Đề tài Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính pc để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia x đến 160kv

Bộ công thương Viện máy và dụng cụ công nghiệp Cộng hoà x∙ hội chủ nghĩa Việt nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Báo cáo tóm tắt thực hiện đề tài 141.11.rd/HĐ-KHCN Tên đề tài: “Nghiên cứ

Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài

TS Nguyễn Đức Mimh ThS Nguyễn Chí Cường

Hà nội 11/2011

Danh sách các thành viên tham gia thực hiện đề tài

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

2

Bộ công thương

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Cộng hoà x∙ hội chủ nghĩa Việt nam

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Báo cáo tóm tắt thực hiện đề tài 141.11.rd/HĐ-KHCN

Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên

máy tính PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV”

Cơ quan thực hiện: Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Theo tinh thần và nội dung của Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 141.11.RD/HĐ-KHCN, ký ngày 18/04/2011 với Bộ Công thương, Viện máy và dụng cụ công nghiệp đã hoàn thành đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV”

I.> Các nội dung nghiên cứu và tiến trình thực hiện:

1 Thời gian bắt đầu: 01/2011

2 Nghiên cứu tổng quan về tia X và hệ thống nguồn phát tia X

7 Tích hợp toàn bộ hệ thống điều khiển nguồn phát tia X bao gồm phần mềm điều khiển trên PC và các thành phần của hệ thống nguồn phát tia X sẵn có của Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X – IMI

+ Báo cáo tổng quan về tia X và hệ thống điều khiển nguồn phát tia X

+ Bộ thuyết minh và thiết kế tổng thể hệ thống điều khiển nguồn phát tia X + Phần mềm giám sát, điều khiển nguồn phát tia X trên máy tính PC

+ Ghép nối, đồng bộ hệ thống điều khiển nguồn phát tia X trên cơ sỏ các thiết

bị X-Ray thuộc Phòng thí nghiệm “Kỹ thuật tia X – IMI”

+ Báo cáo thử nghiệm, đánh giá kết quả hoạt động của toàn bộ hệ thống

Qua các kết quả thu được trong quá trình thử nghiệm, thấy rằng hệ thống được thiết kế, xây dựng và ghép nối đã đáp ứng được tất cả các yêu cầu đề ra của đề tài

II.> Sử dụng kinh phí đề tài:

Kinh phí được cấp cho đề tài đã được sử dụng đúng mục đích, theo đúng như các hạng mục đã nêu trong dự toán ban đầu Toàn bộ kinh phí từ nguồn NSNN của đề tài (140.000.000 VNĐ - Một trăm bốn mươi triệu đồng) đã được sử dụng hết

- Mua vật tư, nguyên, nhiên, vật liệu, tài liệu, dụng cụ phục vụ cho công việc thực hiện đề tài

- Thuê khoán chuyên môn

- Vật tư, văn phòng phẩm, công tác phí

III.> Kết luận và hướng phát triển:

Đề tài 141.11.RD/HĐ-KHCN đã được hoàn thành và đáp ứng được các mục tiêu đặt ra ban đầu

4

Sản phẩm của đề tài đã được đánh giá, thử nghiệm tại cơ sở, đạt được các chỉ tiêu chất lượng, kỹ thuật mong muốn

Kết quả của đề tài góp phần nâng cao tính an toàn, hiệu quả, tính đồng bộ, tự

động hóa trong việc sử dụng các thiết bị X-Ray của Phòng thí nghiệm “Kỹ thuật tia X – IMI”

Các kết quả nghiên cứu và sản phẩm của đề tài đã góp phần để Viện IMI làm chủ công nghệ và chế tạo thành công Bộ điều khiển trong hệ thống nguồn phát tia X cho máy chụp X quang thường quy trong y tế

Để kết quả của đề tài có thể được ứng dụng rộng rãi hơn, nhóm thực hiện đề tài kiến nghị:

- Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm của đề tài để có thể triển khai, ứng dụng rộng rãi “Phần mềm điều khiển nguồn phát tia X trên máy tính PC” cho các thiết bị X-Ray chưa có sự điều khiển, giám sát bằng máy tính

