工業(yè)CT知識大全

1、精品文檔工業(yè) CT知識大全一、工業(yè)CT*概述CT即計算機斷層成像技術(shù)(Computed Tomography)，它是與一般輻射成像完全不同的成像方法。而工業(yè)CT，簡稱 ICT(Industrial Computed Tomography) ，號稱“工業(yè)神醫(yī)”，其工作原理類似醫(yī)用CT，能對工件進行斷層掃描，并進行數(shù)字處理，給出真實反映工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的斷層二維圖象， 再經(jīng)圖象處， 給出三維立體透析圖象，從而直觀地反映出工件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，有無缺陷及損傷缺陷的準(zhǔn)確位置。通常，一般輻射成像是將三維物體投影到二維平面成像，各層面影像重疊， 造成相互干擾，不僅圖像模糊，而且損失了深度信息，不能滿足分析評價要求。

2、CT 是把被測體所檢測斷層孤立出來成像， 避免了其余部分的干擾和影響，圖像質(zhì)量高，能清晰、準(zhǔn)確地展示所測部位內(nèi)部的結(jié)構(gòu)關(guān)系、 物質(zhì)組成及缺陷狀況， 檢測效果是其它傳統(tǒng)的無損檢測方法所不及的。CT技術(shù)首先應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，形成了醫(yī)學(xué) CT(MCT)技術(shù)，其重要作用被評價為是醫(yī)學(xué)診斷上的革命。 CT 技術(shù)成功應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域后，美國率先將其引入到航天及其它工業(yè)部門，另一些發(fā)達(dá)國家相繼跟上，經(jīng)過一段不長的時間，形成了CT 技術(shù)的又一個分支工業(yè)CT(Industrial Computed Tomography, ICT)，其重要作用被評價是無損檢則領(lǐng)域的重大技術(shù)突破。CT技術(shù) (MCT 和 ICT)應(yīng)用十

3、分廣泛，醫(yī)用 CT已為人們所熟知。工業(yè)CT 的應(yīng)用幾乎遍及所有產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，對航天、航空、兵工、部隊等顯得更為迫切。我國于1993 年研制成功首臺可供實 用的工業(yè) CT 機， 并于1996 年為航天部門設(shè)計生產(chǎn)了主要用于航天商品檢測的首臺商用工業(yè)CT 機， 現(xiàn)已開發(fā)出系列產(chǎn)品，其應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴大。因同出于 CT 技術(shù)，醫(yī)學(xué) CT和工業(yè) CT 在基本原理和功能組成上是相同的，但因檢測對象不同，技術(shù)指標(biāo)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就有較大差別。前者檢測對象是人體，單一而確定，性能指標(biāo)及設(shè)備結(jié)構(gòu)較規(guī)范，適于批量生產(chǎn)。工業(yè)CT 檢測對象是工業(yè)產(chǎn)品，形狀、組成、尺寸及重量等千差萬別， 而且測量要求不一， 由此帶來技術(shù)上的復(fù)雜

4、性及結(jié)構(gòu)的多樣化，專用性較強。隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展， 對產(chǎn)品質(zhì)量檢驗的要求越來越高，需要對越來越多的餓、 關(guān)鍵、復(fù)雜部件甚至產(chǎn)品內(nèi)部缺陷進行嚴(yán)格探傷和內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸精確測量。傳統(tǒng)的檢測方法如超聲波檢測、 射線照相檢測等測量方法已不能滿足要求。于是， 許多先進的無損檢測技術(shù)被開發(fā)應(yīng)用于檢測領(lǐng)域。工業(yè)CT 技術(shù)便是其中的一種。工業(yè) CT(ICT)就是計算機層析照相或稱計算機斷層掃描成象。雖然層析成象有關(guān)理論的有關(guān)數(shù)學(xué)理論早在 1971 年由 J.Radon 提出，但只是在計算機出現(xiàn)后并與放射學(xué)科結(jié)合后才成為一門新的成象技術(shù)。在工業(yè)方面特別是無損檢測(NDT)與無損評價 (NDE)領(lǐng)域更加顯示出其獨特

5、之處。 因此， 國際無損檢測界把工業(yè)CT 稱為最佳為檢測手段。進入 80 年代以來， 國際上主要工業(yè)化國家已經(jīng)把射線的ICT 用于航空、航天、軍事、冶金、機械、石油、電力、地質(zhì)、考古等部門的 NDT 和 NDE，檢測對象有導(dǎo)彈、火箭發(fā)動機、軍用密封組件、核廢料、石油巖心、計算機芯片、精密鑄件與鍛件、汽車輪胎、陶瓷及高、復(fù)合材料、海關(guān)毒品、考古化石等。我國90 年代也已逐步把ICT 技術(shù)用于工業(yè)無損檢測領(lǐng)域。二、工業(yè) CT*工作原理電子計算機體層攝影(Computed tomography ，簡稱 CT)是近十年來發(fā)展迅速的電子計算機和 X 線相結(jié)合的一項新穎的診斷新技術(shù)。其原理是基于從多個投影

