工业ct原理及系统组成

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1、工业CT原理及系统组成1工业CT的基本原理32工业CT的系统组成42.1射线源系统52.2探测器系统52.3数据采集系统62.4机械扫描系统62.5控制系统71工业CT的基本原理工业CT的成像原理是：利用具有某种能量的射线束对物体进行扫描，根据在物体外部获得的投影数据，运用特定的重建算法，以二维或三维图像的方式呈现物体内部的密度分布。工业CT的理论基础是指当一束射线穿过物质并与物质相互作用后，射线强度将受到射线路径上物质的吸收或散射而衰减，衰减规律由Beer定律确定。假设物体是均匀的，如图1，物体对于X射线的线性衰减系数为μ，强度为I0的X射线进行x距离后，

2、衰减至I，根据Beer定理，有：(1)在上式中，I是出射X射线强度，I0是入射X射线强度，x是厚度，μ是材料的线性衰减系数。通常μ因材料而异。图1均匀物质对X射线的衰减图2非均匀物质对X射线的衰减4若物体是分段均匀的，如图2各段的线性衰减系数分别为μ1，μ2，μ3．．．，相应的长度为，则下式成立[4]：(2)根据公式2，则当扫描对象为任意非均匀的物体时，总体衰减系数特性可通过将物体分割成小单元来计算。当单元尺寸足够小时，每个单元可以看作一个均匀物体，对每个单元，公式1能有效地描述入射和出射X射线强度。数学上，它可以表示如下：(3)公式3中的p是投影测量值。在

3、实际的工业CT中，I0常取穿过空气的射线强度计数值，I取穿过物体后射线的强度计数值，由此计算出射线的投影测量值p。这说明，入射X射线强度与出射X射线强度之比经对数运算后，表示沿X射线路径上衰减系数的线积分。2工业CT的系统组成图3CT系统结构框图由图3可以看出，工业CT系统由射线源、探测器系统、数据采集系统、机械扫描系统、控制系统等部分组成[3]。其中射线源－机械扫描系统－探测器系统的组合对一台工业CT装置的性能起着决定作用，其各部分性能指标的高低直接影响着CT系统重建的图象质量。42.1射线源系统射线源系统提供CT扫描成像的能量射束，以穿透试件，根据射线在

4、试件内的衰减情况实现以各点的衰减系数表征的CT图象重建。按射线能量分，射线源有产生高能X射线的加速器、产生中能γ射线的放射性同位素源及产生低能X射线的X射线管三类。射线能量及探测器线性动态范围决定了CT系统的穿透能力，系统对某种材料的最大穿透厚度就是该材料的最大检测尺寸范围。2.2探测器系统探测器是工业CT装置的核心部件，用来测量穿透试件后的射线信号，经放大和模数转换后，送入计算机进行图象重建。探测器的主要性能包括信噪比、动态范围、稳定性、均匀一致性、探测效率、分辨率、线性度等，其性能的好坏直接影响着图象的质量。工业CT常用的探测器有三种：闪烁体光电倍增管，

5、闪烁体光电二极管和气体电离室探测器。探测系统一般是由多个探测器组成探测器阵列，探测器数越多其阵列就越大，扫描检测速度就越快。探测器按采集信号方式可分为电流积分和光子计数两类，光子计数适合于射线强度较低的场合，射线强度增加时，光子计数法不能区分射线光子产生的单个脉冲，因此改用电流积分法。我们中心使用的探测器为闪烁体+光电二极管探测器，闪烁探测器由闪烁体、光电二极管和相应的电子仪器三个主要部分组成，它的结构如图4所示。图4探测器结构图其探测器的工作可分为四个相互联系的过程：(1)射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收粒子能量而使原子或分子电离和激发；(2)

6、受激原子、分子退激发产生可见光；(3)光电二极管吸收可见光，产生光电流；4(4)光电流经过放大器转换为电压信号，再经过滤波、A/D转换将模拟信号转换成数字信号。下面我们以TI公司开关型积分运放集成电路IVC102为例来简要说明下积分放大模块的工作原理，如图5为IVC102原理图。图5IVC102原理图IVC102由反馈电容C1、C2和C3、高速模拟开关S1和S2以及运算放大器组成。通过控制管脚S1和S2逻辑电平可控制IVC102的开关S1和S2，从而控制积分器工作状态。当开关S1断开,S2断开时，IVC102处于等待状态；当开关S1闭合，S2断开，IVC10

7、2处于积分状态，控制其S1闭合时间可改变其积分时间的长短；当开关S1断开,S2闭合时，IVC102处于电容放电状态。通过控制IVC102管脚4、5、6与管脚3的连接来调节反馈电容大小，从而可改变积分放大模块IVC102放大倍数的大小。2.3数据采集系统数据采集系统是探测器和计算机之间的电路接口。探测器输出的电流信号一般很弱，为此，通过前级积分放大电路将来自多路的探测信号进行放大，通过A/D转换器将模拟量转换成二进制数字信号，然后由数据采集系统采集送入计算机进行图像重建。数据采集系统是计算机与外部数据联系的一个桥梁。数据采集系统的发展目前集中在传输速度、采集精

8、度、可靠性和成本效益上，数据采集与传输系统的可靠性、