- Mở rộng nghiên cứu trong các lĩnh vực liên quan tới nhóm thiết bị sử dụng tia

X để tiến tới làm chủ các công nghệ của thiết bị X-Ray và có thể chế tạo từng phần hoặc toàn bộ hệ thống thiết bị X-Ray

Đề nghị hội đồng nghiệm thu cấp cơ sở và cấp Bộ tiến hành nghiệm thu đề tài

Chủ nhiệm đề tài

ThS Nguyễn Chí Cường

5

Báo cáo khoa học kỹ thuật

đề tài 141.11.rd/hđ-khcn

Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính

PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV”

Nội dung báo cáo

Mở đầu

+ Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

+ Mục tiêu đề tài

Nội dung chính

Phần I: Tổng quan về tia X và hệ thống nguồn phát tia X

Phần II: Thiết kế kỹ thuật tổng thể cho hệ thống nguồn phát tia X

Phần III: Cơ sở xây dựng, lưu đồ hoạt động, sơ đồ thuật toán và các chức

năng của phần mềm điều khiển hệ thống nguồn phát tia X

Phần IV: Tích hợp, thử nghiệm và đánh giá kết quả hoạt động của hệ thống

2.2 Nguyên lý hoạt động chung của các hệ thống nguồn phát tia X 16

Phần II Thiết kế kỹ thuật tổng thể cho hệ thống nguồn phát tia X 19

1 Giới thiệu về các thiết bị trong hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI 19

2 Sơ đồ ghép nối hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI 23

2.2 Phương thức điều khiển của hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI 24

Phần III Cơ sở xây dựng, lưu đồ hoạt động, sơ đồ thuật toán và các chức

năng của phần mềm điều khiển hệ thống nguồn phát tia X

27

7

2 Lưu đồ hoạt động, cơ chế giao tiếp và sơ đồ thuật toán của phần mềm 32

2.2 Cơ chế giao tiếp giữa phần mềm điều khiển trên máy tính và bộ điều

khiển XRG Controller

32

3 Các đặc điểm, chức năng chính và một số giao diện chính của phần mềm 36

Phần IV Tích hợp, thử nghiệm và đánh giá kết quả hoạt động của hệ thống

nguồn phát tia

42

2 Quá trình thử nghiệm, đánh giá tính năng hoạt động của toàn bộ hệ thống 44

Mở đầu

Ngày nay tia X được ứng dụng trong rất nhiều các nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội như: nghiên cứu khoa học, y tế, an ninh, quốc phòng, trong công nghiệp, v.v Do tia X có tính chất đặc biệt là khả năng xuyên thấu qua vật chất nên tia này rất hữu hiệu cho nghiên cứu khoa học cũng như là các ứng dụng trong thực tế

Do khả năng ứng dụng rất lớn của tia X, hiện nay có rất nhiều tập đoàn, công ty lớn trên thế giới tập trung vào nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các máy móc, thiết bị sử dụng tia X để áp dụng cho rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội, như: North Star Imaging (Mỹ), Tomo Adour (Pháp), YXLON International X-ray (CHLB Đức), Hamamatsu (Nhật bản), GE Inspection Technologies, NDT System, Viscom AG, X-ItSystem, v.v Các sản phẩm của các công ty cũng rất đa dạng và cách thức tiến hành chế tạo, lắp ráp các hệ thống thiết bị cũng rất khác nhau, nhưng phần lớn các công ty

đều thực hiện theo cách thức: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo từng module trong đó tập trung nguồn lực cho việc nghiên cứu, chế tạo các module thuộc các phần, lĩnh vực thế mạnh của công ty mình còn lại có thể liên kết, nhập, mua licence đối với các module lõi từ các công ty khác Ví dụ có công ty chuyên về cung cấp bộ nguồn phát tia X (COMET – Thụy sỹ), có công ty chuyên về cung cấp detector (Montek - Mỹ, Hamamatsu – Nhật) , có công ty chuyên về các board + phần mềm xử lý (Electron Tube – Anh), có công ty lại chuyên về phần mềm điều khiển (Screnning Control – Mỹ), v.v

