無損檢測(其他射線檢測方法和技術)ppt精選課件

.,第8章其他射線檢測方法和技術8.1一般介紹隨著計算機技術的發(fā)展和普及，人類進入了數(shù)字化時代。無損檢測技術也隨之發(fā)生著變革。目前無損檢測技術進展主要包括三個方面：首先，無損檢測技術正從一般的無損檢測向自動無損檢測發(fā)展，引入計算機和數(shù)字圖像處理技術進行檢測和分析數(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、在線檢測技術和在役檢測技術；第三，是開展無損檢測新原理、新方法、新技術的探索研究。射線檢測技術從20世紀20年代發(fā)展到現(xiàn)在，在工業(yè)應用領域已形成了比較完整的射線無損檢測技術系統(tǒng)，它由三大部分技術組成：1、射線照相技術，主要包括膠片射線照相技術和CR技術；2、射線實時成像技術，主要技術系統(tǒng)有三種，即由圖像增強器、平板探測器、線陣探測器構成的射線實時成像檢測技術系統(tǒng)。3、射線層析成像技術，主要技術是CT技術、康普頓散射成像技術。,.,與其他無損檢測技術比較，射線檢測技術具有的突出特點是：1）檢測結果顯示直觀，為評定檢測結果提供了客觀依據(jù)；2）檢測過程的質(zhì)量（工作質(zhì)量、技術狀況、設備器材質(zhì)量等）可有效地監(jiān)督監(jiān)測，為檢測結果的可靠性評定提供客觀依據(jù)。正是由于這些優(yōu)點，作為最早應用于工業(yè)領域的無損檢測技術，至今仍是最重要、應用最廣泛的無損檢測技術，特別是對于一些關系重大的工業(yè)部門和設施、設備。其中某些技術可能是某些特殊結構（例如：復雜多層結構、）目前唯一可以應用的技術。數(shù)字射線檢測技術體系從數(shù)字射線檢測技術概念的角度，可將目前的射線檢測技術分成三個部分：直接數(shù)字化射線檢測技術、間接數(shù)字化射線檢測技術、后數(shù)字化射線檢測技術。直接數(shù)字化射線檢測技術是采用分立輻射探測器實現(xiàn)射線圖像記錄的技術。它包括CT技術、康普頓散射技術、平板探測器成像技術（DR）、線陣探測器實時成像技術（LDA）等。,.,間接數(shù)化射線檢測技術是需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換獲得射線檢測圖像的射線檢測技術，它包括：圖像增強器實時成像技術、CR技術等。后數(shù)字化射線檢測技術是對膠片射線照相技術，需要時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，在進行圖像數(shù)字化時，存在損失膠片上記錄的某些微小細節(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)字化技術意義不大。從一些文獻給出的結果來看，關于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，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，都達不到膠片射線照相技術系統(tǒng)的水平，對于細小裂紋的檢測能力，一般說，與膠片照相技術還存在差距（可以已經(jīng)相當或者有所超越）。,.,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)領域的應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)字射線檢測技術主要特點是無需膠片照相，這與數(shù)碼相機代替膠卷相機一樣，檢測結果的載體是數(shù)字圖像。由連續(xù)信號構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構成的可用二進制數(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)領域得到應用和發(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)字化技術的圖像增強射線實時成像、計算機X射線照相（CR）、數(shù)字平板直接成像（DR）、計算機射線層析成像（工業(yè)CT）以及線陣列掃描成像等。數(shù)字射線檢測技術其中的一個優(yōu)點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。,.,1）數(shù)字射線檢測技術有哪些優(yōu)點？相對于常規(guī)射線檢測技術，數(shù)字射線檢測技術更高效、快捷、有更高的動態(tài)范圍，存儲、調(diào)用、復制和傳輸都很方便。數(shù)字圖像可以在電腦、手機、平板、投影儀等設備上顯示和觀察，可以實現(xiàn)遠程評判和會診。而常規(guī)射線檢測技術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6Lp/mm；CR成像板（IP板）：可達10Lp/mm；圖像增強器：可達5Lp/mm；膠片掃描器：可達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，是把工件全厚度方向上的信息重疊投影在一張底片上，無法分清各部分結構或缺陷的位置（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。,.,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、在勻強磁場中作勻速圓周運動的半徑不斷變大，而周期不變的特點，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)與磁通量的時間變化速率的乘積，產(chǎn)生的電子由存在于導線中的自由電子構成。電子回旋加速器本質(zhì)上是一個變壓器。二次繞組是一個瓷制環(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很小，照相幾何不清晰度小，可獲得高靈敏度的照片，但設備復雜，造價高，體積大，射線強度低，影響了它的應用。,.,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成的加速管，空腔兩端有孔可以使電子通過，電子從一個空腔進入到下一個空腔，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，通過波導管把微波輸入到加速管內(nèi)。加速管空腔被設計成諧振腔，由電子槍發(fā)射的電子在適當?shù)臅r候射入空腔，穿過諧振腔的電子正好在適當?shù)臅r刻到達磁場中某一加速點被加速，從而增加了能量，被加速的電子從前一腔出來后進入下一個空腔被繼續(xù)加速，直到獲得很高的能量。