數字探測器陣列X射線成像檢測設備試驗研究

堵澄花 朱建平 趙 洋

（1.江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院常州分院 江蘇常州 2.查特深冷工程系統常州有限公司 江蘇常州）

數字探測器陣列（DDA，Digital Detector Array）X射線成像檢測（DR，Digital Radiography）是一種新興的先進檢測技術，利用探測器代替膠片具有很大的環保和經濟效益，已經在醫療、航空、汽車等行業得到廣泛應用，在焊縫缺陷檢測領域也在逐步推廣。但我國在承壓設備行業尚無正式發行數字成像檢測技術標準，相關的檢測技術還不夠成熟，對設備系統的選型無法借鑒。因此，制定標準并運用該技術投入到生產制造中去，必須完成許多技術試驗，對該技術的設備選型和檢測系統性能驗證是很重要的。

對國內外數字成像的研究現狀和發展情況以及有關理論和試驗研究進行了調研，同時選擇購置了DR設備系統，通過現場試驗掌握了系統使用方法，對系統特性進行了驗證。在試驗研究的基礎上，參考國內行業標準NB/T 47013.11《承壓設備無損檢測第11部分：X射線數字成像檢測》報批稿和國際標準ISO 17636-2《焊縫無損檢測-射線檢測第2部分：采用數字探測器的X和γ射線照相技術》。

結合生產制造產品的檢測要求，由YXLON公司集成商提供的整套系統設備，針對碳鋼和不銹鋼材料的工件開展了DR檢測設備系統性能試驗和研究。

一、試驗設備與系統選型

試驗用的射線源為德國YXLON公司雙焦點高頻恒電位射線機，型號為MG325。DDA為美國PerkinElmer公司非晶硅和CMOS的兩種面陣列探測器，型號XRD 0822 AP和CMOS 1512。系統軟件為德國YXLON公司Y.Image3500-D專業版射線數字成像信息管理系統。

具體指標：射線機焦點尺寸0.4/1.0 mm，最高管電壓320 kV，最高管電流22.5 mA，最大功率0.8 kW和1.8 kW(小/大焦點)。DDA像素尺寸200/75 μm，DDA灰度等級16/14 bit，DDA成像最大區域（204.8×204.8/145×115）mm。系統軟件具有運動控制、圖像采集、處理、存儲和文件管理等功能。

二、試驗內容

依據相關教材和標準確定DR技術性能指標為系統分辨率（系統固有不清晰度）、圖像分辨率（圖像不清晰度）、圖像靈敏度。

三、試驗過程及結果

1.系統分辨率和系統固有不清晰度

（1）將雙線型像質計緊貼在DDA表面中心區域上，應與DDA的行或列成2°～5°，按如下工藝條件進行透照，并在計算機上成像。①X射線的焦點至DDA輸入屏表面的距離≥700 mm；②焦點選擇0.4/1.0 mm，管電壓≤50 kV和管電流≤2 mA，保證圖像具有合適的亮度和對比度。

（2）在顯示屏上觀察雙線型像質計的影像，觀察到金屬絲剛好分離的一組線對時，則該組線對所對應的值即為系統分辨率。

（3）試驗結果。0822 DDA系統分辨率為D7（0.2 mm），系統固有不清晰度為 0.4 mm；1512 DDA系統分辨率為 D10（0.1 mm），系統固有不清晰度為0.2 mm。試驗圖像見圖1、圖2。

圖1 系統分辨率（0822）

圖2 系統分辨率（1512）

2.圖像分辨率和圖像不清晰度

（1）選擇射線源焦點尺寸（0.4×0.4）mm，0822 DDA，工件至探測器的距離80 mm，分別對厚度為3.5 mm、5 mm、10 mm、20 mm、30 mm的鋼板進行測試。試驗結果圖像分辨率為D8（0.16 mm），圖像不清晰度為0.32 mm。試驗圖像見圖3～圖7。

圖3 圖像分辨率（0822）

圖4 圖像分辨率（0822）

圖5 圖像分辨率（0822）

圖6 圖像分辨率（0822）

圖7 圖像分辨率（0822）

圖8 3.5 mm圖像分辨率（1512）

（2）選擇射線源焦點尺寸（0.4×0.4）mm，1512 DDA，工件至探測器的距離80 mm，分別對厚度為3.5 mm、5 mm、10 mm的鋼板進行測試。試驗結果圖像分辨率厚度3.5 mm、5 mm為D11（0.08 mm），10 mm為D10（0.1 mm），圖像不清晰度值分別為0.16 mm、0.2 mm。試驗圖像見圖8～圖10。

3.圖像靈敏度

（1）選擇射線源焦點尺寸（0.4×0.4）mm，0822 DDA，工件至探測器的距離b為80 mm，分別對厚度為3.5 mm、5 mm、10 mm、20 mm、30 mm的鋼板進行測試。試驗結果圖像靈敏度分別為16#、16#、15#、14#、12#。試驗圖像見圖11～圖15。

圖9 5 mm圖像分辨率（1512）

圖10 10 mm圖像分辨率（1512）

圖11 3.5mm圖像靈敏度（0822）

圖12 5 mm圖像靈敏度（0822）

圖13 10 mm圖像靈敏度（0822）

圖14 20 mm圖像靈敏度（0822）

圖15 30 mm圖像靈敏度（1512）

圖16 3.5mm圖像靈敏度（1512）

圖17 5 mm圖像靈敏度（1512）

圖18 10 mm圖像靈敏度（1512）

（2）選擇射線源焦點尺寸（0.4×0.4）mm，1512 DDA，工件至探測器的距離b為80 mm，分別對厚度為3.5 mm、5 mm、10 mm的鋼板進行測試。試驗結果圖像靈敏度分別為16#、16#、14#。試驗圖像見圖16～圖18。

四、結論

從以上試驗結果，可得結論：DDA具有信噪比高、對比靈敏度高，但系統空間分辨率差，不清晰度遠大于膠片。像素尺寸的大小對固有不清晰度有著很大的影響，應盡量選擇像素尺寸較小的DDA。

像素尺寸越大，吸收射線劑量越高。本次試驗使用的非晶硅XRD 0822和COMS 1512 DDA，前者可以在20 kV～15 MV能量范圍內工作，后者只能在20 kV～225 kV射線能量范圍內工作。可見選擇像素尺寸較小的DDA有很大的局限性。因此在實際檢測應用DR技術時需考慮兩種DDA，前者使用檢測中厚板，后者使用檢測薄板，其性能可滿足相關的標準要求。

通過試驗驗證和研究，該檢測系統在技術上是可行的，是可以滿足國內的行業報批稿的要求。通過試驗熟悉了與數字成像技術相關的知識，掌握了數字成像系統軟件的操作方法，為后續數字成像檢測技術開展各項試驗和運用奠定了基礎。