其他射線檢測方法和技術文

其他射線檢測方法和技術文第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五8.1高能射線照像

能量在1MeV以上的X射線被稱為高能射線。工業(yè)射線照相通常使用兩種電子加速器，即回旋加速器和直線加速器。1、回旋加速器

電子回旋加速器的焦點很小，照相幾何不清晰度小，可以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。

第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五8.1高能射線照像2、直線加速器直線加速器焦點比電子回旋加速器稍大，但其體積小，電子束流大，所產(chǎn)生的X線強度大，更適合用于工業(yè)射線照相。第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五3、高能射線照像的特點

射線穿透能力強，透照厚度大。焦點小，焦距大，照相清晰度高。散射線少，照相靈敏度高。射線強度大，曝光時間短，可以連續(xù)運行，工作效率高。照相厚度寬容度大。8.1高能射線照像第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

4、高能射線照相的幾個技術數(shù)據(jù)幾何不清晰度小，固有不清晰度大。靈敏度1%。

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，可以不使用后屏。8.1高能射線照像第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五5、

高能射線的輻射防護加速器產(chǎn)生的高能射線，不但能量高，而且強度也很大，必須做好安全防護工作。

加速器的防護主要采用屏蔽保護，加速器屏蔽室必須進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。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，故室內必須安裝通風機進行換氣。對于直線加速器來說，除了高能X射線的誤傷害防護之外，還應進行微波輻射防護，同時還要預防高電壓、氟利昂氣體等對人體的危害。8.1高能射線照像第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五8.2射線實時成像檢測技術射線實時成像檢測技術，是指在曝光的同時就可觀察到所產(chǎn)生的圖像的檢測技術。1、射線實時成像檢測技術發(fā)展：采用圖像增強器代替簡單的熒光屏，實現(xiàn)圖像亮度和對比度增強。采用微焦點或小焦點射線源，以投影放大方式進行射線照相。引入數(shù)字圖像處理技術，改進圖像質量。圖像增強器中實現(xiàn)下述的轉換過程：射線可見光電子可見光

第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五2、射線實時成像系統(tǒng)的圖像特性射線實時成像系統(tǒng)的圖像構成要素包括像素和灰度。

射線實時成像檢測系統(tǒng)圖像質量主要指標有三項，即圖像分辨率、圖像不清晰度和對比靈敏度。這三項指標大致可對應于膠片照相的顆粒度、不清晰度和對比度，但由于實時成像與膠片照相的成像原理、方法和器材均有所不同，因此，兩者的定義和實質內容是有區(qū)別的。8.2射線實時成像檢測技術第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五（1）圖像分辨率。圖像分辨率（又稱空間分辨率）定義為顯示器屏幕圖像可識別線條分離的最小間距，單位是Lp/mm（線對／毫米）。射線實時成像檢測系統(tǒng)的圖像分辨率可采用線對測試卡測定，鉑-鎢雙絲像質計也可用來測定圖像分辨率。（2）圖像不清晰度。圖像不清晰度定義為一個邊界明銳的器件成像后，其影像邊界模糊區(qū)域的寬度。影響圖像不清晰度的因素主要是幾何不清晰度和熒光屏的固有不8.2射線實時成像檢測技術第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五清晰度。在射線實時成像檢測技術中，幾何不清晰度除了相關于焦點尺寸，還相關于所選用的放大倍數(shù)。圖像不清晰度可采用線對測試卡測定，也可用雙絲像質計測量。射線實時成像檢測系統(tǒng)的圖像，容易實現(xiàn)較高的對比度，但卻往往不能得到滿意的清晰度。（3）對比靈敏度。對比靈敏度定義為從顯示器圖像中可識別的透照厚度百分比，即△T／T。在射線實時成像檢測系統(tǒng)顯示器上所觀察到的圖像對比度C與主因對比度和熒光屏的亮度有關。對比靈敏度可用階梯試塊測定。8.2射線實時成像檢測技術第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五3、射線實時成像檢測技術的工藝要點

