一种焦点尺寸测量方法技术

本发明专利技术公开了一种焦点尺寸测量方法，所述焦点尺寸测量方法利用X射线管上的锥束铅孔，使用平板探测器采集X射线通过锥束铅孔后的光场图像，得到边沿射线强度分布，即可计算得到焦点尺寸。本发明专利技术仅需利用射线管上的铅锥孔，使用平板探测器采集光场图像得到光场边沿射线强度分布，即可计算得到焦点尺寸；操作和测试条件简单，实验结果表明该方法能方便快捷的给出焦点尺寸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量
，尤其涉及一种焦点尺寸测量方法。
技术介绍
X射线管广泛的应用于医学、材料科学以及工业无损检测等领域的射线成像系统中。焦点尺寸是X射线管的一个重要参数，它显著影响射线成像系统的图像质量，X射线管焦点尺寸是决定射线成像系统极限空间分辨率的主要因素之一。此外，伴随着X射线管的使用，阳极靶表面会变得粗糙进而产生射线漫反射，而阴极灯丝由于老化会改变形状，两者都会一定程度上导致焦点尺寸的变化，因此可以通过焦点尺寸的变化来评估X射线管的老化程度。综上所述，焦点尺寸是射线成像系统空间分辨率的决定性因素，且可用作衡量射线管老化程度与工作状态的重要依据，有必要找到合适的方法对X射线管的焦点尺寸进行测量。在工业应用中，X射线管焦点尺寸将显著影响射线成像系统的空间分辨率，同时焦点尺寸也可作为衡量射线管工作性能的重要依据。现有测量X射线管焦点尺寸的方法主要有扫描法、针孔法、狭缝法及边界法，这些方法有各自的特点，但在实验测量中均需专门准备特定的测试工具。例如，扫描法需一套准直和扫描系统及闪烁体计数器，针孔法需制作比焦点尺寸小一个量级的针孔板，狭缝法需制作极窄的狭缝板，边界法则需加工外表面由铅覆盖的圆柱钢管。同时以上几种方法对测试条件均有较严格的要求，尤其对X射线管、测试工具及探测器的位置要求严格。此外，一些方法在实际操作中并不简易，例如扫描法需要通过运动平台步进式的扫描焦点区域，耗时长；狭缝法则需要分别拍摄狭缝相互垂直两个方向的图像，并且需保证狭缝两次严格垂直。以上这些都给实际工业应用中X射线管焦点尺寸的测量带来了限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种焦点尺寸测量方法，旨在解决现有的焦点尺寸测量方法存在操作复杂，耗时长的问题。本专利技术是这样实现的，一种焦点尺寸测量方法，所述焦点尺寸测量方法利用X射线管上的锥束铅孔，使用平板探测器采集X射线通过锥束铅孔后的光场图像，得到边沿射线强度分布，即可计算得到焦点尺寸；通过拍摄X射线管光场，在探测器输出图像数据中找到光场中心点a0的像素位置，并在光场边沿找到点a1、a2、a3的像素位置，l1、l2为射线管几何参数，为已知数据，l3通过刻度尺测量得到，则x轴方向焦点的长度L由下式求出：L＝c1L1+c2L2；其中L1、L2表示线段，c1、c2分别表示L1、L2对中心X射线出射方向“有效焦点”的贡献系数；L1、L2根据相似三角形的几何关系，求出：y轴方向上，靶面与z轴垂直，焦点的宽度W由下式求出：W＝W1+W2；其中W1、W2由下式求出：进一步，所述投影系数c1、c2由下式求出：进一步，所述tan(θ1)、tan(θ3)由下式求出：其中，s为探测器像素宽度，α为靶角，l1、l2和l3分别为焦点中心到铅锥孔上表面距离、铅锥孔厚度及铅锥孔下表面到平板探测器距离，θ1和θ3分别为射线在a1和a3处与探测器的夹角；进一步，所述焦点尺寸为有效焦点；使用平板探测器拍摄射线从锥束铅孔出射的光场方法为：连续拍摄多张光场图像，再对多幅图像的光场取平均，作为最终用于计算焦点尺寸的光场强度分布；使探测器覆盖X射线管整个光场区域，利用平板探测器拍摄X射线管的光场分布，得到光场边沿的几何不锐度a1a3。进一步，在近似条件下，焦点尺寸的L和W分别由下式近似求出，在l2相对于l1较小时，即铅锥孔较薄时，该近似计算方法能得到与精确计算方法相近的结果；进一步，使用的X射线管为单阳极金属陶瓷X射线管；靶材料为钨，靶角α为20°，最大管电压为225kV，铅锥孔厚度l2＝14.0mm；平板探测器为非晶硅平板探测器，A/D转换为16位；几何位置参数为l1＝37.0mm，l3＝131.0mm，β＝16°，s＝0.127mm。本专利技术提供的针对现有X射线管焦点测量方法的不足，本专利技术提出了一种新的焦点测量方法，为锥孔法。该方法最大的特点是除了X射线成像系统中用到的数字平板探测器，不需要借助其他额外的测试工具，且操作相对简单，测试条件易实现。仅需要利用X射线管上的锥束铅孔，使用平板探测器采集光场图像得到光场边沿射线强度分布，即可计算得到焦点尺寸。本专利技术提出了一种简单实用的焦点尺寸测量方法，为X射线管的使用提供了便利。针对现有X射线管焦点测量方法的不足。本专利技术除了X射线成像系统中用到的数字平板探测器，不需要借助其他额外的测试工具，且操作相对简单，测试条件易实现。