第三章-射线照相质量的影响因素分析课件.ppt
第二篇射线检测第三章 射线照相质量的影响因素,淄博特检院 徐长业,射线照相的质量,1、射线照相灵敏度 11灵敏度概念12像质计和像质计灵敏度 13射线照相灵敏度的影响因素,1、射线照相灵敏度,1、射线照相灵敏度 11灵敏度概念111 定义：射线照相底片上能够发现沿射线穿透方向的最小缺陷（或最小细节）的能力称为灵敏度；112 绝对灵敏度：射线照相底片上能够发现沿射线穿透方向上的最小缺陷（或最小细节）的实际尺寸称为绝对灵敏度；,1、射线照相灵敏度,113 相对灵敏度：射线照相底片上能够发现沿射线穿透方向上的最小缺陷（或最小细节）的实际尺寸与穿透厚度的百分比称为相对灵敏度。相对灵敏度实际上表示的是缺陷与工件之间的厚度比。射线照相灵敏度表示的是射线照片记录细节或缺陷的能力，也就是说，射线照片显示缺陷的能力；或射线照相检验技术发现缺陷的能力。它是射线照相对比度、不清晰度和颗粒度综合的结果。,1、射线照相灵敏度,射线照相检验工作中，为了评定射线照片的影像质量，设计了一些方法综合地测定影像质量。现广泛采用射线照相灵敏度这个概念。射线照片上形成的影像的质量，它在一定程度上综合评定了影像质量三个基本因素。测定射线照片的射线照相灵敏度采用像质计（像质指示器、透度计），最广泛使用的像质计主要是三种：丝型像质计、阶梯孔型像质计、平板孔型像质计，此外还有槽型像质计等。,1、射线照相灵敏度,射线照相灵敏度的表示方法有两种，一种称为相对灵敏度，另一种称为绝对灵敏度。相对灵敏度以百分比表示，即以射线照片上可识别的像质计的最小细节的尺寸与被透照工件的厚度之比的百分比表示。绝对灵敏度则以射线照片上可识别的像质计的最小细节尺寸表示。用像质计测定的射线照相灵敏度也称为细节灵敏度或像质计灵敏度，即它表示某种特定形状的细节在使用的射线照相技术下可被发现的程度，它不完全等同于同样尺寸的自然缺陷可被发现的程度。,12像质计和像质计灵敏度,12像质计和像质计灵敏度 121金属丝像质计（线型像质计）：如何判断射线照片上的金属丝影像是否是可识别的，不同标准有不同的规定，JB/T4730-2005标准规定应清晰看到金属丝影像的长度不小于1 0 mm。,12像质计和像质计灵敏度,122金属丝象质计的相对灵敏度：规定为在射线底片上可识别的金属丝最小直径与工件的透照厚度的百分比，常记为K：K=d/T100式中：K-丝型像质计射线照相灵敏度；d-射线照片上可识别的金属丝最 小直径；T-工件的透照厚度。,12像质计和像质计灵敏度,123像质计灵敏度：在实际工程应用中，并不需要计算每次透照的灵敏度数值，而是通过底片上金属丝（即像质指数）的显示来了解和控制灵敏度的。金属丝直径的编号即称为像质指数，像质指数从119，代表的直径从3.2mm0.063mm。母材公称厚度不同、检测等级不同，透照方式不同要求显示的像质指数号值也不相同。表2-5-1是单壁透照像质计灵敏度值。,12像质计和像质计灵敏度,常用的像质计有：号:像质指数从 17；号:像质指数从 612；号:像质指数从 1016。透照材料不同，所用的像质计不同。如：Fe、Ni、Ti、Al、Cu；常用的Fe像质计。用于碳钢、低合金钢、不锈钢。表示为16-FE-10,号。,12像质计和像质计灵敏度,用像质计测定的射线照相灵敏度也称为细节灵敏度或像质计灵敏度，即它表示某种特定形状的细节在使用的射线照相技术下可被发现的程度，它不完全等同于同样尺寸的自然缺陷可被发现的程度。影响射线照片影像质量的因素也就是影响射线照相灵敏度的因素，从技术方面归纳可包括胶片类型、透照参数、透照布置、辅助措施等。