Do các thiết bị tia X có công nghệ tương đối phức tạp và đòi hỏi sự kết hợp của nhiều lĩnh vực như: vật lý, điện tử, điều khiển, cơ khí chính xác và CNTT nên hầu hết các công ty trên thế giới sản xuất các module cho nhóm thiết bị này đều phải có quá trình nghiên cứu, thử nghiệm rất lâu dài mới có thể đi tới sản xuất, chế tạo thành công các sản phẩm Thông thường các công ty này đều có các know-how riêng để tạo ra sự thành công cũng như thế mạnh cho sản phẩm của mình Do vậy nên việc phổ biến, trao đổi thông tin khoa học về lĩnh vực công nghệ này là rất hạn chế Bên cạnh đó các

hệ thống máy móc, thiết bị sử dụng tia X luôn luôn phải đáp ứng các yêu cầu rất cao

về an toàn Vì các lý do này, nên việc nghiên cứu, chế tạo và phát triển nhóm sản phẩm này thường gặp phải nhiều khó khăn và điều này cũng làm cho các thiết bị

trong nhóm sản phẩm này có giá thành tương đối cao, từ vài chục nghìn đô la cho những thiết bị đơn giản, đến hàng vài trăm nghìn đô la cho các hệ máy phức tạp

Tại Việt Nam việc nghiên cứu, ứng dụng các thiết bị sử dụng tia X chủ yếu tập trung vào hướng: nhập khẩu đồng bộ các thiết bị của nước ngoài để khai thác, ví dụ như : các máy soi hàng (kiểm tra hành lý) tại các sân bay/ cửa khẩu, các thiết bị y tế

sử dụng tia X (chụp X quang, CT Scanner), các máy kiểm tra không phá hủy (NDT)

sử dụng trong công nhiệp, v.v Qua đó tại một số công ty đã xây dựng được đội ngũ cán bộ được trang bị kiến thức phục vụ cho công việc lắp ráp, khai thác, sửa chữa các lỗi đơn giản cho nhóm thiết bị này Bên cạnh đó cũng có một số công ty tiến hành chế tạo một phần (chủ yếu là phần khung, sườn, bàn gá, các chi tiết cơ khí, v.v.) và lắp ráp các thiết bị ứng dụng tia X (chủ yếu là các thiết bị phục vụ trong lĩnh vực y tế) tại Việt Nam, tuy nhiên các bí quyết công nghệ hay kiến thức kỹ thuật quan trọng về sản phẩm đều rất khó tiếp cận

Gần đây đã có một số đơn vị trong nước tiếp cận vào lĩnh vực đầy tiềm năng này như : Trung tâm KHTN & CN Quốc gia, ĐH Bách khoa Hà Nội, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện trang thiết bị Y tế, Viện máy và dụng cụ công nghiệp (IMI), v.v Các đơn vị này đã từng bước xây dựng đội ngũ cán bộ nghiên cứu khoa học có kiến thức chuyên sâu về lĩnh vực ứng dụng tia X, tiến hành thực hiện các nhiệm vụ khoa học được giao, tiến hành nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một số thành phần trong các hệ thống thiết bị ứng dụng tia X

Viện IMI – Bộ Công thương là đơn vị sớm tổ chức các nhóm nghiên cứu về các

hệ thống thiết bị tia X, mới đây Viện đã được đầu tư PTN Cơ - Điện tử IMI Holding trong đó có Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X, đây là cơ sở vật chất rất tốt để Viện IMI tiến hành các nghiên cứu, chế tạo các module cho các thiết bị ứng dụng tia X Việc thực hiện nhiệm vụ ”Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV” nhằm nâng cao tính an toàn, hiệu quả sử dụng của hệ thống nguồn phát tia X Bên cạnh đó các nghiên cứu trong khuôn khổ của đề tài cũng tạo tiền đề để Viện IMI làm chủ các công nghệ trong thiết bị X-Ray, tiến tới khả năng có thể chế tạo từng phần hoặc toàn bộ thiết bị X-Ray (tập trung cho thiết bị X-Ray trong y tế)

* Mục tiêu của đề tài:

Với các điều kiện thuận lợi của mình, Viện IMI đã tập trung nhiều nguồn lực

để hoàn thành các mục tiêu mà đề tài đã đề ra Cụ thể các mục tiêu đó là :

