检测系统组成的方法与步骤

采用分立辐射探测器阵列的直接数字化射线检测系统可分为两类。一类是面阵探测器数字射线检测系统，另一类是线阵探测器数字射线检测系统。

1.面阵探测器数字射线检测系统

面阵探测器直接数字化射线检测系统的基本组成部分是：射线源、面阵探测器、图像显示与处理单元。图5-1是系统组成部分应用时的基本关系示意图。

面阵探测器常用的是非晶硅面阵探测器、CMOS面阵探测器或非晶硒面阵探测器。探测器完成对射线的探测与转换，同时完成图像数字化，直接获得数字检测图像。常用的面阵探测器像素尺寸为200μm，也有75μm、127μm、143μm等，其A/D转换位数一般都可达到12bit、14bit或16bit。显然，更小的像素尺寸、更高的A/D转换位数可以构成性能更好的数字射线检测系统。

面阵探测器直接数字化射线检测系统应用时，通常都采用静态检测方式获取检测信号。如果配备适当的机械装置和软件，这类系统也可以采用动态方式完成检测。

图5-1 面阵探测器直接数字化射线检测系统示意图

1—射线源 2—工件 3—面阵探测器 4—图像显示与处理单元

2.线阵探测器数字射线检测系统

线阵探测器直接数字化射线检测系统组成部分包括：射线源、线阵探测器、机械装置、图像显示与处理单元。图5-2a是检测系统各组成部分的基本关系示意图，图5-2b是检测系统实际组成关系图。

图5-2 线阵探测器直接数字化射线检测系统示意图

a）检测系统各组成部分的基本关系示意图b）检测系统实际组成关系图

1—射线源2—机械装置3—线阵探测器4—图像显示与处理部分5—工件

线阵探测器常用非晶硅或非晶硒分立辐射探测器，也可以是CMOS或CCD分立辐射探测器，个别也有分立气体辐射探测器。探测器完成射线的探测、转换，同时完成图像数字化。典型的像素尺寸有84μm、127μm等，其A/D转换位数，一般都可达到12bit、14bit或16bit。

线阵探测器每次采集的仅是图像的一行数据，只能通过扫描方式完成一个部位检测图像采集，因此这种系统必须有机械装置，在机械装置的驱动下，随着工件与射线源（包括探测器）的相对运动，完成检验部位的图像采集。机械装置的运动构成了垂直于探测器方向的采样间隔。机械装置必须能够适宜固定工件，能以一定精度、平稳地完成平移和（或）旋转运动。显然，采用线阵探测器构成的系统，只能以动态检测方式获取检测图像。

在实际检测系统中，一般把射线源控制部分、机械装置控制部分和图像显示与处理部分组合在一起，附加上一些辅助设备（如摄像机、监视器等）和显示设备构成控制台，管理和操纵检测系统和检测操作。

*3.系统组成控制（本段对Ⅱ级人员不要求）

为获得要求达到的检测图像质量，必须选用性能满足要求的系统组成部分。从检测图像的不清晰度（空间分辨率）考虑，探测器阵列的像素尺寸、射线源的焦点尺寸必须满足要求。处理这个问题，可从检测图像不清晰度公式与最佳放大倍数公式出发。下面以不清晰度关系式采用三次方为例，给出处理结果。

前面章节已经给出

利用这三个关系，可以简单求得对于一定检测图像不清晰度要求，需要采用的探测器阵列像素尺寸、射线源焦点尺寸。

在选用最佳放大倍数时，对于射线源焦点尺寸为ϕ时，利用上面关系容易得到

将（U_D）3作为未知数，则此关系式是一元二次方程，解方程得到(www.xing528.com)

进一步则得到可采用的最大探测器阵列像素尺寸为

改写上面导出的关于U_D的关系式，将（ϕ）3作为未知数，可得到下面的一元二次方程

解此方程，可得到，在选用最佳放大倍数下，对探测器固有不清晰度为U_D时，可采用的最大射线源焦点尺寸为

它们给出了对于要求的检测图像空间分辨率，在采用最佳放大倍数时，检测系统采用的射线源焦点尺寸、探测器像素尺寸（固有不清晰度）应满足的要求。

[例1]某检测系统，X射线机焦点尺寸为0.4m，要求检测图像的空间分辨率达到5.2Lp/mm。确定在最佳放大倍数时可采用的辐射探测器像素尺寸。

解：因R_im=5.2Lp/mm，则有

又因ϕ=0.4mm，则可得到

因此所选用的辐射探测器像素尺寸应为126μm。同时可得到检测系统理想情况下可采用的最佳放大倍数为

[例2]某检测系统，辐射探测器的像素尺寸为127μm，要求检测图像的空间分辨率达到4.12Lp/mm。确定在最佳放大倍数时所允许使用的射线源焦点最大尺寸。

解：U_D=2×0.127mm=0.254mm

R_im=4.12Lp/mm

U_im=1/R_im=0.2427mm

将数据代入焦点尺寸计算式，得到

ϕ_max=1.488mm≈1.5mm

透照应采用的最佳放大倍数则为

在不采用最佳放大倍数时，应以实际采用的放大倍数从开始的三个关系式进行计算。