X射线检测系统的演变（精选十篇）
X射线检测系统的演变（精选十篇）
X射线检测系统的演变 篇1
目前对轮胎X射线检测系统的图像识别都是由人来主观判断的。X光机对轮胎进行扫描成像, 将图像传输到计算机中在显示屏上显示, 工作人员通过对轮胎X射线图像的识别来判断轮胎是否有缺陷并对其缺陷进行分类, 由人工来进行轮胎缺陷图像识别受到外界的干扰较大, 并且具有工作量和工作强度大的特点, 这些都容易给轮胎缺陷图像的识别带来较大不利影响。采用计算机图形识别技术对轮胎X射线图像进行识别, 不仅能提高工作效率, 有效解决人工识别过程中带来的问题, 使识别的过程客观化, 更加科学和规范。轮胎X射线缺陷检测系统能对其图像进行自动处理和归类, 通过对轮胎缺陷图像的统计, 还可以建立轮胎缺陷图像的数据库, 提高企业在轮胎生产过程中的经济效益[1]。
国内厂商大都是用国外生产的X射线检测产品, 比较常见的品牌有德国的Collmann和YXLON等[2]。YXLON是国际上轮胎内部缺陷检测设备的最大生产厂家, 其产品具有可靠的检测结果、快速的检测时间、维护简单、结构紧凑、操作简单直观等特点[3]。相比较国外, 国内对轮胎用X光机图像处理技术的研究不多, 对于国内的轮胎制造厂商, 如果想要运用轮胎缺陷图像自动识别技术, 只能向国外购买, 但是价格昂贵。因此, 现在国内的大部分厂商还是采用人工肉眼对轮胎X射线图像检测的方法进行质量判断[4]。
1 轮胎X射线检测装置和结构分析
我们采用的轮胎X射线检测图像采集装置为YXLON公司生产的LX-1500型轮胎X射线检测系统, YXLON的轮胎X射线检测系统由X射线管、U型传感器、数字图像转换器、图像处理工作站和显示器等部分组成, 该系统具有机械结构设计良好和图像识别系统分辨率高的特点。采用该系统对轮胎进行X射线检测时, 轮胎首先通过起重机被装载到检测的支架上, 系统操作工使用控制面板输入合适的参数, 按照设定好的参数, 径向X射线管伸进到轮胎的中部, 马鞍型的轮胎线阵列检测器也移动相应的位置, 轮胎在支架上保持匀速的转动, 从而确保了轮胎X射线检测过程的连续性。
2 轮胎X射线检测图像分析
由于轮胎的规格型号极其繁杂, 轮胎的内部结构也是千差万别, 导致表述轮胎缺陷时没有统一的标准, 这里依据对轮胎生产质量的控制要求, 结合轮胎缺陷数据分析和文献资料参考的基础上, 将轮胎内部钢丝帘线的缺陷特征概括为以下四类:
2.1 帘线的形状
对于质量正常的轮胎而言, 其内部的胎体钢丝帘线分布应该是与图像横向平行排列的直线序列, 如图1 (a) 所示。当帘线弯曲时, 其检测图像如图1 (b) 所示。
2.2 帘线间的尺度
对于质量正常的轮胎而言, 其内部的胎体钢丝帘线密度应该是均衡的, 这些胎体帘线在轮胎X射线检测图像上应该表现为一系列间距相同的线段。对于胎体钢丝帘线接头开和排列密度不均的缺陷, 从图2 (a) 来看, 接头开出现在胎圈处, 更明显地表现在胎侧处两根相邻钢丝之间距离的增大;帘线排列密度不均表现为帘线间距过大或稀疏, 如图2 (b) 所示。所以实际上这两类缺陷在X射线检测图像上都表现为相邻两根帘线之间纵向间距的变化, 都可以归纳为帘线纵向排列的帘线尺度问题。
2.3 帘线的细节
轮胎内部钢丝帘线的细节主要表现为钢丝帘线上的不连续点、交叉点或者断点。图3 (a) 是帘线交叉的X射线检测图像, 图3 (b) 是帘线断开的X射线检测图像。对于胎体异物而言, 由于X射线投影成像的关系, 异物的影像会与钢丝帘线的影像发生重叠, 如图3 (c) 所示, 所以胎体异物也可以归纳为帘线上的细节问题。
2.4 帘线的排列方向
带束层是由两层排列方向相互交叉的帘线构成的, 如图4 (b) 所示。带束层顺线是由于本应该交叉排列的两层钢丝帘线全顺着一个方向排列造成的。
对于带束层顺线而言, 传感器的横向放大率是一个变化的数值, 这导致在带束层位置处的钢丝帘线的间距不同, 因此难以用帘线间距来定量评估。但是对于同一层的帘线来说, 它们的整体排列方向是基本一致的, 更具有局部不规则以及宏观有规律的纹理特征。因此可以用帘线的排列方向来表征带束层位置处帘线的特征。
综上所述, 轮胎X射线检测内部缺陷图像的种类可以总结归纳为下表:
3 轮胎X射线检测缺陷识别算法
轮胎X射线检测缺陷识别算法是轮胎X射线检测系统的关键, 算法的质量好坏直接决定了系统开发的成功与否。由于轮胎缺陷的复杂性, 即使对于同一种缺陷其结构也不尽相同, 因此若要采取统一的模式对轮胎缺陷进行描述是不现实的, 采用模版匹配、共生灰度矩阵、Gabor滤波器等[5]方法对其进行分析都不能取得很好的检测结果。对于这种情况, 现在我们采用了一种方法对轮胎缺陷进行自动识别, 首先对轮胎的各种缺陷特征进行归类分析, 然后对这些不同的缺陷特征分别设计相应的算法, 最后将不同的轮胎缺陷特征算法进行集成。
3.1 帘线的形状缺陷识别算法
对于帘线形状缺陷的识别, 即轮胎钢丝帘线弯曲缺陷的识别, 可以利用水平扫描轮胎X射线检测图像的细化图像方法来检测。
具体算法如下:
1) 确定扫描间距Δ、缺陷判定阈值T;
2) 从左到右扫描第i行的图像, 水平扫描线与帘线交叉点的个数Ni, 判别交叉点时要保证两条线有一定的交叉角度, 对于两条线交叉重合点大于5个点的不计为有效交叉点;
3) 判别第i行交叉点数是否满足条件Ni>T, 如果满足, 则该区域帘线弯曲, 如果不满足, 则为正常区域;
4) 行间距增加Δ, 继续扫描下一行图像, 直到扫描完整幅图像;
5) 记录所有缺陷区域, 并在轮胎X射线检测图像上进行标记。
3.2 帘线间尺度缺陷识别算法
帘线间的尺度缺陷包括帘线排列密度不均和接头开两种缺陷, 帘线接头开和帘线排列密度不均都表现为相邻两帘线之间的间距变化, 都可以用帘线纵向排列的尺度来进行检查和判别。
设帘线排列密度不均缺陷的判别阈值为T, 相邻两条帘线在第j列扫描方向上的间距为di, j, 第j列相邻帘线之间的平均间距为uj, 则判别缺陷的规则为:
通常取相邻两条帘线之间的距离大于帘线平均间距的两倍, 即判断其为缺陷。
具体算法如下:
1) 确定扫描间距Δ、缺陷判定阈值T;
2) 对第j列的图像进行从上到下的扫描, 记录该扫描线和帘线交叉点的坐标;
3) 计算出第j列帘线的平均间距uj和相邻两条帘线之间的距离di, j;
4) 如果di, j>Tuj, 则判定为可能的缺陷点, 然后标记出相应的坐标 (xj, yi) ;
5) 判断点 (xj, yi) 周围M×N窗口内是否存在帘线的端点, 如果存在, 则判定其为虚假的
缺陷点, 然后去除该点的缺陷标记, 如果不存在, 则该点为真实的缺陷点, 记录该点的坐标;
6) 列间隔增加Δ, 扫描下一列的图像, 直到扫描完整幅图像;
7) 扫描完整幅图像后, 记录出所有真实缺陷点坐的坐标, 在轮胎X射线检测图像上进行相应的标记。
3.3 帘线细节缺陷识别算法
轮胎内部的细节主要表现为帘线的连续、交叉或者断裂, 另外还包括存在胎体异物。
在轮胎X射线检测图像中, 像素点的灰度值分为0和1两种。其中帘线的像素灰度值为1, 背景像素灰度值为0。对于任意一点P, 在其3×3领域内, 定义它的交叉点数为:
式中P表示该像素点的灰度值。
定义P点的八领域纹线点数为:
根据Cn (P) 和Sn (P) 的取值, 可以判断P点的结构特征:
采用上面的方法就能够识别出轮胎内部帘线交叉、搭接的缺陷。具体的算法是:遍历细化图像, 对所有灰度值为1的像素点计算Cn (P) 和Sn (P) 的值, 标记所有满足条件 (3) 和 (4) 的点位缺陷点。
3.4 帘线排列方向缺陷的识别算法
帘线排列方向上的缺陷是指带束层顺线缺陷。正常子午线轮胎在胎面区域帘线呈子午线交叉排列, 存在0°、45°和135°三个方向上的连线分布。而带束层缺陷就是由于某种原因在生产过程中造成轮胎缺失了45°或135°方向中的帘线。