+ Nâng cao tính an toàn, hiệu quả sử dụng của hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV- thiết bị hiện có tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X – IMI

+ Nắm bắt và làm chủ việc thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển các hệ thống nguồn phát tia X nói chung

+ Nâng cao tính đồng bộ, tự động hóa trong quá trình hoạt động của các thành phần của các hệ thống nguồn phát tia X

* Các nội dụng thực hiện chính của đề tài:

Căn cứ theo các mục tiêu mà đề tài đã đặt ra và căn cứ theo các nội dung đăng

ký thực hiện trong thuyết minh đề tài Nhóm đề tài đã xác định cụ thể các nội dung công việc cần thực hiện là :

+ Tiến hành nghiên cứu tổng quan về tia X và hệ thống nguồn phát tia X

+ Tiến hành thiết kế kỹ thuật tổng thể hệ thống nguồn phát tia X

+ Tiến hành thiết kế xây dựng thuật toán cho phần mềm điều khiển, giám sát hệ thống nguồn phát tia X

+ Thực hiện xây dựng phần mềm điều khiển, giám sát hệ thống nguồn phát tia

X

+ Tích hợp toàn bộ hệ thống điều khiển nguồn phát tia X bao gồm phần mềm

điều khiển trên PC và các thành phần của hệ thống nguồn phát tia X sẵn có của Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X – IMI

+ Thử nghiệm, đánh giá tính năng, sự hoạt động của hệ thống nguồn phát tia X

Phần I

Tổng quan về tia X và hệ thống nguồn phát tia X

1 Tổng quan về tia X:

1.1 Bản chất vật lý của tia X:

Tia X là bức xạ điện từ xuyên thấu, có bước sóng ngắn hơn ánh sáng Tia X

được phát hiện năm 1895 bởi nhà vật lí Wilhelm Conrad Rơngen

Hình 1.1 thể hiện phổ của các sóng điện từ Sóng tia X càng ngắn thì năng lượng xuyên thấu của nó càng lớn Những sóng dài hơn, gần phổ điện từ của dải của tia cực tím UV (ultraviolet) được gọi là các tia X mềm (soft X rays) Những tia sóng ngắn, gần hoặc chờm lên vùng sóng của tia gama (γ) được gọi là tia X cứng (hard X rays) Hỗn hợp của nhiều chiều dài sóng khác nhau được gọi là tia X “trắng” Nếu chỉ gồm một loại sóng thì tia X được gọi là tia X “đơn sắc” Cả ánh sáng và tia X

đều được sinh ra bởi sự chuyển trạng thái của các điện tử di chuyển theo quỹ đạo quanh hạt nhân ánh sáng được sinh bởi sự chuyển trạng thái của các điện tử ở lớp bên ngoài còn tia X bởi các điện tử ở lớp bên trong Trong trường hợp bức xạ tia bị hãm, tia X được sinh bởi sự chậm trễ hoặc lệch hướng của các điện tử tự do qua một trường điện từ mạnh

1.2 Các tính chất đặc trưng của tia X:

Tia X có đặc điểm nổi bật là khả năng xuyên thấu qua vật chất Khi tia X tác

động vào các phần tử vật chất và xuyên qua chúng, hình ảnh nhận được ở phía sau là các vùng sáng tối khác nhau (hình 1.2) Sự hấp thụ bức xạ tia X của các chất phụ thuộc vào tỷ trọng và nguyên tử lượng của chất ấy Đối với một chiều dài bước sóng cho trước, vật liệu có nguyên tử lượng nhẹ hơn thì sẽ “trong” hơn Ví dụ nhu, khi chiếu tia X vào cơ thể người thì

phần có cấu tạo nguyên tử nặng

Ngoài ra tia X còn có một sô tính chất đặc trưng khác như:

Hình 1.2: Ví dụ về sự hấp thụ tia X của các phần

tử vật chất

+ Phát huỳnh quang: Các tia X gây sự phát huỳnh quang trên một số vật liệu như

barium platinocyanide và zincsulfide Nếu một màn hình phủ vật liệu huỳnh quang thay cho phim chụp, thì cấu trúc của vật thể được tia X chiếu qua sẽ được nhận thấy trực tiếp trên màn huỳnh quang Kỹ thuật này gọi là phép nghiệm huỳnh quang (fluoroscopy)