6、數(shù)據(jù)應(yīng)用計算機重建圖像的一種方法，現(xiàn)代斷層成像過程中僅僅采集通過特定剖面(被檢測對象的薄層，或稱為切片)的投影數(shù)據(jù)，用來重建該剖面的圖像，因此也就從根本上消除了傳統(tǒng)斷層成像的“焦平.精品文檔面”以外其他結(jié)構(gòu)對感興趣剖面的干擾，“焦平面”內(nèi)結(jié)構(gòu)的對比度得到了明顯的增強;同時斷層圖像中圖像強度(灰度 )數(shù)值能真正與被檢對象材料的輻射密度產(chǎn)生對應(yīng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)被檢對象內(nèi)部輻射密度的微小變化。工業(yè) CT 機一般由射線源、 機械掃描系統(tǒng)、 探測器系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)和屏蔽設(shè)施等部分組成。其結(jié)構(gòu)工作原理如圖1 所示。 射線源提供 CT掃描成象的能量線束用以穿透試件，根據(jù)射線在試件內(nèi)的衰減情況實現(xiàn)以各點的衰減系數(shù)

7、表征的CT圖象重建。與射線源緊密相關(guān)的前直準(zhǔn)器用以將射線源發(fā)出的錐形射線束處理成扇形射束。后直準(zhǔn)器用以屏蔽散射信號，改進接受數(shù)據(jù)質(zhì)量。射線源常用X 射線機和直線加速器，統(tǒng)稱電子輻射發(fā)生器。電子回旋加速器從原則上說可以作CT 的射線源，但是因為強度低， 幾乎沒有得到實際的應(yīng)用。 X 射線機的峰值射線能量和強度都是可調(diào)的，實際應(yīng)用的峰值射線能量范圍從幾KeV 到 450KeV;直線加速器的峰值射線能量一般不可調(diào)，實際應(yīng)用的峰值射線能量范圍從1 16MeV，更高的能量雖可以達(dá)到，主要僅用于實驗。 電子輻射發(fā)生器的共同優(yōu)點是切斷電源以后就不再產(chǎn)生射線， 這種內(nèi)在的安全性對于工業(yè)現(xiàn)場使用是非常有益的。電

8、子輻射發(fā)生器的焦點尺寸為幾微米到幾毫米。在高能電子束轉(zhuǎn)換為X 射線的過程中，僅有小部分能量轉(zhuǎn)換為 X 射線，大部分能量都轉(zhuǎn)換成了熱，焦點尺寸越小，陽極靶上局部功率密度越大，局部溫度也越高。 實際應(yīng)用的功率是以陽極靶可以長期工作所能耐受的功率密度確定的。因此，小焦點乃至微焦點的的射線源的使用功率或最大電壓都要比大焦點的射線源低。電子輻射發(fā)生器的共同缺點是X 射線能譜的多色性，這種連續(xù)能譜的X 射線會引起衰減過程中的能譜硬化，導(dǎo)致各種與硬化相關(guān)的偽像。機械掃描系統(tǒng)實現(xiàn)CT 掃描時試件的旋轉(zhuǎn)或平移，以及射線源試件探測器空間位置的調(diào)整，它包括機械實現(xiàn)部分及電器控制系統(tǒng)。探測器系統(tǒng)用來測量穿過試件的射線

9、信號，經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送進計算機進行圖象重建。ICT 機一般使用數(shù)百個到上千個探測器，排列成線狀。探測器數(shù)量越多，每次采樣的點數(shù)也就越多，有利于縮短掃描時間、提高圖象分辨率。 計算機系統(tǒng)用于掃描過程控制、 參數(shù)調(diào)整， 完成圖象重建、 顯示及處理等。屏蔽設(shè)施用于射線安全防護， 一般小型設(shè)備自帶屏蔽設(shè)施，大型設(shè)備則需在現(xiàn)場安裝屏蔽設(shè)施。三、工業(yè)CT*系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四、工業(yè)CT*組成及介紹.2、 3、5、 8、CT 機掃描所得厚度為精品文檔工業(yè) CT 系統(tǒng)的主要組成：1. 源系統(tǒng) (X 射線、伽瑪射線、加速器 )伽瑪射線源：常用60Co、 137Cs。能量特定伽瑪射線源但強度小，掃描時間長。X光機射線源

