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工业CT的概念和定义
目录工业CT是工业用计算机断层成像技术的简称,它能在对检测物体无损伤条件下,以二维断层图像或三维立体图像的形式,清晰、准确、直观地展示被检测物体的内部结构、组成、材质及缺损状况,被誉为当今最佳无损检测和无损评估技术。工业CT技术涉及了核物理学、微电子学、光电子技术、仪器仪表、精密机械与控制、计算机图像处理与模式识别等多学科领域,是一个技术密集型的高科技产品。 工业CT广泛应用在汽车、材料、铁路、航天、航空、军工、国防等产业领域,为航天运载火箭及飞船与太空飞行器的成功发射、航空发动机的研制、大型武器系统检验与试验、地质结构分析、铁道车辆提速重载安全、石油储量预测、机械产品质量判定等提供了的重要技术手段。 工业CT是在射线检测的基础上发展起来的,其基本原理是当经过准直且能量I0的射线束穿过被检物时,根据各个透射方向上各体积元的衰减系数从不同,探测器接收到的透射能量I也不同。按照一定的图像重建算法,即可获得被检工件截面一薄层无影像重叠的断层扫描图像(图1),重复上述过程又可获得一个新的断层图像,当测得足够多的二维断层图像就可重建出三维图像。当单能射线束穿过非均匀物质后,其衰减遵从比尔定律: ![]() ![]() 式中 ![]() ![]() 扫描模式:常用的CT扫描模式有II代扫描、III代扫描。III代扫描具有更高的效率,但是容易由于校正方法不佳而导致环状伪影(所以减弱或消除环状伪影是体现CT系统制造商技术水平的主要内容之一);II代扫描效率大约是III代扫描的1/10—1/5,但其对大回转直径工件检测有益。此外CT系统通常会具备数字射线检测成像(DR)功能。 工业CT现有X射线断层扫描(XCT)、康普顿散射断层扫描(CST)、穆斯堡尔效应断层扫描(MCT)等。主要应用于工业在线过程的实时检测和大型工业部件的探查。工业CT与传统的X射线探伤和超声波探伤相比,具有空间分辨率高、无损检测、速度快等特点,因而在工业产品的检测中具有其他方法无可取代的作用。在实时检测方面,可用于在线检测热轧无缝钢管中的气孔、划痕、裂缝、分层等各种缺陷,同时给出钢管的壁厚、同心度、单位长度的重量等;亦可用于发电设备的实时检测。在大型部件检测方面,特别适用于火箭、核燃料元件、弹药、飞机发动机等的无损检测。大型工业CT的主要技术指标大约为待测物体直径1—2.5米,有效扫描高度2—8米,最大承重可达数十吨,空间分辨率为1线对/毫米,密度分辨率0.5%,裂纹分辨0.05毫米×15毫米,扫描时间每层3分钟,图像重建时间6秒,工作台平移空位精度0.02毫米,工作台旋转空位精度10角秒。所用的辐射装置可用X射线机、加速器,亦可用60Co、137Cs或192Ir的γ射线源。[1] 辐射源射线源常用X射线机和直线加速器。X射线机的峰值能量范围从数十到450 keV,且射线能量和强度都是可调的;直线加速器的射线能量一般不可调,常用的峰值射线能量范围在1一16 MeV。其共同优点是切断电源以后就不再产生射线,焦点尺寸可做到微米量级。[2] 探测器目前常用的探测器主要有高分辨CMOS半导体芯片、平板探测器和闪烁探测器三种类型。半导体芯片具有最小的像素尺寸和最大的探测单元数,像素尺寸可小到10 μm左右。平板探测器通常用表面覆盖数百微米的闪烁晶体(如CsI)的非晶态硅或非晶态硒做成,像素尺寸约127 μm,其图像质量接近于胶片照相。闪烁探测器的优点是探测效率高,尤其在高能条件下,它可以达到16 ~ 20 bit的动态范围,且读出速度在微秒量级。其主要缺点是像素尺寸较大,其相邻间隔(节距)一般≥0. 1 mm。[2] 样品扫描系统样品扫描系统从本质上说是一个位置数据采集系统。工业CT常用的扫描方式是平移一旋转((TR)方式和只旋转(RO)方式两种。RO扫描方式射线利用效率较高,成像速度较快。但TR扫描方式的伪像水平远低于RO扫描方式,且可以根据样品大小方便地改变扫描参数(采样数据密度和扫描范围)。特别是检测大尺寸样品时其优越性更加明显,源探测器距离可以较小,以提高信号幅度等。[2]
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