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双丝像质计介绍

2014/11/13 21:41:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  郑世才

  (航天201所,北京 100854)

  摘 要:介绍双丝像质计的结构、测定原理和使用,并简单介绍了双丝像质计与线对卡应用的关系。

  1 概述

  双丝像质计是结构、作用均不同于线型像质计的一种图像质量指示器,这种像质计最初由英国标准BS 3971:1980进行了标准化,与线型像质计或阶梯孔型像质计同时使用,用于测定射线照片的不清晰度。在BS 3971:1980标准中,规定了ⅢA型和Ⅲ-B型二种设计。ⅢA型的细节为圆形截面丝对,用于不大于90 mm的钢(和等价厚度材料)。Ⅲ-B型的细节是矩形截面,用于大于90 mm的钢(和等价厚度材料)。但一段时间内,双丝像质计并未显示其重要作用。

  从20世纪90年代以来,射线实时成像检测技术开始在工业领域得到进一步应用。经验和理论都证明,仅仅采用线型像质计或阶梯孔型像质计,评价射线实时成像检测系统的性能或得到图像的质量是不够的,因为它们主要给出的是对比度的测量。因此,至少还需单独测定系统的空间分辨力(图像的不清晰度)。近年正在发展的CR技术(非胶片数字化射线照相技术),也同样存在上述问题。实际上,任何非胶片射线检测技术,都需要单独评价系统的空间分辨力(即图像的不清晰度)。

  正是在这种客观情况下,一些重要标准制定了双丝像质计标准,将BS 3971:1980标准的ⅢA型设计标准化各自的标准。例如EN 462-5:1996标准,未明确指出其应用范围。

  ASTM E2002-98标准,标准指出,用于不大于400 kV的情况,对兆伏级能量,结果可能不令人满意。

  ISO 19232-5:2004标准,未明确指出其应用范围。

  我国正在制订双丝像质计的国家军用标准。同时,有关的技术标准,也作出了明确的使用双丝像质计测定系统或图像性能的要求。例如,欧洲标准EN 13068-3:2001中,为了控制射线实时成像检测的质量,明确规定了不同技术级别应识别的线型像质计丝号(直径)和双丝像质计丝对号,也即应达到的不清晰度值(空间分辨力值)。例如,CR技术的欧洲标准EN 14784-2:2005中,也明确规定了不同技术级别应识别的线型像质计丝号(直径)和双丝像质计丝对号。

  但在我国,双丝像质计的结构和作用还未被广泛认识,包括一些系统的高级射线检测人员。本文正是基于射线检测技术发展的情况和我国的现实情况,对双丝像质计的基本方面作一介绍,希望对推动我国的射线检测技术发展有些益处。

  2 双丝像质计的结构和主要技术要求

  双丝像质计的样式和主要尺寸如图1所示,基本结构包括:封装板、13个丝对、识别标志符号,各部分经粘结构成具有一定刚性的整体。金属丝的材质为铂和钨。各对丝的材质、直径和丝之间的间距等的要求,应符合表1规定。封装板包括上、下板,材料一般为硬塑料(或其他适当的低吸收材料板),下板厚度为1 mm左右。13个丝对放置在上、下板中间。一个丝对本身中的丝应相互平行,各丝对也应相互平行。其外形见图2,内部实际结构见图3。

  3 双丝像质计测定不清晰度原理的说明

  双丝像质计标准关于不清晰度测定规定,不清晰度值U按下式确定

  U= 2d(1)

  其中,d为图像上不能清晰区分为丝对中直径最大的丝对的丝直径值。或者,从表1直接查到该直径丝对对应的不清晰度。标准作出此规定所基于的原理是不清晰度对细节影像对比度的影响。在射线照相理论中给出,对于小的细节影像,不清晰度将影响对比度。其基本关系是

  式中 U—射线照相总的不清晰度

  W—细节影像的宽度,且W

  △D0—不清晰度为0时影像的对比度

  △D—不清晰度为U时影像的对比度

  以矩形截面缝细节为例,假设不清晰度曲线为直线形式,当不清晰度具有不同的值时,矩形截面缝细节影像的对比度也将具有不同的值,而且影像的宽度也将改变。图4给出了不清晰度为不同值时的结果,对于非直线的不清晰度曲线,将得到同样的结果,只不过会变得复杂一些。实际上可以用高等数学处理这个问题。

