X射线发生器中嵌入式电子设备的光纤通信制造技术

X射线源包括光通信链路，以提供系统控制器和枪控制器之间的电流隔离的通信。在特定示例中，通过一根或更多根光纤提供链路。此外，枪控制器优选地在启动期间由系统控制器远程编程。这解决了在难以访问的位置/环境中重新编程处理器的问题。监视定时器对于枪控制器的枪数字处理器也很有用。数字处理器也很有用。数字处理器也很有用。

【技术实现步骤摘要】
X射线发生器中嵌入式电子设备的光纤通信


[0001]本申请涉及电子发射领域，更具体地涉及一种X射线源。

技术介绍

[0002]X射线因其短波长和穿透物体的能力而广泛用于显微镜检查。通常，最好的X射线源是同步加速器，但这些都是昂贵的系统。因此，通常使用所谓的管式或实验室X射线源，其中产生的电子波束轰击靶。产生的X射线包括由靶的成分和广泛的韧致辐射确定的特征线。
[0003]X射线显微镜检查系统有一些基本配置。一些采用聚光器将X射线集中到研究物体和/或物镜上在与物体相互作用后对X射线进行成像。与这些类型的显微镜相关的分辨率和像差通常由X射线的光谱特征决定。一些显微镜检查系统采用投影配置，其中通常使用小X射线源光斑与几何放大倍率一起对物体进行成像。
[0004]性能，尤其是分辨率受不同因素影响。因为投影配置没有像差，所以分辨率通常由X射线源光斑的大小决定。理想情况下，X射线源光斑是一个点位。在实践中，X射线源光斑要大得多。通常，源光斑尺寸由电子光学器件和这些光学器件将电子波束聚焦到点的能力决定。源光斑尺寸一般在50
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200微米(μm)左右，具有良好的电子光学；尽管在其他示例中，当功率是更重要的品质因数时，X射线源的光斑尺寸可能为1
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5毫米(mm)。对于透射靶X射线源，通常为几微米的光斑尺寸，例如1μm到5μm。事实上，一些透射源的光斑尺寸低至150纳米(nm)。无论如何，X射线源的尺寸通常会限制X射线投影显微镜的分辨率。
[0005]对于许多显微镜检查应用，经常使用透射靶X射线源。在X射线管的基本配置中，热离子发射或场发射电子在真空管中的阴极(灯丝)处产生并被加速到阳极(形成由不同的静电和(电)磁性光学元件成形的电子波束)。例如，磁性透镜通常在铁极片内使用铜线线圈。通过线圈的电流在极片的孔中产生磁场。静电透镜采用带电电介质来产生静电场。然后电子波束在其背面撞击通常很薄的靶。常见的靶材料是钨、铜和铬。然后从靶正面发出的X射线用于照射物体。
[0006]X射线源通常需要控制电子设备来调节、控制和/或监测电子发射系统(或电子“枪”)。这些电子设备通常被称为“枪控制器”。
[0007]枪控制器电连接到电子枪部件，例如灯丝、抑制器阴极、引出阴极等。
[0008]在许多设计中，在操作过程中，枪电子设备会升高到数千伏的高压电位，并且需要提供电流隔离。这是因为电子向更正的电极(阳极)加速。如果靶需要靠近样品，那么它也需要接地以避免对样品产生电弧。因此，灯丝需要处于高负电压。而且，现在枪控制器还需要处于非常高的负电压。
[0009]通常，枪控制电子设备也封装在环氧树脂中或浸没在绝缘油中。在任何情况下，枪控制电子设备都位于维修人员难以或无法到达的地方。

