无损检测(其他射线检测方法和技术)

第8章其他射线检测方法和技术8.1一般介绍

随着计算机技术的发展和普及，人类进入了数字化时代。无损检测技术也随之发生着变革。目前无损检测技术进展主要包括三个方面：首先，无损检测技术正从一般的无损检测向自动无损检测发展，引入计算机和数字图像处理技术进行检测和分析数据，以减少人为因素的影响，提高检测可靠性；其次，是发展微观缺陷检测技术、在线检测技术和在役检测技术；第三，是开展无损检测新原理、新方法、新技术的探索研究。

射线检测技术从20世纪20年代发展到现在，在工业应用领域已形成了比较完整的射线无损检测技术系统，它由三大部分技术组成：1、射线照相技术，主要包括胶片射线照相技术和CR技术；2、射线实时成像技术，主要技术系统有三种，即由图像增强器、平板探测器、线阵探测器构成的射线实时成像检测技术系统。3、射线层析成像技术，主要技术是CT技术、康普顿散射成像技术。无损检测(其他射线检测方法和技术)与其他无损检测技术比较，射线检测技术具有的突出特点是：

1）检测结果显示直观，为评定检测结果提供了客观依据；

2）检测过程的质量（工作质量、技术状况、设备器材质量等）可有效地监督监测，为检测结果的可靠性评定提供客观依据。

正是由于这些优点，作为最早应用于工业领域的无损检测技术，至今仍是最重要、应用最广泛的无损检测技术，特别是对于一些关系重大的工业部门和设施、设备。其中某些技术可能是某些特殊结构（例如：复杂多层结构、）目前唯一可以应用的技术。

·数字射线检测技术体系

从数字射线检测技术概念的角度，可将目前的射线检测技术分成三个部分：直接数字化射线检测技术、间接数字化射线检测技术、后数字化射线检测技术。

直接数字化射线检测技术是采用分立辐射探测器实现射线图像记录的技术。它包括CT技术、康普顿散射技术、平板探测器成像技术（DR）、线阵探测器实时成像技术（LDA）等。

无损检测(其他射线检测方法和技术)

间接数化射线检测技术是需要经过A/D转换获得射线检测图像的射线检测技术，它包括：图像增强器实时成像技术、CR技术等。

后数字化射线检测技术是对胶片射线照相技术，需要时它可以采用扫描装置将胶片记录的图像转换为数字图像。后数字化射线检测技术，在进行图像数字化时，存在损失胶片上记录的某些微小细节信息的可能,在对图像质量要求越来越高的今天，后数字化技术意义不大。

从一些文献给出的结果来看，关于EPS灵敏度，直接数字化系统中的非晶硒探测器，可在远低于胶片曝光量的情况下获得可与中颗粒胶片相比的灵敏度（可能已经提高），而IP板等荧光物质只能达到近似粗颗粒胶片的水平（可能已经提高）；对于直接数字化系统中的非晶硒探测器，在空间分辨率不大于4Lp/mm时，可获得可与胶片相比的对比度（可能已经提高）；而CR系统只能在很低的空间频率时才能获得可与胶片相比的对比度（可能已经提高）。尽管数字射线技术在不断发展，但到目前的基本状况是，作为系统性能，无论是对比度或者是空间分辨率，都达不到胶片射线照相技术系统的水平，对于细小裂纹的检测能力，一般说，与胶片照相技术还存在差距（可以已经相当或者有所超越）。

无损检测(其他射线检测方法和技术)

x射线胶片照相检测作为一种常规无损检测方法在工业领域的应用已有近百年的历史，常规x射线探伤是用胶片作为信息记录载体，检测速度和成本等方面的问题使其已不能满足现代工业生产的需要。数字射线检测技术主要特点是无需胶片照相，这与数码相机代替胶卷相机一样，检测结果的载体是数字图像。

