综评目前携带式工业X射线机发展之趋势及应注意的几个问题 近五年来,国内外在携带式工业X射线机的发展方面均作出了相当的努力, 有了较明显的改进和发展,国外如比利时ICM公司的SITE-X系列,原 ANDREX 的 SMART系列, SEIFORT的新产品,理学机的新改进,国内如沉阳探伤机厂、中 南探伤机厂、大连通海公司等也都推出了新的系列,这些新的发展都各有特点, 但综合起来都还是紧紧围绕着用户的要求进行的 按照用户对携带式工业X射线机的要求,我认为主要是:体积小、重量轻; 穿透能力强;可靠性高:使用方便。 现就这几个方面分析一下发展的趋势 体积小、重量轻 这指的既是射线管头,也指控制台,先看一下八十年代到九十年代初的状况 型号 管头重 控制台重 波涛GFD306 36公斤 23公斤 理学300EG-S3 38.5公斤 25公斤 国产XXH3005 45公斤 XXQ3005 49-42公斤 12-19.5公斤 XG3005 35公斤 当时300kV管头为35-38.5公斤,控制台为12-25公斤,再比较一下目前的 状况 比利时ICM ANDREX 品种/重量 沉海通海 SITE-X D3006 smart 300 管头重量 控制台重 7.5 管头重为27-29公斤,控制台为7.5-14公斤 在同样的功率条件下管头重量减轻了20%-23% 控制台重量减轻了37%-44% 分析一下重量减轻原因可以看出其趋势,首先分析一下射线管头重量减轻的 措施:自五十年代到七十年代当时有一个大的变化,当时比利时波涛公司从三个
综评目前携带式工业 X 射线机发展之趋势及应注意的几个问题 近五年来，国内外在携带式工业 X 射线机的发展方面均作出了相当的努力， 有了较明显的改进和发展，国外如比利时 ICM 公司的 SITE-X 系列，原 ANDREX 的 SMART 系列，SEIFORT 的新产品，理学机的新改进，国内如沉阳探伤机厂、中 南探伤机厂、大连通海公司等也都推出了新的系列，这些新的发展都各有特点， 但综合起来都还是紧紧围绕着用户的要求进行的。 按照用户对携带式工业 X 射线机的要求，我认为主要是：体积小、重量轻； 穿透能力强；可靠性高；使用方便。 现就这几个方面分析一下发展的趋势 一﹑体积小、重量轻 这指的既是射线管头，也指控制台，先看一下八十年代到九十年代初的状况 型号 管头重 控制台重 波涛 GFD 306 36 公斤 23 公斤 理学 300EG-S3 38.5 公斤 25 公斤 国产 XXH3005 XXQ3005 XXG3005 45 公斤 49 - 42 公斤 35 公斤 12 - 19.5 公斤 当时 300kV 管头为 35-38.5 公斤，控制台为 12-25 公斤，再比较一下目前的 状况 品种/重量 比利时 ICM SITE-X D3006 ANDREX SMART 300 沉海 通海 管头重量 29 29 29 27 控制台重 14 11 12 7.5 管头重为 27-29 公斤，控制台为 7.5-14 公斤 在同样的功率条件下管头重量减轻了 20%-23% 控制台重量减轻了 37%-44% 分析一下重量减轻原因可以看出其趋势，首先分析一下射线管头重量减轻的 措施：自五十年代到七十年代当时有一个大的变化，当时比利时波涛公司从三个
方面进行革新:以SF6气绝缘代替油绝缘,以铝壳体代替铁皮壳体:用单端接地, 使高压线包由三个(正、负高压及灯丝)变为一个;用逆变变频技术减少变压器体 积、重量。以后理学也采用这一变革,国产机也相应变更,使定向300kV管头由 50多公斤降到了35-36公斤,这一局面维持了10年左右。 九十年代开始, ANDREX及比利时ICM公司均先后进行了改革,他们首先从 射线管上进行改革,都把棒状阳极X射线管作为改革方向,一方面使射线管更小 另一方面由于射线发射窗口从气绝缘的筒体内移到筒体外,使射线防护用铅大 为减少,使X射线机机头的重量大大降低,以300kV为例,原波涛的GFD306为 36公斤,而ICM的D3006仅29公斤,用铅量的下降是主要原因。