本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的、用于检测x射线设备中的高电压闪络的方法。本发明还涉及具有权利要求10的前序部分的特征的x射线设备。
背景技术：
x射线辐射在x射线管中生成。施加的高电压将电子加速至几乎光速。加速后，这些电子优选地被减速至其速度的30％至70％。在该过程中生成了x射线辐射。x射线管具有阳极以及作为电子源的阴极。附加地，x射线管具有真空，阴极和阳极被布置在真空中。真空用于高电压绝缘。x射线管被布置在x射线发射器内部并且常常被绝缘介质、例如绝缘油或固体绝缘体包围。x射线发射器也被发射器壳体包围。在“bildgebendesystemefürdiemedizinischediagnostik”[用于医学诊断的成像系统]，撰写人:heinzmorneburg,第三版,1995,publicismcdverlag,p.230ff中可以找到x射线管和x射线发射器的更详细结构。
为了生成x射线辐射，一方面需要在优选几毫安至约6a之间的范围内的电流，另一方面还需要几百千伏的电压。辐射质量(也称为耐辐射性)由所施加的电压水平决定，并且辐射强度由选定的电流水平确定。
为了生成高电压，提供了高压发生器，该高压发生器通常具有高频发生器。特别是在单极设计的情况下高压发生器和x射线发射器通常通过至少一条电缆电连接，或者特别是在双极设计的情况下高压发生器和x射线发射器还通过多根电缆(例如两条电缆)电连接。至少一条电缆通常是同轴电缆。利用单极设计，x射线管电流的高电压或正向传导和回路传导通过一条同轴电缆来传送。x射线设备的双极设计具有用作x射线管电流的正向导体和回路导体的各一条电缆。因此，每条电缆的电流负载减半，但与单极设计相比，这种设计通常还伴随着增加空间的要求。
de4243360c2描述了用于高压发生器和x射线发射器的电连接的同轴电缆。利用已知的同轴电缆，x射线管电流经由同轴电缆的内导体供应。x射线管电流经由同轴电缆的外导体、第二同轴电缆的内导体或经由壳体连接而被返回到高压发生器。这里的壳体连接例如指的是高压发生器的壳体与x射线发射器的壳体的共享接地连接。
在操作期间，所施加的高电压通常会导致x射线设备内部的无意的高电压闪络。高电压闪络可能在不同的地点发生并且具有不同的影响。
x射线管的真空内部的高电压闪络大部分是自修复的，而绝缘介质中的高电压闪络可能导致其中不可逆的变化并因此导致损失期望的绝缘效应。发射器壳体中的高电压闪络还会最终导致对x射线发射器的破坏。
例如，可以在x射线发射器中使用所谓的虚拟插头或虚拟插座，以用于检测由于高电压闪络而引起的有缺陷的部件。x射线发射器与x射线设备分离并且被虚拟插座所替代。如果在操作恢复时不再发生高电压闪络，可以假设闪络是由有缺陷的x射线发射器引起的。虚拟插座或虚拟插头的使用费用高昂，并且会导致x射线设备停机。
高压发生器通常具有集成电子设备，该集成电子设备被设计用于检测高电压闪络。它通常用于例如通过短路接触器来保护高压发生器和x射线发射器。备选地或附加地，在高压发生器上检测输出电压。通常借助分压器进行检测，该分压器通常具有几kv至几v(例如100kv至5v)的分压比率。由于该电子设备被定位在高压发生器上并且由于分压器而导致不足够快速的度量-例如以因子100的级别-这样的电子设备本身不足以用于检测x射线发射器中的高电压闪络。
技术实现要素：
从以上描述出发，本发明的目的是公开一种方法，借助该方法来检测高电压闪络。
根据本发明，上述目的通过一种具有权利要求1的特征的、用于检测x射线设备中的高电压闪络的方法来实现。有利的实施例、改进和变型是从属权利要求的主题。
x射线设备具有x射线发射器和高压电源。x射线发射器具有x射线管，并且高压电源具有高压发生器以及电缆。电缆优选为同轴电缆并且形成高压发生器和x射线管之间的连接通道的至少一部分。连接通道指的是指高压发生器的输出与x射线管的输入之间的电连接线。高压发生器在此特别被认为指的是高频发生器，例如根据“bildgebendesystemeforthemedizinischediagnostik”[用于医学诊断的成像系统]，撰写人:heinzmorneburg,第三版,1995,publicismcdverlag,p.230ff的高频发生器，该高频发生器具有集成的电子设备，以用于检测高压发生器的输出处或内部的高电压闪络。
