第十二讲 射线照相检验中的计算问题.pdf

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1、射线检测 基础讲座 第十二讲 射线照相检验中的计算问题 郑世才 (新立机器厂,北京 100039) CALCULATI ON IN RAD I OGRAPHY Zheng Shicai (XinliM achinery Plant, Beijing) 1 概述 在射线照相检验的培训教材中,所设计的计算 问题大致可归纳为以下几类: (1)基本理论和概念计算 包括射线衰减规律 计算、 放射性衰变规律计算和求散射比(综合性题) 的计算。 (2)曝光量计算 包括由曝光因子直接求曝光 量或曝光时间、 由曝光因子结合胶片感光特性曲线 求曝光量或曝光时间、 由曝光因子结合放射性衰变 规律求曝光量或曝光时间和

2、由曝光量波动结合胶片 感光特性曲线作曝光量或曝光时间修正。 (3)影象质量问题计算 包括求黑度、 灵敏度、 对比度、 缺陷尺寸以及影象对比度比的计算。 (4)胶片感光特性曲线与曝光曲线结合计算 包括求增感系数、 胶片感光特性曲线的梯度、 感光速 度和阶梯透照的厚度与黑度的计算。 (5)透照布置计算 包括求几何不清晰度、 焦 距最小值、100%透检时最少拍片张数或一次透照有 效长度以及椭圆成象的平移距离和有效检验长度的 计算。 (6)辐射防护简单计算 包括求外照射的防护 距离、 时间和屏蔽厚度以及简单辐射防护设计中的 屏蔽厚度的计算。 2 例题 显然, 级人员应能进行综合性计算,下面给出 一些例

3、题。 【例1】用X射 线 机 透 照 一 铸 件,焦 距 为 500mm ,管电流5mA ,曝光时间4m in,底片黑度 1. 0。 现改用750mm的焦距,管电流15mA ,为使底 片黑度达到1. 5,求这时曝光时间应为多少 ? ( 胶片 特性曲线上黑度1. 0对应的lgH= 1. 8,黑度1. 5对 应的lgH= 2. 1) 解:记D0= 1. 0,i0= 5mA ,t0= 4m in,F0= 500mm , lgH0= 1. 8,D= 1. 5,i= 15mA ,F= 750mm , lgH= 2. 1。设t为改变透照条件后的曝光 时间。 因为lgH-lgH0= 2. 1 -1. 8 =

4、 0. 3 所以 H H0 = 100. 3= 2 故 it F 2= i0t0 F 2 0 2 所以t= 2i0t0F 2 iF 2 0 = 6m in 【例2】用192Ir射线源透照1. 2m直径的环焊 缝,曝光时间为24m in,若在透照1. 2m直径的容器 焊缝后30d再透照直径为1. 5m的容器焊缝,问应 选用多长的曝光时间? 解:记A0为源的初始放射性活度,A为30d后 源的放射性活度,R0= 1. 2?2 m ,R= 1. 5?2 m ,t0= 24m in,t= 30d,T为源的半衰期,T= 74d。设n是 30d所相应的半衰期个数,t为30d 后透照容器焊缝 所需的曝光时间。

5、 由 At R 2 = A0t0 R 2 0 得t= A0t0R 2 AR 2 0 因A= 1 2 n A0 又t=nT 故n= 30 74 = 0. 405 665 第22卷第12期 2000年12月 无损检测 NDT Vol . 22 No. 12 Dec. 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 A= 1 2 0. 405 A0= 0. 755A0 所以 t= 241. 52A0 1. 220. 755A0 = 49. 7m

6、in 也可利用射线指数衰减律求解。 【例3】用X射线透照工件,无增感时曝光 12m in得底片黑度为2. 0,增感时曝光2m in得底片 黑度为1. 5,胶片特性曲线在黑度为1. 23. 8范围 内的平均梯度为3. 5,求增感屏在黑度为1. 5时的 增感系数。 解:记增感系数为k,透照时管电流为i,无增感 时的曝光时间为t。 因为D=GlgH+C 在相同的透照电压和焦距下有 H=m E (m为一比例系数) 所以有2. 0 = 3. 5lg(m12i ) + C 1. 5 = 3. 5lg(mit ) + C 可得0. 5 = 3. 5lg 12 t t= 12 10 (0. 5 ? 3. 5)

7、 = 8. 6m in 所以k= 8. 6 2 = 4. 3 【例4】用X射线透照两块厚度分别为T1= 15mm ,T2= 18mm的板,若射线的线衰减系数不随 透照厚度改变,T1厚度板的散射比为1. 4,两厚度板 的曝光量比为2. 4,射线的半值层为1. 5mm ,求两厚 度板散射线强度比。 解:记射线的半值层H= 1. 5mm ,两种厚度板 的散射比分别为n1和n2,曝光量分别为E1和E2,入 射线强度都为I0,透射线强度分别为I1和I2,透射 的一次射线强度分别为ID1和ID2,透射的散射线强 度分别为IS1和IS2。 因为I1=ID1+IS1=IS11 + 1 n1 I2=ID2+IS

