XHA600直線加速器自動穩(wěn)頻故障判別與維修

唐陸正

XHA600直線加速器自動穩(wěn)頻故障判別與維修

唐陸正①

目的：使電子直線加速器微波功率源的振蕩頻率與加速管的工作頻率相一致，保證加速管穩(wěn)定工作。方法：通過對自動穩(wěn)頻系統(tǒng)的故障排除及用雙蹤示波器對穩(wěn)頻系統(tǒng)進行調(diào)試。結(jié)果：加速器輸出劑量在很短時間能達到最大值并保持穩(wěn)定。結(jié)論：醫(yī)院工程師通過對自動穩(wěn)頻原理的學(xué)習(xí)，掌握故障判別、維修及調(diào)試，也能對自動穩(wěn)頻這一復(fù)雜系統(tǒng)進行維修保養(yǎng)工作，為病人治療爭取時間，為醫(yī)院節(jié)約費用。

直線加速器；自動穩(wěn)頻；輸出劑量

鎖相AFC系統(tǒng)的作用是使微波功率源的頻率F自動跟蹤駐波加速管的諧振頻率F0，令ΔF代表頻率絕對偏差。ΔF=F-F0, ΔF的容許范圍約為20 kHz.

由于是自動跟蹤，當駐波加速管由于冷卻水溫度波動或由于束流負載變化引起工作頻率F0發(fā)生變化時，微波功率源的頻率F能自動跟蹤駐波加速管的諧振頻率F0。

AFC系統(tǒng)的組成:磁控管及調(diào)諧機構(gòu)、取樣波導(dǎo)、衰減器、延遲線、檢波二極管、混頻橋、穩(wěn)頻與觸發(fā)板 9SB5板。(如圖1所示)。

由系統(tǒng)圖可見(如圖2所示)，從取樣波導(dǎo)1耦合出的入射波信號經(jīng)衰減器，移相器饋入到微波混合環(huán)入口E1. 從取樣波導(dǎo)2耦合出的反射波信號經(jīng)衰減器饋入到微波混合環(huán)入口E4.由混合環(huán)出口E2和E3 的信號分別檢波饋出脈沖V2和V3。

V2和V3之間有個差信號，其極性和幅度反映了頻偏ΔF=F-F0的正負和大小。該信號再經(jīng)過電路部分去驅(qū)動調(diào)諧電機，控制磁控管的諧振頻率F，使系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

圖1 AFC系統(tǒng)的組成圖

圖2 AFC系統(tǒng)工作流程

1.1 前置電路

討論TP1和 AFCA、AFCB的關(guān)系

為什么使用差動放大電路？

假設(shè)：有干擾ΔV

1.2 功率放大電路

由運放驅(qū)動的OCL功率放大電路，輸出13 V電壓給調(diào)諧電機。

2 自動穩(wěn)頻系統(tǒng)的調(diào)試

2.1 觀測S波

用示波器直接觀測控制臺9J19、9J20。

2.1.1 取下前向波采樣信號，這時看到的是反射波采樣信號，記錄其在失諧位置時的幅值；

圖3 AFC系統(tǒng)電路圖

2.1.2 接上前向波采樣信號，取下反射波采樣信號，這時看到的是前向波采樣信號，調(diào)整可變衰減器，使其幅值與失諧位置的反向波的幅值相同；

2.1.3 同時接上前向波采樣信號與反向波采樣信號,使用示波器的兩路相減功能，這樣看到的就是S波了(如圖4所示)。

2.2 調(diào)整S波

用示波器直接觀測控制臺9J19、9J20的相減信號。

2.2.1 觀察使用手動從最佳位置分別向兩側(cè)移動時，S波的變化；

2.2.2 調(diào)節(jié)移相器，使手動從最佳位置分別向兩側(cè)移動時，S波分別向不同方向移動，并且在兩側(cè)的失諧位置，S波的幅值相同。(如圖5所示)

