无损检测其他射线检测方法和技术.pptx

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1、与其他无与其他无损检测技技术比比较，射，射线检测技技术具有的突出特具有的突出特点是：点是：1）检测结果果显示直示直观，为评定定检测结果提供了果提供了客客观依依据据；2）检测过程的程的质量（量（工作工作质量量、技技术状况状况、设备器材器材质量等量等）可有效地）可有效地监督督监测，为检测结果的果的可靠性可靠性评定定提供客提供客观依据。依据。正是由于正是由于这些些优点，作点，作为最早最早应用于工用于工业领域的无域的无损检测技技术，至今仍是最重要、，至今仍是最重要、应用最广泛的无用最广泛的无损检测技技术，特，特别是是对于一些关系重大的工于一些关系重大的工业部部门和和设施、施、设备。其中某些技其中某些技

2、术可能是某些特殊可能是某些特殊结构（例如：复构（例如：复杂多多层结构、）目前唯一可以构、）目前唯一可以应用的技用的技术。数字射数字射线检测技技术体系体系 从数字射从数字射线检测技技术概念的角度，可将目前的射概念的角度，可将目前的射线检测技技术分成三个部分：分成三个部分：直接数字化射直接数字化射线检测技技术、间接接数字化射数字化射线检测技技术、后数字化射后数字化射线检测技技术。直接数字化射直接数字化射线检测技技术是采用是采用分立分立辐射探射探测器器实现射射线图像像记录的技的技术。它包括。它包括CT技技术、康普康普顿散射技散射技术、平板探平板探测器成像技器成像技术（DR）、线阵探探测器器实时成成像

3、技像技术（LDA）等。等。第1页/共58页 间接数化射接数化射线检测技技术是需要是需要经过A/D转换获得射得射线检测图像的射像的射线检测技技术，它包括：，它包括：图像增像增强器器实时成像技成像技术、CR技技术等。等。后数字化射后数字化射线检测技技术是是对胶片射胶片射线照相照相技技术，需要，需要时它可它可以采用以采用扫描装置描装置将将胶片胶片记录的的图像像转换为数字数字图像像。后数字化。后数字化射射线检测技技术，在，在进行行图像数字化像数字化时，存在，存在损失失胶片上胶片上记录的的某些某些微小微小细节信息信息的可能的可能,在在对图像像质量要求越来越高的今天，量要求越来越高的今天，后数字化技后数字

4、化技术意意义不大。不大。从一些文献从一些文献给出的出的结果来看，关于果来看，关于EPS灵敏度，灵敏度，直接数字化直接数字化系系统中的中的非晶硒探非晶硒探测器器，可在，可在远低于胶片曝光量低于胶片曝光量的情况下的情况下获得得可与可与中中颗粒胶片粒胶片相比的相比的灵敏度灵敏度（可能已（可能已经提高），而提高），而IP板等板等荧光物光物质只能达到只能达到近似粗近似粗颗粒胶片粒胶片的水平（的水平（可能已经提高）；）；对于于直接数字化系直接数字化系统中的中的非晶硒探非晶硒探测器器，在，在空空间分辨率不大于分辨率不大于4Lp/mm时，可可获得可与胶片相比的得可与胶片相比的对比度比度（可能已经提高）；而而C

5、R系系统只能只能在很低的空在很低的空间频率率时才能才能获得可与胶片相比的得可与胶片相比的对比度（比度（可能已经提高）。尽管数字射）。尽管数字射线技技术在不断在不断发展，但到展，但到目前的基本状况是，作目前的基本状况是，作为系系统性能，无性能，无论是是对比度比度或者是或者是空空间分辨率分辨率，都，都达不到胶片射达不到胶片射线照相照相技技术系系统的的水平水平，对于于细小裂小裂纹的的检测能力能力，一般，一般说，与胶片照相技与胶片照相技术还存在差距存在差距（可以已（可以已经相当或者有所超越）。相当或者有所超越）。第2页/共58页 x射射线胶片照相胶片照相检测作作为一种常一种常规无无损检测方法在工方法在

6、工业领域的域的应用已有近百年的用已有近百年的历史，常史，常规x射射线探探伤是用胶片是用胶片作作为信息信息记录载体，体，检测速度和成本等方面的速度和成本等方面的问题使其已使其已不能不能满足足现代工代工业生生产的需要。数字射的需要。数字射线检测技技术主要特主要特点是无需胶片照相，点是无需胶片照相，这与数与数码相机代替胶卷相机一相机代替胶卷相机一样，检测结果的果的载体是数字体是数字图像。像。由由连续信号构成的信号构成的图像称像称为模模拟图像，胶片照相法得到像，胶片照相法得到的底片的底片图像就是模像就是模拟图像；而数字像；而数字图像是指由大量的像素像是指由大量的像素点构成的可用二点构成的可用二进制数字

