XHA600直线加速器自动稳频故障判别与维修

唐陆正

XHA600直线加速器自动稳频故障判别与维修

唐陆正①

目的：使电子直线加速器微波功率源的振荡频率与加速管的工作频率相一致，保证加速管稳定工作。方法：通过对自动稳频系统的故障排除及用双踪示波器对稳频系统进行调试。结果：加速器输出剂量在很短时间能达到最大值并保持稳定。结论：医院工程师通过对自动稳频原理的学习，掌握故障判别、维修及调试，也能对自动稳频这一复杂系统进行维修保养工作，为病人治疗争取时间，为医院节约费用。

直线加速器；自动稳频；输出剂量

锁相AFC系统的作用是使微波功率源的频率F自动跟踪驻波加速管的谐振频率F0，令ΔF代表频率绝对偏差。ΔF=F-F0, ΔF的容许范围约为20 kHz.

由于是自动跟踪，当驻波加速管由于冷却水温度波动或由于束流负载变化引起工作频率F0发生变化时，微波功率源的频率F能自动跟踪驻波加速管的谐振频率F0。

AFC系统的组成:磁控管及调谐机构、取样波导、衰减器、延迟线、检波二极管、混频桥、稳频与触发板 9SB5板。(如图1所示)。

由系统图可见(如图2所示)，从取样波导1耦合出的入射波信号经衰减器，移相器馈入到微波混合环入口E1. 从取样波导2耦合出的反射波信号经衰减器馈入到微波混合环入口E4.由混合环出口E2和E3 的信号分别检波馈出脉冲V2和V3。

V2和V3之间有个差信号，其极性和幅度反映了频偏ΔF=F-F0的正负和大小。该信号再经过电路部分去驱动调谐电机，控制磁控管的谐振频率F，使系统处于平衡状态。

图1 AFC系统的组成图

图2 AFC系统工作流程

1.1 前置电路

讨论TP1和 AFCA、AFCB的关系

为什么使用差动放大电路？

假设：有干扰ΔV

1.2 功率放大电路

由运放驱动的OCL功率放大电路，输出13 V电压给调谐电机。

2 自动稳频系统的调试

2.1 观测S波

用示波器直接观测控制台9J19、9J20。

2.1.1 取下前向波采样信号，这时看到的是反射波采样信号，记录其在失谐位置时的幅值；

图3 AFC系统电路图

2.1.2 接上前向波采样信号，取下反射波采样信号，这时看到的是前向波采样信号，调整可变衰减器，使其幅值与失谐位置的反向波的幅值相同；

2.1.3 同时接上前向波采样信号与反向波采样信号,使用示波器的两路相减功能，这样看到的就是S波了(如图4所示)。

2.2 调整S波

用示波器直接观测控制台9J19、9J20的相减信号。

2.2.1 观察使用手动从最佳位置分别向两侧移动时，S波的变化；

2.2.2 调节移相器，使手动从最佳位置分别向两侧移动时，S波分别向不同方向移动，并且在两侧的失谐位置，S波的幅值相同。(如图5所示)

图4 S波形图

图5 失谐S波形图

2.3 调节AD781的采样点

2.3.1 把控制台9J19、9J20接回到分线板上，用示波器观察9SB5板的TP1和电阻R45的下端信号(如图6、图7所示)。

图6 TP1处S波形图

2.3.2 调整电位器RP13，使得采样脉冲位于S波的变化最明显的地方。要求采样脉冲宽度不大于1微秒。

2.4 调节比较电压

2.4.1 等系统出束稳定后，使用手动调节使剂量率最大，调节9SB5板的RP3，使得监控面板上的AFC指示表的指针位于零点附近。

2.4.2 使用手动调偏谐振位置，把AFC选择开关置于“自动”，观察，AFC系统能否回到谐振位置。如能回到谐振位置只需微调RP3使剂量率最大即可；如不能回到谐振位置，而是朝向相反方向运动，说明电机运动方向反了，将AFC电机组件上的AFCMOT+和AFCMOT-两线调换，再重新调节RP3。

AFC电机组件上的接线排

2.5 调节冷状态

2.5.1 反复观察机器开始出束瞬间，剂量率上升最快的电机停止位置。停止出束后，调节9SB5板的RP6，使稳频系统的冷状态停于这一位置。一般是调节RP6使U7的14脚电压接近于0。

