В ияф им. Будкера со ран в 1982-84 г г. была разработана, модернизировалась и в течение многих лет производилась рентгенографическая - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1страница 2
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Программа-минимум разработана Институтом истории естествознания и... 1 72.01kb.
Колористика часть 1-я. Цветовосприятие и история цвета 1 109.34kb.
А в течение многих столетий человек не знал ничто о структуре вопроса 1 17.79kb.
В течение многих лет Хрущев имел почти неограниченную власть в одной... 1 421.02kb.
…и увижу кровь и пройду мимо вас… 1 144.22kb.
Что такое счастье ? Этим, казалось бы, простым вопросом задается... 1 28.15kb.
Айенгар преподаёт и практикует йогу в течение более 75 лет и считается... 1 46.78kb.
В 11 классе при подготовке к Единому Государственному Экзамену по... 1 74.97kb.
Е. И. Пивовар, ректор рггу, чл кор. Ран, д и. н., проф 1 254.93kb.
Годы прошлого столетия. Тогда в СССР была разработана и в 1962 году... 1 67.34kb.
Сибирское отделение (со ран) 13 888.7kb.
1. Микроскопия как оптическая система. Ход лучей в микроскопе. 1 54.5kb.
1. На доске выписаны n последовательных натуральных чисел 1 46.11kb.

В ияф им. Будкера со ран в 1982-84 г г. была разработана, модернизировалась и в течение - страница №1/2



Введение.

В
ИЯФ им. Будкера СО РАН в 1982-84 г.г. была разработана, модернизировалась и в течение многих лет производилась рентгенографическая установка МЦРУ «Сибирь-Н». Эта установка дала новые возможности получения и обработки диагностических медицинских рентгеновских изображений при значительном снижении дозы облучения пациента. Установка МЦРУ "СИБИРЬ-Н" сканирующего типа, отличается от стандартных диагностических аппаратов тем, что для регистрации рентгеновского излучения вместо фотопленки используется многоканальная ионизационная камера с высокой эффективностью. Установка включает в себя стандартный рентгеновский излучатель с питающим его высоковольтным источником, штатив с механической системой сканирования, приемник рентгеновского излучения (многоканальная ионизационная камера), систему регистрации и управления. Распределение излучения в горизонтальном направлении измеряется с помощью пропорциональной камеры, а в вертикальном - путем механического сканирования. Для этой цели рентгеновская трубка, щелевой коллиматор и приемник излучения во время съемки одновременно и равномерно перемещаются в вертикальном направлении (для установки с вертикальным положением пациента). Коллиматор со щелью 1 мм формирует тонкий веерообразный пучок рентгеновского излучения, который после прохождения через тело пациента попадает во входное окно ионизационной камеры. Принцип сканирования практически устраняет регистрацию рассеянного излучения. Применение в качестве детектора излучения специальной ионизационной камеры, работающей в режиме прямого счета квантов и абсолютно лишенной собственного шума, позволяет работать с предельно низкими дозами облучения пациентов (снижение доз облучения пациентов в 30-100 раз) и обеспечивает высокие метрологические характеристики установки.



У
правление установкой осуществляется с помощью ЭВМ. Программное обеспечение установки включает в себя основную управляющую программу и программу для проведения контроля работоспособности блоков и установки в целом. Программа позволяет врачу провести съемку нескольких кадров, просмотреть полученные снимки на дисплее, записать их на диск, а также в случае необходимости запустить специальную диагностическую задачу для обработки полученной информации. В режиме обработки врач может вывести снимок на дисплей, оперативно преобразовать изображение в вид, наиболее удобный для визуального анализа, и за счет этого улучшить диагностические возможности проекционной рентгенографии. Программа позволяет измерять расстояния между объектами на изображении, плотность в каждой точке изображения и среднюю плотность в произвольном фрагменте изображения, а также проводить другие операции.


Постановка задачи.

