Page 91 - 无损检测2021年第十期
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吕贵田, 等:
电力系统的冷阴极 X 射线管数字成像检测
有锋利的边角, 或者顶端可以增强场发射电流, 并通 冷阴极 X 射线管频率恒定, 可稳定发射 X 射线, 更
过外部施加强电场来抑制表面的势垒 [ 4 ] , 在强电场 加适合数字 X 射线成像系统, 可以得到更加均匀清
的作用力下, 阴极材料表面的电子射入真空管中, 同 晰的成像结果。随着数字 X 射线成像系统的普遍
时阳极部位的锥形针状结构有利于减小发射面积, 应用, 冷阴极 X 射线管在射线检测领域具有更好的
以达到尽可能小的焦点, 从而发出强度更高的 X 射 应用前景。
线。 1.3 数字 X 射线成像原理
1.2 冷阴极与热阴极 X 射线管的差异 目前应用于现场检测的数字射线成像系统主
热阴极 X 射线使用的阴极材料通常是钨丝, 需 要是非晶硅数字阵列结构。非晶硅结构成像原理
要高温加热到上千度, 才能发射电子撞击阳极靶, 这 是当 X 射线撞击阵列板表面的闪烁层时, 该闪烁
与冷阴极 X 射线场致发射的工作原理存在差异, 也 层发出光电子, 光电子被硅光电二极管阵列采集
使得二者在实际操作、 检测范围、 使用寿命、 成像效 并将其转化成电荷, 再将这些电荷转换为每个像
率、 成像质量等方面存在许多不同。二者差异具体 素的数字值。光电信号由扫描控制器读取, 将其
如下所述。 转换为数字信号, 经数据处理后, 获得在显示器上
( 1 ) 热阴极 X 射线管在检测前需要对灯丝进行 显示的数字化图像。
预热, 且在长时间拍摄时, 为防止高温灯丝烧坏, 需 数字阵列成像系统的技术特点是: ① 取代胶
要进行冷却散热。冷阴极 X 射线管工作原理为场 片, 减少环境污染, 可实时成像; ② 检测效率高, 容
致发射, 不需要预热, 响应速度快, 可直接拍摄, 且长 易实现自动化; ③ 图像灵敏度高( 动态范围、 对比
度、 宽容度等); ④ 数字图像的处理、 交互性、 存储
时间拍摄不需要冷却散热。
( 2 )冷阴极 X射线管使用的碳纳米管具有很高 性、 便利性更好; ⑤ 所需射线剂量小, 辐射少。
[ 5 ]
的发射电流密度 , 场发射电子初始发射方向一致, 2 冷阴极 X 射线管数字成像系统在电力系
且可以控制在非常小的区域, 具有更小的焦点、 更高
统的应用
的分辨率和清晰度。热阴极 X 射线管如果要达到一
电力系统中的管道、 容器类型较多, 检测对象的
定的发射电流, 灯丝就不能太细, 焦点也就不会太小。
公称厚度从几毫米到一百多毫米不等, 在实际检测
( 3 )热阴极 X 射线管( 见图 3 ) 中, 电子的大部
中存在操作空间受限、 常规热阴极 X 射线机透照范
分动能转换为热能散发出去, 能量转换效率低, 需要
有更多的曝光量来获得 X 射线, 辐射量大; 而冷阴 围有限、 短距离射线交叉作业等问题, 因此体积小、
便携的冷阴极 X 射线数字成像检测技术成为新的
极 X 射线管的能量转换效率高, 可以用较低的曝光
检测手段。
量来获得相同强度的 X 射线, 辐射量小。
冷阴极 X射线管数字成像系统中设备有: TXR-
C1R180P-01型冷阴极 X 射线机、 CareView750Cw
型数字 成 像 板、 计 算 机、 成 像 分 析 软 件 Anal y sis
V2.0和拍摄 控 制 软 件 View V1.0 。数 字 成 像 板
CareView750Cw 的动态范围为16bit 。图像处理软
件常用功能有测量工具、 计算分析工具、 图像处理工
具、 优化功能、 图像支持等。
目前型号为 TXR-C1R180P-01的冷阴极 X 射线
图3 热阴极 X 射线二极管结构示意 机的最大电压为180kV , 脉冲电流为1mA , 脉冲时
间为1s , 经试验测试, 该射线机对钢材的穿透厚度可
( 4 )冷阴极 X射线管的碳纳米管结构稳定, 可以
达28mm 左右, 满足成像图片质量要求的穿透厚度
长时间工作, 比热阴极 X射线管的使用寿命更长。
在20mm 左右, 可用于公称厚度小于 10mm 小径
( 5 )冷阴极 X 射线管不需要加热, 可以安装在
管的双壁透照检测, 或公称厚度小于20mm 工件的
便携式、 低能耗的移动 X 射线成像设备中, 便于现
单壁透照, 大壁厚工件是目前冷阴极 X 射线所不能
场或野外应用。
穿透的。在既满足射线检测要求, 又能短时间、 高效
( 6 )热阴极 X 射线管的工作频率存在波动, 而
率地获得检测结果, 还能辐射低, 不影响周边其他工
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2021年 第43卷 第10期
无损检测
