X射线管诊断系统
阅读说明：本技术 X射线管诊断系统 (X-ray tube diagnostic system ) 是由 M·里奇默德 G·F·维沙普 D·琼斯 于 2019-06-28 设计创作，主要内容包括：一些实施方案包括一种系统,其包括：外壳,所述外壳被配置来封闭真空；阴极,所述阴极设置在所述外壳内；阳极,所述阳极设置在所述外壳内,所述阳极被配置来从所述阴极接收电子的射束；电机,所述电机设置在所述外壳内并且被配置来响应于驱动输入而旋转所述阳极；以及电路,所述电路电连接到所述驱动输入并且被配置来基于所述驱动输入的电压和所述驱动输入的电流来生成相位信号,所述相位信号指示所述驱动输入的所述电压与所述驱动输入的所述电流之间的相位差。(Some embodiments include a system, comprising: a housing configured to enclose a vacuum; a cathode disposed within the housing; an anode disposed within the housing, the anode configured to receive a beam of electrons from the cathode; a motor disposed within the housing and configured to rotate the anode in response to a drive input; and a circuit electrically connected to the drive input and configured to generate a phase signal based on a voltage of the drive input and a current of the drive input, the phase signal indicating a phase difference between the voltage of the drive input and the current of the drive input.)
具体实施方式
x射线管的故障可导致在等待更换x射线管的同时出现中断过程和/或不期望的停机时间。例如，系统集成商可类似于对待灯泡一样对待x射线管，即，当x射线管发生故障时，将其更换。从故障到更换的时间可导致出现不期望的中断和/或停机时间，特别地当x射线管发生意外故障时。然而，如本文所述通过监测x射线管来预测x射线管的故障，可减少或消除中断和/或不期望的停机时间。如将在下文进一步详细描述，在一些实施方案中，x射线管内的电机的各种参数可被直接或间接地监测并且可用于预测x射线管的故障。此警示可允许诸如在包括x射线管的系统不使用期间对x射线管安排更换。因此，可增加x射线系统的正常运行时间。
图1A至图1B是根据一些实施方案的系统的框图。参考图1A，在一些实施方案中，系统100a包括被配置来封闭真空的外壳101。此外壳101可以是x射线管103的壳体。设置在外壳101内的是阴极102、可旋转阳极106和电机110。
阴极102被配置来生成电子射束104。可存在其他结构、电路等来生成、形成和/或引导射束104。例如，可将聚焦和定位射束的磁性物相对于阴极102设置在外壳101中以产生期望的电子射束104。为了简单起见，未示出此类部件。
射束104朝向阳极106引导。阳极106是被配置来由电机110旋转的可旋转阳极106。可旋转阳极106被配置来接收射束104并且作为响应生成x射线108。
电机110设置在外壳101内。电机110被配置来从电机驱动器118接收驱动输入116。驱动输入116是用于驱动电机110的功率输入。在一些实施方案中，电机110是感应电机；然而，在其他实施方案中，可使用其他类型的电机。
系统100a还包括诊断电路114。诊断电路114是包括用于一个或多个感测信号112的输入(诸如与系统100a相关联的感测电压、电流、加速度、旋转速度等)的电路。
诊断电路114可至少部分或完全地设置在外壳101之外。诊断电路114电连接到用于电机110的驱动输入116。在此，诊断电路114被配置来从驱动输入116接收感测信号112。诊断电路114可电连接到将电机驱动器118连接到电机110的电缆，电连接到电机110的在外壳101壁处的端子，电连接到电机驱动器118等。
诊断电路114可包括通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、微控制器、可编程逻辑装置、分立电路、此类装置的组合等。诊断电路114可以是独立电路，或者可部分或整体与系统100a的其他控制系统集成。例如，诊断电路114可以是x射线管控制器、系统控制器等的一部分。诊断电路114可耦合到通信模块(未示出)，所述通信模块向用户或其他机构提供诊断电路114的输出以提供状态信息，通知用户建议更换等。通信模块可以是x射线管控制器、系统控制器等的一部分。诊断电路114还可包括存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存存储器等。诊断电路114可被配置来将配置信息、历史测量结果、诊断信息等存储在存储器中。诊断电路114还可包括计时器、比较器等。