Важной частью данной установки является источник питания, обеспечивающий питание рентгеновской трубки. Так как рентгеновская установка является установкой сканирующего типа (время сканирования достигает 10 секунд), поэтому были предъявлены жесткие требования к качеству питания элементов рентгеновского излучателя. Необходимо было обеспечить быструю установку и удержание анодного напряжения на рентгеновской трубке в заданных пределах в течении всего времени экспозиции, необходимо было обеспечить управление двигателем раскрутки и вращения анода, а также нужно было обеспечить питание накала трубки. Ни один из имеющихся источников на тот момент не удовлетворял этим требованиям. Потому, в Институте ядерной физики было разработано Рентгеновское питающее устройство (РПУ), которое обеспечивало общее напряжение анод-катод 125кВ и максимальную мощность 16.5 кВт. При этом, имеющийся на тот день источник, выпускаемый АО Медтехника, обеспечивал только 100кВ напряжения и 8кВт мощности, а испанский аналог – 120кВ напряжения и 9.6кВт мощности.

Для того, чтобы обеспечить возможность управления и контроля источником питания из управляющей ЭВМ была поставлена задача по разработке блока, выполняющего функцию контроллера. При этом нужно было учесть, что в этом блоке должны быть аппаратно заложены возможности, как цифрового управления\измерения, так и аналогового управления\измерения. С помощью аналогового и цифрового управления должны задаваться начальные параметры рентгеновской трубки и команды на выполнение операций, а с помощью аналогового и цифрового измерения отслеживаться протекающие процессы и параметры трубки в процессе снятия кадра.

Также, была поставлена задача, использовать ПЛМ Альтера и плату TINI при разработке контроллера. Поэтому, перед разработчиком была поставлена задача написания программы для Альтеры и написания тестовых отладочных программ для платы TINI

Ниже приведено описание готового блока, в котором заложены эти возможности.


Описание общей структуры контроллера.

Для обеспечения дистанционного контроля в качестве рабочего процессора выбрана плата TINI (Tiny InterNet Interface), имеющая четыре интерфейса связи (Ethernet, CAN, RS-232 и 1-Wire), параллельную шину, через которую осуществляется обмен данными с прикрепленными устройствами, а также развитое программное обеспечение. В качестве прикрепленного устройства используется ПЛМ Altera семейства FLEX10K (рисунок 1), программное обеспечение которой обеспечивает связь с периферией контроллера. К периферии относиться цифровая часть, аналоговая часть и внешняя память на 512 К.

Аналоговая часть представляет из себя (рисунок 2):


  • 4 канала аналогового управления, величина напряжения на которых задается с помощью шестнадцатиразрядных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).






  • 16 каналов аналогового измерения, величины напряжений на которых измеряются с помощью многоканального АЦП.

В таблице 1 приведен полный список назначения каждого канала.

Таблица 1



Аналоговое управление (4 канала)

ЦАП 1

Напряжение накала 1

ЦАП 2

Напряжение накала 2

ЦАП 3

Высокое напряжение [135kV]

ЦАП 4

Резерв

Аналоговые измерения (16 каналов)

АЦП 1 ... АЦП 4

Датчики температуры

АЦП 5 ... АЦП 8

Резерв

АЦП 9

Напряжение накала 1 (Uн1)

АЦП 10

Ток накала 1 (Iн1)

АЦП 11

Напряжение накала 2 (Uн2)

АЦП 12

Ток накала 2 (Iн2)

АЦП 13

Напряжение на трубке (U-) [67.5kV]

АЦП 14

Напряжение на трубке (U+) [67.5kV]

АЦП 15

Ток трубки (I-) [0..200mA]

АЦП 16

Ток трубки (I+)

Цифровая часть представляет из себя (рисунок 3):



  • 8
    разрядный, гальванически развязанный, выходной регистр управления (УР), с помощью которого выполняются операции включение/выключение высокого напряжения, включение/выключение пускателя, включение двигателя анода и т. д.

  • 24 разрядный, гальванически развязанный, входной сборщик двоичных состояний (СДС) с помощью которого можно следить в непрерывном режиме за превышением значений по току, напряжению, готовностью двигателя анода, общей готовностью рентгеновской установки к работе и т. д.

Полный список назначения каждого разряда приведен в таблице 2.


Таблица 2


Цифровое управление (8 каналов)

УР1

Включить пускатель (1=активный уровень)

УР2

Выключить пускатель

УР3

Выбор накала

УР4

Сброс блокировок

УР5

Вкл/выкл высокого напряжения

УР6

Вкл. двигателя раскрутки анода + рабочий цикл накала

УР7

Резерв

УР8

Резерв

Цифровые измерения (24 канала)

СДС1…СДС3

Контроль фаз сети


СДС4

Контроль пускателя

СДС5…СДС8

Блокировки (герконы и концевики) - 4 шт.