x射线发射器内部的高电压闪络频繁导致干扰脉冲。干扰脉冲例如是由于寄生特性而流动的闪络电流，闪络电流特别是以共模电流的形式出现。干扰脉冲通常流过多个电流路径，例如x射线发射器的外壳、绝缘介质或连接通道中的电流路径。同时施加在不同输入处(这里是不同的电流路径)并且具有相同相位的电流被指定为共模电流。例如，流过连接通道的干扰脉冲具有与高电压闪络的电弧处的总电流相同的相位。因此，干扰脉冲与高电压闪络相关。
高电压闪络的检测基于检测和评估的干扰脉冲。由于高电压闪络的原因，干扰脉冲尤其发生在连接通道中。在连接通道中发生的这种干扰脉冲在x射线设备的正常操作期间被检测，然后被评估。优选地，使用所评估的干扰脉冲来评估x射线发射器的状况。
一个实施例规定，至少一条电缆具有：正向导体，用于将x射线管电流从高压发生器引导到x射线管，以及回路导体，用于将x射线管电流从x射线管返回到高压发生器。
一个实施例规定，至少一条电缆是同轴电缆，正向导体是同轴电缆的内导体，并且回路导体是同轴电缆的外导体。
一个实施例规定，基于在回路导体中传送的电流与在正向导体中传送的电流之间的差异来检测干扰脉冲。
由于例如高电压闪络的原因，可能导致在回路导体中传送的电流与在正向导体中传送的电流之间的差异。如果在回路导体中传送的电流不同于在正向导体中传送的电流，这可能导致至少一条电缆中的差分电流。所产生的差分电流可能在如下线圈中(特别是在rogowski线圈中)感应出电压，至少一条电缆通过该线圈而被引导。特别地，可以基于电压来检测干扰脉冲，通过在线圈中产生的差分电流来感应该电压。
这种评估的优点在于检测到与高电压闪络直接相关的物理变量。
已经证明，在连接通道处局部检测干扰脉冲是有利的。局部在这里指的是沿着连接通道的一个测量位置。
干扰脉冲优选地沿着电缆被检测。沿着电缆的检测是基于以下考虑：大部分高电压闪络经由高压发生器与x射线发射器之间的电缆流出。此外，在沿着电缆的局部测量位置处的检测是有利的，因为确保了对电缆的轻松接入和由此可得的简单且便宜的测量工作。由于检测到已经按照功能上的要求安装的x射线设备上的干扰脉冲，该实施例特别有利于在x射线设备的正常操作期间检测干扰脉冲。备选地，在x射线发射器的内部检测干扰脉冲。
在补充的变型中，被设计用于检测高电压闪络的测量设备具有用于检测干扰脉冲的测量元件。这优选地是用于检测电流或用于检测可导出电流的物理变量的测量元件。
由高电压闪络导致的电流路径在电缆中通常不能在例如大约一米的覆盖区段之后被可靠地检测到。究其原因在于电缆的阻尼。由于该阻尼，x射线发射器的附近被限定为在发射器方向上观察到的电缆的后半部分、特别是电缆的最后四分之一。例如，上述附近被限定为在x射线发射器邻接电缆之前的电缆的最后30cm，特别是电缆的最后10cm。干扰脉冲优选在附近被检测。这带来的优点是干扰脉冲在几乎没有阻尼的情况下被检测到。
通过绝缘介质的高电压闪络通常在具有例如几微秒的值的时间间隔中运行。然而，真空中的高电压闪络通常具有瞬态，这些瞬态例如对应于每纳秒1kv至30kv范围内的值。高电压闪络的持续时间、例如在绝缘介质中出现闪络的持续时间有时能够具有几微秒、例如5μs至10μs范围内的时间值。由此，干扰脉冲的检测需要“快速”度量，并且这检测出具有如下信号持续时间的信号，这样的信号持续时间具有优选2ns至10μs范围内的值，并且特别地具有10ns至100ns范围内的值。
由于检测到的干扰脉冲的评估，可便利地推断出闪络的不同类别。闪络的类别在这里指的是闪络的类型或闪络击中的位置。例如，高电压闪络被区分为
-x射线管的真空中的闪络，
-x射线发射器的固体中的闪络，以及
-通过绝缘介质内部的部分缺陷的绝缘区段的局部放电。
