Nghiên cứu chế tạo máy đo đa chức năng dùng kiểm định các máy x quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : VẬT LÝ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY ĐO ĐA CHỨC NĂNG DÙNG KIỂM ĐỊNH CÁC MÁY X QUANG LÊ VĂN MIỄN HÀ NỘI - 2006 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG : NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT TIA X DÙNG TRONG Y TẾ 11 1.1 Cơ sỏ lý thuyết 11 1.1.1 Tia X 11 1.1.2 Tính chất vật lý tia X 11 1.2 Sự phát xạ tia X 12 1.2.1 Cơ chế phát xạ tia X 12 1.2.2 Cơ chế phát xạ hãm 13 1.2.3 Cơ chế phát tia X đặc trưng 15 1.3 Máy phát tia X 17 1.3.1 Nguồn phát tia X 17 1.3.2 Ống phóng tia X 17 1.3.2.1 Catốt 19 1.3.2.2 Nguyên lý hội tụ dòng 20 1.3.2.3 Anot 20 1.3.2.4 Hiệu ứng lệch 22 1.3.3 Nguồn điện cung cấp 24 1.3.3.1 Biến điện áp cao áp 25 1.3.3.2 Biến tự ngẫu 25 1.3.3.3 Biến cao áp đơn pha 26 1.3.3.4 Biến cao áp ba pha 29 1.3.4 Bộ điều khiển dòng phát 30 1.3.5 Bộ điều khiển thời gian phát xạ 31 1.3.6 Bộ phận làm nóng làm nguội ống tia X 32 1.3.7 Điểm hội tụ 33 1.3.8 Bộ lọc chùm tia X 34 1.3.8.1 Lọc sẵn có 35 1.3.8.2 Lọc bổ sung 36 CHƯƠNG : SỬ DỤNG PHOTODIODE GHI NHẬN BỨC XẠ TIA X 37 2.1 Nguyên lý hoạt động photodiode 37 2.1.1 Cấu tạo 37 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 37 2.1.3 Chế độ hoạt động 40 2.1.3.1 Chế độ quang dẫn: 40 2.1.3.2 Chế độ quang thế: 42 2.2 Photodiode BPW34 45 2.3 Kết khảo sát 46 2.3.1 Kết khảo sát phịng thí nghiệm Điện tử Hạt nhân Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân 48 2.3.1.1 Bố trí hệ đo phịng thí nghiệm 48 2.3.1.2 Khảo sát dòng phát 49 2.3.1.3 Khảo sát cao áp (HV) 60 2.3.2 Kết đo Khoa X quang bệnh viện U Bướu Trung Ương 67 2.3.2.1 Bố trí hệ đo 67 2.3.2.2 Khảo sát cao áp (HV) 67 2.3.2.3 Khảo sát dòng phát 71 4.2.4 Khảo sát thời gian 74 CHƯƠNG : ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ĐO ĐA CHỨC NĂNG DÙNG KIỂM ĐỊNH CÁC MÁY X QUANG 78 3.1 Nguyên lý đo máy đo đa chức 78 3.1.1 Đo cao áp 79 3.1.2 Đo dòng phát (mA) 79 3.3.4 Đo thời gian 80 3.2 Sơ đồ khối máy đo đa chức 80 3.1.1 Phiến lọc 81 3.1.2 Đầu dò (photodiode) 81 3.1.3 Mạch tiền khuếch đại (TKĐ) 82 3.1.4 Bộ lấy mẫu giữ mức 83 3.1.5 Mạch tạo xung đo thời gian 84 3.1.6 Phần xử lý hiển thị kết 85 KẾT LUẬN 86 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Phổ xạ hãm 12 Hình 1.2: Phổ xạ đặc trưng 13 Hình 1.3 Quá trình làm chậm electron 14 Hình 1.4 Quá trình hình thành lỗ tạo tia X 16 Hình 1.5: Ống phóng tia X 18 Hình 1.6: Anốt xoay 22 Hình 1.7: Hiệu ứng lệch 23 Hình 1.8: Nguồn điện cung cấp 24 Hình 1.9: Biến cao áp tự động 26 Hình 1.10: Chỉnh lưu sóng 26 Hình 1.11 Dạng sóng chỉnh lưu 27 Hình 1.12 Sự phụ thuộc cường độ tia vào điện áp 28 Hình 1.13 Nguồn cung cấp ba pha dạng xung 