9MeV电子直线加速器X射线测量

 高能工业CT采用9MeV电子加速器产生轫致辐射，利用高能X射线能够有效地穿透物质以及同物质对射线吸收和散射不同这一原理来检查物体内部缺陷或内部结构。加速器电子束的焦点、X射线的最高能量、X射线剂量及均匀性与工业CT成像的质量和速度密切相关；对探测器的电子线路部分进行的X射线屏蔽关系到探测器的使用寿命。X射线测量结果表明，所用9MeV电子直线加速器满足高能工业CT检测的要求。     

10 lp/mm空间分辨率高能CT系统

报道了基于光阴极S波段电子直线加速器建成的9 MeV高能微焦点射线成像系统“精卫”,X射线束横向尺寸小于100 μm,7 h剂量波动低至1.6%。初步开展成像实验结果表明:双丝像质计清晰分辨13D号丝,丝直径0.05 mm,CT测试卡测得空间分辨率优于10 lp/mm,装置同时兼容电子束能量6～18 MeV可调。     

基于工业CT线性尺寸测量的不确定度分析

针对加速器工业CT线性尺寸测量的不确定度评定,建立了工业CT尺寸测量模型,对测量中不确定度的主要来源进行分析,基于测量不确定度表示指南(GUM)法对工业CT线性尺寸测量不确定度评定进行研究。以6 MeV高能工业CT系统尺寸测量为例,分析了长度样块线性尺寸测量各主要的不确定度分量,对尺寸测量的不确定度进行评定,最终得出具有包含概率为0.99的扩展不确定度为0.09 mm,结果体现了工业CT尺寸测量的精度和可靠性,为工业CT尺寸测量结果的可靠度提供参考依据。     

一种工业CT测量精度评估方法

为了验证工业CT系统对检测件的测量精度,设计了一套评估方法,针对由国家X射线数字化成像仪器中心自主研发的9 MeV 高能工业CT系统和450 kV工业CT系统,设计制作了标准测量试块,以三坐标测量机为辅助测量手段,对CT图像的线性尺寸、球面尺寸、角度尺寸、孔径尺寸和定位尺寸等进行对比测量,得到不同尺寸类型的测量误差。在不考虑尺寸类型的影响下,分别对铝、不锈钢和尼龙三种材料做了CT测量误差对比,结果表明,对于这三种材料来说,材料密度越大测量精度越高。实验结果表明,可验证工业CT系统对不同类型尺寸测量的精度,工业CT系统可完成精度较高的尺寸测量工作,特别对复杂结构的内部尺寸测量有一定的优势。     

集装箱CT检查系统二维防散射滤线栅作用分析

基于辐射成像系统蒙卡模拟软件NucRPD，对一款以9 MeV加速器作为辐射源的集装箱CT检查系统进行全系统蒙卡模拟，并使用目标晶体笔标记法、散射部件标记法与断层图像计算法综合分析了位于探测器晶体前方的二维防散射滤线栅对散射X射线的压低作用。计算结果表明此款集装箱CT检查系统中二维防散射滤线栅对于降低散射X射线的作用有限，后续在工程应用中无需使用二维防散射滤线栅，这将极大降低后端集装箱CT检查系统探测器与旋转机架等部件的机械设计难度与工程实现成本。     

探测器偏置重建算法在工业CT检测中的应用

工业CT检测对象的大小是不固定的,最大限度地利用已有探测器的成像面积非常重要。采用探测器偏置来获得更大的扫描视野,并推导相应的重建算法。该算法首先使用Parker类型函数对采集到的投影数据中的冗余部分进行加权,然后采用扇束滤波反投影重建算法重建得到断层图像。在实验中使用实际工业CT系统分别采集钢制线对块与铝合金变速器外壳的投影数据进行重建算法的验证,重建结果证明了使用的探测器偏置重建算法的正确性与有效性,且空间分辨率和标准扫描的重建结果保持一致,这个方法可以在工业CT成像上有效使用。     

基于工业CT的角度测量方法及不确定度分析

通过工业CT扫描系统对角度进行测量及不确定度评估;建立了角度测量模型,分析测量过程中的主要误差源,通过合理简化提出了角度测量的不确定评估方法,并针对钢制角度量块测量结果的不确定度评估进行了深入的研究。最后,以高能6MeV工业CT线阵探测器系统对6种已校准的角度量块进行测量及评价实验,评定角度测量的扩展不确定度为 时,多次评价结果之间的最大差值不超过 ,具有可靠的理论依据和较稳定的评定结果。此不确定度评估方法可结合实际测量系统对各种角度测量中进行推广使用。     

金属材料内部缺陷精确工业CT测量方法

利用图像点扩散函数(PSF)近似计算法建立线阵探测器工业CT金属材料X射线衰减测量模型,并利用该测量模型对垂直于X射线平面边界灰度幅值进行数值计算,获得当前PSF曲线。在此基础上,建立基于近似PSF曲线的缺陷检测理论模型,并对缺陷进行定量检测分析。采用高能6 MeV工业CT线阵探测器系统,对含有人工缺陷的不锈钢试块进行缺陷检测试验。结果表明:相比于传统半高宽缺陷测量方法,本实验方法在缺陷定量检测精度上有较大提高,从而为提升金属材料内部缺陷的定量检测水平提供新的方法和技术途径。     