7、描述的制数字描述的图像。像。除了以胶片作除了以胶片作为信息信息记录载体，以体，以x射射线和和射射线作作为检测手段的常手段的常规射射线照相方法外，照相方法外，还有一些已有一些已经在工在工业领域得到域得到应用和用和发展的其他种展的其他种类的射的射线检测方法是：高能射方法是：高能射线照相，中子射照相，中子射线照相，数字化技照相，数字化技术的的图像增像增强射射线实时成像、成像、计算机算机X射射线照相（照相（CR）、数字平板直接成像）、数字平板直接成像（DR）、）、计算机射算机射线层析成像（工析成像（工业CT）以及）以及线阵列列扫描成像等。描成像等。数字射数字射线检测技技术其中的一个其中的一个优点是不需

8、要胶片和暗室点是不需要胶片和暗室处理。理。而常而常规射射线照相方法（照相方法（x、）、高能射）、高能射线照相（照相（x）和）和中子射中子射线照相需要用胶片作照相需要用胶片作为信息信息记录载体，必然需要暗体，必然需要暗室室处理，相理，相对地属于模地属于模拟检测技技术。第3页/共58页1）数字射）数字射线检测技技术有哪些有哪些优点？点？相相对于常于常规射射线检测技技术，数字射，数字射线检测技技术更高效、快捷、更高效、快捷、有更高的有更高的动态范范围，存，存储、调用、复制和用、复制和传输都很方便。数字都很方便。数字图像可以在像可以在电脑、手机、平板、投影、手机、平板、投影仪等等设备上上显示和示和观察

9、，可以察，可以实现远程程评判和会判和会诊。而常。而常规射射线检测技技术得到的底片只能通得到的底片只能通过专业的的观片灯来片灯来观察，一般有且只有一套，需要的存察，一般有且只有一套，需要的存储空空间较大，大，调用和用和传输都很麻都很麻烦。数字技数字技术系系统目前的空目前的空间分辨力基本状况是：直接数字化采用分辨力基本状况是：直接数字化采用的探的探测器：可达器：可达6Lp/mm；CR成像板（成像板（IP板）：可达板）：可达10Lp/mm；图像增像增强器：可达器：可达5Lp/mm；胶片；胶片扫描器：可达描器：可达10Lp/mm。（Lp/mm：线对/毫米，空毫米，空间分辨率分辨率单位）位）2）CR、D

10、R、工、工业CT有哪些区有哪些区别？CR和和DR都能都能获得工件的得工件的2D图像，能像，能对缺陷定性和定量，在缺陷定性和定量，在长度、度、宽度方向定位，不能确定缺陷的深度，度方向定位，不能确定缺陷的深度，CR属于属于间接数字成像，接数字成像，分辨率稍高于分辨率稍高于DR，而且，而且CR的成像板可以切割和弯曲，的成像板可以切割和弯曲，对曲面工曲面工件有更好的适用性；件有更好的适用性；DR属于直接成像，效率高于属于直接成像，效率高于CR，但其探，但其探测器（数字平板）不能弯曲，器（数字平板）不能弯曲，这限制了它的适用性。限制了它的适用性。CT技技术能能获得工件的得工件的3D图像，能像，能够对缺陷

11、定性、定量、精确缺陷定性、定量、精确定位（定位（长度、度、宽度、深度）。除度、深度）。除CT以外的技以外的技术，是把工件全厚度，是把工件全厚度方向上的信息重叠投影在一方向上的信息重叠投影在一张底片上，无法分清各部分底片上，无法分清各部分结构或缺构或缺陷的位置（水平方向和深度方向）。而工陷的位置（水平方向和深度方向）。而工业CT是工件的分是工件的分层断面断面图像，可像，可给出工件任一断面（分出工件任一断面（分层平面）的平面）的图像，可以像，可以发现该断断面内任何方向分布的缺陷，它具有影像不重叠、面内任何方向分布的缺陷，它具有影像不重叠、层次分明、次分明、对比比度高和分辨率高等特点。度高和分辨率高

12、等特点。第4页/共58页8.2 高能射线照相 能量在1MeV以上的x射线被称为高能射线。由加速器产生，加速器分为两种：回旋加速器和直线加速器。1、电子回旋加速器 回旋加速器是利用带电粒子在电场中被加速、在匀强磁场中作匀速圆周运动的半径不断变大，而周期不变的特点，使粒子在磁场中每转半周即能在电场中加速一次，从而使粒子获得高速的装置。电子回旋加速器采用变压器的磁感效应使电子加速。变压器的一次绕组与交流电源连接，使铁芯上的二次绕组产生的电压等于二次绕组的匝数与磁通量的时间变化速率的乘积，产生的电子由存在于导线中的自由电子构成。电子回旋加速器本质上是一个变压器。二次绕组是一个瓷制环形真空管，位于产生脉