12 xung 29 Hình 1.14 Ảnh hưởng lọc lượng cường độ tia X 36 Hình 2.1: Chuyển tiếp P-N hàng rào 37 Hình 2.2: Hiệu ứng quang điện vùng nghèo lớp chuyển tiếp P-N 39 Hình 2.3 sơ đồ nguyên lý chế độ quang dẫn 40 Hình 2.4 Sơ đồ sở mạch đo dòng ngược chế độ quang dẫn 41 Hình 2.5 Sơ đồ mạch đo dòng ngược chế độ quang dẫn 42 Hình 2.6 Sơ đồ chế độ quang áp photođiode tuyến tính 44 Hình 2.7 Sơ đồ chế độ quang áp photođiode logarit 44 Hình 2.8: Sơ đồ khối mạch khảo sát tia X thiết kế 47 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý mạch khảo sát thiết kế 48 Hình 2.10: Sơ đồ bố trí hệ đo phịng thí nghiệm 49 Hình 2.11: Sự phụ thuộc lối U1 dòng phát (HV=30kV d=7cm) 51 Hình 2.12: Sự phụ thuộc lối U2 dịng phát (HV=30kV,d=7cm) 51 Hình 2.13: Sự phụ thuộc dòng phát lối U1(d=3.5cm) 52 Hình 2.14 Sự phụ thuộc dịng lối U2( HV=30kV d=3.5cm) 53 Hình 2.15 Sự phụ thuộc dịng phát lối raU2( HV=25kV,d=3.5cm) 56 Hình 2.16 Sự phụ thuộc dòng lối U1( HV=15kV, d=3.5cm) 58 Hình 2.17: Sự phụ thuộc dịng lối U1( HV=15kVd=3.5cm) 59 Hình 2.18 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =100µA, d=7cm) 61 Hình 2.19 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =50µA, d=3.5cm) 62 Hình 2.20 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =70µA, d=3.5cm) 63 Hình 2.21 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =90µA, d=3.5cm) 66 Hình 2.22 Sơ đồ bố trí hệ đo 67 Hình 2.23 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =200mA, d=65cm) 68 Hình 2.24 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =100mA, d=65cm) 69 Hình 2.25 Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =100mA,d=65cm) 71 Hình 2.26: Sự phụ thuộc dịng vào lơi U1(I =70mA, d=65cm) 72 Hình 2.27 Sự phụ thuộc dịng vào lơi U2(HV=70kV, d=65cm) 73 Hình 2.28 Thời gian t = 400ms 75 Hình 2.29: Đo kiểm tra thời gian máy đo thiết kế máy đo chuẩn Victoreen Model 4000M+ 76 Hình 2.30:Thời gian mạch khảo sát thiết kế máy chuẩn Victoreen Model 4000M+ 77 Hình 3.1 Sơ đồ khối máy đo dùng kiểm định máy phát tia X 80 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch tiền khuếch đại khuếch đại 82 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch lấy mẫu giữ mức điện áp 83 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung đo thời gian 84 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Các thông số giới hạn photodiode BPW34 46 Bảng 2.2: Các thơng số đặc tính điện photodiode BPW34 46 Bảng 2.3: Sự phụ thuộc dòng lối U1&U2(HV=30kV,d=7cm) 50 Bảng 2.4: Sự phụ thuộc dòng lối raU1&U2 (HV=30kV,d=3.5cm) 53 Bảng 2.5: Kết đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=30kV d=3.5cm) 54 Bảng 2.6 : Kết đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=30kV d=3.5cm) 55 Bảng 2.7: Sự phụ thuộc