最佳放大倍數(shù)圖像放大后有利于細小缺陷的識別。但隨著放大倍數(shù)的增大，幾何不清晰度也增大，不利于缺陷識別。

掃描速度和定位精度射線實時成像檢測過程包含動態(tài)檢驗和靜態(tài)檢驗。對動態(tài)檢驗，要控制好工件和射線源的移動速度，它直接相關于圖像的噪聲。采用的掃描速度與射線源的強度相關。對靜態(tài)檢驗，機械驅動裝置必須具有一定的定位精度（≤10mm）。8.2射線實時成像檢測技術第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五圖像處理。在射線實時成像檢測技術采用的數(shù)字圖像處理技術包括對比度增強（灰度增強）、圖像平滑（多幀平均法降噪）、圖像銳化（邊界銳化）和偽彩色顯示等。

系統(tǒng)性能校驗。為保證檢驗結果可靠，必須對系統(tǒng)的性能進行定期校驗。校驗方法有靜態(tài)校驗和動態(tài)校驗兩種。靜態(tài)校驗項目包括圖像分辨率和對比靈敏度等，校驗的周期和間隔應符合有關要求。用帶缺陷的試樣進行動態(tài)校驗時，所用透照參數(shù)和試件移動速度應與實際檢測相同，像質計的選擇、數(shù)目、放置等應符合標準和工藝的規(guī)定。8.2射線實時成像檢測技術第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五4、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)射線照相相比，圖像增強器射線實時成像系統(tǒng)有以下優(yōu)點和局限性：工件一送到檢側位置就可以立即獲得透視圖像，檢測速度快，工作效率比射線照相高數(shù)十倍。不使用膠片，不需處理膠片的化學藥品，運行成本低，且不造成環(huán)境污染。檢測結果可轉化為數(shù)字化圖像用光盤等存儲器存放，存儲、調用、傳送比底片方便。圖像質量，尤其是空間分辨率和清晰度低于膠片射線照相。圖像增強器體積較大，檢測系統(tǒng)應用的靈活性和適用性不如普通射線照相裝置。設備一次投資較大。顯示器視域有局限，圖像的邊沿容易出現(xiàn)扭曲失真。8.2射線實時成像檢測技術第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五8.3數(shù)字化射線成像技術1、

計算機射線照相技術（CR）

計算機射線照相（computedradiography），是指將X射線透過工件后的信息記錄在成像板（imageplate,IP）上，經(jīng)掃描裝置讀取，再由計算機生出數(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)組成。第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五CR技術的優(yōu)點和局限性：原有的X射線設備不需要更換或改造，可以直接使用。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?？蓽p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，從而可大幅度地減少X射線曝光量。

CR技術產(chǎn)生的數(shù)字圖像存儲、傳輸、提取、觀察方便。8.3數(shù)字化射線成像技術第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五成像板與膠片一樣，有不同的規(guī)格，能夠分割和彎曲，成像板可重復使用幾千次，其壽命決定于機械磨損程度。雖然單板的價格吊貴，但實際比膠片更便宜。CR成像的空間分辨率可達到5線對／毫米，稍低于膠片水平。雖然比膠片照相速度快一些，但是不能直接獲得圖像，必須將CR屏放入讀取器中才能得到圖像。

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)境中和極端的溫度條件下使用。8.3數(shù)字化射線成像技術第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五2、線陣列掃描成像技術（LDA）線陣列掃描數(shù)字成像系統(tǒng)工作原理如圖。由X射線機發(fā)出的經(jīng)準直為扇形的一束X射線，穿過被檢測工件，被線掃描成像器（LDA探側器）接收，將X射線直接轉換成數(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探測器所生成的圖像僅僅是很窄的一條線，

