专利名称：一种用光离子消除静电的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于静电领域，尤其涉及一种用于消除静电的装置。
背景技术：
静电造成的故障与危害，通称静电障害。从传统的观点来看，它是火电、化工、石油行业引起火灾、爆炸的事故的主要诱发因素之一；也是亚麻、化钎等纺织业加工过程中质量及安全事故隐患因素；还是造成人体电击危害的重要原因。因此，工业生产过程中的静电防护正在成为各行业日益引起关注、重视的安全问题之一。
静电防护的基本原则是a、抑制静电荷的积聚；b、迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷。
由于绝缘体往往是易产生静电，对绝缘体静电的消除，用接地方法是无效的，通常采用的方法是离子中和，即在工作环境中用静电消除装置，提供一个等电位的工作区域。
作为离子中和重要的传统技术实现手段之一，各种离子风机式静电消除装置已经得到了日益广泛的采用。
公告日为2005年10月12日，公告号为CN 2733820Y的中国实用新型专利“直流离子风机”
公开日2007年1月24日，公开号为CN 1900392A的中国发明专利申请“碳纤维生产线的除静电专用装置”等，可以看作是离子风机式静电消除装置应用的相关技术资料。
但是，上述技术方案存在下列不足 1)需要风源； 2)高压放电极很容易吸附尘埃，导致除静电性能下降，必需经常作保养，清洁电极； 3)产生臭氧，腐蚀周边设备，对人体有害； 4)不能穿透物体表面消除背面的静电 5)不能彻底消除具有复杂形状或结构的工件上的静电。
此外，传统方法中的高压放电针易产生微细颗粒灰尘，使工件绝缘性能降低；对于胶片、平板印刷等产品在高速运动的制造过程中造成的涂色不均，传统方式无法解决；且对于小巧轻薄的电子元件及粉末状药品食品的包装，传统方式因有风源，易被吹起；在塑料铸模时，当器件从模具分离时会产生强静电电荷，若器件形状复杂，则传统方式只能解决局部的静电消除问题。
由于离子风机式静电消除装置存在的上述缺陷，使其应用范围受到一定的限制。
特许番号为2749202号和2951477号的日本专利公开了利用X射线的电离特性，消除物体上静电的方法，其原理是某种特定波长的X射线，通过空气时，可使空气分子分解为正负离子，进而与物体表面的静电产生中和效应，达到消除静电的目的。其通过直流电的升压技术给X射线管的阳极提供20KV左右的直流高压，促使X射线管内灯丝周围的电子云高速撞击阳极靶，从而产生特定波长的X射线。
光离子静电消除技术的产生，避免了传统的离子风机式静电消除装置的缺陷，可以用于缓和在液晶、等离子、半导体制造工程等领域里发生的静电，降低静电引起的灰尘附着与晶格损坏和静电点燃引起的火灾和事故率。
但是，上述技术方案中X射线管的焦点只能集中于一点，输出的功率较小，虽然应用在电子行业时其消除静电的效果不错，但在其他领域(如医药、化工、塑料等行业)需要输出功率较大的场合，就显得力不从心了，使得其应用范围受到一定限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用光离子消除静电的方法及其装置，其X射线管采用环形焦点、大角度发射X射线，输出功率更大，应用领域更广，且其灯丝的直流预热启动/工作电压和/或电流可以调节，功耗小，发热量低，散热效果好，可长时间连续使用，消除静电速度快，可根据不同的被消除静电物体/对象进行调节，使其发出的X射线的量达到最佳消静电效果。
本发明的技术方案是提供一种用光离子消除静电的方法，包括给X射线管的电极提供一个高电压，促使X射管内灯丝周围的压电子云高速撞击阳极靶面，从而产生X射线，其特征是 1)首先给X射线管的灯丝提供一个0～5V、＜3A的可调直流电压，作为其灯丝预热的启动电压； 2)然后在给X射线管的灯丝提供一个5KV～20KV、≤500mA的可调直流高电压，作为其工作电压； 3)采用具有环形阳极、端窗发射结构、大发射角度的X射线管作为X光发生源； 4)所述X射线管的灯丝接正极性的直流启动电压/直流工作高电压；所述X射线管的阴极与灯丝固结；所述X射线管的阳极接地； 5)X射线管产生波长接近紫外光波长的软X射线，软X射线通过电离被消静电物体周围的空气，在物体表面产生正负离子对称的离子晕，并中和被消除静电物体表面的静电电荷。
