一种在用压力管道射线数字成像检测缺陷定量研究的方法与流程

本发明属于管道检测领域，尤其是涉及一种在用压力管道射线数字成像检测缺陷定量研究的方法。

背景技术：

由于我国工业压力管道安全管理起步较晚，据普查统计其中未焊透缺陷所占比例很大，约占了普查总隐患处的2/3。因此,针对这一长期、普遍存在的共性问题,开展在役压力管道缺陷检测和安全评估关键技术研究,是有效提高我国在役压力管道安全状况和科学管理水平的技术关键。而未焊透的深度测量是评定在用工业压力管道等级的关键所在。现有的未焊透深度测量主要是采用试块与缺陷处一同利用胶片成像，再采用密度计来进行测量，由于很难比对出相同的黑度值，及未焊透缺陷成像狭窄，不能用密度计来准确定位黑度值，存在“测不准”的问题，则不能准确判断其深度。

针对这一问题，采用射线数字成像技术。射线数字成像技术标志着x射线检测技术将进入无胶片时代，是无损检测技术的一次革命。随着x射线数字化采集、计算机少量存储和宽带互联网的发展，未来的工业x射线检测将具备下述特点：图像数字化、计算机存储、网络传送、远程评定。在电脑上对图像进行比对分析，通过不同厚度处灰度值的不同，利用这一原理求出厚度差，进而求出未焊透的深度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种在用压力管道射线数字成像检测缺陷定量研究的方法，可以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种在用压力管道射线数字成像检测缺陷定量研究的方法，包括

步骤s1：选择待检查工件，对工件进行射线透照；

步骤s2：按照射线的吸收规律形成反映工件信息的射线强度分布信号；

步骤s3：数字探测器对此信号进行探测、转换、数字化采样和量化，形成检测数字图像；

步骤s4：传送给图像显示和处理单元，供检测人员评定。

进一步的，所述步骤s3中形成的图像为数字图像。

进一步的，数字图像在显示器屏幕上观察图像的，必须控制图像显示条件与观察条件。图像显示条件主要是关于显示器性能的要求，显示器的基本性能包括亮度、分辨率、显示亮度比、灰度级、响应时间。

进一步的，所述研究方法的原理在于当强度均匀的射线束照射物体时，如果物体局部区域存在缺陷或结构存在差异，它将改变物体对射线的衰减，使得不同部位透射射线强度不同，这样，采用一定的辐射探测器检测透射射线强度，就可以判断物体内部的缺陷和物质分布。

进一步的，所述步骤s2包括射线检测技术基于物体对比度，采用辐射探测器拾取这个物体对比度信号。

进一步的，步骤s4包括传送给图像显示和处理单元，形成不同检测条件下的走势对比图，供检测人员评定。

射线数字成像检测系统由射线源、被检工件、数字成像器件、机械支撑与传动以及控制与处理系统组成，如图1所示，在射线源控制器作用下，射线源电场中被加速的高速电子撞击阳极靶，产生一系列波长的电磁波，即x射线：x射线穿过被检测物体，与物体原子相互作用，在光电效应、康普顿效应和电子对效应等作用下，使部分光子能量和方向发生改变，通常称为二次光子：它们与方向不发生改变的一次光子进入成像探测器，在探测器的闪烁体屏和光电二极管等集成电子器件中完成x射线到可见光到电子信号的转变；最后经过离散化的数字信号在计算机完成图像的显示。

射线数字成像检测系统中的成像器件与射线胶片照相中的胶片不同，其采用的是数字探测器系统。

非晶硅面阵探测器是基于大规模非晶硅光电二极管高密度、大尺寸集成技术研发的x射线数字探测器。与一般的微光成像器件一样，是一种以光、电子累积的方式成像。非晶硅探测器包括三部分：

