無損檢測(其他射線檢測方法和技術(shù))ppt精選課件

.,第8章其他射線檢測方法和技術(shù)8.1一般介紹隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，人類進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。無損檢測技術(shù)也隨之發(fā)生著變革。目前無損檢測技術(shù)進(jìn)展主要包括三個(gè)方面：首先，無損檢測技術(shù)正從一般的無損檢測向自動無損檢測發(fā)展，引入計(jì)算機(jī)和數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行檢測和分析數(shù)據(jù)，以減少人為因素的影響，提高檢測可靠性；其次，是發(fā)展微觀缺陷檢測技術(shù)、在線檢測技術(shù)和在役檢測技術(shù)；第三，是開展無損檢測新原理、新方法、新技術(shù)的探索研究。射線檢測技術(shù)從20世紀(jì)20年代發(fā)展到現(xiàn)在，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已形成了比較完整的射線無損檢測技術(shù)系統(tǒng)，它由三大部分技術(shù)組成：1、射線照相技術(shù)，主要包括膠片射線照相技術(shù)和CR技術(shù)；2、射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)，主要技術(shù)系統(tǒng)有三種，即由圖像增強(qiáng)器、平板探測器、線陣探測器構(gòu)成的射線實(shí)時(shí)成像檢測技術(shù)系統(tǒng)。3、射線層析成像技術(shù)，主要技術(shù)是CT技術(shù)、康普頓散射成像技術(shù)。,.,與其他無損檢測技術(shù)比較，射線檢測技術(shù)具有的突出特點(diǎn)是：1）檢測結(jié)果顯示直觀，為評定檢測結(jié)果提供了客觀依據(jù)；2）檢測過程的質(zhì)量（工作質(zhì)量、技術(shù)狀況、設(shè)備器材質(zhì)量等）可有效地監(jiān)督監(jiān)測，為檢測結(jié)果的可靠性評定提供客觀依據(jù)。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，作為最早應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的無損檢測技術(shù)，至今仍是最重要、應(yīng)用最廣泛的無損檢測技術(shù)，特別是對于一些關(guān)系重大的工業(yè)部門和設(shè)施、設(shè)備。其中某些技術(shù)可能是某些特殊結(jié)構(gòu)（例如：復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)、）目前唯一可以應(yīng)用的技術(shù)。數(shù)字射線檢測技術(shù)體系從數(shù)字射線檢測技術(shù)概念的角度，可將目前的射線檢測技術(shù)分成三個(gè)部分：直接數(shù)字化射線檢測技術(shù)、間接數(shù)字化射線檢測技術(shù)、后數(shù)字化射線檢測技術(shù)。直接數(shù)字化射線檢測技術(shù)是采用分立輻射探測器實(shí)現(xiàn)射線圖像記錄的技術(shù)。它包括CT技術(shù)、康普頓散射技術(shù)、平板探測器成像技術(shù)（DR）、線陣探測器實(shí)時(shí)成像技術(shù)（LDA）等。,.,間接數(shù)化射線檢測技術(shù)是需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換獲得射線檢測圖像的射線檢測技術(shù)，它包括：圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像技術(shù)、CR技術(shù)等。后數(shù)字化射線檢測技術(shù)是對膠片射線照相技術(shù)，需要時(shí)它可以采用掃描裝置將膠片記錄的圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。后數(shù)字化射線檢測技術(shù)，在進(jìn)行圖像數(shù)字化時(shí)，存在損失膠片上記錄的某些微小細(xì)節(jié)信息的可能,在對圖像質(zhì)量要求越來越高的今天，后數(shù)字化技術(shù)意義不大。從一些文獻(xiàn)給出的結(jié)果來看，關(guān)于EPS靈敏度，直接數(shù)字化系統(tǒng)中的非晶硒探測器，可在遠(yuǎn)低于膠片曝光量的情況下獲得可與中顆粒膠片相比的靈敏度（可能已經(jīng)提高），而IP板等熒光物質(zhì)只能達(dá)到近似粗顆粒膠片的水平（可能已經(jīng)提高）；對于直接數(shù)字化系統(tǒng)中的非晶硒探測器，在空間分辨率不大于4Lp/mm時(shí)，可獲得可與膠片相比的對比度（可能已經(jīng)提高）；而CR系統(tǒng)只能在很低的空間頻率時(shí)才能獲得可與膠片相比的對比度（可能已經(jīng)提高）。盡管數(shù)字射線技術(shù)在不斷發(fā)展，但到目前的基本狀況是，作為系統(tǒng)性能，無論是對比度或者是空間分辨率，都達(dá)不到膠片射線照相技術(shù)系統(tǒng)的水平，對于細(xì)小裂紋的檢測能力，一般說，與膠片照相技術(shù)還存在差距（可以已經(jīng)相當(dāng)或者有所超越）。