13、冲磁场的电磁体的两级之间，射入管中的电子由于磁场作用将在环形通道中加速，作用在粒子上的力与磁通量变化速率和磁场大小成正比。被加速的电子在撞击靶之前要环绕轨道旋转几十万圈，以获得足够的能量。电子回旋加速器的焦点很小，照相几何不清晰度小，可获得高灵敏度的照片，但设备复杂，造价高，体积大，射线强度低，影响了它的应用。第5页/共58页2、直线加速器 直线加速器是采用沿直线轨道分布的高频电场加速电子、质子和重离子的装置。通常用高功率的高频或微波功率源来激励加速腔。直线加速器的加速电场有行波和驻波两类。由于电子即使在低能时也接近光速，大部分电子直线加速器采用行波加速方式。直线加速器的主体是由一系列空腔构成

14、的加速管，空腔两端有孔可以使电子通过，电子从一个空腔进入到下一个空腔，电子被加速一次。直线加速器使用射频（RF）电磁场加速电子，利用磁控管产生自激振荡发射微波，通过波导管把微波输入到加速管内。加速管空腔被设计成谐振腔，由电子枪发射的电子在适当的时候射入空腔，穿过谐振腔的电子正好在适当的时刻到达磁场中某一加速点被加速，从而增加了能量，被加速的电子从前一腔出来后进入下一个空腔被继续加速，直到获得很高的能量。电子到达靶时的速度可达光速的99%（亚光速），高速电子撞击靶产生高能x射线。目前用于射线照相检测的直线加速器有：行波加速器和驻波加速器。与电子回旋加速器相比，直线加速器焦点稍大，但其体积小，电子

15、束 流大，产生的x射线强度大，更适合用于工业射线照相。第6页/共58页直直线加速器机加速器机头第7页/共58页直直线加速器机加速器机头第8页/共58页直直线加速器机加速器机头第9页/共58页直直线加速器控制箱加速器控制箱第10页/共58页直线加速器电控柜第11页/共58页直线加速器电控柜第12页/共58页直线加速器电源箱第13页/共58页3、高能射线照相的特点1）高能射线穿透力强，透照厚度大X：钢小于100mm；Co60：钢小于200mm；高能射线：124MeV，400mm。2）焦点小，焦距大，照相清晰高电子回旋加速器：；直线加速器：df=13mm；为了保证足够大的辐射场，高能射线照相需要采用

16、大焦距，小焦点和大焦距均有利于提高照相清晰度。3）散射线少，照相灵敏度高 在高能范围，射线光量子与物质的作用主要是康普顿散射和电子对效应，散射比随着射线能量的提高不断降低，另外，具有很高能量的次级粒子所引起的进一步散射主要集中在一次射线方向，大角度散射总量少。因此，高能射线照相散射比小，照相灵敏度高。4）射线的能量和强度可以调节 被加速的电子，速度和数量可以调节，因此输出的射线能量和强度也可以调节。即通过调节被加速电子的速度和数量来调节输出的射线能量和强度。第14页/共58页5）射）射线强度大，曝光度大，曝光时间短，可以短，可以连续运行，工作效率高运行，工作效率高 直直线加速器距离靶加速器距离

17、靶1m处的的剂量可达量可达4100Gy/min，大，大大高于大高于射射线的的剂量率。曝光量率。曝光时间短，短，100mm钢工件曝光工件曝光约1min左右，并且散左右，并且散热做的做的较好，因此，可以好，因此，可以连续运行，提运行，提高工作效率。高工作效率。6）照相厚度）照相厚度宽容度大容度大 物物质对高能射高能射线的吸收系数随能量的吸收系数随能量变化化较缓慢。大致在慢。大致在110MeV范范围，物，物质的吸收系数随能量增高的吸收系数随能量增高缓慢减小，而在慢减小，而在10100MeV范范围，物，物质的吸收系数随能量增高而的吸收系数随能量增高而缓慢增大。慢增大。这种种变化化规率使高能射率使高能射

18、线照相具有很大的厚度照相具有很大的厚度宽容度。容度。应用用高能射高能射线照相照相对厚度差异大的工件，如曲厚度差异大的工件，如曲轴、涡轮叶片等叶片等进行行检测，可不考，可不考虑采用采用补偿块或其他特殊的工或其他特殊的工艺措施，即使措施，即使工件的厚度相差一倍也能达到一般工件的厚度相差一倍也能达到一般标准准规定的黑度要求，而定的黑度要求，而低能射低能射线照相照相则达不到达不到这样的厚度的厚度宽容度。容度。第15页/共58页4、高能射、高能射线照相的几个技照相的几个技术数据数据1）固有不清晰度）固有不清晰度 固有不清晰度因射固有不清晰度因射线能量高而能量高而较大，与低能射大，与低能射线照相相反，固照

19、相相反，固有不清晰度成有不清晰度成为影响高能射影响高能射线照相清晰度的主要因素。照相清晰度的主要因素。2）灵敏度）灵敏度 在大多数材在大多数材质和厚度范和厚度范围内，如果工内，如果工艺正确，高能射正确，高能射线的灵敏的灵敏度能度能够 1%。3）增感屏）增感屏 高能射高能射线照相中，前屏的厚度照相中，前屏的厚度对增感和增感和滤波作用均波作用均产生生显著著影响。而后屏的厚度影响。而后屏的厚度对增感来增感来说相相对不重要。因此，高能射不重要。因此，高能射线照相照相时可以用也可以不用后屏。可以用也可以不用后屏。实验证明，某些条件下高能射明，某些条件下高能射线照相的灵敏度在不使用后屏照相的灵敏度在不使用

