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    射線及其檢測(cè)原理

    2006/12/21 9:53:00

          1898年11月8日,倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線,從此無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開始發(fā)生了質(zhì)的變革。它使固體內(nèi)部的缺陷得以直觀地顯現(xiàn)出來(lái)。X射線是一束光子流。在真空中,它以光速直線傳播,本身不帶電,故不受電磁場(chǎng)的影響。具有波粒二象性。從物理學(xué)中,我們知道,凡具有加速度的帶電粒子都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。因此當(dāng)電子在高壓電場(chǎng)的作用下,高速運(yùn)動(dòng)時(shí),突然撞擊到靶面,(會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)加速度)從而形成了所謂的韌致輻射。簡(jiǎn)單地說,它是由高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊靶面而產(chǎn)生的。另一方面,當(dāng)電子的動(dòng)能足夠大時(shí),將會(huì)把靶面原子的內(nèi)層電子轟擊出來(lái),在原位置形成孔穴,而此刻,外層的電子(位于高能級(jí))產(chǎn)生躍遷以填補(bǔ)該孔穴。同時(shí),它將多余的能量以X射線的形式放出,形成所謂的標(biāo)識(shí)X射線。標(biāo)識(shí)射線的波長(zhǎng)是不連續(xù)的。它取決于靶面的材料。它通常用于對(duì)材料的化學(xué)成分進(jìn)行定性分析。在無(wú)損檢測(cè)探傷中,一般用前者。
    X射線具有很強(qiáng)的穿透能力。在媒體的界面,它的折射率很小,幾乎為1。從而使我們可以按幾何方式來(lái)計(jì)算成像的比例。
    由韌致輻射產(chǎn)生的X射線,具有連續(xù)譜線。它的波長(zhǎng)取決于電場(chǎng)的電壓和場(chǎng)內(nèi)的電子流。其強(qiáng)度表示為:
    I=
    其中,K----系數(shù);i------管電流; U-----管電壓;Z-----靶的原子序數(shù)。

    穿透物體后,射線的強(qiáng)度為:I1=Io X exp(-ud),射線入射強(qiáng)度減弱一半的吸收物質(zhì)厚度稱為半價(jià)層!

    寬容度(L)指膠片有效密度范圍對(duì)應(yīng)的曝光范圍。在膠片特性曲線上,就用接近
    在線部分的起點(diǎn)和終點(diǎn)在橫坐標(biāo)上相對(duì)應(yīng)的曝光量對(duì)數(shù)表示,顯然梯度大的膠片其寬容度必然小!

    線型象質(zhì)計(jì)應(yīng)放在射線源一側(cè)的工件表面上被檢焊縫區(qū)一端(被檢區(qū)長(zhǎng)度的l/4部位)。金屬絲應(yīng)橫跨焊縫并與焊縫方向垂直,鋼絲置于外側(cè)。當(dāng)射線源一側(cè)無(wú)法放置象質(zhì)計(jì)時(shí),也可放在膠片一側(cè)的工件表面上,但象質(zhì)指數(shù)應(yīng)提高一級(jí),或通過對(duì)比試驗(yàn),使實(shí)際象質(zhì)指數(shù)達(dá)到規(guī)定的要求。象質(zhì)計(jì)放在膠片一側(cè)工件表面上時(shí),應(yīng)附加“F”標(biāo)記以示區(qū)別。中心透照環(huán)焊縫時(shí),每隔如”放置一個(gè)象質(zhì)計(jì)。多個(gè)管子接頭在一張底片上同時(shí)顯示時(shí),至少應(yīng)放一個(gè)象質(zhì)計(jì),且置于最邊緣的那根管子上。


    象質(zhì)計(jì)的線徑d與線號(hào)《象質(zhì)指數(shù)》之間的關(guān)系:
    d= de,z= 6-10lgd
    金屬絲象質(zhì)計(jì)的相對(duì)靈敏度: S = A X 10O%,如一底片上可識(shí)別的最小線徑,照厚度。
    射線照相對(duì)比度公式:
    射線照相對(duì)比度(底片對(duì)比度)D是主因?qū)Ρ榷萾ri和膠片對(duì)比度r共同作用
    工件表面距離,Q-I件表面至膠片距離。
    為保證射線照相的清晰度,標(biāo)準(zhǔn)對(duì)透照距離的最J前防限制:
    象質(zhì)等級(jí)透照距離(焦點(diǎn)至工件表面距離)入K值

    為了評(píng)價(jià)X射線在膠片上的成像質(zhì)量,人們通常用像質(zhì)計(jì)作為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。線型像質(zhì)計(jì)的擺放,應(yīng)在射線源一邊。靈敏度的計(jì)算為:m=di/DpX100%

     