基于Gabor滤波器能够按照方向和频带对图像进行滤波, 所以我们采用多通道Gabor变换的方法对轮胎胎面中45°或135°的帘线纹理特征值进行提取, 通过对帘线纹理特征值的对比来识别出带束层顺线的缺陷。
具体算法如下:
1) 根据轮胎型号确定帘线纹理的评价频率v;
2) 取出轮胎X射线检测原始灰度图像胎面区域中M×N大小的子图像, 对该图像分别进行45°或135°两个方向上的Gabor滤波, 计算出两个方向上的Gabor能量均值m和方差d作为纹理特征值;
3) 判断是否满足条件:m1-m2>T1&&d1-d2>T2, 如果满足条件, 则判别为缺陷, 反之, 则判别为正常。
4 结论
本文首先介绍了轮胎X射线检测装置, 然后对轮胎X射线检测的图像进行了详细分析, 并对图像中轮胎的缺陷种类进行了分类, 最后介绍了自己设计的轮胎X射线检测缺陷识别算法, 针对形状、尺度、细节、排列四种轮胎缺陷, 分别设计了相应的轮胎缺陷识别算法。
参考文献
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X射线检测系统的演变 篇2
关键词： 龙虾眼系统； Schmidt结构； X射线聚焦； 视场
中图分类号： TH 743文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.05.007
引言X射线的光学常数决定其很难通过折射的方式实现聚焦，通常采用掠入射反射的方式。典型的掠入射光学系统包括KB型光学系统、Wolter型光学系统等，这些光学系统虽然具有较高的空间分辨力，但是严重的离轴像差以及光学元件的反射特性使视场受到限制，如KB显微镜的视场只有约200 μm，Wolter望远镜的视场只有角分量级[12]。龙虾眼（lobstereye，LE）型光学系统源于模仿龙虾的视觉系统，由多个通道的掠入射反射镜构成，结构上的球对称性决定了它没有特定的光轴，任意方向上的聚焦能力都相同，因此具有其它X射线光学系统无法企及的大视场特性。Schmidt[3]与Angel[4]分别提出了两种不同结构的龙虾眼系统：Schmidt结构适合于大型、高集光面积的系统，Angel结构适合于小型轻便的系统[5]。目前，龙虾眼光学系统主要应用于天文观测领域，作为ASM（all sky monitor）实现大视场巡天，例如ESA的LobsterISS计划[6]；在安全检查仪器领域，美国物理光学公司正在研制基于龙虾眼光学系统的便携式X射线安检设备[79]，有望用于未来大型集装箱的安全检查；此外，龙虾眼系统的改良结构也正尝试应用于中子聚焦[10]。龙虾眼光学系统的大视场特性使其在未来的空间天文观测、大尺度等离子体诊断等领域都具有重要的应用前景。文中以Schmidt结构龙虾眼系统为基础，建立了有限物距的成像系统，演示了大视场下的X射线聚焦和成像特性。1初始结构设计Schmidt型与Angel型龙虾眼系统的结构形式分别如图1和图2所示。Angel结构是由许多排列在球面上的微小矩形元胞组成，与真实的龙虾眼相似，如果元胞足够小，Angel结构的分辨力可以达到角秒量级[11]。但是，元胞式的Angel结构制作方式较为复杂，难以获得较好的表面粗糙度。Schmidt结构由多组平面反射镜组成，以一维结构为基础，通过两个一维结构的正交叠加得到二维聚焦系统。相对于Angel型结构，Schmidt型结构适合于大型系统应用，其分辨能力较差，但因为方便在反射镜表面镀膜，因此可以扩展到较高的能量段。光Schmidt和Angel结构都是由两个正交的反射面，根据掠入射全外反射原理实现X射线的二维聚焦成像，其成像原理如图3所示，所有反射面中心沿周向均匀分布在半径为R的圆弧上，且延长线都通过这一圆弧的曲率中心C。如图3（a）所示，物距无穷远时不同视场的光线将会聚在半径为r/2的像面上，虽然实现了大视场，但也导致其像面不再是平面而是以C为中心的球面。图3（b）为有限物距情况下，物点A发出的光线被不同位置镜片反射会聚在点A′，由于X射线全外反射临界角的存在，并非所有的镜片都被利用，当光线掠入射角度θ+小于全外反射临界角时，该反射镜才参与反射。如图所示，在物体具有一定尺寸的情况下，AB是以C为中心的一段圆弧，物点B发出的光线通过与A相同的方式会聚于B′，但利用了不同位置的镜片，图中下方部分镜片由于光线入射到其表面的角度超出全外反射临界角而不再参与反射，而上方参与反射的镜片数目会增加。此时可以认为是以BC连线作为光轴，所用参与反射的镜片均分布在光轴附近的小范围内，所以不同位置的点成像情形相同。物体尺寸继续增大，沿周向增加镜片就能实现更大视场的成像，这就是龙虾眼系统大视场的原因。此外，龙虾眼系统需要采用双面反射镜也是龙虾眼系统能够实现大视场的原因之一。
A发出的光线经过系统后被会聚于位置A′，以AC作为光轴。由图3中关系可以得到：α=θ+2（1）由于所设计的龙虾眼系统工作于8 keV的X射线波段，在X射线掠入射情况下，θ、、α都非常小，于是式（1）中的角度关系可以代换为：rsinl-Δr=rsins+Δr+2rsinr-Δr（2）式（2）中，Δr=r（1-cos），s为物距，l是像距。θ、、α都很小，所以Δrr，l，s，式（2）可简化为：1l-1s=2r（3）式（3）就是龙虾眼系统的物像公式，显然，龙虾眼系统的成像关系与球面反射镜的高斯公式是一致的。令物距s为无穷，可以得到龙虾眼系统的焦距：f=r/2（4）系统的横向放大率：Mt≈A′B′AB=A′CAC=r-lr+s（5）将式（3）代入式（5）后，近似得到：Mt≈ls（6）式（6）表明X射线龙虾眼系统的放大率等于像距与物距之比。为了获得最佳的集光效率以减少系统工作时的曝光时间，可以将集光面积作为评价集光效率的标准对系统进行优化，获得最大集光效率的条件仅与反射镜的长度与相邻两镜间距有关，当反射镜长p与相邻镜间距w满足下式时，可以获得最佳的集光效率[1213]wp≈ε θc（7）式（7）中，θc表示全外反射临界角，ε为一常数，通过优化得到的ε≈0.85[13]。文中研究的系统工作于8 keV，反射镜采用50 mm长的超光滑玻璃，由于SiO2表面的反射率在0.2°左右急剧下降，所以选择0.2°近似作为θc的值，于是得到当反射镜面间距w为0.15 mm时，系统具有最佳的集光效率。当反射镜相互平行排列，即r→∞时，系统的物像距相等，此时的放大率为1。文中设计的schmidt结构演示系统，设计参数如表1所示。演示系统的结构如图4所示，使用长宽50 mm×50 mm，厚度210 μm的SCHOTT D263T超薄平板玻璃作为反射镜片，通过在相邻镜片之间垫150 μm厚度玻璃片以实现等间距的堆叠。制作完成的一维结构总共20层。D263T超薄平板玻璃的表面粗糙度约为0.5 nm。系统的有效镜片数量N≈sθc/（w+d）；对于平行平板的演示系统，其成像的方式与前面所述相同，视场范围与系统的高度h一致。
2.1性能模拟与实验以8 keV能量Cu靶X射线管作为背光源、通过小孔以及CCD对两维系统进行聚焦实验。实验的光路图结构如图5所示。系统中心与小孔和CCD的间隔为600 mm，小孔直径约为280 μm，CCD像面尺寸约为7 mm×7 mm。首先对水平和垂直的一维结构进行聚焦实验，并使用Zemax的非序列模式进行模拟，实验与模拟结果如图6（a）、6（b）所示。实验结果与模拟结果相同，亮条纹两侧较暗条纹是由没有经过系统反射的直射光形成，如图3（a）所示。
将两个一维结构正交放置在一起就可以得到二维聚焦结构，其模拟结果与实验结果如图6（c）所示。实验成功获得了十字形状的龙虾眼系统聚焦结果图像。由于入射到相邻两平行镜片间的光线并不是只发生一次反射，小部分光线会发生两次反射，所以在水平和垂直方向都发生奇数次反射的光线与部分直射光线叠加形成中心亮斑，而只在水平或垂直方向发生奇数次反射的光线形成如图所示亮斑两侧的十字图形，其余较暗条纹为直射光形成，在相邻两镜间发生两次反射的光线形成杂散光，但比较弱，对结果没有造成大的影响。实验得到焦点FWHM约为320 μm，与模拟得到的 FWHM约280 μm的结果接近，焦斑变大的主要原因是镜片的面形误差、光线发散角以及镜片之间平行度误差。
