一種基于數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)探測(cè)器響應(yīng)曲線(xiàn)的金屬合金材料散射比測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)探測(cè)器響應(yīng)曲線(xiàn)的金屬合金材料散射比測(cè)量方法。其測(cè)量方法為：首先利用劑量?jī)x和數(shù)字射線(xiàn)探測(cè)器來(lái)獲取數(shù)字探測(cè)器對(duì)X射線(xiàn)的響應(yīng)特性曲線(xiàn)，然后分別在寬束和窄束兩種條件下，將待測(cè)金屬材料階梯試塊放在X射線(xiàn)透照?qǐng)鲋?，選取一系列不同的管電壓和曝光量進(jìn)行單壁垂直透照，從獲取階梯試塊數(shù)字圖像上讀出寬束和窄束條件下各階梯的灰度值，利用數(shù)字探測(cè)器響應(yīng)特性曲線(xiàn)找出各灰度所對(duì)應(yīng)的曝光量，進(jìn)而計(jì)算出不同電壓下金屬合金材料對(duì)應(yīng)的散射比。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：與傳統(tǒng)的基于膠片的射線(xiàn)照相技術(shù)的測(cè)量方法相比，簡(jiǎn)單，高效，可操作性強(qiáng)，重復(fù)性好，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大多數(shù)金屬合金材料的射線(xiàn)散射比測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)探測(cè)器響應(yīng)曲線(xiàn)的金屬合金材料 散射比測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)，利用數(shù)字射線(xiàn)探測(cè)器的響應(yīng)曲線(xiàn)對(duì)金屬材料在X 射線(xiàn)透照條件下的散射比進(jìn)行測(cè)量，是屬于射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)范圍的一種材料表征方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用X射線(xiàn)透照物質(zhì)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)，射線(xiàn)強(qiáng)度由于物質(zhì)的吸收和散射作用會(huì)發(fā) 生衰減，這種強(qiáng)度衰減的分布反映為射線(xiàn)探測(cè)器上的襯度差異，進(jìn)而形成影像，通過(guò)分析影 像就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)內(nèi)部不連續(xù)性的判斷和檢測(cè)。在常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)的能量范圍內(nèi)，X射線(xiàn)通 過(guò)金屬材料到達(dá)射線(xiàn)探測(cè)器時(shí)，射線(xiàn)束中除了沿入射方向沒(méi)有與物質(zhì)發(fā)生相互作用的透射 線(xiàn)外，不可避免的還包含與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的散射線(xiàn)，實(shí)際工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用的射線(xiàn)總是這 種包含有散射成分的寬束射線(xiàn)。同透射線(xiàn)一樣，散射線(xiàn)同樣會(huì)被探測(cè)器接收產(chǎn)生輸出響應(yīng) 信號(hào)，從而對(duì)檢測(cè)影像質(zhì)量產(chǎn)生消極影響，主要表現(xiàn)為降低影像的對(duì)比度，信噪比，空間分 辨率和靈敏度并對(duì)變截面大厚度比工件的厚部位產(chǎn)生邊蝕，造成缺陷的漏檢。因此，研究X 射線(xiàn)檢測(cè)中散射線(xiàn)對(duì)檢測(cè)效果的影響具有現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)于寬束射線(xiàn)，可以利用散射比來(lái)定 量地研究散射線(xiàn)對(duì)實(shí)際檢測(cè)的影響，散射比是X射線(xiàn)檢測(cè)中影響影像質(zhì)量所需要控制的重 要參數(shù)，其大小與射線(xiàn)能量、穿透物質(zhì)的種類(lèi)、穿透厚度等因素有關(guān)。散射比的測(cè)量方法主 要有準(zhǔn)直器曝光法，射線(xiàn)窗口曝光法和鉛塊遮擋曝光法。一些研究者對(duì)材料的散射比進(jìn)行 了測(cè)量和研究。如楊曉華和兌衛(wèi)真在（"X射線(xiàn)與三種金屬作用的定量分析"，有色金屬工程 2002(02)16-19)-文中利用射線(xiàn)窗口曝光法對(duì)鐵和鋁材料經(jīng)X射線(xiàn)透照時(shí)產(chǎn)生的散射線(xiàn)進(jìn) 行了測(cè)量，確定了管電壓和材料厚度與散射比的關(guān)系曲線(xiàn)。