2.5.2 未进入出束状态使，把AFC选择开关置于“自动”位置，观察AFC电机是否能保持在冷状态位置，如不能需检查AFC电机组件上的位置电位器。

2.6 将机器重复频率设为250PPS，微调RP3使剂量率最大

3 自动稳频常见故障分析

3.1 电机不动现象

AFC选择开关置于“自动”，在出束时剂量率为零或剂量率上升较慢；在出束过程中将 AFC选择开关置于“手动”，调节AFC电机，剂量率不发生变化。

故障分析：

(1)测量AFC电机驱动电路的是否有输出，AFCMOT+与AFCMTOR-之间电压应为10～13 V之间,如没有则是驱动电路有问题。

(2)检查电机的输入端是否有电压，测量AFCJX-1,3角之间电压应为10～13 V之间,如没有则是传输电路有问题。

(3)检查电机的传动机构是否正常。

3.2 位置电位器错误现象

AFC选择开关置于“自动”，在出束开始时剂量率上升非常慢；但能工作在剂量最佳位置。

故障分析：出现这种现象的主要原因就是机器的冷状态点不对，使出束开始时剂量率上升非常慢。

冷状态点不对时剂量率与时间的关系(如图7所示)， 参考调节冷状态。

3.3 磁控管谐振位置靠近限位开关现象

AFC系统工作基本正常，但在出束状态下，使用手动调节时其一个方向剂量率能够下降，另一方向剂量率没有变化。

图7 电阻R45的下端S波形图

故障分析：出现这种现象的主要原因就是机器的谐振位置靠近限位开关，这种情况在短期内不会影响机器的正常使用，但随着机器使用时间的增长，谐振位置会发生偏离，这就使机器不能工作在最佳位置。

调整方法：先手动剂量率最高时，停束。AFC选择在手动，拆下冷态预置电位器齿轮，移动AFC电机齿轮上的调节块，使碰块位于中间位，然后上紧螺钉即可。（不可以单独移动调节块，易损坏位置电位器）

3.4 工作在手动状态现象(如图9所示)

图8 剂量率与时间的关系图

图9 工作在手动状态现象

AFC选择开关置于“自动”，在出束时剂量率上升较慢逐渐爬升(见图9c)或到最大值后又逐渐降低(见图9b)。用手动拨偏后，剂量率不能自动找回。造成这种现象有下面几种原因：

（1）电机转动速度太慢，可调节SB5板RP10电位器使输出电压变大。

（2）自动稳频不是工作在最佳点，重新调节自动稳频，主要是AFCTRIG信号与S波的相对位置AFCTRIG尽量靠近S波的左端，手动剂量率最高，调节SB5板RP3电位器使U7-1脚电压输出为零。

（3）如果剂量率持续降低则可能是电机线接反了，反电机上的两根线即可。

3.5 检波二极管损坏现象

AFC选择开关置于“自动”，在出束时剂量率不稳定或没有。用手动可以找到最大值，且稳定。

故障分析：

（1）一般在机器没有更换微波元件，机器原来使用中稳频是好的，就可以考虑是检波二极管坏了。

（2）更换检波二极管后，只要微调9SB5板RP3就可以恢复自动稳频系统了。

4 结束语

通过上述检查与调整，自动稳频系统AFC调试就比较完整了，用户在遇到不出束或剂量率不稳定情况下，维修人员通过正确判断，可以避免厂家来工程技术人员进行维修，节省了时间和维修费用。

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Breakdowns and troubleshooting for automatic frequency stabilization of Linear accelerator XHA600

Tang Luzheng

Objective: To enable that electron linear accelerator microwave power source of the oscillation frequency and operating frequency of the accelerating tube is consistent to ensure stability accelerating tube. Methods: Frequency stabilization system for the automated troubleshooting and double-trace oscilloscope for frequency stabilization system for debugging were analyzed. Results: The dose of accelerator output achieved maximum value in a very short period of time and remained stable. Conclusion: The hospital engineers can deal with breakdowns of the device through learning the principle of the automatic frequency stabilization and mastering fault discrimination to carry out maintenance work to treat patients against time and save cost for hospitals.

Linear accelerator; Automatic frequency stabilization; Output dose

1672-8270(2010)02-0056-04

TH 773

B

1 AFC系统的原理

唐陆正,男，(1968- ),南京东南大学毕业，现就职于台州市博爱医院，物理师，工程师。

2009-12-20

①浙江省台州市博爱医院 浙江 台州 318050

China Medical Equipment,2010,7(2):56-59.

[First-author's address]Taizhou Boai Hospital, Taizhou 318050, China.

XHA600直线加速器采用的是驻波锁相自动稳频系统，它只有一个工作频率，就是驻波加速管的谐振谐振频率F0，微波功率源的频率F必须等于驻波加速管的谐振频率F0.当微波功率管的频率F偏离驻波加速管的谐振F0时，不仅会引起能量及剂量率的下降，而且会产生功率反射，甚至不能工作。