+ Ion hoá: Một đặc tính quan trọng khác của tia X là khả năng ion hoá của chúng,

phụ thuộc vào chiều dài bước sóng của tia Khả năng ion hoá của tia X đơn sắc tỉ lệ thuận với năng lượng của nó Đặc tính này tạo nên một phương pháp đo năng lượng của tia X Khi tia X đi qua một buồng ion hoá, một dòng điện được sinh ra, tỉ lệ thuận với năng lượng của tia tới Nếu bổ sung vào buồng ion các thiết bị có độ nhạy cao như mạch đếm Geiger-Myxller (Geiger-Myxller counter) và bộ đếm scintillation (scintillation counter), năng lượng của tia X có thể đo được trên cơ sở của sự ion hoá

+ Nhiễu xạ: Tia X có thể bị nhiễu về phía xuyên qua hoặc ngược lại (trong trường

hợp phản xạ) khi chiếu qua một tinh thể có các mạng nguyên tử đều Các dạng giao

thoa do nhiễu xạ có thể được chụp lại và phân tích để xác định sóng của tia tới X hoặc khoảng cách giữa các nguyên tử của mạng tinh thể Các tia X có thể bị nhiễu bởi các mạng hợp chuẩn nếu khoảng cách giữa các nguyên tử xấp xỉ với bước sóng của tia X (tia tới)

1.3 Nguyên lý tạo tia X:

Tia X được tạo ra khi một chùm tia điện tử có vận tốc khá lớn đập vào bề mặt một đối âm cực làm bằng kim loại nặng (như vonfram) Khi ấy một phần năng lượng của điện tử bị mất mát do nhiệt, phần còn lại tạo tia X nhờ sự va đập, gây các thay đổi

động năng của điện tử trong vật đối tượng Cốt lõi của quá trình tạo ra tia X là ống

phát tia X

ống phát X-Ray bao gồm một

Cathode và một Anode Với điện áp

giữa hai cực là hàng trăm kV (điện áp

của hệ thống nguồn phát sử dụng

trong đề tài là 160kV) Cathode được

đốt nóng sinh ra các điện tử, và các

điện tử này được gia tốc bởi điện trường do cao áp đặt ở hai đầu Cathode và Anode,

điện tử chuyển động với gia tốc lớn đến đập vào bề mặt anode Phần lớn năng lượng này sẽ bị chuyển hoá thành nhiệt làm nóng bề mặt anode, khoảng 99 % năng lượng, vì vậy cần có một hệ thống làm mát anode Chỉ có một phần năng lượng rất nhỏ (khoảng 1%) được chuyển hoá sinh ra photon X-Ray, bước sóng của photon X-Ray là bước sóng ngắn khoảng 9 pm Tia X được bức xạ theo mọi hướng, để tạo ra chùm X- Ray hẹp hình rẻ quạt, điện cực anode phải được che, và sẻ rãnh, biên dạng của rãnh sẽ tạo

ra được chùm tia X hẹp hình rẻ quạt

Hình 1.3 Cấu tạo của ống phát X-ray

2 Tổng quan về hệ thống nguồn phát tia X:

2.1 Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống nguồn phát tia X:

Từ các yêu cầu về kỹ thuật, an toàn và sự thuận tiện cho quá trình vận hành, ngày nay người ta thường xây dựng hệ thống nguồn phát tia X theo sơ đồ cấu trúc như hình 1.4

- ống phát tia: bộ phận trực tiếp tạo ra tia X, gồm Cathode và Anode

- Nguồn cao áp: bộ phận tạo ra nguồn cao áp

- Bộ làm mát: có chức năng làm mát ống phát Ngoài cơ chế làm mát ngoài nh− theo hình 1.4, còn cách thức làm mát kín trong (sử dụng hộp kín chứa dung dịch làm mát và ống phát đ−ợc đặt trong hộp đó)

