射线图像无损检测系统设计方法

7.2.2　X射线图像无损检测系统设计方法

X射线图像无损检测系统设计主要包括成像部件和输送部件两部分内容。下面以笔者实验室组建的X射线图像无损检测系统为例来进行说明。

该系统结构简图如图7－3所示。整个系统包括计算机、X射线源、X射线探测器、机架、传送皮带、三相异步变频调速电动机、变频调速器和X射线防护装置等组成。

1.成像部件设计

系统选用的计算机配置为Pentium（R）Dual－core CPU，3.5GB的内存，500GB的硬盘；计算机监视器为philips 220BW9型液晶显示器。X射线探测器采用北京地太科特电子技术有限公司生产的X－Scan0.4f3－512型X射线探测器，此种型号的X射线探测器适用的X射线管电压范围：20～160kV；闪烁体材料：GOS；像素间距：0.4mm；像素高度：0.4mm；最大扫描速度：167cm/s；数据数字接口：16bits；操作电压：＋12VDC。X射线发生器和控制器采用北京机电院高技术股份有限公司生产的T80－1－60型X射线发生器和控制器。该型号的X射线发生器的技术特点是电源：AC 220V/50Hz；X管端电压：80kV（±40kV）；X管电流：0.2～1mA；X射线出射角：60°；工作方式：连续工作；冷却方式：密封油冷。

图7－3　传送及其支撑装置结构简图

此外，系统为了能同时采集可见光图像，还在其中设计了一套可见光检测装置。摄像头采用是Honeywell公司的GC－755P型彩色、黑白一体化摄像头，它对可见光和近红外具有超高灵敏度，具有DSP自动光圈模糊控制、自动背光补偿和自动跟踪、单触自动、手动白平衡等功能，采集图像清晰，质量好。图像采集卡采用Euresys公司的PICOLO Pro 2型采集卡，该型号的采集卡适用于多台摄像机的图像采集卡。它带有四个BNC复合视频输入接头，可以最多同时从四台摄像机采集分辨率为768×576（PAL）的图像。快速视频切换使多路采集时总帧数达到最高。卡上自带的TTL I/O口方便系统集成。另外卡上可存储密码，供客户保护自己的软件。

整个X射线无损检测系统中还设计、配套了激光诱导荧光检测部件。激光器选用405nm的紫外激光器。摄像头采用UM－300/UM－301系列为近红外（NIR）摄像头；在945nm波长处，本系列产品比普通的摄像头敏感4倍。画面上的模糊点被降低到最少，并且其动态范围要比普通摄像头高得多；1/2″Exview HAD CCD图像传感器；945nm处具有很高的灵敏度；模糊点少；异步采集功能；快门速度为1/60～1/31 000s。

2.输送和防护部件设计

系统整个机架采用AP－10－4545特种铝型材。传送皮带采用食品级包装塑料作为物料接触面，为了保证在射线源和探测器之间没有被检物时，透射到达探测器的射线能量均匀，传送皮带的厚度必须均匀，这样，逐行采集的空白图像像素值分布均匀。因此，本研究中采用PVC传送皮带，厚度为2mm。

输送部件的运动需要选用电动机，下面对电动机的选择进行介绍。

1）所需传递的功率的计算

传动力分析简图如图7－4所示，根据通用变频器的功率计算公式为

图7－4　受力分析图

被检测物体（如鸡、鸭、鹅等）取3kg×6（个）＝18kg（按500mm的距离放一个被检测物体）；运动最大速度取2m/s；查相关资料，被检测物体与传送带之间的摩擦系数取1.0；ηv＝0.95，η平＝0.95；轴承传递效率ηz为0.96；电动机效率为0.85；变频器的效率为0.97；键的传递效率为0.90。

所以实际所要传递的功率为0.314×18/3＝1.884kW。

电动机功率选择：2.2kW满足要求。

电动机转速要求：皮带轮平动速度能够在0～2m/s内运动，由v＝得从动轮转速要求：n＝212.314 2r/min（D取90mm）；主动轮转速要求：n＝424.628 5r/min（传动比选择2∶1）。可得，电动机能够实现在0～849.256 9r/min的无级调速。

根据上面的计算，三相异步变频调速电动机选用江苏省德力电机有限公司的VP100L1－4型电动机，功率为22.2kW，恒定距变频范围为5～50Hz，横功率调频范围为50～100Hz；本设计中，控制输送速度的变频调速器选用浙江艾得森电气有限公司的ADA－V7/330030型变频调速器。

有关支架及射线光源支撑系统设计如图7－3、图7－5所示。X射线发生器与X射线探测器分别放于支架的正上方和正下方，射线垂直从上照射到达线阵探测器。支撑结构示意图如图7－3所示，X射线发生器安装高度计算如图7－5所示。

2）X射线防护装置

本实验平台所购置X射线发生器工作电压范围为80kV（±40kV），工作电流范围为0.2～1mA。X射线高压射线发生器已经对射线球管做好初步射线防护措施，经过生产厂商防护出射的射线已经大大减弱。

图7－5　X射线发生器安装高度示意图

为了防止电离辐射对放射工作者过量照射，需要选用不同的防护器材和设施进行屏蔽防护。整个系统防护的射线可能泄漏的六个面，除进出口部分外，均采用3mm复合铅板作为内衬防护材料。对于实验平台物料检测送料进出口，采用内衬大于2mm厚度铅的橡胶帘进行防护。同时，把整个实验装置放置在一个用1mm厚铅板作为内衬防护材料的小屋内。整个系统完成后的实物如图7－6、图7－7所示。

图7－6　无损检测试验装置内部结构图

图7－7　无损检测试验装置外部结构图