其所述X射线管的阳极采用管外自然散热方式进行降温冷却。
所述X射线管的阳极经过金属自然冷却体接地。
其X射线管的端窗式发射窗为铍窗。
X射线管的发射角度大于110度，小于180度。
所述X射线管发出软X射线的波长为0.8A°1.8A°。
本发明还提供了一种光离子静电消除装置，包括X射线管和X射线管的灯丝启动/工作电源，其特征是所述的灯丝启动电源为可调压直流电源；所述的灯丝工作电源为可调直流高压电源；在所述X射线管内，设置环形阳极靶面、环形阴极和螺旋状灯丝绕组，在X射线管的前端，设置端窗式发射窗；所述X射线管的阳极接地，其灯丝绕组与阴极固定/连接，其灯丝绕组与直流灯丝电源的正电压/正高压端连接。
所述X射线管的阳极靶面沿着X射线管管壳的前端环状设置，其与端窗式发射窗之间设置绝缘层。
所述的环形阴极为一外径小于环形阳极靶面内径的圆柱状体，其靠近X射线管接线端子侧的一端设置一贯穿孔，其靠近X射线管发射窗侧的一端设置一纵向开口槽，开口槽与贯穿孔相通，开口槽中设置螺旋状灯丝绕组。
所述的螺旋状灯丝绕组设置在环形阴极前端的开口槽中。
螺旋状灯丝绕组的第一端，绝缘地穿过环形阴极圆柱状体后端的贯穿开孔，与X射线管的第一接线端子连接，螺旋状灯丝绕组的第二端与阴极柱状体固定/连接为一体；环形阴极圆柱状体的后端，与X射线管的第二接线端子连接。
在所述X射线管前端的外部，设置自然风冷式金属散热体，X射线管的阳极在X射线管的端部与自然风冷式金属散热体固定/连接为一体。
所述的X射线管阳极经过自然风冷式金属散热体接地。
其X射线管的发射角度大于110度，小于180度。
所述灯丝预热启动电源的输出为0～5V、＜3A的可调直流电压；所述灯丝工作电源的输出为5KV～20KV、≤500mA的可调直流高电压。
与现有技术比较，本发明的优点是 除了具有无需风源、无需清洁保养电极，除静电性能始终如一、不产生臭氧、可穿透物体表面消除背面的静电等优点之外，X射线管采用环形焦点、大角度发射X射线，其灯丝的直流预热启动/工作电压或电流可以调节，功耗小，热量低，其输出功率比现有技术大2～3倍，应用领域更广，且可长时间连续使用，对复杂形状的产品，除电效果能够遍及任何部位，消除静电速度快，使其发出的X射线的量达到最佳消静电效果。
图1是本发明的方法示意框图； 图2是本发明装置的系统构成框图； 图3是本发明X射线管的结构示意图； 图4是螺旋状灯丝绕组和环形阴极实施例的结构示意图； 图5是螺旋状灯丝绕组和环形阴极另一实施例的结构示意图。
图中1为X射线管壳体，2为阳极，3为阴极，4为灯丝，5为发射角度，6为发射窗，7为绝缘层，8为散热器，9为第一接线端子，10为第二接线端子，11为灯丝预热起动电源；12为灯丝工作电源，13为贯穿孔，14为纵向开口槽，14-1为第一开口槽，14-2为第二开口槽，15为绝缘填充物，A为螺旋状灯丝绕组的第二端。
具体实施例方式 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1中，本发明用光离子消除静电的方法的技术方案是 1)首先给X射线管的灯丝提供一个0～5V、＜3A的可调直流电压，作为其灯丝预热的启动电压； 2)然后在给X射线管的灯丝提供一个5KV～20KV、≤500mA的可调直流高电压，作为其工作电压； 3)采用具有环形阳极、端窗发射结构、大发射角度的X射线管作为X光发生源； 4)所述X射线管的灯丝接正极性的直流启动电压/直流工作高电压；所述X射线管的阴极与灯丝固结；所述X射线管的阳极接地； 5)X射线管产生波长接近紫外光波长的软X射线，软X射线通过电离被消静电物体周围的空气，在物体表面产生正负离子对称的离子晕，并中和被消除静电物体表面的静电电荷。