20、后屏时反而有所提高，反而有所提高，这一点与常一点与常规射射线照相有所不同。照相有所不同。实际照相照相时，前屏通常，前屏通常选择厚度左右的厚度左右的铅增感屏，如使用后屏，其厚度可与前民增感屏，如使用后屏，其厚度可与前民间相同。相同。除除铅之外，根据需要也可采用之外，根据需要也可采用铜、钽和和钨等材料做增感屏，等材料做增感屏，以以满足不同的足不同的检测要求。要求。第16页/共58页5、高能射、高能射线的的辐射防射防护措施措施 加速器加速器产生的高能射生的高能射线，不但能量高，而且，不但能量高，而且强度也很大。度也很大。假假设一台加速器在距离靶一台加速器在距离靶1m处每分每分钟输出的射出的射线剂量是

21、量是4Gy，能量是，能量是4MeV，若人，若人员被被该设备误照是十分危照是十分危险的，的，因因为人体全射人体全射辐射的半致死射的半致死剂量就是量就是4Gy，因此，必，因此，必须严格格做好安全防做好安全防护措施。措施。1）加速器的防）加速器的防护主要采用屏蔽防主要采用屏蔽防护，加速器的曝光室必，加速器的曝光室必须时行行专门的安全防的安全防护设计，室外的，室外的剂 量率必量率必须低于国家低于国家卫生生标准的准的规定。定。2）因）因为高能高能x射射线对空气空气进行行电离后离后产生的臭氧和氮氧化物生的臭氧和氮氧化物对人体有害，因此室内必人体有害，因此室内必须安装通安装通风设备进行行换气。气。3）对于直

22、于直线加速器，除了高能加速器，除了高能x射射线的的误伤害防害防护之外，之外，还应时行微波行微波辐射防射防护，同，同时还要要预防高防高电压、氟利昂气体等、氟利昂气体等对人体的危害。人体的危害。第17页/共58页射射线实时成像成像检测技技术 射射线实时成像成像检测技技术，是指在，是指在曝光透照的同曝光透照的同时就可就可观察到所察到所产生的生的图像像的的检测技技术。这就要求就要求图像能随着成像物体的像能随着成像物体的变化迅化迅速改速改变，一般要求，一般要求图像的像的采集速度采集速度至少达到至少达到25帧/s。能达到。能达到这一一要求的装置有要求的装置有较早使用的早使用的x射射线荧光光检测系系统，以及

23、目前正在，以及目前正在应用用的的图像增像增强器射器射线实时成像成像检测系系统。1、图像增像增强器射器射线实时成像原理成像原理 射射线实时成像可以用两个成像可以用两个“转换”来描述：来描述：图像增像增强器的器的输入入转换屏接收穿透金属材料后的屏接收穿透金属材料后的x射射线，将其，将其转换为光学光学图像，称像，称为“光光电转换”；然后，；然后，图像增像增强器的光器的光电层将光学将光学图像像转换为电子后子后发射，聚焦射，聚焦电极加有极加有2530kV的高的高压加速加速电子，并将其聚焦到子，并将其聚焦到输出屏。出屏。输出屏再将出屏再将电子能量子能量转换为可可见光光图像，像，图像像处理器（数理器（数码摄

24、像机）通像机）通过A/D转换将接收到的可将接收到的可见光光图像像转换成数字信号成数字信号传送到送到显示器上。其示器上。其过程程为：射射线模模拟信号信号输入屏入屏闪烁体体可可见光光输入屏入屏光光电层电子子输出出屏屏可可见光光 CCD或其它或其它摄像机像机视频信号信号A/D转换数字数字图像像显示示与与评判。判。在在图像增像增强器中器中实现的的转换过程程为：射：射线可可见光光电子子可可见光。光。图像增像增强器射器射线实时成像是成像是间接化数字成像技接化数字成像技术。图像增像增强器器是系是系统最重要的部件。最重要的部件。第18页/共58页射射线图像数字化像数字化过程程-图像增像增强器器间接数字化示意接

25、数字化示意图 1-射射线源源 2-机械装置机械装置 3-图像增像增强器器 4-图像像显示与示与处理部分理部分 5-视频摄像系像系统6-工件工件 可采取静可采取静态图像或像或动态视频图像采集。像采集。图像增像增强器器间接数字化接数字化图像空像空间分辨力影响因素：分辨力影响因素：输入屏不清入屏不清晰度、晰度、视频摄像系像系统数字化采数字化采样过程像素尺寸（采程像素尺寸（采样间隔）等的隔）等的影响。影响。第19页/共58页射线图像数字化过程射线图像数字化过程-图像增强器间接数字化图像增强器间接数字化第20页/共58页2、射、射线实时成像系成像系统图像的构成要素像的构成要素1）像素：像素是构成数字）像