2.2成像演示使用系统观察约2 mm×2 mm的字母图样“F”的X射线成像结果，详见图7。左图为X射线成像结果，图中较亮区域明显地显示出字母图样“F”。通过X射线CCD测量得到图样的尺寸为280×300 pixel（实验使用的X射线CCD 1 pixel=6.45 μm），与可见光CCD采集的图样尺寸基本相同。图“F”的下方末端较暗，这是由于光源在竖直方向上的长度较短，图样末端没有被照亮。
当放大倍数为1时，龙虾眼光学系统的视场约等于堆叠的镜片高度，因此文中所制作系统的视场约为7 mm。由于X射线背光源大小的限制，实验只能演示约2 mm视场的成像情况。根据龙虾眼系统的原理，其余视场的光学特性与实验展示类似。文中阐述的龙虾眼系统是在R等于无穷时的一种特例。在绝大多数情况下，需对R为有限远的龙虾眼系统实现较大的视场，此时，需要解决的是精密控制各组镜片间的向心角度。例如8 keV下，使用长度50 mm，厚度210 μm镜片，镜片间隔0.15 mm，R为400 mm时，计算可以得到反射镜间的夹角仅为3′，反射镜间角度的精确控制就显得极为关键。反射镜表面质量是影响龙虾眼光学系统性能的另一重要因素。在未来应用时，通过在反射镜表面镀制X射线多层膜，可以制作出准单能的大视场聚焦光学系统。如果在反射镜表面镀X射线超反射镜，在天文观测领域有望将观测能量扩展到100 keV。3结论龙虾眼X射线光学系统是实现大视场X射线成像的有效手段。文中研制了由多组平板玻璃构成的Schmidt型龙虾眼X射线光学系统，并进行了X射线聚焦和成像的演示实验。结果表明，实验结果与光线追迹模拟结果一致，该系统可以在几毫米的视场下实现聚焦和成像，达到百微米分辨。参考文献：
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X射线检测小径管探伤中的应用 篇3
关键词：X射线检测,小径管探伤,穿透力
1 X射线探伤
1.1 射线探伤的定义
利用X射线检测, 根据被检工件与其内部缺陷介质对射线能量衰减程度, 判断被检物中缺陷的一种无损检测方法。
1.2 射线检验基本原理
由于被测物体各部分的缺陷决定其厚度或密度, X射线穿透被检物时, 射线被吸收的程度不同。根据这一原理, 在射线检测时, 操作人员把胶片放在工件适当位置, 由于缺陷部位和无缺陷部位射线被吸收的程度不同, 吸收的射线投射在X射线胶片上的情况也不同, 经过最终暗室处理后, 将底片放在观片灯上就可以明显观察到缺陷处和无缺陷处具有不同的黑度。因此操作人员可以根据胶片曝光后的影像, 判断是否存在缺陷。这种方法称为X射线检测法。
2 射线检测要求
由于管道施工和检测的复杂性, 传统的检测技术经常会忽略细小的产品缺陷。这造成了施工设计与检测技术之间产生矛盾, 增加了工作的困难度。X射线检测技术的运用, 可以在一定程度上减小检测技术与施工设计之间的矛盾, 将检测工作简化, 提高工作效率。以下是X检测技术的注意点和要求。
2.1 管电压选择
由于X射线底片的对比度差值的大小决定着各种缺陷细节的清晰程度。因此, 检测人员为了提高缺陷的检出率, 要在一定范围内提高X射线底片的对比度。另外, 在胶片和被检查物件不变的情况下, 可以同过增加μ衰减系数来增大底片的对比度。由于对于同一个物件来说密度和原子序数都是保持不变的, 衰减系数μ的大小取决射线波长λ。因此λ越大μ就越大, 若要增大射线波长入, 则要降低管电压U的。管电压选择要运用到以下几个计算公式。
2.1.1 底片对比对ΔD计算公式
△D=0.434у·μ·△T (ΔT代表被透工件厚度差;△D代表底片对比度;μ代表衰减系数;у代表胶片对比度) 。
2.1.2 衰减系数μ计算公式
μ=τ=kρZ3λ (k代表常数;τ代表吸取系数;Z代表被检查物件的原子系数;ρ代表被照工件密度;λ代表射线波长) 。
2.1.3 射线波长λ计算公式
λ=12.4/k U (U代表管电压) 。
综上可得, 可以通过降低管电压U实现底片对比度△D增大。但是也有一个例外, 厚壁小径管的厚度变化比较大, 为了提高射线检测效率, 必须要增大管电压U, 实现有效平片区范围的扩大。同时, 为了延长X射线机的使用寿命, 检测人员检测时使用的管电压最好不超过设备最高值的85%。
2.2 曝光量选择
2.2.1《电力建设施工及验收规范 (钢制承压管道对接焊接接头射线检验篇) 》标准规定
虽然规定曝光量不能超过7.5m A.min, 但是经过实践发现, 在使用标准曝光量的情况下, 管电压偏高, 使底片对比度减小, 让检测的灵敏度达不到要求。另一方面, 使用的射线机为3005型X射线机, 由于射线机的体型偏大, 给操作带来了难度, 增加了劳动强度, 降低了检测效率。为提高底片对比度高, 操作人员最好选择12.5m A.min的曝光量, 这样就只需要使用2505型X射线机就可透照。
2.2.2《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》标准规定
这只规定了曝光量大于15m A.min, 对管电压无具体要求。但是这种规定会出现管电压偏低的现象。对于厚壁小径管来说, 过低的电压必然造成对比度过大, 影响有效评片区的范围, 造成检测结果不准确。
2.3 透照距离的选择
2.3.1 透照布置
双壁双影一次椭圆成像透照技术比一般的焊缝透照要复杂。其透照偏心距和参数焦距的计算公式分别为L=L1 (b+q) /L2 (q为椭圆开口距离) 和F=L1+L2。小径管上下焊缝缺陷的清晰度很大程度上取决于透照电压及曝光时间的合理性。为了形成清晰的影像, 操作人员要选择合适的曝光条件, 减少底片厚度差的影响。
2.3.2 焦距的选择
国家的部分相关标准没有专门规定小径管对接焊缝射线检测焦距要≥600mm, 这是不合理。由于每个不同的小径管都有不同的Ug值, 只是单纯地通过管径的大小来计算Ug的值是远远不行的。只有当检测焦距≥600mm的时候才能保证上下焊缝的清晰度。
根据公式:Ug=db/ (F-b) (其中d为有效焦点尺寸;b为缺陷到胶片距离) 可知, 对于同一管径的焊缝, 焦距越小, 几何不清晰度Ug就越大, 降低了检测的敏感度, 加大了对缺陷评定的难度。JB/T4730-2005规定, 射线源至工件表面的最小距离f根据射线检测技术等级的高低来决定。具体标准有以下几个。
综上可得, 根据实际情况分析, JB/T4730标准根据检测技术等级不同, 当产品规格为ø76×12.5mm, 设备焦点尺寸为2.5×2.5mm时, 检测焦距为:A级为413mm、AB级为525mm、B级为750mm;SY/T4109标准规定焦距F≥600mm, 从实际检测情况来看当F≥600mm时, 产品对比度、清晰度大幅提高。因此, 对于正常的小径管子 (ø≤89mm) , 如果标准没有规定或规定<600mm时, 可按焦距F≥600mm执行 (标准有更高要求的除外) , 可保证小径管上下焊缝影像清晰度、对比度。
2.4 开口间隙的选取
当操作者进行小管对接焊缝透照时, 小径管上下两焊缝在底片上通常出现椭圆形影像的成像。投影的远近是影像清晰程度的关键。其原理是:当间隙角距离大的时候, 上焊缝清晰度和灵敏度都降低, 使根部缺陷的检出率降低;当间隙间距小的时候, 上焊缝清晰度和灵敏度都提高, 使根部缺陷的检出率提升。通常情况下, 只有它们之间的距离通常在3~10cm才能保证影像的清晰。但是经过研究表面, 其最佳距离为3~6mm。
为了能进行准确的定位, 通常选用直线法, 运用假设的方法, 通过偏心距的计算, 将射线管的焦点沿上焊缝射线束前边缘点连成直线到底片, 选取一定范围, 并且垂直于X射线窗口截面, 对焦工作即告完成。
2.5 透照次数的确定
相关规程规定:当可评范围≥90%并且旋转90°拍2次或者在黑度在1.5~3.5之内小径管内壁轮廓影像清晰的呈现在底片上的时候, 允许小径管透照次数只进行一次, 并且不受K的限制。
