非介入技术在X光机管电流测量中的应用研究

黄 平 ， 龚 岚 ， 刘志宏

（1.中国测试技术研究院，四川 成都 610021；2.成都理工大学，四川 成都 610059）

0 引言

X光机广泛应用于工业、农业、科学研究等领域，如工业探伤、物质测厚、原子和分子结构等。在医学上，X射线技术已成为对疾病进行放射诊断和放射治疗的专门学科，在医疗卫生事业中占有重要地位[1-2]。

由于X光机在各领域的广泛使用，涉及产品质量控制、公共人身安全等方面，对X光机重要物理参数的检测变得尤为重要。X光机管电流参数在X光机质量控制中越发重要[3-5]，传统介入式X光机管电流测量前需将电路切断，停机后才能将电流表接入，这样操作不便、数据量少，故该文介绍了一种基于非介入式X光机管电流实时测量方法。

1 测量原理简介

电流是电荷的流动。电流的标准单位是安培（A），它等于每秒内一库仑电荷的流量[6]。测量电流的方法一般分成直接式和非直接式两种。直接式一般通过电阻进行，根据欧姆定律电流的大小和电压成正比，因此可以通过测量一个小电阻的电压差得到所经过电流的大小；非直接式测量一般通过监控电流产生的磁场得到，由于电流周围本身会产生磁场，电流的大小和磁场成正比，因此可以通过测量磁场的大小得到经过电流的大小。直接式用于测量相对较小的电流以及电压不高的情况，非直接式不带有任何导电关系，因此可用于测量相对较大的电流以及相对较高的电压[7]。

在X光机管电压固定且不考虑距离的情况下，X射线强度用管电流与时间的乘积（mAs）来表示[8]。在检测过程中，准确测量mAs参数对X光机质量控制尤为重要。

非介入管电流测量是利用电流互感器和电流表组合而成，穿过铁心的被测电路导线为电流I1互感器的一次线圈，通过电流便在二次线圈中感应出电流I2，两者关系如下式所示。

式中：N1，N2——一次线圈和二次线圈的匝数。

目前，一种更现代的电流测量方法是使用一个运算放大器来放大感测电阻所产生的电压降，常常将其输出接到一个模数转换器（ADC）上。该方法的第1步就是选择感测电阻的阻值，并设定放大器的增益[9]。

为提高X光机管电流质量控制的检测水平，传统电流表已不能满足测量要求，为此设计验证了基于实时采样技术的非介入管电流测量方法。

2 测量装置

非介入实时管电流测量是利用高速ADC对电流互感应信号进行采样操作，并对采样波形数据进行分析计算的方法。测量装置如图1所示。

电流互感信号经过I-U转换后，信号采集部分对其实时采样并将数据发送到PC端进行数据分析处理。为了对管电流测量系统进行测试与刻度，设计了一套简易电流源测试装置（如图2所示），利用经典公式（I=U/R），采用稳压电源和高精度大功率电阻组成，利用不同阻值的标准电阻，可提供不同的标准电流值。

图1 管电流测量装置示意图

图2 电流源测试装置示意图

由于功耗损失或周围环境温度改变引起的分路电阻发热导致的阻值变化，从而影响测量准确度。因此选取的电阻应有良好的温度系数。

3 数据分析

当X光机管电流测量装置建立完成后，通过PC机软件对管电流装置进行系统测试。

3.1 电流源测试

重复性沿用公式

计算所得，测试结果如表1所示。

3.2 X光机管电流测试

当利用标准电流源测量刻度后，可对X光机管电流进行实测验证，测试结果如表2、表3所示。

图3 为 100ms，标准电流为 100，120，250mA 条件下的实测波形，图4为系统线性测试。在图5测试结果中，对相同管电压和曝光时间，不同管电流进行测试，测试相对误差在2%内，满足测量要求。在表3中对相同管电流和曝光时间，不同管电压进行测试，从测试曲线图6得知，随着管电压的升高，管电流也会随之升高，在管电流测量过程中，管电压范围宜选在100kV下进行。

表1 标准电流源测量

表2 相同管电压、曝光时间，不同管电流测试结果

表3 相同管电流、曝光时间，不同管电压测试结果

图3 不同标准电流值实时波形显示

图4 系统线性测试

图5 X光机管电流测量相对误差

图6 管电压与管电流关系图

4 结束语

管电流的大小直接影响着摄片时胶片的感光量，必须对长时间使用的医用X光机管电流进行重新检测与调整后，才能继续安全使用。

随着X光机的广泛使用，其与人们的生活密切相关，为了使它安全、可靠地服务大众，质量检测能力变得越发重要。由于介入测试在检测中带来的操作不便、人工辐射增加等因素影响，同时得益于传感器技术和测量方法理论的不断突破，故在管电流非介入测量原理的基础上，建立了一套X光机管电流实时测试系统，主要包括电流标准源信号和信号采集与分析系统，设计验证了基于X光机管电流的非介入式测量方法，进一步验证X光机管电流实时测量的检测能力。

[1]介入放射学的概念、范畴与发展[DB/OL].[2010-11-28].http：//www.maiteli.com/Article.

[2]杨瑞瑛.同步辐射在生物大分子结构研究中的应用[J].现代仪器，2004（6）：5-9.

[3]杨建.基于非介入式X射线管电压测量的研究[J].中国测试技术，2008，34（5）：110-112.

[4]杨勇.医用诊断X射线剂量探测技术概述[J].中国测试技术，2005，31（4）：94-96.

[5]郑永明.X射线探伤机检定装置的研制[J].核电子学与探测技术，2009，29（4）：917-920.

[6]常规测量指南[DB/OL].[2010-11-09].http：//zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/7161.

[7]电流测量的原理和产品[DB/OL].[2010-11-30].http：//tech.ddvip.com 2008/08/121826779652390.html.

[8]K.K.阿格林采夫.致电离辐射剂量学[M].潘自强，译.北京：科学出版社，1963.

[9]Don Tuite.采取正确方法和步骤获得精确的电流测量结果[DB/OL].[2010-11-09].http://www.ed-china.com/ART_8800011166_400008_500015_TS_c4ae8299.HTM.