  可见,当存在不清晰度时,一方面将使细节影像的对比度降低,另一方面将使细节影像的宽度增加。由于这种结果,对于同样的、间距等于细节本身宽度的二个细节影像,当不清晰度值等于细节影像的2倍时,将恰使二个细节影像模糊成一个影像。图5给出了直观、具体的说明。正是由于这个原因,在双丝像质计的标准中才规定,在采用双丝像质计测量不清晰度时,不清晰度值等于不能分辨的丝对中直径最大的丝的直径的2倍。

  4 双丝像质计与线对卡的关系

  国内和国外的一些射线实时成像检测技术标准,也规定了采用线对卡测定系统的空间分辨力(或图像不清晰度)。为了理解双丝像质计与线对卡应用的关系,需要清楚线对卡的基本结构。

  有多种设计的线对卡,比较典型的是图6和图7给出的设计。无论哪种设计的线对卡,其基本结构都是由高密度材料(常用铅箔)的栅条和间距形成占空比为1:1的线对图样,密封在低密度材料(常用透明塑料薄板)中构成。塑料厚度约1 mm,铅箔厚度等于最窄栅条的宽度。测定时刚刚不能区分为条和空所对应的线对值即为测得的分辨力值。如果条宽为d(mm),则对应的线对值P为

  图6所示的楔形线对卡使用方便,可直接读出分辨力值,但测定值不会很精确。图7所示的矩形线对卡,应按线对上方的方块标记数出刚刚不能区分线对的顺序位置,然后查表得到相应的分辨力值,测定值比较精确。采用线对卡测定的线对值P与采用双丝像质计测定的不清晰度值U(单位用:mm)的关系如下

  两者的差别是,由于线对卡栅条的高密度材料(常用铅箔)很薄,通常为0.05 mm,因此,简单说,它适用于测定系统本身的空间分辨力(这时测定的X射线管电压一般为40 kV左右)。对于实际检验过程,线对卡栅条的对比度将受到工件厚度的较大影响,因此,这时应采用双丝像质计进行测定。即,双丝像质计不仅可用于测定系统本身的空间分辨力,而且也适用于测定实际检测过程图像的不清晰度。而线对卡,原则上只适用于测定系统本身的空间分辨力。但对厚度较小的轻金属材料工件,线对卡也可以测定实际检测过程图像的不清晰度。

  参考文献:

  [1] BS 3971:1980 Image quality indicators for industrialradiography

  [2] EN 462-5:1996 Non-destructive testing-Image quali-ty of radiographs Part5:Image quality indicators (du-plex wire type) determination of image unsharpnessvalue

  [3] ASTM E2002-98 Standard Practice for DeterminingTotal Image Unshapness in Radiolagy

  [ 4] ISO 19232-5: 2004 Non-destructive testing-Imagequality of radiographs Part5: Image quality indica-tors (duplex wire type) determination of image un-sharpness value

  [5] GB 17925-1999气瓶对接焊缝X射线实时成像检测

  [6] GB/T 19233-2003对接焊缝X射线实时成像检测法

  [7] ASTM E 1000-98(2003) Guides for Radioscopy

  [8] ASTM E 1255-96(2002) Practices for Radioscopy

  [9] ASTM E 1411-01 Practices for Qualification of Radio-scopic Systems

  [10] ASTM E 1416-04 Test Methods for Radioscopic Ex-amination of Weldments

  [11] ASTM E 1647-03 Practices for Determining ContrastSensitivity in Radioscopy

  [12] ASTM E 1734-04 Practices for Radioscopic Examina-tion of Castings

  [13] EN 13068-1:2000 Non-destructive testing-Radio-scopic testing-Part 1: Quantitative measurement ofimaging properties

  [14] EN 13068-2:2000 Non-destructive testing-Radio-scopic testing-Part 2: Check of long term stabilityof imaging devices

  [15] EN 13068-3:2001 Non-destructive testing-Radio-scopic testing-Part 3: General principles of radio-scopic testing of metallic materials by X -and gammarays

  [16] EN 14784-2:2005 Non-destructive testing-Industrialcomputed radiography with storage phosphor imag-ing-Part 2: General principles for testing of metallicmaterials using X-rays and gamma rays

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