CN109444181A - 一种均衡x射线检测区域射线场强的方法及均衡板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种均衡X射线检测区域射线场强的方法及均衡板，属于工业X射线检测设备技术领域。运用该方法设置均衡板可较好解决宽检测区域内X射线强度不均匀的问题。本发明首先根据X射线管的发射角度和空间布局推导出X射线强度不均匀的数学模型，然后根据X射线穿透物质后射线强度的衰减特点，设计多种厚度变化的均衡板，使得透过均衡板的X射线强度基本达到一致。为便于加工，我们可以根据实际需要将一定变化角内的X射线视为相同强度，计算并制作出厚度呈阶梯形变化的均衡板。本发明还提出了一种使用所述的均衡板改进所述的烟草生产中X射线检测的装置，解决烟草生产中对利用输送被测物的皮带连续输送烟叶和/或烟梗等卷烟原料进行流水式连续图像边缘区域检测质量差的问题。
Description
技术领域
本发明公开了一种均衡X射线检测区域射线场强的方法及均衡板，属于工业X射线检测装置技术领域。
背景技术
随着现代化生产中X射线检测技术的应用日趋广泛，对X射线检测精度的要求也越来越高，然而由X射线管本身的结构特点带来的大发射角、宽检测区域内射线强度不均匀的问题，使得用X射线检测较大区域内物质时，出现同等射线强度条件下，越靠边缘区域的检测图像质量越差，甚至为保证局部区域检测质量，其它区域只能放弃检测的情况。
例如，烟草生产中对利用输送被测物的皮带连续输送烟叶和/或烟梗等卷烟原料进行流水式连续图像检测的装置多是利用X射线检测技术进行无损检测的装置。由于存在如前所述的原因，检测装置也会出现同等射线强度条件下，越靠边缘区域的检测图像质量越差，严重影响到检测质量。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种通过设置均衡板均衡X射线检测区域射线场强的方法及均衡板，运用该方法设置均衡板可较好解决宽检测区域内X射线强度不均匀的问题；本发明还提出了一种使用所述的均衡板改进所述的烟草生产中X射线检测的装置。
首先根据X射线管的发射角度和空间布局推导出X射线强度不均匀的数学模型。然后根据X射线穿透物质后射线强度的衰减特点，设计种厚度变化的均衡板，使得透过均衡板的X射线强度基本达到一致。
本发明采用以下技术方案：
1.一种均衡X射线检测区域射线场强的方法，其特征在于：
①X射线强度在空气中到达不同距离E1、E2处的衰减比的关系式为：
KL＝E2/E1 (1)
其中：E1设为0°位置被测平面区域对应射线束强度，E2设为β°位置被测平面区域对应的射线束强度，则KL为0°与β°射线的衰减系数；
②L1设为0°位置的X射线管到被探测平面的距离，L2设为β°位置的X
射线管到被探测平面的距离，KL＝(L1/L2)2；
③X射线强度在穿透厚度为H的均衡板材后的衰减关系式为：
UH＝e-u×ρ×H (2)
其中：μ为穿透高均衡板的X射线的质量衰减系数，ρ为穿透的均衡板的密度，H为穿透的均衡板的厚度；
④令UH＝E2/E1，计算得出均衡板的厚度：
H＝-Ln((L1/L2)2/ρμ (3)
上述式(1)、(2和(3)中，相关参数的单位为：
E2、E1：J，KL、UH：无量纲，u：cm2/g，ρ：g/cm3，H：cm。
根据公式(3)就可算出不同发散角处厚度H的值。
2.一种根据均衡X射线检测区域射线场强的方法设置的均衡板，其特征在于：
根据所述均衡板均衡X射线检测区域射线场强的方法，计算得出设置均衡板的厚度来设置均衡板；
为便于加工，我们可以根据实际需要将一定变化角内的X射线视为相同强度，计算并制作出厚度呈阶梯形变化的均衡板。
3.一种烟草检测设备中均衡X射线场强的装置，包括X射线管、准直器、输送被测物的皮带和X射线探测器，其特征在于：还包括均衡板和均衡板安装架，所述均衡板固定在所述均衡板安装架的上方；所述均衡板安装架位于所述输送被测物的皮带的下方、固定安装所述装置的外框架上且与所述输送被测物的皮带之间保持有被测物通过空间。