在一些实施方案中，诊断电路114包括被配置来感测电压、电流、声音、振动等的传感器。在其他实施方案中，诊断电路114耦合到此类传感器。在其他实施方案中，此类传感器分布在诊断电路114与其他电路之间。下文将描述传感器与诊断电路114分离的各种实施方案；然而，在其他实施方案中，传感器可如上所述分布。
如将在下文进一步详细描述，诊断电路114可被配置来基于驱动输入116的电压和驱动输入116的电流来接收或生成相位信号。所述相位信号指示驱动输入116的电压与驱动输入116的电流之间的相位差。在感应电机中，相位信号可指示电机110的负载或负载的改变。
参考图1B，系统100b可类似于系统100a并且包括类似部件。电机110可包括转子110a、定子110b和轴承110c。转子110a可耦合到可旋转阳极106，使得当转子110a旋转时，可旋转阳极106旋转。转子110a通过轴承110c可旋转地耦合到定子110b。这些轴承110c是电机110的可能磨损并且最终致使系统100b发生故障的部分的实例。
在一些电机110中，定子110b和转子110a诸如在感应电机中感应地耦合。因此，在定子110b绕组中的驱动电流与驱动所述电流的驱动电压之间存在相位差。特别地，定子110b驱动电压与电流之间的相位差可由于轴承磨损而变化。定子110b电阻具有实分量和虚分量。实分量主要是定子110b绕组的电阻。虚分量是由于与转子110a的感应耦合造成的。感应电阻可与供应给定子110b的功率的频率和转子110a的旋转频率有关。
电机110可致使可旋转阳极106以各种不同速度旋转。例如，电机110可致使可旋转阳极106在介于1Hz与200Hz之间的频率下旋转。在另一个实例中，所述频率可介于50Hz与180Hz之间。此旋转可将由可旋转阳极106接收的射束104的瞬时功率扩展在较大有效面积上。由于电机110和可旋转阳极106连续地旋转来实现扩展射束104的功率的效果，因而电机110并且特别地轴承110c的故障可致使包括电机110的x射线管103发生故障。
测量和识别轴承110c操作中的改变可用来预测轴承110c的寿命终结，并且因此预测电机110和x射线管103的寿命终结。对于固定操作条件，电机110的驱动输入116的电流和电压的相对相位的改变可指示轴承110c状态的改变。所述改变可包括磨损增加从而造成更多摩擦。相对相位的大小可随磨损增加而增加，以克服增加的摩擦。
当与其他环境相比时，预测x射线管103中的轴承故障可能更加困难或不可能。在x射线管103的操作环境内，传感器可能难以或不可能实现。例如，x射线管103内的电压可以是大约数十至数百千伏(kV)或更高。x射线管103可经受高热量，诸如来自阴极102、加热器等的热量。此外，电机110的移动零件可被非导电或高电阻率油包围以用于冷却目的。x射线管103可经受高磁场。x射线管103可以是金属的并且可通过光学技术或磁技术防止内部结构的外部感测。此外，如果旋转结构用于感测电机110的属性，则x射线管103内的高电场可引入电弧问题。在电机并未经受高真空、高热、高电压、磁场等的情况下，可将能够确定转子110a的上死点的传感器或其他传感器安装在电机110上。
通过使用本文所述的系统，可将传感器放置在较不恶劣的环境中。此外，在一些实施方案中，本文所述的系统可耦合到常规x射线管，并且可获得信息并且可生成相关预测。也就是说，可能不需要x射线管103的改变、并且特别地x射线管103的内部部件和结构的改变来实现本文所述的系统的益处。
在一些实施方案中，诊断电路114被配置来感测增加电机110上的负载的任何故障。驱动电流与电压之间的相移的改变可指示某种原因已经造成电机110上的负载增加。如将在下文进一步详细描述，可将相位与针对一组特定操作条件的校准值或范围进行比较。在一些实施方案中，可针对每组操作条件提供值或范围，这可导致在正常操作期间产生不同的值或范围。在特定实例中，可针对阳极106频率和机架离心加速度的每种组合设置相位的值或范围。如果相位从特定值改变或超过特定范围，则此改变可指示故障，诸如轴承110c上的过度磨损。
图2A是根据一些实施方案的具有三相功率的系统的框图。电机可以德尔塔(Δ)或Y形(Y或星形)配置来配置。图2B是根据一些实施方案的图2A的传感器和相位检测器的实例的框图。参考图2A至图2B，在一些实施方案中，系统200可类似于图1A或图1B的系统100a或100b。然而，电机驱动器118是三相电机驱动器218。三相电机驱动器218是被配置来生成驱动输入216的电路，所述驱动输入216具有各自相移约120度的三个正弦驱动电压216-1至216-3。电机110是被配置来使用此类三相电压操作的三相电机。
电压和电流(V/I)传感器220被配置来感测驱动输入216的一个或多个电压以及一个或多个电流。图2B的具体实例包括一个电流传感器220-1和两个电压传感器220-2和220-3。
电流传感器220-1可以是可基于电流生成信号的任何种类的电路。例如，电流传感器220-1可以是霍尔效应传感器、串联电阻器和用于转换测量跨电阻器的电压降的电路等。电流传感器220-1被配置来感测流动通过三相电机驱动器218与电机110之间驱动电压216-3施加到的连接的电流。