1)亚毫米级厚度的闪烁体屏，一般为gd2o2st和csi材料组成；

2)与闪烁体屏耦合的大规模集成的光电二极管阵列，即像元，材料为α-si；

3)像元读出和放大电路。图2为其射线数字成像光电转换过程。这类型的非晶硅平板探测器是目前市场上应用最多的平板探测器。

工作原理：x射线透照探测器，射线光子由闪烁体屏转换为可见光，再由光电二极管阵列转换为电信号，经a/d转换输出。像素信号逐行读出，每个像素由一个连到tft上的非晶硅光电二极管组成。每列像素信号线共同连到通用的偏置线上，通往读出电路(放大器)；一行像素共用tft的控制线，在行驱动(门控电路)的控制下，一起打开或关闭，读取一行上所有二极管电容存储的电荷，通过多路并行列的电荷放大器累积并放大这些电荷，数字化后传到计算机的内存。接着进行下一行，直至数据行全部读出。

射线检测技术的基本原理是，当强度均匀的射线束照射物体时，如果物体局部区域存在缺陷或结构存在差异，它将改变物体对射线的衰减，使得不同部位透射射线强度不同，这样，采用一定的辐射探测器检测透射射线强度，就可以判断物体内部的缺陷和物质分布等。

设阶梯块上有一很小的厚度差进行检测原理讨论，如图3所示，

设：μ—阶梯块物质的线衰减系数；

i0—入射射线强度；

id，i′d—阶梯块上不同部位透射的一次射线强度；

is，i′s—阶梯块上不同部位透射的散射射线强度；

i，i′—阶梯块上不同部位透射射线总强度。

由于

i＝id+is；i'＝i'd+i's

并由于δt远小于t，因此可认为

is＝i's

所以有

δi＝i'-i＝i'd-id

在宽束射线衰减规律中有散射线比n

则有

按单色窄束射线衰减规律有

id＝i0e^-μt

i'd＝i0e^-μ(t+δt)

式中μ--工件的线衰减系数；

i0--入射射线强度。

因此有

引用近似公式

e^x＝1+x(|x|<1)

则有

e^-μδt＝1-μδt

代入δi/i的表示式(3-1)中，则有

式(3-2)称为“物体对比度”，它构成了射线检测技术需要探测的信号。式(3-2)即是射线检测技术的基本原理关系式，它给出了一个小厚度差与对应的射线检测物体对比度之间的关系。从该式可见，射线对缺陷的检测能力，与采用的射线能量、缺陷在射线透照方向上的尺寸、散射线的控制情况等相关。

射线检测技术基于物体对比度，采用辐射探测器拾取这个物体对比度信号，并将它转换成射线检测图像，从图像信息作出判断结论。不同类型的数字射线检测技术，采用的辐射探测器不同，完成物体对比度信号到射线检测图像的转换过程不同，但共同的特点是，最终获得的是数字化的射线检测图像。

相对于现有技术，本发明所述的在用压力管道射线数字成像检测缺陷定量研究的方法可以立即通过成像的影像进行评判，可以立即取值，通过“压力管道射线数字成像未焊透测深系统”测出未焊透的深度；可以多次快速的成像，无需等待洗片时间，不仅节约了时间，也节约了大量的胶片和药品费用，因此，在环境保护方面的优势也是胶片不可比拟的。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的射线数字成像检测系统结构图；

图2为x射线数字成像过程示意图；

图3为射线检测基本原理示意图；

图4为环形缺陷与母材灰度差走势图；

图5为电压与灰度差走势图；

图6为电流与灰度差走势图；

图7为焦距与灰度差走势图；

图8为电压130kv下灰度差走势图；

图9为电流160kv下灰度差走势图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种在用压力管道射线数字成像检测缺陷定量研究的方法，包括

步骤s1：选择待检查工件，对工件进行射线透照；

步骤s2：按照射线的吸收规律形成反映工件信息的射线强度分布信号；

步骤s3：数字探测器对此信号进行探测、转换、数字化采样和量化，形成检测数字图像；

步骤s4：传送给图像显示和处理单元，供检测人员评定。

所述步骤s3中形成的图像为数字图像。

数字图像在显示器屏幕上观察图像的，必须控制图像显示条件与观察条件。图像显示条件主要是关于显示器性能的要求，显示器的基本性能包括亮度、分辨率、显示亮度比、灰度级、响应时间。

所述研究方法的原理在于当强度均匀的射线束照射物体时，如果物体局部区域存在缺陷或结构存在差异，它将改变物体对射线的衰减，使得不同部位透射射线强度不同，这样，采用一定的辐射探测器检测透射射线强度，就可以判断物体内部的缺陷和物质分布。