由连续信号构成的图像称为模拟图像，胶片照相法得到的底片图像就是模拟图像；而数字图像是指由大量的像素点构成的可用二进制数字描述的图像。

除了以胶片作为信息记录载体，以x射线和γ射线作为检测手段的常规射线照相方法外，还有一些已经在工业领域得到应用和发展的其他种类的射线检测方法是：高能射线照相，中子射线照相，数字化技术的——图像增强射线实时成像、计算机X射线照相（CR）、数字平板直接成像（DR）、计算机射线层析成像（工业CT）以及线阵列扫描成像等。

数字射线检测技术其中的一个优点是不需要胶片和暗室处理。

而常规射线照相方法（x、γ）、高能射线照相（x）和中子射线照相需要用胶片作为信息记录载体，必然需要暗室处理，相对地属于模拟检测技术。无损检测(其他射线检测方法和技术)1）数字射线检测技术有哪些优点？

相对于常规射线检测技术，数字射线检测技术更高效、快捷、有更高的动态范围，存储、调用、复制和传输都很方便。数字图像可以在电脑、手机、平板、投影仪等设备上显示和观察，可以实现远程评判和会诊。而常规射线检测技术得到的底片只能通过专业的观片灯来观察，一般有且只有一套，需要的存储空间较大，调用和传输都很麻烦。

数字技术系统目前的空间分辨力基本状况是：直接数字化采用的探测器：可达6Lp/mm；CR成像板（IP板）：可达10Lp/mm；图像增强器：可达5Lp/mm；胶片扫描器：可达10Lp/mm。（Lp/mm：线对/毫米，空间分辨率单位）

2）CR、DR、工业CT有哪些区别？

CR和DR都能获得工件的2D图像，能对缺陷定性和定量，在长度、宽度方向定位，不能确定缺陷的深度，CR属于间接数字成像，分辨率稍高于DR，而且CR的成像板可以切割和弯曲，对曲面工件有更好的适用性；DR属于直接成像，效率高于CR，但其探测器（数字平板）不能弯曲，这限制了它的适用性。

CT技术能获得工件的3D图像，能够对缺陷定性、定量、精确定位（长度、宽度、深度）。除CT以外的技术，是把工件全厚度方向上的信息重叠投影在一张底片上，无法分清各部分结构或缺陷的位置（水平方向和深度方向）。而工业CT是工件的分层断面图像，可给出工件任一断面（分层平面）的图像，可以发现该断面内任何方向分布的缺陷，它具有影像不重叠、层次分明、对比度高和分辨率高等特点。

无损检测(其他射线检测方法和技术)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。无损检测(其他射线检测方法和技术)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，电子束流大，产生的x射线强度大，更适合用于工业射线照相。无损检测(其他射线检测方法和技术)·直线加速器机头无损检测(其他射线检测方法和技术)·直线加速器机头无损检测(其他射线检测方法和技术)·直线加速器机头无损检测(其他射线检测方法和技术)·直线加速器控制箱无损检测(其他射线检测方法和技术)·直线加速器电控柜无损检测(其他射线检测方法和技术)·直线加速器电控柜无损检测(其他射线检测方法和技术)·直线加速器电源箱无损检测(其他射线检测方法和技术)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；γ—Co60：钢小于200mm；高能射线：1～24MeV，≤400mm。2）焦点小，焦距大，照相清晰高电子回旋加速器：df=0.3～0.5mm；直线加速器：df=1～3mm；为了保证足够大的辐射场，高能射线照相需要采用大焦距，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。无损检测(其他射线检测方法和技术)5）射线强度大，曝光时间短，可以连续运行，工作效率高

直线加速器距离靶1m处的剂量可达4～100Gy/min，大大高于γ射线的剂量率。曝光时间短，100mm钢工件曝光约1min左右，并且散热做的较好，因此，可以连续运行，提高工作效率。