x射线管的真空中的闪络很大程度上是自修复的，换言之，它们不构成对x射线管或x射线发射器的特定风险。它们由有缺陷的真空引起并且无法避免，因为在制造期间有空气残留在x射线管中。
在x射线发射器的固体(例如x射线发射器的铸造化合物或绝缘介质)中以及在高压发生器的电缆或绝缘介质中的闪络通常会最终导致发射器中的缺陷。一方面，高电压闪络会改变绝缘油的化学成分，并且因此会降低绝缘效果、甚至使绝缘油完全无法使用。另一方面，高电压闪络的高的热负载(尽管很短)会导致受影响组件的壳体或受影响部件的损坏或破坏，并且因此有时导致这些组件或部件本身的损坏或破坏。
局部放电呈现特殊特点。局部放电是由于材料的介电强度稍有差异而产生的。例如，如果在x射线发射器的壳体上发生小的低能量局部放电，那么在这些局部放电位置处的介电强度具有比壳体的其他位置处的介电强度低的值。备选地，局部放电应该被解释为在实际的高电压闪络之前的所谓的预放电。这里，所施加的电压不足以发生闪络，或者介电强度刚好足够高到能防止高电压闪络。局部放电的两种特性都可用于及早识别高电压闪络，从而及早识别x射线发射器所造成的损害。
闪络电压以及与之相关联的闪络电流的各自不同的特征被用于实现区分与本方法相关的闪络的类型。通过将检测到的干扰脉冲的特性与例如存储在数据库中的参考特性进行比较，可推断出闪络的特定类型。
对发生的高电压闪络的分类以及与此相关的发射器状况的评估的优点在于备用部件的及时供应(如果需要的话)。特别地，局部放电的检测确保了能及早检测对x射线发射器造成的损伤，从而一方面可以限定对有缺陷的部件的位置的确定，另一方面可以推断缺陷的程度。利用这些信息，可以及时判断后续的措施，例如是否可以更换或修理有缺陷的部件。因此，降低了系统停机时间和由此产生的成本。
在优选的变型中，通过远程诊断来评估干扰脉冲。这种变型的优点是缺陷测量变量的评估与位置无关。具体而言，例如通过远程访问，由设备制造商进行诊断。
前述目的还通过具有权利要求10的特征的x射线设备来创造性地实现。
x射线设备具有x射线发射器和高压电源。x射线发射器还具有x射线管，并且高压电源具有高压发生器以及电缆。电缆是高压发生器和x射线管之间的连接通道的至少一部分。连接通道指的是高压发生器的输出与x射线管的输入之间的电连接线。因此，连接通道包围高压发生器的输出与电缆的起始端之间的第一子线以及x射线发射器的输入与x射线管的输入之间的第二子线。
关于方法和优选实施例所述的优点在逻辑上可转移到测量组件，反之亦然。此外，在从属权利要求中提供了x射线设备的优选变型。
x射线设备还具有测量设备，该测量设备被设计用于在操作期间检测高电压闪络。为此，测量设备具有测量元件。在一个有利实施例中，测量设备沿着电缆检测干扰脉冲。为此，测量元件被定位在沿电缆的本地测量位置处。
该实施例的一个优点在于对干扰脉冲的直接检测。这样定位测量元件还一方面确保了最小的安装工作量并且另一方面确保了较低的组装成本。
该实施例的另一个优点是，测量设备可针对已经安装和正在操作的x射线设备进行改装。
根据一个有利的改进方案，测量元件被布置在x射线发射器附近。
备选地，测量元件沿着第二区段定位，以用于例如通过将测量元件组装在x射线发射器内部来检测所测量的变量。
测量元件优选具有线圈。由于简单的结构和高载流能力，线圈特别地适用于检测在电缆或导体中的流动的电流。
在一个备选实施例中，测量元件具有“分流器”或变压器。
测量元件的这个优选实施例的优点是简单和廉价的制造，并且特别是对急剧上升的电流的检测。
在补充的变型中，线圈被设计成rogowski线圈，或者测量变量根据rogowski原理进行检测。
rogowski线圈是环形空气线圈，该rogowski线圈优选地被实施为开放的圆形线圈并且均匀地缠绕优选不导电且非铁磁的材料。rogowski原理使用交流电压以便推断流过导体的电流，该交流电压由在上述导体中流动的交流电流在同心布置的圆形线圈中感应得到。流过导体的交流电流生成磁场，该磁场在线圈中感应交流电压。通过等式(1)可以通过对在期望的时间间隔(在该时间间隔中交流电流流过)中对电压进行积分来推断与导体电流成比例的变量：
m＝m·i＇(t)(1)
