组合式射线无损检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种组合式射线无损检测方法及系统，该方法及系统将g射线源和X射线源与固体线阵探测器、气体线阵探测器及面阵探测器分别借助射线源支架和探测器支架集成在一个刚性基座上，通过不同射线源与不同探测器的组合，分别进行DR扫描成像和断层或锥束CT成像，实现对工件的多能量段、多模式组合检测，能同时满足高检测分辨率、高探测灵敏度、较强的射线穿透能力和良好的长期稳定性等检测要求，可应用于国防、航空航天、工业和科研等领域的高精度射线无损检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种组合式射线无损检测方法及系统，特别涉及一种采用g射线源和X射线源，以及线阵探测器和面阵探测器，能以多种射线源-探测器组合方式对工件进行高精度DR/CT辐射成像检测的组合式射线无损检测方法及系统，属于射线无损检测
，可应用于国防、航空航天、工业和科研等领域的精细无损检测。
技术介绍
DR (Digital Radiography,数字福射成像)和 CT (Computed Tomography,计算机 断层成像)技术是医学和工业领域常用的射线无损检测技术。现有的射线无损检测系统往往性能单一，主要针对某一类工件或缺陷进行检测，其性能指标如反差灵敏度、空间分辨率、穿透能力和长期稳定性等，多是单项突出而难于兼顾。根据所使用的射线源不同，射线无损检测系统分为高能系统和中低能系统。高能系统通常采用X射线加速器作为射线源，中低能系统通常采用X光机或放射性同位素作为射线源。对于不同的射线源，由于射线能量不同，强度不同，靶点尺寸不同，输出稳定性不同，造成所适用的检测工件厚度范围、缺陷分辨能力等检测指标也不同。另一方面，用于辐射成像的探测器也有多种，其探测效率、探测灵敏度、像素尺寸、成像速度、抗辐照性和环境适应性等各有不同。而且，探测性能跟入射射线能量也有很大关系，即使同一种探测器，对不同能量段的x/g射线，其信号响应特性也存在显著差别，对某一能量段的射线不适合，而对另一能量段则可能很理想。然而，现有技术中公开的射线无损检测系统存在一个共同的特点，就是通常只使用一种射线源和一种探测器，即射线源只单独使用X光机、X射线加速器或g射线源中的一种，探测器只使用面阵探测器和线阵探测器中的一种，多个能量段与高稳定性难于同时获得，不同类型探测器的优势难于充分发挥，缺陷分辨能力受限，难于获得宽能量范围的探测效果，其局限性和不足具体描述如下 I、射线能量范围窄，适于检测的对象受到限制 一般来讲，射线能量越高，穿透能力越强，但更高的射线能量并不一定带来更高的检测精度。射线能量偏低，会导致穿透能力不足；射线能量过高，穿透能力增强，但是射线衰减过少，会降低成像系统的反差灵敏度，影响成像质量。对于不同大小的工件和工件内不同尺寸的缺陷，需要用不同能量的射线检测，或者说，对一定能量的射线，存在一个最佳厚度测量范围。例如，450kV X光机的最佳检测厚度约为2. 3cm等效铁厚度，Co-60 g射线源的最佳检测厚度约为4. 7cm等效铁厚度，15MeV X射线加速器的最佳检测厚度约为8cm等效铁厚度，等等。使用不同射线源的检测系统在其最佳检测厚度附近能获得最高的检测精度，检测效果最好，而偏离这个范围，其检测能力就会下降。因此，采用单个射线源的检测系统，受射线能量范围限制，其适于检测的对象范围较窄，缺陷分辨能力有限，这也是工业CT系统往往需要根据检测对象进行定制的重要原因。2、不能综合利用不同类型射线源的优点最大限度提高检测能力任何一种射线源用于辐射成像都有其优点，也有其不足，具体表现在(i) X光机射线源焦点尺寸小，射线强度高，可以实现很高的空间分辨率，但是射线能量较低，能谱是连续谱，存在穿透能力不强和射线束硬化等问题，对于质量厚度较小的工件有很好的检测效果，而对于质量厚度较大、稳定性要求很高，和缺陷的尺寸需要精细定量检测的要求就难于满足；(ii)x射线加速器的射线能量高，强度大，可以穿透较厚的工件，但是靶点大，射线强度及能量的空间分布差异大，前冲性大，且X射线输出稳定性较差，能谱也是连续谱，同样存在射线束硬化问题，能检测质量厚度较大的工件，但空间分辨率、检测灵敏度和测量稳定性等都受到限制。另外，由于加速器的X射线束张角小，要检测较大尺寸的工件，检测系统占用的空间就较大，机械结构也很复杂，而且辐射防护要求也很高；(iii) g射线源，如CO-60，其射线强度以固定的半衰期逐渐减弱，在任意时刻都是确定且可计算出的，其强度的空间分布各向同性，其产生的g射线为I. 