10、光機射線源：包含X 光管、高壓電源、射線源高壓控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。檢測時間短、圖象質(zhì)量高。直線加速器：包含加速管、高壓控制系統(tǒng)、直線加速器冷卻系統(tǒng)等。適用于高密度、大工件的檢測。2. 探測器系統(tǒng)閃爍體光電倍增管探測器：輸出信號大，閃爍體光電倍增管探測器適用于 射線源。閃爍體光電二級管探測器：探測器組合密閃爍體光電二級管探測器度高、幾何效率高， 目前最為常用。氣體電離探測器：探測器之間一致性好，氣體電離探測器適用于三代掃描，但效率較低。3. 數(shù)據(jù)采傳系統(tǒng)數(shù)據(jù)采傳系統(tǒng)是探測器和計算機之間的電路接口。 這部分電路十分復(fù)雜，構(gòu)成了工業(yè)CT 電子設(shè)備的主體。其中關(guān)鍵技術(shù)之一是A/D 轉(zhuǎn)換。4. 機械掃描

11、、運動系統(tǒng)機械掃描系統(tǒng)包括：機械驅(qū)動軸、試件轉(zhuǎn)臺、各種支架、底座、移動控制系統(tǒng) (電機、編碼器、伺服放大器、移位控制板等 )。5. 圖像重建、分析系統(tǒng)該部分硬件由系統(tǒng)主板、專用控制板、陣列處理器、顯示器、拷貝機等組成。軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件應(yīng)當(dāng)完成三個功能：設(shè)置和校正CT 重 建參數(shù)、控制掃描過程及實現(xiàn)CT 數(shù)據(jù)同步采集、完成圖像重建。五、工業(yè)CT*技術(shù)指標(biāo)1、 掃描方式單束平移 -旋轉(zhuǎn)方式 ;窄扇形束平移-旋轉(zhuǎn)方式 ;寬扇形束旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)方式 ;寬扇形束靜止-旋轉(zhuǎn)方式 ;螺旋掃描方式;動態(tài)空間掃描方式;電子束掃描方式。2、 機架孔徑機架孔徑越大越好。它影響著機架的傾角，一般 CT

12、 機的機架孔徑在600 720mm 范圍。3、 準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器位于X 線管的前方，由一些銅片、鋁片組成，可以大幅度地減少散射線的干擾，在計算機的控制下，控制準(zhǔn)直器開口的寬度，從而決定掃描層的厚度。因此，準(zhǔn)直器既可減少患者的放射劑量，又可提高圖像質(zhì)量，還決定切層的厚度。在 CT掃描機中準(zhǔn)直器分為2 種;一種是 X 線管側(cè)準(zhǔn)直器， 另一種是探測器側(cè)準(zhǔn)直器，這兩個準(zhǔn)直器必須精確地對準(zhǔn)。X 線管側(cè)準(zhǔn)直器的設(shè)計很重要。因為X 線管焦點的幾何投影有一個半影的作用，焦點越大，半影越大;焦點大時準(zhǔn)直器的設(shè)計復(fù)雜，常采用多層準(zhǔn)直器。探測器側(cè)準(zhǔn)直器位于探測器的前方，用于減少散射線并限制切層厚度。準(zhǔn)直器孔徑的尺寸決定

13、了被檢體的切層厚度，常見10 和 13mm 。準(zhǔn)直器決定像素的厚度，但不能決定像素的長和寬。像素的長和寬同掃描野的尺寸、采樣間隔及計算軟件有關(guān)。4、 硬磁盤容量磁盤容量大小決定著對圖像數(shù)據(jù)的存儲量。一般在100 到數(shù)百個兆比特(Mb) 。5、 高對比分辨率它表示CT 機在高對比情況下，對物體空間大小(幾何尺寸 )的鑒別能力。該指標(biāo)有兩種.精品文檔表示方式。即線對/ 厘米 (LP/cm)和線徑 / 毫米 (mm/mm) 。6、 探測器數(shù)目總的來講， 探測器的數(shù)目越多， 掃描時間就越短，且收集的數(shù)據(jù)也越多，它直接影響著圖像質(zhì)量的高低。7、 球管熱容量X 線球管的熱容量大，表示承受的工作時間電流大，