电压传感器220-2和220-3可以是可基于电压生成信号的任何种类的电路。例如，电压传感器220-2和220-3可包括贴片电阻器、变压器等。电压传感器220-2被配置来感测驱动电压216-2的电压以生成电压信号222-2。类似地，电压传感器220-3被配置来感测驱动电压216-3的电压以生成电压信号222-3。本文所述的传感器220还可包括用于将电流、电压等适当地转换成适合于下游电路的形式的其他电路。
在一些实施方案中，V/I传感器220可以是三相电机驱动器218与电机110之间的功率电缆的一部分。然而，在其他实施方案中，一个或多个V/I传感器220可设置在其他位置中和/或分布在功率电缆与其他电路之间。
V/I相位检测器224是被配置来生成指示电压和电流的相对相位的相位信号226的电路。图2B的特定实例包括两个比较器224-1和224-2。比较器224-1和224-2各自被配置来基于两个信号的比较来生成数字输出。比较器224-1被配置来比较感测电压信号222-2和感测电压信号222-3。输出225-1是指示更大感测电压信号的数字信号。因此，输出225-1是当正弦驱动电压216-2和216-3交叉时进行切换的脉冲串。因此，输出225-1与驱动电压216-3具有特定相位关系。
比较器224-2被配置来比较感测电流信号222-1与阈值224-4。在一些实施方案中，阈值224-4接地；然而，在其他实施方案中，阈值224-4可以是不同的。作为比较的结果，输出225-2是当与驱动电压216-3相关联的电流超过阈值224-4时进行切换的脉冲串。因此，输出225-2与同驱动电压216-3相关联的电流具有特定相位关系。
输出225-1和225-2两者组合在与门224-3中。输出226是具有脉冲的相位信号226，所述脉冲所具有的宽度表示驱动电压216-3与相关联的电流之间的相移。
图2C是示出图2B的电路中的电压、电流和逻辑信号的实例的曲线图。示出与驱动电压216-3相关联的感测电流222-1的实例和对应于两个驱动电压216-2和216-3的感测电压222-2和222-3的实例。感测驱动电压222-2和222-3相位相差120度。感测电流222-1与相关联的感测驱动电压222-3相位相差相移227。特别地，感测电流222-1比感测驱动电压222-3滞后相移227。
输出225-1是所具有的过渡点与感测驱动电压222-2和222-3的交叉点对准的脉冲串。输出225-2是所具有的过渡点与感测电流222-1的零交叉点对准的脉冲串。输出226是输出225-1和225-2的逻辑与的结果。所得脉冲具有宽度229。此宽度取决于相对相位227。随着感测电流222-1的相位滞后量增加(即，相位227增加)，输出225-2的上升沿将具有对应地增加的滞后量。因此，输出226中的脉冲的前沿将具有对应地增加的滞后量，从而增加脉冲宽度229。
在一些实施方案中，即使在感测驱动电压222-3与感测电流222-1之间存在零相移，输出226中的脉冲也将具有非零宽度229。然而，在其他实施方案中，电路可不同地被配置。此外，尽管已经将信号的特定极性和两个特定电压216-2和216-3用作实例，但是在其他实施方案中，可使用不同极性和不同电压。尽管脉冲宽度229的绝对值可不同，但是仍然可检测到相对改变和/或绝对值。
如上所述，此相移227可表示电机110上的负载。相移227编码在相位信号226的脉冲宽度229中。诊断电路114可被配置来测量脉冲宽度229。因此，诊断电路114具有表示驱动输入116的电流和电压的相对相位或绝对相位的可用值，所述相对相位或绝对相位可用于诊断目的。例如，诊断电路114可包括微控制器、特定电路、软件等以将相位信号226的脉冲转换成数字化值。在特定实例中，脉冲的上升沿和下降沿中的每一者可触发时钟值的读数。这两个对应值的差值可指示脉冲宽度229并且因此指示相移227。
诊断电路114可被配置来进一步处理或累积相位信号226。例如，诊断电路114可被配置来在一秒间隔内输出相位信号226的脉冲宽度的运行平均值。在另一个实例中，小于相位信号226的所有脉冲的宽度可被数字化。在其他实施方案中，可执行其他处理技术。
在一些实施方案中，感测两个电压216-2和216-3并将其进行比较以减少噪声。例如，比较电压216-2和216-3将提供相位信息，因为所述两个电压的相对相位是固定的。然而，可减少或消除两者上存在的共模噪声。
尽管已经描述了V/I相位检测器224的特定实例，但是在其他实施方案中，可使用其他电路。可生成所具有的宽度指示相对相位的脉冲的任何电路可用作V/I相位检测器224。此外，输出未必呈脉冲的形式。例如，输出226可以是指示相对相位的模拟信号或数字信号。在一些实施方案中，可用低通滤波器对相位信号226中的脉冲进行滤波以生成模拟相位信号。
在一些实施方案中，V/I相位检测器224可在诊断电路114中实现。例如，诊断电路114可包括数字化电路(诸如模数字转换器)以数字化感测电流222-1以及感测电压222-2和222-3中的每一者。诊断电路114可被配置来执行类似于由V/I相位检测器224执行的那些操作的操作。此外，诊断电路114可具有驱动输入216的可用的其他属性，诸如电压216的频率、电压216的幅值、一个或多个电压216的电流的幅值等。
