ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación TRABAJO DE GRADUACIÓN “Conversión de una PC en controlador de los parámetros de un Equipo de Rayos X” Presentado por: Gastón Alexander Cassagne Martínez Jorge Patricio Salazar Aguirre Director del Tópico Ing. Miguel Yapur

GUIA DE LA PRESENTACIÓN CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 2 TEORÍA BÁSICA DE LOS RX CAPÍTULO 3 CIRCUITO DE POTENCIA CAPÍTULO 4 INTERFAZ CAPÍTULO 5 DISEÑO E IMPLEMENTACION DEL SOFTWARE CAPÍTULO 6 ANÁLISIS DE COSTOS APENDICES

CAPÍTULO 1 INTRODUCCION Principales equipos de diagnóstico por imagen Equipos de RX Generador de RX Pc Based Importancia del proyecto Diagrama de bloques del proyecto Tarjeta interfaz Circuito de potencia Software

INTRODUCCIÓN Equipos de diagnóstico por imagen ECO MRI TAC RX

Equipo de RX CONTROL CONSOLA PORTA CHASIS TUBO DE RX TUBE STAND MESA

Corriente de filamento Generador de RX Control del Rotor (Importancia) Corriente de filamento Alta tensión

Pc Based Controlar

Importancia del proyecto Controlar los parámetros que gobiernan al tubo de RX en su rotor Demostrar que se puede controlar y monitorear por medio de PC Based. Fomentar el proyecto a futuro. Incentivar la industria nacional. Se puede ingresar a analizar cualquier generador de RX.

Diagrama de bloques del proyecto

Tarjeta interfaz

Circuito de potencia

SOFTWARE

CAPÍTULO 2 TEORÍA BÁSICA DE LOS RX Resumen cronológico Rayos de una mano Esquema de un tubo de RX Primera forma de producción de RX Segunda forma de producción de RX Interacción con la materia Espectro electromagnético Conceptos básicos Forma de desarmar un tubo de RX Efectos de la radiación Corrección de energía Algoritmo de control Diagrama de flujo

TEORÍA BÁSICA DE LOS RX Wilhelm Konrad Röntgen, alrededor de 1895

Resumen Cronológico 1895 Descubrimiento de los Rayos X. W.C. Roentgen. Primera radiología dental O. Walkhoff. Primera radiografía dental en los Estados Unidos J.Morton. Primera radiología dental en los Estados Unidos (en paciente) Kells. Primer documento sobre los peligros de los rayos X W. H. Rollins. Presentación de la técnica de bisectriz W. A. Price. Primeras películas dentales preenvueltas Eastman Kodak Primer tubo de rayos X. W. D. Coolidge. Primer aparato dental de rayos X Victor X-RayCorporation Primer texto de radiología dental H. R. Raper. Presentación de la técnica de aleta mordible H. R. Raper Presentación de la técnica de paralelismo con cono largo Fitzgerald 1957 Primer aparato dental de rayos X de KV variable. General Electric

RAYOS X DE UNA MANO

Esquema de un tubo de RX

PRIMERA FORMA DE PRODUCIR RX POR FRENADO

SEGUNDA FORMA DE PRODUCIR RX CAMBIO DE NIVEL

Interacción con la materia

Conceptos básicos Radiografía.- Es la producción de una imagen fotográfica de un objeto mediante el uso de los RX que pasan a través de él llegando a una película, para proveer información de estructuras no visibles. Radiación electromagnética.- Es una combinación de campos eléctricos y magnéticos, oscilantes y perpendiculares entre sí, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. Rayos X.- Radiación electromagnética penetrante, producida bombardeando un blanco con electrones de alta velocidad

Forma de desarmar un Tubo de RX

Tubo de RX Colimador

Se separa el ánodo

Se separa el catodo

Diafragma

Filtro de aluminio

Vacio del aceite y estator

Inserto de vidrio

Inserto de vidrio

Efectos de la radiación con la materia El fotón RX choca contra un átomo, puede golpear un electrón de una capa interior y expulsarlo del átomo. Efecto fotoeléctrico: Cuando un fotón de alta energía choca con un electrón, ambas partículas pueden ser desviadas formando un ángulo con la trayectoria de la radiación incidente de RX Efecto Compton Cuando se irradian elementos de masa atómica elevada con RX de muy alta energía, se produce el fenómeno de producción de pares. Un fotón de alta energía penetra en la capa electrónica cercana al núcleo, y crea un par de electrones, Producción de pares