СДС9

Блокировка от ЦРД

СДС10

Блокировка от помещения

СДС11

Блокировка от блока накала

СДС12

Состояние кнопки безопасности (нажата -> 1)

СДС13

Готовность инвертора

СДС14

Готовность двигателя раскрутки анода

СДС15

Превышение +U

СДС16

Превышение –U

СДС17

Дисбаланс U

СДС18

Превышение +I

СДС19

Превышение –I

СДС20

Общая готовность

СДС21

Блокировка кнопки безопасности (1= готов)

СДС22

Резерв

СДС23

Резерв

СДС24

Синхронизация измерений (50 KHz) [внутренний сигнал]

Для выяснения причин возникающих неисправностей источника питания реализован режим «время назад», при котором значения, измеренные с помощью многоканального АЦП, записываются в память контроллера и при необходимости может быть прочитан цикл работы, в котором произошла неисправность и произвести анализ причины, породившей ее.


Структура программы Альтеры.

С
Таблица 3



труктурная схема программы Альтеры приведена на рисунке 4. Как уже известно, Альтера связана непосредственным образом с TINI по параллельной шине. TINI имеет восьмиразрядную шину данных, двадцатиразрядную шину адресов и четыре сигнала выбора чипа (CS1…CS4), что позволяет адресоваться к внешней памяти объемом 4 мегабайта. Обращение к Альтере осуществляется по CS1, а обращение к внешней памяти объемом 512 килобайт – по CS2. Весь обмен информацией между TINI и периферией контроллера осуществляется через Альтеру. В программе Альтеры выделено шестнадцать функциональных регистров, назначение которых описано ниже и в таблице 3 приведен полный их список с адресами.


Таблица 3.





Название регистра

Адрес регистра


Регистр управления 1

0x800001

Регистр управления 2

0x800002

Регистр установки таймера 1

0x800003

Регистр установки таймера 2

0x800004

(Запись ЦАП) Регистр данных1

0x800(0...F)05

(Запись ЦАП) Регистр данных2

0x800006

Управляющий регистр (УР)

0x800007

Сборщик двоичных состояний (СДС 1)

0x800008

Сборщик двоичных состояний (СДС 2)

0x800009

Сборщик двоичных состояний (СДС 3)

0x80000A

Запуск чтения АЦП

0x80000B

Регистр установки канала

0x80000C

(Чтение АЦП) Регистр данных1

0x80000D

(Чтение АЦП) Регистр данных2

0x80000E

Регистр счетчика 1

0x80000F

Регистр счетчика 2

0x800010

Регистр счетчика 3

0x800011

Кроме функциональных регистров в программе выделены подпрограммы, которые выполняют операции записи данных в ЦАПы или операции оцифровки и чтения данных из АЦП.

Для реализации цифрового осциллографа используется подпрограмма, выполняющая роль таймера, который представляет из себя генератор, выдающий 100 наносекундные импульсы с программно регулируемой и четко выдерживаемой периодичностью. По этим импульсам запускается блок-программа для чтения АЦП, которая отрабатывает управляющие сигналы для АЦП. Оцифрованные данные сохраняются во внешней памяти. Более подробно работа цифрового осциллографа будет описана ниже.
Описание и назначение регистров.

Регистр управления 1. (Адрес 0х800001)


8

7

6

5

4

3

2

1
C

T




N5

N4

N3

N2

N1

rw

rw

r

rw

rw

rw

rw

rw

Бит 1-5 (N1…N5) - адрес цифрового канала СДС по сигналу с которого должен происходить запуск цифрового осциллографа. Например, если записать в эти биты число 0х0С (в десятичном представлении 12), то по возникновению единицы на 12 канале СДС (сборщика двоичных состояний) запустится цифровой осциллограф. При этом нужно учесть, что бит 8 (С) должен быть в единице, если этот бит будет в нуле, то осциллограф не запустится от сигнала на СДС.

Бит 6 – резерв.

Бит 7 (Т) – если равен 1, то разрешен запуск таймера, если 0 – запрещен. После установки нуля происходит сброс счетчика адресов.