,.,x射線膠片照相檢測作為一種常規(guī)無損檢測方法在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已有近百年的歷史，常規(guī)x射線探傷是用膠片作為信息記錄載體，檢測速度和成本等方面的問題使其已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要。數(shù)字射線檢測技術(shù)主要特點(diǎn)是無需膠片照相，這與數(shù)碼相機(jī)代替膠卷相機(jī)一樣，檢測結(jié)果的載體是數(shù)字圖像。由連續(xù)信號構(gòu)成的圖像稱為模擬圖像，膠片照相法得到的底片圖像就是模擬圖像；而數(shù)字圖像是指由大量的像素點(diǎn)構(gòu)成的可用二進(jìn)制數(shù)字描述的圖像。除了以膠片作為信息記錄載體，以x射線和射線作為檢測手段的常規(guī)射線照相方法外，還有一些已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展的其他種類的射線檢測方法是：高能射線照相，中子射線照相，數(shù)字化技術(shù)的圖像增強(qiáng)射線實(shí)時(shí)成像、計(jì)算機(jī)X射線照相（CR）、數(shù)字平板直接成像（DR）、計(jì)算機(jī)射線層析成像（工業(yè)CT）以及線陣列掃描成像等。數(shù)字射線檢測技術(shù)其中的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要膠片和暗室處理。而常規(guī)射線照相方法（x、）、高能射線照相（x）和中子射線照相需要用膠片作為信息記錄載體，必然需要暗室處理，相對地屬于模擬檢測技術(shù)。,.,1）數(shù)字射線檢測技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？相對于常規(guī)射線檢測技術(shù)，數(shù)字射線檢測技術(shù)更高效、快捷、有更高的動態(tài)范圍，存儲、調(diào)用、復(fù)制和傳輸都很方便。數(shù)字圖像可以在電腦、手機(jī)、平板、投影儀等設(shè)備上顯示和觀察，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程評判和會診。而常規(guī)射線檢測技術(shù)得到的底片只能通過專業(yè)的觀片燈來觀察，一般有且只有一套，需要的存儲空間較大，調(diào)用和傳輸都很麻煩。數(shù)字技術(shù)系統(tǒng)目前的空間分辨力基本狀況是：直接數(shù)字化采用的探測器：可達(dá)6Lp/mm；CR成像板（IP板）：可達(dá)10Lp/mm；圖像增強(qiáng)器：可達(dá)5Lp/mm；膠片掃描器：可達(dá)10Lp/mm。（Lp/mm：線對/毫米，空間分辨率單位）2）CR、DR、工業(yè)CT有哪些區(qū)別？CR和DR都能獲得工件的2D圖像，能對缺陷定性和定量，在長度、寬度方向定位，不能確定缺陷的深度，CR屬于間接數(shù)字成像，分辨率稍高于DR，而且CR的成像板可以切割和彎曲，對曲面工件有更好的適用性；DR屬于直接成像，效率高于CR，但其探測器（數(shù)字平板）不能彎曲，這限制了它的適用性。CT技術(shù)能獲得工件的3D圖像，能夠?qū)θ毕荻ㄐ浴⒍俊⒕_定位（長度、寬度、深度）。除CT以外的技術(shù)，是把工件全厚度方向上的信息重疊投影在一張底片上，無法分清各部分結(jié)構(gòu)或缺陷的位置（水平方向和深度方向）。而工業(yè)CT是工件的分層斷面圖像，可給出工件任一斷面（分層平面）的圖像，可以發(fā)現(xiàn)該斷面內(nèi)任何方向分布的缺陷，它具有影像不重疊、層次分明、對比度高和分辨率高等特點(diǎn)。,.,8.2高能射線照相能量在1MeV以上的x射線被稱為高能射線。由加速器產(chǎn)生，加速器分為兩種：回旋加速器和直線加速器。1、電子回旋加速器回旋加速器是利用帶電粒子在電場中被加速、在勻強(qiáng)磁場中作勻速圓周運(yùn)動的半徑不斷變大，而周期不變的特點(diǎn)，使粒子在磁場中每轉(zhuǎn)半周即能在電場中加速一次，從而使粒子獲得高速的裝置。電子回旋加速器采用變壓器的磁感效應(yīng)使電子加速。變壓器的一次繞組與交流電源連接，使鐵芯上的二次繞組產(chǎn)生的電壓等于二次繞組的匝數(shù)與磁通量的時(shí)間變化速率的乘積，產(chǎn)生的電子由存在于導(dǎo)線中的自由電子構(gòu)成。電子回旋加速器本質(zhì)上是一個(gè)變壓器。二次繞組是一個(gè)瓷制環(huán)形真空管，位于產(chǎn)生脈沖磁場的電磁體的兩級之間，射入管中的電子由于磁場作用將在環(huán)形通道中加速，作用在粒子上的力與磁通量變化速率和磁場大小成正比。被加速的電子在撞擊靶之前要環(huán)繞軌道旋轉(zhuǎn)幾十萬圈，以獲得足夠的能量。電子回旋加速器的焦點(diǎn)很小，照相幾何不清晰度小，可獲得高靈敏度的照片，但設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高，體積大，射線強(qiáng)度低，影響了它的應(yīng)用。,.,2、直線加速器直線加速器是采用沿直線軌道分布的高頻電場加速電子、質(zhì)子和重離子的裝置。通常用高功率的高頻或微波功率源來激勵(lì)加速腔。直線加速器的加速電場有行波和駐波兩類。由于電子即使在低能時(shí)也接近光速，大部分電子直線加速器采用行波加速方式。直線加速器的主體是由一系列空腔構(gòu)成的加速管，空腔兩端有孔可以使電子通過，電子從一個(gè)空腔進(jìn)入到下一個(gè)空腔，電子被加速一次。直線加速器使用射頻（RF）電磁場加速電子，利用磁控管產(chǎn)生自激振蕩發(fā)射微波，通過波導(dǎo)管把微波輸入到加速管內(nèi)。