将利用本发明的均衡场强的方法设计的均衡板安装于X射线检测装置中，解决了烟草生产中对利用输送被测物的皮带连续输送烟叶和/或烟梗等卷烟原料进行流水式连续图像检测的X射线检测装置的边缘区域检测质量差的问题。
附图说明
图1为本发明中推导射线分布不均匀模型示意图；
图2为本发明所述均衡板的结构示意图；
图3为本发明所述均衡板的俯视结构示意图；
图4为本发明所述安装了均衡板的检测装置结构图；
图5为本发明所述安装了均衡板的检测装置截面图。
图中：1--X射线管；2--准直器；3--输送被测物的皮带；
4--均衡板安装架；5--X射线探测器；
6--被测物通过空间；7--均衡板；8--装置外框架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的组成及特征做详细说明。
从附图1中可以看到，随着发射角度的变化，照射距离由L1变为为L2。
根据X射线强度衰减规律可得出如下射线强度衰减关系式：
KL＝E2/E1 (1)
其中：E1设为0°位置被测平面区域对应射线束强度，E2设为β°位置被测平面区域对应的射线束强度，则KL为0°与β°射线的衰减系数；
②L1设为0°位置的X射线管到被探测平面的距离，L2设为β°位置的X
射线管到被探测平面的距离，KL＝(L1/L2)2；
③X射线强度在穿透厚度为H的均衡板材后的衰减关系式为：
UH＝e-u×ρ×H (2)
其中：μ为穿透高均衡板的X射线的质量衰减系数，ρ为穿透的均衡板的密度，H为穿透的均衡板的厚度；
将(1)、(2)式关联起来，当X射线管和均衡板材料确定后，(2)式中的μ和ρ也就确定了。根据联立式就可算出不同发散角处厚度H的值；
④令UH＝E2/E1，计算得出均衡板的厚度：
H＝-Ln((L1/L2)2/ρμ (3)
上述式(1)、(2和(3)中，相关参数的单位为：
E2、E1：J，KL、UH：无量纲，u：cm2/g，ρ：g/cm3，H：cm。
为便于加工，我们可以根据实际需要将一定变化角内的X射线视为相同强度，如图1中所示将a°对应照射面积S1内射线强度视为相同，对应到均衡板上，则如附图2所示可采用间隔S距离层层叠加的方式，通过渡覆或粘接、层压工艺实现均衡板的制作。
例如，可以具体实施如下：
如对发射角β＝±50°，E＝50J,检测距离L1＝30cm的X射线装置进行检测范围强度均衡。为简化计算，我们这里只考虑单色窄束X射线的情况。
假设根据具体检测效果需要，将а＝5°范围内的射线强度视为基本相同，我们将Β角从0°～50°分割成5个强度区域，运用铝材进行分区强度均衡(μ＝0.367cm2/g，ρ＝2.7g/cm3)。
计算结果如表1所示。
由表1中可以看出，X射线各发射角度所需要的补偿距离衰减的均衡板厚度值。因为发射角度变化带来的距离变化不是线性的，所以计算出的均衡板厚度变化也不
是线性的。为了便于工程运用，我们取厚度变化增量的平均值0.2cm，每片均衡板长度增加量对应10°发射角范围S≈5.3cm。
表1X射线各发射角度所需要的补偿距离衰减的均衡板厚度值
| β(°) | 10° | 20° | 30° | 40° | 50° |
| H(cm) | 0.03 | 0.126 | 0.29 | 0.538 | 0.891 |
根据以上计算得到的参数，我们就可以制作出阶梯形变化的均衡板。我们还可以通过增加射线强度分段数来优化实际均衡效果。
根据实际需要，将a°角内的X射线投射到被测平面区域照射面积Si内X射线衰减视为相同并设置厚度为Hi的均衡板，以a°为增量计算从β°到0°的所有需要的H均衡板，采用层层叠加的俯视如楼梯状均衡板从β°到0°不断加厚的方式设置均衡板。
进一步，采用不断加厚的方式设置均衡板是通过粘接和/或层压工艺方式实现均衡板的制作的。
本实施例中的X射线管和均衡板材料需根据实际应用需要确定，均衡板的材料选择需根据X射线管的强度等级、X射线装置的结构尺寸和易加工性来确定。
本实施例中均衡板的材料可选择铝板。
为便于加工，我们可以根据实际需要将一定变化角内的X射线视为相同强度，计算并制作出厚度呈阶梯形变化的均衡板。