Parámetros eléctricos Corrección de energía Parámetros eléctricos { KV (Kilovoltaje 50-120) Ma (Miliamperaje 20-100) T (tiempo de exposición ms) 40 ≤ KV ≤ 100 ; p = 5 100 ≤ KV ≤ 125 ; p = 4 125 ≤ KV ≤ 150 ; p = 3

Algoritmo de control Gracias a la investigación que realizaron el Ing. Miguel Yapur y el Ing. John Merchán, y fué publicada en las Jornadas de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de 1988, publicadas por la Escuela Superior Politécnica Nacional, Quito Corrección de distancia foco-película Corrección de espesor Corrección de equipo

Diagrama de flujo para determinar los parámetros eléctricos y = 0.8 si es menor y = 1.25 si es mayor m = son los centímetros sobrantes

CAPÍTULO 3 CIRCUITO DE POTENCIA Motores monofásicos Motor con capacitor permanente Comparación de las características Frenado dinámico Diac Triac Señales de voltaje Circuito de potencia Rotate Accel Run Brake

3.- Circuito de potencia Motores Monofásicos Baja eficiencia y bajo factor de potencia Milésimos de hp hasta ¾ hp Desarrolla par solo mientras esta en marcha Carece de par de arranque

Se obtiene un campo magnético pulsante variable en el tiempo pero estacionario en el espacio, por lo tanto no es capaz de producir par de rotación. Los conductores del rotor cortan las líneas de flujo magnético del estator y se Inducen en ellas una FEM Esta FEM produce una corriente distribuida Los conductores del rotor pueden considerarse ahora una bobina que produce un campo magnético orientado horizontalmente La resultante de los dos campos será un campo magnético rotatorio

El valor nominal es el punto en que el par desarrollado se equilibra con el par resistente de la carga. Una vez puesta en marcha, la maquina monofásica puede considerarse un caso especial de un motor de dos fases donde la 2da fase es el campo magnético producido por el rotor. Los métodos que se utiliza para lograr Que la maquina desarrolle par durante el Arranque son: 1.- Motor de fase dividida 2.- Motor con capacitor de arranque 3.- Motor con capacitor permanente 4.- Motor de polos sombreados

Motor con capacitor permanente No requiere interruptor extra para desconectar el devanado auxiliar Mejor factor de potencia Reducción en la corriente de línea

Comparación de las características de motores monofásicos Valores del tubo de RX

Frenado dinámico Separar el motor de la red y conectar inmediatamente dos o los tres bornes de los terminales del estator a una fuente de corriente continua. Corriente continua desarrolla una serie de polos magnéticos estacionarios Número igual al de los que existen en el campo giratorio Como por la inercia del motor el rotor sigue girando, éstos cortan los campos magnéticos, induciéndose tensiones en el circuito del rotor que desarrollan corrientes La energía de rotación se transforma en energía de calentamiento a razón de I2*R

DIAC (NTE6408) VBO 32±4 V IBO (max) 1 mA PD 250 mW

TRIAC (NTE56046) VDRM 600 V IT (rms) 16 A IH 4-30 mA PG(AV) 500 mW

Circuito de Potencia

Rotate

Accel

SEÑALES DE VOLTAJE VC,VL

Señal Accel

Run

Señal Capacitor Señal del diodo zener Señal Run

Brake

Señal Brake

CAPÍTULO 4 INTERFAZ Microcontrolador 16F877 Características Implementación Acondicionamiento de la señal analógica Acondicionamiento de entradas y salidas digitales Acondicionamiento del puerto serial Tarjeta de adquisición de datos Diagrama de flujo del programa PIC

Interfaz Microcontrolador 16F877 (Microchip)

Características Frecuencia de operación DC – 20 MHZ Memoria Programa (Flash) 8KWord Memoria de Datos 368Bytes Memoria de Datos (EEPROM) 256Bytes Interrupciones 15 Puertos E/S Puertos A,B,C,D,E Temporizadores 3 Comparadores/Módulos PWM 2 Comunicación Serial USART Comunicación Paralelo PSP Modulo Análogo/Digital 10 bits 8 Comparadores Analógicos Set de Instrucciones 35 Envolturas 40-pin PDIP - 44-pin PLCC 44-pin TQFP - 44-pin QFN