加速管空腔被設(shè)計(jì)成諧振腔，由電子槍發(fā)射的電子在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候射入空腔，穿過諧振腔的電子正好在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻到達(dá)磁場中某一加速點(diǎn)被加速，從而增加了能量，被加速的電子從前一腔出來后進(jìn)入下一個(gè)空腔被繼續(xù)加速，直到獲得很高的能量。電子到達(dá)靶時(shí)的速度可達(dá)光速的99%（亞光速），高速電子撞擊靶產(chǎn)生高能x射線。目前用于射線照相檢測的直線加速器有：行波加速器和駐波加速器。與電子回旋加速器相比，直線加速器焦點(diǎn)稍大，但其體積小，電子束流大，產(chǎn)生的x射線強(qiáng)度大，更適合用于工業(yè)射線照相。,.,直線加速器機(jī)頭,.,直線加速器機(jī)頭,.,直線加速器機(jī)頭,.,直線加速器控制箱,.,直線加速器電控柜,.,直線加速器電控柜,.,直線加速器電源箱,.,3、高能射線照相的特點(diǎn)1）高能射線穿透力強(qiáng)，透照厚度大X：鋼小于100mm；Co60：鋼小于200mm；高能射線：124MeV，400mm。2）焦點(diǎn)小，焦距大，照相清晰高電子回旋加速器：df=0.30.5mm；直線加速器：df=13mm；為了保證足夠大的輻射場，高能射線照相需要采用大焦距，小焦點(diǎn)和大焦距均有利于提高照相清晰度。3）散射線少，照相靈敏度高在高能范圍，射線光量子與物質(zhì)的作用主要是康普頓散射和電子對效應(yīng)，散射比隨著射線能量的提高不斷降低，另外，具有很高能量的次級粒子所引起的進(jìn)一步散射主要集中在一次射線方向，大角度散射總量少。因此，高能射線照相散射比小，照相靈敏度高。4）射線的能量和強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)被加速的電子，速度和數(shù)量可以調(diào)節(jié)，因此輸出的射線能量和強(qiáng)度也可以調(diào)節(jié)。即通過調(diào)節(jié)被加速電子的速度和數(shù)量來調(diào)節(jié)輸出的射線能量和強(qiáng)度。,.,5）射線強(qiáng)度大，曝光時(shí)間短，可以連續(xù)運(yùn)行，工作效率高直線加速器距離靶1m處的劑量可達(dá)4100Gy/min，大大高于射線的劑量率。曝光時(shí)間短，100mm鋼工件曝光約1min左右，并且散熱做的較好，因此，可以連續(xù)運(yùn)行，提高工作效率。6）照相厚度寬容度大物質(zhì)對高能射線的吸收系數(shù)隨能量變化較緩慢。大致在110MeV范圍，物質(zhì)的吸收系數(shù)隨能量增高緩慢減小，而在10100MeV范圍，物質(zhì)的吸收系數(shù)隨能量增高而緩慢增大。這種變化規(guī)率使高能射線照相具有很大的厚度寬容度。應(yīng)用高能射線照相對厚度差異大的工件，如曲軸、渦輪葉片等進(jìn)行檢測，可不考慮采用補(bǔ)償塊或其他特殊的工藝措施，即使工件的厚度相差一倍也能達(dá)到一般標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的黑度要求，而低能射線照相則達(dá)不到這樣的厚度寬容度。,.,4、高能射線照相的幾個(gè)技術(shù)數(shù)據(jù)1）固有不清晰度固有不清晰度因射線能量高而較大，與低能射線照相相反，固有不清晰度成為影響高能射線照相清晰度的主要因素。2）靈敏度在大多數(shù)材質(zhì)和厚度范圍內(nèi)，如果工藝正確，高能射線的靈敏度能夠1%。3）增感屏高能射線照相中，前屏的厚度對增感和濾波作用均產(chǎn)生顯著影響。而后屏的厚度對增感來說相對不重要。因此，高能射線照相時(shí)可以用也可以不用后屏。實(shí)驗(yàn)證明，某些條件下高能射線照相的靈敏度在不使用后屏?xí)r反而有所提高，這一點(diǎn)與常規(guī)射線照相有所不同。實(shí)際照相時(shí)，前屏通常選擇厚度0.25mm左右的鉛增感屏，如使用后屏，其厚度可與前民間相同。除鉛之外，根據(jù)需要也可采用銅、鉭和鎢等材料做增感屏，以滿足不同的檢測要求。,.,5、高能射線的輻射防護(hù)措施加速器產(chǎn)生的高能射線，不但能量高，而且強(qiáng)度也很大。假設(shè)一臺加速器在距離靶1m處每分鐘輸出的射線劑量是4Gy，能量是4MeV，若人員被該設(shè)備誤照是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)槿梭w全射輻射的半致死劑量就是4Gy，因此，必須嚴(yán)格做好安全防護(hù)措施。1）加速器的防護(hù)主要采用屏蔽防護(hù)，加速器的曝光室必須時(shí)行專門的安全防護(hù)設(shè)計(jì)，室外的劑量率必須低于國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2）因?yàn)楦吣躼射線對空氣進(jìn)行電離后產(chǎn)生的臭氧和氮氧化物對人體有害，因此室內(nèi)必須安裝通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行換氣。3）對于直線加速器，除了高能x射線的誤傷害防護(hù)之外，還應(yīng)時(shí)行微波輻射防護(hù)，同時(shí)還要預(yù)防高電壓、氟利昂氣體等對人體的危害。,.,8.3射線實(shí)時(shí)成像檢測技術(shù)射線實(shí)時(shí)成像檢測技術(shù)，是指在曝光透照的同時(shí)就可觀察到所產(chǎn)生的圖像的檢測技術(shù)。