现有的X射线管均为小焦点、小角度发射(角度小于15°)，主要用于摄影及检查。摄影、检测因为需要得到影像资料的清晰度，所以用小焦点、小角度的X射线管，且其阳极电压高(通常在40～150KV范围内)。
根据光离子消除静电的应用要求，需要X光照的覆盖面积越大越好，因此需用大焦点、大角度发射(角度大于90°)的X射线管，且其需要的灯丝电压较低，这也是采用光离子消除静电的关键点之一。
本发明中，X射线管的灯丝接正极性的直流启动电压/直流工作高电压，X射线管的阴极与灯丝连接，X射线管的阳极接地，灯丝预热启动电源的输出为0～5V、＜3A的可调直流电压，灯丝工作电源的输出为5KV～20KV、≤500mA的可调直流高电压。
由物理学知识可知，X射线的波长范围为0.006～50A°，X射线波长越长，穿透物体的能力越小；波长越短，穿透能力越大。
医用诊断学上的X射线波长通常为0.08～0.31A°，相当于X射线管电压40～150KV时所产生的X射线。
而本发明的技术方案中，用于消除静电的X射线管工作电压为5KV～20KV，X射线的波长约为0.8A°～1.8A°，其波长范围比较接近紫外线，所以又称为软X射线。
X射线管灯丝电压的可调整，可使软X射线的产生/发射量达到最佳消静电效果。
图2中，本发明的光离子静电消除装置，包括X射线管和X射线管的灯丝启动/工作电源，其灯丝预热启动电源11为可调压直流电源，其灯丝工作电源12为可调直流高压电源；在X射线管1内，设置环形阳极靶面2、环形阴极3和螺旋状灯丝绕组4，在X射线管的前端，设置端窗式发射窗6，其中，X射线管的阳极接地，其灯丝绕组与阴极固定/连接，其灯丝绕组与直流灯丝电源的正电压/正高压端连接。
由图可见，X射线管的阳极靶面沿着X射线管管壳的前端环状设置，其与端窗式发射窗之间设置绝缘层7。
环形阴极为一外径小于环形阳极靶面内径的圆柱状体，其靠近X射线管接线端子侧的一端设置一贯穿孔13，其靠近X射线管发射窗侧的一端设置一纵向开口槽14，开口槽与贯穿孔相通，开口槽中设置螺旋状灯丝绕组。
螺旋状灯丝绕组纵向或横向地设置在环形阴极前端的开口槽中。
螺旋状灯丝绕组的第一端，绝缘地穿过环形阴极圆柱状体后端的贯穿开孔，与X射线管的第一接线端子9连接，螺旋状灯丝绕组的第二端A与阴极柱状体固定/连接为一体；环形阴极圆柱状体的后端，与X射线管的第二接线端子10连接。
在X射线管前端的外部，设置自然风冷式金属散热体8，X射线管的阳极在X射线管的端部与自然风冷式金属散热体固定/连接为一体，且经过自然风冷式金属散热体接地。
其X射线管的发射角度5大于110度，小于180度；根据实际试验的结果，X射线管的发射角度取130±5度为佳。
调整环形阳极靶面、螺旋状灯丝绕组和环形阴极三者之间的相对位置，即可实现X射线管发射角度的调节和变化。
所述灯丝预热启动电源的输出为0～5V、＜3A的可调直流电压；所述灯丝工作电源的输出为5KV～20KV、≤500mA的可调直流高电压。
由于消除静电所需的X射管，其发射X射线角度要尽可能地大，因此采用环形靶面及环形阴极和灯丝绕组来实现上述目的。
设置环形阳极靶面的目的是增加阳极焦点的面积，以增大X射线管的发射角度和成像面积，实际上就是增加了光离子消除静电的有效作用面积和/或有效作用空间。
由于上述各功能单元、电路和如何实现电压的调节均为现有技术，其具体工作原理和电路连接关系在此不再叙述。
由于X射线管内如何设置环形阳极靶面、环形阴极和灯丝绕组属于X射线管的制造技术，故在此不予讨论。
为了有助于对本发明相关技术方案/概念的理解，可以参考授权公告号为CN2030760U、CN 1222010C和CN 1316545C等的中国专利中的相关内容。
应该声明的是，上述参考文件的列举，仅仅是为了有助于对本申请技术方案/概念的理解，而不应看作是对本申请的某种限定或限制。
由于采用上述结构，再加上采用端窗式的结构，X射线发射角度更大(至少可达约110度，最佳为130度左右)，光离子覆盖面积远大于侧窗式发射结构的X射线管；其整体体积也可比侧窗X射线管小约3～5倍，便于小型化；功耗小，热量低，可长时间连续使用。
采用铍窗作为端窗，可减少对X射线的吸收，X射线损耗小。