所述步骤s2包括射线检测技术基于物体对比度，采用辐射探测器拾取这个物体对比度信号。

步骤s4包括传送给图像显示和处理单元，形成不同检测条件下的走势对比图，供检测人员评定。

具体实施方案为，本技术方案选用试块厚度为3.2mm的钢板开不同深度的刻槽来作对比试块，刻槽深度分别为试件厚度的15％、25％、50％以及75％，即0.48mm、0.8mm、1.6mm、2.4mm。同时，分别选用2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm的钢板也分别取其中一块来刻槽，刻槽的深度分别为钢板厚度的15％、25％、50％以及75％。通过研究不同厚度的灰度值不同，来判断出缺陷处的缺陷深度，进而研究测量未焊透深度的检测方法。

数字射线(dr)检测时，相同条件下随着射线穿透厚度的减少，灰度增加，利用未焊透部位灰度增加量可以推算未焊透深度。传统胶片检测常常使用对比度推算未焊透深度，在数字射线检测技术中,数字图像的对比度与胶片射线照相的对比度一样,表示的也是图像识别厚度差的能力。一般规定用△t/t(△t为可识别的厚度差,t为透照厚度)的百分比表示。对于数字射线检测技术,图像对比度通常是指眼睛观察到的图像亮度对比度。尽管从入射射线到转换出灰度图像经过多个环节,通常还是认为,在显示器屏幕上观察到的图像亮度与射线强度成线性关系。即屏幕的亮度l与射线强度i的关系可写为:

l＝k·i

其中k为一常系数。由于物体的吸收对比度为:

因此,对由一小厚度差δt引起的亮度对比度，可以写出:

与传统胶片检测相比，数字射线(dr)检测也可以不使用对比度而直接读取图像灰度，而且数字射线(dr)检测一般具有14位或16位的宽容度，可以对工件的厚部位和薄部位同时成像，这是传统射线检测无法实现的。在数字射线(dr)检测中，选择合适的曝光参数，可以对传统射线检测部位成像的同时，也对边缘的较厚部位成像，从而测量得到真实壁厚和剩余厚度，计算得到未焊透深度。同样的，本方法也可以定量测量管道剩余壁厚。

编号1为内壁一道凹槽且壁厚最薄样件，编号2为内壁两道凹槽样件，；编号3为内壁三道凹槽样件，编号4为内壁四道凹槽且壁厚较小样件，编号5为内壁四道凹槽且壁厚较厚者；编号6为带焊缝工件。

环形缺陷灰度与周围母材不同，环形缺陷中心部位灰度与周围母材灰度差如图4所示。

图中可以看出，环形缺陷中心部位灰度与周围母材灰度差与环形缺陷深度成正比，因此在日常检测中，可以通过测量环形缺陷中心部位灰度与周围母材灰度，定量反推环形缺陷深度。

制作了含有不同深度的环形缺陷管道，某缺陷在不同电压、电流、焦距下，灰度差如图7所示。

图中可以看出，随着电压增加灰度差增加，随着电流增加灰度差增加，随着焦距增加灰度差减小。

在500mm焦距情况下，电压130kv和160kv下的不同电流时，环形缺陷中心部位灰度与周围母材灰度差如图8和图9所示。

图中可以看出，随着电压增加灰度差增加，随着电流增加灰度差增加，随着槽深增加灰度差增加。

实际检测时，可以通过未焊透部位与母材部位的灰度差推算未焊透深度，对于复杂焊缝结构(包括焊缝内外余高)，应使用含余高的厚度作为母材厚度推算未焊透深度。

本技术利用射线数字成像原理，数字成像检测与胶片照相在射线透照原理上是一致的，均是由射线机发出射线透照被检工件，衰减、吸收和散射的射线光子由成像器件接收。不同点在于成像器件对于接收到的信息的处理技术：胶片照相是射线光子在胶片中形成潜影，通过暗室的处理，评片人员借助观片灯来评判缺陷；而数字成像则是利用计算机软件控制数字成像器件，实现射线光子到数字信号再到数字图像的转换过程，最终在显示器上进行观察和处理缺陷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。