這就要求圖像能隨著成像物體的變化迅速改變，一般要求圖像的采集速度至少達(dá)到25幀/s。能達(dá)到這一要求的裝置有較早使用的x射線熒光檢測系統(tǒng)，以及目前正在應(yīng)用的圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時(shí)成像檢測系統(tǒng)。1、圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時(shí)成像原理射線實(shí)時(shí)成像可以用兩個(gè)“轉(zhuǎn)換”來描述：圖像增強(qiáng)器的輸入轉(zhuǎn)換屏接收穿透金屬材料后的x射線，將其轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像，稱為“光電轉(zhuǎn)換”；然后，圖像增強(qiáng)器的光電層將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子后發(fā)射，聚焦電極加有2530kV的高壓加速電子，并將其聚焦到輸出屏。輸出屏再將電子能量轉(zhuǎn)換為可見光圖像，圖像處理器（數(shù)碼攝像機(jī)）通過A/D轉(zhuǎn)換將接收到的可見光圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送到顯示器上。其過程為：射線模擬信號輸入屏閃爍體可見光輸入屏光電層電子輸出屏可見光CCD或其它攝像機(jī)視頻信號A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字圖像顯示與評判。在圖像增強(qiáng)器中實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換過程為：射線可見光電子可見光。圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時(shí)成像是間接化數(shù)字成像技術(shù)。圖像增強(qiáng)器是系統(tǒng)最重要的部件。,.,射線圖像數(shù)字化過程-圖像增強(qiáng)器間接數(shù)字化示意圖1-射線源2-機(jī)械裝置3-圖像增強(qiáng)器4-圖像顯示與處理部分5-視頻攝像系統(tǒng)6-工件可采取靜態(tài)圖像或動態(tài)視頻圖像采集。圖像增強(qiáng)器間接數(shù)字化圖像空間分辨力影響因素：輸入屏不清晰度、視頻攝像系統(tǒng)數(shù)字化采樣過程像素尺寸（采樣間隔）等的影響。,.,射線圖像數(shù)字化過程-圖像增強(qiáng)器間接數(shù)字化,.,2、射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)圖像的構(gòu)成要素1）像素：像素是構(gòu)成數(shù)字圖像的基本單元。像素越多，單個(gè)像素的尺寸越小，圖像的分辨率就越高，圖像越清晰。CRT顯示器圖像的像素取決于掃描密度，例如：由1024行水平掃描和768行垂直掃描構(gòu)成的圖像，包含有1024768個(gè)像素。在攝像系統(tǒng)以及液晶顯示器中，圖像的像素取決于CCD/CMOS光電傳感器上的光敏元件數(shù)目，一個(gè)光敏元件對應(yīng)一個(gè)像素。2）灰度：像素的亮度等級稱為灰度。其變化取決于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，用二進(jìn)制表示。如果是8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，則灰度可分為2的8次方=256個(gè)級別。3、射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)圖像的質(zhì)量指標(biāo)射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)圖像質(zhì)量的主要指標(biāo)有：圖像分辨率、圖像不清晰度和對比靈敏度。這三個(gè)指標(biāo)可大致對應(yīng)于膠片照相的顆粒度、不清晰度和對比度。,.,3、射線實(shí)時(shí)成像檢測技術(shù)的工藝要點(diǎn)1）最佳放大倍數(shù)；2）掃描速度和定位精度；3）圖像處理；4）系統(tǒng)性能校驗(yàn)。4、圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和局限性與常規(guī)射線膠片照相比較：1）工件的透照檢測和獲得透視圖像同步，檢測速快，工作效率高。2）不使用膠片，不需要暗室處理的化學(xué)藥品，運(yùn)行成本低，無環(huán)境污染。3）檢測結(jié)果可轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像用U盤等電子存儲器存儲、調(diào)用、復(fù)制、傳送比底片方便。4）圖像質(zhì)量，尤其是空間分辨率和清晰度低于膠片射線照相。5）圖像增強(qiáng)器體積較大，檢測系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性不如常規(guī)便攜式射線裝置。6）設(shè)備一次性投資較大。維護(hù)成本也較高。7）顯示視域有局限，圖像的邊緣容易扭曲失真。8）僅在最后階段通過數(shù)字?jǐn)z像機(jī)才變成數(shù)字信號圖像，而其成像過程，從射線作用再經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，造成信噪比降低和圖像質(zhì)量劣化，影響最終獲得的數(shù)字圖像質(zhì)量。