6）照相厚度宽容度大

物质对高能射线的吸收系数随能量变化较缓慢。大致在1～10MeV范围，物质的吸收系数随能量增高缓慢减小，而在10～100MeV范围，物质的吸收系数随能量增高而缓慢增大。这种变化规率使高能射线照相具有很大的厚度宽容度。应用高能射线照相对厚度差异大的工件，如曲轴、涡轮叶片等进行检测，可不考虑采用补偿块或其他特殊的工艺措施，即使工件的厚度相差一倍也能达到一般标准规定的黑度要求，而低能射线照相则达不到这样的厚度宽容度。无损检测(其他射线检测方法和技术)4、高能射线照相的几个技术数据

1）固有不清晰度

固有不清晰度因射线能量高而较大，与低能射线照相相反，固有不清晰度成为影响高能射线照相清晰度的主要因素。

2）灵敏度

在大多数材质和厚度范围内，如果工艺正确，高能射线的灵敏度能够≤1%。

3）增感屏

高能射线照相中，前屏的厚度对增感和滤波作用均产生显著影响。而后屏的厚度对增感来说相对不重要。因此，高能射线照相时可以用也可以不用后屏。实验证明，某些条件下高能射线照相的灵敏度在不使用后屏时反而有所提高，这一点与常规射线照相有所不同。实际照相时，前屏通常选择厚度0.25mm左右的铅增感屏，如使用后屏，其厚度可与前民间相同。

除铅之外，根据需要也可采用铜、钽和钨等材料做增感屏，以满足不同的检测要求。无损检测(其他射线检测方法和技术)5、高能射线的辐射防护措施

加速器产生的高能射线，不但能量高，而且强度也很大。假设一台加速器在距离靶1m处每分钟输出的射线剂量是4Gy，能量是4MeV，若人员被该设备误照是十分危险的，因为人体全射辐射的半致死剂量就是4Gy，因此，必须严格做好安全防护措施。

1）加速器的防护主要采用屏蔽防护，加速器的曝光室必须时行专门的安全防护设计，室外的剂量率必须低于国家卫生标准的规定。

2）因为高能x射线对空气进行电离后产生的臭氧和氮氧化物对人体有害，因此室内必须安装通风设备进行换气。

3）对于直线加速器，除了高能x射线的误伤害防护之外，还应时行微波辐射防护，同时还要预防高电压、氟利昂气体等对人体的危害。无损检测(其他射线检测方法和技术)8.3射线实时成像检测技术

射线实时成像检测技术，是指在曝光透照的同时就可观察到所产生的图像的检测技术。这就要求图像能随着成像物体的变化迅速改变，一般要求图像的采集速度至少达到25帧/s。能达到这一要求的装置有较早使用的x射线荧光检测系统，以及目前正在应用的图像增强器射线实时成像检测系统。

1、图像增强器射线实时成像原理

射线实时成像可以用两个“转换”来描述：图像增强器的输入转换屏接收穿透金属材料后的x射线，将其转换为光学图像，称为“光电转换”；然后，图像增强器的光电层将光学图像转换为电子后发射，聚焦电极加有25～30kV的高压加速电子，并将其聚焦到输出屏。输出屏再将电子能量转换为可见光图像，图像处理器（数码摄像机）通过A/D转换将接收到的可见光图像转换成数字信号传送到显示器上。其过程为：

射线模拟信号→输入屏闪烁体→可见光→输入屏光电层→电子→输出屏→可见光→CCD或其它摄像机→视频信号→A/D转换→数字图像显示与评判。

在图像增强器中实现的转换过程为：射线→可见光→电子→可见光。

图像增强器射线实时成像是间接化数字成像技术。图像增强器是系统最重要的部件。无损检测(其他射线检测方法和技术)

射线图像数字化过程-图像增强器间接数字化示意图

1-射线源2-机械装置3-图像增强器4-图像显示与处理部分5-视频摄像系统6-工件

可采取静态图像或动态视频图像采集。

图像增强器间接数字化图像空间分辨力影响因素：输入屏不清晰度、视频摄像系统数字化采样过程像素尺寸（采样间隔）等的影响。无损检测(其他射线检测方法和技术)射线图像数字化过程-图像增强器间接数字化

