité de chaleur accumulée, ce niveau calorifique CB1 corres- pondant alors à l'énergie totaleinjectée par la charge. Partant de oe niveau calorifique CB1 atteint à un instant tl, un niveau calorifique CB2 présenté par anode à un instant t2, est donné dans le procédé selon l'invention par la relation suivante: CBM.CB1 a . CB1.#t + CBm dans laquelle: #t= = t2 - tl La différence entre le niveau calorifique CB1 à l'instant tl et le niveau calorifique CB2 à l'instant t2 constitue une quantité de chaleur rayonné e par l'anode. Il est ainsi possible de déterminer n niveaux calorifiques CB1' CB2' ...CBn présentés par l'anode dus à son refroidissement (en dehors d'application de charge). Dans une nouvelle étape du procédé selon l'invention, les niveaux calorifiques CB1, CB2,...CBn sont exprimés en des termes X1, X2,...Xn correspondant à un pourcentage atteint par l'anode de sa capacité calorifique maximum CBn, tels que: CB1 CB2 X1 = , X2 = CBm , CBm En remplaçant par ces termes X1, X2 dans la formule précédente exprimant CB2 : X1 a.X1.#t+1 X1 étant connu, le seul paramètre variable est At, qui dans l'invention est rendu constant. Ceci constitue une caractéristique importante du procédé selon l'invention, grâce à laquelle les valeurs X1, X2,...Xn atteintes par l'anode dans son retroidlssement sont calculées à des intervalles de temps tt, #t1,... #tn constants, et X2 devisent une fonction de X1. Le refroidissement de l'anode peut ainsi être exprimé par une suite de n valeurs X1, X2,...Xn telle que Xn et une fonction de Xn-l, ainsi qu'il est illustré par la formule suivante: Xn-1 Xn = a.Xn-1. #t+1 Dans l'exemple non limitatif décrit, les intervalles de temps constants #t ont une durée de une seconde. Us permettent de suivre l'évolution du niveau calorifique CB atteint par l'anode, également lors d'application de charge de durée supérieure aux intervalles de temps #t;; le niveau calorifique atteint par l'anode à chaque fin d'un intervalle t, tenant compte d'une quantité de chaleur emmagasinée par l'anode durant cet intervalle est alors appelé "niveau calorifique global CG". Ainsi en reprenant l'exemple précédemment donné où, une application de charge conduit l'anode à emmagasiner une quantité de chaleur CE1 et présente un niveau calorifique CB1, à la fin dun premier intervalle de temps #t1: :Si la charge est poursuivie jusqu'à la fin d'un second intervalle de temps At2, il est tenu compte pour déterminer alors le niveau calorifique global atteint par l'anode, de la quantité de chaleur rayonnée durant ce second intervalle de temps, ainsi que d'une quantité -de chaleur emmagasinée Ce2 pendant ce même second intervalle; un niveau calorifique global CG2, atteint par anode à la fin du second intervalle de temps bt2 est alors égal à la somme du niveau calorifique CB2 représenté par le refroidissement intrinsèque, et de la quantité de chaleur emma gasiné e ce2. Le niveau calorifique global CG2 perm et de calculer le niveau calorifique CB3 obtenu à la fin de l'intervalle suivant #t3, en fonction du refroidissement -intrinsèque de l'anode, et deux cas sont alors à envisager: - cas 1, l'application de la charge a cessée à la fin du second intervalle de temps #t2: le niveau calorifique CB3 constitue alors le niveau calorifique atteint par l'anode, CB3 ayant été calculé par la formulesuivante: CBm. CG2 B3 a .CG2.#t + CBm - cas 2, l'application de la charge a été poursuivie durant le troisième intervalle de temps t2 et, il faut tenir compte de la quantité de chaleur C e3 emmagasinée par anode durant ce troisième intervalle ; un niveau calorifique global C3 atteint par l'anode est égal à: CBm . CG2 CG3 = a .CG2.