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计算机断层扫描-工业无损检测技术的又一次革命

发布时间:2019-09-12 15:25:32    点击次数:次   

   CT技术首先应用于医学领域,形成了医学CT(MCT)技术,其重要作用被评价为是医学诊断上的革命。1983年,美国研究出第一台工业CT系统,用于火箭固体发动机的无损检测,引发了工业无损检测技术的又一次革命。工业CT(ICT)就是计算机层析照相或计算机断层扫描成像。虽然层析成像理论的有关数学理论在1971年就提出来但只是在计算机出现后并与放射学科结合后才成为一门新的成像技术。

蔡司工业CT

  CT成像是利用射线从多个放向透射工件某断层,通过探测器检测由工件衰减后的射线信息,由计算机对采集数据,以二维图像形式展现所检测断层的密度分布。这和以二维透视图像形式展现所检测方向重叠密度分布的DR成像有所不同,工业CT具有影像不重叠的优点,具有更高的分辨能力,可实现定量化分析,能在不破坏物体的前提下,清晰、准确、直观展示工件内部结构、物质组成及缺陷状况,是当今世界公认的最佳无损检测和无损评价技术之一。进入80年代以来,国际上主要工业化国家已经把射线的ICT用于航空、航天、军事、冶金、机械、石油、电力、地质、考古等部门的NDT和NDE,检测对象有导弹、火箭发动机、军用密封组件、核废料、石油岩心、计算机芯片、精密铸件与锻件、汽车轮胎、陶瓷及高、复合材料、海关毒品、考古化石等。

  工业CT工作原理

  电子计算机体层摄影(Computed tomography,简称CT)是近十年来发展迅速的电子计算机和X射线相结合的一项诊断新技术。其原理是基于多个投影数据应用计算机重建图像的一种方法,现代断层成像过程中仅仅采集通过特定剖面的投影数据,用来重建该剖面的图像,因此也就从根本上消除了传统断层成像的“焦平面”以外其他结构对感兴趣的剖面的干扰,“焦平面”内结构的对比度得到了明显的增强;同时断层图像中图像强度(灰度)数值能真正与被检对象材料的辐射密度产生对应的关系,发现被检对象内部辐射密度的微小变化。工业CT机一般由射线源、机械扫描系统、探测器系统、计算机系统和屏蔽设施等部分组成。射线源提供CT扫描成像的能量线束用以穿透试件,根据射线在试件内的衰减情况实现仪各点的衰减系数表征的CT图像重建。与射线源紧密相关的前直准器用以将射线源发出的锥形射线束处理成扇形射束。后直准器用以屏蔽散射信号,改进接受数据质量。

  机械扫描系统是实现CT扫描时试件的旋转或平移,以及射线源——试件——探测器空间位置的调整,包括机械实现部分及电器控制系统。探测器系统用来测量穿过试件的射线信号,经放大和数模转换后送进计算机进行图像重建。ICT机一般使用数百个探测器,排列成线装。探测器数量越多,每次采样的点数也越多,有利于缩短扫描时间、提高图像分辨率。计算机系统用于扫描过程控制、参数调整,图像重建、显示及处理等。屏蔽设施用于射线安全防护,一般小型设备自带屏蔽设施,大型设备则需在现场安装屏蔽设施。

  源系统 伽玛射线源:常用60Co、137Cs。能量特定伽玛射线源但强度小,扫时间长。x光机射线源光机射线源:包含X光管、高压电源、射线源高压控制系统、冷却系统。检测时间短、图像质量高。直线加速器:包含加速管、高压控制系统、直线加速器冷却系统等。适用于高密度、大工件的检测。

  探测器系统闪烁体光电倍增管探测器:输出信号大,闪烁体光电倍增管探测器适用于y射线源。闪烁体光电二级管探测器:探测器组合密闪烁体光电二级管探测器度高、几何效率高,目前最为常用。气体电离探测器:探测器之间一致性好,气体电离探测器适用于三代扫描,但效率较低。

  数据采传系统 数据采传系统是探测器和计算机之间的电路接口。这部分电路十分复杂,构成了工业CT电子设备的主体。其中关键技术之一是A/D转换。

  机械扫描、运动系统 机械扫描系统包括:机械驱动轴、试件转台、各种支架、底座、移动控制系统(电机、编码器、伺服放大器、移位控制板等)。

  图像重建、分析系统 该部分硬件由系统主板、专用控制板、阵列处理器、显示器、拷贝机等组成。软件包括系统软件和应用软件。应用软件应当完成三个功能:设置和校CT重建参数、控制扫描过程及实现CT数据同步采集、完成图像重建。

  工业CT的应用领域

  航空航天等工业精密零件内部结构的测量及其缺陷的检测;

  兵器工业中对弹药填充密度的检测和武器关键部件的质量检查;

  汽车工业中对关键零件的无损检测;

  钢铁工业中产品的在线监控和质量检测;

  油钻探中对岩芯的评估,钻杆和管道的探伤;

  地质、考古中对样品的评估;

  海关对违禁、走私物品的检查等。

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关键词:蔡司工业CT,工业CT,计算机断层扫描

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