dòng lối U1&U2 (HV=25kV,d=3.5cm) 55 Bảng 2.8: Kết đo kiểm tra dòng phát tia X (HV=25kV,d=3.5cm) 57 Bảng 2.9: Sự phụ thuộc dòng lối U1&U2(HV=15kV,d=3.5cm) 57 Bảng 2.10: Kết đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=15kV d=3.5cm) 58 Bảng 2.11: Kết đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=15kV d=3.5cm) 60 Bảng 2.12: Sự phụ thuộc cao áp lối U1&U2(I=100µA,d=7cm) 60 Bảng 2.13: Kết đo kiểm tra cao áp (Dòng I=100µA,d=7cm) 61 Bảng 2.14: Sự phụ thuộc cao áp lối U1&U2 (I=50μA,d=3.5cm) 62 Bảng 2.15: Kết kiểm tra cao áp máy phát tia X (I=50μA,d=3.5cm) 63 Hình 2.20: Sự phụ thuộc cao áp log(U1/U2)(I =70µA, d=3.5cm) 63 Bảng 2.16: Sự phụ thuộc cao áp lối raU1&U2 (I=70μA,d=3.5cm) 64 Bảng 2.17: Kết kiểm tra cao áp máy phát tia X (I=70μA,d=3.5cm) 65 Bảng 2.18: Sự phụ thuộc cao áp lối raU1&U2(I=90μA,d=3.5cm) 65 Bảng 2.19: Kết kiểm tra cao áp máy phát tia X (I=90μA,d=3.5cm) 66 Bảng 2.20: Sự phụ thuộc cao áp lối raU1&U2(I=200μA,d=65cm) 68 Bảng 2.21: Sự phụ thuộc cao áp lối raU1&U2(I=100mA d=65cm) 69 Bảng 2.22 I=100mA d=65cm phiến lọc 1mm 0.5mm Cu 70 Bảng 2.24: Kết đo kiểm tra cao áp máy phát (HV =70kV, d=65cm) 73 Bảng 2.25 Kết đo kiểm tra cao áp máy phát (HV=70kV, d=65cm) 74 Bảng 2.26: Kết nghi nhận thời gian ocsilloscope 76 MỞ ĐẦU Hiện nước ta có hàng nghìn máy phát tia X, hoạt động nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt y tế công nghiệp Các máy phát tia X đa dạng, bao gồm nhiều chủng loại Việc kiểm tra, bảo dưỡng để đảm bảo chất lượng cho máy phát tia X thiết thực cần thiết, nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành, tăng cường độ xác chẩn đốn Thực tế cho thấy, việc chiếu, chụp ảnh X-quang chẩn đoán bệnh ngành Y tế công nghiệp nước ta chưa bảo đảm yêu cầu chuẩn đoán Đặc thù tác hại, kèm theo thực kỹ thuật chưa nhìn nhận xem xét cách thận trọng Điều dẫn đến hậu tai hại, gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe, cho sống, chí gây rủi ro, nguy hiểm cho bệnh nhân phải chiếu chụp để chẩn đốn bệnh Điều có nghĩa việc chiếu, chụp X-quang chẩn đoán bệnh Y tế cơng nghiệp phải kiểm sốt, kiểm tra định kỳ, quản lý nghiêm ngặt Khi thực hành chiếu, chụp phải bảo đảm tuân thủ theo quy định tiêu chuẩn an tồn, đặc trưng thơng số kỹ thuật phương pháp Nhằm bảo đảm lợi ích thiết thực người bệnh, môi trường sống tự nhiên người, việc kiểm tra máy phát tia X thường đòi hỏi phép đo định kỳ nửa năm thông số vật lý máy Để việc kiểm tra định kỳ bảo đảm độ tin cậy phù hợp với yêu cầu quy định, thiết bị đo kiểm định phải có chất lượng tốt, độ xác cao Hiện Việt Nam thiết bị kiểm định phải nhập ngoại (phổ biến từ Mỹ), đắt tiền Các hãng cung cấp thiết bị giữ quyền công nghệ, khiến cho kỹ thuật viên sử dụng khó can thiệp cần thiết, 74 