    射線照相影響質(zhì)量的基本因素有:①黑度,

    黑度與照相靈敏度 S三大要素(照相對(duì)比度面D,不清晰度U和顆粒度Gr)的關(guān)系。
    照相對(duì)比度 照相不清晰度Un,m,u 照相顆粒度r膠片種類,V,顯影

    膠片固有不清晰度產(chǎn)生的主要原因:由于照射到膠片上的射線在乳劑層科
    發(fā)出的電子的散射而產(chǎn)生的。固有不清晰主發(fā)取決于射線的能過,其次取決于膠片路和顯影條件。
    射線底片上細(xì)節(jié)影象的可識(shí)別性與圖象的大小、膠片的粘度、底片黑皮、觀
    條件及觀片者等因素有關(guān)。底片黑度增大時(shí),4hat增大,膠片的粒度越小,

    散射線是射線與物質(zhì)作用產(chǎn)生。物質(zhì)的厚度越大,射線的照射面積越大,試件內(nèi)部產(chǎn)生散射線越大,n值越大,底片對(duì)比度D便減小。凡是被射線照射到的物體,例如試件、暗袋、桌面、墻壁、地面,甚至空氣都成為散射源。其中最大的散射源往往是試件本身。要想完全排除散射線的影響是不可能的,只能在實(shí)際透照過程中根據(jù)具體情況加以限制,一般可采取下列措施:
    ①限制輻射場(chǎng):將輻射場(chǎng)縮小到所進(jìn)行的射線透照工作所必需的程度,可以有效地限散射線的控制措施:選擇合適的射線能量,使用鋁箔增感屏,其次還有:①背防護(hù)板;②錯(cuò)罩和光柵;③厚度)悄物;④濾板;⑤遮蔽物;③修磨試件。
    一次透照范圍內(nèi)試件的最大厚度與最小厚度之比民> 1.4,屬于大厚度比工件,即變截面工件,對(duì)射線照相質(zhì)量的不利影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:①因厚度差較大導(dǎo)致底片黑度差較大,而底片黑度過低或過高都會(huì)影響用相靈敏度;②厚度變化導(dǎo)致散射I增大,產(chǎn)生邊蝕效應(yīng)。為此,可采用特殊技術(shù)措施;適當(dāng)提高管電壓技術(shù),雙膠片技術(shù)補(bǔ)償技術(shù)。適當(dāng)提高管電壓技術(shù)是透照變截工件最常采用的,也是最簡(jiǎn)便的方法?色@得更;m-n

     

    在X射線照相中,在能穿透工件的前提下,盡可能選擇較低管電壓,從而得到較大的衰減系數(shù)和較小的散射比,即14rtl值盡可能大,以便提高射線照相靈敏度。

    ①一般說來(lái),射線源都有一定的幾何尺寸,當(dāng)缺陷尺寸比焦點(diǎn)尺寸d大得多時(shí),焦點(diǎn)對(duì)透照底片對(duì)比度D的影響可忽略不計(jì)。
    ②當(dāng)缺陷尺寸f(小于焦點(diǎn)尺寸)時(shí),就會(huì)出現(xiàn)由焦點(diǎn)尺寸f引起的透照幾何條件的影響,此時(shí)底片對(duì)對(duì)比度必須進(jìn)行修正。
    ③當(dāng)金屬絲(缺陷)直徑d減少時(shí),會(huì)使d’用變大,(d>1),形狀修正系數(shù)。急劇減小。因此,要考慮修正系數(shù)。對(duì)凸D的影響。。當(dāng)d’大時(shí),金屬絲的“幾何因素修正系數(shù)!彪S幾何間距與金屬絲直徑比值d’用的急劇增大而減小。對(duì)細(xì)小缺陷(或細(xì)金屬絲)來(lái)說,由于的較小,D也較少,所以在底片上較難識(shí)辯其影象。

     

    問題:

    A:正在工作的一臺(tái)X射線機(jī)窗口的輻射場(chǎng)內(nèi)的射線劑量率為40R/min·M,無(wú)遮擋,不計(jì)空氣吸收和散射線的情況下,距焦點(diǎn) 20米處的射線照射劑量率為多少 R/min?以19ImR為射線工作人員一天的安全劑量限度,距焦點(diǎn)20米處,一分鐘內(nèi)的射線劑量是安全劑量的多少倍?在該處停留的時(shí)間為多少秒下,才能保證不超過射線工作人員一天的安全劑量?(兩位有效數(shù)字)。

    解:
    ①P1=40R/min,R1=1M,R2=20M,由距離平方反比公式:P1:P2 = (R2:R1)2

    得:P2=0.1(R/min)

    2:100/19 = 5.3

    3:t = 19/100/60 = 11.4秒

    B:對(duì)某射線源鉛的半價(jià)層為lmm,若采用鉛做防護(hù)層,已知該防護(hù)層兩側(cè)射線劑量率分別為3.62R/h及10mR/h,求此防護(hù)層的厚度?