无损检测(其他射线检测方法和技术)2、射线实时成像系统图像的构成要素

1）像素：像素是构成数字图像的基本单元。像素越多，单个像素的尺寸越小，图像的分辨率就越高，图像越清晰。

CRT显示器图像的像素取决于扫描密度，例如：由1024行水平扫描和768行垂直扫描构成的图像，包含有1024×768个像素。在摄像系统以及液晶显示器中，图像的像素取决于CCD/CMOS光电传感器上的光敏元件数目，一个光敏元件对应一个像素。

2）灰度：像素的亮度等级称为灰度。其变化取决于模/数转换器的位数，用二进制表示。如果是8位模/数转换器，则灰度可分为2的8次方=256个级别。

3、射线实时成像系统图像的质量指标

射线实时成像系统图像质量的主要指标有：图像分辨率、图像不清晰度和对比灵敏度。这三个指标可大致对应于胶片照相的颗粒度、不清晰度和对比度。无损检测(其他射线检测方法和技术)3、射线实时成像检测技术的工艺要点

1）最佳放大倍数；

2）扫描速度和定位精度；

3）图像处理；

4）系统性能校验。

4、图像增强器射线实时成像系统的优点和局限性

与常规射线胶片照相比较：

1）工件的透照检测和获得透视图像同步，检测速快，工作效率高。

2）不使用胶片，不需要暗室处理的化学药品，运行成本低，无环境污染。

3）检测结果可转化为数字化图像用U盘等电子存储器存储、调用、复制、传送比底片方便。

4）图像质量，尤其是空间分辨率和清晰度低于胶片射线照相。

5）图像增强器体积较大，检测系统应用的灵活性不如常规便携式射线装置。

6）设备一次性投资较大。维护成本也较高。

7）显示视域有局限，图像的边缘容易扭曲失真。

8）仅在最后阶段通过数字摄像机才变成数字信号图像，而其成像过程，从射线作用再经过多次转换，造成信噪比降低和图像质量劣化，影响最终获得的数字图像质量。无损检测(其他射线检测方法和技术)8.4数字化射线成像技术

数字化射线成像技术包括计算机x射线照相技术（CR）、数字平板技术（DR）、线阵列扫描成像技术（LDA）。DR包括非晶硅（a-Si）数字平板、非晶硒（a-Se）数字平板和CMOS数字平板。

1、计算机射线照相技术（CR）

计算机射线照相，是指将x射线透过工件后的信息（由工件内部结构变化引起的透过射线的强度变化）记录在成像板上（LP板），经扫描装置读取，再由计算机生成数字化图像的技术。整个系统由成像板、激光扫描读出器、数字图像处理和储存系统（计算机软件）、硬件（打印机和其他存储介质）组成。

1.1计算机射线照相的工作过程：

1）曝光：用普通x射线机对装在暗盒内的成像板曝光，射线穿过工件到至达成像板，成像板上的荧光物质具有保留潜在图像信息的能力，即形成潜影。

2）扫描：成像板上的潜影是由荧光物质在较高能带俘获的电子形成光激发射荧光中心构成，在激光照料射下，光激发射荧光中心的电子将返回它们的初始能级，并以发射可见光的形式输出能量，所发射的可见光强度与原来接收的射线剂量成比例。因此可用激光扫描仪逐点逐行进行扫描，将存储在成像板上的荧光潜影转换为可光见信号。

无损检测(其他射线检测方法和技术)3）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：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。