,12像质计和像质计灵敏度,用像质计灵敏度计量：金属丝直径、或孔径、或槽深；不同类型像质计没有严格对应关系，只有大致对应关系。JB/T4730灵敏度表示方法：绝对灵敏度法。像质计灵敏度不等于自然缺陷灵敏度。面积型缺陷检出灵敏度与像质计灵敏度存在着较大差异。原因形状不同，尺寸不同 结果透照角度不同，灵敏度变化不同；焦点尺寸和焦距不同，对灵敏度影响不同。,12像质计和像质计灵敏度,射线照相灵敏度缺陷检出率缺陷检出率=底片像质计灵敏度+工艺参数选择的正确性（透照方向、焦距等）+良好的观片条件+评片人员的判断能力,12像质计和像质计灵敏度,影响射线照相灵敏度的三大要素射线照相对比度 D（缺陷影像与其周围背景的黑度差）；射线照相不清晰度 U（影像轮廓边缘黑度过渡区的宽度）；射线照相颗粒度 D（影像黑度的不均匀程度）,13射线照相灵敏度的影响因素,131射线照相对比度(1)定义：射线照相底片上相邻两区域的黑度差D称为射线照相对比度（或称为射线照相衬度）。射线照相对比度愈大底片上的缺陷影像就愈容易发现，射线照相对比度受工件主因对比度和胶片对比度的影响；D0.434G T/（1n）,13射线照相灵敏度的影响因素,在射线照相中影像的对比度定义为射线照片上两个区域的黑度差，常记为D。即，如果两个区域的黑度分别为：D、D，则它们的对比度为DD D,13射线照相灵敏度的影响因素,射线照片上影像的对比度常指影像的黑度与背景的黑度之差。从物体厚度的一个小的增加量T产生的黑度变化，即可得到射线照相对比度的公式。如图3-1所示，设在厚度T上局部叠加了一小的厚度T，记D 对应厚度 T部分的黑度；D 对应厚度 TT 部分的黑 度；,13射线照相灵敏度的影响因素,(2)主因对比度穿过被检体相邻部分后射线强度差与无缺陷处的射线强度之比称为主因对比度。当强度均匀的射线束透照射物体时，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，使得不同部位透射强度不同，这样，采用一定的检测器（例如，射线照相中采用胶片）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。,13射线照相灵敏度的影响因素,如图，设阶梯上存在一很小的厚度差。,13射线照相灵敏度的影响因素,按单色窄束射线衰减规律有（1）当T是缺陷，其线衰减系数为u 时，则式（1）应改写为（2）I/I称为“物体对比度”或称其为“被检体对比度”，有时也称为“主因对比度”。式（1）即是射线检测的基本原理关系式，缺陷中充满空气，其衰减系数忽略不计，它给出了一个小的厚度差与对应的射线检测物体对比度之间的关系。,13射线照相灵敏度的影响因素,从式（2）可见，射线对缺陷的检验能力，与缺陷在射线透照方向上的尺寸、其线衰减系数与物体的线衰减系数的差别、散射线的控制情况等相关。只要这些方面具有一定的值，则缺陷将产生一定的物体对比度，它就可以被射线检验出来。,1.3射线照相灵敏度的影响因素,对比度公式的推导基于三个假设：1.工件中缺陷相对于工件来说很小，且缺陷中充满空气，其衰减系数忽略不计；2.缺陷的存在不影响到达胶片的散射线量；3.缺陷的存在不影响散射比。G=D/lgED=G.lgE=G(lgE2-lgE1)=Glg(E2/E1)=Glg（I2t/I1t）Glg（I2/I1）Glg（1 I/I）=Gln（1 I/I）/ln10Ln（1x）x（当x非常小时）D=G（I/I）/2.3=0.434G（I/I）=0.434G T/（1n）因为缺陷对射线的吸收系数不一样，所以有正负之分。