Implementación Entradas Salidas Entrada Analógica 0 → RA1 Entrada Digital 0 → RC1 Entrada Digital 1 → RC3 Entrada Digital 2 → RD0 Entrada Digital 3 → RD1 Entrada Digital 4 → RD2 Entrada Digital 5 → RD3 Entrada Digital 6 → RC4 Entrada Digital 7 → RC5 Cambio Baudios → RB0 Salidas Salida Digital 0 → RB2 Salida Digital 1 → RB2 Salida Digital 2 → RB2 Salida Digital 3 → RB2 Salida Digital 4 → RB2 Salida Digital 5 → RB2 19200 Baudios → RD7 9600 Baudios → RD6 2400 Baudios → RD5 1200 Baudios → RD4 Comunicación Serial Tx → RC6 Rx → RC7

Acondicionamiento de la señal Analógica

Acondicionamiento de las entradas digitales Acondicionamiento de las salidas digitales

Acondicionamiento del puerto serial

Tarjeta Adquisición de Datos

Diagrama de flujo del programa PIC

DISEÑO E IMPLEMENTACION DEL SOFTWARE CAPÍTULO 5 DISEÑO E IMPLEMENTACION DEL SOFTWARE Implementación del software Labview Programa diseñado Diagrama de flujo Automático Diagrama de tiempo Manual Eventos Adquisición de temperatura

Implementación del software

Usa el lenguaje de programación gráfico Lenguaje G LabVIEW LabVIEW constituye un revolucionario sistema de programación gráfica para aplicaciones que involucren adquisición, control, análisis y presentación de datos. Usa el lenguaje de programación gráfico Lenguaje G Este programa fue creado por National Instruments (1976) para funcionar sobre máquinas MAC, salió al mercado por primera vez en 1986. Ahora está disponible para las plataformas Windows, UNIX, MAC y Linux y va por la versión 7.1 (desde julio de 2004). Aplicaciones: Adquisición de datos Control de instrumentos Automatización industrial o PAC (Controlador de Automatización Programable) Diseño de control: prototipaje rápido y hardware-en-el-bucle (HIL)

Programa diseñado

Diagrama de Flujo

Automático

Automático

Diagrama de Tiempo

Manual

Manual

Eventos (Interrupciones)

Adquisición de temperatura y ajuste de energía

CAPÍTULO 6 ANÁLISIS DE COSTOS Tarjeta de adquisición Tarjeta de potencia

6.- Análisis de costos $ 140 Tarjeta de Adquisición $ 268 Circuito de potencia $ 408

PARTE PRÁCTICA

Conclusiones y Recomendaciones El principal objetivo ha sido demostrado, que es de incorporar el diseño de un generador de RX, a la tecnología de PC Based, puesto que con la ayuda de la tarjeta de adquisición de datos se han monitoreado los parámetros que gobiernan al tubo de RX (elemento principal de un equipo de RX), en cuanto a su rotor se refiere. La mejor forma y más versátil de comunicarse con la PC es el puerto serial, ya que es fácil configurar los puertos com y la velocidad de transmisión, con el PIC 16F877 a través del Max 232 El control del rotor de un tubo de RX es fundamental en un generador ya que de toda la energía que se emite para formar la radiación, sólo el 1% se convierte en RX; el 99% restante es calor y es el rotor el que ayuda a la disipación de este calor

PREGUNTAS GRACIAS

APENDICES

Programa del Microcontrolador Banco 0 7 6 5 4 3 2 1 1 ADCON1 7-ADFM.- Se guarda la conversión A/D en el registro ADRESH7/0 y ADRESL 7/6 6-ADCS2.- Configura el tiempo de conversión TAD 3-0-PCFG.-Configura los pines RA4/RA0 como entradas analógicas, con +Vref=Vdd y –Vref=Vss Banco 1 7 6 5 4 3 2 1 1 TRISA 7 6 5 4 3 2 1 1 TRISB 7 6 5 4 3 2 1 1 TRISC 7 6 5 4 3 2 1 1 TRISD

1 1 1 Se carga el valor de 25 en el registro SPBRG: bsf PIE1,RCIE 7 6 5 4 3 2 1 1 TXSTA 6-TX9.- 8 bits de transmisión 4-SYNC.-Modo Asincrónico 2-BRGH.-Alta Velocidad (k=16) 0-TX9D.- Bit 9 de Paridad Se carga el valor de 25 en el registro SPBRG: movlw .25 movwf SPBRG Se habilita interrupción por recepción de datos: bsf PIE1,RCIE Banco 0 7 6 5 4 3 2 1 1 RCSTA 7-SPEN.- Habilito el puerto serial 6-RX9.- 8 bits de recepción 4-CREN.- Modo recepción continua 0-RX9D.- Bit 9 de Paridad Se enciende el led correspondiente a 9600 Baudios bcf LED_1 bcf LED_2 bsf LED_3 bcf LED_4 7 6 5 4 3 2 1 1 INTCON 7-GIE.- Permiso Global de Interrupciones 6-PEIE.- Bits de permiso de perifericos que no estas en el registro INTCON