图3A至图3C是示出根据一些实施方案的在诊断x射线管中使用的信号的实例的曲线图。使用类似于本文所述的那些技术的技术，诊断电路114可被配置来生成电机110的状态的指示。图3A是示出针对一组操作条件的相位300的实例的曲线图。相位300可以是如上所述已获取和处理的数字化脉冲宽度229。例如，相位300可以是脉冲229的以毫秒(ms)为单位的宽度。
在一些实施方案中，诊断电路114将相位300与一个或多个范围进行比较，所述相位300表示驱动电压216与对应电流之间的相对相移。在一些实施方案中，可校准系统以确定一个或多个范围。在其他实施方案中，相位300的初始稳定状态可用于生成一个或多个范围。在此，第一范围302表示给定特定操作条件的可接受操作范围。在特定实例中，条件良好的系统可操作来生成基线相移。此相移可用于生成表示可接受范围的范围302。在一些实施方案中，范围302是如下的范围：如果对于特定操作条件系统继续在此范围302内操作，则系统可相对于所监测部件无限地操作。
范围304表示相位300的操作范围，在所述操作范围中可在可预测的时间量内发生故障。如果所测量的相位300改变而进入范围304，则诊断电路114可预测到系统不久将发生故障。诊断电路114可生成预测的剩余使用寿命。例如，在系统的相位300进入范围304之后，诊断电路114可访问关于剩余使用寿命的统计数据。在特定实例中，系统可结合从进入范围304起的平均故障前时间(mean time to failure)减去与统计数据的零或更多个标准偏差。
在一些实施方案中，相位300可离开范围304。在范围302和304之外可表示对于给定操作条件，系统正在发生故障或已经发生故障的相移。
在图3A中，时间T1和T2分别用作相位300偏移出范围302和偏移出范围304的时间的实例。例如，在操作开始时，相位300可在范围302内。此时，系统可不具有可预测的剩余使用寿命。然而，在大约时间T1处，某些情况改变(诸如电机轴承上的磨损增加)，这致使相位300改变而从范围302移出去。此时，系统可具有有限可预测剩余使用寿命。
系统可在此条件下操作；然而，在某个时候，磨损可增加从而致使系统发生故障。时间T2表示相位300从范围304移出去的点。时间T1与T2之间的差值可特定于给定系统。也就是说，虽然所述差值可与预测的剩余使用寿命有关，但是实际剩余使用寿命可不同。
时间T1和T2的相对大小可不同于所示出的大小。例如，与时间T2和时间T1之间的时间相比，时间T1可相对较大。在此，时间仅用于说明。
在一些实施方案中，诊断电路可对相位300进行滤波或以其他方式处理以除去误报。例如，如果相位300中的预期瞬态改变可致使相位300从范围302或304移出去，则诊断电路114可对相位300进行滤波以忽略或减小此类瞬态现象的影响。
如上所述，相移300可取决于特定操作条件。使用阳极106旋转频率和机架向心加速度作为操作条件的实例，诊断电路114可包括特定于旋转频率和机架向心加速度的每种组合的范围302和304。在其他实施方案中，对于一组给定的操作条件，可使用方程来生成范围302和304。在其他实施方案中，范围302和304可基于对于一组有限的操作条件在范围302与304之间的插值。范围302和304可以其他方式生成。此外，尽管两个范围302和304用作实例，但是在其他实施方案中，可使用一个范围或多于两个范围。
尽管阳极旋转频率和机架向心加速度已经用作可能影响正常操作中的相移300的操作条件的实例，但是在其他实施方案中，作为这些实例中的一个或多个的补充或替代，可使用其他条件。例如，机架旋转速度、电机110驱动频率、电机110驱动电压或其他操作条件可用作影响范围302和304或类似范围的操作条件。
图3B是示出使用从启动开始相位改变的诊断技术的曲线图。示出两个示例性相位300a和300b。相位300a是从正常操作的系统测量的相位的实例。相位300b是从具有有限预测剩余使用寿命、正在发生故障或者已经发生故障的系统测量的相位的实例。
特别地，相位300a从启动开始经过时间T3达到稳定状态，并且在300a-1处具有相位300a的特定最大改变率。类似地，相位300b从启动开始经过时间T4达到稳定状态，所述时间T4长于时间T3。此外，相位300b所具有的最大改变率300b-1小于改变率300a-1。
稳定状态可以多种方式进行限定。例如，稳定状态可以是从一个测量结果到下一个测量结果的绝对改变，所述绝对改变低于阈值。在另一个实例中，稳定状态可以是小于阈值的相对改变，诸如从启动开始一定百分比的改变。在另一个实例中，低于阈值的随时间的改变量可指示稳定状态。在另一个实例中，低于阈值的所测量信号随时间的导数的大小或所测量信号与预期信号之间的差值的导数的大小可指示稳定状态。
相位的达到稳定状态的时间和改变率中的一者或两者可类似于上文所述的稳定状态值或者除所述稳定状态值之外使用。例如，诊断电路114可包括阈值时间Tth1和Tth2。阈值时间Tth1定义正常操作的系统与可能发生故障或处于故障过程中的系统之间的分界值。阈值时间Tth2可定义给定剩余使用寿命中可能发生故障的系统与处于故障过程中或已经发生故障的系统之间的分界值。因此，在一组给定操作条件下，相位的不同方面可以是轴承状态的另一种指示符。