国内多家生产 企业也有这方面成功的例子,不一一列举,其次对变压器来说,目前主要是提高 频率,可以用变频也可以用恒频,甚至通过倍压整流成为恒电位的系统,提高f, 可使铁芯体积重量下降,当然f↑也使损耗增大,使变压器发热更为突出,于是 选择铁芯材料以降低铁损及提髙磁通密度就是必须考虑的因素,国内外多家厂 商均对此作了研究,ICM更对变压器的散热冷却作了专门的研究和发展。 在控制台方面,自从波涛公司将逆变技术引入X射线机以后,基本上主导了 Ⅹ射线机功率电路的设计,但当时采用的为可控硅SCR,使控制台重量在20公 斤上下,长期未有变化,直到90年代中期,ICM, ANDREX, BALTEAU的改进型定 向机均采用了晶闸管,用了IGBT、 MOSFET等器件作为逆变电源的功率器件,使 电路简化、热损耗大大降低,继而使控制台重量大幅度下降,如ICM公司的 SITE-X系列控制台为14公斤,爬行器用的控制台CCU186仅4公斤,国产的控 制台也降到7.5-12公斤,当然用铝合金代替钢板也是一个因子。 穿透能力提高 X射线机的穿透能力与kV值密切相关,因为kV值影响了X射线的硬度。但 电压的波形又决定了最硬射线在全部射线剂量中所占的比例,变频矩形脉冲存在 占空比,这就使最大kV出现的时间在总的曝光时间中只占一部份,要提高在某 kV值下的剂量,可以增长mA,也可以缩小占空比,直到100%的恒电位。 ICM的SITE-X及 ANDREX的 SMART为例,前者用加大mA,为6,7,8mA,同时 主要是延长曝光时间,通过对管端冷却系统的改造及对变压器冷却的改造,使 次曝光时间可以提高,使暂载率达到100%,比起过去的50%暂载率有了很大提高
方面进行革新：以 SF6 气绝缘代替油绝缘，以铝壳体代替铁皮壳体；用单端接地， 使高压线包由三个(正、负高压及灯丝)变为一个；用逆变变频技术减少变压器体 积、重量。以后理学也采用这一变革，国产机也相应变更，使定向 300kV 管头由 50 多公斤降到了 35-36 公斤，这一局面维持了 10 年左右。 九十年代开始，ANDREX 及比利时 ICM 公司均先后进行了改革，他们首先从 射线管上进行改革，都把棒状阳极 X 射线管作为改革方向，一方面使射线管更小 ﹐另一方面由于射线发射窗口从气绝缘的筒体内移到筒体外，使射线防护用铅大 为减少，使 X 射线机机头的重量大大降低﹐以 300kV 为例，原波涛的 GFD306 为 36 公斤，而 ICM 的 D3006 仅 29 公斤，用铅量的下降是主要原因。国内多家生产 企业也有这方面成功的例子，不一一列举，其次对变压器来说,目前主要是提高 频率，可以用变频也可以用恒频，甚至通过倍压整流成为恒电位的系统，提高ｆ， 可使铁芯体积重量下降，当然ｆ↑也使损耗增大，使变压器发热更为突出，于是 选择铁芯材料以降低铁损及提高磁通密度就是必须考虑的因素﹐国内外多家厂 商均对此作了研究，ICM 更对变压器的散热冷却作了专门的研究和发展。 在控制台方面﹐自从波涛公司将逆变技术引入 X 射线机以后，基本上主导了 X 射线机功率电路的设计，但当时采用的为可控硅 SCR，使控制台重量在 20 公 斤上下，长期未有变化，直到 90 年代中期，ICM，ANDREX，BALTEAU 的改进型定 向机均采用了晶闸管，用了 IGBT、MOSFET 等器件作为逆变电源的功率器件，使 电路简化、热损耗大大降低，继而使控制台重量大幅度下降，如 ICM 公司的 SITE-X 系列控制台为 14 公斤，爬行器用的控制台 CCU186 仅 4 公斤，国产的控 制台也降到 7.5-12 公斤，当然用铝合金代替钢板也是一个因子。 二﹑穿透能力提高 X 射线机的穿透能力与 kV 值密切相关，因为 kV 值影响了 X 射线的硬度。但 电压的波形又决定了最硬射线在全部射线剂量中所占的比例，变频矩形脉冲存在 占空比，这就使最大 kV 出现的时间在总的曝光时间中只占一部份，要提高在某 一 kV 值下的剂量，可以增长 mA，也可以缩小占空比，直到 100%的恒电位。以 ICM 的 SITE-X 及 ANDREX 的 SMART 为例，前者用加大 mA，为 6，7，8 mA，同时 主要是延长曝光时间，通过对管端冷却系统的改造及对变压器冷却的改造，使一 次曝光时间可以提高，使暂载率达到 100%，比起过去的 50%暂载率有了很大提高
