数字探测器阵列X射线成像检测设备试验研究

堵澄花 朱建平 赵 洋

（1.江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院 江苏常州 2.查特深冷工程系统常州有限公司 江苏常州）

数字探测器阵列（DDA，Digital Detector Array）X射线成像检测（DR，Digital Radiography）是一种新兴的先进检测技术，利用探测器代替胶片具有很大的环保和经济效益，已经在医疗、航空、汽车等行业得到广泛应用，在焊缝缺陷检测领域也在逐步推广。但我国在承压设备行业尚无正式发行数字成像检测技术标准，相关的检测技术还不够成熟，对设备系统的选型无法借鉴。因此，制定标准并运用该技术投入到生产制造中去，必须完成许多技术试验，对该技术的设备选型和检测系统性能验证是很重要的。

对国内外数字成像的研究现状和发展情况以及有关理论和试验研究进行了调研，同时选择购置了DR设备系统，通过现场试验掌握了系统使用方法，对系统特性进行了验证。在试验研究的基础上，参考国内行业标准NB/T 47013.11《承压设备无损检测第11部分：X射线数字成像检测》报批稿和国际标准ISO 17636-2《焊缝无损检测-射线检测第2部分：采用数字探测器的X和γ射线照相技术》。

结合生产制造产品的检测要求，由YXLON公司集成商提供的整套系统设备，针对碳钢和不锈钢材料的工件开展了DR检测设备系统性能试验和研究。

一、试验设备与系统选型

试验用的射线源为德国YXLON公司双焦点高频恒电位射线机，型号为MG325。DDA为美国PerkinElmer公司非晶硅和CMOS的两种面阵列探测器，型号XRD 0822 AP和CMOS 1512。系统软件为德国YXLON公司Y.Image3500-D专业版射线数字成像信息管理系统。

具体指标：射线机焦点尺寸0.4/1.0 mm，最高管电压320 kV，最高管电流22.5 mA，最大功率0.8 kW和1.8 kW(小/大焦点)。DDA像素尺寸200/75 μm，DDA灰度等级16/14 bit，DDA成像最大区域（204.8×204.8/145×115）mm。系统软件具有运动控制、图像采集、处理、存储和文件管理等功能。

二、试验内容

依据相关教材和标准确定DR技术性能指标为系统分辨率（系统固有不清晰度）、图像分辨率（图像不清晰度）、图像灵敏度。

三、试验过程及结果

1.系统分辨率和系统固有不清晰度

（1）将双线型像质计紧贴在DDA表面中心区域上，应与DDA的行或列成2°～5°，按如下工艺条件进行透照，并在计算机上成像。①X射线的焦点至DDA输入屏表面的距离≥700 mm；②焦点选择0.4/1.0 mm，管电压≤50 kV和管电流≤2 mA，保证图像具有合适的亮度和对比度。

（2）在显示屏上观察双线型像质计的影像，观察到金属丝刚好分离的一组线对时，则该组线对所对应的值即为系统分辨率。

（3）试验结果。0822 DDA系统分辨率为D7（0.2 mm），系统固有不清晰度为 0.4 mm；1512 DDA系统分辨率为 D10（0.1 mm），系统固有不清晰度为0.2 mm。试验图像见图1、图2。

图1 系统分辨率（0822）

图2 系统分辨率（1512）

2.图像分辨率和图像不清晰度

（1）选择射线源焦点尺寸（0.4×0.4）mm，0822 DDA，工件至探测器的距离80 mm，分别对厚度为3.5 mm、5 mm、10 mm、20 mm、30 mm的钢板进行测试。试验结果图像分辨率为D8（0.16 mm），图像不清晰度为0.32 mm。试验图像见图3～图7。

图3 图像分辨率（0822）

图4 图像分辨率（0822）

图5 图像分辨率（0822）

图6 图像分辨率（0822）

图7 图像分辨率（0822）

图8 3.5 mm图像分辨率（1512）

（2）选择射线源焦点尺寸（0.4×0.4）mm，1512 DDA，工件至探测器的距离80 mm，分别对厚度为3.5 mm、5 mm、10 mm的钢板进行测试。试验结果图像分辨率厚度3.5 mm、5 mm为D11（0.08 mm），10 mm为D10（0.1 mm），图像不清晰度值分别为0.16 mm、0.2 mm。试验图像见图8～图10。

3.图像灵敏度

（1）选择射线源焦点尺寸（0.4×0.4）mm，0822 DDA，工件至探测器的距离b为80 mm，分别对厚度为3.5 mm、5 mm、10 mm、20 mm、30 mm的钢板进行测试。试验结果图像灵敏度分别为16#、16#、15#、14#、12#。试验图像见图11～图15。

图9 5 mm图像分辨率（1512）

图10 10 mm图像分辨率（1512）

图11 3.5mm图像灵敏度（0822）

图12 5 mm图像灵敏度（0822）

图13 10 mm图像灵敏度（0822）

图14 20 mm图像灵敏度（0822）

图15 30 mm图像灵敏度（1512）

图16 3.5mm图像灵敏度（1512）

图17 5 mm图像灵敏度（1512）

图18 10 mm图像灵敏度（1512）

（2）选择射线源焦点尺寸（0.4×0.4）mm，1512 DDA，工件至探测器的距离b为80 mm，分别对厚度为3.5 mm、5 mm、10 mm的钢板进行测试。试验结果图像灵敏度分别为16#、16#、14#。试验图像见图16～图18。

四、结论

从以上试验结果，可得结论：DDA具有信噪比高、对比灵敏度高，但系统空间分辨率差，不清晰度远大于胶片。像素尺寸的大小对固有不清晰度有着很大的影响，应尽量选择像素尺寸较小的DDA。

像素尺寸越大，吸收射线剂量越高。本次试验使用的非晶硅XRD 0822和COMS 1512 DDA，前者可以在20 kV～15 MV能量范围内工作，后者只能在20 kV～225 kV射线能量范围内工作。可见选择像素尺寸较小的DDA有很大的局限性。因此在实际检测应用DR技术时需考虑两种DDA，前者使用检测中厚板，后者使用检测薄板，其性能可满足相关的标准要求。

通过试验验证和研究，该检测系统在技术上是可行的，是可以满足国内的行业报批稿的要求。通过试验熟悉了与数字成像技术相关的知识，掌握了数字成像系统软件的操作方法，为后续数字成像检测技术开展各项试验和运用奠定了基础。