返回参考图2B，在一些实施方案中，诊断电路114可被配置来接收感测电流值222-1。虚线表示任选的连接。如上所述，诊断电路114可被配置来数字化感测电流222-1。图3C是示出使用从启动开始电流改变的诊断技术的曲线图。类似于上文关于图3B所述的相位的达到稳定状态的时间和改变率，电流的达到稳定状态的时间和改变率可用作电机和/或系统的状态的指示符。例如，电流315a表示驱动电机110从启动到稳定状态的电流，所述电流具有最大改变率315a-1。达到稳定状态的时间为时间T5。类似地，电流315b表示驱动电机110从启动到稳定状态经过时间T6的电流，所述电流具有最大改变率315b-1。电流315a表示正在正常操作的系统。电流315b表示可能发生故障或处于故障过程中的系统中的电流。类似于图3B，阈值时间Tth3可用于区分正在正常操作的系统与可能发生故障的系统。另一个阈值时间Tth4也可用于区分具有有限可预测剩余使用寿命的系统与正在发生故障或已经发生故障的那些系统。在此，时间T5小于阈值时间Tth3，并且指示相关联的系统正在正常操作。时间T6大于阈值时间Tth3且小于阈值时间Tth4，指示系统可具有有限可预测剩余使用寿命。
尽管在图3A至图3C中已经将相位或电流的改变示出为随时间在特定方向上改变，但是在其他实施方案中，所述变化可在相反方向上进行。此外，改变的方向也可基于操作条件而改变。
图4是根据一些实施方案的具有单相功率的系统的框图。系统400可类似于图2A的系统200，并且具有类似的对应部件；然而，系统400包括单相电机驱动器418。单相电机驱动器418被配置来生成单相驱动输入416。V/I传感器420被配置来生成感测电流和感测电压作为感测信号422。V/I相位检测器424被配置来比较感测电流和电压信号422的相位以生成相位信号426。可将类似于图2B的电路的电路用作V/I相位检测器424；然而，可将感测电压222-3与接地电压或另一个固定电压进行比较以生成具有过渡点、感测电压222-3的零交叉点的信号。此信号可与输出225-2进行与运算，以生成具有宽度的相位信号426，所述宽度依赖于信号相位驱动输入416的电压和电流的相对相位。在其他实施方案中，可使用不同电路来生成相位信号426，并且相位信号426可采取除利用相位信息编码脉冲宽度之外的形式。
图5A至图5C是根据一些实施方案的具有各种电机传感器的系统的实例。这些实例示出可以类似于上文所述的相对相位的方式使用的不同传感器。在这些系统中，传感器设置在管103的外壳101之外并且被配置来接收来自电机110的信号。如将在下文进一步详细描述，来自电机110的信号可采取多种形式。无论如何，由于信号可指示电机110的状态(诸如旋转速度)，因而从电机110关闭直到信号超过阈值或达到稳定状态的时间可用作诊断信息。
参考图5A，系统500a可类似于上文所述的系统100a、100b、200和400。一个或多个V/I传感器520a也可类似于对应的V/I传感器220和420。然而，一个或多个V/I传感器520a可包括可以是电流传感器或电压传感器的一个或多个传感器。例如，在一些实施方案中，一个或多个V/I传感器520可仅包括电流传感器，在其他实施方案中可仅包括电压传感器，并且在再其他实施方案中可包括电流传感器和电压传感器两者。
响应于来自一个或多个V/I传感器520a的一个或多个感测信号522a，诊断电路514可被配置来响应于从电机110接收的信号而生成电机110的状态的指示。例如，诊断电路114可被配置来预测剩余使用寿命并且/或者指示x射线管103是否已经发生故障。
参考图5B，系统500b可类似于图5A的系统500a；然而，系统500b包括并未电连接到电机110的传感器520b。例如，传感器520b可以是声传感器、振动传感器等。因此，传感器520b可被配置来基于电机110的旋转来生成信号522b。在一些实施方案中，传感器520b可与同电机110或可旋转阳极106不相关的其他结构或噪声和/或振动源隔离。
参考图5C，在一些实施方案中，系统500c可类似于上文所述的系统500b。然而，传感器520c可被配置来感测由电机110或可旋转阳极106间接影响的x射线管103的另一个方面。例如，电机110和/或可旋转阳极106的旋转可在阴极102的灯丝中诱导电流。传感器520c可被配置来感测来自阴极102的此诱导信号。尽管已经将从阴极106感测到的诱导信号用作实例，但是传感器520c可被配置来感测来自x射线管103的另一个部件的诱导信号。
图5D是示出根据一些实施方案的在诊断x射线管中使用的信号的实例的曲线图。关于图5A至图5C描述的各种传感器520可生成由诊断电路114接收的对应信号522。类似于图3B和图3C的达到稳定状态测量结果的时间，达到稳定状态的时间、零值或适当的阈值可用于指示电机110和/或x射线管103的状态。在一些实施方案中，在机架已经停止旋转之后，电机110和可旋转阳极106可仍旋转。直到电机110停止、速度低于特定阈值或反转方向为止的时间可指示电机110的状态，诸如轴承的磨损状态。