通过一次曝光20-30%,同时提高kV值,发展320kV系列,350-360kV系列,如 320kV最大穿透69mmFe,后者则用倍压整流的方法形成直流高压,因此在相同的 曝光时间内提高射线剂量率,提高穿透能力,但由于倍压整流方式功率不大,因 此管电流在3nA以下,管子及高压电源的散热也是一个问题,持续工作时间推荐 为10分钟,300kV的穿透能力在曝光时间为10分钟时可达60mmFe。在这方面 进一步的突破则有赖于新的创新意识。 三、可靠性高 X射线机的可靠性由三个因子组成,即X射线管、高压变压器、控制系统的 可靠性组成。 X射线机的可靠性由X射线管的设计及工艺决定,保护可由机械保护及电器 保护组成 以IOM公司的SITE-X系列为例来进行分析,他们仍采用玻壳管,最长达10 万小时,金属陶瓷管及陶瓷管则发展历史较短,寿命提髙还有一段路程,从提供 文字的参数看,陶瓷管的寿命提出为400小时,金属管为600小时,玻壳管为 l000小时,但普遍认为金陶管及陶瓷管机械性能好一些,因此改进管子结构是 提高管子可靠性的主要途径。 比利时ICM公司与列日大学合作,对X射线管作了改进设计,主要贡献为 A:改进管内电场分布,对300kV管子其管内场强最高为25kV/mm,较过去 下降16%以上 使管子可靠性有显著提高。 B:改进管子与管头的机械联接,提髙了抗震性能,从已进口的ICM设备看, 尚未发现因机械撞击或运输震动导致X射线管损坏的事例 C:在周向系列设备中全部采用锥靶管,这种管型在射线均匀度上制作难度 较高,国产管一般均匀度达到0.4就不错,进口管较好的也只达到0.2,而ICM公 司开发了新的专利,对X射线管的电子束进行控制,使均匀度≤0.1,并且用户 在发现均匀度不良时,可自行调整,使周向机工作的可靠性大大提高,在电器保 护方面,对X射线管实行自动训压(ICM的训压时间最长为60分钟),过电压 过电流、欠电压、欠电流的保护,对X射线管由于冷却系统失灵造成温度过高的
通过一次曝光 20-30%，同时提高 kV 值，发展 320kV 系列，350-360kV 系列，如 320kV 最大穿透 69mmFe，后者则用倍压整流的方法形成直流高压，因此在相同的 曝光时间内提高射线剂量率，提高穿透能力，但由于倍压整流方式功率不大，因 此管电流在 3mA 以下，管子及高压电源的散热也是一个问题，持续工作时间推荐 为 10 分钟， 300kV 的穿透能力在曝光时间为 10 分钟时可达 60mmFe。在这方面 进一步的突破则有赖于新的创新意识。 三﹑可靠性高 X 射线机的可靠性由三个因子组成，即 X 射线管、高压变压器、控制系统的 可靠性组成。 X 射线机的可靠性由 X 射线管的设计及工艺决定，保护可由机械保护及电器 保护组成。 以 ICM 公司的 SITE-X 系列为例来进行分析，他们仍采用玻壳管，最长达 10 万小时，金属陶瓷管及陶瓷管则发展历史较短，寿命提高还有一段路程，从提供 文字的参数看﹐陶瓷管的寿命提出为 400 小时，金属管为 600 小时，玻壳管为 1000 小时，但普遍认为金陶管及陶瓷管机械性能好一些，因此改进管子结构是 提高管子可靠性的主要途径。 比利时 ICM 公司与列日大学合作，对 X 射线管作了改进设计，主要贡献为 A：改进管内电场分布，对 300kV 管子其管内场强最高为 25kV／mm，较过去 下降 16%以上， 使管子可靠性有显著提高。 