工业射线实时成像检测技术研究及高性能数字成像系统研制

摘要

工业射线实时成像检测技术是射线无损检测的新技术和发展方向.该文的目的是研究工业射线实时成像检测技术基础和研制一种高性能的、适用于高低能X射线的、低成本数字实时成像系统,以适用于对大、中型工件的无损检测.首先介绍了课题的意义、要求及国内外的研究现状.研究总结了射线种类、性质和产生方法;射线成像的基础理论及影响因素;成像工艺的选择方法.分析对比了多种实时成像系统的优缺点,提出了评价实时成像系统的两种方法.然后针对课题的要求,提出了研制基于高分辨率闪烁晶体转换屏和科学级CCD相机的高性能数字成像系统(内视仪).确定了转换屏类型,为了节约成本和满足特殊要求,开发研制了CCD(电荷耦合器件)芯片基础上的科学级相机,开发了利用计算机EPP(增强并行接口)远距离流水线图像采集技术,研制了相应的电路.设计了的光学系统以及供电电路等.分析了内视仪中影响成像质量的各个因素的特性,提出了相应的校正方法.包括CCD暗电流不一致性,CCD光响应不一致性,光学系统渐晕,转换屏对射线响应不一致性.实验证明,该文开发的X射线数字成像系统达到了课题的要求,与其它成像系统相比有其独特点.文中也说明了不足之处和需进一步完善的工作.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的提出和思路

1.2与课题相关的研究状况

1.3本文研究的主要内容与思路

第2章射线成像无损检测技术基础

2.1用于无损检测的射线种类、性质和产生方法

2.1.1 X射线和γ射线性质

2.1.2 X射线的产生及其特点

2.1.3工业探伤常用γ射线的产生和特性

2.1.4射线无损检测中X射线和γ射线的比较与选择

2.2射线与物质的相互作用

2.2.1光电效应

2.2.2康普顿效应

2.2.3电子对效应

2.2.4瑞利散射

2.2.5各种相互作用发生的相对几率

2.3射线探伤的基本原理

2.3.1窄束、单色射线的强度衰减规律

2.3.2宽束、多色射线的强度衰减规律

2.3.3射线探伤的原理

2.4射线成像灵敏度影响因素

2.4.1射线成像对比度

2.4.2射线成像清晰度

2.4.3射线成像颗粒度

2.5射线工艺条件的选择

2.5.1射线源的选择

2.5.2 X射线能量的选择

2.5.3焦距的选择

2.6常用辐射物理量及其单位

第3章射线实时成像技术及评价方法

3.1射线胶片检测与实时成像检测概述

3.2 X射线荧光透视法

3.3基于X射线图像增强器的成像系统

3.3.1 X射线图像增强器

3.3.2图像增强器内部部件

3.3.3 X射线图像增强器的性能参数

3.4线阵探测器扫描成像系统(LDA)

3.4.1 LDA的组成结构

3.4.2性能特性

3.4.3特点与应用

3.5基于光纤耦合CCD的射线成像系统

3.6平板式探测器(FPD)成像系统

3.6.1结构与工作原理

3.6.2特点与应用

3.7开放式射线成像系统

3.8实时成像系统性能的评价方法

3.8.1评价方法概述

3.8.2透度灵敏度

3.8.3空间分辨率

3.9成像系统的综合评价一调制传递函数(MTF)

3.9.1成像系统调制传递函数(MTF)的概念与测量方法

3.9.2细小缺陷的分辨能力研究

3.9.3 MTF和细小缺陷分辨关系讨论

第4章基于闪烁体转换屏和科学级相机内视仪的研制

4.1内视仪设计思路与总体方案

4.1.1适用于高低能射线高质量成像仪的研制思路

4.1.2内视仪设计的总体方案

4.1.3对内视仪的主要性能指标要求

4.2闪烁体转换屏的确定与制作

4.2.1闪烁体的分类

4.2.2闪烁体的发光

4.2.3闪烁体的主要特性参数

4.2.4几种典型的闪烁体

4.2.5闪烁体的选择与转换屏的结构

4.3 CCD的选择原则及ISD017AP型高性能CCD介绍

4.3.1 ISD017AP型CCD简介

4.3.2 CCD的结构及管脚介绍

4.3.3输出放大器结构与输出方式选择

4.3.4从B区的双级输出情况下的对驱动时序要求

4.3.5半导体制冷与测温功能

4.4 CCD的制冷电路设计

4.5微机控制的CCD图像的流水线采集方法

4.5.1通常的顺序采集方法

4.5.2 CCD图像数据的计算机采集总体方案

4.5.3 CCD读出、A/D转换、数据传输的流水线工作方法

4.5.4信号预处理及复位噪声的消除方法

4.5.5A/D转换电路设计

4.6微机EPP方式的远距离控制与图像数据并行传输

4.6.1微机EPP工作方式

4.6.2 EPP方式下远距离并行传输的方法与电路

4.6.3数据采集软件

4.7CCD图像采集控制电路设计

4.7.1控制信号的时序要求

4.7.2基于中小规模集成电路的控制电路设计

4.7.3基于CPLD的控制电路设计

4.8内视仪的光路设计

4.8.1转换屏的像和CCD的匹配关系

4.8.2镜头参数的计算与选择

4.8.3反射镜的设计

4.9内视仪制作与实验

4.9.1供电电路的设计

4.9.2内视仪制作与实验

第5章内视仪中影响成像质量因素分析与校正

5.1概述

5.2 CCD像元之间暗电荷不一致性分析和校正

5.2.1 CCD暗电流的性质

5.2.2 CCD暗电流特性分析

5.2.3 CCD暗电流校正方法研究

5.3像元光响应不一致性及其校正

5.3.1 CCD像元光响应不一致性的概念

5.3.2像元光响应不一致性分析

5.3.3 CCD像元光子响应不一致性校正

5.3.4光响应不一致性校正实例

5.4光路系统渐晕的校正技术

5.4.1渐晕的原理与现象

5.4.2镜头渐晕的校正

5.5射线转换屏响应不一致性校正

5.5.1射线转换屏响应不一致性的现象

5.5.2射线转换屏响应不一致性研究与校正方法

5.5.3转换屏响应不一致性校正实例

5.6内视仪的校正矩阵获取顺序和校正实例

5.6.1校正矩阵获取顺序

5.6.2内视仪校正实例

5.7系统性能分析和校正总结

第6章结束语

6.1本论文的主要研究成果和结论

6.2本论文的创新之处和所作的创造性工作

6.3本文的不足和需要进一步研究的工作

6.4总结

致谢

参考文献

攻读博士期间发表或已录用的与本文相关的论文