電子到達靶時的速度可達光速的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，直線加速器焦點稍大，但其體積小，電子束流大，產(chǎn)生的x射線強度大，更適合用于工業(yè)射線照相。,.,直線加速器機頭,.,直線加速器機頭,.,直線加速器機頭,.,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1）高能射線穿透力強，透照厚度大X：鋼小于100mm；Co60：鋼小于200mm；高能射線：124MeV，400mm。2）焦點小，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，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度。,.,5）射線強度大，曝光時間短，可以連續(xù)運行，工作效率高直線加速器距離靶1m處的劑量可達4100Gy/min，大大高于射線的劑量率。曝光時間短，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、渦輪葉片等進行檢測，可不考慮采用補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到一般標準規(guī)定的黑度要求，而低能射線照相則達不到這樣的厚度寬容度。,.,4、高能射線照相的幾個技術數(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，高能射線照相時可以用也可以不用后屏。實驗證明，某些條件下高能射線照相的靈敏度在不使用后屏時反而有所提高，這一點與常規(guī)射線照相有所不同。實際照相時，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措施加速器產(chǎn)生的高能射線，不但能量高，而且強度也很大。假設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，若人員被該設備誤照是十分危險的，因為人體全射輻射的半致死劑量就是4Gy，因此，必須嚴格做好安全防護措施。1）加速器的防護主要采用屏蔽防護，加速器的曝光室必須時行專門的安全防護設計，室外的劑量率必須低于國家衛(wèi)生標準的規(guī)定。2）因為高能x射線對空氣進行電離后產(chǎn)生的臭氧和氮氧化物對人體有害，因此室內(nèi)必須安裝通風設備進行換氣。3）對于直線加速器，除了高能x射線的誤傷害防護之外，還應時行微波輻射防護，同時還要預防高電壓、氟利昂氣體等對人體的危害。,.,8.3射線實時成像檢測技術射線實時成像檢測技術，是指在曝光透照的同時就可觀察到所產(chǎn)生的圖像的檢測技術。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到25幀/s。能達到這一要求的裝置有較早使用的x射線熒光檢測系統(tǒng)，以及目前正在應用的圖像增強器射線實時成像檢測系統(tǒng)。1、圖像增強器射線實時成像原理射線實時成像可以用兩個“轉(zhuǎn)換”來描述：圖像增強器的輸入轉(zhuǎn)換屏接收穿透金屬材料后的x射線，將其轉(zhuǎn)換為光學圖像，稱為“光電轉(zhuǎn)換”；然后，圖像增強器的光電層將光學圖像轉(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）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或其它攝像機視頻信號A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字圖像顯示與評判。在圖像增強器中實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換過程為：射線可見光電子可見光。圖像增強器射線實時成像是間接化數(shù)字成像技術。圖像增強器是系統(tǒng)最重要的部件。,.,射線圖像數(shù)字化過程-圖像增強器間接數(shù)字化示意圖1-射線源2-機械裝置3-圖像增強器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-圖像增強器間接數(shù)字化,.,2、射線實時成像系統(tǒng)圖像的構成要素1）像素：像素是構成數(shù)字圖像的基本單元。像素越多，單個像素的尺寸越小，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行垂直掃描構成的圖像，包含有1024768個像素。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，一個光敏元件對應一個像素。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個級別。3、射線實時成像系統(tǒng)圖像的質(zhì)量指標射線實時成像系統(tǒng)圖像質(zhì)量的主要指標有：圖像分辨率、圖像不清晰度和對比靈敏度。這三個指標可大致對應于膠片照相的顆粒度、不清晰度和對比度。,.,3、射線實時成像檢測技術的工藝要點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。4、圖像增強器射線實時成像系統(tǒng)的優(yōu)點和局限性與常規(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藥品，運行成本低，無環(huán)境污染。3）檢測結果可轉(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）圖像增強器體積較大，檢測系統(tǒng)應用的靈活性不如常規(guī)便攜式射線裝置。6）設備一次性投資較大。維護成本也較高。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)字攝像機才變成數(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)字化射線成像技術數(shù)字化射線成像技術包括計算機x射線照相技術（CR）、數(shù)字平板技術（DR）、線陣列掃描成像技術（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、計算機射線照相技術（CR）計算機射線照相，是指將x射線透過工件后的信息（由工件內(nèi)部結構變化引起的透過射線的強度變化）記錄在成像板上（LP板），經(jīng)掃描裝置讀取，再由計算機生成數(shù)字化圖像的技術。整個系統(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)（計算機軟件）、硬件（打印機和其他存儲介質(zhì)）組成。