incf BAUDIO,1 movlw D'5' 1200 Baudios SPBRG=203 Se pregunta si se presiona tecla de cambio de velocidad Select_Baud y si esta presionado salto a subrutina Tecla_Selector: LAZO1 btfsc SELECT_BAUD goto LAZO1 call TECLA_SELECTOR Se aplica código para eliminar rebotes e incrementa la variable BAUDIO: incf BAUDIO,1 Se compara la variable BAUDIO con 5:Si - carga a BAUDIO con 1 y salto a subrutina Tabla_Baudio No – Salta a subrutina Tabla_Baudio movlw D'5' xorwf BAUDIO,0 btfss STATUS,Z goto BUCLE189 movlw d'1' movwf BAUDIO BUCLE189 call TABLA_BAUDIO Se compara el valor de BAUDIO con 1,2,3,4dependiendo de cada valor, se enciende el led indicador y se apaga el resto de leds, además se carga el valor correspondiente para cada velocidad en SPBRG Banco 1 1200 Baudios SPBRG=203 2400 Baudios SPBRG=103 9600 Baudios SPBRG=25 19200 Baudios SPBRG=12 Banco 0 return

Interrupción por Recepción de Datos Se guarda los registros de trabajo en variables temporales: w  w_Temp Status  Status_Temp Pclaht  Pclaht_Temp Se borra la bandera de interrupción por recepción de datos: bcf PIR1,RCIF Se carga el dato recibido en el registro RCREG en w y luego se carga en Byte_Read y salto a la sub- rutina Tabla_X movf RCREG,W movwf BYTE_READ call TABLA_X 1.-Salidas Digitales Se compara el dato en Byte_Read con la letra A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L y se pone a 1 o 0 la salida según corresponda la letra enviada. movlw "A“ movlw "G" xorwf BYTE_READ,0 xorwf BYTE_READ,0 btfss STATUS,Z btfss STATUS,Z goto LAZO2 goto LAZO10 bsf SALIDA_1 bcf SALIDA_1 return return

1 x 2.-Entradas Analógicas Comparo el dato en Byte_Read con las letras N, M, O, P y llamo a la subrutina Adquirir_ANX dependiendo de la letra que se envió. 7 6 5 4 3 2 1 1 x ADCON 0 7-6-ADCS1.-Junto con bit ADCS2 del resgistro ADCON1 determinan el tiempo de conversión TAD=64*Tosc=256Mhz 5-3-CHS.- Selecciona el canal analogico a ser convertido ANX 2-Go/Done.-Inicio/Fin de conversión 0-ADON.-Activa la conversión Se borra la bandera de interrupción por conversión A/D y se pone a 1 el bit de inicio de conversión bcf PIR1,ADIF bsf ADCON0,GO Se pregunta por fin de conversión que se da cuando el Bit Go/Done se pone a 0 sino espero: btfsc ADCON0,GO goto $ -1 return Banco 1 Se habilita la transmisión del puerto serial bsf TXSTA,TXEN Banco 0 Se carga el valor de ADRESH en w, y luego lo muevo al registro TXREG movf ADRESH,0 movwf TXREG

Banco 1 Se pregunta por fin de transmisión o sino se espera COMP_TX0 btfss TXSTA,TRMT goto COMP_TX0 Banco 0 return 3.-Entradas Digitales Se compara el dato en Byte_Read con las letras a, b, c, d, e, f, g, h Banco 1 Se habilita la transmisión del puerto serial bsf TXSTA,TXEN Banco 0 Se pregunta por el estado de la entrada según sea la letra enviada y se salta a CERO o a UNO btfsc DIGITAL_1 goto UNO goto CERO Se carga el valor de 0 o 1 en w y luego se carga en TXREG y se salta a Transmit CERO UNO movlw "0“ movlw "1" movwf TXREG movwf TXREG goto TRANSMIT Banco 1 Se pregunta por fin de transmisión o sino se espera COMP_TX9 btfss TXSTA,TRMT goto COMP_TX9 Banco 0 return

Se vuelve a cargar los registros de trabajos con los que se entro en la interrupción w_Temp  w Status_Temp  Status Pclaht_Temp  Pclaht Fin de la Interrupción retfie

Lazo de Cambio de Baudios

Interrupción por Recepción de Datos Salidas Digitales

Entradas Analógicas

Entradas Digitales