,13射线照相灵敏度的影响因素,在射线检验中，影像质 量的基本因素，可以从 金属边界射线照相的影 像导出。如图，当透照 一锐利的垂直的金属物 体边界时，理想的情况 应得到一阶跃式的黑度 分布曲线，即当从一个 厚度过渡到另一个厚度 时，对应的黑度应从一 个黑度以阶跃的形式过渡到另一个黑度。,13射线照相灵敏度的影响因素,但实际的黑度分布并不是这种阶跃形式，而是在两个黑度之间存在一个缓慢变化的区域，使黑度逐渐地从一个黑度过渡到另一个黑度，缓慢变化区的黑度分布不是直线，而是一存在坡脚和肩部的曲线。进一步的研究发现，过渡区的黑度实际上存在不规则的大大小小的起伏不断变化，并不是单调均匀的变化。从金属阶梯边界这个射线照相影像，可以给出射线照相影像的基本因素。,13射线照相灵敏度的影响因素,对应金属边界的黑度差称为该影像的对比度，记为D。从一个黑度到另一黑度的缓慢变化区的宽度即是射线照相的不清晰度，一般记为U，它造成了射线照片上影像边界的扩展。黑度不规则变化的统计平均值（统计标准差）称为影像的颗粒度，记为D。D、U和D就是影像质量的基本因素，也就是说，射线照片上影像的质量由射线照相影像的对比度、不清晰度、颗粒度决定。,13射线照相灵敏度的影响因素,对比度是影像与背景的黑度差，不清晰度是影像边界扩展的宽度，颗粒度是影像黑度的不均匀性程度。影像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的不清晰度决定了在垂直于射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的颗粒度决定了影像可显示的细节最小尺寸。,13射线照相灵敏度的影响因素,(3)胶片对比度：，胶片对比度又称胶片衬度，是胶片感光后相邻两区域黑度 D与该区域接收的曝光量对数差之比。不同胶片在相同的曝光量作用下，它在相邻两区域产生的黑度D是不同的，胶片对比度大的黑度差D也大。它可以看作是主因对比度的放大系数。胶片的感光特性是指胶片曝光后（经暗室处理）得到的底片黑度（光学密度）与曝光量的关系。主要的感光特性包括感光度（S）、梯度（G）、灰雾度（D0）及宽容度等，感光特性曲线集中反应了这些感光特性。,13射线照相灵敏度的影响因素,胶片的感光特性曲线，给出的是胶片曝光后（经暗室处理）得到的底片黑度（光学密度）与（相对）曝光量对数的关系。胶片经过曝光和暗室处理后称为底片。底片上各处的金属银密度不同，所以各处透光的程度也不同。底片的光学密度就是底片的不透明程度，它表示了金属银使底片变黑的程度，所以光学密度通常简称为黑度。,13射线照相灵敏度的影响因素,如图所示，设入射到底片的光强度为I0，透过底片的光强度为I，记光学密度为D，则光学密度定义为Dlg（I0I）,13射线照相灵敏度的影响因素,即光学密度为入射光强度与透射光强度之比的常用对数之值。曝光量是在曝光期间胶片所接收的光能量，记光（射线）强度为I，曝光时间为t，曝光量为 H，则曝光量可以用下式定义HI*t,13射线照相灵敏度的影响因素,在射线照相中通常所说的曝光量（常用E表示），与这里的定义不完全相同，例如，对X射线采用管电流与曝光时间的乘积，而对射线则常采用源的放射性活度与曝光时间的积，并没有直接采用射线强度与曝光时间的积。但对于同一管电压下的X射线或同一射线源的射线，它们之间存在固定的关系，即仅相差一个常数倍数。,13射线照相灵敏度的影响因素,图是一般胶片的感光特性曲线的典型样式。特性曲线的纵坐标表示底片的黑度，横坐标表示曝光量的常用对数。图 胶片的特性曲线,13射线照相灵敏度的影响因素,胶片的感光特性曲线一般可分为下面几个部分。