呂占杰，王 進，韓國棟，吳章勤，唐貴基，萬書亭

（1.華北電力大學(xué) 機械工程系，保定 071003；2.華北電力大學(xué) 云南電網(wǎng)公司研究生工作站，昆明 650217；3.云南電力試驗研究院（集團）有限公司 電力研究院，昆明 650217）

X射線無損探傷作為一種常規(guī)的無損檢測方法在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用已有近百年的歷史，我國經(jīng)過多年的發(fā)展，X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)已日臻成熟并已成功應(yīng)用于許多行業(yè)的實踐中。

X射線實時成像檢測系統(tǒng)圖像質(zhì)量的主要指標(biāo)有三項，即圖像分辨率、圖像不清晰度和對比靈敏度。其中圖像不清晰度取決于焦點尺寸、焦點至工件表面距離（相距）、工作表面至成像面的距離（物距）和放大倍數(shù)等?，F(xiàn)實測量物距時，只是簡單測量了工件至成像板表面的距離，而事實上成像板表面和實際成像面之間有一段距離。這樣，在小尺寸缺陷檢測中，計算不清晰度時會有較大誤差，影響圖片質(zhì)量。因此精確確定物距對提高X射線照相靈敏度有重要意義。

筆者利用云南電力試驗研究院金屬研究所的基于X射線的電力設(shè)備數(shù)字成像透視檢測系統(tǒng)對階梯試塊進行透視照射。該系統(tǒng)由便攜式X射線機（0.3MeV，焦點尺寸為3.0mm（EN12543），1.0mm （IEC336））、平板探測器（非晶硅，成像面積為410mm×410mm，圖像分辨率2.5Lp／mm）、移動工作站、遠程控制箱、附件等組成，見圖1［1］。

圖1 基于X射線的數(shù)字成像透視檢測系統(tǒng)示意圖

首先應(yīng)用階梯試塊測試該機在不同參數(shù)下的最小分辨率，然后選擇合適的參數(shù)照射一個標(biāo)準(zhǔn)試塊，從而計算出成像板表面和真實成像面的距離。

1 理論計算

在實際工業(yè)X射線照相中，造成影像不清晰有多種原因，其中影響圖像不清晰度U主要有兩方面因素，即：幾何不清晰度Ug和熒光屏的固有不清晰度Us

［2］。幾何不清晰度除了相關(guān)于焦點尺寸，還相關(guān)于所選用的放大倍數(shù)。如果焦點尺寸為df，焦點至工作表面距離L1，射線源至成像平面的距離為F，則定義放大倍數(shù)M為：

則可導(dǎo)出幾何不清晰度Ug為：

熒光屏的固有不清晰度取決于熒光物質(zhì)的性質(zhì)和顆粒、熒光屏的厚度和熒光屏的結(jié)構(gòu)。對于一種熒光屏可認為具有一固定的不清晰度。

圖像總的不清晰度U為：

為了計算照相的不清晰度，L1為相距，L2為實際物距，d0為成像板表面到真實成像面的距離。其中df是確定的，L1可以測量，下面給出L2的計算方法。物距測量的原理圖如圖2所示。

根據(jù)三角形相似的幾何關(guān)系可得：

同樣根據(jù)幾何關(guān)系可得：

由式（4），（5）可得：

圖2 物距測量原理圖

得到d0后，在以后的照射過程中可更精確地得到物距，從而計算出X射線照相的幾何不清晰度。

2 試驗驗證

（1）圖像細節(jié)能夠分辨清楚的能力稱為分辨力，單位寬度內(nèi)的分辨力稱之為分辨率［3］。由于不同型號的X射線機在不同參數(shù)下成像質(zhì)量不同，因此要確定該射線機的最小分辨率。試驗首先采用標(biāo)準(zhǔn)階梯試塊來制定出射線機的曝光曲線，從而針對某特定受檢部件更方便地選取曝光參數(shù)。