集装箱CT检查系统二维防散射滤线栅作用分析

基于辐射成像系统蒙卡模拟软件NucRPD,对一款以9 MeV加速器作为辐射源的集装箱CT检查系统进行全系统蒙卡模拟,并使用目标晶体笔标记法、散射部件标记法与断层图像计算法综合分析了位于探测器晶体前方的二维防散射滤线栅对散射X射线的压低作用。计算结果表明此款集装箱CT检查系统中二维防散射滤线栅对于降低散射X射线的作用有限,后续在工程应用中无需使用二维防散射滤线栅,这将极大降低后端集装箱CT检查系统探测器与旋转机架等部件的机械设计难度与工程实现成本。     

高能X射线工业CT扫描运动控制系统设计

 分析了高能X射线工业CT扫描运动控制系统的作用,提出了扫描运动控制系统的组成方案。控制系统由工业控制计算机、计数卡、控制卡、伺服驱动器、伺服电机、工作平台、光栅和控制软件组成。研究了在Windows驱动程序模式（WDM）下,控制系统设备驱动程序的组成。以运动控制卡为例,研究了开发控制系统设备驱动程序的方法,并分析了设备驱动程序和用户程序交互的过程。通过编写WDM驱动程序,实现了对高能X射线工业CT扫描运动系统的实时控制。实验结果表明,开发的扫描运动控制系统,可靠性和实时性满足要求。     

基于组合标准器的显微CT系统测量方法研究

为保证显微CT系统测量精度，采用标准器与样品共同测量的方式设计了可用于共同测量的组合标准器，提出显微CT系统测量过程中修正比例误差与阈值误差的方法。在不改变显微CT系统扫描参数的情况下，对航空航天常用的轻质材料聚四氟乙烯样品进行独立测量，并与基于组合标准器的测量进行对比实验。结果表明，基于组合标准器的显微CT系统测量方法较样品独立测量方法有效减小测量误差1 μm～4 μm，鲁棒性好。     

锥束CT成像质量影响因素研究

CT成像质量受诸多因素影响,有必要系统地研究各因素带来的影响以得到更好的成像效果。基于兰州大学核科学与技术学院研制的锥束CT系统,在近探测器几何条件下,采用一铝制标准件,通过对比实验研究了投影采集范围及步长、管电压及管电流、焦点尺寸、样品在转台位置、硬化校正和图像优化等因素对CT系统成像质量的影响。结果表明,当投影采集完备时,投影采集范围对成像质量影响较小,减小扫描步长能提高成像质量;适当提高管电压能降低硬化伪影,提高管电流能减小图像噪声;较小的焦点尺寸能提高图像空间分辨率,但在近探测器几何条件下不明显;样品在转台位置不影响CT系统还原样品结构;硬化校正能明显消除硬化伪影;最后,对于单一材质样品通过阈值去噪能优化图像质量。以上研究为CT系统的研制和应用提供了参考。     

高能X射线工业CT数据传输系统的设计

 针对高能X射线工业CT的特点,开发了基于USB2.0的数据传输系统。该传输系统主要包括USB2.0接口部分和传输控制部分。USB2.0接口部分使用Cypress公司的EZ-USB FX2系列CY7C68013A芯片,配置为从属FIFO接口模式,通过块传输方式将数据传送给上位机。传输控制部分使用Altera公司Cyclone系列EP1C6Q240C8N芯片,定义缓冲区接收来自探测部分的数据,产生逻辑控制信号和时序信号,发送数据到USB的端点缓冲区。测试表明该传输系统易于扩展,占用系统资源少,传输速率高,满足高能X射线工业CT数据传输的要求。     

工业CT密度分辨率测试技术

对工业CT密度分辨率的精确测试，通常既是工业CT制造商也是其用户关注的问题。检验工业CT密度分辨能力的试验方法有多种。比如美国BIR公司采用的“盐水法”和LSNL曾经采用过的“升温法”等，各有长短。本文基于体积变化可以转换为密度变化，设计采用—个较大的钻孔有机玻璃圆盘试样来测试工业CT的密度分辨率。试验表明，此办法精确、简单、实用，可以获得工业CT密度分辨率与检测局部平面位置的关系，还可同时较好测试工业CT的空间分辨率。     

基于工业CT图像的自适应三维网格模型重建

针对X射线扫描得到的工业CT图像重建三角网格模型存在尖锐特征丢失、狭长三角形和三角面片数量多等问题，提出一种自适应三维网格模型重建算法。首先对图像进行预处理；其次采用八叉树结构确定体元；然后利用二次误差函数（QEF）构建自适应八叉树；最后剖分四边形生成三角网格。使用立方体数据和两组实际扫描的CT数据对所提算法的性能进行验证分析，实验结果表明：所提算法在简化网格的同时仍能保持物体的尖锐特征，减少了狭长三角形的数量。利用所提算法生成三角网格模型的简化率可达90%，简化后网格质量大于0.3的三角网格平均占比为99%，有效地提高了由工业CT图像重建三角网格模型的质量。     

