GBT 38240-2019 无损检测仪器 射线数字探测器阵列制造特征

书书书犐犆犛１９．１００犖７８!#$%&’’()*犌犅／犜３８２４０—２０１９!#$%&　’()*+$&,-./01犖狅狀犱犲狊狋狉狌犮狋犻狏犲狋犲狊狋犻狀犵犻狀狊狋狉狌犿犲狀狋狊—犛狋犪狀犱犪狉犱狆狉犪犮狋犻犮犲犳狅狉犿犪狀狌犳犪犮狋狌狉犻狀犵犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狕犪狋犻狅狀狅犳犱犻犵犻狋犪犾犱犲狋犲犮狋狅狉犪狉狉犪狔狊２０１９１０１８23２０２００５０１45’(+,-./012!’’()*3/045623书书书目　　次前言Ⅲ…………………………………………………………………………………………………………１　范围１………………………………………………………………………………………………………２　规范性引用文件１…………………………………………………………………………………………３　术语和定义１………………………………………………………………………………………………４　意义和用途３………………………………………………………………………………………………５　仪器与器件４………………………………………………………………………………………………６　校正对比和标准操作６……………………………………………………………………………………７　方法７………………………………………………………………………………………………………８　结果计算或分析１０…………………………………………………………………………………………９　制造商测试结果的显示１９…………………………………………………………………………………１０　数字探测器阵列的分类２１………………………………………………………………………………１１　精度与偏差２１……………………………………………………………………………………………１２　关键词２１…………………………………………………………………………………………………附录Ａ（规范性附录）　输入与输出数据模板２２……………………………………………………………参考文献２５……………………………………………………………………………………………………Ⅰ犌犅／犜３８２４０—２０１９前　　言　　本标准按照ＧＢ／Ｔ１．１—２００９给出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国试验机标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ１２２）归口。本标准起草单位：中国工程物理研究院应用电子学研究所、上海奕瑞光电子科技有限公司、山东省特种设备研究院济宁分院。本标准主要起草人：陈浩、王远、陈云斌、胡栋材、邱承彬、方志强、邱敏、金利波、黄凌端、申德峰。Ⅲ犌犅／犜３８２４０—２０１９无损检测仪器　射线数字探测器阵列制造特征１　范围本标准规定了射线数字探测器的仪器与器件、校正对比和标准操作、检测方法、结果计算及分析等内容。本标准适用于数字面阵列探测器。２　规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ＡＳＴＭＥ１７４２　射线照相检验规程（Ｓｔａｎｄａｒｄｐｒａｃｔｉｃｅｆｏｒｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｃｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ）ＡＳＴＭＥ１８１５　用于工业辐射照相底片系统分类标准测试方法（Ｓｔａｎｄａｒｄｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｉｌｍｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）ＡＳＴＭＥ２００２　放射学中测定总图像不清晰度的标准规程（Ｓｔａｎｄａｒｄｐｒａｃｔｉｃｅｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｏｔａｌｉｍａｇｅｕｎｓｈａｒｐｎｅｓｓａｎｄｂａｓｉｃｓｐａｔｉａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｎｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙａｎｄｒａｄｉｏｓｃｏｐｙ）ＡＳＴＭＥ２４４６　计算辐射照相系统的长期稳定性（Ｓｔａｎｄａｒｄｐｒａｃｔｉｃｅｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｕｔｅｄｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙｓｙｓｔｅｍｓ）３　术语和定义下列术语和定义适用于本文件。