B：改进管子与管头的机械联接，提高了抗震性能，从已进口的 ICM 设备看， 尚未发现因机械撞击或运输震动导致 X 射线管损坏的事例。 C：在周向系列设备中全部采用锥靶管，这种管型在射线均匀度上制作难度 较高，国产管一般均匀度达到 0.4 就不错，进口管较好的也只达到 0.2，而 ICM 公 司开发了新的专利，对 X 射线管的电子束进行控制，使均匀度≤0.1，并且用户 在发现均匀度不良时，可自行调整﹐使周向机工作的可靠性大大提高，在电器保 护方面，对 X 射线管实行自动训压(ICM 的训压时间最长为 60 分钟)，过电压、 过电流、欠电压、欠电流的保护，对 X 射线管由于冷却系统失灵造成温度过高的
温度保护,对SF6气压太低使SF6气体绝缘性能下降的气压过低保护,这些全 面组成对X射线管的保护网,提高了可靠性 高压变压器,特别是其中的高压线圈也是历来X射线机中易损坏的部件,各 生产企业均在这方面下了很大功夫,主要在变压器的结构、线圈的绕制工艺,处 理方法,质量控制手段上下工夫,这方面各企业均作为企业的机密来对待,但从 评价上则可以用变压器部份的故障率大小来衡量,一个好的企业这部份的故障率 占产品总量的比例在5%以内。 控制台的可靠性包含二层意思,一是整个系统的可靠性,这方面各企业都化 了不少功夫来改进,主要的是完整的保护系统保证X射线管和高压变压器稳定工 作,不易损坏,如采用自动训压,气压保护、温度保护、过压、欠压、欠流等保 护,扩大适用电压的范围,采取抗击浪涌电压的措施,在低电压时自动调整功率 的措施等等,特别采用微处理器控制以后,通过软件编制使这些功能的实现变的 容易了,从而国际一流的生产企业如 I CM ANDREX等都采用了微处理器菜单检索 自动训压、自诊断等,使系统的可靠性有了较大提高,第二是控制台本身工作的 可靠性,包括机械可靠性与电气可靠性,机械可靠性指印板固定的抗震性能,密 封程度,耐气候性,指示仪表等的不易损坏,电气可靠性则是电路工作的稳定性, 元器件的可靠性等,ICM公司的控制台密封性好,耐气候性形成封闭自冷却的系 统,但在印板固定上已作过二次改进,目前已很少发现在强烈震动时印板脱落的 情况,在电气可靠性上一般企业往往早期产品故障较多,特别是在元器件可靠性 上较差,但ICM采用了自诊断系统,微处理器经常及时分析各监测点的信息, 但出现故障,能较快发现故障点,可及时排除故障,同时在操作上力求简化,使 操作人员只要按一按钮,即可完成曝光拍片的操作,这就大大减轻了误操作的可 能,提髙了可靠性,电气可靠性受外部环境影响较大如电压变动、外部电压突变 的入侵,电源接插的错误,环境温度的变化(高温及低温)这些都会影响电气可靠 性,因此电气可靠性是控制电路中各企业的一个难题,但在各企业的努力下,特 别是采用微处理器及组件集成程度的提高,可靠性比过去有了提高 四、使用方便 使用微处理器及各种存贮组件,使目前的X射线机在使用方便上提高了一大 步,由于采用薄膜开关控制,使用键盘操作与荧光数码显示或液晶显示,这都使
温度保护，对 SF6 气压太低使 SF6 气体绝缘性能下降的气压过低保护，这些全 面组成对 X 射线管的保护网，提高了可靠性。 高压变压器，特别是其中的高压线圈也是历来 X 射线机中易损坏的部件，各 生产企业均在这方面下了很大功夫，主要在变压器的结构、线圈的绕制工艺，处 理方法，质量控制手段上下工夫，这方面各企业均作为企业的机密来对待，但从 评价上则可以用变压器部份的故障率大小来衡量，一个好的企业这部份的故障率 占产品总量的比例在 5%以内。 