基于负指数拟合校正的X射线测厚算法研究

摘要

X射线测厚在板带金属材料的厚度测量中广泛使用。然而X射线的多能谱特性和射束硬化效应给X射线测厚带来了困难。因此，要得到高精度的测量结果，对X射线测厚方法的研究就显得尤为重要。
　　本文以X射线衰减规律为依据，在分析以往X射线测厚算法局限性的基础上，从射束硬化的角度出发，理论上推导射束硬化现象下的线衰减系数随被测物厚度的变化规律，给出基于负指数拟合标定校正的测厚算法。利用蒙特卡洛方法对实验模型进行了仿真模拟，验证了线衰减系数随被测物体厚度的变化规律。使用CD-300BXR低能X射线工业CT系统作为X射线测厚系统进行实际测厚实验，验证了负指数拟合标定校正算法的正确性。分析了在该测厚方法下可能影响测厚精度的因素，并通过实验结果给出了结论。
　　利用EGSnrc软件对所用的X射线源进行仿真，得到多种能量下的X射线能谱；根据仿真实验过程，对仿真软件EGSnrc自带的tutor2pp例子源程序进行修改；使用 PEGS子程序进行参数设置，获得辐照材料物质的材料数据文件；根据CD-300BXR低能X射线工业CT探测器系统，编写探测器模块的程序。建立了蒙特卡洛仿真模型，完成了对线衰减系数随被测物厚度变化规律的分析。通过CD-300BXR低能X射线工业CT系统对弧状钢阶梯模型的实际测厚实验结果，验证了负指数校正模型的有效性。
　　通过改变X射线源的能量对弧状钢阶梯模型进行测厚实验，分析了入射X射线能量对厚度测量的影响，实验结果表明入射射线能量大小对测厚精度没有影响；采用改变被测物体材质的方法，分析了被测物体材质对厚度测量的影响，实验结果表明在负指数拟合标定校正的测厚方法下，被测物体的材质对测厚结果也没有影响；为讨论标准板的自身精确度对 X射线测厚的影响，选用了精度较弧状钢阶梯模型和铝片高得多的块规作为标准板进行标定测厚，实验结果表明使用高精度的块规作为标准板标定测厚时，测量精度较之前要高出许多，得出用于拟合的标准板精度高低将会影响测量结果的结论。

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1 绪 论

1.1 X射线的应用

1.2 测厚种类介绍

1.3 国内外X射线测厚的发展及现状

1.4 课题研究背景及意义

1.5 论文的研究内容与结构安排

2 X射线测厚的理论分析

2.1 X射线的产生与性质

2.2 X射线与物质的相互作用

2.3 X射线测厚系统的组成

2.4 X射线测厚原理

2.5 X射线测厚算法

2.6 本章小结

3 基于蒙特卡洛方法的实验模型仿真

3.1 蒙特卡洛方法介绍

3.2 EGSnrc软件介绍

3.3 CD-300BXR工业CT系统的蒙特卡洛仿真

3.4 本章小结

4 基于负指数拟合标定校正的测厚算法

4.1 负指数拟合标定校正算法

4.2 蒙特卡洛仿真及结果分析

4.3 实际X射线测厚实验及结果分析

4.4 负指数标定校正方法下测厚精度影响因素分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附 录