通过上述介绍可知，尽可能地增大X射线管的发射角度，增大其消除静电的有效作用面积或有效作用空间，是提高光离子静电消除效果、减少其功耗的重要手段之一。
由于消除静电所需的X射管，其发射X射线角度要尽可能地大，因此采用环形靶面及环形阴极和灯丝绕组来实现上述目的。
采用上述结构后，在X射线管的X射线出口部位，其发射角度可以达到约130度。
图3实际上是图2中X射线管的B-B截面的结构示意图。
由图可见，B-B′截面可见到环形阳极2、环形阴极3、螺旋状灯丝绕组4和自然风冷式金属散热体8，X射线管的阳极靶面沿着X射线管管壳的前端环状设置，环形阴极3为一外径小于环形阳极靶面内径的圆柱状体，其靠近X射线管接线端子侧的一端设置一贯穿孔13，其靠近X射线管发射窗侧的一端设置一纵向开口槽14，开口槽与贯穿孔相通，开口槽中设置螺旋状灯丝绕组。
螺旋状灯丝绕组可以纵向或横向地设置在环形阴极前端的开口槽中(图中所示为横向设置)。
螺旋状灯丝绕组的第一端，绝缘地穿过环形阴极圆柱状体后端的贯穿开孔13，与X射线管的第一接线端子连接(图中未示出)，螺旋状灯丝绕组的第二端A与阴极柱状体固定/连接为一体。
X射线管的阳极与自然风冷式金属散热体固定/连接为一体。
由于阴极为一带有开口槽的圆柱体，其端部截面的外周为一圆形或圆弧形，构成一个近似环形的外环面，从电子束流的生成原理和/或过程来看，其起到一个环形阴极的作用，故称之为环形阴极。
通过调整环形阳极靶面、螺旋状灯丝绕组和环形阴极三者之间的相对位置/距离/间距，即可实现X射线管发射角度的调节和变化。
图4中，阴极3为一带有开口槽14的圆柱体，其靠近X射线管接线端子侧的一端设置一贯穿孔13，其靠近X射线管发射窗侧的一端设置一纵向开口槽14，开口槽与贯穿孔相通，开口槽中设置螺旋状灯丝绕4。
螺旋状灯丝绕组纵向地设置在环形阴极前端的开口槽中。
在贯穿孔与通过其中的螺旋状灯丝绕组第一接线端(与X射线管的第一接线端子9相接)之间，填充有绝缘填充物15。
其余同图2或图3。
图5中，位于阴极圆柱体3前端的开口槽，被设置成一个较宽的第二开口槽14-2和一个与之相接的具有较窄宽度的第一开口槽14-1，第一开口槽的后端，与贯穿孔13相同/相接。
第一和第二开口槽相结合，实际上构成了一个具有阶梯状台阶的复合状开口槽。
螺旋状灯丝绕组4被横向地设置在环形阴极前端的第二开口槽中。
之所以将开口槽设置成具有阶梯状台阶的复合状开口槽，是出于可容纳更大尺寸的灯丝绕组和构成一个相对比较薄/尖锐的阴极前端等方面的考虑，其目的是为了改善X射线管的输出特性和加工工艺的需要。
采用上述技术方案后，X射线管输出的焦点已经不是一个单一的焦点了，而是围绕环形阳极形成一环状的“焦点”区域，故称之为环状焦点或环形焦点。
由于出现了环状焦点，使得该X射线管所输出之光离子消除静电的有效作用面积和/或有效作用空间大大增加，在同样输入功率的情况下，能产生远优于现有产品的静电去除效果，或者，在取得同样静电去除效果的前提下，所需的电源能耗大大降低。
由于本发明采用了环形焦点、大发射角度的X射线管作为X光发生源，且提供一个相对较低、可以调节的灯丝起动电压和可调直流灯丝工作电压，使得在同样输入功率的情况下，所产生的X射线输出功率更大，应用领域更广，整个装置的功耗小，热量低，可长时间连续使用，其发出的X射线的量容易根据实际需要达到一个最佳的消静电效果。
需要说明的是，以上的实施例仅仅是用来解释和说明本发明的，而不是对本发明权利要求之发明范围的限定。
特别地，申请人认为，对该技术领域的普通技术人员来说，根据以上技术方案和实施例，可以很容易地联想到其他的等同替换和/或变形。因此，本发明并不局限于上述具体实施例，其仅仅作为例子对本发明的技术方案进行详细的和/或示范性的说明。
在不背离本发明宗旨的范围内，本领域的普通技术人员，可以根据上述技术方案和/或具体实施例，通过各种等同替换，得到具有相同或相近似技术功能的技术方案，但是这些技术方案均应该包含在本发明的权利要求的范围及其等同的范围之内。
本发明可广泛用于各种工业生产过程中的防静电或静电消除领域。
权利要求