8.3數(shù)字化射線成像技術線掃描成像器準直器圖像采集控制器第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五線掃描成像器的技術特性：（1）空間分辨率?？臻g分辨率主要由像素的尺寸和排列決定。像素間距越小，其空間分辨率就越高。（2）動態(tài)范圍。動態(tài)范圍是指成像器可以識別的由X射線轉換成數(shù)字圖像的灰度等級。在實際使用過程中，由于轉換器件（光電二極管）的非線形特性，使得動態(tài)范圍要低于理論值。（3）動態(tài)校準。校準在很大程度上影響著光電二極管陣列的工作性能，校準可以在模擬的部分進行，也可以在數(shù)字部分進行，或者是同時進行?；拘拾ㄑa償和放大。8.3數(shù)字化射線成像技術第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五（4）掃描速度。影響掃描速度的主要因素是系統(tǒng)信號的處理速度和X射線光通量的大小，現(xiàn)在計算機及電子線路的處理速度都很高，即使掃描線較長的LDA，也能在很短的時間內處理完畢，因此系統(tǒng)的掃描速度取決于X射線光通量的大小。只有當X射線在LDA上的累積劑量達到一定數(shù)量時才能有較好質量的圖像，否則信號會被系統(tǒng)固有噪聲淹沒，使得成像質量大大降低。（5）與射線源相關的設計。針對不同射線源，在LDA的設計上會有顯著的差異。首先要解決的是優(yōu)化閃爍體，實現(xiàn)閃爍體與X射線的能量匹配。其次是X射線的屏蔽和準直，X射線會增加電子線路的噪聲，所以屏蔽和準直很重要。8.3數(shù)字化射線成像技術第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五3、

數(shù)字平板直接成像技術（DR）

數(shù)字平板直接成像（DirecterDigitalPanelRadiography）技術有非晶硅（a-Si）和非晶硒（a-Se）和CMOS（互補金屬氧化物半導體）

三種。8.3數(shù)字化射線成像技術第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五4、關于數(shù)字化射線成像技術的進一步知識其他獲取數(shù)字圖像的方法除了上述CR、DR、LDA等數(shù)字化射線成像技術外，還有其他方法可以獲得射線檢測數(shù)字化圖像。比如對底片進行掃描，可將底片上的圖像轉換為數(shù)子圖像；工業(yè)射線實時成像系統(tǒng)中通過數(shù)字式攝像機也能獲得數(shù)字圖像。但上述兩種方法均不劃入數(shù)字化射線成像技術范疇，因為這兩種方法的數(shù)字圖像是在模擬圖像基礎上加工而獲得的：前者是對已完成的射線照相產(chǎn)品―底片進行一次再加工；后者僅是在最后階段通過數(shù)字式攝像機才變成數(shù)字信號圖像，而其成像過程的大部分信號傳遞變換―從射線作用于輸入轉換屏以及圖像增強器信號的輸入輸出均是模擬信號。以上兩種方法獲取數(shù)字圖像均8.3數(shù)字化射線成像技術第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五存在缺點：底片數(shù)字掃描的缺點是掃描轉換需要花費較長時間和添加額外設備，圖形質量也可能因掃描出現(xiàn)某種程度的退化；而在射線實時成像系統(tǒng)中，由于成像階段經(jīng)過模擬信號的多次轉換，造成信噪比降低和圖像質量劣化，最終獲得的數(shù)字圖像質量是不高的。數(shù)字成像探測器的分類數(shù)字成像探測器是數(shù)字化成像系統(tǒng)的關鍵元器件。各種數(shù)字成像探測器都是由集成的數(shù)字元件排列而成的陣列。根據(jù)光電轉換裝置的原理和器件不同，數(shù)字成像探測器可以分為氣體探測器和固體探測器兩大類。8.3數(shù)字化射線成像技術第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五5．數(shù)字成像系統(tǒng)的技術特性（1）數(shù)字成像系統(tǒng)的信噪比。信噪比是指有用信號電壓與噪聲電壓之比，記為S/N，通常用分貝值表示。信噪比越大，圖像質量越好。（2）數(shù)字成像系統(tǒng)的分辨率。探測器的空間分辨率主要是由圖像傳感器的像素尺寸決定。（3）對比靈敏度與寬容度。圖像的對比度和寬容度實際上是由射線劑量、光電轉換裝置的動態(tài)范圍和系統(tǒng)增益決定的。其中，對比度與寬容度成為一對矛盾。8.3數(shù)字化射線成像技術第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五6．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更換膠片和存儲熒光板，曝光后需沖洗或放入專門裝置讀取，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，所獲得的圖像的質量就8.3數(shù)字化射線成像技術第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五越低。除了不能進行分割和彎曲外，數(shù)字平板能夠與膠片和CR有同樣的應用范圍，可以被放置在機械或傳送帶位置，檢測通過的零件，也可以采用多角度配置進行多視域的檢測。數(shù)字化射線成像技術的圖像質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300μm，二極管陣列（LDA）的空間分辨率約為250μm，非晶硅／硒接收板的空間分辨率約為130μm,CR平板的空間分辨率約為100μ

m。小型CMOS探測器的像素尺寸約為50μrn，掃描式CMOS陣列探測器的像素為80μm，使用幾何放大的掃描式CMOS陣列探測器的空間分辨率可達幾微米。8.3數(shù)字化射線成像技術第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五數(shù)字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)字平板需要連接電源和電纜；非晶硅／硒接收板數(shù)字板易碎；其靈敏度會隨溫度變化。8.3數(shù)字化射線成像技術第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五8.4X射線層析照像（X-CT）

