工業(yè)CT系統(tǒng)主要由射線源系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械掃描與控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)組成。探測(cè)系統(tǒng)是工業(yè)CT系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)。探測(cè)系統(tǒng)的性能優(yōu)劣將直接影響到整個(gè)工業(yè)CT系統(tǒng)的圖像質(zhì)量和性能指標(biāo)。提高探測(cè)器性能是工業(yè)CT系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容。
在在工業(yè)CT領(lǐng)域,常用的探測(cè)器按探測(cè)介質(zhì)可分為氣體和固體兩種。
氣體探測(cè)器以氣體為工作介質(zhì),由入射粒子在其中產(chǎn)生的電離效應(yīng)引起輸出信號(hào)。其探測(cè)效率低于固體探測(cè)器,但一致性好、性能可靠且成本低廉,因?yàn)闅怏w探測(cè)器很難做到小于1mm的間隔,工業(yè)CT較少采用,一般用于醫(yī)學(xué)CT。
在工業(yè)CT領(lǐng)域,常見(jiàn)的是固體探測(cè)器,它以固體物質(zhì)為探測(cè)介質(zhì),包含半導(dǎo)體探測(cè)器和閃爍探測(cè)器。用于工業(yè)CT中的半導(dǎo)體探測(cè)器一般是一種均勻型半導(dǎo)體探測(cè)器,相當(dāng)于一個(gè)固體電離室,靈敏度高。但半導(dǎo)體探測(cè)器價(jià)格高昂,因其在性能上的優(yōu)勢(shì),實(shí)驗(yàn)室等研究機(jī)構(gòu)得較多,一般采用的材料有Cd、Zn、Te、Si(碲、鋅、鎘、硅)。
工業(yè)CT探測(cè)器單元的工作原理如下:射線進(jìn)入閃爍體,與之發(fā)生相互作用:光電效應(yīng),康普頓效應(yīng),電子對(duì)效應(yīng);閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子,分子電離和激發(fā);受激的原子、分子退激時(shí)發(fā)射熒光光子;經(jīng)過(guò)表面優(yōu)化處理的晶體將絕大部分光子射入光電二極管的靈敏面積上,光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),送給后續(xù)的電子學(xué)線路處理。在相當(dāng)大的范圍內(nèi),光電二極管的輸出電流與射入的可見(jiàn)光強(qiáng)度成正比 。選擇光電二極管,要考慮二極管的尺寸(外封裝尺寸、靈敏區(qū)尺寸)、光譜響應(yīng)、靈敏度、極間電容、暗電流等。
一般來(lái)說(shuō)工業(yè)CT領(lǐng)域會(huì)用到線陣探測(cè)器和面陣探測(cè)器,下面我們做一些簡(jiǎn)單介紹:
工業(yè)CT線陣探測(cè)器主要優(yōu)點(diǎn)有:1、射線穿透效果好,因?yàn)殚W爍體在射線方向上的深度可以不受限制,從而使入射的大部分X光子被俘獲。2、降低射線散射效果,尤其在高能條件下,可以縮短光子獲取時(shí)間;由于閃爍體是獨(dú)立的,并且同時(shí)閃爍體之間還有鎢或者其它重金屬隔片,降低了X射線竄擾。
但是工業(yè)CT線陣探測(cè)器也有一些缺點(diǎn),尤其像素尺寸不可能做得太小,其相鄰間隔(節(jié)距)一般大于0.1mm。同時(shí),價(jià)格也較高,一般高能設(shè)備配置線陣探測(cè)器較多。
相比線陣探測(cè)器,面陣探測(cè)器效率很高,適合于DR成像,可以達(dá)到實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)成像;另外,面陣探測(cè)器也比較適合于三維直接成像。所有面 陣探測(cè)器由于結(jié)構(gòu)上的原因,有共同的缺點(diǎn),即射線探測(cè)效率低,無(wú)法限制散射和竄擾問(wèn)題;動(dòng)態(tài)范圍小等,高能范圍應(yīng)用效果較差。
在工業(yè)CT領(lǐng)域通常4MeV以上均配置線陣探測(cè)器,1MeV以下的系統(tǒng)面陣探測(cè)器和線陣探測(cè)器都會(huì)選擇;但如果在高能情況下,只檢測(cè)工件內(nèi)部結(jié)構(gòu),不檢測(cè)缺陷時(shí),也可以配面陣,只是圖像精度不高。
在探測(cè)器的設(shè)計(jì)中,要根據(jù)系統(tǒng)的整體指標(biāo)來(lái)決定探測(cè)器分統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo),所考慮的指標(biāo)包括(但不限于)探測(cè)效率、能量沉積率、靈敏度、竄擾、動(dòng)態(tài)范圍、耐輻照(壽命)等,至于選擇哪一種探測(cè)器,需要專業(yè)的售前工程師一起分析需求,選擇確認(rèn)最佳的配置。
我們認(rèn)為,分析和研究工業(yè)CT探測(cè)器的特性具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和學(xué)術(shù)價(jià)值。 只有這樣,才能在工業(yè)CT系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)探測(cè)器的設(shè)計(jì)和器件選型做到有的放矢,同時(shí)有效提高和改善探測(cè)器性能,對(duì)影響探測(cè)器的靈敏度、線性范圍及穩(wěn)定性的諸多因素進(jìn)行全面把握