射線穿過物質(zhì)時，強度的衰減主要取決于被照物質(zhì)的種類及厚度。所以制作曝光曲線時，用材質(zhì)相同的厚度成等差排列的階梯試塊（范圍為2～20mm）進行試驗，可以得到透照厚度，管電壓，管電流，曝光量之間的相互對應(yīng)關(guān)系的曲線。選擇厚度2～20mm，每個階梯厚度相差2mm的階梯試塊，厚度10mm的輔助墊塊一塊，厚度20mm的輔助墊塊一塊，在不同電流電壓下對不同厚度試塊做54次試驗。從試驗結(jié)果可看出，在不同電壓電流參數(shù)下可以清楚照射不同的試塊厚度。

（2）根據(jù)被檢測工件的材質(zhì)和厚度范圍，選擇X射線機的能量，并留有一定的能量儲存。

圖3 成像板空照圖

首先設(shè)定電流、電壓和曝光時間對成像板進行空照，結(jié)果如圖3所示。

通過測量得知照片的長度為410.43mm，在誤差范圍內(nèi)，可得出系統(tǒng)本身對圖像尺寸的誤差可以忽略不計。

為了減少試驗誤差，分別對標(biāo)準(zhǔn)邊長A1×A1＝100mm×100mm，厚度d1為5，20，40mm的試塊進行透照。試驗時需要注意將成像板垂直于地面放置，以減少試塊自身重力擠壓成像板而對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。

圖4 不同厚度試塊成像圖

設(shè)定相距L1＝850mm、物距為L2。首先對厚度為5mm的試塊進行照射，根據(jù)上述試驗結(jié)果設(shè)定電流1mA，電壓100kV。拍照結(jié)果如圖4（a）所示。

根據(jù)測量結(jié)果得到圖像的平均尺寸A3為101.87mm。代入式（6）可得d0＝10.895mm。

其次，設(shè)定電壓150kV、電流1mA，對厚度20mm的試塊進行照射，得到結(jié)果如圖4（b）所示。

設(shè)定電壓200kV、電流1mA，對厚度20mm試塊進行照射，得到結(jié)果如圖4（c）所示。

圖4（b）的平均尺寸為103.45mm，圖4（c）的平均尺寸為102.82mm。數(shù)字平板探測器用的閃爍體不能對高能有效地響應(yīng)，并將優(yōu)先響應(yīng)散射，增強了邊蝕效應(yīng)［4］。由于管電壓越高，模糊效應(yīng)越明顯，因此圖4（a）的尺寸要小于圖3的尺寸。因此在保證射線有足夠的穿透力的前提下，電壓越小對試驗結(jié)果越準(zhǔn)確。采用圖3的尺寸，代入式（6）可得：d0＝9.325mm。

設(shè)定電壓200kV、電流1mA，對厚度40mm試塊進行照射，得到結(jié)果如圖4（d）。

設(shè)定電壓250kV、電流1mA，對厚度40mm試塊進行照射，得到結(jié)果如圖4（e）。

同樣由于邊蝕效應(yīng)，利用圖4（e）得到邊長的平均尺寸為105.90mm。

代入式（6）可得：d0＝10.150mm。

在盡量減少邊蝕效應(yīng)的影響下，為了減少測量誤差，由以上的三個測量結(jié)果可得到成像板的表面到真實成像面的距離d0的平均值為10.123mm。

3 結(jié)論

結(jié)合DR成像系統(tǒng)的Rhythm軟件，基于X射線數(shù)字成像透視檢測系統(tǒng)，從理論上提出了計算成像板表面距離真實成像面的距離，從而可以在以后的計算中修正物距，提高計算的精確度，對以后計算不清晰度、檢測系統(tǒng)成像質(zhì)量等有重要的意義。

［1］ 閆文斌，王達達，李衛(wèi)國，等.X射線對復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷的透照檢測和診斷［J］.高壓電氣，2012（10）：58－66.

［2］ 強天鵬.射線檢測［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

［3］ 李偉.高分辨率X射線數(shù)字成像技術(shù)研究［D］.西安：中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所，2009.

［4］ 郭彥斌.高能X射線源下膠片照相和數(shù)字照相的應(yīng)用分析［C］／／全國核電離子束學(xué)術(shù)會議.長春：［出版者不詳］，2006.