信号526a表示信号522或从正在正常操作的系统导出的信号。类似地，信号526b表示信号522或从具有可预测的有限剩余使用寿命的系统导出的信号。如果电机110正在正确地操作，则直到电机110停止自旋、速度超过阈值、噪声或振动水平超过阈值等为止的时间可能大于阈值时间Tth5。在此，与信号526a和正常操作的电机110相关联的时间T7大于阈值时间Tth5。然而，与信号526b相关联的时间T8小于阈值时间Tth5。因此，生成信号526b的系统可具有可预测的有限剩余使用寿命。阈值时间Tth6也示出为用于确定具有一定剩余使用寿命的系统或者正在发生故障或已经发生故障的系统的阈值的实例。
在一些实施方案中，可在旋转机架已经停止旋转的时间处开始进行测量。此时间对应于图5D的关闭时间。在一些实施方案中，可维持到达电机110的功率直到机架已经停止旋转为止；然而，在其他实施方案中，可基本上同时关闭到达电机110的功率。
在一些实施方案中，到达电机110的功率关闭；然而，在其他实施方案中，可以意图反转电机110的旋转方向的方式向电机110施加相对少量的功率。可测量电机110停止或反转方向的时间。在一些实施方案中，一旦电机110反转方向，上文在图2C中描述的电流和电压关系就将反转。这可用于确定电机停止或反转方向的时间。
图7是根据一些实施方案的具有传感器类型的组合的系统的框图。在一些实施方案中，系统700可类似于系统100、200、400和500a-c。也就是说，系统700可具有电连接到电机110的诊断电路714并且可如关于系统100、200、400和500a-c所描述的被配置成具有各种传感器和其他电路。此外，诊断电路714还连接到另一个传感器720。此传感器720是操作条件传感器720。例如，传感器720可以是附接到管103或机架的加速度计。在一些实施方案中，传感器720可以是被配置来感测径向加速度的单轴加速度计；然而，在其他实施方案中，加速度计可被配置来感测多个轴中的加速度。在其他实施方案中，传感器720可以是被配置来检测提供给电机110的驱动输入的频率的频率检测器。在其他实施方案中，传感器720可被配置来生成指示向心加速度的感测信号726。在其他实施方案中，多个此类传感器720可存在并且被配置来生成多个感测信号726。
感测信号726可与来自与电机110相关联的传感器的数据组合，并且可如上所述用于生成电机110的状态的指示。例如，指示向心加速度的感测信号726和指示电机110的旋转频率的感测信号726可用于选择特定阈值、值、范围等以与如上所述的相位、电流等进行比较。
图8是示出根据一些实施方案的启动诊断过程的流程图。参考图8以及图1A的系统作为实例，在800中起动电机110。例如，电机110可以固定幅值的驱动输入116起动。在800中的电机启动处，在802中起动计时器。计时器可包括诊断电路114的电路、寄存器、软件等。在804中执行环路以测量参数，并且在806中确定所测量的参数(诸如电机110的电流、相位、旋转速度等)是否已经达到稳定状态。例如，诊断电路114可以周期性地获取新测量参数，并且结合过去的测量参数来处理该测量参数以确定所述测量参数是否已经达到稳定状态。如上所述，稳定状态可以各种方式进行限定。8
如果所测量的参数已经达到稳定状态，则在808中，计时器停止。然后在810中可使用计时器的值来生成状态的指示。例如，所测量的参数可以是如上所述的相位或电流。可将达到稳定状态的时间与适当的阈值进行比较以在810中生成状态的指示。
在一些实施方案中，可在等待806中的稳定状态的同时随时间获取所测量的参数。例如，随时间的所测量的参数的值可存储在诊断电路114的存储器中。可分析随时间的所测量的参数以生成改变率，所述改变率用于在812中生成状态的指示。可通过类似于上文所述的比较将变化率与阈值进行比较来生成状态指示。此操作可用810中的操作或作为810中的操作的替代方式来执行。
图9是示出根据一些实施方案的关闭诊断过程的流程图。参考图9以及图1A的系统作为实例，在900中电机110关闭。图9的一些操作可类似于图8的那些操作。例如，在902中起动计时器。在904中执行环路以测量参数，并且在906中确定所测量的参数是否处于稳定状态。如上所述，所测量的参数可包括与电机110相关联的电流、相位、旋转速度、振动、声音等。可替代地或除此之外，可在906中将所测量的参数与阈值进行比较。如果所测量的参数已经达到稳定状态或超过阈值，则在908中计时器停止，并且在910中使用计时器的值来生成状态的指示。因此，关闭时间可用于生成如上所述的状态的指示。
图10是示出根据一些实施方案的操作诊断过程的流程图。参考图10以及图1A的系统作为实例，在一些实施方案中，诊断过程在操作期间执行。在1000中，测量参数。在1002中，将参数与第一范围进行比较。如果在1004中参数在此范围内，则通过在1000中再次测量参数来继续所述过程。
如果在1004中参数不在第一范围内，则在1006中指示潜在或预期故障。在1008中，将参数与第二范围进行比较。所述第二范围可以是指示系统具有可预测有限剩余使用寿命并且尚未发生故障的范围。如果所测量的参数在第二范围内，则在1000中再次测量参数来继续所述过程。如果所测量的参数在第二范围之外，则在1012中指示故障。在此，操作继续，然而，在其他实施方案中，可停止操作。