仅需要利用X射线管上的锥束铅孔，使用平板探测器采集光场图像得到光场边沿射线强度分布，即可计算得到焦点尺寸。本专利技术的方法的操作和测试条件简单，实验结果表明该方法能方便快捷的给出焦点尺寸；无需额外准备特定的焦点测试工具，可直接利用X射线管上的铅锥孔作为测试工具；易于实现，焦点与铅锥孔位置固定，只需适当调节探测器位置保证垂直于z轴且覆盖光场即可；实验测量时间短(秒量级)，且同时测量得到X射线管焦点尺寸的长L和宽W。附图说明图1是本专利技术实施例提供的焦点尺寸测量方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的实验原理示意图。图3是本专利技术实施例提供的X射线管大焦点中心行列边沿射线强度曲线示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作进一步描述。如图1所示：一种焦点尺寸测量方法，该焦点尺寸测量方法为：S101：利用X射线管上的锥束铅孔，使用平板探测器拍摄射线从锥束铅孔出射的光场；S102：利用光场边沿的几何不锐度来计算焦点尺寸。下面结合实验分析对本专利技术的应用效果作进一步描述。1.实验1.1实验方法X射线管阴极发射的电子束轰击到阳极靶面的面积称作“实际焦点”，而在X射线管的使用中，通常关注的是“实际焦点”在X射线出射方向的投影，即“有效焦点”，它的大小与X射线管的靶角有关，本专利技术给出的焦点尺寸为“有效焦点”。X射线管焦点尺寸由横向(x)和纵向(y)两个方向的长度来表示，分别定义为长L和宽W，为横向中心切面(xoz平面)和纵向中心切面(yoz平面)，其分别得到焦点尺寸的L和W。靶角为α，离靶点中心距离l1处有厚度为l2的铅锥孔，张角为2β，且β小于等于α。靶面垂直于中心X射线出射方向(-z)。如果焦点为一个理想的点，那么其辐射张角将恰好为2β，但实际情况是焦点存在一定的大小，从焦点处发射的X射线将会受到铅锥孔的调制，表现为焦点一侧发射的X射线将被铅锥孔上边沿阻止而只能到达比β角小的区域，而焦点另一侧发射的X射线能从锥铅孔下边沿到达比β角更大的区域，把这种现象称之为“展宽效应”，这会导致光场的边沿模糊，模糊的范围(a1a3)称为“几何不锐度”。在xoz平面，由于靶面与中心X射线出射方向(-z方向)存在夹角α，导致光场右侧几何不锐度远大于左侧，而在yoz平面，靶面与中心X射线出射方向垂直，因此光场上、下两侧对称。在离铅锥孔距离l3处垂直于z轴放置平板探测器并保证探测器覆盖X射线管整个光场区域，利用平板探测器拍摄X射线管的光场分布，得到光场边沿的几何不锐度a1a3，再结合焦点、铅锥孔及探测器的几何关系可计算得到焦点尺寸。在下文中，如不作特殊说明，坐标方向的定义均如X射线管焦点尺寸由横向(x)和纵向(y)两个方向的长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焦点尺寸测量方法，其特征在于，所述焦点尺寸测量方法利用X射线管上的锥束铅孔，使用平板探测器采集X射线通过锥束铅孔后的光场图像，得到边沿射线强度分布，计算得到焦点尺寸；通过拍摄 X 射线管光场，在探测器输出图像数据中找到光场中心点 a0的像素位置，并在光场边沿找到点a1、a2、a3的像素位置，l1、l2为射线管几何参数，为已知数据，l3通过刻度尺测量得到，则 x 轴方向焦点的长度 L由下式求出：；其中L1、L2表示线段，c1、c2分别表示L1、L2对中心X射线出射方向“有效焦点”的贡献系数；L1、L2根据相似三角形的几何关系，求出：；y轴方向上，靶面与z轴垂直，焦点的宽度W由下式求出：；其中W1、W2由下式求出：。

【技术特征摘要】
1.一种焦点尺寸测量方法，其特征在于，所述焦点尺寸测量方法利用X射线管上的锥束铅孔，使用平板探测器采集X射线通过锥束铅孔后的光场图像，得到边沿射线强度分布，计算得到焦点尺寸；通过拍摄X射线管光场，在探测器输出图像数据中找到光场中心点a0的像素位置，并在光场边沿找到点a1、a2、a3的像素位置，l1、l2为射线管几何参数，为已知数据，l3通过刻度尺测量得到，则x轴方向焦点的长度L由下式求出：；其中L1、L2表示线段，c1、c2分别表示L1、L2对中心X射线出射方向“有效焦点”的贡献系数；L1、L2根据相似三角形的几何关系，求出：；y轴方向上，靶面与z轴垂直，焦点的宽度W由下式求出：；其中W1、W2由下式求出：。2.如权利要求1所述的焦点尺寸测量方法，其特征在于，所述投影系数c1、c2由下式求出：。3.如权利要求2所述的焦点尺寸测量方法，其特征在于，所述tan(θ1)、tan(θ3)由下式求出：；其中，s为探测器像素宽度，α为靶角，l1、l2和l3分别为焦点中心到铅锥孔上表面距离、铅锥孔厚度及铅...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘小东，张催，李公平，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62