8、2=IS21 + 1 n2 所以 IS1 IS2 = I1 (1 + n2)n1 I2 (1 + n1)n2 又E1=i1t E2=i2t 而曝光量又与射线强度成正比,所以 E1 E2 = I1 I2 = 2. 4 从I1=ID1+IS1,I2=ID2+IS2 得I1=I0e- T1 (1 + n1 ), I2=I0e- T2 (1 + n2) I1 I2 = 1 +n1 1 +n2e -(T1-T2) 又= ln2 H 故 1 +n2 1 +n1 = I2 I1 e- (T1-T2) = 1. 67 所以n2= 3 IS1 IS2 = 1. 86 【例5】用一定射线进行透照,底片上最小可识

9、别0. 4mm直径的丝(其对比度 Dm in= 0. 02),如射 线透照的参数不变,只加强了对散射线的控制,这时 底片上最小可识别0. 2mm直径的丝(其 Dm in= 0. 03),求这时底片上0. 4mm直径的丝的对比度为 原对比度的几倍? 解:记原底片上d1= 0. 4mm时的对比度为 D1,即 Dm in1=D1= 0. 02,后来的底片上d1= 0. 4mm时的对比度为 D2,d2= 0. 2mm 时的对比度 为 Dm in2= 0. 03,n1和n2分别为两次透照的散射 比,G为射线胶片的梯度值。 因为D1= - 0. 434Gd1 1 +n1 D2= - 0. 434Gd1 1

10、 +n2 所以 D2 D1 = 1 +n1 1 +n2 又Dm in1= - 0. 434Gd1 1 +n1 Dm in2= - 0. 434Gd2 1 +n2 得 Dm in2 Dm in1 = (1 + n1)d2 (1 + n2)d1 故 D2 D1 = 1 +n1 1 +n2 = Dm in2d1 Dm in1d2 = 3 【例6】环 焊 缝 的 外 径 为600mm ,壁 厚 为 16mm ,采用射线源在外部的单壁法透照,若焦距为 1 000mm ,控制透照厚度比k为1. 1,求一次透照的 有效长度。 解:记横向裂纹检验角为 ,半照射角为 ,射线 源至焊缝的距离为f,一次透照的有效长

11、度为L。 因为壁厚T与外径D之比T?D= 16?600= 0. 027很小,所以近似有 cos= 1 k 得= 24. 6 因为sin= sin 1 + 2f D = 0. 097 26 765 郑世才:第十二讲 射线照相检验中的计算问题 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 所以= 5. 6 而L= D(-) 180 最后得到L= 199mm 【例7】X射线机的曝光曲线示于图1221,胶片 的感光特性曲线示于图1222。在此条件下透照阶梯 试块

12、(图1223),阶梯试块厚度TB= 12mm ,TA= 10mm。 若透照时底片上TB处的黑度为2. 0,求底片 上TA处的黑度DA为多少? 图1221 X射线机的曝光曲线 图1222 胶片特性曲线 图1223 阶梯透照符号标注示意图 解:记使TB区得到黑度DB= 2. 0时的曝光量 为EB,使TA区得到黑度DAA= 2. 0时的曝光量为 EA,曝光曲线中对应厚度为15和5mm的曝光量分 别为E2和E1,E2= 40mAm in,E1= 10mAm in, 胶片特性曲线中lgH3= 2. 15, lgH1. 5= 1. 78。 从胶片特性曲线函数关系 D=GlgH+C1 有DB=GlgHBB+

13、C1 DA=GlgHBA+C1 所以DA=DB+G (lg HBA-lgHBB) 从图1222可知 D3=GlgH3+C1 D1. 5=GlgH1. 5+C1 所以G= D3-D1. 5 lgH3-lgH1. 5 = 4. 05 对同一胶片如黑度相同时曝光量应相等,故有 HBB=HAA HBA HBB = HBA HAA 在相同的透照电压和焦距下透照,有 H=m E (m为一比例系数) 所以有 HBA HBB = HBA HAA = EB EA 即lgHBA-lgHBB= lgEB-lgEA 从曝光曲线函数关系 lgE=kT+C2 有lgEB=kTB+C2 lgEA=kTA+C2 所以lgEB

14、-lgEA=k(TB-TA) 从图1221可知 lgE2=kT2+C1 lgE1=kT1+C1 所以 k= lgE2-lgE1 T2-T1 = lg40 -lg10 15 -5 = 0. 060 2 最后得到 DA=DB+G (lg HBA-lgHBB ) = DB+G (lg EB-lgEA ) = DB+Gk(TB-TA ) = 2. 0 + 4. 050. 060 2(12 -10) = 2. 49 辐射防护计算是一个比较复杂的问题,简单的 外照射辐射防护计算一般包括: 确定辐照场的照 射量数据(确定辐射源的输出数据)。 确定应采用 的剂量当量限值。 按等式关系和衰减规律等计 算。下面给