控制台的可靠性包含二层意思，一是整个系统的可靠性，这方面各企业都化 了不少功夫来改进，主要的是完整的保护系统保证 X 射线管和高压变压器稳定工 作，不易损坏，如采用自动训压，气压保护、温度保护、过压、欠压、欠流等保 护﹐扩大适用电压的范围，采取抗击浪涌电压的措施，在低电压时自动调整功率 的措施等等，特别采用微处理器控制以后，通过软件编制使这些功能的实现变的 容易了，从而国际一流的生产企业如 ICM、ANDREX 等都采用了微处理器菜单检索、 自动训压、自诊断等，使系统的可靠性有了较大提高，第二是控制台本身工作的 可靠性，包括机械可靠性与电气可靠性，机械可靠性指印板固定的抗震性能，密 封程度，耐气候性，指示仪表等的不易损坏，电气可靠性则是电路工作的稳定性， 元器件的可靠性等，ICM 公司的控制台密封性好，耐气候性形成封闭自冷却的系 统，但在印板固定上已作过二次改进，目前已很少发现在强烈震动时印板脱落的 情况，在电气可靠性上一般企业往往早期产品故障较多，特别是在元器件可靠性 上较差，但 ICM 采用了自诊断系统，微处理器经常及时分析各监测点的信息，一 但出现故障，能较快发现故障点，可及时排除故障，同时在操作上力求简化，使 操作人员只要按一按钮，即可完成曝光拍片的操作，这就大大减轻了误操作的可 能，提高了可靠性，电气可靠性受外部环境影响较大如电压变动、外部电压突变 的入侵，电源接插的错误，环境温度的变化(高温及低温)这些都会影响电气可靠 性，因此电气可靠性是控制电路中各企业的一个难题，但在各企业的努力下，特 别是采用微处理器及组件集成程度的提高，可靠性比过去有了提高。 四﹑使用方便 使用微处理器及各种存贮组件，使目前的 X 射线机在使用方便上提高了一大 步，由于采用薄膜开关控制，使用键盘操作与荧光数码显示或液晶显示，这都使
操作极大简化,如ICM公司的产品只要按键操作,输入参数,最后只要按一个起 动键就完成了曝光操作。kV、mA的调整可以细化到IkV及0.1mA,使用户可以方 便确定需参数,以获得最佳的曝光规范,同时又可以贮存起来,将曝光参数细化 到kV,mA,T、黑度、材料厚度、焦距、胶片规格、胶片型号等,形成完全确定 的规范,存贮后可以检索,可以呼出使用。维修人员可查阅设备的工作档案、曝 光记录、自诊断情况使检修工作更为方便,总之微机控制引入Ⅹ射线机的控制台 使使用方便上升到一个全新的水平,当然随着组件的发展,如微处理器的速度加 快,存贮组件容量的加大,用户要求更高,使用的方便程度必将会有一个新的提 高 综合起来看,创新意识就体现在提髙科技含量,满足用户需求上。科技的发 展是无止境的,用户的需求也是有阶段性但又是无止境的,只有不断创新,才能 不断发展,而创新的关键是人才,从国内外企业的发展看,老的企业走下坡路, 就是人才凋零,缺乏创新的结果,新的企业走上坡路,正是重视人才不断创新的 结果,市场竞争是优劣从来没有终身制,失败是成功之母,愿国内企业能奋起投 入竞争与国内科技院、所广泛合作,一个新的天地就在前面
操作极大简化，如 ICM 公司的产品只要按键操作，输入参数，最后只要按一个起 动键就完成了曝光操作。kV、mA 的调整可以细化到 1kV 及 0.1mA，使用户可以方 便确定需参数，以获得最佳的曝光规范，同时又可以贮存起来，将曝光参数细化 到 kV，mA，T、黑度、材料厚度、焦距、胶片规格、胶片型号等，形成完全确定 的规范，存贮后可以检索，可以呼出使用。维修人员可查阅设备的工作档案、曝 光记录、自诊断情况使检修工作更为方便，总之微机控制引入 X 射线机的控制台 使使用方便上升到一个全新的水平，当然随着组件的发展，如微处理器的速度加 快，存贮组件容量的加大，用户要求更高，使用的方便程度必将会有一个新的提 高。 综合起来看，创新意识就体现在提高科技含量，满足用户需求上。科技的发 展是无止境的，用户的需求也是有阶段性但又是无止境的，只有不断创新，才能 不断发展，而创新的关键是人才，从国内外企业的发展看，老的企业走下坡路， 就是人才凋零，缺乏创新的结果，新的企业走上坡路，正是重视人才不断创新的 结果，市场竞争是优劣从来没有终身制，失败是成功之母，愿国内企业能奋起投 入竞争与国内科技院、所广泛合作，一个新的天地就在前面