·计算机射线照相的整个工作流程可以描述为：

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。

·计算机射线照相检测是间接数字化技术。

1.2计算机射线照相系统的技术参数

1）激光扫描仪的性能参数。

2）成像板（IP板）的性能参数。

3）空间分辨率和信噪比。

4）图像不清晰度。

无损检测(其他射线检测方法和技术)1.3计算机射线照相技术（CR）的优点和局限性

1）原有的x射线设备不需要更换或改造，可以直接使用。

2）宽容度大，曝光条件易选择，对曝光不足或过度的胶片可通过影像处理进行补救。

3）可减小照相曝光量。CR技术可对成像板获取的信息进行放大增益，从而大幅度地减少x射线曝光量。与胶片射线照相比较，根据成像板的特点，曝光量可减少10%～60%。这也有利于辐射防护。

4）CR技术产生的数字图像存储、传输、提取、观察方便。

5）成像板与胶片一样，有不同规格，能够分割和弯曲，对曲面工件的适应性好。成像板可重复使用几千次，其寿命决定于机械磨损程度。虽然单板的价格昂贵，但实际比胶片更便宜。

6）CR成像的空间分辨率可达5Lp/mm（即100mm），稍低于胶片水平。

7、虽然比胶片照相速度快一些，但是不能直接获取图像，必须将CR屏放入读取器中才能得到图像。

8、CR成像板与胶片一样，对使用条件有一定要求，不能在潮湿的环中和极端的温度条件下使用。无损检测(其他射线检测方法和技术)·射线图像数字化过程-IP板（CR技术）间接数字化

无损检测(其他射线检测方法和技术)·射线图像数字化过程-IP板（CR技术）间接数字化

检测过程可分为独立的三步：透照、读出、评定。

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。无损检测(其他射线检测方法和技术)2、线阵列扫描成像技术（LDA）

1）线阵列扫描数字成像系统工作原理（如图所示）

由x射线机发出的经准直

为扇形的一束x射线，穿过被

检工件，被线扫描成像器（LDA

探测器）接收，将x射线直接

转成数字信号，然后传送到图

像采集控制器和计算机中。每

次扫描LDA探浊器所生成的图

像仅仅是很窄的一条线。为了

获得完整的图像，就必须使被

检工件作匀速运动，同时反复

进行扫描，计算机将多次扫描

获得的线形图像进行组合，最

后在显示器上显示出完整的图

像，完成整个成像过程。

线阵列扫描技术是直接数字化成像，同时也是实时成像技术。

目前LDA成像器具有承受管电压450kV的x射线直接照射的能力。

无损检测(其他射线检测方法和技术)2）线阵列扫描数字成像系统的优点和局限性

·由于线阵列扫描探测器本身具有数字化采集功能，因此光学镜头、摄像机和图像采集卡可以省略；

·线阵列扫描探测器的造价比图像增强器高，比数字平板（DR）低很多，但是由于线阵列探测器是采取线扫描逐行成像，对X射线源不过分强调采用小焦点，同时省略了光学镜头、摄像机和图像采集卡，因此，总体造价比图像增强器成像系统高不了太多。

·图像质量比图像增强技术高，但低于数子平板技术（DR），更低于计算机射线照相技术（CR）。但是，线阵列探测器X射线实时成像检测技术的成像速度比计算机射线照相技术（CR）快的多，但比图像增强器实时成像慢，影响了检测效率的发挥，这是它的美中不足之处。

·运行费用低，大致与图像增强器实时成像相近。

·线阵列探测器X射线实时成像检测技术当前在气瓶、锅炉、压力容器、压力管道、油气长输管道对接焊缝及机械零件、航空航天部件的无损检测领域中都有非常好的应用。

无损检测(其他射线检测方法和技术)3）线扫描成像器的技术特性

·空间分辨率

LDA的像素尺寸在80～250μm。

·动态范围

比理论值低。

·动态校准

闪烁体材质的不均匀性、光电二极管的转换不一致性、温度的变化都要求对系统进行动态校准。

·扫描速度

系统的扫描速度取决于x射线光通量的大小，而x射线光通量同时还影响着数字图像的质量。

·与射线相关的设计

闪烁体须与x射线的能量相匹配，因此，不同的射线源，对LDA的设计也会明显的差别，必须考虑闪烁体的承受能力。目前LDA成像器具有承受管电压450kV的x射线直接照射的能力。x射线的屏蔽和准直影响着图像的信噪比。

