检测速度是工业计算机断层成像(CT)用于在线检测的一个重要制约因素。那么检测速度又受哪些条件的影响呢?
X射线数字摄影(DR)简单且速度快,在工业无损检测领域取得了广泛应用。但是由于其缺少深度信息,面对复杂的检测对象,往往难以满足需求。CT通过采集围绕物体不同角度的大量投影数据,进行断层重建,实现了物体内部断层成像。检测速度慢是制约其用于产品在线检测的重要限制因素。
一套CT系统的核心通常包含如下几个部分:射线源、探测器、机械系统、算法。这些决定了CT系统的性能。
空间分辨率往往是满足检测需求优先级最高的指标。影响空间分辨率的因素包括:焦点稳定性、焦点尺寸、探测器单元尺寸、几何结构、机械精度、算法等。空间分辨率对检测速度有间接且重要的影响。
为什么医疗CT可以快速成像而工业CT很难呢?
医疗CT的空间分辨率要求相对较低,因此其射线源的功率大,探测器单元尺寸大、帧频高,能够在短时间内采集足够数量的光子,得到较高质量的图像。而这些条件在工业CT中都难以实现。
做个粗略估计,单位时间内医疗CT每个探测器单元接收到的光子数是工业CT的1万倍(中高能),是显微CT的1百万倍。
表1 CT常见参数指标
医疗CT | 工业CT(中高能) | 显微CT | |
空间分辨率 | 0.25mm-0.625mm | 0.1mm-0.4mm | 0.5um-30um |
射线源靶功率 | 70-120kW | 100-1500W | 8-300W (微焦点模式下一般只有几W) |
探测器单元宽度 | 0.5-1mm | 0.1-0.4mm | 0.005-0.2mm |
探测器类型 | 多排线阵 | 面阵/线阵 | 面阵 |
探测器像素数量 | 几万-几十万 | 百万-两千万 | 百万-两千万 |
注:表中的数值为常见范围非精确数值
工业CT要想实现高速成像,最关键的问题是提高射线源功率密度(散热技术),提高探测器的转换效率(闪烁晶体),在保持探测器有效面积的前提下提高帧频(数据传输技术)。
目前,采用液体金属靶的微焦点射线源大大提高了射线源的功率。但是其价格昂贵,一般用户难以承受。
一套好的CT系统是在各种制约条件下取得平衡,必要时有所取舍。让各个部件发挥其最好的性能,做到物尽其用。
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