工業(yè)CT的工作原理

作者：安賽斯（中國）有限公司  

　　隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量檢驗的要求越來越高，需要對越來越多的關(guān)鍵、復(fù)雜部件甚至產(chǎn)品內(nèi)部缺陷進行嚴格探傷和內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸測量。傳統(tǒng)的檢測方法如超聲波檢測、射線照相檢測等測量方法已不能滿足要求。于是，許多先進的無損檢測技術(shù)被開發(fā)應(yīng)用于檢測領(lǐng)域。工業(yè)CT技術(shù)便是其中的一種。

工業(yè)CT(ICT)就是計算機層析照相或稱計算機斷層掃描成像。雖然層析成像有關(guān)理論的有關(guān)數(shù)學(xué)理論早在1971年由J.Radon提出，但只是在計算機出現(xiàn)后并與放射學(xué)科結(jié)合后才成為一門新的成像技術(shù)。在工業(yè)方面特別是無損檢測(NDT)與無損評價(NDE)領(lǐng)域更加顯示出其*之處。因此，無損檢測界把工業(yè)CT稱為zuijia檢測手段。

    進入80年代以來，上主要工業(yè)化國家已經(jīng)把射線的ICT用于航空、航天、軍事、冶金、機械、石油、電力、地質(zhì)、考古等部門的NDT和NDE，檢測對象有Daodan、火箭發(fā)動機、軍用密封組件、核廢料、石油巖心、計算機芯片、精密鑄件與鍛件、汽車輪胎、陶瓷及高分子復(fù)合材料、海關(guān)dupin、考古化石等。我國90年代也已逐步把ICT技術(shù)用于工業(yè)無損檢測領(lǐng)域。（來源：安賽斯（中國）有限公司）　

    電子計算機體層攝影(Computed tomography，簡稱CT)是近十年來發(fā)展迅速的電子計算機和X線相結(jié)合的一項新穎的診斷新技術(shù)。其原理是基于從多個投影數(shù)據(jù)應(yīng)用計算機重建圖像的一種方法，現(xiàn)代斷層成像過程中僅僅采集通過特定剖面(被檢測對象的薄層，或稱為切片)的投影數(shù)據(jù)，用來重建該剖面的圖像，因此也就從根本上消除了傳統(tǒng)斷層成像的“焦平面”以外其他結(jié)構(gòu)對感興趣剖面的干擾，“焦平面”內(nèi)結(jié)構(gòu)的對比度得到了明顯的增強；同時斷層圖像中圖像強度(灰度)數(shù)值能真正與被檢對象材料的輻射密度產(chǎn)生對應(yīng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)被檢對象內(nèi)部輻射密度的微小變化。

    工業(yè)CT機一般由射線源、機械掃描系統(tǒng)、探測器系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)和屏蔽設(shè)施等部分組成。其結(jié)構(gòu)工作原理如圖1所示。 射線源提供CT掃描成像的能量線束用以穿透試件，根據(jù)射線在試件內(nèi)的衰減情況實現(xiàn)以各點的衰減系數(shù)表征的CT圖象重建。與射線源緊密相關(guān)的前直準器用以將射線源發(fā)出的錐形射線束處理成扇形射束。后直準器用以屏蔽散射信號，改進接受數(shù)據(jù)質(zhì)量。射線源常用X 射線機和直線加速器，統(tǒng)稱電子輻射發(fā)生器。（來源：安賽斯（中國）有限公司）

　　電子回旋加速器從原則上說可以作CT 的射線源，但是因為強度低，幾乎沒有得到實際的應(yīng)用。X 射線機的峰值射線能量和強度都是可調(diào)的，實際應(yīng)用的峰值射線能量范圍從幾KeV 到450KeV；直線加速器的峰值射線能量一般不可調(diào)，實際應(yīng)用的峰值射線能量范圍從1 ～16MeV，更高的能量雖可以達到，主要僅用于實驗。電子輻射發(fā)生器的共同優(yōu)點是切斷電源以后就不再產(chǎn)生射線，這種內(nèi)在的安全性對于工業(yè)現(xiàn)場使用是非常有益的。電子輻射發(fā)生器的焦點尺寸為幾微米到幾毫米。在高能電子束轉(zhuǎn)換為X 射線的過程中，僅有小部分能量轉(zhuǎn)換為X 射線，大部分能量都轉(zhuǎn)換成了熱，焦點尺寸越小，陽極靶上局部功率密度越大，局部溫度也越高。實際應(yīng)用的功率是以陽極靶可以長期工作所能耐受的功率密度確定的。因此，小焦點乃至微焦點的的射線源的使用功率或大電壓都要比大焦點的射線源低。電子輻射發(fā)生器的共同缺點是X 射線能譜的多色性，這種連續(xù)能譜的X 射線會引起衰減過程中的能譜硬化，導(dǎo)致各種與硬化相關(guān)的偽像。（來源：安賽斯（中國）有限公司）

　　機械掃描系統(tǒng)實現(xiàn)CT掃描時試件的旋轉(zhuǎn)或平移，以及射線源——試件——探測器空間位置的調(diào)整，它包括機械實現(xiàn)部分及電器控制系統(tǒng)。 探測器系統(tǒng)用來測量穿過試件的射線信號，經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送進計算機進行圖象重建。ICT機一般使用數(shù)百個到上千個探測器，排列成線狀。探測器數(shù)量越多，每次采樣的點數(shù)也就越多，有利于縮短掃描時間、提高圖象分辨率。 計算機系統(tǒng)用于掃描過程控制、參數(shù)調(diào)整，完成圖象重建、顯示及處理等。 屏蔽設(shè)施用于射線安全防護，一般小型設(shè)備自帶屏蔽設(shè)施，大型設(shè)備則需在現(xiàn)場安裝屏蔽設(shè)施。

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