Với y dòng máy phát.tia X x lối Căn vào hàm số thiết lập (2.33) ta tiến hành phép đo kiểm tra ngẫu nhiên dòng phát tia X, lấy lối thay vào hàm số (2.33) ta tính dịng phát so sánh với dịng phát ban đầu ta có bảng 2.25 Bảng 2.25 Kết đo kiểm tra cao áp máy phát (HV=70kV, d=65cm) Dòng phát (mA) Thế lối U2 (mV) Dịng tính (mA) Sai số % 50 88 46.3 7,5% 50 87 45.8 8,4% 100 191 97.1 2,9% 100 191 97.1 2,9% 4.2.4 Khảo sát thời gian Để khảo sát thời gian ta bố trí hệ đo với khoảng cách từ máy đo tới đầu phát tia X d= 65cm, đặt giá trị cao áp dòng phát máy phát tia X Với thời gian phát xạ định, dùng máy ocsilloscope có nhớ ghi lại hình ảnh dạng xung lối mach tạo xung Từ dạng xung thu ocsilloscope, kết thời gian đo đạc đọc  Trường hợp kiểm tra thứ nhất: Sử dụng máy đo thiết kế để tiến hành đo đạc thời gian phát xạ Thang đo ocsilloscope đặt 100ms tương ứng với 1ô Đặt thời gian phát xạ máy phát tia X 400ms Kết đo đạc thời gian thu ocsilloscope dạng xung 4ô tương ứng 400ms, thể hình 2.28 75 Hình 2.28 Thời gian t = 400ms  Trường hợp kiểm tra thứ hai: Sử dụng máy đo thiết kế để tiến hành đo đạc thời gian phát xạ, đồng thời so sánh kết thu với kết đo thực máy đo chuẩn Victoreen Model 4000M+ Thang đo oxylo đặt 100ms tương ứng với 1ô Thời gian phát xạ máy phát tia X 100ms Kết quả: Thời gian đo máy đo thiết kế biểu diễn hình 2.29a Thời gian đo máy đo chuẩn Victoreen Model 4000M+ 100ms Hình2.29b 76 a Kết đo b Kết đo Hình 2.29: Đo kiểm tra thời gian máy đo thiết kế máy đo chuẩn Victoreen Model 4000M+ Lặp lại phép đo thời gian tương tự với giá trị thời gian phát xạ khác nhau, kết thu cho bảng 2.26 hình 2.30 Bảng 2.26: Kết nghi nhận thời gian oxylo Thời gian phát xạ máy phát tia X(ms) 10 Kết thời gian đo (ms) Victoreen Máy đo Model thiết kế 4000M+ Hình a1 Hình a2 50 Hình b1 Hình b2 400 Hình c1 Hình c2 800 Hình d1 Hình d2 77 a1 a2 b1 b2 c1 c2 d1 d2 Hình 2.30:Thời gian máy thiết kế máy chuẩn Victoreen Model 4000M+ 78 Chương : ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ĐO ĐA CHỨC NĂNG DÙNG KIỂM ĐỊNH CÁC MÁY X QUANG Từ kết nghiên cứu khảo sát thực tế đạt được, cho thấy hoàn toàn khả thi tiếp tục phát triển kết nghiên cứu để chế tạo hoàn thiện thiết bị đo kiểm định máy phát tia X Tác giả luận văn đề xuất thiết kế máy đo đa chức với cấu trúc cụ thể mô tả mục tiếp theo: 3.1 Nguyên lý đo máy đo đa chức Máy đo sử dụng photodiode làm việc chế độ điện áp, tương ứng cho kênh điện áp Hai photodiot che phủ phiến lọc Sự lựa chọn độ dày phiến lọc cho mối quan hệ gần tuyến tính giữ kilovol (kV) ống tia X tỉ lệ hai tín hiệu photodiode Hai photodiode lại bao phủ phiến lọc, khơng có phiến lọc Cái không bị lọc sử dụng cho phép đo dòng phát xạ thời gian xạ xảy ra, cịn tỉ số tín hiệu cặp cho phép