Бит 8 (С) – если равен 1, то разрешен запуск цифрового осциллографа по сигналу с цифрового канала СДС, если 0 – запрещен.
Примечание: если бит №8 равен единице и указан адрес цифрового канала, то запуск цифрового осциллографа будет происходить даже в случае когда бит №7 будет 0. Если сигнал с СДС на запуск цифрового осциллографа пришел в тот момент когда цифровой осциллограф уже запущен, то ни каких изменений в работе осциллографа не будет наблюдаться т. е. как он работал, так и будет работать без изменений.


Регистр управления 2. (Адрес 0х800002)


8

7

6

5

4

3

2

1

R3

R2

R1




ST

A2

A1

r

r

r

r

r

rw

rw

rw

Биты 8, 4 – резервные.


Бит 7 (R3) – сигнал на запуск цифрового осциллографа по сигналу с канала СДС (1 активный уровень). Этот бит выставляется в единицу тогда, когда в регистре управления 1 указан номер канала СДС (биты N5..N1), разрешен запуск цифрового осциллографа от сигнала на СДС (бит С) и когда указанный канал СДС выставился в единицу. Этот бит только читается и по нему происходит запуск цифрового осциллографа. Как уже указывалось выше, если этот бит возникнет в тот момент когда работает цифровой осциллограф, то это не повлияет на работу осциллографа и он будет продолжать делать измерения без изменений.
Бит 6 (R2) - если равен 0, то в этот момент происходит запись данных в ЦАП.

Этот бит выставляется на время записи данных в цифроаналоговый преобразователь. Запись данных происходит за время 800 наносекунд и соответственно на это время бит R2 выставляется в ноль.

Бит 5 (R1) – если равен 0, то в этот момент счетчик адресов не в начальном состоянии т. е. значение счетчика адресов не нулевое. При этом в данный момент цифровой осциллограф либо запущен, либо уже остановлен оператором. Если осциллограф ни разу не запускался, то этот бит будет в единице.

По включению питания в программе Альтеры генерируется импульс общего сброса, поэтому в начальный момент после включения питания счетчик адресов находится в нулевом состоянии, а бит R1 соответственно, в единице.

Бит 3 (ST) – этот бит нужно рассматривать совместно с битом Т.


Бит ST

Бит T




1

1

запуск цифрового осциллографа.

0

1

Остановка цифрового осциллографа, при этом счетчик адресов не сброшен и можно прочесть его текущее состояние.

1(0)

0

Остановка цифрового осциллографа, при этом счетчик адресов сброшен и его текущее состояние будет читаться как 0хFFFF07.

Б
Таблица 4.



иты 2 и 1 (К2 и К1) – усиление аналогового сигнала поступающего на АЦП.

К1


К2

Коэффициент

усиления

Диапазон напряжений на аналоговых входах

0

0

В 1\4 раз

-10В…+10В

1

0

В 1\2 раза

-5В…+5В

0

1

В 5\4 раз

-2В…+2В

1

1

В 10\4 раз

-1В…+1В

В таблице 4 показаны коэффициенты усиления для различных диапазонов входных напряжений т. е. если на входах аналогового измерения напряжение меняется в диапазоне от –2 вольт до +2 вольт, то рекомендуется коэффициент усиления 5\4.


Регистры установки таймера.

Регистр установки таймера 1

Младший байт

Адрес 0х800003

Регистр установки таймера 2

Старший байт

Адрес 0х800004

Регистр установки таймера шестнадцатиразрядный, поэтому он имеет два байта для записи: младший байт (адрес 0х800003) и старший байт (адрес 0х800004).

Если в регистре установки таймера будут записаны нули, то после того как будет записан бит запуска таймера в регистре управления 1 (бит Т (бит №7)) таймер не запустится.

Минимальный интервал между стробами таймера равен 41.6 микросекунды (соответствует установке регистра таймера в 0х0001). При увеличении регистра установки таймера на единицу интервал между стробами увеличивается на 1.6 микросекунды. Следовательно, при установке таймера в 0хFFFF интервал между стробами будет составлять 104.8992 миллисекунды.


Запись в ЦАП. Регистр данных.