- Bộ điều khiển: bộ phận điều khiển chung cho cả hệ thống và là thiết bị để giao tiếp, vận hành hệ thống

- Tủ điện: chuyển đổi tín hiện và cung cấp nguồn

- Cáp cao áp: nối nguồn cao áp với ống phát

- ống làm mát: tuần hoàn dung dịch làm mát giữa bộ làm mát và ống phát

- Cữ đóng cửa, đèn cảnh báo: Để đảm bảo sự an toàn khi vận hành hệ thống Ví dụ: chỉ khi cữ báo đóng thì hệ thống mới có thể START

2.2 Nguyên lý hoạt động chung của các hệ thống nguồn phát tia X:

2.2.1 Nguyên lý hoạt động:

+ Các hệ thống nguồn phát tia X hoạt động đều dựa trên nguyên lý chung là: bộ phận

điều khiển sẽ chuyển các thông số điều khiển sang nguồn phát để lưu, Khi có yêu cầu START hệ thống sẽ kiểm tra các tín hiệu báo an toàn, nếu OK, lệnh START được gửi sang nguồn phát, nguồn phát sẽ tạo ra và truyền sang ống phát một dòng cao áp với các thông số điều khiển đã lưu trên nguồn phát

+ Đối với tất cả các hệ thống nguồn phát tia X thì bộ thông số điều khiển là: điện áp (cỡ kV), cường độ dòng (cỡ mA) và thời gian phát tia (cỡ mS) Trong đó:

- Điện áp: quyết định độ cứng của tia X (hay còn gọi là độ đâm xuyên)

- Dòng: quyết định đến mật độ của tia X phát ra

- Thời gian phát tia: quy định thời gian duy trì phát tia

Các giá trị của bộ thông số điều khiển trên được thay đổi tuỳ thuộc vào yêu cầu

sử dụng và dải phát tia của thiết bị Trong các máy X quang công suất bé thì mạch

điều chỉnh mA được thay đổi độc lập sao cho ứng với mỗi giá trị mA ta có các giá trị

kV tương ứng sao cho bóng X quang không vượt quá tải cho phép Trong các máy X quang công suất lớn thì việc thay đổi giá trị mA thường được đồng chỉnh với thời gian phát tia X

2.2.2 Sơ đồ mạch điều chỉnh các thông số điều khiển cho hệ thống nguồn phát tia X:

Hình 1.6 Mạch điều chỉnh điện áp từng nấc

Giá trị kV là một thông số rất quan trọng Để chỉ thị giá trị kV trong máy X quang, người ta thường dùng đồng hồ chỉ thị kim, hoặc khắc độ ngay trên núm điều chỉnh kV Hiện nay, trong các máy X quang hiện đại, người ta dùng mạch số để chỉ thị thông số này Việc chỉ thị ở đây thường được đo ở sơ cấp biến thế theo phương pháp tỷ lệ

+ Điều chỉnh dòng – mA:

Việc điều chỉnh thông số dòng qua bóng X quang (gọi là mA) thông qua một mạch điều chỉnh Mạch này cung cấp nguồn cho sợi đốt bóng X quang để sinh ra các giá trị mA phù hợp với từng yêu cầu sử dụng

Cũng như giá trị kV, giá trị mA được chỉ thị trên mặt máy Để chỉ thị giá trị mA người ta có thể dùng đồng hồ điện từ chỉ thị kim, có thể khắc độ trực tiếp trên núm

điều chỉnh mA Trong các máy X quang hiện đại người ta dùng các mạch chỉ thị số

phần II thiết kế kỹ thuật tổng thể cho hệ thống nguồn phát tia X

1 Giới thiệu về các thiết bị trong hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI

Hệ thống nguồn phát tia X – XRS, điện áp 160 kV, công suất 1000W, đ−ợc trang bị tại Phòng kỹ thuật tia X – Viện IMI là sản phẩm của hãng COMET AG (Switzerland) Hệ thống bao gồm các thiết bị sau:

- Hiệu điện thế kết nối dạng : R24

- Nguồn dây tóc : 4.5A@9V

- Tính ổn định : +/-0.1%

- Hiệu điện thế đầu vào : 220VAC +/- 10% 47-63Hz

- Nguồn điện yêu cầu : 2.2kVA 1pha

19

- Trọng lượng : 102kg

- Kích thước : 360 x 613 x 482 (mm)