其中u＝感应电压，m＝线圈的互感，以及i＇(t)＝时间间隔。积分例如由积分器形成。以此为起点，测量设备还具有其他元件，包括积分器。
与其他电流测量方法相比，线圈、特别是rogowski线圈的使用的优点一方面在于更鲁棒的结构，另一方面在于简单且便宜的组装。
根据有利的变型，rogowski线圈优选具有差分结构。这里两个相同但相对的线圈相互嵌套。由于安培右手螺旋定则，线圈内部的电磁场被抵消，并且因此提高了线圈相对于外部干扰场的抗干扰能力。由于差分结构的原因，线圈仅检测电流的变化。
这种变型的优点在于，线圈被优化以作为测量元件，并且比差分动结构更具抗干扰性，导致测量变量的精确检测。
附图说明
下文将参考附图来更详细地说明本发明的示例性实施例。在有时高度简化的图示中：
图1示出了x射线设备的一般结构，
图2示出了测量设备的简化框图，以及
图3示出随时间变化的高电压闪络的轮廓特征。
在附图中用相同的附图标记表示具有相同效果的部件。
具体实施方式
图1示出了x射线设备2的总体构造。x射线设备2具有高压电源4和x射线发射器6。高压电源4通常具有高压发生器7，该高压发生器4优选设计为高频发生器。高压发生器具有逆变器7a，优选为谐振电路逆变器，以用于生成高频交流电压，这样的高频交流电压具有在优选为几khz范围内的值。高电压变压器7b与逆变器7a相连，并且将对其供应的高频交流电压进行整流。布置在高压发生器的电压输出处的伏特计7c测量经整流的交流电压(在下文中也称为输出电压)，并且因此用作浪涌保护器。
x射线发射器6一方面具有被绝缘介质8(优选为绝缘油)围绕的x射线管10，并且另一方面还具有发射器壳体12。在x射线管的单极设计中，经常借助铸造化合物来实施绝缘。在此，x射线管10的正向导体从x射线发射器6的输入被引入铸造混合物中，直到被引入到x射线管10的输入。在这种设计中可以省去绝缘油。例如，这种类型的x射线发射器6将水用作绝缘介质8，通过这样的绝缘介质8来包围x射线管10。
高压发生器8和x射线管10通过连接通道vs电连接在一起。
连接通道vs被划分成第一子线t1、电缆14和第二子线t2。尽管第一子线t1将高压发生器8的输出电连接到电缆14的起始端，第二子线t2将电缆14的末端连接到x射线管10的输入。电缆14通过插头连接16a、16b将高压电源4和x射线发射器6电连接在一起，并且因此用于x射线发射器6的电流和电压供应。电缆14优选是同轴电缆，其中x射线管电流ir经由内导体流到x射线管10并且经由接地的外导体返回到高压发生器7。此外，电缆14优选是连接通道vs的、唯一被布置成可从外部接入的部分。
此外，x射线设备2具有测量设备18。测量设备18具有用于检测高电压闪络的测量元件20。
在x射线设备2的操作期间，频繁发生高电压闪络并且引起闪络电流，或者也称为干扰脉冲i，这样的闪络电流优选地分布在多条电流路径上。这种类型的电流路径例如是发射器壳体12、绝缘油8或连接通道vs。
为了检测干扰脉冲i，测量元件20沿连接通道vs布置在测量位置21处。测量元件20优选地被定位在沿着电缆14的附近n。附近n限定成电缆的最后三分之一到最后四分之一，优选地是电缆的最后30cm，并且特别是在插头16b之前的电缆的最后10cm，该连接16b将电缆14连接到x射线发射器6。这样的定位基于以下考虑：由于电缆14的限定阻尼，更远的检测位置是有缺陷的，因为干扰脉冲i要么被严重阻尼或不再能检测到。备选地，测量元件20沿着第二子线t2定位，例如通过在其制造期间将测量元件20结合在x射线发射器6中。一个特别的优点是在x射线设备2的操作期间检测干扰脉冲i。
测量设备18和测量元件20具有连接，从而可在它们之间交换信号或数据。连接优选通过数据线、特别是远程连接来实现。通过远程连接，可独立于位置来对由测量元件20检测到的干扰脉冲i进行评估。这样的评估例如以设备制造商的远程诊断的形式进行。
由于待检测的干扰脉冲i是与高电压闪络相关、尤其是与闪络电流相关的变量，所以测量元件20优选具有线圈22。由于电磁感应，线圈特别适用于检测电流，特别是陡峭的电流瞬变。图2示出了测量设备18和这种类型的测量元件20的框图的非常简要的示意图。