在一些实施方案中，范围可改变。特别地，在1014中如果操作条件改变，则在1016中范围改变。因此，可更新范围以反映基于新操作条件的新标称范围和预测范围。如上所述，范围可以各种方式改变。
在一些实施方案中，如上所述生成的诊断信息可用于在x射线管103发生故障之前开始维护过程。使用上文所述的相位作为具体实例，通过随时间、在启动期间、在关闭期间等追踪相移，可确定对x射线管103是否并且/或者何时出现故障的预测。此信息可用于在安排的停机时间期间安排时间来更换x射线管103，以减少对正常操作的影响。
此外，代替实际故障的信息的可用性和数字化形式的可用性允许将信息传输到各种目的地并且用于各种目的。例如，设施的操作员可使用所述信息来预定x射线管103的更换和/或在使用暂停使用期间安排更换。在另一个实例中，分配器可监测一个或多个此类系统并且安排交付和/或安排更换。在另一个实例中，可从现场和/或测试设置中的多个系统的实际使用情况和相关联的预测故障中收集统计信息。
图11是根据一些实施方案的计算机断层成像(CT)机架的框图。在一些实施方案中，CT机架包括x射线源1102、冷却系统1104、控制系统1106、电机驱动器1108、检测器1110、AC/DC转换器1112、高压源1114和栅极电压源1116。x射线源1102可包括如上所述的x射线管113。控制系统1106、电机驱动器1108等可包括上文所述的各种传感器和诊断电路。尽管已经将特定部件用作可安装在CT机架上的部件的实例，但是在其他实施方案中，其他部件可以是不同的。尽管CT机架被用作包括本文所述的传感器和诊断电路的系统的实例，但是本文所述的传感器和诊断电路可在具有真空外壳的其他类型的系统或具有旋转内部结构的其他恶劣环境中使用。
图12是根据一些实施方案的2D x射线成像系统的框图。成像系统1200包括x射线源1202和检测器1210。x射线源1202可包括如上所述的x射线管103。连接到x射线源1002的控制系统1030可包括上文所述的各种传感器和诊断电路。x射线源1202相对于检测器1210设置，使得可生成x射线1220以穿过样本1222并且由检测器1210检测。
参考图1至图12，一些实施方案包括一种系统，其包括：外壳101，所述外壳101被配置来封闭真空；阴极102，所述阴极102设置在所述外壳101内；阳极106，所述阳极106设置在所述外壳101内，所述阳极106被配置来从所述阴极102接收电子的射束；电机，所述电机110设置在所述外壳101内并且被配置来响应于驱动输入116、216、416、516而旋转所述阳极106；以及电路，所述电路电连接到所述驱动输入116、216、416、516并且被配置来基于所述驱动输入116、216、416、516的电压和所述驱动输入116、216、416、516的电流来生成相位信号226，所述相位信号226指示所述驱动输入116、216、416、516的所述电压与所述驱动输入116、216、416、516的所述电流之间的相位差。在一些实施方案中，所述电路设置在所述外壳101之外。
在一些实施方案中，所述驱动输入116、216、416、516是包括第一电压、第二电压和第三电压的三相输入，每个电压与其他电压具有相位差；所述电路还包括第一比较器224-1，所述第一比较器224-1被配置来基于与所述第一电压和所述第二电压的比较来生成第一脉冲；并且所述电路被配置来基于所述第一脉冲来生成所述相位信号226。
在一些实施方案中，所述电路还包括第二比较器224-2，所述第二比较器224-2被配置来基于与所述第一电压相关联的电流来生成第二脉冲；以及逻辑电路224-3，所述逻辑电路224-3被配置来响应于所述第一脉冲和所述第二脉冲而生成所述相位信号226。
在一些实施方案中，所述驱动输入116、216、416、516是单相输入；所述驱动输入116、416、516的所述电压是所述单相输入的电压；并且所述驱动输入116、416、516的所述电流是所述单相输入的电流。
在一些实施方案中，所述系统还包括诊断电路114，所述诊断电路114被配置来接收所述相位信号226并且响应于所述相位信号226而生成所述电机110的状态的指示。
在一些实施方案中，所述系统还包括：可旋转机架1000，所述可旋转机架1000包括外壳101；加速度计，所述加速度计被配置来测量所述可旋转机架1100的加速度；其中所述诊断电路114被配置来响应于所述可旋转机架1100的所述加速度而生成所述电机110的所述状态的指示。
在一些实施方案中，所述诊断电路114被配置来：将所述相位信号226与基于所述相位信号226的先前状态的范围进行比较；并且响应于所述比较而生成所述电机110的所述状态的指示。
在一些实施方案中，所述范围是基于所述电机110的旋转频率和包括所述外壳101的可旋转机架1100的离心加速度中的至少一者。
在一些实施方案中，所述诊断电路114进一步被配置来：测量从所述相位信号226的启动到稳定状态的时间；并且响应于从所述相位信号226的启动到稳定状态的所述时间而生成所述电机110的所述状态的指示。