无损检测(其他射线检测方法和技术)无损检测(其他射线检测方法和技术)3、数字平板直接成像技术（DR）

数字平板直接成像技术是近几年才发展起来的全新的数字化成像技术。数字平板直接成像技术与胶片和CR的处理过程不同，在两次照射期间，不必更换胶片和存储荧光板，仅需要几秒钟的数据采集，就可以观察到图像，检测速度和效率大大高于胶片和CR技术。除了不能分割和弯曲外，数字平板与胶片和CR具有几乎相贩适应性和应用范围。

数字平板的成像质量比图像增强器射线实时成像系统好很多，不仅成像区均匀，滑边缘几何变形，而空间分辨率和灵敏度要高得多，其图像质量已接近或达到胶片照相水平。与线阵列扫描成像（LDA）相比，数字平板可做成大面积平板一次曝光形成图像，而不需要通过移动或旋转工件，经过多次线扫描才获得图像。

数字平板技术有非晶硅（a-Si）和非晶硒（a-Se）和CMOS三种。无损检测(其他射线检测方法和技术)1）非晶硅与非晶硒

非晶硅平板成像称为间接成像：需要中间媒介——闪烁层将x射线转换为可见光，再转换为电信号。

非晶硒平板成像称为直接成像：x射线撞击硒层，硒层直接将x射线转换成电荷。

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200μm时应使用非晶硒板。当允许的分辨率大于200μm时可考虑使用非晶硅。非晶硅的另一个优点是获得图像的速度比非硒板更快。

无损检测(其他射线检测方法和技术)2）CMOS数字平板

CMOS数字平板由集成的CMOS记忆芯片构成，所谓的“CMOS”是互补金属氧化物硅半导体。和CCD一样，是可记录光线变化的半导体。

·CMOS探测器上可以使用任何x射线：脉冲的、整流的、恒压的，电流从几微安培到30安培，改进的CMOS探测器可以接收450keV～20keV的能量。扫描式探测器要求恒压X射线机，能量从20keV～300keV的电压及任何大小的电流。无损检测(其他射线检测方法和技术)·CM0S的制造技术和一般计算机芯片没有什么差加，主要是和硅和锗（zhě）这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带正电）和P（带正电）级的半导体，这两个互补效应有所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。

·“活性像元探头技术”是指把所有的电子制制和放大电路放置于每一个图你探头上，取代一般探头器在边沿布线的结构。这种结构使CMOS探测器的抗震性更强，寿命更长。

·CMOS受温度的影响非常小，工作温度范围很宽，从0.55℃～43.3℃的温度变化范围都不需要标定（标定的意思就是校准）。

·CMOS探测器的填充系数高达90%以上，高出非晶硅探测器约60%。探测器的填充系数是活性区域表面的百分比，是表征元器件探测光电子的能力的指标，填充系数越高，其灵敏度也应越高。

·采用轴外检测方法，可消除散射（不希望的信号）（实际为减少），减少辐射对探测器的直接冲击（辐射噪声），延长探测器使用命。由于主要的辐射光束被屏蔽了，可以有很高的信噪比。

·使用小型CMOS系统，曝光时间为0.5～3秒，把数据修正并把图像传输到计算机工作站上，并显示出约需10秒，可以认为是实时成像？。如果精度为80μm，图像接收板的扫描速度最高可达2.5m/min。无损检测(其他射线检测方法和技术)4、数字化射线成像技术特点总结

·各种数字化射线成像技术的共同特点是：检测过程容易实现自动化，工作效率高，成像质量好，数字图像的处理、存储、传输、提取、观察应用十分方便。

·从成像速度来说，各种数字化射线成像技术均比不上图像增强器实时成像，但比胶片照相或CR技术快得多。胶片照相或CR技术在两次照射期间需要更换胶片和存储荧光板，曝光后需冲洗和放入专门装置读取，需要花费许多时间。而数字化射线成像技术仅仅需要几秒钟到几十秒的数据采集时间，就可以观察到图像。