26、素：像素是构成数字图像的基本像的基本单元。像素越多，元。像素越多，单个像素个像素的尺寸越小，的尺寸越小，图像的分辨率就越高，像的分辨率就越高，图像越清晰。像越清晰。CRT显示器示器图像的像素取决于像的像素取决于扫描密度，例如：由描密度，例如：由1024行水行水平平扫描和描和768行垂直行垂直扫描构成的描构成的图像，包含有像，包含有1024 768个像素。个像素。在在摄像系像系统以及液晶以及液晶显示器中，示器中，图像的像素取决于像的像素取决于CCD/CMOS光光电传感器上的光敏元件数目，一个光敏元件感器上的光敏元件数目，一个光敏元件对应一个像素。一个像素。2）灰度：像素的亮度等）灰度：像素的亮度

27、等级称称为灰度。其灰度。其变化取决于模化取决于模/数数转换器器的位数，用二的位数，用二进制表示。如果是制表示。如果是8位模位模/数数转换器，器，则灰度可分灰度可分为2的的8次方次方=256个个级别。3、射、射线实时成像系成像系统图像的像的质量指量指标 射射线实时成像系成像系统图像像质量的主要指量的主要指标有：有：图像分辨率、像分辨率、图像像不清晰度和不清晰度和对比灵敏度。比灵敏度。这三个指三个指标可大致可大致对应于胶片照相的于胶片照相的颗粒度、不清晰度和粒度、不清晰度和对比度。比度。第21页/共58页3、射、射线实时成像成像检测技技术的工的工艺要点要点1）最佳放大倍数；）最佳放大倍数；2）扫描

28、速度和定位精度；描速度和定位精度；3）图像像处理；理；4）系）系统性能校性能校验。4、图像增像增强器射器射线实时成像系成像系统的的优点和局限点和局限性性与常与常规射射线胶片照相比胶片照相比较：1）工件的透照）工件的透照检测和和获得透得透视图像同步，像同步，检测速快，工作效速快，工作效率高。率高。2）不使用胶片，不需要暗室）不使用胶片，不需要暗室处理的化学理的化学药品，运行成本低，品，运行成本低，无无环境境污染。染。3）检测结果可果可转化化为数字化数字化图像用像用U盘等等电子存子存储器存器存储、调用、复制、用、复制、传送比底片方便。送比底片方便。4）图像像质量，尤其是空量，尤其是空间分辨率和清晰

29、度低于胶片射分辨率和清晰度低于胶片射线照相。照相。5）图像增像增强器体器体积较大，大，检测系系统应用的灵活性不如常用的灵活性不如常规便便携式射携式射线装置。装置。6）设备一次性投一次性投资较大。大。维护成本也成本也较高。高。7）显示示视域有局限，域有局限，图像的像的边缘容易扭曲失真。容易扭曲失真。8）仅在最后在最后阶段通段通过数字数字摄像机才像机才变成数字信号成数字信号图像，而其像，而其成像成像过程，从射程，从射线作用再作用再经过多次多次转换，造成信噪比降低和，造成信噪比降低和图像像质量劣化，影响最量劣化，影响最终获得的数字得的数字图像像质量。量。第22页/共58页8.4 数字化射数字化射线成

30、像技成像技术 数字化射数字化射线成像技成像技术包括包括计算机算机x射射线照相技照相技术（CR）、）、数数字平板技字平板技术（DR）、）、线阵列列扫描成像技描成像技术（LDA）。）。DR包括包括非晶硅（非晶硅（a-Si）数字平板）数字平板、非晶硒（非晶硒（a-Se）数字平板）数字平板和和CMOS数字平板数字平板。1、计算机射算机射线照相技照相技术（CR）计算机射算机射线照相，是指将照相，是指将x射射线透透过工件后的信息（由工件工件后的信息（由工件内部内部结构构变化引起的透化引起的透过射射线的的强度度变化）化）记录在成像板上在成像板上（LP板），板），经扫描装置描装置读取，再由取，再由计算机生成数

31、字化算机生成数字化图像的技像的技术。整个系。整个系统由成像板、激光由成像板、激光扫描描读出器、数字出器、数字图像像处理和理和储存系存系统（计算机算机软件）、硬件（打印机和其他存件）、硬件（打印机和其他存储介介质）组成。成。计算机射算机射线照相的工作照相的工作过程：程：1）曝光）曝光：用普通：用普通x射射线机机对装在暗盒内的成像板曝光，射装在暗盒内的成像板曝光，射线穿穿过工件到至达成像板，成像板上的工件到至达成像板，成像板上的荧光物光物质具有保留潜在具有保留潜在图像像信息的能力，即形成潜影。信息的能力，即形成潜影。2）扫描描：成像板上的潜影是由：成像板上的潜影是由荧光物光物质在在较高能高能带俘俘

