工業(yè)X射線探傷機(jī)的射線管電壓對工業(yè)CT成像的影響

要問工業(yè)CT或X射線實(shí)時成像設(shè)備中最重要的參數(shù)是什么，管電壓肯定是其中之一。目前，考慮到管電壓過高會降低射線無損檢測的主因?qū)Ρ榷?，國?nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均對射線數(shù)字成像檢測管電壓的選用給出了相應(yīng)的推薦值。國內(nèi)也開始有一些相關(guān)研究，有專家認(rèn)為基于傳統(tǒng)膠片照相工藝經(jīng)驗(yàn)而來的管電壓推薦值并不適用于射線數(shù)字成像檢測，需根據(jù)特定的檢測系統(tǒng)開展相關(guān)工藝試驗(yàn)確定X射線管電壓上限值，且此上限值遠(yuǎn)高于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的推薦值。

與傳統(tǒng)膠片照相相同，X射線數(shù)字成像檢測最重要的工藝參數(shù)便是曝光參數(shù)，這其中最為關(guān)鍵的指標(biāo)之一便是X射線管電壓。對比不同管電壓下圖像質(zhì)量與試板裂紋識別度，提出在合理范圍內(nèi)選用較高的管電壓，可以提高數(shù)字圖像歸一化信噪比，補(bǔ)償由于管電壓提高引起的圖像對比靈敏度的下降,從而提高人眼缺陷識別度。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均對管電壓上限值進(jìn)行了明確規(guī)定，隨著X射線管電壓的升高，衰減系數(shù)減小，對比度降低，固有不清晰度增大，其結(jié)果是檢測靈敏度下降。在膠片照相中，靈敏度降低會明顯降低缺陷識別率，且一般情況下管電壓上限值是經(jīng)大量工藝試驗(yàn)得出的，具有一定的合理性和適用性。在DDA和CR檢測中，過高的管電壓也會降低圖像對比靈敏度，一定程度上降低了圖像質(zhì)量。另一方面，過高的管電壓會提高X射線光子動能，使得單位時間內(nèi)穿透工件到達(dá)接收器的X射線光子數(shù)增加且圖像信噪比增加，這會在一定程度上提高圖像質(zhì)量。射線數(shù)字成像檢測中，圖像噪聲直接影響到圖像細(xì)節(jié)的識別，當(dāng)因缺陷產(chǎn)生的信號差(對比度)小于噪聲時，該缺陷的信號將不能被識別。

提高X射線管電壓會增加圖像信噪比，降低圖像對比靈敏度。所以，為了獲得合適的圖像對比靈敏度,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均沿用膠片照相的要求限制了DDA和CR檢測時的最高管電壓，且推薦采用較低管電壓。

一般認(rèn)為：管電壓在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)提高.數(shù)字圖像隨之呈近似對數(shù)關(guān)系提高，管電壓提高后，主因?qū)Ρ榷葧档?，成像后?shù)字圖像對比度降低，缺陷灰度相對背景灰度起伏比例降低但差值提高，通過對比度拉伸處理可以大幅提高數(shù)字圖像對比度.以此來補(bǔ)償管電壓升高所帶來的圖像對比度損失。可以通過提高管電壓提高圖像信噪比以補(bǔ)償對比度的降低，最終提高數(shù)字圖像質(zhì)量。管電壓不能無限制地提高，過髙時圖像信噪比提升幅度會下降.以致無法補(bǔ)償對比度損失，故需通過工藝試驗(yàn)確定管電壓上限值，該上限值高于膠片照相規(guī)定的上限值。

由于硬件設(shè)備和軟件算法的不同，膠片照相中規(guī)定的管電壓上限值在射線數(shù)字成像檢測中并不完全適用，有必要根據(jù)所選用的檢測系統(tǒng)開展工藝試驗(yàn)，研究與特定檢測系統(tǒng)相匹配的管電壓推薦范圍或優(yōu)化目前的管電壓推薦曲線.以獲得更高的檢測圖像質(zhì)量。

在工業(yè)CT無損檢測中，我們對管電壓的選取秉持如下原則：管電壓必須保證能穿透所觀察區(qū)域最厚的部位。若管電壓過低，射線能量不夠，沒有完全穿透工件。這種情況雖然也可以得到CT圖像，但圖像質(zhì)量很差，邊界模糊，不利于后續(xù)圖像觀察和處理，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重穿不透偽像。另外，射線能量選取過高，不利于低密度小細(xì)節(jié)特征的檢測，容易造成漏檢。對于單一材料或密度差異較大的材料組成的被測物，在保證穿透被測物的前提下宜選用偏高的射線能量，以提高信噪比;對于密度差異小的材料組成的被測物，在保證穿透被測物的前提下宜選擇偏低的射線能量，以提高對比度。