经过研究发现, 当清晰度和灵敏度都达标的情况下, Φ76×11mm厚壁管一次透照并不能达到理想效果, 有效评片区弦长只达到52mm, 黑度范围边缘1.6, 中心2.53, 经过计算发现一次透照有效评片长度只有47%。在这种情况下, 很难正确检测出厚壁管的缺漏。考虑到以上问题, 为了达到检测最佳效果最好透照次数3次并且旋转两次角度, 均为120°。
2.6 像质计的选择
在小径管进行椭圆透照时, 为了保证影像的质量, 应选用由5根直径相同金属丝构成的I型专用像质计, 并对透照厚度进行计算, 选出合适的像质计。透照厚度计算公式 (单位mm) :
(TA代表透照厚度;D代表管子外径;T代表管子壁厚) 。
3 X射线检测小径管探伤中的应用实例
3.1 厚壁小径管X射线探伤
由于部分小径管管壁厚度较大, 采用X射线探伤会导致底片质量不容易达到标准要求, 经常出现底片影像边蚀问题, 给检测带来较大的困难, 为提高厚壁小径管X射线探伤效率, 进行了以下分析。
3.1.1 存在问题
第一, 由于厚壁小径管曲率较大, 当其检测物件的厚度已达22mm, 底片质量会严重受到散射线的影响。另外, 射线与被测物体之间存在相互作用力, 由于厚壁小径管的曲率大, X射线吸收的强度受管壁厚度的影响, 当射线探伤使用的射线能量较高时会导致射线照射到物体的时候会产生散射。
第二, 由于管外径<89mm, 根据标准采用小径管焊缝双壁双投影椭圆成象, 造成射线投影方向上紧固环和焊缝的重叠的问题, 降低了X射线的穿透力。这一结果使该部分的黑度不符合标准, 影响底片的曝光质量无法使, 使操作人员无法准确判断该部分焊缝情况。
3.1.2 总结实践
3.1.2. 1 散射问题的解决方案
通常使用的射线探伤工艺, 由于管焊缝与暗盒接触区两侧有一逐渐减小的间隙, 导致两侧位置的胶片受到的散射线影响最大, 并且射线穿过工件较薄部位的主射线引起的散射, 还会影响到工件较厚部位的边缘影像;另外, 射线与被测物体之间存在相互作用力, 由于厚壁小径管的大, X射线吸收的强度也受管曲率的影响。因此综合作用使底片上椭圆成像两侧出现发黑、残缺和严重灰雾的现象, 这种现象称为边蚀效应。在射线能量、胶片和工件材质等因素不变的情况下, 为了减少散射线的影响, 提高底片成像的质量。经过实践提出以下几个建议。
3.1.2. 2 采取的措施
主要放法是在工件上覆盖吸收材料和滤板。但是从经济的角度出发, 由于相对于过滤板来说, 吸收材料的价格比较昂贵, 并且在实际操作中不便捷。因此, 最好选用过滤板, 这种过滤板是一种置于射线源与胶片之间的均匀材料层, 能有效吸收较软部分的射线, 在一定程度上减小散射辐射、边蚀和厚度变化部分引起对比度降低等问题的出现。
3.1.2. 3 放置的方法
放置的方法主要分为紧靠射源放置和在工件与胶片之间放置。考虑到过滤板尺寸较小, 对胶片散射的影响最小, 在操作中可以选择将过滤板后放在紧靠射源的位置。但若将过滤板放置在工件与胶片之间, 可以最大程度发挥过滤板吸收来自工件散射的能力, 将工件本身造成对胶片散射的影响降低到最小。
3.1.2. 4 考虑因素
为将过滤板的工作效率提到最高, 在实际操作中要注意到以下几个影响因素: (1) 工件的厚度与焊缝厚度的变化; (2) 滤板的材料; (3) 射线辐射能谱; (4) 被检工件的材料。
3.1.3 工艺改进方法
其它曝光参数保持不变, 但应增加曝光时间0.2min弥补过滤板遮挡所花费的时间。考虑到过滤板的厚度对射线探伤结果的影响, 操作人员要选择厚薄均匀、没有折皱的过滤板, 以保证过滤板厚度可以随管电压的增加而适当增加, 而不影响结果。
在胶片暗盒与管焊缝之间加上一块0.3mm厚的铅板作为滤板, 滤板要求厚薄均匀, 与胶片暗盒紧贴。
为了减小胶片和管子之间的间隙, 在将胶片暗盒与滤板摆放时应与管子弯曲成适当的弧度, 防止胶片受压和成像变形严重。
在暗盒背面覆盖一厚约3mm的铅板, 以减小背散射的影响。
3.1.4 实际例子——油田高压注汽锅炉
油田高压注汽锅炉定期检验通常采用平移距离方法进行透照, 经过实践发现, 平移距离方法存在两个问题。
一方面, 由于平移透照法利用的是边缘射线, 在实际拍片过程中很难掌握透照条件。同时, 检验现场设备条件差, 空间狭小, 且炉管、角钢等部件无法移出辐射场, 由各种散射的影响导致透照胶片质量低和多次重拍的问题出现, 这在一定的程度上降低了工作效率。另一方面, 由于炉管下的保温层和锅炉本体缺乏保养, 出现背散射和边蚀严重的现象, 这在极大程度地影响了照片清晰度, 降低了厚壁小径管X射线探伤的效率。以下两个是针对油田高压注汽锅炉的检测方法。
3.1.4. 1 控制散射法
在实际操作中, 为了缓减实际拍片中散射的影响程度, 可以将较厚铅板尽量弯曲衬于暗袋下, 把管壁包紧。同时, 用铅板把炉管源侧无需透照区域全部遮盖住, 以此减小边蚀效应。
3.1.4. 2 倾角透射法
计算:设X射线机轴线与水平线的倾角为α.
(Z为上焊缝最大放大系数;q为焊缝影隙宽;b为焊缝宽;D为管外径;x为上焊缝投影宽)
分析:在进行计算的时候, 假设管径最大为90mm, F取800m m左右, 将源看成是点源, 此时的散射角也不超过4°。同时, 射线源还有固定的大小, 散射角将会变得小。由于误差很小, 可以直接忽略不计, 在 (1) 式中将射线束近似为平行的。
3.2 小径管焊缝X射线探伤的对焦—椭圆成像问题
我国部分标准对小径管对接焊缝X射线探伤实验使用的工件有着明确规定规:选择Φ57.1mm×4.5mm的规格;使用2505型X射线探伤机, 其焦距尺寸定为2mm×2mm;选择管电压为210k V曝光量为5m A.min的曝光参数。
3.2.1 存在问题
由于管外径<89mm, 根据标准采用小径管焊缝双壁双投影椭圆成象, 造成射线投影方向上紧固环和焊缝的重叠的问题, 降低了X射线的穿透力。这一结果使该部分的黑度不符合标准, 影响底片的曝光质量无法使用, 使检测人员无法准确判断该部分焊缝情况。
3.2.2 改进措施
3.2.2. 1 现场模拟
在模拟现场, 为了给拍片设置了障碍, 汽包上的短管在远离汽包处即离焊口15mm处均压有一圈厚度为3mm、宽度为10mm的紧固环。为了大概模拟拍片试验现场, 满足径管焊缝一次透照椭圆成象的条件。射线与焊缝之间的夹角α要有合适的大小, 否则紧固环下半部的投影和管焊缝上半部投影会由于夹角太大出现重叠问题, 或者因为夹角太小, 使管焊缝的上、下两半部分的投影重叠, 使底片上的图象质量得不到保证。
3.2.2. 2 计算 (单位:mm)
(F—射源焦点至胶片的垂直距离;Ug—几何不清晰度;d—射源焦点尺寸;σ—工件厚度) 。建立模型, 见图1。
计算过程:
3.2.2.1实地测量
根据要求, 在使用一次椭圆透照的时候, 为了保证数据的精确度, 要对被测工件进行仔细、全面的检查。并且在选择射线方向与焊缝纵断面夹角σ的时候, 可通过上式计算, 确保焊缝的投影不重叠和焊缝成象的内侧距离不小于任一侧焊缝宽度P的原则。
4 结语
X射线检测小径管探伤工艺的各个标准都有各自的有缺点。为提高X射线探伤的工作效率, 不能一味遵守原来的标准, 操作人员要在实践中不断总结经验, 获得最佳的射线探伤条件, 不断更新标准, 使射线探伤工艺有更加精确的标准。
参考文献
防止X射线对人体的危害 篇4
当你发烧、咳嗽、外伤或者检查身体时，医生常常请你透视一下或拍一张片子。这就是利用X射线来检查体内脏器及骨骼有没有病。芷是一种理想的诊断疾病的手段。
X射线是由德国物理学家伦琴在80多年前首先发现的。它曾轰动了世界。开始时没有搞清它的性质，就以代数中的未知数“X”来命名，所以大家称它为X射线。其实它和无线电波、可见光、红外线、紫外线一样，都是一种电磁波，不过它的波长较短，只有可见光波长的几万分之一而已。