技术实现思路

[0010]更复杂的枪控制器需要更智能的控制系统，该控制系统通过诸如中央处理单元
(centralprocessing units，CPUs)、数字信号处理器(digital signalprocessors，DSPs)或现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate arrays，FPGAs)等数字处理器采用数字控制。所有这些数字控制子系统都需要编程，如果可能的话，还需要“在现场”重新编程。由于它们通常位于物理上难以接近的高压环境中，因此数字控制通过为该高压环境提供的电流隔离而远程地实现。
[0011]本专利技术涉及光通信链路以提供系统控制器和枪控制器之间的电流隔离通信。在特定示例中，通过一根或更多根光纤提供链路。
[0012]在该实施方式中，每根光纤可以一起传输一个或多个信号，并通过特定的通信协议对这些信号进行编码。甚至可以采用通过公共光纤的双向光通信。
[0013]主要优点是通信方法的多功能性以及总共只需要一根或两根光纤以在每个方向上携带实际上无限数量的信号的事实。特定协议包括一根或更多根光纤上的千兆以太网。
[0014]本专利技术还涉及枪控制器的数字控制系统和远程编程。枪控制器的枪数字处理器需要某种配置才能运行。通常，此配置是程序(用于CPU和DSP)或配置文件(用于FPGA)并存储在靠近处理器的非易失性存储器中。上电后，程序或配置文件由数字处理器加载和执行。有时信息直接存储在处理芯片内部，有时存储在附加存储器(如快闪存储器)中。
[0015]这种典型设置的唯一缺点是枪控制器可能在恶劣的X射线环境中运行的事实，这使得使用快闪存储器非常危险。持续的X射线轰击会慢慢擦除内存并使其不可靠。如果程序可以“即时”加载会更好。
[0016]在本方法中，枪控制器包括枪数字处理器，并且系统控制器在上电后为数字处理器提供配置。这样，数字处理器的运行就不会受到枪控制器周围的长期辐射的损害。
[0017]可以通过光纤链路提供该配置。此后链路的一根或更多根光纤优选地用于连续地向枪控制器发送数据。另一光纤或同一光纤可以将信息从枪控制器传回主系统数字控制器。这包括所有所需的遥测数据，如数字化电压、电流、温度等。
[0018]本专利技术还涉及用于枪数字处理器的监视定时器。如果在一段时间内没有发生通信，枪数字处理器将被重置。这允许随时对处理器进行重新编程。
[0019]通常，根据一个方面，本专利技术的特征在于一种X射线源，包括系统控制器，靶，用于产生电子以形成波束从而撞击靶以产生X射线的电子源，用于加速波束的高压发生器，以及用于控制电子源并在每次启动时从系统控制器接收配置的枪控制器。
[0020]源可以包括由枪控制器控制的源线圈。
[0021]枪控制器可以包括现场可编程门阵列(FPGA)，并且系统控制器在上电后为数字处理器提供配置文件。在其他情况下，枪控制器包括中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP)，系统控制器在上电后为数字处理器提供程序。
[0022]可以在系统控制器和枪控制器之间使用光通信链路，系统控制器通过该光通信链路向枪控制器提供配置。该光通信链路可以包括用于将数据从所述系统控制器传输到所述枪控制器的至少下行链路光纤和用于将数据从所述枪控制器传输到所述系统控制器的至少上行链路光纤。
[0023]在示例中，光通信链路将检测到的枪控制器的电压编码为光脉冲的频率。通常，该链路包括用于将数据从所述系统控制器传输到所述枪控制器的至少下行链路光纤和用于将数据从所述枪控制器传输到所述系统控制器的至少上行链路光纤。
[0024]枪控制器可以是或包括现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑设备(CPLD)，并且系统控制器在上电后为数字处理器提供配置文件。然而，枪控制器也可以是中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP)，系统控制器在上电后为数字处理器提供程序。
[0025]通常，根据又一方面，本专利技术的特征在于一种X射线源，包括系统控制器，靶，用于产生电子以形成波束以撞击靶从而产生X射线的电子源，用于加速波束的高压发生器，以及用于在系统控制器的控制下控制电子源和波束形成的枪控制器。枪控制器包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种X射线源，包括：系统控制器；靶；电子源，其用于产生电子以形成波束从而撞击所述靶以产生X射线；高压发生器，其用于加速所述波束；以及枪控制器，其用于控制所述电子源并在每次启动时从所述系统控制器接收配置。2.根据权利要求1所述的源，还包括由所述枪控制器控制的源线圈。3.根据权利要求1所述的源，其中，所述枪控制器包括现场可编程门阵列FPGA，并且所述系统控制器在上电后为所述数字处理器提供配置文件。4.根据权利要求1所述的源，其中，所述枪控制器包括中央处理单元CPU或数字信号处理器DSP，并且所述系统控制器在上电后为所述数字处理器提供程序。5.根据权利要求1所述的源，还包括在所述系统控制器和所述枪控制器之间的光通信链路，所述系统控制器通过所述光通信链路向所述枪控制器提供配置。6.根据权利要求5所述的源，其中，所述系统控制器和所述枪控制器之间的光通信链路包括用于将数据从所述系统控制器传输到所述枪控制器的至少下行链路光纤和用于将数据从所述枪控制器传输到所述系统控制器的至少上行链路光纤。7.一种X射线源，包括：系统控制器；靶；电子源，其用于产生电子以形成波束从而撞击所述靶以产生X射线；高压发生器，其用于加速所述波束；枪控制器，其用于在所述系统控制器的控制下控制所述电子源和所述波束的形成，所述枪控制器包括数字处理器和用于在一段时间无响应后重置数字处理器的监视定时器。8.根据权利要求7所述的源，其中，所述监视定时器接收来自所述系统控制器的保活信号并且在未能接收到所述保活信号之后重置所述数字处理器。9.根据权利要求7所述的源，还包括在所述系统控制器和所述枪控制器之间的光通信链路，所述系统控制器通过所述光通信链路向所述枪控制器提供配置。10.根据权利要求9所述的源，其中所述系统控制器和所述枪控制器之间的所述光通信链路包括用于将数据从所述系统控制器传输到所述枪控制器的至少下行链路光纤和用于将数据从所述枪控制器传输到所述系统控制器的至少上行链路光纤。11.一种X射线源，包括：系统控制器；靶；电子源，其用于产生电子以形成波束从而撞击所述靶以产生X射线；高压发生器，其用于加速所述波束；和枪控...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉切内克，
申请(专利权)人：卡尔蔡司有限公司，
类型：发明
国别省市：