（1）趾部 即曲线中的AC部分，也称为曝光不足区。在这部分，对应于曝光量的增加黑度的增加很慢。（2）正常曝光部分 即曲线中的CD部分，这部分曲线近似为直线，在这一部分，黑度与曝光量的对数近似成正比。工业射线照相检验中规定的射线照片黑度都在这个范围之内。（3）肩部 即曲线的DE部分，也称为曝光过度区，在这部分当曝光量增加时，黑度的增加很缓慢。,13射线照相灵敏度的影响因素,（4）反转部分 即曲线中E以后的部分，以前这部分常称为负感区。在这部分黑度随曝光量的增加不仅不增加反而减少。对特性曲线的正常曝光部分，黑度与曝光量对数之间近似满足下面的关系：DGlgH+k式中 D 底片黑度；G 特性曲线的斜率，也即梯度；H 曝光量；k 常数。,13射线照相灵敏度的影响因素,这个关系式在讨论射线照相检验技术的理论时，经常要加以引用。图 是工业射线胶片的感光特性曲线，显然，在常用的黑度范围它不同于一般胶片的感光特性曲线。从胶片感光特性曲线，容易定义和理解胶片的主要感光特性。图 工业射线胶片的感光特性曲线,13射线照相灵敏度的影响因素,（1）感光度（S）感光度也称为感光速度，它表示胶片感光的快慢。通常定义，使底片产生一定黑度所需的曝光量的倒数为感光度，即S1/S其中HS为产生一定黑度所需要的曝光量。不同胶片得到同样的黑度所需的曝光量不同，所需曝光量少的感光度高，或说感光速度快。对工业射线胶片，我国标准GB 95821988和ISO 7004标准均规定，H S为产生片基加上灰雾黑度再加上2.0的黑度所需要的曝光量，曝光量的单位为Gy。不同国家、不同标准在不同时期曾经作出过不同的规定。,13射线照相灵敏度的影响因素,（2）梯度（G）胶片特性曲线上任一点的切线的斜率称为梯度，以前常称为反差系数。特性曲线上不同点的梯度是不同的，即使在正常曝光部分，由于曲线只是近似直线，因此各点的梯度也存在一些小的差别。对可见光，胶片特性曲线的正常曝光部分，梯度可以认为是常数。对非增感型射线胶片，在一定黑度范围内（至少到黑度为24），梯度随着黑度的增加连续增大，为了简单化，常也近似地认为梯度近似是常数。为了表示胶片这方面的特性，引入了特性曲线的平均斜率，记成。它是在特性曲线上选择两个特定的点，以这两点连线的斜率作为胶片特性曲线的平均斜率。,13射线照相灵敏度的影响因素,GB/T95821988标准规定如下计算平均斜率：式中D1 片基加灰雾度再加1.50的黑度；D2 片基加灰雾度再加3.50的黑度；H1 产生黑度D1所需的曝光量；H2 产生黑度D2所需的曝光量。梯度与胶片的类型、增感方式、显影过程等相关。,13射线照相灵敏度的影响因素,（3）宽容度（L）宽容度定义为特性曲线上直线部分对应的曝光量对数之差，即在这个范围内，由于黑度与曝光量对数近似成正比关系，因此在射线照相检验中不同厚度或厚度差将以相应的不同黑度记录在射线照片上。（4）灰雾度（D0）它表示胶片即使不经曝光在显影后也能得到的黑度。在胶片感光特性曲线上是曲线起点对应的黑度。一般为0.3左右。胶片的感光度、梯度（或说平均斜率）、灰雾度与存放时间和显影条件都相关，随着时间的延长，胶片的感光性能将要衰退，这称为感光材料的“老化”。胶片有效期。,13射线照相灵敏度的影响因素,132射线照相清晰度(1)定义：工件（缺陷）边界在射线底片上的清晰程度称为射线照相清晰度。为了度量方便；清晰度常用不清晰度来说明，即：工件（缺陷）边界在射线底片上的不清晰程度称为射线照相的不清晰度。由于几何投影关系和射线能量对胶片乳剂的激发作用，使得工件（缺陷）边界在底片上变得模糊而不清晰，前者称为几何不清晰度，后者称为固有不清晰度。