32、获的的电子形成光激子形成光激发射射荧光中心构成，在激光照料射下，光激光中心构成，在激光照料射下，光激发射射荧光中心的光中心的电子将返回它子将返回它们的初始能的初始能级，并以，并以发射可射可见光的形式光的形式输出能量，所出能量，所发射的可射的可见光光强度与原来接收的射度与原来接收的射线剂量成比例。量成比例。因此可用激光因此可用激光扫描描仪逐点逐行逐点逐行进行行扫描，将存描，将存储在成像板上的在成像板上的荧光潜影光潜影转换为可光可光见信号。信号。第23页/共58页3）成像）成像：通过具有光电倍增和模数转换功能的读出器将转换的可见光信号转换成数字信号传送给计算机，数字信号被计算机重建为可视影像显示在

33、显示器上，根据需要对图像进行数字处理。激光扫描读出图像的速度：对100mm 420mm的成像板中，完成扫描读出过程不超过1min，读出器有多槽自动排列读出器和单槽读出器两种，前者可在同一时间内处理更多的成像板。4）擦除）擦除：完成影像信息的读取后，可对成像板上的残留信号进行消影处理，为下次使用做好准备。成像板的寿命可达数千次。计算机射算机射线照相的整个工作流程可以描述照相的整个工作流程可以描述为：射射线模模拟信号信号IP板板激光激光荧光光光光电倍增管倍增管电信号信号A/D 转换数字信号数字信号 计算机算机 数字数字图像合成、像合成、显示与示与评定定。计算机射线照相检测是间接数字化技术。计算机射

34、算机射线照相系照相系统的技的技术参数参数1）激光）激光扫描描仪的性能参数。的性能参数。2）成像板（）成像板（IP板）的性能参数。板）的性能参数。3）空）空间分辨率和信噪比。分辨率和信噪比。4）图像不清晰度。像不清晰度。第24页/共58页计算机射算机射线照相技照相技术（CR）的）的优点和局限性点和局限性1）原有的）原有的x射射线设备不需要更不需要更换或改造，可以直接使用。或改造，可以直接使用。2）宽容度大，曝光条件易容度大，曝光条件易选择，对曝光不足或曝光不足或过度的胶片可度的胶片可通通过影像影像处理理进行行补救。救。3）可减小照相曝光量。）可减小照相曝光量。CR技技术可可对成像板成像板获取的信

35、息取的信息进行放行放大增益，从而大幅度地减少大增益，从而大幅度地减少x射射线曝光量。与胶片射曝光量。与胶片射线照相比照相比较，根据成像板的特点，曝光量可减少，根据成像板的特点，曝光量可减少10%60%。这也有利也有利于于辐射防射防护。4）CR技技术产生的数字生的数字图像存像存储、传输、提取、提取、观察方便。察方便。5）成像板与胶片一）成像板与胶片一样，有不同，有不同规格，能格，能够分割和弯曲，分割和弯曲，对曲曲面工件的适面工件的适应性好。成像板可重复使用几千次，其寿命决定于性好。成像板可重复使用几千次，其寿命决定于机械磨机械磨损程度。程度。虽然然单板的价格昂板的价格昂贵，但，但实际比胶片更便宜

36、。比胶片更便宜。6）CR成像的空成像的空间分辨率可达分辨率可达5Lp/mm（即（即100mm），稍低），稍低于胶片水平。于胶片水平。7、虽然比胶片照相速度快一些，但是不能直接然比胶片照相速度快一些，但是不能直接获取取图像，必像，必须将将CR屏放入屏放入读取器中才能得到取器中才能得到图像。像。8、CR成像板与胶片一成像板与胶片一样，对使用条件有一定要求，不能在潮使用条件有一定要求，不能在潮湿的湿的环中和极端的温度条件下使用。中和极端的温度条件下使用。第25页/共58页射射线图像数字化像数字化过程程-IP板（板（CR技技术）间接数字化接数字化第26页/共58页射射线图像数字化像数字化过程程-IP板

37、（板（CR技技术）间接数字化接数字化 检测过程可分程可分为独立的三步：透照、独立的三步：透照、读出、出、评定。定。射线模拟信号IP板激光荧光光电倍增管电信号A/D转换数字信号 计算机 数字图像合成、显示与评定。图像空间分辨影响因素：IP板本身的空间分辨力（不清晰度）；图像读出时采用的扫描点尺寸；扫描步进精度。第27页/共58页2、线阵列列扫描成像技描成像技术（LDA）1）线阵列列扫描数字成像系描数字成像系统工作原理工作原理（如（如图所示）所示）由由x射射线机机发出的出的经准直准直为扇形的一束扇形的一束x射射线，穿，穿过被被检工件，被工件，被线扫描成像器（描成像器（LDA探探测器）接收，将器）接

38、收，将x射射线直接直接转成数字信号，然后成数字信号，然后传送到送到图像采集控制器和像采集控制器和计算机中。每算机中。每次次扫描描LDA探探浊器所生成的器所生成的图像像仅仅是很窄的一条是很窄的一条线。为了了获得完整的得完整的图像，就必像，就必须使被使被检工件作匀速运工件作匀速运动，同，同时反复反复进行行扫描，描，计算机将多次算机将多次扫描描获得的得的线形形图像像进行行组合，最合，最后在后在显示器上示器上显示出完整的示出完整的图像，完成整个成像像，完成整个成像过程。程。线阵列列扫描技描技术是直接数字化成像，同是直接数字化成像，同时也是也是实时成像技成像技术。目前目前LDA成像器具有承受管成像器具有