1、X射線計算機層析（computedtomography）

工業(yè)CT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動的整體，分別位于工件兩側的相對位置。檢查中X射線束從各個方向對被探查的斷面進行掃描，位于對測的探測器接收透過斷面的X射線，然后將這些X射線信息轉變?yōu)殡娦盘?，再由模擬／數(shù)字轉換器轉換為數(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。工業(yè)CT檢測的特點是準確率高。第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五以往的傳統(tǒng)射線檢測是把工件全厚度重疊投影在一張底片上，無法分清楚各部分結構。工業(yè)CT是工件的分層斷面圖像，可給出工件任一平面層的圖像，可以發(fā)現(xiàn)平面內任何方向分布的缺陷，它具有不重疊、層次分明、對比度高和分辨率高等特點，容易準確地確定缺陷的位置和性質。工業(yè)CT產(chǎn)生的數(shù)字化圖像信號貯存、轉錄均十分方便。但CT技術完整地檢測一個工件比常規(guī)射線照相需要長得多的時間，費用也要高很多。工業(yè)CT技術目前主要應用在下列方面：（1）缺陷檢測。主要用于檢驗小型、復雜、精密的鑄件和鍛件以及大型固體火箭發(fā)動機。8.4X射線層析照像（X-CT）第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五檢驗大型固體火箭發(fā)動機的CT系統(tǒng)，使用電子直線加速器X射線源，能量高達25MeV，可檢驗直徑達3m的大型團體火箭發(fā)動機。（2）尺寸測量。如精密鑄造的飛機發(fā)動機葉片的尺寸側量，尺寸誤差應不大于0.1mm。（3）結構和密度分布檢查。在航空工業(yè)中CT技術用于檢驗與評價復合材料和復合結構，以及某些復合件的制造過程。這種檢測與評價過程與取樣破壞分析過程相比，不僅簡化了生產(chǎn)過程、降低了成本，而且可靠性也大大提高，CT技術還可用于檢查工程陶瓷和粉末冶金產(chǎn)品制造過程中材料或成分變化，特別是對高強度、形狀復雜的產(chǎn)品更有意義。8.4X射線層析照像（X-CT）第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五8.5中子射線照像1中子射線照相的原理中子射線的物理基本知識。中子是一種不帶電荷的基本粒子，中子射線與X射線和γ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能力。在其他方面，中子射線與X射線和γ射線的性質迥然不同。中子與物質相互作用時有如下特點：中子穿過物質時主要是與物質的原子核發(fā)生作用，與核外電子幾乎沒有作用。因此，中子的吸收概率主要決定于核的性質。X射線和γ射線與物質作用時其衰減隨物質原子序數(shù)的增大而增大，而對中子來說，卻完全不具有這樣的規(guī)律性，原子序數(shù)相鄰的兩種元素對中子的吸收可能相差懸殊，序數(shù)小的元素吸收熱中子可能比序數(shù)大的元素吸收熱中子更強。第三十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五中子與物質相互作用的強度減弱服從指數(shù)衰減規(guī)律，即：I=I0e-ut

衰減系數(shù)大小是由該元素的中子截面決定的，中子在某些較輕的元素中具有很大的截面，而在某些較重的元素中截面卻很小。

描述中子射線的參數(shù)有強度和能量，習慣上把0.1MeV以上的中子叫快中子，把1KeV以下的中子叫慢中子，介于其間的叫中能中子。10-2eV左右的中子叫熱中子。比熱中子能量更低的，就叫冷中子。目前無損檢測廣泛應用的是熱中子射線照相檢驗技術8.5中子射線照像第三十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五中子射線照相原理中