X射线的发现，在科学史上是一个划时代的事件，它为我们打开了原子能时代鳆大门。现在工业探伤，地质研究都离不开它，医学上更为重要，不仅用于诊断，还用它来治疗疾病，挽救了大量在死亡线上挣扎的“苦人儿”，对人类作_出了不可磨灭的贡献。但随着X线的发现和使用，同时也招来了前所未有的放射线危害。1902年报道了第一例由于X射线照射引起的皮肤癌，1912年又发现了第一例X射线工作者的白血病，从此就逐步引起了人们对X射线危害的重视，
经过医学家和生物学家多年来的观察研究，发现X射线通过人体组织时，使构成组织的细胞损伤和人体内的液体发生电离，导致火体组织和细瓶的结构、功能发生改变或破坏。这种损害作用和x光机的性能、防护条件，接受射线照射量的多少有关。X光机的照射量可通过仪器测定。一般说，剂量小，损害轻，剂量大，损害重，而且剂量在人体内能够累积。剂量学中所用的单位有伦琴(简称伦)、拉德和雷姆等，在不同情况下用不同单位。如测量X光机本身时用伦琴作单位，人或生物吸收的量则用拉德作单位，在防护时常用雷姆作单位。对X射线来说，上述这些单位的数值近似《为便于理解，比如说，100拉德相当于100伦琴或雷姆》。
剂量多少与主要危害
1，如果短时间内全身受到lOO拉德以上剂量照射，就会得急性放射病；当剂量达到600拉德时，就有致命危险。得了急性放射病，金身各系统各器官都会受到损伤，最明显的是血掖制造障碍，血细胞破坏，出血、岖吐、腹泻、发烧，病人抵抗力下降，严重的甚至可能、因大出血或败血症而死亡。
2，如果全身长期受到远远超过每年5雷姆的慢性照射，人就感到疲乏、无力、头昏、头痛，失眠或嗜睡、记忆力减退、消瘦等。详细检查一下，发现血液有改变，尤其是白血球、血小板减少，内分泌、生殖等系统都有不同程度的病变。这可能是患了慢性放射病。其中极少数人，在数年至数十年后，还可能得白血病和其它恶性肿瘤。据美国20－10年代的统计，放射科医生的白血病要比其他医生高若干倍。日本1996～1972年分析发现，放射工作人员的皮肤癌明显增高。
3，射线对生殖系统也有明显的危害，能杀死生殖细胞，或使生殖细胞结构发生改变。据有人认为，男子受到50拉德X线照射，可使精景显著减少，200拉德以上照射，精子就消失，女子受到150拉德以上照射，可引起月经暂停如剂盈继续增大，可引起永久停经。因而上述情况可能引起不育，但对性欲的影响一般较小。另外还可能引起流产和死胎增加，或使他们的后代发生先天性畸形。根据有人观察，人体只要经过一次X线透视，就会使人体内的细胞染色体畸变增加，而染色体是遗传物质的贮存库。当受到100拉德剂量照射时，会使畸变率增加一倍。因此，为了保护人类后代，国际放射防护专门机构提出；具有生育年龄的人，30年内总的照射剂量不要超过5雷姆。
照射剂量的计算
那么我们平时去医院做X线透视或拍片，究竟受到多少X线的照射量呢?国内有人做过详细调查测定，情况见下表。
这个表格内的数字说明，就是只做一次X射线检查，所受到的照射剂量也是不小的。举例说，国家为保护放射工作人员健康，提出每年全身接受的累计最大容许照射剂量为5雷姆(即这个数量基本上是安全的)，而普通人一次简单的胸部透视所受到的照射量，就相当于放射工作人员全年容许剂量的17％。因此，过多地接受不必要的射线，对人体总是没有好处的，这一点必须引起大家重视(有人根据实验资料指出，大剂量的照射，会缩短人的寿命。但也有人认为，小剂量的射线照射，可延长寿命)。
怎样防止X线的危害
任何事物都有两重性。运用X射线既大有益子人类，但运用不当也能损害人体健康。从医疗角度看也是这样，为了诊断和治疗严重危害人体的某些疾病，有时必须进行多次X线检查或治疗，这是保护你的健康的需要。但应尽量避免不必要的X线检查，医生则应提高诊断水平，尽可能减少重复透照。一般体检胸透最多半年一次。对病员来说，应听从医生嘱咐和诊断，不要在同一时间内连续在几个医院透视或拍片，因为这对身体非常不利。计划生育工作中透视检查避孕环，也应适当控制次数，每次至少间隔半年以上。为了防止胎儿受照，对新婚不久或尚未生育的年轻妇女下腹部及盆腔的X线检查，最好控制在月经来后的10天内，孕妇一般不宜作X线检查，尤其在怀孕的头8个月，胎儿部位不得受照射。在其他部位作X线检查时，医生也应注意保护任何病员的下腹部(可用铅橡皮遮盖)。非有关工作人员不要在X线机房内及其附近停留。
X射线望远系统研究及分辨率检测 篇5
龙虾眼光学系统是一种反射式X射线光学系统, 此光学系统由一些反射面组成。其优势在于它的高效率及宽视场, 缺陷在于像数量的倍增。在点光源成像时, 如果仅描绘光源的坐标位置, 那么这个影响不算太大[1]。本文讨论的望远系统选用的是施密特形式, 这种形式的系统是由两个设置成正交的反射面组成。另外还有一种龙虾眼的设计, 它包含了很多通道。宽视场使得龙虾眼适合用作周天监视器, 这些监测器用于侦查X射线脉冲串或用于监测吸积盘。
二、望远系统模型
2.1龙虾眼的使用。适用于小型望远镜, 可以接收无穷远处光线。起成像作用的两个龙虾眼光学系统, 已经被欧洲的科技公司生产制造了。这些龙虾眼被称做P25和P90, P25的焦距是250mm, P90的焦距是900mm。两个系统都由2x60个直径为24x24覆金玻璃板组成, 板厚为0.1mm, 板间隔为0.3mm。
2.2实验模型。XTM25和XTM90均为望远系统的实验模型, XTM25组包含P25光学系统, XTM90组包含P90光学系统。X射线探测器将会在这些项目中应用。值得注意的就是Medipix2探测器以及衍生出的 Timepix探测器。这些探测器证实了实验的成功性, 同时, 接收有限远处光线的龙虾眼的实验结果也得到了证实。
三、实验设备
望远系统在可见光范围内都是可以被检测验证的。该结论在在布拉格的捷克技术大学的机械工程学院精密仪器和光学仪表及控制实验室中得到了证实。Cannon350D EOS的照相机代替了X射线探测器, 这个相机包括直径为15x22.5mm分辨率为2304x3456的CCD集成电路。
整体包含一个点光源, 一个孔径, 一个准直仪和被测件。这个装置是放置在光学平台上, 一般金属板含有直径为0.5mm的单一孔径, 还有三个金属板含有两个同样大小的孔径的情况。瞄准器的焦距为150cm。这种构造情况, 在无穷远处入射光线经过单一孔径以后可以看做为点光源, 同样, 无穷远处光线经过两个孔以后也可以看成点光源。可以用“角距离10′”来描绘光源。
四、实验数据分析
XTM25组:通过单一孔径并经中值滤波器过滤得到基本像。FWHM的主点需要与视场角 (大约是7.9′) 相符合。水平方向上通过十字的中心后被强烈削减, 两种情况类似角度接近16′, 可以看出存在一个极限位置, 并且可以在两峰值80%之间的位置分析光源。
在角距离为30′时, 两主峰之间的骤降大约为较低高峰的62%, 此处可以较好的分析光源;距离角为20′时, 两主峰之间的骤降大约为较低高峰的74%, 也可以较好的分析光源, 然而此时已经很接近极限分辨率;距离角为10′的时, 两主峰之间的骤降大约较低高峰的94%, 光源分析不出[2]。
XTM90组的实验分析方法与XTM25类似, 结果显示, 角距离是30′时, 两主峰之间的骤降大约为较低高峰的45%, 可以很好地分析光源;角距离是20′时, 两主峰之间的骤降大约为较低高峰的69%, 光源同样可以被分析出来;角距离是10′时结果相似, 分析不出光源。
五、结论
通过实验分析, 验证了两组模型是可行的。随着科技的发展, 探测器使用的照相机将会被带X射线的探测器取代, 并且所有模型也会在X射线下进行测试。用X射线标记龙虾眼光学系统在三维空间测试时, 结果优于可见光, 因为在使用可见光的情况下会发生衍射现象, 影响实验效果。
参考文献
[1]Schmidt W K H.A proposed X-ray focusing device with wide field of view for use in X-ray astronomy[J].Nuclear Instruments&Methods, 1975, 127 (2) :285-292.