,.,8.4數(shù)字化射線成像技術(shù)數(shù)字化射線成像技術(shù)包括計(jì)算機(jī)x射線照相技術(shù)（CR）、數(shù)字平板技術(shù)（DR）、線陣列掃描成像技術(shù)（LDA）。DR包括非晶硅（a-Si）數(shù)字平板、非晶硒（a-Se）數(shù)字平板和CMOS數(shù)字平板。1、計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)（CR）計(jì)算機(jī)射線照相，是指將x射線透過工件后的信息（由工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化引起的透過射線的強(qiáng)度變化）記錄在成像板上（LP板），經(jīng)掃描裝置讀取，再由計(jì)算機(jī)生成數(shù)字化圖像的技術(shù)。整個(gè)系統(tǒng)由成像板、激光掃描讀出器、數(shù)字圖像處理和儲存系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)軟件）、硬件（打印機(jī)和其他存儲介質(zhì)）組成。1.1計(jì)算機(jī)射線照相的工作過程：1）曝光：用普通x射線機(jī)對裝在暗盒內(nèi)的成像板曝光，射線穿過工件到至達(dá)成像板，成像板上的熒光物質(zhì)具有保留潛在圖像信息的能力，即形成潛影。2）掃描：成像板上的潛影是由熒光物質(zhì)在較高能帶俘獲的電子形成光激發(fā)射熒光中心構(gòu)成，在激光照料射下，光激發(fā)射熒光中心的電子將返回它們的初始能級，并以發(fā)射可見光的形式輸出能量，所發(fā)射的可見光強(qiáng)度與原來接收的射線劑量成比例。因此可用激光掃描儀逐點(diǎn)逐行進(jìn)行掃描，將存儲在成像板上的熒光潛影轉(zhuǎn)換為可光見信號。,.,3）成像：通過具有光電倍增和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的讀出器將轉(zhuǎn)換的可見光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給計(jì)算機(jī)，數(shù)字信號被計(jì)算機(jī)重建為可視影像顯示在顯示器上，根據(jù)需要對圖像進(jìn)行數(shù)字處理。激光掃描讀出圖像的速度：對100mm420mm的成像板中，完成掃描讀出過程不超過1min，讀出器有多槽自動排列讀出器和單槽讀出器兩種，前者可在同一時(shí)間內(nèi)處理更多的成像板。4）擦除：完成影像信息的讀取后，可對成像板上的殘留信號進(jìn)行消影處理，為下次使用做好準(zhǔn)備。成像板的壽命可達(dá)數(shù)千次。計(jì)算機(jī)射線照相的整個(gè)工作流程可以描述為：射線模擬信號IP板激光熒光光電倍增管電信號A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像合成、顯示與評定。計(jì)算機(jī)射線照相檢測是間接數(shù)字化技術(shù)。1.2計(jì)算機(jī)射線照相系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)1）激光掃描儀的性能參數(shù)。2）成像板（IP板）的性能參數(shù)。3）空間分辨率和信噪比。4）圖像不清晰度。,.,1.3計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)（CR）的優(yōu)點(diǎn)和局限性1）原有的x射線設(shè)備不需要更換或改造，可以直接使用。2）寬容度大，曝光條件易選擇，對曝光不足或過度的膠片可通過影像處理進(jìn)行補(bǔ)救。3）可減小照相曝光量。CR技術(shù)可對成像板獲取的信息進(jìn)行放大增益，從而大幅度地減少x射線曝光量。與膠片射線照相比較，根據(jù)成像板的特點(diǎn)，曝光量可減少10%60%。這也有利于輻射防護(hù)。4）CR技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)字圖像存儲、傳輸、提取、觀察方便。5）成像板與膠片一樣，有不同規(guī)格，能夠分割和彎曲，對曲面工件的適應(yīng)性好。成像板可重復(fù)使用幾千次，其壽命決定于機(jī)械磨損程度。雖然單板的價(jià)格昂貴，但實(shí)際比膠片更便宜。6）CR成像的空間分辨率可達(dá)5Lp/mm（即100mm），稍低于膠片水平。7、雖然比膠片照相速度快一些，但是不能直接獲取圖像，必須將CR屏放入讀取器中才能得到圖像。8、CR成像板與膠片一樣，對使用條件有一定要求，不能在潮濕的環(huán)中和極端的溫度條件下使用。,.,射線圖像數(shù)字化過程-IP板（CR技術(shù)）間接數(shù)字化,.,射線圖像數(shù)字化過程-IP板（CR技術(shù)）間接數(shù)字化檢測過程可分為獨(dú)立的三步：透照、讀出、評定。,射線模擬信號IP板激光熒光光電倍增管電信號A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像合成、顯示與評定。,圖像空間分辨影響因素：IP板本身的空間分辨力（不清晰度）；圖像讀出時(shí)采用的掃描點(diǎn)尺寸；掃描步進(jìn)精度。,.,2、線陣列掃描成像技術(shù)（LDA）1）線陣列掃描數(shù)字成像系統(tǒng)工作原理（如圖所示）由x射線機(jī)發(fā)出的經(jīng)準(zhǔn)直為扇形的一束x射線，穿過被檢工件，被線掃描成像器（LDA探測器）接收，將x射線直接轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，然后傳送到圖像采集控制器和計(jì)算機(jī)中。