39、承受管电压450kV的的x射射线直接照射的能直接照射的能力。力。第28页/共58页2）线阵列列扫描数字成像系描数字成像系统的的优点和局限性点和局限性由于由于线阵列列扫描描探探测器本身具有数字化采集功能，因此光器本身具有数字化采集功能，因此光学学镜头、摄像机和像机和图像采集卡可以省略；像采集卡可以省略；线阵列列扫描描探探测器的造价比器的造价比图像增像增强器高，器高，比数字平板比数字平板（DR）低很多，）低很多，但是由于但是由于线阵列探列探测器是采取器是采取线扫描逐行描逐行成像，成像，对X射射线源不源不过分分强调采用小焦点，同采用小焦点，同时省略了光学省略了光学镜头、摄像机和像机和图像采集卡，因此

40、，像采集卡，因此，总体造价比体造价比图像增像增强器器成像系成像系统高不了太多。高不了太多。图像像质量比量比图像增像增强技技术高高，但低于数子平板技，但低于数子平板技术（DR），），更低于更低于计算机射算机射线照相技照相技术（CR）。但是，。但是，线阵列探列探测器器X射射线实时成像成像检测技技术的成像速度的成像速度比比计算机射算机射线照相技照相技术（CR）快的多，但比）快的多，但比图像增像增强器器实时成像慢成像慢，影响了，影响了检测效率的效率的发挥，这是它的美中不足之是它的美中不足之处。运行运行费用低，大致与用低，大致与图像增像增强器器实时成像相近。成像相近。线阵列探列探测器器X射射线实时成像成

41、像检测技技术当前在气瓶、当前在气瓶、锅炉、炉、压力容器、力容器、压力管道、油气力管道、油气长输管道管道对接接焊缝及机械零件、及机械零件、航空航天部件的无航空航天部件的无损检测领域中域中都有非常好的都有非常好的应用。用。第29页/共58页3）线扫描成像器的技描成像器的技术特性特性 空空间分辨率分辨率 LDA的像素尺寸在的像素尺寸在80 250 m。动态范范围 比理比理论值低。低。动态校准校准 闪烁体材体材质的不均匀性、光的不均匀性、光电二极管的二极管的转换不一致性、温不一致性、温度的度的变化都要求化都要求对系系统进行行动态校准。校准。扫描速度描速度 系系统的的扫描速度取决于描速度取决于x射射线光

42、通量的大小，而光通量的大小，而x射射线光光通量同通量同时还影响着数字影响着数字图像的像的质量。量。与射与射线相关的相关的设计 闪烁体体须与与x射射线的能量相匹配，因此，不同的射的能量相匹配，因此，不同的射线源，源，对LDA的的设计也会明也会明显的差的差别，必，必须考考虑闪烁体的承受能力。体的承受能力。目前目前LDA成像器具有承受管成像器具有承受管电压450kV的的x射射线直接照射的直接照射的能力。能力。x射射线的屏蔽和准直影响着的屏蔽和准直影响着图像的信噪比。像的信噪比。第30页/共58页第31页/共58页3、数字平板直接成像技、数字平板直接成像技术（DR）数字平板直接成像技数字平板直接成像技

43、术是近几年才是近几年才发展起来的全新的展起来的全新的数字化成像技数字化成像技术。数字平板直接成像技。数字平板直接成像技术与胶片和与胶片和CR的的处理理过程不同，在两次照射期程不同，在两次照射期间，不必更，不必更换胶片和存胶片和存储荧光板，光板，仅需要几秒需要几秒钟的数据采集，就可以的数据采集，就可以观察到察到图像，像，检测速度和效率大大高于胶片和速度和效率大大高于胶片和CR技技术。除了不。除了不能分割和弯曲外，数字平板与胶片和能分割和弯曲外，数字平板与胶片和CR具有几乎相具有几乎相贩适适应性和性和应用范用范围。数字平板的成像数字平板的成像质量比量比图像增像增强器射器射线实时成像系成像系统好很多

44、，不好很多，不仅成像区均匀，滑成像区均匀，滑边缘几何几何变形，而空形，而空间分分辨率和灵敏度要高得多，其辨率和灵敏度要高得多，其图像像质量已接近或达到胶片量已接近或达到胶片照相水平。与照相水平。与线阵列列扫描成像（描成像（LDA）相比，数字平板）相比，数字平板可做成大面可做成大面积平板一次曝光形成平板一次曝光形成图像，而不需要通像，而不需要通过移移动或旋或旋转工件，工件，经过多次多次线扫描才描才获得得图像。像。数字平板技数字平板技术有非晶硅（有非晶硅（a-Si）和非晶硒（）和非晶硒（a-Se）和）和CMOS三种。三种。第32页/共58页1）非晶硅与非晶硒）非晶硅与非晶硒 非晶硅平板成像称非晶硅