又如于漫漫和高鴻波在（"TC4和 GH4169合金X射線(xiàn)散射比的測(cè)定及分析"，南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版2013(03)93-97) 一文中利用鉛塊遮擋曝光法對(duì)激光快速成型TC4鈦合金和GH4169高溫鎳基合金經(jīng)X射線(xiàn)透 照時(shí)的散射比進(jìn)行了測(cè)量，研究比較了兩種合金材料的散射比與射線(xiàn)管電壓和材料厚度的 變化關(guān)系。然而以上對(duì)材料經(jīng)X射線(xiàn)透照時(shí)的散射比研究和測(cè)量均采用工業(yè)膠片作為射線(xiàn) 探測(cè)器和記錄介質(zhì)，不僅需要持續(xù)不斷地消耗大量膠片，而且曝光后的膠片必須進(jìn)行暗室 處理，獲取測(cè)試結(jié)果的周期長(zhǎng)，同時(shí)還將產(chǎn)生大量對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)廢液。隨著數(shù)字化技術(shù) 的飛速發(fā)展，非膠片的數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)涵蓋了 CR技術(shù)，實(shí)時(shí)成像技術(shù)，陣列探測(cè)器技術(shù)，CT技術(shù)等，除了具有傳統(tǒng)X射線(xiàn)膠片照相法的優(yōu)點(diǎn) 外，還具有檢測(cè)速度快，探測(cè)效率高，價(jià)格成本低，存儲(chǔ)和傳送方便，能及時(shí)快捷地實(shí)現(xiàn)資源 共享等諸多優(yōu)點(diǎn)，其取代傳統(tǒng)的X射線(xiàn)膠片成像技術(shù)已成為X射線(xiàn)檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。但是數(shù) 字射線(xiàn)成像技術(shù)采用數(shù)字化輻射探測(cè)器代替膠片完成射線(xiàn)信號(hào)的探測(cè)與轉(zhuǎn)換，這使射線(xiàn)檢 測(cè)技術(shù)出現(xiàn)了新的過(guò)程，使檢測(cè)結(jié)果具有了新特點(diǎn)，對(duì)測(cè)量技術(shù)產(chǎn)生了新的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)的新特點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種利用數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)和金 屬合金材料階梯試塊在X射線(xiàn)透照條件下測(cè)量金屬材料散射比的方法，提高測(cè)量效率，節(jié)約 成本。
[0004] 其測(cè)試系統(tǒng)包括X射線(xiàn)機(jī)，數(shù)字化的輻射探測(cè)器，數(shù)字圖像掃描讀出器，射線(xiàn)劑量 儀以及準(zhǔn)直器，測(cè)試對(duì)象為金屬材料的階梯試塊。技術(shù)方案包含以下步驟： (1)將數(shù)字化輻射探測(cè)器置于X射線(xiàn)透照?qǐng)鲋?，在某一固定的管電壓下，選取一系列不 同的管電流和曝光時(shí)間，對(duì)探測(cè)器進(jìn)行垂直透照，利用劑量?jī)x分別測(cè)量上述條件下探測(cè)器 所處位置的曝光量，同時(shí)從獲取的數(shù)字圖像上讀出不同曝光量所對(duì)應(yīng)的灰度值，將灰度值 取對(duì)數(shù)作為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的曝光量取對(duì)數(shù)作為橫坐標(biāo)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合做出探測(cè)器響應(yīng)特 性曲線(xiàn)。
[0005] (2)選取一系列不同的管電壓，重復(fù)步驟（1)，可以得到一族不同管電壓下的探測(cè) 器響應(yīng)特性曲線(xiàn)。
[0006] (3)分別在寬束(試塊表面無(wú)準(zhǔn)直器)和窄束(試塊表面放置準(zhǔn)直器)兩種條件下， 將其上放有待測(cè)金屬合金材料階梯試塊的輻射探測(cè)器，置于X射線(xiàn)透照?qǐng)鲋?，選取一系列不 同的管電壓進(jìn)行單壁垂直透照，焦距不小于1000毫米。從獲取的階梯試塊數(shù)字圖像上讀出 某一管電壓下，寬束和窄束條件下各階梯的灰度值(A/D值），利用相同管電壓下數(shù)字探測(cè)器 響應(yīng)特性曲線(xiàn)讀出各灰度所對(duì)應(yīng)的曝光量，通過(guò)公式（1)計(jì)算出不同管電壓和不同材料厚 度對(duì)應(yīng)的散射比。