每次掃描LDA探濁器所生成的圖像僅僅是很窄的一條線。為了獲得完整的圖像，就必須使被檢工件作勻速運(yùn)動，同時(shí)反復(fù)進(jìn)行掃描，計(jì)算機(jī)將多次掃描獲得的線形圖像進(jìn)行組合，最后在顯示器上顯示出完整的圖像，完成整個(gè)成像過程。線陣列掃描技術(shù)是直接數(shù)字化成像，同時(shí)也是實(shí)時(shí)成像技術(shù)。目前LDA成像器具有承受管電壓450kV的x射線直接照射的能力。,.,2）線陣列掃描數(shù)字成像系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和局限性由于線陣列掃描探測器本身具有數(shù)字化采集功能，因此光學(xué)鏡頭、攝像機(jī)和圖像采集卡可以省略；線陣列掃描探測器的造價(jià)比圖像增強(qiáng)器高，比數(shù)字平板（DR）低很多，但是由于線陣列探測器是采取線掃描逐行成像，對X射線源不過分強(qiáng)調(diào)采用小焦點(diǎn)，同時(shí)省略了光學(xué)鏡頭、攝像機(jī)和圖像采集卡，因此，總體造價(jià)比圖像增強(qiáng)器成像系統(tǒng)高不了太多。圖像質(zhì)量比圖像增強(qiáng)技術(shù)高，但低于數(shù)子平板技術(shù)（DR），更低于計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)（CR）。但是，線陣列探測器X射線實(shí)時(shí)成像檢測技術(shù)的成像速度比計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)（CR）快的多，但比圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像慢，影響了檢測效率的發(fā)揮，這是它的美中不足之處。運(yùn)行費(fèi)用低，大致與圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像相近。線陣列探測器X射線實(shí)時(shí)成像檢測技術(shù)當(dāng)前在氣瓶、鍋爐、壓力容器、壓力管道、油氣長輸管道對接焊縫及機(jī)械零件、航空航天部件的無損檢測領(lǐng)域中都有非常好的應(yīng)用。,.,3）線掃描成像器的技術(shù)特性空間分辨率LDA的像素尺寸在80250m。動態(tài)范圍比理論值低。動態(tài)校準(zhǔn)閃爍體材質(zhì)的不均勻性、光電二極管的轉(zhuǎn)換不一致性、溫度的變化都要求對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)。掃描速度系統(tǒng)的掃描速度取決于x射線光通量的大小，而x射線光通量同時(shí)還影響著數(shù)字圖像的質(zhì)量。與射線相關(guān)的設(shè)計(jì)閃爍體須與x射線的能量相匹配，因此，不同的射線源，對LDA的設(shè)計(jì)也會明顯的差別，必須考慮閃爍體的承受能力。目前LDA成像器具有承受管電壓450kV的x射線直接照射的能力。x射線的屏蔽和準(zhǔn)直影響著圖像的信噪比。,.,.,3、數(shù)字平板直接成像技術(shù)（DR）數(shù)字平板直接成像技術(shù)是近幾年才發(fā)展起來的全新的數(shù)字化成像技術(shù)。數(shù)字平板直接成像技術(shù)與膠片和CR的處理過程不同，在兩次照射期間，不必更換膠片和存儲熒光板，僅需要幾秒鐘的數(shù)據(jù)采集，就可以觀察到圖像，檢測速度和效率大大高于膠片和CR技術(shù)。除了不能分割和彎曲外，數(shù)字平板與膠片和CR具有幾乎相販適應(yīng)性和應(yīng)用范圍。數(shù)字平板的成像質(zhì)量比圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)好很多，不僅成像區(qū)均勻，滑邊緣幾何變形，而空間分辨率和靈敏度要高得多，其圖像質(zhì)量已接近或達(dá)到膠片照相水平。與線陣列掃描成像（LDA）相比，數(shù)字平板可做成大面積平板一次曝光形成圖像，而不需要通過移動或旋轉(zhuǎn)工件，經(jīng)過多次線掃描才獲得圖像。數(shù)字平板技術(shù)有非晶硅（a-Si）和非晶硒（a-Se）和CMOS三種。,.,1）非晶硅與非晶硒非晶硅平板成像稱為間接成像：需要中間媒介閃爍層將x射線轉(zhuǎn)換為可見光，再轉(zhuǎn)換為電信號。非晶硒平板成像稱為直接成像：x射線撞擊硒層，硒層直接將x射線轉(zhuǎn)換成電荷。目前，非晶硅和非晶硒的空間分辨率都不如膠片。非晶硒與非晶硅相比，非晶硒的空間分辨率更好一些。當(dāng)要求分辨率小于200m時(shí)應(yīng)使用非晶硒板。當(dāng)允許的分辨率大于200m時(shí)可考慮使用非晶硅。非晶硅的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是獲得圖像的速度比非硒板更快。,.,2）CMOS數(shù)字平板CMOS數(shù)字平板由集成的CMOS記憶芯片構(gòu)成，所謂的“CMOS”是互補(bǔ)金屬氧化物硅半導(dǎo)體。和CCD一樣，是可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS探測器上可以使用任何x射線：脈沖的、整流的、恒壓的，電流從幾微安培到30安培，改進(jìn)的CMOS探測器可以接收450keV20keV的能量。掃描式探測器要求恒壓X射線機(jī)，能量從20keV300keV的電壓及任何大小的電流。