страница - 121
Формирование пучка рентгеновского излучения может осуществляться двояко при бомбардировке сфокусированным электронным пучком:
1)массивной мишени (медь), вследствие чего образуется пучок тормозного излучения;
2)тонкой мишени "на прострел".
Пространственное разрешение определяется геометрией сбора. Реально при 40 -100 кВ пространственное разрешение составляет несколько микрометров.
Вместе с тем ряд факторов ухудшает пространственное разрешение. Качество выполнения механических систем, поверхности мишени, отбор пленки в конечном итоге определяют результат. Реальное пространственное разрешение составляет 15 мкм.
Характеристики острофокусных излучателей были приведены выше. Использование того или иного излучателя определяется классом объекта. При общем требовании обеспечения наивысшего пространственного разрешения анализ биологических объектов или объектов из легких материалов может быть обеспечен излучателем с напряжением 5 -30 кВ, а микротомография объектов с высокой плотностью и большим атомным номером потребует повышения энергии квантов и, следовательно, напряжения анода до 160 кВ и более. Ток анода обусловливает время сбора информации, определяющее уровень статической квантовой погрешности.
Микрофокусные излучатели бывают откачиваемые со сменным анодом и отпаянные. Первые обеспечивают большой ток и излучаемую мощность, возможность замены анода продляет срок службы, однако они более громоздки и дороги. Отпаянные более удобны, однако эффективное применение связано с необходимостью повышения мощности излучения за счет повышения нагрузочной способности материала мишени.
, Отметим, что если в медицинской томографии поток квантов на детекторе составляет 1010 квант/с, то в микротомографии 3 • 106 квант/с, что приводит к необходимости работать не в токовом, а счетном режиме.
Параметры электромеханических узлов томографа и системы отсчета координат имеют большое значение, ибо точность позиционирования непосредственно влияет на пространственное разрешение. Если оно должно составить 1 мкм, то точность позиционирования должна быть выше; отсчет координат с помощью лазерного интерферометра удовлетворяет самым жестким требованиям. Управляемый ЭВМ шаговый привод в сочетании с интерферометром позволяет оптимизировать процесс сбора данных.
Замечательными характеристиками с точки зрения микротомографии обладают источники синхротронного рентгеновского излу-
чения (СИ), то-есть электромагнитного излучения, испускаемого заряженными частицами, движущимися по круговым орбитам с ультрарелятивистскими скоростями. Источники СИ весьма разнообразны по характеристикам излучения, габаритам и т.п. Их отличает исключительно высокая интенсивность, на несколько порядков превышающая интенсивность обычных рентгеновских источников излучения. При этом формируется практически параллельный, весьма слабо расходящийся пучок излучения. Чрезвычайно удобной является возможность перестраивать энергию и полосу излучения.
Пространственное разрешение определяется:
-рассеянием оптического излучения в приемном люминесцентном экране;
-качеством оптики и пространственным разрешением приемника.
Преимущество синхротронного источника заключается в возможности сканирования при энергиях выше и ниже характеристического поглощения некоторого элемента. При этим можно избирательно получать карту пространственного распределения элементов.
Комптововская томография
Томография на комптоновском обратном рассеянии (CIT) используется в условиях одностороннего доступа. Для получения изображения внутренней структуры объекта применяют комптоновское рассеянное в заднее полупространство излучение из элементарного объема. Форма и размеры этого элементарного объема определяются формирующими коллиматорами источника излучения и детекторами; размеры должны быть сравнимы с требуемым пространственным разрешением. Следовательно, особенностями метода являются регистрация потоков излучения малых геометрических размеров и малой интенсивности, ограниченные возможности для получения разноракурс-ных проекций.
Главные преимущества - односторонний доступ, создающий возможность эффективного контроля изделий широкого класса, а также возможность получения томографического изображения без выполнения сложных математических преобразований большого массива данных, существенно меньший объем массива данных, большая простота реализации.
Главные трудности - низкая интенсивность потоков излучения из элемента объема малых размеров, влияние неоднородности среды вне объема элемента на результат измерения электронной плотности в нем.
Наиболее характерна разработанная фирмой Philips инспекционная система Comscan 160 на основе рентгеновского излучателя 160 кВ, 19 мА с излучателем, коллимиро-ванным в окне 0,4 х 0,4 мм. Система содержит
22 элемента детектирования на основе BGO размером 1 х 2 х 60 мм, сопряженных с ФЭУ. Область сканирования 50 х 100 мм. Одновременно можно сканировать до 22 слоев. Строится матрица изображения 250 х 500 х 8 бит в слое. Пространственное разрешение 0,4 х 0,4 х 0,4 мм в пределах диапазона по глубине: для пластика или композитов 50 мм, алюминия 20 мм, стали 5 мм. Время сканирования от 75 до 375 с. Таким образом, система может осуществлять контроль 3-мерного объема объекта инспекции.
3.8.3. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТОМОГРАФИЯ (УВТ)
3.8.3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При ультразвуковой ВТ возможно восстановление различных акустических характеристик объекта - скорости звука (показатель преломления), коэффициента поглощения и коэффициента отражения. На основе измерения указанных акустических характеристик среды может быть восстановлено пространственное распределение таких исходных физических характеристик объекта, как плотность, величина модуля упругости, коэффициент затухания.