X射线检测系统的演变 篇6
1 X射线在线检测系统基本情况
本系统为新购置设备, 其最高电压160k V、最高电流11m A。X射线在线检测系统检测室的体积为2750×860×2000 (mm) , 检测室四面防护墙的内、外钢板厚为2mm和2mm, 铅板厚均为5mm;底部和顶棚内、外钢板厚为2mm和2mm, 铅板厚均为5mm。
2 评价依据及评价标准
X射线在线检测系统辐射环境影响评价依据主要有《中华人民共和国环境影响评价法》、《中华人民共和国放射性污染防治法》、《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》 (国务院令[2005]第449号令) 、《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》 (国家环境保护总局令[2005]第31号) 等。
评价标准主要有《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 (GB18871-2002) , 职业照射:由审管部门决定的连续5年的年平均有效剂量 (但不可作任何追溯性平均) 20m Sv;任何一年中的有效剂量50m Sv。
《环境地表γ辐射剂量率测定规范》 (GB/T14583-93) 、《工业X射线探伤卫生防护标准》 (GBZ117-2006) 等。
3 主要污染源及环境影响分析
3.1 主要污染源及保护目标
本项目的X射线探伤机在探伤室内使用, 主要污染源来自探伤机通电时以能量流形式的X射线, 另外还产生少量废气。根据相关规定, 确定以X射线在线检测系统周围100m范围内的区域作为本项目的评价范围, 本项目评价范围内无敏感目标。
本评价所关注的人群主要为两类:一类为X射线检测流程线上的检测操作人员, 另一类为公众即评价区域内不进行射线操作的其他工作人员。
3.2 主要环境影响分析
辐射环境影响分析主要分为建设过程中对环境影响的分析及X射线在线检测系统防护分析, 检测系统防护分析主要是对防护墙体屏蔽及顶棚防护分别进行计算。
防护墙体屏蔽计算结果分析:在X射线减弱曲线图上查出相应管电压探伤在线检测系统所需要的铅屏蔽厚度为5.27mm和6.36mm, 考虑两倍的安全系数再加上一个半值层厚度0.29mm, 则X射线在线检测系统铅屏蔽厚度将达到5.56mm和6.65mm, 实际设计铅厚度均为8.46mm (11.34g/cm3) , 大于理论计算厚度, 说明该X射线在线检测系统屏蔽设计能够满足辐射防护要求。
X射线探伤检测室的屏蔽设计计算分析:查表求得X射线在线检测室顶棚所需铅的厚度为2.4mm, 考虑两倍的安全系数再加一个半值层厚度0.29mm, 则顶棚的铅厚度应达到2.69mm, 实际设计厚度为8.46mm铅 (11.34g/cm3) , 远大于本次评价的计算值, 说明该X射线在线检测室顶棚的防护设计满足辐射防护要求。
项目产生的废气主要是检测室内空气受X射线的照射后产生少量的臭氧和氮氧化物, 由于本X射线检测室非连续工作, 且臭氧不稳定, 可自行分解化合变成无害的氧气, 而由电离辐射产生的氮氧化物浓度较臭氧浓度更低。企业在X射线在线检测室内设计了通风口, 保证将检测室内的气体每小时换气4次以上, 从而将检测过程中的有害气体完全排出到检测室外。因此项目产生的废气不会对周围环境产生影响。
3.3 剂量评价
本评价选用下述公式分别对工作人员和公众受照的年有效剂量进行评价:
其中:
HEr:X射线外照射人均年有效剂量, m Sv;
Dr:参考点处的剂量当量率, m Sv/h;
t:照射时间, h。
经计算, 该企业X射线在线检测系统使用后, 其对X射线在线检测系统的操作人员产生的年有效剂量最大为0.17m Sv/a, 低于剂量约束值5m Sv/a。公众 (评价区域内不进行射线操作的其他工作人员) 附加剂量为0, 所以公众所受到的年有效剂量为0m Sv/a, 符合《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 (GB18871-2002) 的要求。
4 结论
该项目X射线在线检测系统铅检测室屏蔽设计能够满足辐射防护要求, 辐射工作人员与公众的年有效剂量远低于国家标准要求。公司建立了一系列安全防护措施和管理制度, 对可能发生的事故制定了应急预案。因此, X射线在线检测系统应用项目从环保角度分析可行。
参考文献
[1]汪卫卫.某企业新建工业X射线探伤室的辐射防护评价, 2009.
[2]林晓东.某企业工业X射线探伤机环境影响评价.四川环境, 2011.
[3]工业X射线探伤放射卫生防护标准GB 117-2006.
X射线检测系统的演变 篇7
有许多种探测器可供X-射线数字成像系统(DR)选择,具体选择哪一种,主要取决于用户的成像的需求。要知道,没有一种探测器对各种需求都能满足。在选择一个能够观看到你所需要的影像细节的探测器时,首先要清楚地了解以下几点:
●要扫描的工件尺寸
●该工件是用何种材料制成的
●想看到的细节程度或密度差别
●想在多长的时间内见到结果
●X-射线源的电压、电流(或能量)和焦点尺寸
●扫描技术(2D或3D),DR或CT
1 探测器的描述
探测器主要有2类,分立探测器和面阵探测器,每一种探测器都有许多不同的应用细节变化。
1.1 分立探测器
在早期,使用的是高压氙气型探测器,它是由连接到放大器上的平行板收集气体中X-射线生成离子电流。也有一些版本称,在气体中由X-射线撞击钨板产生电子,再转换产生离子电流;另外的是使用充气的小直径管束。今天,几乎所有的分立探测器都由许多单独的闪烁体组成(图1),它先将X-射线转换光,耦合到像转换器,再转换光为电信号。X-射线的信号微弱,单独的光子能够被光电倍增管或雪崩二极管计数。一般地,光电二极管很灵敏,最早仅用在线阵单独的一排上(图2、图3),现在它已用在有许多排的面阵上。
(1)分立探测器的优点
●沿着X-射线方向的闪烁体的厚度可按要求做,以便捕捉更多的X-射线,缩短采集时间,特别是在高能时
●因为闪烁体是单独的,光学串扰很小
●闪烁体间用钨或其他重金属吸收隔片隔离,X-射线串扰也很小
●闪烁体隔片向前伸长,形成准直器,X-射线散射几乎全部消除
●所有的器件都有很高的动态范围,16到21位,因为动态范围不受散射和串扰的影响,能看到更小的密度变化研——小于0.1%
●系统读出时间短,短至1微秒,它也能消除由直线加速器输出的脉冲之间的噪声
●对辐射损害不敏感
(2)分立探测器的缺点
●由于是单独的制造,像素不能像面阵探测器那么小,最小的线阵像素为75μm,而最小的2D阵列像素为1000μm
●成本高
1.2 面阵探测器
面阵探测器有3个类型:高分辨率半导体芯片、平板(图4)和影像增强器(图5)。半导体芯片又分为CCD和CMOS,CMOS芯片能直接转换X-射线,CCD则不能,它需要加上闪烁体。
(1)半导体芯片
半导体芯片像素最小为7μm (通常为13μm),面阵可做到4080×6120像素,为增强信号,像素可以2×2为一组。虽然CCD芯片的面积很小(50mm×76mm),如果通过透镜或锥形光纤耦合到闪烁体上,.可以增加它们的有效面积。这样的光阵列能够用于形成大的面积,像替代胶片盒那样。如果保持远离X-射线束,可使芯片免受辐射的影响。斜置的线型光纤也允许光学对接,所以探测器能做成76mm宽×任意长。芯片的读出时间取决于成组像素的宽度,但一般为每秒15到30帧。
半导体芯片的的优点:
●最小的有用像素尺寸
●能完全地置于X-射线之外,没有辐射损害
●用线型的光学对接,能形成几千像素宽×百万像素长的面阵
●用透镜或锥形光学对接,能够形成任何尺寸的面阵
●由像素的分组在精度和读出时间之间取得平衡,在软件控制下实现多功能性
半导体芯片的的缺点:
●线型的光学对接仅能实现带状的阵列,并且不能宽于它的最大尺寸
●当用透镜或锥形光学对接时,需要用软件对边缘和失真进行校正
●闪烁体受屏幕或CsI真空沉积层的限制,在150 kV以上时X-射线效率会减少
●大尺寸的面阵易碎
(2)平板
平板探测通常是基于非晶硅或非晶硒的,或基于CMOS。前者一般需要用沉积柱状CsI闪烁体,沉积的CsI约400μm厚。后者可以看作为本征探测器。
像素尺寸一般为127μm和20μm,虽然像素看起来很小,但平板的规格可以从10cm×15cm到35cm×45cm;某些CMOS平板可以对接。低能时,数据采集和放大的电子器件安装在板的下面;高能时,这些电子器件必须安装放置在一侧以避免辐射的损害。平板的读出时间为每秒3到7.5帧。
