医科达Precise加速器磁控管工作原理及故障维修

2015-01-27仇云峰

中国医疗设备 2015年5期

关键词：灯丝加速器二极管

仇云峰

海安县肿瘤医院设备科，江苏海安 226600

医科达Precise加速器磁控管工作原理及故障维修

仇云峰

海安县肿瘤医院设备科，江苏海安 226600

本文阐述了医科达直线加速器磁控管的基本工作原理和物理结构，着重分析了磁控管的故障，并提出相应的维修方法。

医用直线加速器；磁控管；调谐器；医疗设备维修

0 前言

随着肿瘤治疗技术的发展，医用电子直线加速器作为放射治疗中的主要设备之一，使用广泛[1]。医科达加速器是一款行波加速器，利用磁控管作为电子线的微波加速源，磁控管属于电真空器中的微波器件，也是直线加速器的核心部件之一，其性能的好坏决定了设备能提供的能量高低，及输出剂量率的高低[2]。

1 磁控管的基本结构及工作原理

磁控管是自身能够发射高功率微波的自激振荡器，其基本结构由阴极及加热灯丝、阳极及谐振腔、输出窗、调频机构、冷却系统组成。磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件，实质上是一个置于恒定磁场中的二极管,电子束在其中进行旋转运动，从外加电源处获得巨大动能，在高频场的作用下转换成微波能[3]。

2 磁控管的常见故障

磁控管是加速器的核心部件，其工作电压在30～50 kV左右，工作电流高达150～200 A左右，因此很容易出现老化或者损坏现象。根据我院加速器出现的故障情况，总结出以下常见故障及维修方法。

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

磁控管灯丝不能预热。设备开机后，出现Item213 M. Fil I mon连锁（213号连锁磁控管灯丝电流监测）。

2.1.2 故障分析

磁控管阴极通过对灯丝加热来控制电子的发射。当磁控管工作时，有一些电子被回轰到灯丝起到加热作用，从而影响高压电流。因此为了保证阴极处于850 ℃的温度，磁控管灯丝所流过的电流必须可伺服调节。在实际的应用中，通过控制信号给可编程电源提供驱动，使其输出一个稳定的电流来加热阴极灯丝。同时，次可编程电源有电压和电流输出监视，用来显示灯丝上的电压和电流值。

在软件的维修模式下，发现此参数的实际值在0 V左右，正常状态下应为13.6 V左右。根据设备的电路图分析，有如下几种可能：① 磁控管阴极灯丝烧断；② 接头33F、33D、33C、34L的针脚接触有问题；③ 可编程电源不能正常工作；④ 此参数的显示问题，如AI12（12位模拟输入）板或SCC（信号处理）板的这一通道有问题；⑤ MT/GT（磁控管调谐驱动/枪灯丝电流驱动）接口板有问题。

2.1.3 故障排除

查图分析与ITEM213（213号连锁）相关联的还有一个参数ITEM212 MAV V MON（212号连锁，磁控管电压监测），此参数是用来监视可编程电源的输出电压，其正常值为13.2 V左右。通过万用表查看此参数，发现电压正常，可以排除可编程电源本身不工作的可能性。关机后冷却，再测量磁控管灯丝的阻值，约为0.8 Ω（灯丝冷热对电阻的测量值影响很大），因此不存在开路现象。分析MT / GT电路板，可与相邻的枪灯丝接口板互换，互换后故障依旧。接下来重点检查电缆线的问题，当检查到接头34D的时候，发现铜接线柱已经被烧黑。此接头通过的是14 A左右的大电流，当接触不好时氧化铜插件极易发热，烧坏接线柱，导致电路断路[4]。更换铜接线柱接头，开机后故障消失，加速器恢复正常，故障排除。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

加速器早上开机后可以运行到准备出束状态，当按下出束键后无剂量输出，报Tuner Position（调谐机构位置）故障。仔细观察各个参数的状态，发现磁控管的调谐机构无法运动。