45、平板成像称为间接成像：需要中接成像：需要中间媒介媒介闪烁层将将x射射线转换为可可见光，再光，再转换为电信号。信号。非晶硒平板成像称非晶硒平板成像称为直接成像：直接成像：x射射线撞撞击硒硒层，硒，硒层直接将直接将x射射线转换成成电荷。荷。目前，非晶硅和非晶硒的空目前，非晶硅和非晶硒的空间分辨率都不如胶片。非晶硒与非分辨率都不如胶片。非晶硒与非晶硅相比，非晶硒的空晶硅相比，非晶硒的空间分辨率更好一些。当要求分辨率小于分辨率更好一些。当要求分辨率小于200 m时应使用非晶硒板。当允使用非晶硒板。当允许的分辨率大于的分辨率大于200 m时可考可考虑使用非晶硅。非晶硅的另一个使用非晶硅。非晶硅的另一个优

46、点是点是获得得图像的速度比非硒板更像的速度比非硒板更快。快。第33页/共58页2）CMOS数字平板数字平板 CMOS数字平板由集成的数字平板由集成的CMOS记忆芯片构成，所芯片构成，所谓的的“CMOS”是互是互补金属氧化物硅半金属氧化物硅半导体。和体。和CCD一一样，是可，是可记录光光线变化的半化的半导体。体。CMOS探探测器上可以使用任何器上可以使用任何x射射线：脉冲的、整流的、恒：脉冲的、整流的、恒压的，的，电流从几微安培到流从几微安培到30安培，改安培，改进的的CMOS探探测器可以接收器可以接收450keV 20keV的能量。的能量。扫描式探描式探测器要求恒器要求恒压X射射线机，能机，能

47、量从量从20keV 300keV的的电压及任何大小的及任何大小的电流。流。第34页/共58页CM0S的制造技的制造技术和一般和一般计算机芯片没有什么差加，主要是和硅算机芯片没有什么差加，主要是和硅和和锗（zh）这两种元素所做成的半两种元素所做成的半导体，使其在体，使其在CMOS上共存上共存着着带N（带正正电）和）和P（带正正电）级的半的半导体，体，这两个互两个互补效效应有有所所产生的生的电流即可被流即可被处理芯片理芯片记录和解和解读成影像。成影像。“活性像元探活性像元探头技技术”是指把所有的是指把所有的电子制制和放大子制制和放大电路放置于每路放置于每一个一个图你探你探头上，取代一般探上，取代一

48、般探头器在器在边沿布沿布线的的结构。构。这种种结构构使使CMOS探探测器的抗震性更器的抗震性更强，寿命更，寿命更长。CMOS受温度的影响非常小，工作温度范受温度的影响非常小，工作温度范围很很宽，从，从0.5543.3的温度的温度变化范化范围都不需要都不需要标定（定（标定的意思就是校准）。定的意思就是校准）。CMOS探探测 器的填充系数高达器的填充系数高达90%以上，高出非晶硅探以上，高出非晶硅探测器器约60%。探。探测器的填充系数是活性区域表面的百分比，是表征元器器的填充系数是活性区域表面的百分比，是表征元器件探件探测光光电子的能力的指子的能力的指标，填充系数越高，其灵敏度也，填充系数越高，其

49、灵敏度也应越高。越高。采用采用轴外外检测方法，可消除散射（不希望的信号）（方法，可消除散射（不希望的信号）（实际为减少）减少），减少，减少辐射射对探探测器的直接冲器的直接冲击（辐射噪声），延射噪声），延长探探测器使用器使用命。由于主要的命。由于主要的辐射光束被屏蔽了，可以有很高的信噪比。射光束被屏蔽了，可以有很高的信噪比。使用小型使用小型CMOS系系统，曝光，曝光时间为3秒，把数据修正并把秒，把数据修正并把图像像传输到到计算机工作站上，并算机工作站上，并显示出示出约需需10秒，秒，可以可以认为是是实时成成像？像？。如果精度。如果精度为80m，图像接收板的像接收板的扫描速度最高可达。描速度最高可

50、达。第35页/共58页4、数字化射、数字化射线成像技成像技术特点特点总结各种数字化射各种数字化射线成像技成像技术的共同特点是：的共同特点是：检测过程容易程容易实现自自动化，工作效率高，成像化，工作效率高，成像质量好，数字量好，数字图像的像的处理、存理、存储、传输、提取、提取、观察察应用十分方便。用十分方便。从成像速度来从成像速度来说，各种数字化射，各种数字化射线成像技成像技术均比不上均比不上图像增像增强器器实时成像，但比胶片照相或成像，但比胶片照相或CR技技术快得多。胶片照相快得多。胶片照相或或CR技技术在两次照射期在两次照射期间需要更需要更换胶片和存胶片和存储荧光板，曝光板，曝光后需冲洗和放