#t+CBm Des niveaux calorifiques globaux atteint par l'anode représentant également une fraction de la capacité calorifique maximum CBm, peuvent également être exprimés en termes de pourcentage atteint X de cette capacité calorifique CBm La figure 2 montre à titre d'exemple non limitatif un tube radiogène 1, associé à un ensemble 2 électronique représenté par des blocs fonctionnels dans un cadre en traits pointillés ; la représen- tation des constituants du tube radiogène 1 étant limitée aux éléments strictement nécessaire à la description, telles qu'une cathode 3 et une anode 4. Un bloc 5 capable de fournir une haute tension stabilisée nécessaire au fonctionnement du tube 1, applique cette haute tension entre la cathode 3 et - l'anode 4, par un enroulement S d'un transformateur non représenté. Une extrémité +KV de l'enroulement S est relié à l'anode 4 par une liaison parcourue par un courant +mA constituant le courant anodique mA, l'autre extrémité -KV étant reliée à la cathode 3 par une liaison repérée-mA ; l'intensité -du courant anodique mA étant ajustable et déterminée avant chaque application de charge, ainsi que la valeur de la haute tension KV. Le courant mA, susceptible de varier en cours d'application d'une charge, doit être connu durant le temps de cette dernière; la précision de sa mesure est fondamentale et cette mesure doit être effectuée au niveau du circuit haute tension. Ceci pose un problème du fait des valeurs élevées atteintes par la haute tension; aussi dans l'exemple non limitatif décrit, un élément capteur du courant anodique mA est constitué par une sonde 6 à effet Hall, pouvant être disposée indifféremment le long de la liaison -mA ou de la liaison +mA.Dans l'exemple décrit, cette sonde 6 est couplé à la liaison +mA et délivre par ses deux liaisons 9, 10 à l'échantillonneur 7, un niveau électrique proportionnel au courant anodique mA ; l'avantage d'un tel capteur est qu'il est isolé du circuit haute tension, lequel est constitué par le secondaire S, l'anode 4 et la cathode 3. L'échantillonneur 7 sous la commande de signaux à fréquenoe F1 applique à un convertisseur analogique/numérique A/N 11 le niveau électrique fourni par la sonde 6, lequel délivre une informa tion numérisée mAN correspondant au courant anodique. Ceci permet d'effectuer des échantillonnages à une fréquence F1 du courant anodique mA pendant toute la durée d'application de la charge au tube radiogène 1. Les valeurs numérisées mAN sont fournies à un dispositif 12 d'acquisition et de traitement de données. Ce dispositif 12 comporte notamment dans l'exemple non limitatif de la description un microprocesseur 20, une première fonction de mémoire progamme assurée par un circuit ROM 21, une seconde fonction de mémoire programme assurée par un second circuit ROM 22, une troisième fonction de mémoire vive assurée par un circuit RAM 23, et une quatrième fonction d'interfaces assurée par un circuit à entrée/ sortie parallèle E/S 24. Le microprooesseur 20, est synchronisé par les signaux P 1, et P 2 d'une horloge 25 à laquelle il est relié par les lignes 26, 27; il est relié au circuit ROM 21, ROM 22, RAM 23, E/S 24 par un bus d'adresse 28, un bus de donnée 30 et par des lignes de contrôle et de commande 31. Le microprocesseur 20et chacun des circuits 21, 22, 23, 24 sont reliés par une ligne 32 au plus alimentation (VCC) et par une ligne 33 au moins alimentation (VSS). Les signaux à fréquences F1, destinés à commander l'échantil- lonneur 7 sont délivrés par le dispositif 12 qui comporte à cet effet un programme approprié ; cette fréquence F1 doit être assez élevée pour que l'échantillonnage du courant anodique mA, prenne en compte les éventuelles variations de oe courant. Dans l'exemple non limitatif décrit la fréquence F1 d'échantillonnage est de 10 Khertz oe qui constitue des incréments de temps itl, it2,...itN de 200 micro-secondes chacun correspondant à n échantillonnages permettant de conna'itre n valeurs mAl, mA2,...mAN du courant anodique