工业CT系统X射线源控制的研究与实现

论文摘要

工业CT（Industrial Computed Tomography,简称ICT）是无损检测的一种重要手段,广泛应用于航天、航空、铸造等领域,检测对象有普通工件、导弹、火箭发动机、军工品等,西方发达国家均投入了大量的人力、物力对其深入研究。射线源是工业CT的重要组成部分,射线源的剂量率、焦点、剂量稳定性、能谱等是决定工业CT系统性能指标的关键因素。目前工业CT使用的X射线源系统是X射线无损检测用的通用设备。在CT扫描过程中,X射线源作为一个独立运行的子系统,工作人员要对CT系统和X射线源分开操作,无法通过工业CT控制系统对其实时控制;同时存在安全问题,可能会发生辐射剂量泄漏从而对工作人员的人身安全造成危害;而且分开操作带来的设备成本会大大增加。为了实现工业CT对射线源的精确控制,首先对工业CT常用射线源系统（X射线机和电子直线加速器）的结构、机理及技术参数进行了深入研究,并结合工业CT的需求,对射线源控制软件进行功能设计,采用VC开发环境下的C++编程语言,利用RS-485总线及多线程技术完成对其精确控制。该设计将计算机技术、通讯技术融于射线源控制系统中,有利于提高射线源监控系统的智能化程度,避免了传统射线源控制方式维修及升级困难的弊端;另一方面工作人员可通过CT控制系统对射线源监控,使用方便且安全性提高。在此基础上设计的控制系统功能强大,除具备传统射线源控制器基本的开停机、设置参数、显示信息功能外,还具有重要参数监测、工作模式选择及故障自处理功能。本设计中X射线源具有工业CT、训机和胶片照相三种工作模式,训机模式是针对X射线机第一次开机或者久置未使用时专门设计的一种工作模式,以防止损坏X射线管并延长其使用寿命。作者以美国Spellman公司的XRV450PN型高压发生器及北京机械工业自动化研究所开发的9MeV高能X射线源为特定对象,对其进行系统测试,测试结果达到设计要求。作者设计并实现的射线源控制器应用在450KV低能X射线源工业CT控制系统及9MeV驻波电子直线加速器工业CT控制系统中,系统工作稳定,性能良好。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 工业CT 概述
• 1.2 课题的研究背景及意义
• 1.3 课题的主要研究内容
• 2 工业 CT 系统射线源的分析与研究
• 2.1 工业CT 射线源类型
• 2.2 X 射线机的基本原理及其技术参数
• 2.2.1 X 射线机的基本原理和结构
• 2.2.2 X 射线管装置及其技术参数
• 2.2.3 高压发生器装置及其技术参数
• 2.3 电子直线加速器的基本原理及其技术参数
• 2.3.1 电子直线加速器的基本原理和结构
• 2.3.2 电子直线加速器的技术参数
• 2.4 本章小结
• 3 工业 CT 射线源控制的需求分析与总体设计
• 3.1 工业CT 射线源控制的需求分析
• 3.1.1 工业CT 射线源控制器的功能需求
• 3.1.2 工业CT 射线源控制器的性能需求
• 3.2 工业CT 射线源控制的总体方案设计
• 3.2.1 系统总流程
• 3.2.2 X 射线机监控系统各功能模块设计
• 3.2.3 X 射线机训机方式设计
• 3.2.4 电子直线加速器监控系统各功能模块设计
• 3.3 开发软件系统方案选取
• 3.4 RS-485 总线在工业控制中的应用
• 3.5 本章小结
• 4 工业 CT 射线源控制的软件开发与仿真测试
• 4.1 工业CT 射线源监控平台设计及简介
• 4.1.1 工业CT 射线源监控平台的设计
• 4.1.2 X 射线机监控平台简介
• 4.1.3 电子直线加速器监控平台简介
• 4.2 数据通讯
• 4.2.1 串行通讯的一般步骤
• 4.2.2 VC 基于类的多线程串口程序开发
• 4.2.3 X 射线机的串口通讯协议分析
• 4.2.4 电子直线加速器的串口通讯协议分析
• 4.3 X 射线机软件控制系统功能模块开发
• 4.3.1 系统主程序设计
• 4.3.2 写串口数据
• 4.3.3 读串口数据并解包
• 4.3.4 射线源出束子程序设计
• 4.3.5 训机过程子程序设计
• 4.3.6 数据存储管理模块
• 4.4 电子直线加速器监控软件开发
• 4.5 系统仿真测试
• 4.5.1 系统仿真测试模块设计
• 4.5.2 系统仿真测试软件开发
• 4.5.3 仿真测试结果分析
• 4.6 本章小结
• 5 系统测试
• 5.1 实验环境
• 5.2 通讯协议检验码的测试
• 5.3 测试中出现的一些问题分析
• 5.4 测试结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录