2.2.2 故障分析

此磁控管的调谐器一般可分为机械调谐和电子调谐。机械调谐就是通过步进马达来驱动调谐机构运动，将反馈信号与要求的位置信号进行比较，如有差值，调谐机构将进一步运动直到指定的位置；电子快速调谐是将调谐机构实际需要位置的信号转化为电流信号，通过驱动板将电流信号加载到调谐线圈上。而流过调谐线圈的电流值代表着线圈磁铁的实际位置。调谐器有驱动信号，调谐器的位置不会发生变化。可做如下推断：① 磁控管本身调谐器不太好，被卡死；② 可编程脉冲发生板（PPG），磁控管调谐驱动/枪灯丝电流驱动接口板（MT/GF INTERFACE），功率驱动板 A（UPD A），功率驱动板 B（UPD B）等电路板有问题；③ 监视回路有问题，如AI12板等。

2.2.3 故障排除

根据先简后繁的原则，首先调谐杆位置是有读数的，且AI12板是通用型，可与其他区域的板子对调。将其对调后，发现故障依旧，排除AI12板的问题。问题集中到驱动的链路，经分析发现，PPG板和MT / GFinterface板是不可对调的电路板，而UPDA、B与驱动枪灯丝的驱动板一致，可先对调来进行初步的判断。先从UPD板入手，与驱动枪灯丝的驱动板对调，对调后发现调谐器运动正常，而枪灯丝电流控制不正常，因此问题出在UPD板上。驱动板的设计一般不复杂，由比较器、达林顿管、二极管等基本元器件组成。打开后从电路中比较容易出问题的二极管、三极管入手，一一量出E，B，C三级之间的通断情况。在测量到TR1/TR2和TR7/TR8这2对三极管时，发现TR2和TR8存在短路现象，造成电流信号不能加载。经过购买同规格的器件P沟道增强型MOS管F9530N进行更换后，电路板恢复正常工作，故障排除。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

磁控管在手动调谐下可达到最大剂量输出，但在自动模式下剂量率会下降到原来的1/10。

2.3.2 故障分析

磁控管既然在手动模式下可以达到最大剂量输出，可见故障出在自动调谐机构。仔细观察各个参数，发现在不出束，且ROOM DOOR2（门连锁2）打开的情况下，PHASE LEG1（第一路相位信号）与PHASE LEG2（第二路相位信号）的读数相差较大，连锁232第一路相位信号ITEM 232 PHASE LEG1=0.05，连锁233第二路相位信号ITEM 233PHASE LEG2=1.52左右。正常情况下第一路相位信号LEG1与第二路相位信号LEG2相差不能超过0.5，而且在这种情况下应该均在0附近。因此分析故障可能出在以下2个方面：①读取信号值的AI12-B（B侧12位模拟输入板）通道不好；② 用来检测微波的1对检波二极管不匹配。

2.3.3 故障排除

采用排除法进行故障排除。先从简单一些的电路板判断开始，医科达加速器有3个控制区域，每个控制区又分AB两侧，常用的电路板可以通过交换来检查问题。将16 区B侧AI12板交换到A侧后开机检查，发现故障依旧。接下来将重点转移到检波二极管上。检波二极管是用于检测叠加在高频载波上的低频信号的器件，它具有较高的检波效率和良好的频率特性。该设备上使用的检波二极管是将高于3 GHZ的噪声信号进行过滤，只让微波通过。拆开后用万用表的二极管档进行测量，发现2个二极管的反相阻抗不匹配，其中一个的反相阻抗偏小。将从市场购买到的一对微波检波二极管IN416C，进行更换后，故障排除。

3 磁控管的日常维护

根据磁控管的常见故障，总结出以下维护经验：① 按照操作流程对磁控管进行充分的预热，先出低能量的X线再出高能X线。避免磁控管在没有预热的情况下突然加高压，导致磁控管阴阳级之间放电打火。磁控管多次频繁打火后会急剧缩短寿命，增加科室的备件费用支出[5]；② 定期更换内循环水和滤芯，良好的冷却条件会使磁控管阴极工作在稳定的温度，避免其温度产生突变。在预防性维护保养中，缩短水质检查的周期，可有效减少故障发生[6]；③ 定期对AFC（自动频率控制）进行优化，使磁控管工作在最佳状态，避免多余的微波反射到磁控管内，引起磁控管打火。