1.1計算機射線照相的工作過程：1）曝光：用普通x射線機對裝在暗盒內(nèi)的成像板曝光，射線穿過工件到至達成像板，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逐行進行掃描，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)字信號傳送給計算機，數(shù)字信號被計算機重建為可視影像顯示在顯示器上，根據(jù)需要對圖像進行數(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行消影處理，為下次使用做好準備。成像板的壽命可達數(shù)千次。計算機射線照相的整個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)字信號計算機數(shù)字圖像合成、顯示與評定。計算機射線照相檢測是間接數(shù)字化技術。1.2計算機射線照相系統(tǒng)的技術參數(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計算機射線照相技術（CR）的優(yōu)點和局限性1）原有的x射線設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行補救。3）可減小照相曝光量。CR技術可對成像板獲取的信息進行放大增益，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，曝光量可減少10%60%。這也有利于輻射防護。4）CR技術產(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，對曲面工件的適應性好。成像板可重復使用幾千次，其壽命決定于機械磨損程度。雖然單板的價格昂貴，但實際比膠片更便宜。6）CR成像的空間分辨率可達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）間接數(shù)字化,.,射線圖像數(shù)字化過程-IP板（CR技術）間接數(shù)字化檢測過程可分為獨立的三步：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)字信號計算機數(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）；圖像讀出時采用的掃描點尺寸；掃描步進精度。,.,2、線陣列掃描成像技術（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射線機發(fā)出的經(jīng)準直為扇形的一束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算機中。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動，同時反復進行掃描，計算機將多次掃描獲得的線形圖像進行組合，最后在顯示器上顯示出完整的圖像，完成整個成像過程。線陣列掃描技術是直接數(shù)字化成像，同時也是實時成像技術。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，因此光學鏡頭、攝像機和圖像采集卡可以省略；線陣列掃描探測器的造價比圖像增強器高，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射線源不過分強調(diào)采用小焦點，同時省略了光學鏡頭、攝像機和圖像采集卡，因此，總體造價比圖像增強器成像系統(tǒng)高不了太多。圖像質(zhì)量比圖像增強技術高，但低于數(shù)子平板技術（DR），更低于計算機射線照相技術（CR）。但是，線陣列探測器X射線實時成像檢測技術的成像速度比計算機射線照相技術（CR）快的多，但比圖像增強器實時成像慢，影響了檢測效率的發(fā)揮，這是它的美中不足之處。運行費用低，大致與圖像增強器實時成像相近。線陣列探測器X射線實時成像檢測技術當前在氣瓶、鍋爐、壓力容器、壓力管道、油氣長輸管道對接焊縫及機械零件、航空航天部件的無損檢測領域中都有非常好的應用。,.,3）線掃描成像器的技術特性空間分辨率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)進行動態(tài)校準。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射線光通量同時還影響著數(shù)字圖像的質(zhì)量。與射線相關的設計閃爍體須與x射線的能量相匹配，因此，不同的射線源，對LDA的設計也會明顯的差別，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射線的屏蔽和準直影響著圖像的信噪比。,.,.,3、數(shù)字平板直接成像技術（DR）數(shù)字平板直接成像技術是近幾年才發(fā)展起來的全新的數(shù)字化成像技術。數(shù)字平板直接成像技術與膠片和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。除了不能分割和彎曲外，數(shù)字平板與膠片和CR具有幾乎相販適應性和應用范圍。數(shù)字平板的成像質(zhì)量比圖像增強器射線實時成像系統(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。當要求分辨率小于200m時應使用非晶硒板。當允許的分辨率大于200m時可考慮使用非晶硅。非晶硅的另一個優(yōu)點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記憶芯片構成，所謂的“CMOS”是互補金屬氧化物硅半導體。和CCD一樣，是可記錄光線變化的半導體。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，能量從20keV300keV的電壓及任何大小的電流。,.,CM0S的制造技術和一般計算機芯片沒有什么差加，主要是和硅和鍺（zh）這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶正電）和P（帶正電）級的半導體，這兩個互補效應有所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。“活性像元探頭技術”是指把所有的電子制制和放大電路放置于每一個圖你探頭上，取代一般探頭器在邊沿布線的結構。這種結構使CMOS探測器的抗震性更強，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定（標定的意思就是校準）。