平板的优点:
●组装和读出简单
●没有图像失真
●机械强度高
平板的缺点:
●相对慢的读出时间
●闪烁体受屏幕或CsI真空沉积层的限制,在150 kV以上时X-射线效率会减少
动态范围受限制,由于串扰和散射的影响常会进一步减小
器件易受辐射损害
(3)影像增强器
影像增强器是电真空器件,一般可做到直径10cm到50cm,射线通过它们的外层闪烁体使内部顶端表面的铯发射出电子汇集在荧光输出屏上,再通过摄像机来观看荧光输出屏。经过一面镜子反射可以使摄像机远离X-射线。15 cm和23 cm型号的分辨率可达到每毫米6～7个线对。相应的像素尺寸为83μm或70μm。读出速率为每秒15或30帧。并很容易的通过加帧来减少噪声。
影像增强器优点:
●很高的分辨率
●组装和读出简单
●读出快
●不易受辐射损害
影像增强器缺点:
●易碎
●闪烁体受屏或CsI真空沉积层的限制,在150kV以上时X-射线效率会减少
●动态范围受限制,需要软件对失真进行校正
2 根据工件尺寸大小选择探测器
如果被扫描的工件是中等尺寸,即尺寸小于45cm的物体,并且在检查时工件不能平放,这种扫描可以由一个平板来完成。如果尺寸大于45cm,则需要更大些的(对接)CMOS平板(可能需要单平板或多平板配置,具体看工件的尺寸)。如果工件的密度不很大,需要穿透能力小于300kV的X-射线源,这种情况下,选用影像增强器是上策,因为它在射线环境下寿命较长,也有比较好的图像效果。
对于尺寸更大或密度较大的工件,需要看到密度或厚度上的细微差别的图像,则需要考虑穿透能力高的X-射线源,扫描要用带闪烁体的光电二极管线阵探测器。
用DR或CT扫描看小工件的细节时,选择平板或影像增强器要与小焦点或微焦点的X-射线源结合,当源到探测器的距离大于源到工件的距离时,要使用大放大倍率。
利用CT,以不同的图像输出速度看工件的细节时,在工件的密度差别很小时,如果需要的是灵敏度,使用带闪烁体的光电二极管型线阵或多排阵列可得到高动态范围。
当需要速度时(但动态范围小),在穿透能力中等的X-射线源(130kV到225kV)条件下,影像增强器采集图像数据的速度比平板要快十倍。
对于大尺寸或密度高的工件,则需要更高的穿透电压,超过300kV。闪烁体光电二极管型线阵探测器事实上可能更快,这是因为它能捕获到比覆盖在平板上的闪烁体、影像增强器,或比使用非晶硒的本征探测器多30到60倍的光子。同样,在硅基的平板中,光子进入到硅中比进入闪烁体的多而引起额外的图像“噪声”。
3 高能条件下的应用考虑
3.1 辐射对探测器的损害
在使用高能射线源条件下,应考虑到辐射对探测器的损害。闪烁体光电二极管型探测器线阵在高能(Mrad)下有性能不受影响的优点。同样,对CCD探测器的设计利用光纤耦合来保持远离X-射线束也符合要求。如果选择了一个平板,重要的是要确保它的设计能避免X-射线束对它的电子元器件影响。敏感的平板半导体元件可能会随时间产生退化(图6)。有资料称当射线剂量达到或超过55Gy时,浮栅存储器件开始出现数据错误,随着剂量增加,错误数增多,辐照到一定剂量时,器件出现雪崩反转[2]。
美国某公司新设计生产的CMOS X射线系统,可考虑用在高能射线条件下。它是由线性X射线探测器阵列和内置在平板内的驱动系统组成,该板厚为3英寸,最大可测量尺寸为24×36英寸。该技术原理是,扫描器横扫过平板(类似扫描仪),X射线先要通过一个窄缝准直器,再照射在闪烁材料上,闪烁材料位于光纤的顶端。为防止对X射线敏感的CMOS探测器被X射线损坏,光纤的末端与X射线扫描头弯成直角连接到CMOS探测器上,探测器被放置在钨和铅屏蔽罩中。该系统能够承受高达10MeV的高能量。
3.2 减少散射辐射
在使用高能射线源条件下,都存在着散射辐射。由于散射可能与达到探测器的初始辐射一样强(某些情况下甚至比初始辐射更强些),这些散射,可使图像变得模糊,清晰度降低。实践中要注意减少被检测工件本身和周围物体及构筑物的散射影响。
4 高密度工件
通过高密度工件时信号非常弱,这种情况下需要增加扫描时间,使用带闪烁晶体的光电二极管探测器阵列,允许单独光子的计数并具有大动态范围,可得到细节和对比精度比较好的图像。
5 结论
目前,能够用于工业实际的探测器种类不少,对于不同的需求选用与其相适应的探测器,可以达到最好的性能和最高的性价比。仅考虑价格和仅考虑性能而忽视具体的应用对象,是不能满足要求的。有些在工业生产线上使用DR就能满足的,而一定要使用CT,不仅增大了投资,造成资源浪费,又无法满足生产需求。
参考文献
[1]BIR,Choosing x-ray detectors.Whttp://www.birinc.com
[2]何宝平，张凤祁，姚志斌．浮栅ROM器件γ射线、X射线和中子辐射效应实验研究[J]．原子能科学技术2007，41(4)：489-492．
X射线检测系统的演变 篇8
另一个日益增长并且对制造商产生影响的趋势就是对多质感食物的需求, 如速冻食品、果脯、袋装沙拉等其中包含多种密度等级的产品, 这些产品会造成模糊的X射线图像, 对识别污染物造成了新的挑战。同样, 这也对图像分析软件检查污染物提出了额外要求。X射线材料甄别 (MDX) 技术是解决这一新难题的好方法, 尤其适用于多密度的“繁忙”图像。MDX技术最初使用于安全防护行业, 能根据化学成分识别材料, 检测出之前无法查出的无机污染物, 如玻璃屑、石块、橡胶和塑料等, 并将它们剔除掉。如今, 新的产品检测系统采用MDX双能算法, 增加了在艰难产品应用场合可检测污染物的种类, 尤其是传统X射线或其他传统方法无法检测出的异物。
另外, 为了在货架上形成视觉冲击力、成功吸引消费者的眼球, 食品制造商们纷纷推出新的创造性包装设计, 如形状怪异的食物容器、有花纹的玻璃瓶等。这些创意设计给消费者带来不同的包装感觉。然而, 这些改变也对行业造成了一些挑战。之前用于扫描标准包装形式的标准化机器必须随之做出改变, 以精确分析这些不规则包装形式所采用的新形状、尺寸和材料。近期的技术进步推动X射线检测设备能同时在广泛的应用范围内进行在线质检, 例如检查料位、测量顶部空间、检查成分是否存在, 并能发出警报提醒制造商上料过量或不足的情况, 避免浪费。有了这些改良型污染物检测技术 (如MDX) 的机器设备, 之前在玻璃罐、玻璃瓶等直立容器和混合管路中出现的检测盲点, 如今也能更轻松地检测到了。
当检测容器内的金属污染物时, 锡罐或铝箔袋包装的产品也成为制造商们面对的一个难题。因为通过传统的金属检测设备是无法检测出铝箔和金属包装食品中的金属和异物污染的。不过, 随着X射线金属检测技术的发展, 这已成为可能。
同时, 作为最大的食品出口供应国之一, 中国的制造商们必须遵守国际食品安全法规和标准的要求。食品法规以及大型零售商的要求也是推动业内提高X射线检测工艺的一个推动力。尽管没有立法规定必须使用X射线检测, 但是建立可靠且完全记录的产品检测方案, 仍然属于制造商们的职责范畴。《危害分析与关键控制点 (HACCP) 》管理体系强调了通过分析和控制生物、化学和物理危害进行食品检测的重要性。制造商们在食品生产和准备过程中的所有阶段, 包括检测、包装和分配, 都按照这一体系执行。
继发性肺结核的x射线表现 篇9
关键词：放射线；检查；诊断
肺结核患者由于主要病变性质不同，病变范围及多寡的差异，临床症状也各不相同继发性肺结核浸润性、空洞性临床由于其原发病灶不同也存在变化[1]。
1资料与方法
1.1一般资料 我院2014年1月――2014年12月收治的68例继发性肺结核患者，全部符合相关诊断标准。男患41例，女患27例；年龄46-78岁，平均为56.1岁。
1.2方法 所有患者皆进行了x射线检查，检查方法具体操作如下：
1.2.1 继发性肺结核（浸润性） 此型为继发性肺结核的主要类型，可由原发病灶恶化而引起多数由结核菌再感染而发生，以成人为主。此型的病变包括各种性质不同的病变，有渗出性、增殖性、硬结、纤维化及钙化病变。干酩性病灶，干酪性肺炎也属于此型。还可以有大小不同的结核性空洞，被纤维包裹的结核球等。如并发支气管内膜结核或空洞的分泌物咳出，可引起支气管的结核性播散。由于病变的扩大也常侵犯胸膜，产生积液或胸膜的增厚与粘连。临床表现轻度病变时可以无症状或不明显，当渗出性、干酪性病变较多时，病变进展而引起结核中毒症状，有发热、盗汗、咳嗽、胸痛、咳痰、消瘦、无力及食欲不振等。部分病人常有咯血或痰内带血，多有空洞或由结核性支气管扩张所引起。