·数字化射线成像技术成像的速度与成像精度有关，其中最快的非晶硅平板可以每秒30幅的速度显示图像，甚至可以替代图像增强器，然而，成像速度越快，所获得的图像的质量就越低。

成像速度由高到低——图像增强器CCD实时成像→非晶硅→非晶硒→CMOS→LDA→CR→胶片照相→底片扫描。无损检测(其他射线检测方法和技术)·除了不能进行分割和弯曲以外，数字平板能够与胶片和CR有同样的应范围，可以被放置在机械或传送带位置，检测通过的零件（在线检测），也可以采用多角度配置进行多视域的检测。

·适用性

适用性由好到差——CR→胶片照相→底片扫描→非晶硅→非晶硒→CMOS→LDA→图像增强器CCD实时成像。

无损检测(其他射线检测方法和技术)·数字化射线成像技术的图像质量比图像增强器射线实时成像系统高得多。各种成像技术比较：使用几何放大的图像增强器线性的空间分辨率约为300μm，二级管阵列（LDA）的空间分辨率约为250μm，非晶硅/非晶硒接收板的空间分辨率约为130μm，CR平板的空间分辨率约为100μm。小型CMOS探测器的像素尺寸约为50μm，扫描式CMOS阵列探测器的像素为μ80μm，使用几何放大的扫描式CMOS阵列探测器的空间分辨率可达到几μm。

·一般情况下，50μm以下的分辨率适合于集成电路检测；50～125μm的分辨率适合焊接接头检测，100～200μm的分辨率适合铸造和锻造零件的检测，200～240μm的分辨率只适合医疗诊断和工业CT。

·空间分辨率

空间分辨率由高到低——胶片照相→CR→底片扫描→CMOS→非晶硒→非晶硅→线阵列扫描成像LDA→图像增强器CCD实时成像。无损检测(其他射线检测方法和技术)·增加射线剂量（mA·min）、降低图像传感器动态范围和增加信号增益可以大幅度提高图像对比度和灵敏度，但宽容度会大幅下降，反之亦然。从应用的角度考虑，焊接接头检测选择高对比度探测器，而复杂零件检测选择宽容度大的探测器。

·数字化平板的共同缺点是其价格昂贵，而胶片和CR的成本相对较低，数字平板需要连接电缆和电源；非晶硅/非晶硒接收板数板易碎，其灵敏度会随温度变化。

·一次投入费用/运营成本

一次投入费用由高到低——CMOS→非晶硒→非晶→LDA→CR→图像增强器CCD实时成像→底片扫描→胶片照相。

运营成本由高到低——底片扫描→胶片照相→CR→非晶硒→非晶硅→CMOS→LDA→图像增强器CCD实时成像。（这里说的运营成本是指长期运行材料消耗的成本，是否也包括维修保养的费用？）无损检测(其他射线检测方法和技术)8.5x射线层析照相（x-CT）

x射线计算机层析是近30年来迅速发展起来看计算机与x射线相结合的检测技术。该技术最早应用于医学，工业CT检测技术在上世80年代末逐步进入实际应用阶段。

1）工作原理简介

工业CT是用经过高度准直的窄束x射线对工件分层进行扫描。X射线管与探测器作为同步转动的整体，分别位于工件两测的相对位置。检查中x射线束从各个方向对被探查的断百进行扫描，位于对侧的探测器接收透过断面的x射线，然后将这些x射线信息转变为电信号，再由模/数转换器转换为数字信号输入计算机进行处理，最后由图像显示器用不同的灰度等级显示出来，就成为一幅x-CT图像。