1.一种用光离子消除静电的方法，包括给X射线管的电极提供一个高电压，促使X射管内灯丝周围的压电子云高速撞击阳极靶面，从而产生X射线，其特征是
1)首先给X射线管的灯丝提供一个0～5V、＜3A的可调直流电压，作为其灯丝预热的启动电压；
2)然后再给X射线管的灯丝提供一个5KV～20KV、≤500mA的可调直流高电压，作为其工作电压；
3)采用具有环形阳极、端窗发射结构、大发射角度的X射线管作为X光发生源；
4)所述X射线管的灯丝接正极性的直流启动电压/直流工作高电压；所述X射线管的阴极与灯丝固结；所述X射线管的阳极接地；
5)X射线管产生波长接近紫外光波长的软X射线，软X射线通过电离被消静电物体周围的空气，在物体表面产生正负离子对称的离子晕，并中和被消除静电物体表面的静电电荷。
2.按照权利要求1所述的用光离子消除静电的方法，其特征是所述X射线管的阳极采用管外自然散热方式进行降温冷却；所述X射线管的阳极经过金属自然冷却体接地。
3.按照权利要求1所述的用光离子消除静电的方法，其特征是所述X射线管的端窗式发射窗为铍窗。
4.按照权利要求1所述的用光离子消除静电的方法，其特征是所述X射线管的发射角度大于110度，小于180度。
5.按照权利要求1所述的用光离子消除静电的方法，其特征是所述X射线管发出软X射线的波长为0.8A°～1.8A°。
6.一种光离子静电消除装置，包括X射线管和X射线管的灯丝启动/工作电源，其特征是
所述的灯丝启动电源为可调压直流电源；
所述的灯丝工作电源为可调直流高压电源；
在所述X射线管内，设置环形阳极靶面、环形阴极和螺旋状灯丝绕组；
在X射线管的前端，设置端窗式发射窗；
所述X射线管的阳极接地，其灯丝绕组与阴极固定/连接，其灯丝绕组与直流灯丝电源的正电压/正高压端连接。
7.按照权利要求6所述的光离子静电消除装置，其特征是所述X射线管的阳极靶面沿着X射线管管壳的前端环状设置，其与端窗式发射窗之间设置绝缘层；
所述的环形阴极为一外径小于环形阳极靶面内径的圆柱状体，其靠近X射线管接线端子侧的一端设置一贯穿孔，其靠近X射线管发射窗侧的一端设置一纵向开口槽，开口槽与贯穿孔相通，开口槽中设置螺旋状灯丝绕组；
所述的螺旋状灯丝绕组纵向或横向地设置在环形阴极前端的开口槽中；
螺旋状灯丝绕组的第一端，绝缘地穿过环形阴极圆柱状体后端的贯穿开孔，与X射线管的第一接线端子连接，螺旋状灯丝绕组的第二端与阴极柱状体固定/连接为一体；
环形阴极圆柱状体的后端，与X射线管的第二接线端子连接。
8.按照权利要求6所述的光离子静电消除装置，其特征是在所述X射线管前端的外部，设置自然风冷式金属散热体，X射线管的阳极在X射线管的端部与自然风冷式金属散热体固定/连接为一体，所述X射线管的阳极经过自然风冷式金属散热体接地。
9.按照权利要求6所述的光离子静电消除装置，其特征是所述X射线管的发射角度大于110度，小于180度。
10.按照权利要求6所述的光离子静电消除装置，其特征是所述灯丝预热启动电源的输出为0～5V、＜3A的可调直流电压；所述灯丝工作电源的输出为5KV～20KV、≤500mA的可调直流高电压。
全文摘要
一种用光离子消除静电的方法，属静电领域。其X射线管灯丝采用可调节直流预热启动/工作电压或电流，用具有环形阳极、端窗发射结构、大发射角度的X射线管作为X光发生源，X射线管的灯丝接正极性直流启动电压/直流工作高电压，其阴极与灯丝固结，X射线管的阳极接地；X射线管产生软X射线，软X射线通过电离被消静电物体周围的空气，在物体表面产生正负离子对称的离子晕，中和被消除静电物体表面的静电电荷。本发明还提供了一种用光离子消除静电的装置，其X射线输出功率更大，功耗小，散热效果好，可长时间连续使用，消除静电速度快，应用领域更广，可根据不同的被消除静电物体/对象进行调节，使其发出的X射线的量达到最佳消静电效果。
文档编号H05F3/06GK101404852SQ200810202778
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者孙卫星, 李晨辉 申请人:上海安平静电科技有限公司