(Запись ЦАП) Регистр данных 1

Старший байт

Адрес 0х800(0..F)05

(Запись ЦАП) Регистр данных 2

Младший байт

Адрес 0х800006

Для управления аналоговыми сигналами были использованы 16-разрядные ЦАПы с последовательной шиной записи. Поэтому, в ПЛМ ALTERA был создан двухбайтный регистр данных с параллельной записью и последовательной выдачей данных. Напряжение на выходе ЦАПа меняется в диапазоне 0…4 вольта. Нулю вольт соответствует код 0х0000, четырем вольтам – 0хFFFF.

При записи в ЦАП должна быть соблюдена строгая по очередность записи в регистр данных. В первую очередь записывается старший байт (Регистр данных 1), затем младший (Регистр данных 2). Это связано с тем, что после того как произошла запись в младший байт, регистр переключается в режим сдвигового регистра и автоматически начинает передавать данные по последовательной линии в ЦАП. При этом, если перед этим старший байт не был прописан, то в старшем байте будут неизвестные данные, записанные в ЦАП.

В контроллере используется четыре ЦАПа, которые управляют соответственно четырьмя аналоговыми выходами. При этом, заложена возможность записывать данные одновременно в любое количество (из имеющихся) любых ЦАПов. Это достигается, во-первых, тем, что последовательная шина данных общая для всех ЦАПов т. е. данные идут одновременно на все ЦАПы, а во-вторых: в момент обращения к старшему байту регистра данных, кроме записи данных происходит запись ч


Таблица 5.
ЦАП 1

ЦАП 2

ЦАП 3

ЦАП 4

Адрес













0х800005

||||||||||||










0х800105




||||||||||||







0х800205

||||||||||||

||||||||||||







0х800305







||||||||||||




0х800405

||||||||||||




||||||||||||




0х800505




||||||||||||

||||||||||||




0х800605

||||||||||||

||||||||||||

||||||||||||




0х800705










||||||||||||

0х800805

||||||||||||







||||||||||||

0х800905




||||||||||||




||||||||||||

0х800A05

||||||||||||

||||||||||||




||||||||||||

0х800B05







||||||||||||

||||||||||||

0х800C05

||||||||||||




||||||||||||

||||||||||||

0х800D05




||||||||||||

||||||||||||

||||||||||||

0х800E05

||||||||||||

||||||||||||

||||||||||||

||||||||||||

0х800F05




етырехразрядного двоичного числа во внутренний буфер Альтеры, каждый разряд которого связан с соответствующей ножкой выбора чипа (CS) ЦАПа, и на момент передачи данных по последовательной шине буфер выставляет свое значение на ножки выбора чипа ЦАПов. Число в этот буфер записывается с 12, 11, 10 и 9 линий адресов шины адреса TINI. В таблице 5 показано в какие ЦАПы будет происходить запись при соответствующих адресах. Заштрихованные области показывают, в какие ЦАПы будут записаны данные.
Управляющий регистр (УР). (Адрес 0х800007).

Управляющий регистр триггерного типа и предназначен для управления выходами цифрового управления. По включению питания импульс общего сброса обнуляет этот регистр. Число, записанное в УР, сохраняется до следующей записи, либо может обнулиться по сигналу общего сброса.

Назначение каждого бита регистра управления указано в таблице 2 в разделе «цифровое управление».
Сборщик двоичных состояний (СДС).


Каналы (1-8)

Адрес 0х800008

Каналы (9-16)

Адрес 0х800009

Каналы (17-24)

Адрес 0х80000А

Состояние этих каналов может быть прочитано в любой момент и, таким образом, проанализировано состояние блокировок и готовностей рентгеновской установки.



Значение каждого бита сборщика двоичных состояний указано в таблице 2 в разделе «цифровое измерение».
Запуск чтения АЦП. (Адрес 0х80000В).


Область

памяти

канала

0х900000 до 0х907FFF

4

0х908000 до 0x90FFFF

3

0x910000 до 0x917FFF

2

0x918000 до 0x91FFFF

1

0x920000 до 0x927FFF

5

0x928000 до 0x92FFFF

6

0x930000 до 0x937FFF

7

0x938000 до 0x93FFFF

8

0x940000 до 0x947FFF

12

0x948000 до 0x94FFFF

11

0x950000 до 0x957FFF

10

0x958000 до 0x95FFFF

9

0x960000 до 0x967FFF

13

0x968000 до 0x96FFFF

14

0x970000 до 0x977FFF

15

0x978000 до 0x97FFFF

16
П следующая страница >>


izumzum.ru