,13射线照相灵敏度的影响因素,不清晰度描述的是影像边界扩展的程度，是影像质量三个因素的另一个重要因素。对工业射线照相检验，产生不清晰度的原因是多方面的，其中最主要的是几何不清晰度和胶片固有不清晰度，此外还有屏不清晰度和运动不清晰度。几何不清晰度一般记为Ug，胶片固有不清晰度一般记为Ui。U=(Ug2+Ui2)1/2,13射线照相灵敏度的影响因素,(2)几何不清晰度：如图所示，由于射 线源焦点有几何尺 寸，造成工件（缺 陷）边界因投影关 系而形成的半影即 是几何不清晰度(Ug)。射源d=2mm，f=500mmT=20mm Ug=0.08mm,13射线照相灵敏度的影响因素,几何不清晰度产生于射线源总是具有一定的尺寸，而不是一个几何点。这样，当透照一定厚度的物体时，按照几何投影（射线直线传播）成像原理，所成的像总要有一定的半影区，即边界扩展区，这就是几何不清晰度。从上图中画出了几何不清晰度的形成，在图中可以看到，当源具有一定尺寸时存在几何不清晰度。从图中可以看到，几何不清晰度与射线源焦点尺寸大小、射线源至胶片的距离、工件本身的厚度（缺陷与胶片的距离）相关。,13射线照相灵敏度的影响因素,从相似三角形容易得到几何不清晰度的计算公式 式中 d 射线源焦点尺寸；F 焦距，即射线源至胶片的距离；T 工件射线源侧表面与胶片的距离，通常取为工件本身的厚度。从图或上式中都可以看出，焦点尺寸越小、焦距越大、工件厚度越小则几何不清晰度也越小。,13射线照相灵敏度的影响因素,在射线照相中，几何不清晰度应控制在规定的范围，一般总是希望减少几何不清晰度，除了选择射线源外，主要是通过改变焦距控制几何不清晰度。此外，正确地选定透照布置也能够减小几何不清晰度。在射线照相检验标准中，直接或间接地对几何不清晰度作出了限制性规定，这时的规定值是指可能产生的最大几何不清晰度值，也就是工件射线源侧表面上存在的缺陷可产生的几何不清晰度。,13射线照相灵敏度的影响因素,对于X射线机来说，由于X射线管的有效焦点尺寸在不同方向具有不同大小，因而，如果严格地讨论射线照相中的几何不清晰度，它将是一复杂的问题。工件中的缺陷，由于其位置的不同 位于不同的深度，在射线照相检验中也将具有不同的几何不清晰度。,13射线照相灵敏度的影响因素,(3)固有不清晰度：由于射线能量对胶片乳剂的激发作用，造成工件（缺陷）边界形成的半影（Ui）即是固有不清晰度。图是胶片 固有不清 晰度与X 射线能量 关系的曲 线。,13射线照相灵敏度的影响因素,部分X射线透照电压和射线的胶片固有不 清晰度之值。胶片固有不清晰度试验值射线 100kV 200kV 300kV 400kV 60Co 192Ir Ui/mm 0.05 0.09 0.12 0.15 0.35 0.17,13射线照相灵敏度的影响因素,在射线照相中，当使用增感屏时，由于增感物质对射线的散射或次级效应带来的散射，将产生一个新的不清晰度，即屏不清晰度，记为Us。荧光增感屏即使对于较低能量的射线也能产生较大的不清晰度，金属箔增感屏在厚度较大时也将产生不清晰度，但对低能X射线不清晰度都很小，所以，对金属增感屏一般不考虑它引起的不清晰度。使用增感屏时，如果增感屏与胶片间有较大的间隙，将明显地增大屏不清晰度，这是必须注意的一个问题。,13射线照相灵敏度的影响因素,如果在射线照相过程中，射线源与工件存在相对移动，则将产生另一个不清晰度，即运动不清晰度，常记为Um。实际上这种相对运动相当于加大了射线源的焦点尺寸，因此必然导致新的不清晰度。对于常规射线照相技术，一般都认为不存在运动不清晰度。