進(jìn)一步，所述的一系列管電壓最高可達(dá)常規(guī)射線(xiàn)機(jī)的最大額定管電壓極值約400KV，一 系列管電壓為80KV-400KV。
[0008] 進(jìn)一步，所述的數(shù)字化輻射探測(cè)器為IP成像板，非晶硅平板探測(cè)器，非晶硒平板探 測(cè)器，閃爍體結(jié)合CCD探測(cè)器或閃爍體結(jié)合CMOS探測(cè)器中的一種。
[0009] 進(jìn)一步，所述的待測(cè)合金材料階梯試塊即金屬材料為碳素鋼，合金鋼，不銹鋼，鈦 合金，錯(cuò)合金，高溫合金，鎂合金，銅合金，鋅合金。
[0010] 本發(fā)明的有益效果為：與傳統(tǒng)的基于膠片的合金材料散射比測(cè)量方法相比，本發(fā) 明給出了利用數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)來(lái)研究金屬合金材料散射的可行方法，實(shí)現(xiàn)了金屬材料散 射比的數(shù)字化測(cè)量，數(shù)字化輻射探測(cè)器對(duì)于傳統(tǒng)膠片的替代在很大程度上節(jié)約了成本，提 高了效率，同時(shí)避免了膠片處理所帶來(lái)的大量廢液對(duì)環(huán)境的危害以及暗室膠片處理?xiàng)l件對(duì) 測(cè)試結(jié)果的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1 80KV管電壓下IP板的響應(yīng)特性曲線(xiàn)圖。
[0012] 圖2 90KV管電壓下IP板的響應(yīng)特性曲線(xiàn)圖。
[0013] 圖3利用數(shù)字化輻射探測(cè)器測(cè)量合金材料散射比示意圖。
[0014] 圖4 TC4鈦合金散射比隨電壓變化關(guān)系試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)和擬合曲線(xiàn)圖。
[0015]圖5 GH4169高溫合金散射比隨電壓變化關(guān)系試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)和擬合曲線(xiàn)圖。
[0016]圖1和2中橫坐標(biāo)^/E的自然對(duì)數(shù)，￡ dU，管電流餐與曝光時(shí)間|的乘積，單位毫安· 秒，這是實(shí)際X射線(xiàn)檢測(cè)通常使用的"簡(jiǎn)易曝光量'，與曝光量，到達(dá)探測(cè)器的X射線(xiàn)強(qiáng)度 #與曝光時(shí)間I的乘積，單位戈瑞不完全相同，但是在固定管電壓，固定X射線(xiàn)機(jī)，固定數(shù)字輻射探 測(cè)器，固定焦距的條件下，兩者存在固定的比例關(guān)系 ，因此可以互換。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明 本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各 種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0018] 現(xiàn)以射線(xiàn)CR技術(shù)的IP板響應(yīng)曲線(xiàn)測(cè)定TC4鈦合金和GH4169高溫合金散射比為例， 說(shuō)明本發(fā)明的測(cè)量方法。
[0019] 步驟一，將IP板在不同的管電壓下曝光，其管電壓的涵蓋范圍根據(jù)材料和實(shí)際需 求來(lái)選擇，最高可達(dá)常規(guī)射線(xiàn)機(jī)的最大額定管電壓極值約400KV。在每一固定管電壓下，選 取不同的管電流和時(shí)間組合進(jìn)行透照，利用劑量?jī)x測(cè)量出每一個(gè)管電流和時(shí)間組合下IP板 處的曝光劑量值，然后將該曝光劑量的IP板送入CR系統(tǒng)專(zhuān)用的數(shù)字圖像掃描讀出器獲取數(shù) 字圖像，從該數(shù)字圖像上選擇灰度均勻的區(qū)域讀取平均灰度值(A/D值），以平均灰度的常用 對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，曝光劑量的常用對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合畫(huà)出該管電壓下的IP板響應(yīng) 特性曲線(xiàn)。在不同的管電壓下重復(fù)上述操作，即可得到一族IP板的響應(yīng)特性曲線(xiàn)。如圖1和 圖2就是在80KV和90KV管電壓下測(cè)量的IP板響應(yīng)特性曲線(xiàn)。
[0020] 步驟二，如圖3所示，將合金材料階梯試塊和IP板放置在X射線(xiàn)透照?qǐng)鲋?，合金階梯 試塊置于IP板上方射線(xiàn)源側(cè)，在階梯試塊與IP板之間以及階梯試塊射線(xiàn)源側(cè)表面放置準(zhǔn)直 器，在某一固定管電壓下進(jìn)行窄束透照，從獲取的數(shù)字圖像上讀出每個(gè)階梯的平均灰度值， 利用步驟一的同一管電壓下的IP板響應(yīng)特性曲線(xiàn)找出每個(gè)階梯對(duì)應(yīng)的窄束曝光量值Hd，在 同一管電壓下，去掉準(zhǔn)直器，對(duì)階梯試塊進(jìn)行寬束透照，重復(fù)上述步驟，查出每個(gè)階梯對(duì)應(yīng) 的寬束曝光量值H。