３．１　数字探测器阵列系统　犱犻犵犻狋犪犾犱犲狋犲犮狋犲狉犪狉狉犪狔（犇犇犃）狊狔狊狋犲犿将电离辐射或穿透辐射转化为模拟信号的离散阵列的电子装置。然后将这些数字化的模拟信号传输到计算机，并按照与计算机驱动方法的输入区域相对应的辐射能谱数字图像形式显示。　　注：电离辐射或穿透辐射转化为电子信号的首要步骤是通过使用闪烁材料电离辐射或穿透辐射转化为可见光。这些装置的速度范围，从若干秒生成一幅图像，直到一秒生成若干幅图像，最快达到或超过实时射线透视的速度（通常为３０帧／ｓ）。３．２　信噪比　狊犻犵狀犪犾狋狅狀狅犻狊犲狉犪狋犻狅；犛犖犚信号强度的平均值与噪声强度的标准偏差之比，取决于辐射剂量和数字探测器阵列系统的性能。３．３　对比度噪声比　犮狅狀狋狉犪狊狋狋狅狀狅犻狊犲狉犪狋犻狅；犆犖犚两个图像区域平均信号电平差与信号电平的标准偏差之比。　　注：在这里的应用中，上述的两个图像区域分别为阶梯楔槽和基材。基材强度的标准偏差是噪声的衡量标准。ＣＮＲ取决于辐射剂量和数字探测器阵列系统的性能。１犌犅／犜３８２４０—２０１９３．４像元空间分辨率　犫犪狊犻犮狊狆犪狋犻犪犾狉犲狊狅犾狌狋犻狅狀；犛犚犫数字探测器阵列可以分辨到的最小几何细节。　　注：像元空间分辨率与有效像素尺寸相类似。３．５探测器信噪比归一化　犱犲狋犲犮狋狅狉狊犻犵狀犪犾狋狅狀狅犻狊犲狉犪狋犻狅狀狅狉犿犪犾犻狕犲犱；犱犛犖犚狀对信噪比进行标准化以用于计算像元空间分辨率（ＳＲｂ）。　　注：像元空间分辨率（ＳＲｂ）是直接由探测器测量所得。在测量过程中除了射束路径中的光束滤波片外不使用其他任何物体。３．６内部散射辐射　犻狀狋犲狉狀犪犾狊犮犪狋狋犲狉狉犪犱犻犪狋犻狅狀；犐犛犚探测器内部的散射辐射。３．７效率　犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔ｄＳＮＲｎ除以剂量（单位为ｍＧｙ）的平方根，用来衡量探测器在不同的光束能量和质量条件下的响应。３．８最大对比灵敏度　犪犮犺犻犲狏犪犫犾犲犮狅狀狋狉犪狊狋狊犲狀狊犻狋犻狏犻狋狔；犆犛犪使用在散射条件下响应极低的标准样品和Ｘ射线技术可能得到的最优对比灵敏度。３．９特定材料厚度范围　狊狆犲犮犻犳犻犮犿犪狋犲狉犻犪犾狋犺犻犮犽狀犲狊狊狉犪狀犵犲；犛犕犜犚可以得到特定的图像质量的材料厚度范围。　　注：在应用中，数字探测器阵列的壁厚范围内厚度较小的壁仅能得到数字探测器阵列最大灰度值的８０％，而厚度较大的壁则可以实现１３０∶１的信噪比值和２％的对比灵敏度，或者是２５０∶１的信噪比值和１％的对比灵敏度。注意的是，１３０∶１和２５０∶１的信噪比值并不一定意味着可以实现２％和１％的对比灵敏度，这两个值仅仅为了便于说明中等图像质量和优良图像质量。３．１０残影　犾犪犵曝光完成后不久，数字探测器阵列系统里的信号残留。３．１１过曝光损伤　犫狌狉狀犻狀闪烁体增益变化，其范围超过曝光范围。３．１２全程残影首帧　犵犾狅犫犪犾犾犪犵１狊狋犳狉犪犿犲在Ｘ射线完全关闭条件下，首帧数字探测器阵列图像的平均信号值与Ｘ射线完全开启条件下图像的平均信号值之间的比值。　　注：该参数可用于表示在数据获取过程中所需要使用的积分时间。３．１３全程残影１狊　犵犾狅犫犪犾犾犪犵１狊犲犮在１ｓ集成时间内的全程残影首帧（３．１２）预计值。３．１４全程残影６０狊　犵犾狅犫犪犾犾犪犵６０狊犲犮在Ｘ射线完全关闭６０ｓ后，数字探测器阵列图像的平均灰度值与在Ｘ射线完全开启条件下图像的２犌犅／犜３８２４０—２０１９平均灰度值之间的比值。３．１５坏像素点　犫犪犱狆犻狓犲犾性能超出数字探测器阵列系统对像素规定指标范围的像素点（见６．２）。３．１６阶梯型楔块　狊狋犲狆狑犲犱犵犲单个金属合金质地的阶梯块。　　注：其厚度范围根据５．２确定。３．１７数字探测器阵列偏置图像　犇犇犃狅犳犳狊犲狋犻犿犪犵犲在没有检测件的情况下获得的数字探测器阵列图像，在该图像中包括所有像素点的背景信号。３．１８数字探测器阵列增益图像　犇犇犃犵犪犻狀犻犿犪犵犲在没有检测件的情况下获得的数字探测器阵列图像，用于校准对比数字探测器阵列像素点响应。３．