Существуют две группы методов УВТ -трансмиссионные и отражательные.
Основными характеристиками средств УВТ являются чувствительность и разрешающая способность.
Чувствительность определяется минимальной величиной площади объекта контроля, которая регистрируется с требуемой степенью достоверности. Она определяется затуханием звука в материале, структурной реверберацией и уровнем шумов приемного тракта. Системы когерентной обработки сигнала, к которым относится и УВТ, позволяют существенно повысить чувствительность метода по сравнению с методами обычной ультразвуковой дефектоскопии. Имеются сведения об обнаружении УВТ дефекта в стали площадью 10 мм2 на глубине около 100 мм. Ориентация дефектов и их толщина существенно меняют их отражательную способность и, следовательно, чувствительность.
Разрешающая способность УВТ не может быть меньше длины волны звука на данной частоте в исследуемом материале.
Увеличение рабочей частоты приводит к сильному затуханию, которое существенно усложняет решение задачи.
Предельное разрешение в металлах составляет 1-3 мм, в неметаллах примерно на порядок ниже.
Задачи измерения локальных физических характеристик и обнаружения аномалий объ-
емной структуры материалов (рыхлоты и изменения плотности могут быть решены с использованием одного из методов трансмиссионной УВТ, которую в свою очередь можно разделить на две группы:
1)методы, использующие алгоритмы рентгеновской томографии (время-пролетная УВТ);
2)методы дифракционной томографии, основанные на решении волнового уравнения в том или ином приближении.
Методы отражательной УВТ пригодны для обнаружения полостей и трещин в материалах и конструкциях. Методы дифракционной томографии не требуют всестороннего осмотра объекта. При одностороннем доступе к контролируемому объекту возможно использование голографического метода или метода фокусированной синтезированной апертуры. При этом, однако, возникает проблема распознавания по полученным изображениям реального объекта.
3.8.3.2. ТРАНСМИССИОННАЯ УВТ
В основе УВТ заложена возможность реконструкции двумерного распределения скорости звука в среде (время-пролетная методика) или ослабления (аттенюации) ультразвука вдоль выбранного направления. В аттенюаци-онной методике возникают трудности, связанные с большим динамическим диапазоном измеряемой величины. Кроме того, лучевой интеграл связан с результатами измерений нетривиально, вследствие чего измерительная процедура усложняется.
Использование время-пролетной методики снижает требования к динамическому диапазону регистрирующего устройства, поскольку скорость ультразвука в объекте изменяется в сравнительно небольших пределах. Измеренная величина времени прохождения ультразвука через исследуемый объект является непосредственно лучевым интегралом:
где X - длина пути ультразвука в объекте в направлении qi;
Q, С (/) - скорости распространения ультразвука в воде и в объекте соответственно;
n(l) = С0 /С(/) - пространственное распределение локального коэффициента преломления в объекте в направлении qi.
Для регистрации ti как длины распространения фронта упругой волны давления
Рве. 3.8.6. Структурная схема УЗТ (9 - ЭВМ)
можно использовать сравнительно простые аппаратные средства.
На рис. 3.8.6 представлена упрощенная схема ультразвукового трансмиссионного томографа, основанного на время-пролетных измерениях с последующей реконструкцией поля скоростей или коэффициентов преломления ультразвука.
Исследуемый объект 1 располагается в ванне, заполненной иммерсионной жидкостью. На раме 2 жестко укреплены излучатель 3 и приемник 4, частотные и геометрические характеристики которых согласованы и обеспечивают формирование ультразвукового пучка с поперечными размерами, обеспечивающими требуемую разрешающую способность.
Блок 5 обеспечивает формирование на излучателе короткого ультразвукового импульса, который распространяется сквозь исследуемый объект вдоль линии, соединяющей излучатель и приемник. Блок 5 генерирует также электрический импульс, запускающий измеритель времени 6 через линию задержки 7. Приемник 4 улавливает прошедший через жидкость и объект ультразвуковой импульс и формирует пропорциональный электрический
сигнал, который после усилителя 8 запускает процесс измерения времени.
Усилитель 8 формирует запускающий сигнал в момент прихода фронта ультразвукового сигнала на приемник 4. Сигнал прекращения счета времени формирует схема 7. Проекция образуется поступательным перемещением рамы 2.
После получения отсчетов по всем лучам данного положения рама поворачивается на небольшой угол и цикл измерений повторяется для следующей проекции и так далее до
поворота на 180 е . Затем ЭВМ (9) по полученным проекциям производит реконструкцию поля скоростей в выделенном слое объекта. Восстановленное распределение визуализируется с помощью полутонового дисплея 10 в виде дискретной матрицы изображения. Яркость элементов пропорциональна скорости.
Описанная процедура может дать хороший результат, если ультразвуковые волны не испытывают значительной рефракции на границах объект-иммерсионная среда и в объекте отсутствуют сильно преломляющие структуры; спектральный состав ультразвукового сигнала не зависит от особенностей распространения
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]