appliqué à l'anode durant un intervalle de temps t.Les valeurs numérisées mAN du courant anodique mA sont fournies au dispositif 12 par l'intermédiaire du circuit entrée/sortie 24, lequel distribue également vers l'échantillonneur 7 un signal à fréquences F1. Le bloc haute tension 5 délivre un niveau électrique NKV dont l'amplitude est proportionnelle à la valeur KV de la haute tension appliquée au tube radiogène 1 ce niveau NKV est appliqué à un second convertisseur analogiquelnumérique 14, qui le traduit en une information numérisée KVN transmise au dispositif 12 par l'intermédiaire du circuit entrée/sortie 24. Le dispositif 12 est également relié par un bus de commande d'affichage CA à un dispositif d'affichage 35. Une phase préalable au procédé selon l'invention peut consister à charger dans le dispositif 12, des données propres au tube radiogène 1 et à son anode 4; creci pouvant être obtenu par la mise en place du second circuit mémoire ROM 22, qui contient ces informations, le premier circuit ROM 21 contenant les instructions du programme de fonctionnement. Ceci constitue un exemple non limitatif d'une organisation de moyens permetant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On montre sur la figure 3, un diagramme illustrant les opérations effectuées par cette mise en oeuvre du procédé, qui dans l'exemple non limitatif décrit débute par une application de charge, l'anode 4 étant à la températureambianteainsi que dans un exemple précédent. On trouve à l'instant to: - ligne a, début d'application d'une charge durant un temps TC; - ligne b, acquisition et mémorisation de la valeur de la hauts tension numériséeKVN par ledispositif 12; - ligne C, début d'un premier intervalle de temps # tl constant, généré par le dispositif 12. A l'instant t1: - ligne d, échantillonnage et numérisation d'une première valeur du courant anodique mA. A l'instant t2 : - ligne f, mémorisation de la première valeur numérisée mAN du courant anodique mA, par le dispositif 12: - ligne g, comptage d'un pr emi er incrém ent de temps itl. A l'instant t3 - ligne d, échantillonnage et numérisation d'une seconde valeur du courant anodique mA. A l'instant t4 - ligne f, mémorisation de la seconde valeur numérisée mAN du courant anodique mA; - ligne g, comptage d'un second incrément de temps it2. A l'instant t5 ième - ligne d, échantillonnage et mémorisation d'une n val eur du courant mA. A l'instant t6 - ligne a, fin de l'application de la charge ayant duré e un temps TC égal au premier intervalle de temps #t1 (et début de refroidissem ent de l'anode 4) - ligne c, fin du premier intervalle de temps #t1 et début d'un second intervalle #t2. A l'instant t7 - ligne H, calcul d'une puissance moyenne appliquée au tube durant la charge, obtenu par le produit de la haute tension KV par un courant anodique moyen ;- ce dernier étant lui-même obtenu par la somme des valeurs échantillonnées du courant mA sur le nombre n d'échantillonnage it, tel que A l'instant t8 - ligne j, détermination de la quantité de chaleur C et emmagasinée par l'anode 4. A L'instant t9: - ligne k, détermination du niveau calorifique CB1. A l'instant t10 - ligne 1, calcul et mémorisation du pourcentage X1. A l'instant tll - ligne m, affichage du pourcentage X1 par le dispositif 35 d'affichage. A l'instant t12: - ligne C, fin du second intervalle de temps #t2 et début d'un troisièmeintervalle # - ligne 1, calcul du pourcentage X2 en fonction de X1 et mémorisation de X1. A l'instant t13 - ligne m, affichage du pourcentage X2 par le dispositif 35, en remplacement de Xl. A l'instant t14 - ligne C, fin du troisième intervalle #t3 et début d'un quatrième intervalle #t4 ; - ligne 1, calcul de X3 en fonction de X2 et mémorisation de X3. A l'instant t15 : - ligne m, affichage du pourcentage X3 en remplacement de X2 Ainsi