1.2 Bộ điều khiển XRG Controller

Hình 2.2 Bộ điều khiển XRG Controller

- Thông số kỹ thuật bộ điều khiển COMET XRG controller

+ Trọng lượng : 5,3Kg

+ Kích thước : 482x133x240 (mm)

+ Chuẩn kết nối : - Kết nối với nguồn phát 25 chân I/O chuẩn “D”

- Giao tiếp qua cổng RS232 + Lựa chọn chuyển đổi ống phát / nguồn phát : tối đa 125

+ Chương trình khởi động cho mỗi lựa chọn : tối đa 4

+ Bộ nhớ lưu trữ : 600

+ Thời gian cảnh báo trước : 0.1 – 30 giây ( có thể điều chỉnh)

+ Công suất khởi động : 10-100% ( có thể điều chỉnh )

+ Đồng hồ thời gian thực : kiểu tiêu chuẩn

+ Thời gian hoạt động của ống phát tia X : trên 99999,9 giờ

+ Số câu lệnh qua RS232: 7

+ Tự động làm ấm

- Điều kiện làm việc:

o Nhiệt độ môi trường: 1 - 700 C

o Độ ẩm môi trường: 10 - 98%

o áp suất môi trường: 500 - 1060 hPa

o Để tránh hiện tượng chập mạch trong khi cài đặt thì phải đảm bảo rằng không có nước hoặc chất lỏng lọt vào trong bộ điều khiển

- Cấu trúc bộ XRG:

20

o Vùng 1: vừa có phần hiển thị (có các ô hiển thị kV, mA và thời gian) và các núm điều chỉnh tương ứng

o Vùng 2: bàn phím chương trình dùng để lập trình các điểm hoạt động khác nhau của XRS và có một ô để hiển thị đáp ứng Trong hệ thống phím bấm này, có thể thực hiện kiểm tra cấu hình, kiểm tra xem loại ống phù hợp, và chọn ống phát tia mới khi thay đổi ống phát tia hiện thời bằng loại ống khác

o Vùng 3: Các công tắc chính với các công tắc khoá và các đèn điều khiển, công tắc khoá có thể đặt được ba vị trí

ƒ Vị trí thứ nhất của công tắc khoá là ở vị trí có số “0” (No power switched

on in the unit) Tại vị trí này thì bộ điều khiển không làm việc

ƒ Vị trí thứ hai của công tắc chính là khi khoá chỉ ở vị trí có dấu hình sin (

~ hay còn gọi là Mains on) Tại vị trí này thì cho phép người sử dụng kiểm tra tất cả các điều kiện quy định cho việc bật tia X

Mỗi lần bật, bộ điều khiển tự động vào chế độ warm-up (mã 101) Điều này có nghĩa là thiết bị không phát tia X trong ít nhất 24 giờ

ƒ Hv on enable Vị trí nguồn phát đã sẵn sàng để chạy

1.3 ống phát tia X MXR-160/20

Hình 2.3: ống phát tia X - MXR-160/20

Thông số kỹ thuật

- Điện áp danh nghĩa : 160kV

- Công suất liên tục : 640W

- Lưu lượng nước : tối đa 5.4l/phút

- áp suất tối đa : 7 bar

- Điện áp : 220/230V 50/60Hz

- Lưu lượng chuyển đổi : điều chỉnh được, 4l/phút +/- 0.3l/phút

- áp suất : hiển thị qua áp kế gắn trong hê thống

- Nhiệt dộ làm việc tối đa : + 700C

2 Sơ đồ ghép nối hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI

2.1 Sơ đồ ghép nối hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI:

Từ các thiết bị riêng lẻ đ−ợc trang bị cho Phòng thí nghiệm kỹ thuật tia X – IMI, và với sự chuyển giao công nghệ từ hãng COMET AG (Switzerland), nhóm thực hiện đề tài đã xây dựng đ−ợc sơ đồ ghép nối các thiết bị (hình 2.6) để hình thành hệ thống nguồn phát tia X

