Generadores de rayos X de filamento flotante y los posibles problemas que pueden producir los cables largos de alto voltaje

AN-03

Antecedentes:
Spellman ha estado fabricando generadores de rayos X durante más de 3 décadas. La mayoría se dividen en tres categorías básicas:

• Control filamento referenciado a tierra
• Control filamento flotante
• Control filamento de salida bipolar

Generadores de rayos X de filamento del tipo referenciados a tierra:
Los generadores de rayos X de control de filamento referenciados a tierra incluyen: XMPG, XLG, FF, DXM, MNX, uX, uXHP, VMX y PMX. Estos generadores de rayos X suelen tener un voltaje de salida positivo con respecto a la tierra. El filamento es DC y está referenciado a tierra. La temperatura (amperios) del filamento, el potencial de voltaje (kV) y el tiempo de exposición determinarán las características de las imágenes de rayos X de salida. Dado que el filamento está en tierra y es de DC, la implementación del control filamentoso para este generador de rayos X es bastante sencilla y simple.

Generador de rayos X del tipo de filamento flotante:
Los generadores de rayos X filamento flotantes incluyen XMPF, DF, XRF, DXM, DXM100, XLF, DXB y MFX. Estos generadores de rayos X de "filamento flotante" son diferentes... sus fuentes de alimentación de filamento están referenciadas al voltaje de salida del cátodo negativo. Eso significa que la fuente de alimentación del filamento debe ser controlable (utilizando señales de programación y retroalimentación referenciadas a tierra) mientras está conectada a la salida principal de alto voltaje, en algunos casos a -160kV o más. La implementación de generadores de rayos X de filamento flotante es más complicada.

Generador de rayos X del tipo salida bipolar:
Los generadores de rayos X de salida bipolar utilizan un circuito de filamento flotante (piense en el generador de rayos X de filamento flotante), pero en lugar de simplemente dejar el ánodo en el suelo, lo está elevando al mismo potencial de polaridad, pero opuesto del cátodo. Esto duplica efectivamente el voltaje a través del tubo de rayos X, lo que permite una mayor potencia de salida. La implementación funciona como un generador de rayos X de filamento flotante estándar, con las mismas complejidades de ingeniería.

Circuitos de controlador de filamento referenciado a tierra:
Los circuitos de control de filamentos flotantes son más complicados desde una perspectiva de ingeniería porque deben estar conectados (referenciados) al potencial de salida de alto voltaje negativo del cátodo del tubo de rayos X. Los requisitos de voltaje de aislamiento son de -50kV, -100kV, -160kV o más. Los transformadores de aislamiento funcionan en AC de alta frecuencia, ya que los transformadores solo funcionan con formas de onda de AC. Los circuitos de filamento funcionan en modo de corriente, por lo que obtener una muestra de la corriente de filamento real es fácil utilizando un transformador de detección de corriente. Aquí, la utilización de AC para la salida de filamento simplifica los requisitos de aislamiento y detección del circuito de filamento. Por lo general, la frecuencia de funcionamiento de los circuitos de filamento flotante es de aproximadamente 30 a 40 kilohercios. Suficientemente alto en frecuencia para ser inaudible y también lo suficientemente alto como para mantener el tamaño de los circuitos magnéticos del transformador de aislamiento de filamentos y del controlador de filamentos a un tamaño razonable.

Los problemas con los cables largos de alto voltaje que usan un filamento de AC:
El uso de AC de alta frecuencia para una aplicación de tubo de rayos X de filamento flotante facilita algunas de las tareas de diseño, pero hay un inconveniente potencial al usar esta técnica. El cable de alto voltaje se convierte en parte del "circuito resonante sintonizado" del controlador de filamento de AC y las longitudes excesivas de cable de alto voltaje pueden resultar en algunos problemas operativos fundamentales. El voltaje de salida negativo estándar DXM vendido con un filamento de CA está calibrado con un cable de alto voltaje de 10 pies de largo. Los cables de alto voltaje excesivamente largos pueden tener tanta inductancia que el circuito del controlador de filamento puede no tener el cumplimiento de voltaje adecuado para manejar los cables largos de alto voltaje, causando problemas al operar el tubo de rayos X. Básicamente, todo el voltaje de alta frecuencia de AC se cae a través del cable largo de alto voltaje, dejando una capacidad inadecuada para conducir el filamento del tubo de rayos X correctamente. Los circuitos de filamento de CA no están diseñados para accionar cables largos de alto voltaje.

The Problems with Long High Voltage Cables Using an AC Filament:
Using high frequency AC for a floating filament X-Ray tube application makes some of the design tasks easier, but there is one potential drawback using this technique. The high voltage cable becomes part of the “tuned resonant circuit” of the AC filament driver and excessive high voltage cable lengths can result in some fundamental operational problems. The standard negative output voltage DXM sold with an AC filament is calibrated with a 10 foot long high voltage cable. Excessively long high voltage cables can have so much inductance the filament driver circuit may not have adequate voltage compliance to drive the long high voltage cables, causing problems operating the X-Ray tube. Basically, all the AC high frequency voltage gets dropped across the long high voltage cable leaving inadequate capability to drive the X-Ray tube filament properly. AC filament circuits are not designed to drive long high voltage cables.

Conclusión/Sugerencia:
Cuando trabaje con generadores de rayos X, ya sean filamentos de DC o AC, utilice el enfoque de ingeniería sensato para tratar de mantener el cable de alto voltaje (o cable de filamento) lo más corto posible.