低能X射线工业CT小间隔信号采集系统

为克服探测器阵列获取速度慢、重建图像精度低的缺点,并能在低能X射线的小焦点/微焦点CT系统中完成对小型精密复杂器件的检测,研究了低能X射线工业CT的小间隔信号采集系统。系统选取DT公司0.2 mm像素尺寸、高集成度、扫描速度快的X-CARD 0.2-256G为探测器,Altera公司的Cyclone EP1C3T为主控芯片,Intel公司的LXT972A为以太网控制芯片。从数据传输的可靠、稳定、高效率角度出发,用模块化的方法给出了系统的硬件设计,用有限状态机技术完成了系统的逻辑单元设计,并对系统的动态范围进行了测试。测试实验结果表明,系统的动态范围大于4000,能够检测精密器件、准确迅速地完成信号的采集传输,满足实际工业CT对信号采集的要求。     

利用CAD模型的不完全扫描CT图像重建

工业计算机断层成像(CT)扫描大尺寸和高密度工件时,会出现穿不透、扫描角度有限导致的投影数据不完备、重建伪影严重等问题。基于此,提出一种将工件的CAD设计模型作为先验知识,来实现该类对象的有限角CT重建优质图像的方法。由工件CT扫描的断层位置计算CAD模型对应的分层位置,并得到模型的像素截面;根据CT系统X射线能量和模型中各部分材质,确定和生成一幅衰减系数图像,并将其配准到一幅零灰度图像中,得到先验图像;最后对扫描投影数据进行SART+TVM+PRIOR算法重建,得到重建图像。仿真实验和实际工件扫描实验的结果显示,加入先验图像后重建的图像质量要远远优于未加入先验图像的重建结果,边缘结构更加清晰,并极大地减少了伪影。     

基于Micromegas探测技术的中子CT可行性研究(英文)

在培育新品种过程中能够实时掌握了解土壤中植物根系的形态以及其生长情况将为植物学家提供很多不可或缺的信息。对基于 micromegas 探测技术的中子 CT 在这一新应用的试验环境进行了仿真模拟, 通过三维图像重建后,得到了令人满意的预期结果。首先通过 Geant4 和 Garfield 模拟计算利用聚乙烯薄膜作为中子转换层的 micromegas 中子探测器, 得到了非常理想的位置分辨, 说明基于micromegas 探测技术建立中子 CT 照相系统的可行性。 然后利用MCNP仿真模拟14 MeV 中子CT 的实验环境, 最后由Matlab程序进行图像重建。In this paper, the possibility using micromegas(Micro Mesh Gaseous Structure) as neutron detector in 14 MeV neutron computed tomography(CT) has been simulated. The results show that the micromegas neutron detector has high spatial resolution and is a good candidate for neutron radiography. The three dimensional images of plant roots in soil are successfully and clearly obtained by the 14 MeV neutron CT with micromegas as a neutron detector. In the present simulation, MCNP is employed for 14 MeV neutron transport in the sample and Matlab for the 3 D photograph reconstruction.     

基于前冲康普顿电子高能伽马能谱测量系统设计

除中子外,聚变核心同时释放大量高能伽马,其能谱可反映聚变过程的关键物理参数,并为过程诊断提供重要信息.由于聚变伽马的时间与能量特性,需要设计高探测效率及能量分辨率的伽马谱仪.根据高能伽马谱仪的概念设计(gamma-to-electron magnetic spectrometer),针对该系统中伽马-电子转换靶、电子偏转汇聚、电子探测等关键环节进行优化设计以提高系统探测效率及能量分辨率.其中采用Monte-Carlo程序Geant4模拟研究了伽马-电子转换靶中康普顿散射与多次库仑散射对由转换靶出射电子的能谱与角分布的影响.开发并行遗传算法对复杂几何偏转磁场参数进行优化,得到低强度(小于100 Gauss)复杂边界偏转磁场.根据系统优化设计结果,采用Geant4模拟了该系统对不同能量伽马的响应.此外,还可模拟该系统对特征聚变伽马能谱的测量,结果显示,该系统可在聚变中子产额分别为2.5×10~(15)及1.2×10~(16)条件下,对10—20 MeV高能伽马能谱测量实现能量分辨分别满足0.5 MeV(小于5%)及0.25 MeV(小于2.5%),说明该系统可用于聚变过程伽马能谱的诊断.     

面向逆向工程的工业CT图像预处理系统开发

 为了将工业CT技术应用于逆向工程中,开发了一个面向逆向工程的工业CT图像预处理系统。该系统主要通过图像处理、轮廓拟合和数据格式转换三个步骤对工业CT切片图像进行处理,输出的IGES格式数据能直接输入到专业化的逆向工程软件中进行３维CAD模型重构,减少了重构３维模型的工作量;输出的２维DXF格式数据能直接输入到AutoCAD软件中进行处理,提高了系统的灵活性。同时,提出了用加权方法计算拟合圆弧的圆心和半径,有效提高了曲线的拟合精度。并通过实例验证了该系统的正确性。