唐陸正

XHA600直線加速器自動(dòng)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(duì)自動(dòng)穩(wěn)頻系統(tǒng)的故障排除及用雙蹤示波器對(duì)穩(wěn)頻系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。結(jié)果：加速器輸出劑量在很短時(shí)間能達(dá)到最大值并保持穩(wěn)定。結(jié)論：醫(yī)院工程師通過對(duì)自動(dòng)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(duì)自動(dòng)穩(wěn)頻這一復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行維修保養(yǎng)工作，為病人治療爭(zhēng)取時(shí)間，為醫(yī)院節(jié)約費(fèi)用。

直線加速器；自動(dòng)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(dòng)跟蹤駐波加速管的諧振頻率F0，令ΔF代表頻率絕對(duì)偏差。ΔF=F-F0, ΔF的容許范圍約為20 kHz.

由于是自動(dòng)跟蹤，當(dāng)駐波加速管由于冷卻水溫度波動(dòng)或由于束流負(fù)載變化引起工作頻率F0發(fā)生變化時(shí)，微波功率源的頻率F能自動(dòng)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(jī)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(hào)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(hào)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(hào)分別檢波饋出脈沖V2和V3。

V2和V3之間有個(gè)差信號(hào)，其極性和幅度反映了頻偏ΔF=F-F0的正負(fù)和大小。該信號(hào)再經(jīng)過電路部分去驅(qū)動(dòng)調(diào)諧電機(jī)，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(dòng)放大電路？

假設(shè)：有干擾ΔV

1.2 功率放大電路

由運(yùn)放驅(qū)動(dòng)的OCL功率放大電路，輸出13 V電壓給調(diào)諧電機(jī)。

2 自動(dòng)穩(wěn)頻系統(tǒng)的調(diào)試

2.1 觀測(cè)S波

用示波器直接觀測(cè)控制臺(tái)9J19、9J20。

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

圖3 AFC系統(tǒng)電路圖

2.1.2 接上前向波采樣信號(hào)，取下反射波采樣信號(hào)，這時(shí)看到的是前向波采樣信號(hào)，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(shí)接上前向波采樣信號(hào)與反向波采樣信號(hào),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(cè)控制臺(tái)9J19、9J20的相減信號(hào)。

2.2.1 觀察使用手動(dòng)從最佳位置分別向兩側(cè)移動(dòng)時(shí)，S波的變化；

2.2.2 調(diào)節(jié)移相器，使手動(dòng)從最佳位置分別向兩側(cè)移動(dòng)時(shí)，S波分別向不同方向移動(dòng)，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(diǎn)

2.3.1 把控制臺(tái)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(hào)(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(dòng)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(diǎn)附近。

2.4.2 使用手動(dòng)調(diào)偏諧振位置，把AFC選擇開關(guān)置于“自動(dòng)”，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(yùn)動(dòng)，說明電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向反了，將AFC電機(jī)組件上的AFCMOT+和AFCMOT-兩線調(diào)換，再重新調(diào)節(jié)RP3。

AFC電機(jī)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(jī)器開始出束瞬間，劑量率上升最快的電機(jī)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(jìn)入出束狀態(tài)使，把AFC選擇開關(guān)置于“自動(dòng)”位置，觀察AFC電機(jī)是否能保持在冷狀態(tài)位置，如不能需檢查AFC電機(jī)組件上的位置電位器。

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

3 自動(dòng)穩(wěn)頻常見故障分析

3.1 電機(jī)不動(dòng)現(xiàn)象

AFC選擇開關(guān)置于“自動(dòng)”，在出束時(shí)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(dòng)”，調(diào)節(jié)AFC電機(jī)，劑量率不發(fā)生變化。

故障分析：

(1)測(cè)量AFC電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路有問題。

(2)檢查電機(jī)的輸入端是否有電壓，測(cè)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(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是否正常。

3.2 位置電位器錯(cuò)誤現(xiàn)象

AFC選擇開關(guān)置于“自動(dòng)”，在出束開始時(shí)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(jī)器的冷狀態(tài)點(diǎn)不對(duì)，使出束開始時(shí)劑量率上升非常慢。

冷狀態(tài)點(diǎn)不對(duì)時(shí)劑量率與時(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)其一個(gè)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(jī)器的諧振位置靠近限位開關(guān)，這種情況在短期內(nèi)不會(huì)影響機(jī)器的正常使用，但隨著機(jī)器使用時(shí)間的增長(zhǎng)，諧振位置會(huì)發(fā)生偏離，這就使機(jī)器不能工作在最佳位置。

調(diào)整方法：先手動(dòng)劑量率最高時(shí)，停束。AFC選擇在手動(dòng)，拆下冷態(tài)預(yù)置電位器齒輪，移動(dòng)AFC電機(jī)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(dú)移動(dòng)調(diào)節(jié)塊，易損壞位置電位器）

3.4 工作在手動(dòng)狀態(tài)現(xiàn)象(如圖9所示)

圖8 劑量率與時(shí)間的關(guān)系圖

圖9 工作在手動(dòng)狀態(tài)現(xiàn)象

AFC選擇開關(guān)置于“自動(dòng)”，在出束時(shí)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(dòng)撥偏后，劑量率不能自動(dòng)找回。造成這種現(xiàn)象有下面幾種原因：

（1）電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)穩(wěn)頻不是工作在最佳點(diǎn)，重新調(diào)節(jié)自動(dòng)穩(wěn)頻，主要是AFCTRIG信號(hào)與S波的相對(duì)位置AFCTRIG盡量靠近S波的左端，手動(dòng)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(jī)線接反了，反電機(jī)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(dòng)”，在出束時(shí)劑量率不穩(wěn)定或沒有。用手動(dòng)可以找到最大值，且穩(wěn)定。

故障分析：

（1）一般在機(jī)器沒有更換微波元件，機(jī)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(dòng)穩(wěn)頻系統(tǒng)了。

4 結(jié)束語

通過上述檢查與調(diào)整，自動(dòng)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(jìn)行維修，節(jié)省了時(shí)間和維修費(fèi)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(tái)州市博愛醫(yī)院，物理師，工程師。

2009-12-20

①浙江省臺(tái)州市博愛醫(yī)院 浙江 臺(tái)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(dòng)穩(wěn)頻系統(tǒng)，它只有一個(gè)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(dāng)微波功率管的頻率F偏離駐波加速管的諧振F0時(shí)，不僅會(huì)引起能量及劑量率的下降，而且會(huì)產(chǎn)生功率反射，甚至不能工作。