在一些实施方案中，所述诊断电路114进一步被配置来：测量所述相位信号226从启动到稳定状态的改变率；并且响应于所述相位信号226从启动到稳定状态的所述改变率而生成所述电机110的所述状态的指示。
一种系统，其包括：外壳101，所述外壳101被配置来封闭真空；阴极102，所述阴极102设置在所述外壳101内；阳极106，所述阳极106设置在所述外壳101内，所述阳极106被配置来从所述阴极102接收电子的射束；电机110，所述电机110设置在所述外壳101内并且被配置来旋转并且接收驱动输入116、216、416、516；传感器，并且被配置来从所述电机110接收信号；以及电路，所述电路电连接到所述传感器并且被配置来响应于从所述电机110接收的所述信号而生成所述电机110的状态的指示。在一些实施方案中，所述传感器和所述电路设置在所述外壳101之外。
在一些实施方案中，所述电路被配置来：测量从向所述电机110供应的功率停止直到来自所述电机110的所述信号超过阈值为止的时间；并且响应于所述时间而生成所述电机110的所述状态的指示。
在一些实施方案中，所述传感器是声传感器；并且从所述电机110接收的所述信号是由所述声传感器感测到的声信号。
在一些实施方案中，所述传感器是电压传感器；并且从所述电机110接收的所述信号是由所述电压传感器感测到的电压。
在一些实施方案中，所述传感器是耦合到所述阴极102的电流传感器；并且从所述电机110接收的所述信号是由所述电流传感器感测到的电流。
在一些实施方案中，所述电路被配置来：测量从向所述电机110供应功率直到来自所述电机110的所述信号达到稳定状态为止的时间；并且响应于所述时间而生成所述电机110的所述状态的指示。
在一些实施方案中，来自所述电机110的所述信号是驱动所述电机110的电压与同所述电压相关联的电流之间的相移。
在一些实施方案中，所述电路被配置来：测量来自所述电机110的所述信号从向所述电机110供应功率直到来自所述电机110的所述信号达到稳定状态为止的改变率；并且响应于所述改变率而生成所述电机110的所述状态的指示。
一些实施方案包括一种方法，其包括：操作位于x射线管的封闭真空的外壳101内的电机110；测量在操作期间驱动电机110的电压与电流之间的相移；以及响应于所述相移而生成所述电机110的状态的指示。
在一些实施方案中，所述方法还包括：将所述x射线管的操作条件改变成新操作条件；以及响应于所述新操作条件而生成所述电机110的所述状态的指示。
一些实施方案包括一种系统，其包括：用于操作位于x射线管的封闭真空的外壳内的电机的装置；用于测量在操作期间驱动电机的电压与电流之间的相移的装置；以及用于响应于所述相移而生成所述电机的状态的指示的装置。
所述用于操作位于x射线管的封闭真空的外壳内的电机的装置的实例包括电机驱动器118、218、418和518。
所述用于测量在操作期间驱动电机的电压与电流之间的相移的装置的实例包括诊断电路114、V/I传感器220和420、V/I相位检测器224和424。
所述用于响应于所述相移而生成所述电机的状态的指示的装置的实例包括诊断电路114。
在一些实施方案中，所述方法还包括：用于将所述x射线管的操作条件改变成新操作条件的装置；以及用于响应于所述新操作条件而生成所述电机的所述状态的指示的装置。
所述用于将所述x射线管的操作条件改变成新操作条件的装置的实例包括电机驱动器118、218、418和518。
所述用于响应于所述新操作条件而生成所述电机的所述状态的指示的装置的实例包括诊断电路114。
尽管已经根据特定实施方案描述了结构、装置、方法和系统，但是本领域的普通技术人员将容易认识到，对特定实施方案的许多变化是可能的，并且因此任何变化都应被认为在本文公开的精神和范围内。因此，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可做出许多修改。
因此，随本书面公开所附的权利要求书均在此明确地并入到本书面公开中，其中每项权利要求自身可作为单独的实施方案。本公开包括独立权利要求及其从属权利要求的所有排列。此外，能够衍生自所附独立权利要求和从属权利要求的另外的实施方案也明确地并入到本书面描述中。这些另外的实施方案通过以下方式来确定：将给定从属权利要求的从属项替换为短语“以权利要求[x]开头并且以紧随此权利要求之前的权利要求结尾的权利要求中的任一项”，其中带括号的术语“[x]”为替换为最近引用的独立权利要求的编号。例如，对于以独立权利要求1开头的第一项权利要求组，权利要求3可从属于权利要求1和2中的任一项，并且这些单独的从属项产生两个不同的实施方案；权利要求4可从属于权利要求1、2或3中的任一项，并且这些单独的从属项产生三个不同的实施方案；权利要求5可从属于权利要求1、2、3或4中的任一项，并且这些单独的从属项产生四个不同的实施方案；以此类推。
权利要求中对关于特征件或元件的术语“第一”的引述未必暗指存在第二或另外的这种特征件或元件。根据35U.S.C.§1126，以装置加功能的形式具体引述的元件(如果存在的话)旨在被解释为覆盖本文描述的对应结构、材料或动作及其等同物。其中要求保护专有属性或特权的本发明的实施方案定义如下。