CMOS探測器的填充系數(shù)高達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，填充系數(shù)越高，其靈敏度也應越高。采用軸外檢測方法，可消除散射（不希望的信號）（實際為減少），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)，曝光時間為0.53秒，把數(shù)據(jù)修正并把圖像傳輸?shù)接嬎銠C工作站上，并顯示出約需10秒，可以認為是實時成像？。如果精度為80m，圖像接收板的掃描速度最高可達2.5m/min。,.,4、數(shù)字化射線成像技術特點總結各種數(shù)字化射線成像技術的共同特點是：檢測過程容易實現(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、觀察應用十分方便。從成像速度來說，各種數(shù)字化射線成像技術均比不上圖像增強器實時成像，但比膠片照相或CR技術快得多。膠片照相或CR技術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，需要花費許多時間。而數(shù)字化射線成像技術僅僅需要幾秒鐘到幾十秒的數(shù)據(jù)采集時間，就可以觀察到圖像。數(shù)字化射線成像技術成像的速度與成像精度有關，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器CCD實時成像非晶硅非晶硒CMOSLDACR膠片照相底片掃描。,.,除了不能進行分割和彎曲以外，數(shù)字平板能夠與膠片和CR有同樣的應范圍，可以被放置在機械或傳送帶位置，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圖像增強器CCD實時成像。,.,數(shù)字化射線成像技術的圖像質(zhì)量比圖像增強器射線實時成像系統(tǒng)高得多。各種成像技術比較：使用幾何放大的圖像增強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。空間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圖像增強器CCD實時成像。,.,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。從應用的角度考慮，焊接接頭檢測選擇高對比度探測器，而復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是其價格昂貴，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。一次投入費用/運營成本一次投入費用由高到低CMOS非晶硒非晶LDACR圖像增強器CCD實時成像底片掃描膠片照相。運營成本由高到低底片掃描膠片照相CR非晶硒非晶硅CMOSLDA圖像增強器CCD實時成像。（這里說的運營成本是指長期運行材料消耗的成本，是否也包括維修保養(yǎng)的費用？）,.,8.5x射線層析照相（x-CT）x射線計算機層析是近30年來迅速發(fā)展起來看計算機與x射線相結合的檢測技術。該技術最早應用于醫(yī)學，工業(yè)CT檢測技術在上世80年代末逐步進入實際應用階段。1）工作原理簡介工業(yè)CT是用經(jīng)過高度準直的窄束x射線對工件分層進行掃描。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射線束從各個方向?qū)Ρ惶讲榈臄喟龠M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)殡娦盘枺儆赡?數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計算機進行處理，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技術的應用（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，可實現(xiàn)對結構尺寸、裝配間隙、壁厚和位置關系的高精度測量。用于精密零部件的尺寸測量，誤差不大于0.1mm。（3）結構分析：通過CT檢測封閉物體，可獲得物體內(nèi)部二維或三維結構分布，實現(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技術的特點（1）準確率高。CT技術能獲得工件的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，是把工件全厚度方向上的信息重疊投影在一張底片上，無法分清各部分結構或缺陷的位置（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。（2）產(chǎn)生的數(shù)字化圖像信號貯存、轉(zhuǎn)錄十分方便。（3）完整地檢測一個工件比常規(guī)射線照相需要的時間長的多，費用也要高的多。（4）工業(yè)CT系統(tǒng)一次性投入價格很高。,.,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層析成像檢測技術發(fā)展用一個X射線源，一個探測器；探測器和射線源同步作平移運動，并旋轉(zhuǎn)掃描以獲取投影數(shù)據(jù)；第一代主要缺點是采集數(shù)據(jù)的時間比較長，每次約需要幾分鐘。,.,工業(yè)CT層析成像檢測技術發(fā)展用一個小角度扇形射線束和多個檢測器來代替原來的單一檢測器。使在每一個發(fā)射位置上可以同時檢測到多個投影數(shù)據(jù)。由于是扇形射線束對應多個探測器，整個數(shù)據(jù)采集時間縮短。,.,工業(yè)CT層析成像檢測技術發(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動。因為第三代掃描儀的扇形束，已擴展至能容納下整個工件的截面。檢測器陣列通常有幾百個或上千個檢測器單元，依次排列而成。工件圍繞著一個公共軸心旋轉(zhuǎn)，X射線源與檢測器同時作上下平移運動（Z軸同步）。這一代掃描儀的明顯優(yōu)點是機械結構簡化了，可以保證機械掃描精度，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，整個探測器陣列是不動的。它的缺點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。同時制造成本也高。,.,.,工業(yè)CT層析成像檢測技術發(fā)展,.,工業(yè)CT層析成像檢測技術發(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是都屬于不帶電粒子束流，具有很強的穿透物質(zhì)的能力。X射線