本实施例中的均衡板可安装在X射线管和被测物之间或被测物和X射线探测器之间。
本实施例中的均衡板如图4和图5所示，安装在被测物和X射线探测器之间，但也可根据需要安装在X射线管和被测物之间。例如，可以构成一种烟草检测设备中均衡X射线场强的检测装置，包括X射线管、准直器、输送被测物的皮带和X射线探测器，其特征在于：还包括均衡板和均衡板安装架，所述均衡板固定在所述均衡板安装架的上方；所述均衡板安装架位于所述输送被测物的皮带的下方、固定安装所述装置外框架上且与所述输送被测物的皮带之间保持有被测物通过空间；所述均衡板、均衡板安装架、输送被测物的皮带呈水平面平行，也可以按照与地平呈一定角度的平行状态。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下做出的结构变化或改进，凡与本发明具有相同或相近的技术方案，均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种均衡X射线检测区域射线场强的方法，其特征在于采用以下步骤计算均衡板厚度：
①X射线强度在空气中到达不同距离E1、E2处的衰减比的关系式为：
KL＝E2/E1 (1)
其中：E1设为0°位置被测平面区域对应射线束强度，E2设为β°位置被测平面区域对应的射线束强度，则KL为0°与β°射线的衰减系数；
②L1设为0°位置的X射线管到被探测平面的距离，L2设为β°位置的X射线管到被探测平面的距离，KL＝(L1/L2)2；
③X射线强度在穿透厚度为H的均衡板后的衰减关系式为：
UH＝e-u×ρ×H (2)
其中：μ为穿透高均衡板的X射线的质量衰减系数，ρ为穿透的均衡板的密度，H为穿透的均衡板的厚度；
④令UH＝E2/E1，计算得出均衡板的厚度：
H＝-Ln((L1/L2)2/ρμ (3)
上述式(1)、(2和(3)中，相关参数的单位为：
E2、E1：J，KL、UH：无量纲，u：cm2/g，ρ：g/cm3，H：cm；
根据公式(3)就可算出不同发散角处均衡板厚度值H。
2.一种均衡X射线检测区域射线场强的均衡板，其特征在于：根据权利要求1所述的设置均衡板(7)均衡X射线检测区域射线场强的方法，计算得出设置均衡板(7)的厚度来设置均衡板(7)。
3.根据权利要求2所述的均衡X射线检测区域射线场强的均衡板，其特征在于：根据实际需要将a°角内的X射线投射到被测平面区域照射面积Si内X射线衰减视为相同并设置厚度为Hi的均衡板(7)，以a°为增量计算从β°到0°的所有需要的Hi均衡板(7)，采用层层叠加的俯视如楼梯状均衡板(7)从β°到0°不断加厚的方式设置均衡板(7)。
4.根据权利要求3所述的均衡X射线检测区域射线场强的均衡板，其特征在于：所述均衡板(7)的不断加厚的方式设置均衡板(7)是通过粘接和/或层压工艺方式实现均衡板(7)的制作的。
5.根据权利要求2～4所述的任一种均衡X射线检测区域射线场强的均衡板，其特征在于：均衡板(7)的材料选择需根据X射线管的强度等级、X射线装置的结构尺寸和易加工性来确定。
6.根据权利要求5所述的均衡X射线检测区域射线场强的均衡板，其特征在于：所述材料选择铝板。
7.一种烟草检测设备中均衡X射线场强的检测装置，包括X射线管(1)、准直器(2)、输送被测物的皮带(3)和X射线探测器(5)，其特征在于：还包括根据权利要求2～6所述的任一种均衡板(7)以及均衡板安装架(4)，所述均衡板(7)固定在所述均衡板安装架(4)的上方；所述均衡板安装架(4)位于所述输送被测物的皮带(3)的下方、固定安装所述装置外框架(8)上且与所述输送被测物的皮带(3)之间保持有被测物通过空间(6)。
8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于：所述均衡板(7)、均衡板安装架(4)、输送被测物的皮带(3)呈水平面平行或者按照与地平呈一定角度的平行状态。
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