非介入技术在X光机管电流测量中的应用研究

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。

    I₁/ I₂= N₂/ N₁

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。