无损检测(其他射线检测方法和技术)2）工业CT技术的应用

（1）缺陷检测：

在一定的检测方式下，对气孔、夹杂、针孔、缩孔、分层、裂纹等各种常见缺陷具有很高的探测灵敏度。

（2）尺寸测量：利用工业CT的二维或三维图像，可实现对结构尺寸、装配间隙、壁厚和位置关系的高精度测量。用于精密零部件的尺寸测量，误差不大于0.1mm。

（3）结构分析：通过CT检测封闭物体，可获得物体内部二维或三维结构分布，实现偏心、变形、间隙等信息分析，对判断装配质量具有优势。

（4）密度分析：由于其较高对比度灵敏度，是对缺陷检测尤其密度分布测量具有优势。无损检测(其他射线检测方法和技术)3）工业CT技术的特点

（1）准确率高。CT技术能获得工件的3D图像，能够对缺陷定性、定量、精确定位（长度、宽度、深度）。除CT以外的技术，是把工件全厚度方向上的信息重叠投影在一张底片上，无法分清各部分结构或缺陷的位置（水平方向和深度方向）。而工业CT是工件的分层断面图像，可给出工件任一平面层（断面的各分层平面）的图像，可以发现平面内任何方向分布的缺陷，它具有影像不重叠、层次分明、对比度高和分辨率高等特点。

（2）产生的数字化图像信号贮存、转录十分方便。

（3）完整地检测一个工件比常规射线照相需要的时间长的多，费用也要高的多。

（4）工业CT系统一次性投入价格很高。无损检测(其他射线检测方法和技术)·x-CT层析成像工作原理图示无损检测(其他射线检测方法和技术)·x-CT层析成像工作原理图示无损检测(其他射线检测方法和技术)·x-CT层析成像检测系统无损检测(其他射线检测方法和技术)·x-CT层析成像工作原理图示

无损检测(其他射线检测方法和技术)·工业CT层析成像检测技术发展

—

用一个X射线源，一个探测器；

—

探测器和射线源同步作平移运动，并旋转扫描以获取投影数据；

—

第一代主要缺点是采集数据的时间比较长，每次约需要几分钟。

无损检测(其他射线检测方法和技术)·工业CT层析成像检测技术发展

—用一个小角度扇形射线束和多个检测器来代替原来的单一检测器。

—使在每一个发射位置上可以同时检测到多个投影数据。

—由于是扇形射线束对应多个探测器，整个数据采集时间缩短。

无损检测(其他射线检测方法和技术)·工业CT层析成像检测技术发展

第三代：它与一，二代扫描仪不同。

—它只包含扇形束的旋转扫描，而不包括X射线源与检测器的平移运动。

因为第三代扫描仪的扇形束，已扩展至能容纳下整个工件的截面。

—检测器阵列通常有几百个或上千个检测器单元，依次排列而成。

—工件围绕着一个公共轴心旋转，

—X射线源与检测器同时作上下平移运动（Z轴同步）。

—这一代扫描仪的明显优点是机械结构简化了，可以保证机械扫描精度，并使扫描速度有了明显的提高（通常为几秒钟）。

第四代扫描仪

—采用在360度圆周上固定安装好的检测器，

—数据的采集只是靠旋转X射线源，

—整个探测器阵列是不动的。

—它的缺点是对某一特定的检测单元来说，在不同的扫描位置上，X

射线以不同的角度轰击探测器，这将对重建图像的质量发生影响。

—同时制造成本也高。

无损检测(其他射线检测方法和技术)无损检测(其他射线检测方法和技术)·工业CT层析成像检测技术发展无损检测(其他射线检测方法和技术)·工业CT层析成像检测技术发展无损检测(其他射线检测方法和技术)8.6中子射线照相

1、中子射线物理知识简介

中子是一种不带电的基本粒子，中子射线与x射线和γ射线唯一的相同点是都属于不带电粒子束流，具有很强的穿透物质的能力。X射线和γ射线与物质的相互作用，是它们的光子与原了、原子的电子或原子核的相互作用。中