,.,CM0S的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒有什么差加，主要是和硅和鍺（zh）這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶正電）和P（帶正電）級的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)有所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像?！盎钚韵裨筋^技術(shù)”是指把所有的電子制制和放大電路放置于每一個(gè)圖你探頭上，取代一般探頭器在邊沿布線的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使CMOS探測器的抗震性更強(qiáng)，壽命更長。CMOS受溫度的影響非常小，工作溫度范圍很寬，從0.5543.3的溫度變化范圍都不需要標(biāo)定（標(biāo)定的意思就是校準(zhǔn)）。CMOS探測器的填充系數(shù)高達(dá)90%以上，高出非晶硅探測器約60%。探測器的填充系數(shù)是活性區(qū)域表面的百分比，是表征元器件探測光電子的能力的指標(biāo)，填充系數(shù)越高，其靈敏度也應(yīng)越高。采用軸外檢測方法，可消除散射（不希望的信號）（實(shí)際為減少），減少輻射對探測器的直接沖擊（輻射噪聲），延長探測器使用命。由于主要的輻射光束被屏蔽了，可以有很高的信噪比。使用小型CMOS系統(tǒng)，曝光時(shí)間為0.53秒，把數(shù)據(jù)修正并把圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)工作站上，并顯示出約需10秒，可以認(rèn)為是實(shí)時(shí)成像？。如果精度為80m，圖像接收板的掃描速度最高可達(dá)2.5m/min。,.,4、數(shù)字化射線成像技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)各種數(shù)字化射線成像技術(shù)的共同特點(diǎn)是：檢測過程容易實(shí)現(xiàn)自動化，工作效率高，成像質(zhì)量好，數(shù)字圖像的處理、存儲、傳輸、提取、觀察應(yīng)用十分方便。從成像速度來說，各種數(shù)字化射線成像技術(shù)均比不上圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像，但比膠片照相或CR技術(shù)快得多。膠片照相或CR技術(shù)在兩次照射期間需要更換膠片和存儲熒光板，曝光后需沖洗和放入專門裝置讀取，需要花費(fèi)許多時(shí)間。而數(shù)字化射線成像技術(shù)僅僅需要幾秒鐘到幾十秒的數(shù)據(jù)采集時(shí)間，就可以觀察到圖像。數(shù)字化射線成像技術(shù)成像的速度與成像精度有關(guān)，其中最快的非晶硅平板可以每秒30幅的速度顯示圖像，甚至可以替代圖像增強(qiáng)器，然而，成像速度越快，所獲得的圖像的質(zhì)量就越低。成像速度由高到低圖像增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像非晶硅非晶硒CMOSLDACR膠片照相底片掃描。,.,除了不能進(jìn)行分割和彎曲以外，數(shù)字平板能夠與膠片和CR有同樣的應(yīng)范圍，可以被放置在機(jī)械或傳送帶位置，檢測通過的零件（在線檢測），也可以采用多角度配置進(jìn)行多視域的檢測。適用性適用性由好到差CR膠片照相底片掃描非晶硅非晶硒CMOSLDA圖像增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像。,.,數(shù)字化射線成像技術(shù)的圖像質(zhì)量比圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)高得多。各種成像技術(shù)比較：使用幾何放大的圖像增強(qiáng)器線性的空間分辨率約為300m，二級管陣列（LDA）的空間分辨率約為250m，非晶硅/非晶硒接收板的空間分辨率約為130m，CR平板的空間分辨率約為100m。小型CMOS探測器的像素尺寸約為50m，掃描式CMOS陣列探測器的像素為80m，使用幾何放大的掃描式CMOS陣列探測器的空間分辨率可達(dá)到幾m。一般情況下，50m以下的分辨率適合于集成電路檢測；50125m的分辨率適合焊接接頭檢測，100200m的分辨率適合鑄造和鍛造零件的檢測，200240m的分辨率只適合醫(yī)療診斷和工業(yè)CT?？臻g分辨率空間分辨率由高到低膠片照相CR底片掃描CMOS非晶硒非晶硅線陣列掃描成像LDA圖像增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像。,.,增加射線劑量（mAmin）、降低圖像傳感器動態(tài)范圍和增加信號增益可以大幅度提高圖像對比度和靈敏度，但寬容度會大幅下降，反之亦然。從應(yīng)用的角度考慮，焊接接頭檢測選擇高對比度探測器，而復(fù)雜零件檢測選擇寬容度大的探測器。數(shù)字化平板的共同缺點(diǎn)是其價(jià)格昂貴，而膠片和CR的成本相對較低，數(shù)字平板需要連接電纜和電源；非晶硅/非晶硒接收板數(shù)板易碎，其靈敏度會隨溫度變化。一次投入費(fèi)用/運(yùn)營成本一次投入費(fèi)用由高到低CMOS非晶硒非晶LDACR圖像增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像底片掃描膠片照相。