1.2 .2 X线表现 于双肺上叶的尖段、后段及下叶尖段，呈不规则的斑片状阴影，边缘模糊，浓淡不均匀，中间参杂有索条状、或钙化影。当病变继续恶化则呈大片渗出性病变，呈絮状浓密阴影。干酪液化融解排空可形成透亮区，形成空洞。浸润性肺结核不包括以陈旧性大空洞为主的病变，应归入慢性纤维空洞性肺结核分类中。按浸润性的定义应是以渗出性为主的病变，但经过慢性过程病变可以趋向增殖、硬结和钙化。
1.2.3 结核性肺炎 在人体抵抗力低下的情况下，结核菌毒力大，菌量较多时，机体对结核菌过敏性反应增高，结核菌大量繁殖，使肺泡内产生大量渗出液，以渗出性病变为主，并迅速形成干酪性坏死，成为干酪性肺炎。由于病变侵犯的部位不同，可以分为大叶性与小叶性结核性肺炎，干酪性肺炎属于继发性肺结核。
1.2.4 结核球 即纤维包裹的干酪病变，原病变可以是大片状、小片状、或局部散在的病变被纤维组织包裹而成。空洞阻塞，洞腔被千酪物质充填而形成。结核瘤也是继发型肺结核的一种特殊病变形式，常有融解，或钙化，大小在较长时间内无变化。X线表现：在上叶尖、后段或下叶尖段容易发病，形状为圆形、椭圆形，边缘规则的致密阴影。边缘可有浅的切迹，也可见周围的纤维粘连和卫星灶如小斑片影，为散在的小结节或增殖性结核病灶。大小可自1.5-3cm。
近年来结核球有超过3cm者，甚至达6-7cm者，但较少见。阴影边缘锐利、清晰，阴 影浓淡不均，其中往往可见小融解区，多呈半月状。也常见钙化或呈分层状。与结核球的引流支气管呈索条状影与其相连。如果结核球恶化，内部干酪物质融解排出，可形成厚壁千酪空洞，还可以再次充填。此种病变多较长时期无变化。临床可无症状。如果患者年龄在45岁以上时，则需与肺部肿瘤鉴别。结核球相邻近的胸膜可具有增厚粘连，也有呈三角形皱缩影者更似外围形肺癌。但从结核球的发展过程以及卫星灶及内部结构等特点可以作为鉴别的要点。但有少数病例很难确诊时，手术后方得到确诊。
1.2.5 继发性肺结核（空洞性） 结核病变高度进展，干酪物质液化排空而形成空洞，空洞病变的存在对结核病的治疗和预后均有重要意义。由于空洞的排菌，容易引起病变的播散。空洞长时间不愈合，洞壁纤维组织增生，牵拉使空洞变形，空洞壁与胸膜粘连固定更使空洞闭合产生困难。空洞的扩大，引流支气管数支与其相通，逐渐成为慢性纤维性硬壁空洞，一般抗结核治疗很难治愈，必要时需手术切除。慢性纤维空洞性肺结核是结核病发展到晚期的类型。山于有纤维空洞的存在，肺受到反复的播散、感染，更山于机体免疫功能的降低，病变不断地恶化，逐渐使肺内病变增多，病变性质也多种多样。如渗出性、增殖性、新空洞、陈旧空洞、纤维病变、支气管扩张、胸膜粘连、肺气肿等。构成复杂的影像。由于肺毛细血管网的破坏，肺循环阻力增加，引起肺动脉高压，最后可引起肺源性心脏病。此种类型病人，多有慢性的咳嗽、咳坟、咯血、气短、发热、消瘦等症状。因长期消耗、多呈慢性体容。一般说来、肺野有空洞性病变，并见有播散性腺泡大、小叶的病变时，诊断肺结核无疑是正确的。
1.2.6 X线表现 干单侧或双侧肺上、中部可见较大的透亮区，壁不规则，壁的密度甚高，肺内有斑点状、结节状及斑片状钙化灶，以及索条状阴影[2]。上、中部胸膜增厚，粘连。肺体积缩小，肺门上举。肺下叶呈气肿状态，肺纹理增粗且垂直走行，呈垂柳状。心脏纵隔可向患侧移位，气管向患侧弯曲移位，肋间隙变窄。患侧横隔上升。因有空洞，可向本侧或对侧中、下肺野有支气管播散病变，呈小斑点状及斑片状阴影。
1.3统计学处理 本研究相关数据采用统计学软件SPSS14.0处理，采取t检验与卡方检验，以P<0.05差异具有统计学意义。
2结果
通过x射线检查之后，分析可知检查所得更加明显，诊断率更高，所得结果差异性显著（P<0.05），具有统计学意义。继发性肺结核患者进行X射线检查，依据数据检查结果判断病情发展情况，制定治疗方案。
3讨论
浸润性继发性肺结核于双肺上叶的尖段、后段及下叶尖段，呈规则的斑片状阴影，边缘模糊，浓淡不均匀，中间参杂有索条状、或钙化影[3]。空洞性继发性肺结核干单侧或双侧肺上、中部可见较大的透亮区，壁不规则，壁的密度甚高，肺内有斑点状、结节状及斑片状钙化灶，以及索条状阴影。
参考文献
[1]汤志宇.CT和x线检查对慢性肺气肿患者肺功能的诊断价值评价[J].中西医结合心血
管病电子杂志，2014，02：90-90.
[2]涂丽霞.少量胸腔积液及胸膜粘连的普通放射征象特点分析[J].中外医学研究，2014，04：47-48.
X射线检测系统的演变 篇10
X射线源产生X射线,通过被测物投射到像增强器上,由CCD将图像信号采集,通过图像采集卡将模拟信号转化为数字信号,送入计算机进行图像处理,处理结果可用于物体的尺寸检测或无损探伤检测,也可扩展应用于其他无损检测中。
2.图像处理部分
由CCD直接采集X光像增强器上的图像并不清晰,图像噪声影响严重、边缘模糊,严重影响检测的精度和可靠性。这是影响电缆图像检测结果的俩个关键因素,通过软件处理,来提高成像质量,使得检测结果更加准确是系统设计的初衷。
2.1图像的二值化
图像二值化的目的是为了从本底图像中检测出异物,即将图像中背景和杂质分离开。图2为二值化处理后瓶装药液图像,图中的3个白点为药液中杂质。可以看出,经过处理后的图像可以清晰的分离出杂质与背景,但图中瓶子边缘并不明显。
2.2灰度图像噪声
影响系统性能的最关键的因素是图像的噪声,噪声的来源有很多种,系统中的主要的噪声是椒盐噪声,它是一种在图像中产生黑色、白色点得脉冲噪声。该噪声在图像中显现较为明显,对图像分割,边缘检测、特征提取等图像处理具有严重的破坏作用。使本来就微小的导体半导电屏蔽层和绝缘半导电屏蔽之间的灰度差别很难被区分。是由CCD采集X光像增强器上的图像,可以看出图像上噪声明显,有很多黑白相间的噪声点,并且随机分布,成像质量差。
2.3图像平滑滤波
图像的平滑方法是一种实用的图像处理技术,能减弱或消除图像中的高频率分量,但不影响低频率分量。实际应用中,平滑滤波还可用于消除噪声,或者在提取较大目标前去除过小的细节或将目标内的小间断连接起来。它的主要目的是消除图像采集过程中的图像噪声,在空间域中主要利用邻域平均法、中值滤波法和选择式掩模平滑法等来减少噪声;在频率域内,由于噪声主要存在于频谱的高频段,因此可以利用各种形式的低通滤波器来减少噪声。
在程序设计中采用中值滤波去掉图像中随即噪声,然后采用判断曲线斜率的方法找出灰度分布曲线中的突变位置,可以判定此处为相邻俩层的交界处,利用这种方法,能够判定出由灰度不同而产生的临界差异。通过计算临界距离可以算出被测物体尺寸。
3.理论算法与程序设计
3.1多帧叠加滤波
多帧叠加是去除随即噪声的有效手段,是属于时域滤波的一种。多帧叠加是根据临帧之间的图像信息相关的、而噪声是非相关的特点实现的。
信噪比SNR在积累N(1.2.3…n)帧后变为
其中SNR0为单帧图像的信噪比,PS为信号功率,PN为噪声信号功率。由式(1)可知,图像进行N帧叠加后信噪比可以提高N倍,可见对伴随大量随机噪声的图像进行帧叠加具有较好的降噪效果。
3.2软件设计
以下程序为图像处理过程中回调函数的部分程序:
通过对原始图像处理,叠加算法在保证处理速度的同时实现了良好的降噪效果。
4.图像处理结果
图4是经过本算法处理后的X射线鉴别率板图像,从图像中可以明显看出,X射线鉴别率板上的6.3lp/mm能够清晰的辨识出来,达到进口线阵和面阵的水平,效果达到了业界先进器件所能实现水平。
图5是对电缆的内芯和外皮尺寸检测时的灰度图像,这是经时频滤波及对比度拉伸变换后的单芯电缆图片,图中对电缆图像进行了灰度扫描得到了灰度分布曲线,从图中可以明显看出灰度变化,通过空气-半导层-绝缘层交接处的灰度斜率变化,可以计算处外层成像对比度非常低的半导层的厚度。
5.结束语
利用图像处理技术配合X射线无损检测方法,能够快速准确检测电缆内径尺寸,检测精度可达到6.3lp/mm以上,突破人眼对比灵敏阈的限制,实现了低对比度图像的高精度边缘识别,实现了壁厚尺寸检测。通过平滑滤波对图像边缘进行处理并采用边缘提取算法,对投影成像中的投影误差进行了分析,并提出了分段式变放大率系数补偿方案,使测量精度达到0.2mm。
摘要：本文分析了X射线成像检测系统噪声产生原因,结合传统图像处理降噪方法,提出了一种信噪分离技术,通过数字图像灰度化和多帧叠加的办法,提取特征图像,将被噪声污染的信号量独立分离出来,用平滑滤波技术对图像边缘进行判定。实验结果表明,这种技术不受人眼视域限制,对灰度图像进行准确定量分析,特别是在图像尺寸检测和药液杂质检测应用中,效果明显。
关键词：无损探伤,CCD,信噪分离,视域限制
参考文献
[1]孙振路,郭海楼,李野.X射线电缆尺寸检测软件设计.中国科技信息.2008-09-01.