ước lượng gián tiếp giá trị gợn sóng (HVL) Trên thực tế, độ dày phiến lọc bề mặt diện tích làm việc photodide lựa chọn theo thực nghiệm, để đạt tỉ lệ tín hiệu nhiễu phù hợp tín hiệu photodiode máy đo chiếu chùm xạ chuẩn Tín hiệu dịng photodiode chuyển đổi thành tín hiệu điện áp, lọc tốt, khuếch đại, giữ mức đưa vào phần mềm xử lý kết hiển thị Cường độ chùm xạ tia X phát phụ thuộc vào hai đại lượng: cao áp máy phát (HV) dòng phát (mA) Do vậy, để khảo sát đại lượng ta 79 phải giữ cố định đại lượng, thay đổi giá trị đại lượng để tìm phụ thuộc đại lương vào lối máy đo Thiết lập mối quan hệ đại lượng vào lối theo sở lý thuyết Từ mối quan hệ đó, tính đại lượng cần quan tâm 3.1.1 Đo cao áp Sử dụng hai kênh điện áp để kiểm tra cao áp Vì chùm xạ suy giảm qua hai phiến lọc khác nhau, điện áp lối hai mạch giữ mức điện áp khác theo tỷ lệ định Thực nghiệm cho thấy xạ lối vào không đổi, ứng với cặp lọc cho kết hai lối tương ứng (U1&U2) hai kênh Lập mối quan hệ log (U1/U2) theo thay đổi cao áp máy phát tia X ứng với dòng phát định từ ta xây dựng đồ thị chuẩn phụ thuộc điện lối với cao áp máy phát tia X Trong phần khảo sát dùng đồng hồ vạn đo lối U1 U2 hai mạch mức điện áp, vào đồ thị chuẩn ta xác định cao áp máy phát tia X 3.1.2 Đo dịng phát (mA) Sử dụng tín hiệu điện áp kênh để kiểm tra dịng Vì cường độ xạ tỷ lệ tuyến tính với dịng phát tia X, với điện áp Ur tương ứng với dòng phát tia X Lập mối quan hệ điện áp Ur theo thay đổi dòng máy phát tia X ứng với cao áp phát định, từ ta xây dựng đồ thị chuẩn điện áp lối với dòng phát máy phát tia X, đo Ur đầu mạch giữ mức Trong phần khoả sát dùng đồng hồ vạn đo lối Ur, vào đồ thị chuẩn ta xác định dòng máy phát tia X 80 3.3.4 Đo thời gian Khi chùm xạ tia X chiếu vào đầu dò kênh lối mạch khuếch đại có tín hiệu điện áp Tín hiệu điện áp tác động tới lối vào mạch tạo xung, kết cho đầu dạng xung Xung xuất bắt đầu lối vào có xạ kết thúc lối vào khơng có xạ phàn khảo sát dùng ocsillocope đo kiểm tra độ rộng xung lối mạch tạo xung ta biết thời gian phát xạ 3.2 Sơ đồ khối máy đo đa chức Phiến lọc Mạch KĐ Mạch giữ mức Mạch KĐ Mạch giữ mức Phần xử lý hiển thị Đầu dò Mạch TKĐ Mạch KĐ Mạch giữ mức Mạch KĐ Mạch giữ mức kết Tạo xung đo thời gian Hình 3.1 Sơ đồ khối máy đo dùng kiểm định máy phát tia X 81 Q trình thu nhận bắt đầu tín hiệu đầu photodiode có phiến lọc vượt mức ngưỡng qui định trước Mọi liệu lưu trữ nhớ đệm phần mềm Điều cho phép việc thu nhận sóng phát xạ dạng số hố đo photodiot Tồn trình thu nhận quản lý phần mềm Khi q trình thu nhận hồn tất, phần mềm chương trình xử lý phân tích liệu hiển thị cho kết 3.1.1 Phiến lọc Phiến lọc sử dụng nhôm (Al) đồng (Cu) để làm suy giảm xạ tia truyền qua Tỉ lệ suy giảm tia X phụ thuộc vào độ dày