圖4 S波形圖

圖5 失諧S波形圖

2.3 調(diào)節(jié)AD781的采樣點

2.3.1 把控制臺9J19、9J20接回到分線板上，用示波器觀察9SB5板的TP1和電阻R45的下端信號(如圖6、圖7所示)。

圖6 TP1處S波形圖

2.3.2 調(diào)整電位器RP13，使得采樣脈沖位于S波的變化最明顯的地方。要求采樣脈沖寬度不大于1微秒。

2.4 調(diào)節(jié)比較電壓

2.4.1 等系統(tǒng)出束穩(wěn)定后，使用手動調(diào)節(jié)使劑量率最大，調(diào)節(jié)9SB5板的RP3，使得監(jiān)控面板上的AFC指示表的指針位于零點附近。

2.4.2 使用手動調(diào)偏諧振位置，把AFC選擇開關(guān)置于“自動”，觀察，AFC系統(tǒng)能否回到諧振位置。如能回到諧振位置只需微調(diào)RP3使劑量率最大即可；如不能回到諧振位置，而是朝向相反方向運動，說明電機運動方向反了，將AFC電機組件上的AFCMOT+和AFCMOT-兩線調(diào)換，再重新調(diào)節(jié)RP3。

AFC電機組件上的接線排

2.5 調(diào)節(jié)冷狀態(tài)

2.5.1 反復(fù)觀察機器開始出束瞬間，劑量率上升最快的電機停止位置。停止出束后，調(diào)節(jié)9SB5板的RP6，使穩(wěn)頻系統(tǒng)的冷狀態(tài)停于這一位置。一般是調(diào)節(jié)RP6使U7的14腳電壓接近于0。

2.5.2 未進入出束狀態(tài)使，把AFC選擇開關(guān)置于“自動”位置，觀察AFC電機是否能保持在冷狀態(tài)位置，如不能需檢查AFC電機組件上的位置電位器。

2.6 將機器重復(fù)頻率設(shè)為250PPS，微調(diào)RP3使劑量率最大

3 自動穩(wěn)頻常見故障分析

3.1 電機不動現(xiàn)象

AFC選擇開關(guān)置于“自動”，在出束時劑量率為零或劑量率上升較慢；在出束過程中將 AFC選擇開關(guān)置于“手動”，調(diào)節(jié)AFC電機，劑量率不發(fā)生變化。

故障分析：

(1)測量AFC電機驅(qū)動電路的是否有輸出，AFCMOT+與AFCMTOR-之間電壓應(yīng)為10～13 V之間,如沒有則是驅(qū)動電路有問題。

(2)檢查電機的輸入端是否有電壓，測量AFCJX-1,3角之間電壓應(yīng)為10～13 V之間,如沒有則是傳輸電路有問題。

(3)檢查電機的傳動機構(gòu)是否正常。

3.2 位置電位器錯誤現(xiàn)象

AFC選擇開關(guān)置于“自動”，在出束開始時劑量率上升非常慢；但能工作在劑量最佳位置。

故障分析：出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因就是機器的冷狀態(tài)點不對，使出束開始時劑量率上升非常慢。

冷狀態(tài)點不對時劑量率與時間的關(guān)系(如圖7所示)， 參考調(diào)節(jié)冷狀態(tài)。

3.3 磁控管諧振位置靠近限位開關(guān)現(xiàn)象

AFC系統(tǒng)工作基本正常，但在出束狀態(tài)下，使用手動調(diào)節(jié)時其一個方向劑量率能夠下降，另一方向劑量率沒有變化。

圖7 電阻R45的下端S波形圖

故障分析：出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因就是機器的諧振位置靠近限位開關(guān)，這種情況在短期內(nèi)不會影響機器的正常使用，但隨著機器使用時間的增長，諧振位置會發(fā)生偏離，這就使機器不能工作在最佳位置。

