儀器介紹

隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的要求越來越高，需要對(duì)越來越多的關(guān)鍵、復(fù)雜部件甚至產(chǎn)品內(nèi)部缺陷進(jìn)行嚴(yán)格探傷和內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法如超聲波檢測(cè)、射線照相檢測(cè)等測(cè)量方法已不能滿足要求。于是，許多先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)被開發(fā)應(yīng)用于檢測(cè)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(jì)算機(jī)層析照相或稱計(jì)算機(jī)斷層掃描成像。雖然層析成像有關(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(jì)算機(jī)出現(xiàn)后并與放射學(xué)科結(jié)合后才成為一門新的成像技術(shù)。在工業(yè)方面特別是無損檢測(cè)(NDT)與無損評(píng)價(jià)(NDE)領(lǐng)域更加顯示出其獨(dú)特之處。因此，國(guó)際無損檢測(cè)界把工業(yè)CT稱為最佳檢測(cè)手段。

應(yīng)用

進(jìn)入80年代以來，國(guó)際上主要工業(yè)化國(guó)家已經(jīng)把射線的ICT用于航空、航天、軍事、冶金、機(jī)械、石油、電力、地質(zhì)、考古等部門的NDT和NDE，檢測(cè)對(duì)象有導(dǎo)彈、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、軍用密封組件、核廢料、石油巖心、計(jì)算機(jī)芯片、精密鑄件與鍛件、汽車輪胎、陶瓷及高分子復(fù)合材料、海關(guān)毒品、考古化石等。我國(guó)90年代也已逐步把ICT技術(shù)用于工業(yè)無損檢測(cè)領(lǐng)域。

原理

電子計(jì)算機(jī)體層攝影(Computedtomography，簡(jiǎn)稱CT)是近十年來發(fā)展迅速的電子計(jì)算機(jī)和X線相結(jié)合的一項(xiàng)新穎的診斷新技術(shù)。其原理是基于從多個(gè)投影數(shù)據(jù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)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(cè)對(duì)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“焦平面”以外其他結(jié)構(gòu)對(duì)感興趣剖面的干擾，“焦平面”內(nèi)結(jié)構(gòu)的對(duì)比度得到了明顯的增強(qiáng)；同時(shí)斷層圖像中圖像強(qiáng)度(灰度)數(shù)值能真正與被檢對(duì)象材料的輻射密度產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)被檢對(duì)象內(nèi)部輻射密度的微小變化。

工業(yè)CT機(jī)一般由射線源、機(jī)械掃描系統(tǒng)、探測(cè)器系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)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。

電子輻射發(fā)生器

射線源提供CT掃描成像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(shí)現(xiàn)以各點(diǎn)的衰減系數(shù)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(hào)，改進(jìn)接受數(shù)據(jù)質(zhì)量。射線源常用X射線機(jī)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?yàn)閺?qiáng)度低，幾乎沒有得到實(shí)際的應(yīng)用。X射線機(jī)的峰值射線能量和強(qiáng)度都是可調(diào)的，實(shí)際應(yīng)用的峰值射線能量范圍從幾Ke到450Ke；直線加速器的峰值射線能量一般不可調(diào)，實(shí)際應(yīng)用的峰值射線能量范圍從1～16Me，更高的能量雖可以達(dá)到，主要僅用于實(shí)驗(yàn)。

特點(diǎn)

電子輻射發(fā)生器的共同優(yōu)點(diǎn)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(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用是非常有益的。電子輻射發(fā)生器的焦點(diǎn)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(diǎn)尺寸越小，陽(yáng)極靶上局部功率密度越大，局部溫度也越高。實(shí)際應(yīng)用的功率是以陽(yáng)極靶可以長(zhǎng)期工作所能耐受的功率密度確定的。因此，小焦點(diǎn)乃至微焦點(diǎn)的的射線源的使用功率或電壓都要比大焦點(diǎn)的射線源低。

電子輻射發(fā)生器的共同缺點(diǎn)是X射線能譜的多色性，這種連續(xù)能譜的X射線會(huì)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(jī)械掃描系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CT掃描時(shí)試件的旋轉(zhuǎn)或平移，以及射線源——試件——探測(cè)器空間位置的調(diào)整，它包括機(jī)械實(shí)現(xiàn)部分及電器控制系統(tǒng)。探測(cè)器系統(tǒng)用來測(cè)量穿過試件的射線信號(hào)，經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖象重建。

ICT機(jī)一般使用數(shù)百個(gè)到上千個(gè)探測(cè)器，排列成線狀。探測(cè)器數(shù)量越多，每次采樣的點(diǎn)數(shù)也就越多，有利于縮短掃描時(shí)間、提高圖象分辨率。計(jì)算機(jī)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(hù)，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(chǎng)安裝屏蔽設(shè)施。