17MeV和I. 33MeV的单能g射线，基本不存在射线硬化问题，穿透能力较强，与4MeV加速器相当，而且特别适合检测工件在较长时期内质量厚度的微小变化，但也存在射线源靶点尺寸较大、射线强度较低的不足。这几种射线源中的任何一种单独使用都有其局限性，如果将它们结合使用，尤其是将例如Co-60的g射线源与X光机结合使用，就能弥补各自的不足，使组合式检测系统能发挥出最大效能。3、不能充分发挥各种探测器的优点，最大限度地提高检测能力 不同类型探测器具有不同的特点，各有优点也各有局限性，具体表现在(i)面阵探测器空间分辨率高，可达μ m级，成像速度快，但灵敏体厚度仅有O. 2 O. 5_，探测效率低，次级电子串扰难于消除，对于低能射线的探测比较合适；(ii)固体线阵探测器灵敏体厚度可达cm级，探测效率高，检测灵敏度高，但空间分辨率难于做到μ m级，需要逐行扫描，成像速度慢，而且易受辐照、环境温湿度等因素影响，长期稳定性较差；(iii)气体线阵探测器性能稳定，环境适应性强，耐辐照，但探测器单元的尺寸难于做小，空间分辨率受到较大限制。因此，对于不同的射线能量和不同的缺陷，需要用不同类型的探测器才能获得最佳检测效果，单一类型的探测器难于胜任复杂的检测要求。4、无法同时满足灵敏度高、穿透能力强和长期稳定性好的检测需求 在某些特殊领域，检测对象质量厚度较大(相当于几厘米铁)，而检测精度要求又非常高要分辨出细微的(μ m级)裂缝、脱落、鼓泡等缺陷，能发现较长时期(数月，甚至数年)内发生的O. 1%的微小质量厚度变化等。这种情况对于空间分辨率、检测灵敏度和长期稳定性等指标的要求都很高，是现有辐射成像检测系统难于实现的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有辐射成像检测系统采用单一射线源和单一探测器工作模式的不足，在一套集成的小型化系统上，实现对工件的多能量段、多模式组合检测，以同时满足高检测分辨率、高探测灵敏度、较强的射线穿透能力和良好的长期稳定性等检测要求。为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种组合式射线无损检测方法，以及应用该方法的一种组合式射线无损检测系统，该方法及系统在一个包括g射线源和X射线源，以及线阵探测器和面阵探测器的组合式射线无损检测系统上，通过不同射线源与不同探测器的多种组合，实现多能量段、多检测模式、高分辨率、高精度、高稳定性的DR/CT射线无损检测。本专利技术的组合式射线无损检测方法，具体为 利用射线源产生的X射线或g射线对工件进行照射，用探测器接收穿过工件的射线，并转换成数字信号，然后对信号进行处理，得到工件的辐射图像，其中，射线源采用包含X射线源和g射线源的组合式射线源，探测器采用包含固体线阵探测器、气体线阵探测器和面阵探测器的组合式探测器，通过切换不同的射线源和探测器组成不同的检测单元，实现对工件的DR扫描成像或断层CT成像或锥束CT成像；所述组合式射线源和组合式探测器，以及工件转台均安装在同一刚性基座上。进一步，所述组合式射线源的射线出口设置有前准直器，该前准直器将射线准直成扇形束或锥形束，所述组合式探测器的射线入口设置有后准直器；当切入的探测器为固体线阵探测器或气体线阵探测器时，所述后准直器将射线准直成与探测器单元高度、数量相当的小射线束，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合式射线无损检测方法，该方法利用射线对待检测工件进行照射，利用探测器接收穿过工件的射线，并转换成数字信号，然后通过对所述信号进行处理，得到工件的辐射图像，其特征在于：？射线源采用包含g射线源和X射线源的组合式射线源，探测器采用包含固体线阵探测器、气体线阵探测器和面阵探测器的组合式探测器，通过切换不同的射线源和探测器组成不同的检测单元，实现对工件的DR扫描成像或断层CT成像或锥束CT成像；？所述组合式射线源和组合式探测器，以及装卡工件的工件转台均安装固定在同一刚性基座上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志芳，安继刚，刘锡明，王立强，张颜民，丛鹏，黄毅斌，裘伟东，郑健，刘金汇，王振涛，谈春明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：