１９校正　犮犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀Ｘ射线束、闪烁体与读数结构中部分或完全任意响应的不均一性，以及偏置信号的修正。３．２０灰度值　犵狉犪狔狏犪犾狌犲数字探测器阵列图像上的一个像素的数值。　　注：通常条件下，也可称为像素值、探测器响应、模拟数字单位和探测器信号。３．２１像素点值　狆犻狓犲犾狏犪犾狌犲数字探测器阵列图像上的一个像素数值。３．２２饱和灰度值　狊犪狋狌狉犪狋犻狅狀犵狉犪狔狏犪犾狌犲经过偏置修正后，数字探测器阵列最大可能灰度值。３．２３集群　犮犾狌狊狋犲狉多个像素按照一定的排列规律聚集或组合在一起。３．２４坏像素点集群　犮犾狌狊狋犲狉狅犳犫犪犱狆犻狓犲犾两个或两个以上的相连（像素点一边或一角相连）坏像素点。４　意义和用途４．１　本标准提供了一种在通常技术测量条件下比较数字探测器阵列的方式。利用这种方式，在实践中，即使使用完全不同的数字探测器阵列，只要经过适当调整，包括采用适当的几何放大或其他工业辐射设置方法对装置的缺陷进行补偿，也可以获得同样的结果。４．２　用户应掌握并理解本标准中所有定义及相应的性能参数，这样才能针对特定应用目标，正确使用３犌犅／犜３８２４０—２０１９操作设备。４．３　针对每台数字探测器阵列，都应对下列参数加以评估：像元空间分辨率（ＳＲｂ）、在１ｍＧｙ和不同能量以及光束质量条件下的效率［探测器ＳＮＲ标准化（ｄＳＮＲｎ）］，特定材料厚度范围（ＳＭＴＲ）、图像残影、过曝光损伤（ｂｕｒｎｉｎ）、坏像素点和内部散射辐射（ＩＳＲ）。５　仪器与器件５．１　用于像元空间分辨率（犛犚犫）的双线像质计双线像质计根据ＡＳＴＭＥ２００２相关要求设计，用于测量ＳＲｂ和不清晰度。５．２　阶梯楔块像质计如图１所示，楔块有６个阶梯。楔块可以通过内置屏蔽防止Ｘ射线散射和削弱。如果没有内置屏蔽，可以将阶梯楔块安装到一个铅制的支架中。然后将铅制支架沿阶梯楔块的四周延长２５．４ｍｍ，使其超出支架。铅制支架的边缘要与阶梯楔块的边缘有一定的重叠（重叠宽度不超过６ｍｍ），这样就可以大幅度降低Ｘ射线从阶梯楔块下方泄漏的数量，而这种泄漏会对每一步骤获取的数据都会产生污染。阶梯楔块由３种不同的材料制成，包括Ａｌ６０６０１（铝）、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ（钛）和Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８（因科镍合金７１８），在每个步进梯级中都有一个中心槽，如图１所示。用于不同材料的楔块的三维尺寸见表１。图１　阶梯楔示意图４犌犅／犜３８２４０—２０１９表１　本标准中使用３种不同材料作为图像质量指示器时阶梯楔的尺寸材料单位ＡＢ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｂ５Ｂ６ＣＤＥ阶梯楔（Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８）ｍｍ３５．０１．２５２．５５．０７．５１０．０１２．５１７５７０３５公差μｍ±２００±２５±２５±３８±３８±３８±３８±２００±２００±２００５％中心槽μｍ６３１２５２５０３７５５００６２５公差μｍ±１０±１０±１０±１０±１０±１０材料单位ＡＢ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｂ５Ｂ６ＣＤＥ阶梯楔（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）ｍｍ３５２．５５．０７．５１０．０２０．０３０．０１７５．０７０．０３５．０公差μｍ±２００±５０±５０±５０±５０±５０±５０±２００±２００±２００５％中心槽μｍ１２５２５０３７５５００１０００１５００公差μｍ±１０±１０±１０±１０±１０±１０材料单位ＡＢ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｂ５Ｂ６ＣＤＥ阶梯楔（Ａｌ６０６０１）ｍｍ３５．０１０．０２０．０４０．０６０．０８０．０１００．０１７５．０７０．０３５．０公差μｍ±２００±１００±１００±３００±３００±３００±３００±２００±２００±２００５％中心槽μｍ５００１０００２０００３０００４０００５０００公差μｍ±１３±２５±５０±５０±５０±５０５．３　用于测量数字探测器阵列效率的滤波片以下所列为用于获取不同光束质量的滤波片厚度ａ）～ｇ）和合金材质ｈ）。这些滤波片应安装于光束的输出位置。滤波片厚度的误差范围为±０．１ｍｍ：ａ）