测量设备还具有差分放大器24和积分器26。线圈22被特别设计为rogowski线圈。rogowski线圈是完全缠绕环形、非导电和非铁磁固体的线圈，也称为空气线圈。根据一个有利的实施例，rogowski线圈具有开路电弧，该开路电弧通过第二线圈连接到另一端的磁性中性返回来实现。这意味着rogowski线圈的两个连接被布置在线圈的一侧上。线圈22因此具有圆钩的几何形状。
该实施例的优点在于，以最小的工作量将电缆14引导通过圆形开口、到线圈22的内部，并且因此在电缆14中发生的干扰脉冲i可被检测。此外，确保在已经安装的x射线设备2中将测量设备20进行改装的工作量最小且便宜。
线圈22优选具有差分构造。与简单的构造相比，差分构造导致线圈22的电干扰抗性增加。利用线圈的差分构造，第一线圈部分23a和相对的第二线圈部分23b优选彼此嵌套，因此线圈内部的电磁场彼此抵消。究其原因在于由两个线圈各自生成的电磁场的相对场分布。因此，线圈22的内部实际上是无场的，并且线圈仅检测该场中的变化，这些变化是例如由在待测量的线内发生的电流脉冲i产生的。
两个线圈23a、23b例如被布置在印刷电路板上。线圈23a、23b分别各自具有正向导体25a、25b和回路导体25c、25d。正向导体25a、25b和回路导体25c、25d均互相缠绕地布置。换言之，两个正向导体25a、25b互相缠绕，并且两个回路导体25c、25d被布置成互相缠绕并且被设计成共同屏蔽。这样的设计一方面能支持正向导体25a、25b和回路导体25c、25d在同一个印刷电路板上的布置，并且另一方面将正向导体25a、25b和回路导体25c、25d与如下的电容性负载屏蔽，这些电容性负载例如由于x射线设备的阳极马达或阳极加热器而在其周围环境中产生。
突然发生在电缆14中的干扰脉冲i导致电磁场的增加，线圈22在脉冲持续时间内暴露于该电磁场。电磁场在两个线圈区段23a、23b中感应电压。差分放大器24减去线圈区段23a、23b的两个输出信号。由此，两个输出信号的差异产生感应电压u。干扰脉冲i越大，场变化越大，因此输出信号的差异越大，从而感应电压越高。由于电压是通过线圈22来检测，但要检测的干扰脉冲i是电流，积分器26优选地与差分放大器24相邻。
通过对在干扰脉冲i的脉冲持续时间内的感应电压的积分来计算与干扰脉冲i成比例的变量(关于这一点参见等式(1))，并因此计算出闪络电流。在由积分器26积分之后干扰脉冲i被输出到测量设备18以用于进一步评估。
图3示出了高电压闪络之前、高电压闪络期间和高电压闪络之后的闪络电压随着时间的轮廓特性。电压特性被分成预放电28和实际的高电压闪络30。这与干扰脉冲i相关。与高电压闪络30相比，预放电28具有低电压幅度。预放电28基本上由介电强度的差异产生。介质中的一些位置处的介电强度比其他位置处的介电强度低，因此所施加的电压已经足够高以生成小的放电。
高电压闪络放电的时间传统上被称为脉冲持续时间τ。x射线设备2的x射线发射器6内部的高电压闪络典型地具有脉冲持续时间τ，该脉冲持续时间τ具有在2ns至10μs范围内的值，特别地，该脉冲持续时间τ具有在10ns与100ns之间的范围内的值。在该脉冲持续时间τ内，电压急剧增加，并且在达到最大值32后，在电压水平再次稳定在放电之前的电压值处之前，电压下降到最小值34。由于纳秒范围内的短脉冲持续时间，测量设备18优选具有快速度量。
干扰脉冲的检测i还支持对x射线发射器6的状况的预防性评定。例如，由于预放电28，早在高电压闪络30之前就可推断有缺陷的组件，并且这个组件在适当的时候被替换。这可防止由于高电压闪络30造成的广泛损害以及与之相关的长时间的系统停机。还可将高电压闪络30与高电压闪络30的现有的参考特性进行比较。然后，基于比较来实现将已经发生的高电压闪络30分类成：
-x射线管的真空中的闪络，
-x射线发射器的固体中的闪络，或
-闪络之前的局部放电。
这些不同的闪络分类导致x射线设备2内部的不同检测。基于高电压闪络30的分类对缺陷组件进行详细的损坏分析，并且这引起一个优化的更换部件的供应过程。