hai phiến lọc Các phiến lọc máy đo có độ dày lựa chọn theo thực nghiệm tuỳ thuộc vào cường độ lượng chùm tia X Do vậy, phiến lọc thiết kế cách ghép mỏng lại với để đạt độ dày mong muốn, cho đầu dò nhận chùm xạ qua phiến lọc tốt 3.1.2 Đầu dò (photodiode) Đầu dò làm nhiệm vụ để ghi nhận xạ tia X qua phiến lọc chuyển đổi xạ tia X thành tín hiệu điện cung cấp cho lối vào tiền khuếch đại (TKĐ) Máy đo sử dụng photodiode BPW34 bán dẫn loại PN có độ nhạy cảm tốc độ cao, nhậy với xạ tia X Khi có xạ tia X tác dụng lên photodiode, phần lớn xạ bị hấp thụ vùng nghèo Vùng nghèo phân li cặp điện tử lỗ trống phát sinh đó, dịng điện chạy mạch ngồi gọi đáp ứng quang Dịng điện làm xuất tín hiệu điện áp lối vào mạch tiền khuếch đại 82 3.1.3 Mạch tiền khuếch đại (TKĐ) Mạch tiền khuếch đại làm nhiệm vụ nhận tín hiệu điện từ đầu dị, thực việc phối hợp trở kháng với đầu vào khuếch đại Bộ khuếch đại thường liền với tiền khuếch đại làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu tới mức đủ lớn cần thiết (hình 3.2) Bộ tiền khuếch đại (TKĐ) dùng IC khuếch đại OPA111AM Khi có tín hiệu điện từ photodiod tác động vào chân số IC (U1) cho tín hiệu điện áp lối chân số Mạch phản hồi lấy tín hiệu từ chân số qua R3 chân số với hệ số khuếch đại K ≈ R3 R5 VCC VCC R6 R1 C4 C1 GND GND D1 J1 R4 U1 U2 6 PHOTODIDE 5 GND GND GND GND GND C5 C2 R2 R7 -5V -5V Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch tiền khuếch đại khuếch đại Bộ khuếch đại dùng IC khuếch đại thuật toán LF356 làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu Tín hiệu từ lối mạch TKĐ qua R5 tới chân số IC (U2) vào khuếch đại cho tín hiệu điện áp chân số Mạch phản hồi lấy tín hiệu từ chân số qua R5 chân số với hệ số khuếch đại (K=R5/R4 ≈ 10) 83 Do chùm phát tia X phát khoảng thời gian ngắn cỡ 1/1000 giây (ms), để ghi nhận kiểm tra ta phải sử dụng mạch giữ mức để lưu lại giá trị điện áp sau lần máy đo nhận xạ 3.1.4 Bộ lấy mẫu giữ mức Bộ lấy mẫu giữ mức nhận tín hiệu điện từ đầu khuếch đại, chúng lấy mẫu giữ mức tín hiệu lối ổn định để đọc, ghi nhận phản ánh tín hiệu xạ tới đầu dị (Hình 3.3) Tín hiệu từ khuếch đại qua R31 tới chân số IC U31 cho tín hiệu chân số Thành phần chiều qua D11 D12 qua R35 nạp giữ ổn định tụ C34 có tín hiệu điện lối vào Lượng điện tích tụ C34 định điện áp lối vào chân số IC U32 Đầu chân số cho điện áp tương ứng tỷ lệ với lượng điện tích tụ C34 VCC VCC R32 C33 C32 R37 R34 C35 GND 7 GND D31 U31 R31 5 R35 GND GND R30 C36 R36 C34 C31 R33 GND CON2 GND J32 U32 D32 J31 GND R38 GND R40 Q31 -5V -5V D33 S31 R39 GND VCC GND -5V Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch lấy mẫu giữ mức điện áp CON2 84 Như vậy, xuất xạ lối vào đầu dò, tụ C34 nạp lượng điện tích, giữ ổn định điện áp lối