荧光屏直接观察系统优化方案

1.概述

直接观察的X射线荧光屏检测系统如图5-1所示。射线源、工件和荧光屏的配置同传统胶片照相法一样，它通常还用一种适度放大器，在荧光屏之后还要再放一个防护辐射屏蔽，将整个系统放置在一个暗室里。

X射线荧光屏检验系统具有检测费用低、简便、检测迅速，立即得到结果，对有问题区域还可用更高灵敏度技术进行检测等优点。

在与照相胶片法比较时荧光屏系统具有成本高，无永久性记录分辨率和清晰度差，操作者必须在黑暗中观察暗淡发光的荧光屏，还需时刻注意操作者的安全，使用射线能量低于200kV，透照厚度受到限制等方面的缺点。

在荧光屏检测法中，为提高图像质量、人身安全、对个人防护、工作特性、视觉敏感与适应、散射等各环节的影响因素都要进行控制。

图5-1 暗室中X射线荧光屏检验装置

1—X射线源 2—铅防护罩 3—铅遮光板 4—被捡件 5—荧光屏 6—外包铅木箱 7—反射镜 8—铅玻璃观察窗

2.射线屏蔽窗

操作荧光屏检验装置时，涉及人员受到辐射问题，按GB 18871—2002标准规定，极限剂量为1mSv/每周（1Sv=1J/kg），每小时为0.021mSv，辐射量减少是通过屏蔽窗来完成。最常用的窗材料是高密度硅酸铅玻璃（铅玻璃），工业上用铅当量来评估对射线的衰减能力。屏蔽窗应具有良好光学传播性能、X射线吸收性能、抗污染性能和抗散射性（散射率为1.01）。

3.反射镜

反射镜是避免X射线荧光屏检验装置辐照的一种方法，但会损失一部分光线和视觉敏锐度。

在暗室装置里，反射镜用铅玻璃制成。反射镜必须是前表面反射镜，以免产生幻影图像。前表面反射镜是由真空淀积铅外表面涂上一层一氧化硅或氧化镁保护层制成的。可见光的反射率可达到88%，必须定期清洁镜子、铅玻璃屏蔽和荧光屏，避免造成大量的光线损失。

4.工作特性

（1）影响成像的因素

从X射线荧光屏检验系统里取得图像信息受到两种因素影响，一种是射线成像方面的，另一种是生理方面的。

成像方面：源的强度、焦点尺寸、X射线谱、散射、几何不清晰度、荧光屏不清晰度、转换效率、光发射频率、光线和防护屏蔽之间的相干等。

生理方面：眼睛对暗光的敏感性、黑暗的适应性、对色谱的响应和操作者经验等。

（2）视觉敏锐度

工作中X射线荧光屏检测系统产生的光强范围一般是0.0003～3cd/m²。人眼用两种视觉机制来观察，即适光（锥形）视觉和微观（杆形）视觉。适光和微光视觉的焦点在0.06cd/m²之处。工业X射线荧光屏检验法，往往在亮度低于0.06cd/m²的微光视觉下实施。图5-2所示为视觉敏锐度与亮度关系曲线，表明使用适光和微光视觉重要性。敏锐度（定义为两个等高线间夹角的倒数，以弧分表示），随亮度增加而增大，当从微光视觉转为适光视觉时，它有一个明显增大，亮度为0.3cd/m²水平时，0.03°的视觉须由两个分开的点对边才能被识别出来。如观察距离为0.25m，则分辨率相当于0.13mm。(www.xing528.com)

图5-2 视觉敏锐度与亮度关系曲线

（3）黑暗适应性

在荧光屏检查法中，评定者的评定是有决定性的，人的眼睛起着很重要的记录仪器作用，但不是高精度的记录仪器，特别在黑暗中观察要通过充分黑暗适应。荧光屏亮度小于0.3cd/m²时，人眼要进行一定的黑暗适应性，即在黑暗中适应1min之后要求能在0.3cd/m²的观察环境中识别出1%的对比度。微光视觉在10min之内就可以适应，如有20min黑暗适应过程也是十分有益的。一般黑暗适应时间为10～20min，为此将荧光屏亮度控制在10～1000mla（1mla=3.1831cd/m²）。

（4）对比灵敏度（详见4.1.2节中标题3所述内容）

（5）散射

工件距荧光屏越近，散射对像质的影响就越严重，如果采用栅格，亮度就要减少3～7倍，可采用良好的束准直器，来减少工件被照射区域，也可以消除荧光屏上非屏蔽区域上的光闪烁。

（6）放大器

荧光屏具有较大不清晰度，引入图像放大器对于改善实时成像的图像对比度、灵敏度以及提高视觉分辨力具有重要作用。放大倍数M、几何不清晰度U_g和焦点尺寸d_f这三者关系前面已计算出，最佳放大倍数见式（4-20），若放大倍数引起的不清晰度大于清晰图像的宽度，对比度就将减小。

（7）移动

工件移动不仅可以加速检测，也有助于观察到对比度的变化，而这种变化在静止图像中是看不到的。对于扫描过程来说，在优质X射线荧光屏检验系统中，最大的实际扫描速度大约为50mm/s，大多数荧光屏都有一个衰变时间，这个衰变时间（10^-2 s或更少）相当于人眼中的图像保持时间来说是很短的。荧光屏检验装置所使用的光强级临界闪烁频率大约为60Hz。

（8）统计性考虑

统计性波动存在下述过程中：X射线产生、X射线传播、荧光屏吸收、荧光屏的光发射和人眼视网膜中光的吸收。所有这些过程都会对灵敏度有影响。表5-1列出某种工业荧光屏检验系统进行统计性计算结果。

表5-1 工业荧光屏检验系统的统计量

5.推荐实施方法

在荧光屏检测中，可用下述两种方法。一种是根据荧光屏具有较大固有不清晰度，采用大焦点射线管；另一种是采用小焦点的射线管和使用放大器。这两种方法的布置都应做到适当合理，使工件部位的清晰度要求得到满足。在荧光屏检验装置中，X射线管到荧光屏之间距离一般为380～500mm。把X射线束准直以减少散射对图像质量的影响，要求荧光屏具有亮度高、不清晰度小，发射光处在黄-绿光区。

对操作者来说，必须在恒定的亮度下进行观察，因为荧光屏背景光的变化会影响到观察者的判断。此外，操作者必须保护不受射线场的辐射，一般操作人员与荧光屏相距250mm，使辐射剂量减少到安全水平。