qu'il vient d'être décrit, le dispositif 35 peut afficher, à des intervalles de temps At constants une suite de valeurs X1, X2, X3,...Xn dans laquelle Xn est une fonction de Xn-l. Ainsi que précédemment expliqué X constitue un pourcentage atteint par l'anode, de la capacité calorifique maximum CBm ; un tel pourcentage peut également être exprimé dans une phase de réchauff em ent de l'anode. Aussi, en supposant que survienne à l'instant tl4, une application de charge, non représentée ; un pourcentage X4', de la capacité calorifique maximum CBm > atteint par l'anode 4 à la fin du quatrièmeintervalle de temps # t4, est déterminé par: - la quantité de chaleur emmagasinéeCe, - le niveau calorifique atteint CB3 par l'anode en début de l'intervalle #t4, ou son équivalent en termede pourcentage X3. - et en tenant compte du refroidissement intrinsèque de l'anode 4, ainsi que lereprésentelaformulesuivante: X4' = + a.#t.X3+1 CBm Cette description montre que le procédé selon l'invention permet de fournir à des intervalles de temps constants, des informations précises sur l'état thermique Bun tube radiogène, au cours du réchauffement ou bien du refroidissement de l'anode. Ces informations sont affichées et permettent à un opérateur de conduir e le radiodiagnostic dans 1 es m veilleur es conditions. Ces informations constituent également une base nécessaire à toutes programmations du nombre possible des applications de charge, de la puissance anodique, et en général du meilleur emploi d'un ensemble radiogène en fonction d'un examen radiologique donné. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination du niveau calorifique d'une anode tournante, contenue dans un tube radiogène (1) soumis à au moins une application de charge déterminant une quantité de chaleur (Ce) emmagasinée par l'anode (4), cette dernière ayant une capacité calorifique maximum (CBm) connue, caractérisé en oe qu'il consiste à intervalles de temps (#t1, #t2,... Atn) constants à calculer un niveau calorifique (CB1, CB2,...CBn) représentatif d'un refroidissement intrinsèque de l'anode (4) durant chaque intervalle de temps (#t1, #t2,... #tn). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les niveaux calorifiques (CBî, CB2,...CBn constituent en l'absence d'application de charge des niveaux calorifiques atteints par l'anode (4) dans son refroidissement, chaque niveau calorifique (CB2,...CBn) étant lié au précédent par une loi telle que: CBm. CB1 CB2 = CB1 # a # t + CBm où "a" représente un coefficient lié à l'émissivité propre à l'anode (4) et à la surface de cette anode. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en oe qu'il consiste en outre, dans le cas d'application de charge, à faire la somme d'une quantité de chaleur emmagasinée (Ce1,Ce2,...Cen) par l'anode (4) durant un intervalle de temps (4 ti, #t2,... ttn) avec un niveau calorifique (CB1, CB2,...CBn) obtenu à la fin de cet intervalle par le refroidissement intrinsèque , de manière à déterminer un niveau calorifique global (CG1, CG2,...CGn) atteint effectivement par l'anode (4). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en oe que les niveaux calorifiques (CB1, CB2,...CBn), atteints par l'anode, sont exprimés en des termes (X1, X2,...Xn) correspoz dant à un pourcentage atteint par l'anode (4), de la capacité calorifique maximum (CBm), et constituent une suite do "n" termes, tels que le nième(Xn) est une fonction du nième-1(Xn-1), ainsi que représentée par la formule suivante: Xn-1 1.#t.Xn - 1 + 1 5. Ensemble électronique permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en oe qu'il comporte un élément capteur (6), du courant anodique (mA), isolé du circuit haute-tension (5,3,4). 6. Ensemble électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément capteur (6) est constitué d'une sonde à effet Hall (6).