Cơng tắc S31 đóng có tác dụng làm cho Q31 chuyển từ trạng thái khoá sang trạng thái bão hồ Khi đó, lượng điện tích tụ C34 phóng qua R35 ,R36 qua Q31 xuống đất, lượng điện tích tụ C34 Như vậy, xuất xạ vào đầu dị, máy đo đọc ghi nhận điện áp đầu phản ánh mức xạ lối vào đầu dò Để đo thời gian phát xạ, lấy tín hiệu lối khuếch đại tới mạch tạo xung Xung xuất có xạ tới 3.1.5 Mạch tạo xung đo thời gian Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung cho hình 3.4 R26 VCC R25 C21 VR22 GND J22 U21 R21 CON2 GND GND J21 GND R23 C22 R24 GND -5V Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung đo thời gian CON2 85 Mạch tạo xung dùng IC khuếch đại tuyến tính (KĐTT) LF356 Khi tín hiệu điện áp từ mạch khuếch đại qua R21 vào chân số IC(U21) Tín hiệu vào (Uv) so sánh với điện áp ngưỡng (Ung) chân số Điện áp ngưỡng thay đổi biến trở R23 Nếu điện áp vào (Uv) chân số lớn điện áp (Ung) lối chân số IC(U21) có điện áp (Ur), điện áp vào (Uv) nhỏ (Ung) lối chân khơng có điện áp Như vậy, xạ tới đầu dò lối chân số cho ta dạng xung Xung xuất lối vào có xạ kết thúc lối vào khơng có xạ Ghi nhận xung lối chân số tính khoảng thời gian đầu dị nhận xạ, hay thời gian phát xạ máy phát tia X Để tính tốn xử lý tín hiệu thu nhận từ kênh máy đo, chương trình phần mềm hỗ trợ cho phép thực yêu cầu đặt 3.1.6 Phần xử lý hiển thị kết Tín hiệu từ kênh máy đo đưa tới phần xử lý tính tốn phần mềm cuối cho hiển thị kết quả, nguyên lý thực sau: Tín hiệu lối từ kênh mạch giữ mức so sánh lấy mẫu nhờ so sánh lấy mẫu kênh Tín hiệu sau biến đổi từ tín hiệu tương tự thành tín hiệu số nhờ mạch biến đổi (ADC) Tín hiệu sau mạch biến đổi (ADC) quản lý tính toán phần mềm yêu cầu đặt ra, sau cho kết hiển thị hình 86 KẾT LUẬN Với mục tiêu thiết kế máy đo đa chức kiểm tra tia X, tác giả luận văn thực hồn thành cơng tác sau đây:  Công tác nghiên cứu phân tích: - Tìm hiểu, phân tích ngun lý cấu tạo máy phát X quang - Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động photodiode bán dẫn  Công tác thiết kế lắp ráp mạch khảo sát : - Thiết kế lắp ráp mạch tiền khuếch đại khuếch đại, ứng dụng cho đầu đo xạ tia X sử dụng photodiode bán dẫn - Thiết kế lắp ráp mạch giữ mức - Thiết kế lắp ráp mạch tạo xung đo thời gian - Thiết kế lắp ráp nguồn nuôi cho máy đo  Công tác đo kiểm tra mạch khảo sát thiết kế: Công tác đo khảo sát thực sở sau : - Phịng thí nghiệm Điện tử Hạt nhân,Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân - Phòng chuẩn tia X, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân - Khoa X quang bệnh viện Đa khoa Hà Đông - Khoa X quang bệnh viện U Bướu Hà Nội Về bản, phần luận văn hoàn thành mục tiêu nghiên cứu thiết kế mạch khảo sát máy đo đa chức Từ kết khảo sát thu 87 phịng thí nghiệm thực