非介入技術在X光機管電流測量中的應用研究

黃 平 ， 龔 嵐 ， 劉志宏

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

0 引言

X光機廣泛應用于工業、農業、科學研究等領域，如工業探傷、物質測厚、原子和分子結構等。在醫學上，X射線技術已成為對疾病進行放射診斷和放射治療的專門學科，在醫療衛生事業中占有重要地位[1-2]。

由于X光機在各領域的廣泛使用，涉及產品質量控制、公共人身安全等方面，對X光機重要物理參數的檢測變得尤為重要。X光機管電流參數在X光機質量控制中越發重要[3-5]，傳統介入式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、數據量少，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過電流的大小；非直接式測量一般通過監控電流產生的磁場得到，由于電流周圍本身會產生磁場，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電關系，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參數對X光機質量控制尤為重要。

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出電流I2，兩者關系如下式所示。

式中：N1，N2——一次線圈和二次線圈的匝數。

目前，一種更現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生的電壓降，常常將其輸出接到一個模數轉換器（ADC）上。該方法的第1步就是選擇感測電阻的阻值，并設定放大器的增益[9]。

為提高X光機管電流質量控制的檢測水平，傳統電流表已不能滿足測量要求，為此設計驗證了基于實時采樣技術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對電流互感應信號進行采樣操作，并對采樣波形數據進行分析計算的方法。測量裝置如圖1所示。

電流互感信號經過I-U轉換后，信號采集部分對其實時采樣并將數據發送到PC端進行數據分析處理。為了對管電流測量系統進行測試與刻度，設計了一套簡易電流源測試裝置（如圖2所示），利用經典公式（I=U/R），采用穩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境溫度改變引起的分路電阻發熱導致的阻值變化，從而影響測量準確度。因此選取的電阻應有良好的溫度系數。

3 數據分析

當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測試。

3.1 電流源測試

重復性沿用公式

計算所得，測試結果如表1所示。

3.2 X光機管電流測試

當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為系統線性測試。在圖5測試結果中，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，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，不同管電流測試結果

表3 相同管電流、曝光時間，不同管電壓測試結果

圖3 不同標準電流值實時波形顯示

圖4 系統線性測試

圖5 X光機管電流測量相對誤差

圖6 管電壓與管電流關系圖

4 結束語

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用X光機管電流進行重新檢測與調整后，才能繼續安全使用。

隨著X光機的廣泛使用，其與人們的生活密切相關，為了使它安全、可靠地服務大眾，質量檢測能力變得越發重要。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上，建立了一套X光機管電流實時測試系統，主要包括電流標準源信號和信號采集與分析系統，設計驗證了基于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]介入放射學的概念、范疇與發展[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構研究中的應用[J].現代儀器，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，2008，34（5）：110-112.

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

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

[6]常規測量指南[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[M].潘自強，譯.北京：科學出版社，1963.

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