調(diào)整方法：先手動劑量率最高時，停束。AFC選擇在手動，拆下冷態(tài)預(yù)置電位器齒輪，移動AFC電機齒輪上的調(diào)節(jié)塊，使碰塊位于中間位，然后上緊螺釘即可。（不可以單獨移動調(diào)節(jié)塊，易損壞位置電位器）

3.4 工作在手動狀態(tài)現(xiàn)象(如圖9所示)

圖8 劑量率與時間的關(guān)系圖

圖9 工作在手動狀態(tài)現(xiàn)象

AFC選擇開關(guān)置于“自動”，在出束時劑量率上升較慢逐漸爬升(見圖9c)或到最大值后又逐漸降低(見圖9b)。用手動撥偏后，劑量率不能自動找回。造成這種現(xiàn)象有下面幾種原因：

（1）電機轉(zhuǎn)動速度太慢，可調(diào)節(jié)SB5板RP10電位器使輸出電壓變大。

（2）自動穩(wěn)頻不是工作在最佳點，重新調(diào)節(jié)自動穩(wěn)頻，主要是AFCTRIG信號與S波的相對位置AFCTRIG盡量靠近S波的左端，手動劑量率最高，調(diào)節(jié)SB5板RP3電位器使U7-1腳電壓輸出為零。

（3）如果劑量率持續(xù)降低則可能是電機線接反了，反電機上的兩根線即可。

3.5 檢波二極管損壞現(xiàn)象

AFC選擇開關(guān)置于“自動”，在出束時劑量率不穩(wěn)定或沒有。用手動可以找到最大值，且穩(wěn)定。

故障分析：

（1）一般在機器沒有更換微波元件，機器原來使用中穩(wěn)頻是好的，就可以考慮是檢波二極管壞了。

（2）更換檢波二極管后，只要微調(diào)9SB5板RP3就可以恢復(fù)自動穩(wěn)頻系統(tǒng)了。

4 結(jié)束語

通過上述檢查與調(diào)整，自動穩(wěn)頻系統(tǒng)AFC調(diào)試就比較完整了，用戶在遇到不出束或劑量率不穩(wěn)定情況下，維修人員通過正確判斷，可以避免廠家來工程技術(shù)人員進行維修，節(jié)省了時間和維修費用。

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Breakdowns and troubleshooting for automatic frequency stabilization of Linear accelerator XHA600

Tang Luzheng

Objective: To enable that electron linear accelerator microwave power source of the oscillation frequency and operating frequency of the accelerating tube is consistent to ensure stability accelerating tube. Methods: Frequency stabilization system for the automated troubleshooting and double-trace oscilloscope for frequency stabilization system for debugging were analyzed. Results: The dose of accelerator output achieved maximum value in a very short period of time and remained stable. Conclusion: The hospital engineers can deal with breakdowns of the device through learning the principle of the automatic frequency stabilization and mastering fault discrimination to carry out maintenance work to treat patients against time and save cost for hospitals.

Linear accelerator; Automatic frequency stabilization; Output dose

1672-8270(2010)02-0056-04

TH 773

B

1 AFC系統(tǒng)的原理

唐陸正,男，(1968- ),南京東南大學(xué)畢業(yè)，現(xiàn)就職于臺州市博愛醫(yī)院，物理師，工程師。

2009-12-20

①浙江省臺州市博愛醫(yī)院 浙江 臺州 318050

China Medical Equipment,2010,7(2):56-59.

[First-author's address]Taizhou Boai Hospital, Taizhou 318050, China.

XHA600直線加速器采用的是駐波鎖相自動穩(wěn)頻系統(tǒng)，它只有一個工作頻率，就是駐波加速管的諧振諧振頻率F0，微波功率源的頻率F必須等于駐波加速管的諧振頻率F0.當微波功率管的頻率F偏離駐波加速管的諧振F0時，不僅會引起能量及劑量率的下降，而且會產(chǎn)生功率反射，甚至不能工作。