tế , rút kết luận sau: - Mạch khảo sát thiết kế đo cao áp, dòng phát thời gian phát xạ máy phát tia X Mặc dù kết khảo sát sai số, trình thử nghiệm khảo sát máy phát tia X, so sánh với máy đo tiêu chuẩn chưa nhiều, kết khảo sát qua tính tốn cho kết khả quan - Căn vào kết khảo sát cho thấy hồn tồn có sỏ để tiến hành chế tạo hoàn thiện sản xuất máy đo đa chức dùng kiểm định máy phát tia X Phần kiến nghi tiếp theo: Tiếp tục phát triển kết nghiên cứu để chế tạo thiết bị đo hoàn thiện Thiết bị có khả đo đạc thực tế thông số máy phát tia X, với sai số nằm giới hạn tiêu chuẩn cho phép Thiết bị có ưu điểm linh kiện hồn tồn nội địa, hạn chế việc nhập ngoại, độ phổ dụng cao Mặt khác, hoàn toàn chủ động việc sữa chữa bảo trì, khơng bị giới hạn lệ thuộc quyền công nghệ dịch vụ nước ngồi vốn đắt khó thực Do tác giả luận văn đề nghị tiếp tục phát triển cơng trình thực theo hướng nghiên cứu sau: - Thiết kế phận xử lý hiển thị kết bao gồm: o Mạch biến đổi tương tự sang số (ADC) o Mạch vi xử lý : Làm nhiệm vụ xử lý số liệu đo thu o Chương trình phần mềm lưu trữ, quản lý xử lý liệu o Bộ hiển thị kết đo trực tiếp 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Nguyễn Văn Đỗ (2004), Các phương pháp phân tích hạt nhân, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội 2- Phùng Hồ (2001), Giáo trình Vật lý Điện tử, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 3- Hoàng Kỷ (2005), Bài giảng chuẩn đốn hình ảnh, NXB Y Học Hà Nội 4- Nguyễn Ngọc Lâm, Giáo trình Điện tử hạt nhân 5- Đào Quang Long, Nguyễn Quang Hải, Biên dịch: Kiểm tra vật liệu kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ (Tài liệu kỹ thuật IAEA) xuất Vienna (1998) 6- Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến (2000), Giáo trình Cảm biến, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 7- Assoc.Prof Dogan Bor (1990) Turkish Atomic Energy Authority 8- Selected Topics in Nuclear Electronics, A Technical Document Issued by The International Atomic Energy Agency, Vienna, 1986 9- Nuclear Electronics Laboratory Manual, A Technical Document Issued by The International Atomic Energy Agency, Vienna, 1989 ... 74 CHƯƠNG : ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ĐO ĐA CHỨC NĂNG DÙNG KIỂM ĐỊNH CÁC MÁY X QUANG 78 3.1 Nguyên lý đo máy đo đa chức 78 3.1.1 Đo cao áp 79 3.1.2 Đo dòng phát (mA)... Hiện tại, nhu cầu thiết bị đo kiểm tra máy phát tia X Việt Nam lớn Việc nghiên cứu thiết kế máy đo đa chức kiểm định máy phát tia X thiết thực cần thiết, nhằm hạn chế nhập ngoại thuận tiện cho... người, việc kiểm tra máy phát tia X thường đòi hỏi phép đo định kỳ nửa năm thông số vật lý máy Để việc kiểm tra định kỳ bảo đảm độ tin cậy phù hợp với yêu cầu quy định, thiết bị đo kiểm định phải