Hình 2.6 Sơ đồ ghép nối hệ thống nguồn phát tia X

23

Việc ghép nối các thiết bị được tuân thủ theo quy trình và một số yêu cầu như sau:

- HV cable (High voltage cable): cáp cao áp luôn phải được nối giữa thiết bị phát tia X và ống phát tia trước khi lắp bộ phận làm mát với ống phát tia

- Nối bộ phận làm mát (Cooler XRC) với ống phát tia X (X-ray tube): ống truyền dung dịch làm mát phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật: tối thiểu Φ 22, loại cứng, chịu được áp lực cao Ngoài ra tại các điểm nối phải đảm bảo thực

được gửi về và thể hiện trên các màn hình hiển thị của bộ điều khiển

- Cấp nguồn 220V xoay chiều cho các thiết bị

- Hệ thống nối đất – GND là đặc biệt quan trọng trong hệ thống nguồn phát tia X: cần phải đảm bảo nguồn tiếp đất tốt và dây dẫn GND theo đúng yêu cầu của hãng COMET AG

- Toàn bộ hệ thống nguồn phát tia X sau khi được ghép nối và tích hợp vào thiết bị chụp X-Quang phải được lắp đặt trong Phòng đảm bảo các yêu cầu về

an toàn bức xạ

2.2 Phương thức điều khiển của hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI:

Hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI được vận hành thông qua bộ điều khiển XRG Controller (được nêu trong mục 1.2) Việc điều khiển được thực hiện trực tiếp bằng các nút trên bộ điều khiển Ngoài ra bộ điều khiển XRG Controller còn cho phép vận hành với một số chế độ chương trình “định sẵn” như:

- Chế độ Radiographic: đây là chế độ sử dụng chủ yếu để chụp ảnh cho các ứng dụng cơ bản Trong trường hợp này thì thời gian phát tia được giới hạn và sẽ

được xác định bởi bộ định thời (timer) để chỉ ra thời gian đặt trước

- Chế độ Fluoro: đây là chế độ sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng thời gian thực Thời gian phát tia là không giới hạn và sẽ chỉ được xác định bằng cách

Như vậy bản thân bộ điều khiển XRG Controller đã được thiết kế để hoạt động

độc lập, việc thao tác vận hành và theo dõi được thực hiện qua bộ khóa/phím/nút xoay

và màn hình hiển thị LCD để hiển thị các thông số điều khiển và chế độ Tuy nhiên, khi thực hiện điều khiển trực tiếp như vậy thì sẽ có một số hạn chế:

- Không thể kiểm soát được người vận hành

- Bộ điều khiển thao tác đặt các chế độ phức tạp

- Các số liệu về người vận hành, thời gian đặt các thông số điều khiển, thời gian vận hành hệ thống nguồn phát tia sẽ không được quản lý/in ấn

- Do hệ thống nguồn phát tia X ở đây có công suất tương đối lớn (160kV/1000W), do vậy nếu có sai sót trong quá trình vận hành hoặc có lỗi ở phần cảnh báo/an toàn thì đó sẽ là một mối nguy hại lớn cho người vận hành

- Không chủ động về công nghệ khi muốn mở rộng các chức năng cho bộ điều khiển

Do các hệ thống nguồn phát tia X mà nhóm thực hiện đề tài hướng tới là các hệ thống có công xuất phát tương đối lớn (tới 160kV), do vậy việc điều khiển gián tiếp (thông qua phần mềm điều khiển trên máy tính) để nâng cao hiệu quả sử dụng và đảm bảo an toàn là cần thiết Nhiệm vụ chính của đề tài là xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính để gián tiếp điều khiển hệ thống nguồn phát tia X hiện có tại Viện IMI, tiến tới có thể ứng dụng cho mọi hệ thống nguồn phát tia X (tới 160kV) có nhu cầu

điều khiển nâng cấp phần điều khiển

Bộ điều khiển XRG Controller của hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI

được thiết kế với một số tính năng phục vụ cho việc kết nối với máy tính, cụ thể là: + Cổng kết nối D-9 pin, chuẩn giao tiếp RS-232

+ Bộ giao thức truyền thông – kèm bộ lệnh