15、出一些例题。 【例8】辐照场中工作人员所在处的剂量率H = 5010- 6Sv? h, 按照GB 4792- 84标准,为限制 随机效应,工作人员一周最多可工作多少小时? 解: GB 4792- 84规定,为了限制随机效应的发 生率,年剂量当量限值为50mSv,每年按照50周计 算工作时间,则每周的剂量当量限值应是1mSv。 记周剂量当量限值HW= 1mSv,每周可工作的 小时数为t。 因为H= 5010- 6Sv?h 所以t= HW H = 110- 3 5010- 6 = 20h 865 郑世才:第十二讲 射线照相检验中的计算问题 1995-2004 Tsinghua Tongfang O

16、ptical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 【例9】辐照场中距源 2m 处的剂量率是90 10- 6Sv? h, 若工作人员每周工作25h,按照GB 4792 - 84标准,工作人员与源的最小距离应为多少? 解:记H0= 9010- 6Sv? h, F0= 2m ,t= 25h, GB 4792- 84规定周剂量当量限值HW= 1mSv。 设F为工作人员至源的最小距离,H为工作人 员在距源最小距离处所接受的照射剂量率。 则H= HW t = 110- 3 25 = 4010- 6Sv?h 由于 H0 H =

17、F 2 F 2 0 所以F=F0 H0 H = 2 90 40 = 3m 【例10】一台最高管电压为250kV的X射线机 在 1m 处曝光量为1mAm in时产生的剂量是0. 02 Sv,探伤人员使用该机每周工作 5d,每天开机工作 4h,使用的管电流为5mA ,工作点距X射线机为 4m ,按照GB 4792- 84标准的规定,求防护一次射 线所需的混凝土墙的厚度。 解:记GB 4792- 84规定的周剂量当量限值 HW= 1mSv,探伤人员每周的工作负荷W= 54 605= 6 000mAm in,混凝土对250kV X射线的 半值层T0= 28mm ,X0= 0. 02Sv,F0= 1m

18、,F= 4m。 设H为探伤人员每周接受的剂量当量,T为所 需的混凝土防护墙厚度,n为T与T0之间的倍数。 由于H= X0W F 2 = 0. 026 000 42 = 7. 5Sv 又因为T=nT0 所以H= 2 n HW n= lg H HW lg2 = lg 7. 5 0. 001 lg2 = 12. 87 这样得到 T= 12. 87T0= 12. 8728 = 360. 4mm 若考虑两倍的安全系数,应再加一个半值层,即 T= 360. 4 +T0= 360. 4 + 28 = 388. 4mm 屏蔽计算也可以按照屏蔽材料的透射比进行, 这时需要有相应的X射线在混凝土中的减弱曲线, 可

19、参照本讲座第11讲中的图1122。例如,在本题中 所需的透射比为 K= HW H = 110- 3 7. 5 = 1. 310- 4 从图1122中的曲线得到宽束X射线所需的混凝土 防护墙厚度约为350mm。 参考文献(略) 收稿日期: 1999208210 (上接第550页) 15. 5,判为点渣;圆形度 15. 5,判为球状气孔,若 不满足则进行(2)。 ( 2)等效面积0. 1,是裂缝,若不满足则进 行(3)。 (3)等效链码方向象素分布N00. 8,判为未 焊透,若不满足则进行(4)。 (4)再判断长宽比,若5,是未熔合,若不满足 则进行(5)。 (5)剩下的归为条状夹渣。 图4的模式

20、识别结果为球状气孔,其主要参数 为:面 积2. 00mm 2, 周 长5. 47mm ,等 效 面 积 0. 37mm ,周长平方面积比14. 98,长径1. 83mm ,短 径1. 49mm ,长宽比1. 22,折算点数2,水平等效链 码0. 36,垂直等效链码0. 21,一三等效链码0. 27, 二四等效链码0. 16。 4. 4 缺陷定级 根据JB 4730- 94,将缺陷分为四个等级。射线 检测人员对条件进行判断,由计算机自动定级。 5 结论 本文探讨了用数字图象技术进行图象预处理、 缺陷自动识别的有关算法。软件在W indow s 98的 中文平台下用V isual Basic 6.

21、 0语言设计,使用方 便,实用性强。但是,缺陷提取速度和类型识别的准 确率仍有待提高。 参考文献 1 Castleman Kenneth R著,朱志刚,石定机,林学阎等译. 数字图象处理.北京:电子工业出版社, 1998. 146- 214 2 蔡 靖,杨晋生,丁润涛.模糊加权均值滤波器.中国图象 图形学报(A版), 2000, 5(1): 52- 55 3 龚 坚,李立源,陈维南.基于二维直方图Fisher线形分 割的图象分割方法.模式识别与人工智能, 1997, 10(1): 1 - 7 4 Reddi SS, Rudin SF, Keshavan HR. A n opti malmult

22、i2 ple threshold scheme for i mage segmentation.IEEE T rans, 1984, SM C214(4): 661- 665 5 Herbert Freeman. On the encoding of arbitrary geomet2 ric configurations .IEEE T rans Electronic Computer, 1961, EC210: 260- 268 收稿日期: 2000208207 965 郑世才:第十二讲 射线照相检验中的计算问题 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载