[0021] 步驟三，將同一管電壓下對(duì)應(yīng)的每個(gè)階梯的HD和Η代入公式（1)，求出該電壓下每 一階梯厚度所對(duì)應(yīng)的散射比。
[0022]步驟四，改變管電壓，重復(fù)步驟一到步驟三，可以求出不同階梯厚度的散射比隨電 壓的變化關(guān)系曲線(xiàn)并擬合。如圖4和圖5就是基于CR技術(shù)的，不同厚度的TC4鈦合金與GH4169 高溫鎳基合金射線(xiàn)散射比隨電壓的變化關(guān)系曲線(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)探測(cè)器響應(yīng)曲線(xiàn)的金屬合金材料散射比測(cè)量方法，其測(cè) 試系統(tǒng)包括X射線(xiàn)機(jī)，數(shù)字化的福射探測(cè)器，數(shù)字圖像掃描讀出器，射線(xiàn)劑量?jī)xW及準(zhǔn)直器， 測(cè)試對(duì)象為金屬合金材料的階梯試塊;其特征在于所述測(cè)量方法為： (1) 將數(shù)字化福射探測(cè)器置于X射線(xiàn)透照?qǐng)鲋校谀骋还潭ǖ墓茈妷合?，選取一系列不 同的管電流和曝光時(shí)間，對(duì)探測(cè)器進(jìn)行垂直透照，利用劑量?jī)x分別測(cè)量上述條件下探測(cè)器 所處位置的曝光量，同時(shí)從獲取的數(shù)字圖像上讀出不同曝光量所對(duì)應(yīng)的灰度值(A/D值），將 灰度值取對(duì)數(shù)作為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的曝光量取對(duì)數(shù)作為橫坐標(biāo)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合做出探測(cè)器 響應(yīng)特性曲線(xiàn)； (2) 選取一系列不同的管電壓，重復(fù)步驟（1)，可W得到一族不同管電壓下的探測(cè)器響 應(yīng)特性曲線(xiàn)； (3) 分別在寬束即試塊表面無(wú)準(zhǔn)直器和窄束即試塊表面放置準(zhǔn)直器兩種條件下，將其 上放有待測(cè)金屬合金材料階梯試塊的福射探測(cè)器，置于X射線(xiàn)透照?qǐng)鲋校x取一系列不同的 管電壓進(jìn)行單壁垂直透照，焦距不小于1000毫米;從獲取的階梯試塊數(shù)字圖像上讀出某一 管電壓下，寬束和窄束條件下各階梯的灰度值，利用相同管電壓下數(shù)字探測(cè)器響應(yīng)特性曲 線(xiàn)讀出各灰度所對(duì)應(yīng)的曝光量，通過(guò)公式（1)計(jì)算出不同管電壓和不同材料厚度對(duì)應(yīng)的散 射比；期中獲為合金材料的散射比，Is是到達(dá)探測(cè)器的散射線(xiàn)強(qiáng)度，到達(dá)探測(cè)器的一次射 線(xiàn)強(qiáng)度，為T(mén)寬束條件下到達(dá)探測(cè)器的X射線(xiàn)的曝光量，窄束條件下到達(dá)探測(cè)器的X射線(xiàn) 的曝光量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)探測(cè)器響應(yīng)曲線(xiàn)的金屬合金材料 散射比測(cè)量方法，其特征在于:所述的一系列管電壓最高可達(dá)常規(guī)射線(xiàn)機(jī)的最大額定管電 壓極值約400KV。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)探測(cè)器響應(yīng)曲線(xiàn)的金屬合金材料 散射比測(cè)量方法，其特征在于:所述的數(shù)字化福射探測(cè)器為IP成像板，非晶娃平板探測(cè)器， 非晶砸平板探測(cè)器，閃爍體結(jié)合CCD探測(cè)器或閃爍體結(jié)合CMOS探測(cè)器中的一種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字射線(xiàn)成像技術(shù)探測(cè)器響應(yīng)曲線(xiàn)的金屬合金材料 散射比測(cè)量方法，其特征在于:所述的金屬材料為碳素鋼，合金鋼，不誘鋼，鐵合金，侶合金， 高溫合金，儀合金，銅合金，鋒合金。
【文檔編號(hào)】G01T1/20GK106093080SQ201610024783
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年1月14日 公開(kāi)號(hào)201610024783.6, CN 106093080 A, CN 106093080A, CN 201610024783, CN-A-106093080, CN106093080 A, CN106093080A, CN201610024783, CN201610024783.6
【發(fā)明人】高鴻波, 鄔冠華, 張士晶, 吳偉, 敖波, 吳玉俊, 向奇, 李萬(wàn)立, 徐琨
【申請(qǐng)人】南昌航空大學(xué)