    解:D=0.693/u (D半價(jià)層)得:u = 0.693mm-1

    I = I0 X e-ud d = Ln(3620/10)/ 0.693 = 8.5mm
    C:有一混凝土防護(hù)墻的探傷室,裝一臺(tái)Ir192 r射線機(jī),經(jīng)測(cè)試,操作室內(nèi)最大劑量率為0.066Rem/h,要使劑量率降至2.1mRem/h,求還需加襯多少mm厚的鉛板(u=1.386cm-1)?

    解: P = P0 X e-ud 得:d = Ln(P0/P)/ u = Ln(66/2.1)/ 0.1386 = 25mm

     
    X射線數(shù)字成像概述:

    實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)及工業(yè)CT

    數(shù)字射線照相系統(tǒng)是在普通的工業(yè)電視系統(tǒng)上,增加了計(jì)算機(jī)圖象處理的結(jié)果。
    通常它由如下部分組成:(見下圖) 
    X射線機(jī)頭及高壓發(fā)生器; 高壓控制柜
    圖象增強(qiáng)器---模擬或數(shù)字式
    工作平臺(tái); 信號(hào)采集卡; 計(jì)算機(jī); 圖象處理軟件
    閉路監(jiān)視系統(tǒng); 環(huán)境監(jiān)視器系統(tǒng); 報(bào)警式自動(dòng)門等組成.


    像采集基本知識(shí):
    視頻采集, 即將視頻轉(zhuǎn)換成PC機(jī)可使用的數(shù)字格式。
    專業(yè)圖象采集卡是將視頻信號(hào)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后,經(jīng)過PCI總線實(shí)時(shí)傳到內(nèi)存和顯存。
    在采集過程中,由于采集卡傳送數(shù)據(jù)采用PCI Master Burst方式,圖象傳送速度高達(dá)33MB/S,可實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)圖像到計(jì)算機(jī)內(nèi)存的
    可靠實(shí)時(shí)傳送,并且?guī)缀醪徽加肅PU時(shí)間,
    留給CPU更多的時(shí)間去做圖像的運(yùn)算與處理。
    圖象速率及采集的計(jì)算公式
    幀圖像大小(Image Size)∶W×H(長(zhǎng)×寬)---您必須首先了解∶需要采集多大的圖象尺寸?
    顏色深度∶d(比特?cái)?shù))---希望采集到的圖象顏色(8Bit灰度圖象?還是16/24/32Bit真彩色?)
    幀 速∶f---標(biāo)準(zhǔn)PAL制當(dāng)然就是25幀,非標(biāo)準(zhǔn)就沒準(zhǔn)了!500-1000幀都有可能
    數(shù) 據(jù) 量∶Q(MB)---圖象信號(hào)的數(shù)據(jù)量
    采 樣 率∶A(MB)---采集卡的采樣率,通過其產(chǎn)品手冊(cè)可知
    計(jì)算公式∶ Q=W×H×f×d/8
    判斷標(biāo)準(zhǔn)∶如果A>Q×1.2,則該采集卡能夠勝任采集工作。

    視頻源∶
    使用各種圖象采集卡,首先需要您提供采集或壓縮用的視頻源。視頻源可以是∶
    VCD影碟機(jī)、已有的錄像帶、攝錄機(jī)、LD視盤、CCD攝像頭、監(jiān)視器的視頻輸出等等。
    ● 一臺(tái)攝錄機(jī)和使用攝錄機(jī)錄制的錄像帶.
    ● 一臺(tái)盒式錄像機(jī)或磁帶錄像機(jī)和已錄制的錄像帶.
    ● LD光盤播放機(jī)LD光盤或VideoCD播放機(jī)和VCD
    ● 攝錄機(jī)或CCD攝像機(jī)
    ● 在工業(yè)影像中,視頻源常常是CT、X光機(jī)、超聲、內(nèi)窺鏡、甚至MRI核磁共振等等。
    ● 各種工業(yè)、軍事上的高速非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào),如每秒200幀、500幀、甚至上千幀…
    (如用DALSA、PULNIX等高檔數(shù)字像機(jī)作為視頻源)

    其它∶
    ●標(biāo)準(zhǔn)圖像源設(shè)備必須使用NTSC或PAL格式,有復(fù)合視頻或S-Video,甚至RGB輸出接口;
    ●非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)需要得到其行頻、場(chǎng)頻等信息,可用示波器或微視測(cè)試卡。
    ●如需聲音采集則還需要

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