運(yùn)營成本由高到低底片掃描膠片照相CR非晶硒非晶硅CMOSLDA圖像增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像。（這里說的運(yùn)營成本是指長期運(yùn)行材料消耗的成本，是否也包括維修保養(yǎng)的費(fèi)用？）,.,8.5x射線層析照相（x-CT）x射線計(jì)算機(jī)層析是近30年來迅速發(fā)展起來看計(jì)算機(jī)與x射線相結(jié)合的檢測技術(shù)。該技術(shù)最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，工業(yè)CT檢測技術(shù)在上世80年代末逐步進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。1）工作原理簡介工業(yè)CT是用經(jīng)過高度準(zhǔn)直的窄束x射線對工件分層進(jìn)行掃描。X射線管與探測器作為同步轉(zhuǎn)動的整體，分別位于工件兩測的相對位置。檢查中x射線束從各個(gè)方向?qū)Ρ惶讲榈臄喟龠M(jìn)行掃描，位于對側(cè)的探測器接收透過斷面的x射線，然后將這些x射線信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再由?數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最后由圖像顯示器用不同的灰度等級顯示出來，就成為一幅x-CT圖像。,.,2）工業(yè)CT技術(shù)的應(yīng)用（1）缺陷檢測：在一定的檢測方式下，對氣孔、夾雜、針孔、縮孔、分層、裂紋等各種常見缺陷具有很高的探測靈敏度。（2）尺寸測量：利用工業(yè)CT的二維或三維圖像，可實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)尺寸、裝配間隙、壁厚和位置關(guān)系的高精度測量。用于精密零部件的尺寸測量，誤差不大于0.1mm。（3）結(jié)構(gòu)分析：通過CT檢測封閉物體，可獲得物體內(nèi)部二維或三維結(jié)構(gòu)分布，實(shí)現(xiàn)偏心、變形、間隙等信息分析，對判斷裝配質(zhì)量具有優(yōu)勢。（4）密度分析：由于其較高對比度靈敏度，是對缺陷檢測尤其密度分布測量具有優(yōu)勢。,.,3）工業(yè)CT技術(shù)的特點(diǎn)（1）準(zhǔn)確率高。CT技術(shù)能獲得工件的3D圖像，能夠?qū)θ毕荻ㄐ?、定量、精確定位（長度、寬度、深度）。除CT以外的技術(shù)，是把工件全厚度方向上的信息重疊投影在一張底片上，無法分清各部分結(jié)構(gòu)或缺陷的位置（水平方向和深度方向）。而工業(yè)CT是工件的分層斷面圖像，可給出工件任一平面層（斷面的各分層平面）的圖像，可以發(fā)現(xiàn)平面內(nèi)任何方向分布的缺陷，它具有影像不重疊、層次分明、對比度高和分辨率高等特點(diǎn)。（2）產(chǎn)生的數(shù)字化圖像信號貯存、轉(zhuǎn)錄十分方便。（3）完整地檢測一個(gè)工件比常規(guī)射線照相需要的時(shí)間長的多，費(fèi)用也要高的多。（4）工業(yè)CT系統(tǒng)一次性投入價(jià)格很高。,.,x-CT層析成像工作原理圖示,.,x-CT層析成像工作原理圖示,.,x-CT層析成像檢測系統(tǒng),.,x-CT層析成像工作原理圖示,.,工業(yè)CT層析成像檢測技術(shù)發(fā)展用一個(gè)X射線源，一個(gè)探測器；探測器和射線源同步作平移運(yùn)動，并旋轉(zhuǎn)掃描以獲取投影數(shù)據(jù)；第一代主要缺點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)的時(shí)間比較長，每次約需要幾分鐘。,.,工業(yè)CT層析成像檢測技術(shù)發(fā)展用一個(gè)小角度扇形射線束和多個(gè)檢測器來代替原來的單一檢測器。使在每一個(gè)發(fā)射位置上可以同時(shí)檢測到多個(gè)投影數(shù)據(jù)。由于是扇形射線束對應(yīng)多個(gè)探測器，整個(gè)數(shù)據(jù)采集時(shí)間縮短。,.,工業(yè)CT層析成像檢測技術(shù)發(fā)展第三代：它與一，二代掃描儀不同。它只包含扇形束的旋轉(zhuǎn)掃描，而不包括X射線源與檢測器的平移運(yùn)動。因?yàn)榈谌鷴呙鑳x的扇形束，已擴(kuò)展至能容納下整個(gè)工件的截面。檢測器陣列通常有幾百個(gè)或上千個(gè)檢測器單元，依次排列而成。工件圍繞著一個(gè)公共軸心旋轉(zhuǎn)，X射線源與檢測器同時(shí)作上下平移運(yùn)動（Z軸同步）。這一代掃描儀的明顯優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化了，可以保證機(jī)械掃描精度，并使掃描速度有了明顯的提高（通常為幾秒鐘）。第四代掃描儀采用在360度圓周上固定安裝好的檢測器，數(shù)據(jù)的采集只是靠旋轉(zhuǎn)X射線源，整個(gè)探測器陣列是不動的。它的缺點(diǎn)是對某一特定的檢測單元來說，在不同的掃描位置上，X射線以不同的角度轟擊探測器，這將對重建圖像的質(zhì)量發(fā)生影響。同時(shí)制造成本也高。,.,.,工業(yè)CT層析成像檢測技術(shù)發(fā)展,.,工業(yè)CT層析成像檢測技術(shù)發(fā)展,.,8.6中子射線照相1、中子射線物理知識簡介中子是一種不帶電的基本粒子，中子射線與x射線和射線唯一的相同點(diǎn)是都屬于不帶電粒子束流，具有很強(qiáng)的穿透物質(zhì)的能力。X射線