非胶片射线检测技术

　　在中国机械工程学会无损检测分会最新出版的无损检测高级培训教材(海外版试用本)中,作为RT3级人员学习指南的《射线检测》部分,最后一章列出了四种非胶片射线检测技术。熟悉这些技术的方法原理、系统特性和应用要领,需要具备一定的电子电工和微机知识。在CR和DR技术已成为当今工业领域的重要高端技术且应用范围日益扩大的背景下,掌握这些内容是国内RT3级人员知识更新的重要方面。笔者承担了全书的编译工作,今将非胶片射线检测部分择要介绍。为有助于学习和巩固,文末附有相关习题。

　　1　实时射线成像

　　1.1　原理

　　传统的射线照相用胶片作为成像介质,而射线实时成像则用荧光屏直接观察或电子成像。荧光屏可直接用人眼观察,也可通过图像增强器放大后作视频输出,或直接用低光强电视摄像机成像。用电子成像系统时,图像信号经放大后,变成模拟信号,可在电视监视器上进行观察,可作视频记录、模拟处理,或变换为数字信号,再由计算机显示、储存和分析。射线实时成像(RTR)典型布置见图1。

　　1.2　光的变换

　　1.2.1　荧光屏

　　荧光屏由分散在粘结剂中涂布在反射层和支承体上的磷光物质组成。其基本作用是将X射线转换成可见光。作用过程分三步(图2):①将吸收的X射线能量转换成高能自由电子。②高能电子的部分动能用于激发荧光物质中的其它电子,使其处于激发状态。③受激发电子返回常态时,发出可见光。

　　在吸收X射线激发能量的同时所发出的光称为荧光,而激发源移开后,依然留存的可见光(余辉)称为磷光。

　　荧光屏的特性参数有:转换效率,发射光谱,余辉时间,不清晰度,及灰度系数(γ值)。荧光屏将X射线变换为可见光的总效率由三因素组成:①被荧光屏吸收的入射X射线的比率。②X射线→可见光转换率。③可见光发射效率。

　　磷光体的激发光谱是宽带的,但它具有特征波长的最大光强。无论是直接观察的人眼,或是低光照摄象机,或是图象增强管的光电阴极,该激发光谱都应与实际应用相匹配。

　　荧光屏的余辉时间是指激发后连续发射可见光的时间。有些余辉曲线呈指数衰减,还有些余辉曲线则衰减得很慢。荧光屏的余辉时间,特别是衰减很快的磷光体余辉时间,随磷光体纯度及其制造过程而明显不同。

　　荧光屏成像不清晰度主要取决于磷光体微粒尺寸和屏厚,随这两参数增大而增大。屏的发光特性也会影响不清晰度。图3是不清晰度对缺陷检出的影响,图中C是亮度变化的百分比;C1是最小可见亮度差;d是缺陷宽度;U是屏不清晰度。对给定的U值来说,对比度C的变化会使不清晰边缘产生一个梯度变化。由图3a可见本来轮廓清晰的缺陷会因边缘扩散而显示模糊,对比度降低。当d<2U时,缺陷影像会消失,除非C1大于最小可见对比度水平(图3b)且有以下式关系: