专利名称：检测器组件和检查系统的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及检测器系统，并且更具体地说，涉及一种小面积、 轻量、无线检测器系统，所述无线检测器系统被构造用来产生、处理和
传送数字x射线图像以用于无损检测(NDT) (Non—destructive testing)应用。
背景技术：
已知各种检测器系统，并被用于不同的应用。例如，在NDT应用 中采用x射线检测系统，用来在没有任何产品破坏的情况下检测产品结 构裂缝和外来物体污染。不幸的是，在许多NDT应用中，这样的系统 不能被使用，这是因为检测器尺寸大，重量重和需要其它的组件例如重 型电功率和易毁的电缆。此外， 一些应用例如航空宇宙、石油和天然气 工业需要可携带的、轻量的检测器系统，所述检测器系统能够被操作用 于严格的访问定位。
在一些系统中，采用大面积的检测器以用来在设备局部或存储卡上 存储所需要的随后被检索的图像数据。然而，这样的设备限于采集模式， 在这些采集模式中，这样的设备可以操作但不能与其它数据网络联系或 控制其它设备例如x射线源。 一些其它系统采用电池供电的检测器，但 仅通过导线传送数据。然而，这样的检测器典型地具有基本软件应用程 序，这些应用程序仅控制检测器并且不能连接到NDT工作流程。此外， 这样的检测器不能控制x射线源或将图像准备成标准NDT图像格式。
因此，希望开发一种用于无损检测(NDT)应用的检测器系统，其 具有减小的重量和尺寸。开发这样一种无线检测器系统也是有利的，其 具有实时传送静态x射线图像的能力，并构造成用于广泛的NDT应用。
发明内容
简要地，依据一个实施例提供一种检测器组件。该检测器组件包括 可配置的x射线检测器，具有不大于10.2厘米(cm) X10.2厘米(cm)
的面积；嵌入控制器，耦合到可配置的x射线检测器并被构造以用来控 制可配置的x射线检测器和格式化来自可配置的x射线检测器的图像数 据用于无线传输；无线传输设备，被构造用来无线传输图像数据到用户 接口设备；和储能设备，被构造用来提供电功率给可配置的x射线检测 器、无线传输设备和嵌入控制器。
在另一个实施例中，提供一种检测器组件。该检测器组件包括可配 置的x射线检测器；和嵌入控制器，耦合到可配置的x射线检测器并被 构造用来控制检测器和格式化来自可配置的x射线检测器的图像数据用 于无线传输。该检测器组件还包括无线传输设备，被构造用来无线传输 图像数据到用户接口设备；和储能设备，被构造用来提供电功率给可配 置的x射线检测器、无线传输设备和嵌入控制器。该检测器组件的重量 小于或等于2.27kg。
在另一个实施例中，提供一种检查系统。该检查系统包括被构造用 来获得对应于物体的图像数据的检测器组件。该检测器组件包括可配 置的x射线检测器，具有不大于10.2cmX10.2cm的面积；嵌入控制器， 耦合到可配置的x射线检测器并被构造以用来控制可配置的x射线检测 器和格式化来自可配置的x射线检测器的图像数据用于无线传输；无线 传输设备，被构造用来无线传输图像数据；和储能设备，被构造用来提 供电功率给可配置的x射线检测器、无线传输设备和嵌入控制器；和用 户接口设备，被构造用来经过无线传输设备接收来自可配置的x射线检 测器的图像数据并以预定格式存储图像数据以用于无损检测(NDT)应 用。
当结合附图阅读下面的具体描述时，将更好地理解本发明的这些和 其它特征、方面和优点，整个附图中相同的符号表示相同的部件，其中
附图1是依据本发明技术示范性实施例的NDT的x射线检测系统 的图表说明。
附图2是附图1的NDT的x射线检测系统的典型软件体系的图表 说明。
附图3是附图2的NDT的x射线检测系统的软件体系组成部分的
图表说明。
附图4是由采用两个典型闪烁器的典型互补金属氧化物半导体 (CMOS)检测器获得的数量的图解说明。
附图5是装配有两个典型闪烁器的CMOS检测器的信噪比(SNR) 的图解说明。
附图6是采用具有两个闪烁器的CMOS检测器取得的调制传递函数 (MTF)的图解说明。
具体实施例方式
如下的详细讨论，本发明技术的实施例用于提供一种小面积的、无 线检测器组件，其被构造用来产生、处理和传送数字x射线图像，用于 在工业应用程序例如航空宇宙、石油和天然气工业中采用的用于检测产 品结构裂缝和异物污染的无损检测(NDT)应用。现在参考附图，附图 1示出了通过检测器组件14检测物体12的NDT的x射线检测系统10。 待检物体12被放置在x射线源16和检测器组件14之间。在运行中，x 射线源16向待检物体12传送x射线。此外，检测器组件14基于x射 线源16入射其上的辐射线产生对应于待检物体12的图像数据。在示意 性实施例中，提供一用户接口设备18并构造用来接收来自检测器组件14 的图像数据以在NDT应用中使用。在一个实施例中，用户接口设备18 包括便携式电脑。
检测器组件14包括可配置的x射线检测器20，用来产生对应于待 检物体12的图像。在这个典型实施例中，可配置的x射线检测器20包 括小面积的检测器，其具有不大于10.2厘米(cm) X10.2厘米(cm) 的面积。此外，可配置的x射线检测器20的图像分辨率大约为lkXlk 个像素，像素尺寸为大约50微米至大约100微米。在一些实施例中， 检测器组件14的重量小于或等于大约2.27kg。在一个实施例中，可配 置的x射线检测器20包括互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器。
依据特定的实施例，可配置的x射线检测器20包括闪烁器材料，选 择所述闪烁器材料以使图像所需的剂量最小化。例如，高分辨率闪烁器 材料例如Min R Med可以被用于更高剂量。闪烁器材料的示例包括但不 限于氧硫化钆(GOS)，碘化铯(Csl)和光导纤维闪烁器。依据更特定
的实施例，可配置的x射线检测器20的特征在于可基于所需要的应用 来选择闪烁器像素尺寸和间距，从而使它们可用于更广范围的NDT应 用。依据特定的实施例，用户接口设备18包括便于实时交互式控制可 配置的x射线检测器20和x射线源16的软件。
在举例说明的实施例中，检测器组件14包括嵌入控制器22，其耦 合到可配置的x射线检测器20并构造成用来控制可配置的x射线检测 器20。在这个典型实施例中，嵌入控制器22基于PC/104平台。可配置 的x射线检测器20通过通用串行总线(USB)或以太网、或帧接收器 与嵌入控制器22通信。但是，可以设想其它种类的通信协议。在这个 实施例中，嵌入控制器22被构造成格式化来自可配置的x射线检测器20 的图像数据以用于无线传输。来自嵌入控制器22的格式化的图像数据 通过无线传输设备24被无线传输到用户接口设备18。在这个典型实施 例中，无线传输设备24包括802.11的pre—N无线协议，所述pre—N 无线协议被构造成在大约30.48米(m)的范围内无线传输图像数据到 用户接口设备18。然而，其它商业上可获得的无线协议可被采用作为无 线传输设备24。
此外，检测器组件14包括储能设备26，用来为可配置的x射线检 测器20和嵌入控制器22提供电功率。在一个实例中，储能设备26包 括充电电池，其具有的尺寸小于大约2.54cmX8.89cmX8.89cm并且具 有至少30分钟的工作时间。对于这个实例，充电电池具有大约2安培 (A)的最大放电容量并且能够产生大约14.4伏(V)电压。检测器组 件14和用户接口设备18包括软件体系结构，以便于图像数据的生成和 处理，将在下面结合附图2和3对其进行描述。
附图2是附图1的NDT的x射线检测系统10的典型软件体系结构 30的图解说明。检测器组件14的结构组成部分包括检测器硬件接口 32 与检测器软件和应用程序接口 (API) 34。在所述的实施例中，检测器 硬件接口 32经过硬件电缆36被耦合到可配置的x射线检测器20。检测 器软件和API34便于控制可配置的x射线检测器20并被构造成格式化 来自可配置的x射线检测器20的图像数据以便无线传输到用户接口设 备18。在所述的实施例中，来自检测器组件14的图像数据经过无线以太网 接口 38被传送到用户接口设备18。特别是，来自检测器软件和API34 的数据被传送到核心命令和控制软件层40和应用程序API42，用于处理 从检测器组件14接收到的图像数据。核心命令和控制软件层40包括多 个软件模块以便于处理图像数据和控制检测器组件14。下面将结合附图 3详细讨论这种模块的细节。
此外，用户接口设备结构的组成部分还包括采集应用程序44,其通 过软件TCP/IP接口 46与核心命令和控制软件层40和应用程序API42 通信。在这个实施例中，釆集应用程序44包括图形用户接口 (GUI), 所述图形用户接口 (GUI)被构造用来接收操作者的输入以设置和启动 与工作流程相关的各种任务。此外，GUI44包括用于系统操作者的多个 显示屏，用于采集所需的输入。此外，核心命令和控制软件层40可以 利用这样的输入来控制检测器组件14以及x射线源16 (见附图1)的 参数。
在所述的实施例中，核心命令和控制软件层40被构造用来以预定的 格式保存来自检测器组件14的图像数据。预定格式的实例包括tiff、 jpeg 等。依据特定的实施例，核心命令和控制软件层40被构造用来以 DICONDE格式保存来自检测器组件14的图像数据。有利地，通过以 DICONDE格式保存这样的图像，然后可以由NDT应用程序例如商业上 可从Lewistown, Pennsylvania的GE Inspection Technoligies获得的GE Rhythm Review应用程序分析图像。特别是，这样的图像数据通过任意 物理层(例如以太网)50的网络连接被传送到图像浏览系统48，用来 实时监控图像数据。随后，这样的图像数据可以被保存在存档系统52 中用于将来的使用。在这个典型实施例中，图像浏览系统48包括商业 上可获得的GE Rhythm Review应用程序。但是，可以设想其它类型的 图像浏览系统。
附图3是附图2的NDT的x射线检测系统的软件体系结构30的组 成部分60的图解说明。如先前的描述，NDT的x射线检测系统包括检 测器组件14。还提供用户接口设备18。通过检测器组件14获得的图像 数据经过无线以太网38被无线传输到用户接口设备18。在所述的实施
例中，用于用户接口设备18的体系结构包括采集应用程序(GUI) 44, 用来接收操作者的输入，以便于设置和启动工作流程中的各种任务。此 外，具有检查流程情况和分析代理程序的工作流程代理程序层62耦合 到GUI44。特别是，工作流程代理程序层62包括任务导向选择项，用 来初始化、校准和检测，通过系统来配合图像采集和图像分析。
用户接口设备体系结构进一步包括核心命令和控制软件层40，其被 构造用来接收工作流程代理程序层62的输入。在这个典型实施例中， 核心命令和控制软件层40包括命令行接口 64和检查扫描进度表66。运 行中，命令行接口 64使工作流程代理程序能够传送命令给控制和同步 执行程序68。此外，检查扫描进度表66包括命令表，其以可由工作流 程代理程序选择的预定的流程顺序压缩命令，作为命令行接口 64的输 入。
控制和同步执行程序68接收来自命令行接口 64的命令，并且随后 处理该命令。另外，控制和同步执行程序68传送检测器命令给主检测 器控制器70，并且还准备状态和错误消息，为操作者提供显示。这样的 状态和错误消息通过状态显示器72显示给操作者。在操作中，主检测 器控制器70用作服务器，用来为任何所需的图像校正检索图像和处理 图像，以预定格式例如DICONDE或DICOM格式准备图像数据。这样 处理的图像数据随后通过DICONDE接口 74被传送到图像浏览系统48。 在一个实施例中，来自DICONDE接口 74的图像数据经过以太网50被 传送到图像浏览系统48。
在所述的实施例中，图像浏览系统48包括Rhythm Review应用程 序48。在一个实施例中，Rhythm Review应用程序48可以被安装在车 载用户接口设备18例如车载便携式电脑上。在一个可替换实施例中， 图像数据可以被传送到远程图像浏览系统，用于图像数据的远程浏览。
在所述的实施例中，检测器组件14包括检测器硬件76和耦合到检 测器硬件76的硬件检测器控制器78。硬件检测器控制器78被构造用来 保持无线接口作为主检测器控制器70的客户程序。此外，硬件检测器 控制器78操作连接到检测器硬件76的接口，用来设置和检索来自检测 器硬件76的图像。随后，从检测器硬件76检索的图像通过无线接口 38
传送到主检测器控制器70。
上述的检测器组件14使用可配置的x射线检测器20,其可以基于 所需要的分辨率范围，被构造成用于广泛的应用范围。在所述的实施例 中，可配置的x射线检测器20包括闪烁器材料，选择所述闪烁器材料 用来最小化图像所需的剂量。此外，可配置的x射线检测器20的特征 在于可以基于所需要的NDT应用来选择闪烁器像素尺寸和间距以及至 少闪烁器像素尺寸和间距之一。附图4一6示出了采用两个典型闪烁器 的典型CMOS检测器的性能。
附图4是由采用两个典型闪烁器的典型互补金属氧化物半导体 (CMOS)检测器获得的数量的图解说明100。横坐标轴102表示毫安 (mA)的输入电功率电流，并且纵坐标轴104以被测数量值的形式表 示检测器的灵敏度。在所述的实施例中，由采用LanexFast Front闪烁器 材料的CMOS检测器在大约30kV-48mm像素时获得的数量由曲线106 表示。此外，由采用Min R Medium闪烁器材料的CMOS检测器在大约 30kV-48mm像素时获得的数量由曲线108表示。对于每一种闪烁器，平 均和标准偏差的估计是对感兴趣的200X200个像素中心区域(ROI)执 行的，并且电源到检测器的距离是70cm,以及lmm的AI滤波器。此 外，剂量率在大约5mA电流时为大约2.5R/min。可以看出，由具有Lanex Fast Front闪烁器材料的CMOS检测器获得的数量106比由具有Min R Medium闪烁器材料的CMOS检测器获得的数量108相对更高。结合附 图5说明具有这两种闪烁器的CMOS检测器的信噪比(SNR)。
附图5是上述装配有两个典型闪烁器的CMOS检测器的信噪比 (SNR) 120的图解说明。横坐标轴122表示毫安(mA)的输入电源电 流，纵坐标轴124表示SNR。在所述的实施例中，对于采用Lanex Fast Front 闪烁器材料的CMOS检测器的SNR曲线由曲线126表示。此外，对于 采用Min R Medium闪烁器材料的CMOS检测器的SNR曲线由曲线128 表示。可以看出，具有Lanex Fast Front闪烁器材料的CMOS检测器相 比于采用Min R Medium闪烁器材料的CMOS检测器具有更高的SNR(大 约1.5倍)。此外，对于Lanex Fast Front闪烁器材料取得的最大SNR相 比于Min R Medium闪烁器材料在大约50%至大约60%的较低输入电流
处获得。
附图6是上述采用具有两个闪烁器的CMOS检测器取得的调制传递 函数(MTF〉130的图解说明。横坐标轴132表示每毫米的直线对(lp/mm) 的分辨率，纵坐标轴134表示MTF。在所述的实施例中，对于采用Lanex Fast Front闪烁器材料的CMOS检测器的MTF曲线由曲线136表示。此 外，对于采用Min R Medium闪烁器材料的CMOS检测器的MTF曲线 由曲线138表示。在这个典型实施例中，MTF的测量采用边缘方法执行， 边缘被设置在检测器的前面。可以看出，具有Min R Medium闪烁器材 料的检测器在2.81p/mm的分辨率处具有大约50%的MTF,并且具有 Lanex Fast Front闪烁器材料的检测器在1.71p/mm处具有大约50%的 MTF。此外，对于具有Min R Medium闪烁器材料和Lanex Fast Front闪 烁器的检测器，大约10%的有限MTF分别发生在7.51p/mm和8.51p/mm 的分辨率处。这样，Min R Medium闪烁器材料相比于Lanex Fast Front 闪烁器具有相当更高的MTF。
如本领域技术人员理解的，可以为可配置的x射线检测器20选择闪 烁器材料以获得所需要的性能，以用于特定的NDT应用。此外，检测 器阵列的像素尺寸和间距可以基于所需要的应用进行选择。这样，可配 置的x射线检测器20可以采用不同的闪烁器材料以及不同的闪烁器和 像素间距组合，以覆盖包括低剂量或高分辨率成像的各种NDT应用。
这里上述方法的各个方面在不同的NDT应用例如航空宇宙、石油 和天然气工业中具有效用。上述技术允许复合或其它航空宇宙结构的现 场检查。此外，这里所述的技术提供小面积、无线的检测器系统，可以 操纵该检测器系统来严格的访问定位或由机器人系统操作，并且可以无 线传输图像数据到远程用户接口设备。有利地，上述检测器系统具有提 供实时和静态x射线图像的能力，可以完全由远程用户接口设备例如便 携式电脑控制上述检测器系统。可以采用检测器系统来提供近实时x射 线成像，以学习先前识别的反常图像或感兴趣物体的UT指数。此外， 系统包括硬件和软件，用来产生、处理和传送图像数据到远程用户接口 设备，以便通过图像浏览系统浏览。此外，检测器系统可以被定制以用 于不同类型的检测器，因此便于在多个NDT应用中采用这样的系统。
上述检测器系统由于减小了重量和尺寸，从而允许X射线检查用于 更广泛"现场"的检查情况。有利地，这种技术将允许在使用组件或机 械系统的位置处识别关键性裂缝、部件损坏或磨损。特别地，重量轻使 所述检测器能够与具有低重量限制的机器人操作系统一起使用。此外，
检测器系统通过使用数字x射线检测器，比胶片需要更少的x射线曝光 度，从而允许更低的x射线屏蔽要求。更低的屏蔽要求进一步使现场x
射线应用成为可能。
尽管这里仅仅说明和描述了本发明的一些特征，但是对本领域的技 术人员来说可以进行许多变型和改变。因此可以理解的是，附加权利要 求意图覆盖所有这些落入本发明实际精神范围内的变型和改变。
权利要求
1、一种检测器组件(14)，包括可配置的x射线检测器(20)，具有不大于10.2厘米(cm)×10.2厘米(cm)的面积；嵌入控制器(22)，耦合到可配置的x射线检测器(20)并被构造以用来控制可配置的x射线检测器(20)和格式化来自可配置的x射线检测器(20)的图像数据用于无线传输；无线传输设备(24)，被构造用来无线传输图像数据到用户接口设备(18)；和储能设备(26)，被构造用来提供电功率给可配置的x射线检测器(20)、无线传输设备(24)和嵌入控制器(22)。
2、 权利要求1的检测器组件(14)，其中可配置的x射线检测器(20) 包括从碘化铯(Csl)、硫氧化钆(GOS)、光导纤维闪烁器和其组合物构成的组中选择的闪烁器材料。
3、 权利要求1的检测器组件(14)，其中可配置的x射线检测器(20)的图像分辨率大约为lkXlk像素，所述像素具有大约50微米至大约100 微米的像素尺寸。
4、 权利要求1的检测器组件(14)，其中无线传输设备(24)包括 802.11无线协议并被构造用来在大约30.48米(m)的范围内无线传输 图像数据到用户接口设备(18)。
5、 权利要求1的检测器组件(14)，其中储能设备(26)包括充电 电池，所述充电电池具有小于大约2.54cmX8.89cmX8.89cm的尺寸和 至少60分钟的工作时间。
6、 权利要求1的检测器组件(14),其中用户接口设备(18)被构 造用来以DICONDE格式存储来自可配置的x射线检测器(20)的图像 数据以用于无损检测(NDT)应用。
7、 一种检测器组件(14),包括 可配置的x射线检测器(20);嵌入控制器(22)，耦合到可配置的x射线检测器(20)并被构造 以用来控制可配置的x射线检测器(20)和格式化来自可配置的x射线 检测器(20)的图像数据用于无线传输；无线传输设备(24),被构造用来无线传输图像数据到用户接口设备(18);和储能设备(26),被构造用来提供电功率给可配置的x射线检测器 (20)、无线传输设备(24)和嵌入控制器(22)，其中检测器组件(14) 的重量小于或等于2.27kg。
8、 一种检查系统(10)，包括检测器组件(14)，被构造用来获得对应于物体(12)的图像数据，其中检测器组件(14)包括可配置的x射线检测器(20),具有不大于10.2cmX10.2cm的面积； 嵌入控制器(22)，耦合到可配置的x射线检测器(20)并被构造以用来控制可配置的x射线检测器(20)和格式化来自可配置的x射线检测器(20)的图像数据用于无线传输；无线传输设备(24)，被构造用来无线传输图像数据；和 储能设备(26)，被构造用来提供电功率给可配置的x射线检测器 (20)、无线传输设备(24)和嵌入控制器(22);和用户接口设备(18)，被构造用来经过无线传输设备(24)接收来自可配置的x射线检测器(20)的图像数据并以预定格式存储图像数据以用于无损检测(NDT)应用。
9、 权利要求8的检查系统(IO)，其中预定格式包括tiff格式，或jpeg 格式，或包括原始二进制数据的图像文件格式。
10、 权利要求8的检査系统(10),进一步包括耦合到用户接口设 备(18)用来实时监控图像数据的图像浏览系统(48)。
全文摘要
提供一种检测器组件(14)。该检测器组件(14)包括可配置的x射线检测器(20)，具有不大于10.2厘米(cm)×10.2厘米(cm)的面积；和嵌入控制器(22)，耦合到可配置的x射线检测器(20)并被构造以用来控制可配置的x射线检测器(20)和格式化来自可配置的x射线检测器(20)的图像数据用于无线传输。该检测器组件(14)还包括无线传输设备(24)，被构造用来无线传输图像数据到用户接口设备(18)；和储能设备(26)，被构造用来提供电功率给可配置的x射线检测器(20)、无线传输设备(24)和嵌入控制器(22)。
文档编号G01N23/04GK101349654SQ20071014216
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月20日 优先权日2007年7月20日
发明者C·L·戈顿三世, C·比诺, E·J·尼特斯, E·L·迪克松, M·C·哈钦森, R·H·博西, W·R·罗斯 申请人:通用电气公司