,13射线照相灵敏度的影响因素,由以上各种原因产生的不清晰度共同构成射线照相总的不清晰度，总的不清晰度记为U。对于通常的射线照相，因为不使用荧光增感屏、射线源与工件之间也不认为存在相对运动，所以只考虑几何不清晰度和胶片固有不清晰度，它们共同构成了总的射线照相不清晰度。计算总的不清晰度的关系式，目前比较广泛采用的关系式是。,13射线照相灵敏度的影响因素,当存在不清晰度时，如果细节影像的宽度尺寸小于射线照相总的不清晰度，那么不清晰度将引起它的影像的对比度降低。,13射线照相灵敏度的影响因素,这将严重影响宽度尺寸较小的细节的影像的可识别性，也就是将影响细小缺陷（如裂纹、细小孔洞等）的可检验性。细节影像对比度因存在不清晰度降低D（WU）U 射线照相总的不清晰度；W 细节影像的宽度，且WU；D0 不清晰度为0时影像的对比度；D 不清晰度为U时影像的对比度。它给出了细节影像对比度因存在不清晰度降低的变化规律。,13射线照相灵敏度的影响因素,它给出了细节影像对比度因存在不清晰度降低的变化规律。图给出的是，设不清晰度曲线为直线时，不清晰度对对比度影响的作用图，它给出的结果与上式相同。,13射线照相灵敏度的影响因素,几何不清晰度Ug 公式 Ug=bdf（F-b）缺陷几何不清晰度 Ug=L2dfL1 射线照相几何不清晰度 b：缺陷到胶片距离；L2：工件表面到胶片距离；,利用公式分析射线照相 几何不清晰度影响因素,b：缺陷到胶片的距离：bUg灵敏度df：源的大小：dfUg灵敏度F：焦距：FUg灵敏度 L1：源到工件表面的距离：L1Ug灵敏度L2：工件表面到胶片的距离（L2=b）L2Ug灵敏度,13射线照相灵敏度的影响因素,射线照相颗粒度颗粒性：均匀曝光的射线底片上黑度分布不均匀的视觉印象。颗粒的视觉印象有许多银粒交互重叠组成的颗粒团产生的，而颗粒团的黑度是由这些单个银粒的随机分布造成的；观察受到高能量射线照射的快速胶片时，不用放大镜颗粒性就很明显；观察受到低能量射线照射的慢速胶片时，要用放大镜才能观察到底片的颗粒性。颗粒度：它是测微光密度计测出的数据、按一定方法求出的所谓底片黑度涨落的客观量值。,13射线照相灵敏度的影响因素,颗粒性产生的原因可归纳为两个方面：1.胶片的噪声，相关于银盐的粒度和感光速度；2.量子噪声，即光子随机分布的统计涨落，相关于射线的能量、曝光量、底片的黑度。颗粒性随胶片粒度和感光速度的增大而增大，随射线能量的增大而增大，随曝光量和底片黑度的增大而减小。银盐的粒度：大颗粒银盐阻光性好，在底片上引起的黑度起伏变化更大一些。感光速度：感光速度越快，其颗粒性越明显。胶片的粒度和感光速度对颗粒性的影响往往是加和性的。,13射线照相灵敏度的影响因素,射线照相的颗粒性随射线能量的提高而增大，对于低能量的射线，吸收一个光子只能使一个或几个溴化银颗粒感光；对于高能量的射线，一个光子能使许多个溴化银颗粒感光，造成随机分布的黑度起伏变化加大，显示出颗粒增大的倾向，颗粒性明显。曝光量和底片黑度的增大都能使得更多的光子到达胶片，大量光子的叠加作用会使黑度的随机起伏状态降低，所以减小了底片的颗粒性。,13射线照相灵敏度的影响因素,颗粒度限制了影响能够记录细节的最小尺寸，一个尺寸很小的细节，在颗粒度较大的影像中，形成细节影像的难度增大，甚至不能形成自己的影像，无法识别出来，造成漏检。,13射线照相灵敏度的影响因素,黑度D和D及Dmin的关系：Dmin为最小可见对比度（识别界限对比度，在底片上能够辨认的最小尺寸影像的黑度差。），对不同的人、不同的观片条件、不同的底片黑度D是不一样的，D是底片上的客观量值。D/Dmin达到最大值为最佳黑度,13射线照相灵敏度的影响因素,谢谢大家,