14、連續(xù)工作時間可延長，所以CT 機所用 X 線球管的熱容量越大越好。標(biāo)示單位有KHU 和 MHC。8、 球管焦點在 CT掃描成像過程中，焦點小可提高圖像質(zhì)量。CT所用 X 線球管有單焦點和雙焦點兩種。9、 掃描時間和掃描周期掃描周期通常包括掃描時間、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和恢復(fù)時間、 掃描裝置重新定位時間等。除上述例舉的指標(biāo)外，還有機架傾角、管電壓、管電流、探測器種類。機器功率、安裝面積、機房溫度要求等指標(biāo)。掌握了這些技術(shù)指標(biāo)，有利于對每臺 CT機的性能進行比較評估或選購。六、工業(yè)CT*評價參數(shù)1、空間分辨率指 CT圖像中能夠辨別最小物體的能力。以分辨黑白相間條形帶的對數(shù)，即每毫米線對數(shù) (l

15、p/mm) 表示。影響該參數(shù)的因素有掃描像素數(shù)目大小、探測器準(zhǔn)直孔的寬度、采樣點間距、重建算法、機械系統(tǒng)精度、X 射線管焦點大小或 源活性區(qū)的大小、圖像數(shù)據(jù)校正與圖像重建算法等。2、密度分辨率密度分辨率又稱為系統(tǒng)靈敏度，它表示能夠區(qū)分開的密度差別程度。利用圖像的灰度去分辨被檢測物的材質(zhì)，通常以密度變化的百分比(%)表示相互變化的關(guān)系。提高密度分辨率的方法主要是合理選擇源的能量，增加源的劑量，降低噪聲。密度分辨率與空間分辨率之間的關(guān)系在輻 射劑量一定的情況下，空間分辨率與密度分辨率是矛盾的。 密度分辨率越高，空間分辨率就越低，兩者之積為一常數(shù)。在同一密度分辨率的情況下， 提高一倍空間分辨率就要減

16、少1/2 掃 描像素寬度，而輻射劑量則要增加8 倍。所以，最高空間分辨率與最高密度分辨率均是分別測到的，不可能在同一測試條件下兩者均得到最佳值。3、斷層厚度與空間分辨率密切相關(guān)，即斷層厚度愈薄時，得到的空間分辨率愈高。影響斷層厚度的主要因素有準(zhǔn)直器寬度、探測器孔的寬度、采樣點間距和重建算法等。4、檢測范圍說明能檢測的對象。如透射鋼的最大厚度、檢測工件的最大回轉(zhuǎn)直經(jīng)，檢測工件的最大高度或長度，能檢測工件的最大重量等。它是區(qū)分工業(yè)CT大小的標(biāo)志。5、掃描檢測時間指掃取一個斷層花在掃描、數(shù)據(jù)采集上的時間，它決定了掃描的速度。6、圖像重建時間指重建圖像所需時間。7、輻射源的使用X 射線源：能量大小、工

17、作電壓、工作電流、出束角度、焦點大小等。.精品文檔 源：種類如60Co 、 192Ir、 137Cs，源強、活性區(qū)尺寸、直徑、長度。高能直線加速器：這些參數(shù)都直接影響CT的檢測能力與檢測效率。能量大小、出束角度、焦點尺寸等。八、工業(yè)CT*掃描方式按掃描獲取數(shù)據(jù)方式的不同，CT技術(shù)已發(fā)展經(jīng)歷了五個階段,如圖 1 所示。第一代 CT(見圖 1a)，使用單源 (一條射線 )單探測器系統(tǒng)，系統(tǒng)相對于被檢物作平行步進式移動掃描以獲得N 個投影值 (I)，被檢物則按M 個分度作旋轉(zhuǎn)運動。這種掃描方式被檢物僅需轉(zhuǎn)動 180 度即可。第一代CT機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、圖象清晰，但檢測效率低，在工業(yè)CT 中則很少采

18、用。第二代 CT(見圖 1b)，是在第一代CT基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。使用單源小角度扇形射線束多探頭。 射線扇形束角小、探測器數(shù)目少，因此扇束不能全包容被檢物斷層，其掃描運動除被檢物需作M 個分度旋轉(zhuǎn)外，射線扇束與探測器陣列架一道相對于被檢物還需作平移運動，直至全部覆蓋被檢物，求得所需的成象數(shù)據(jù)為止。第三代CT(見圖1c)，它是單射線源，具有大扇角、寬扇束、全包容被檢斷面的掃描方式。對應(yīng)寬扇束有N 個探測器，保證一次分度取得N 個投影計數(shù)和I 值，被檢物僅作M 個分度旋轉(zhuǎn)運動。因此，第三代CT運動單一、好控制、效率高，理論上被檢物只需旋轉(zhuǎn)一周即可檢測一個斷面。第四代 CT(見圖 1d)，也是一種大扇角全包容，只有旋轉(zhuǎn)運動的掃描方式，但它有相當(dāng)多的探測器形成固定圓環(huán)，僅由輻射源轉(zhuǎn)動實現(xiàn)掃描。其特點是掃描速度快、成本高。.精品文檔第五