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下面，我們就從檢測(cè)需求出發(fā)，依據(jù)采樣理論來(lái)看CT檢測(cè)中的常用工藝參數(shù)應(yīng)該如何定量取值。

在檢測(cè)前需要了解以下信息：

對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)位置可以沿射線平行方向移動(dòng)的系統(tǒng)，源到探測(cè)器距離SDD不變，源到轉(zhuǎn)臺(tái)中心距離SOD是可變的。轉(zhuǎn)臺(tái)位置確定了有效射束寬度，轉(zhuǎn)臺(tái)的位置應(yīng)該在最佳放大倍數(shù)Mopt位置，見(jiàn)下式：

Mopt＝1+ (d/a)²             (1)

從式(1)可以看出，d?a時(shí)，Mopt≈1，此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的最佳位置越靠近探測(cè)器越好，其主要受轉(zhuǎn)臺(tái)尺寸限制。

d?a時(shí)，Mopt很大，此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的位置越靠近射線源，分辨率越高，其主要受轉(zhuǎn)臺(tái)尺寸、試樣尺寸和面板尺寸限制，目前微焦面陣探測(cè)器CT多工作在此模式下。

需要注意的是微焦射線源的焦點(diǎn)尺寸通常隨射線源能量的增加而增大，隨著射線源能量的增加，最佳放大倍數(shù)會(huì)減小。

重建范圍(Re)受到試樣外形尺寸的影響，通常重建范圍可以用下式確定：

Re ＝1.5×D                  (2)

其即為試樣外形最大尺寸的1.5倍。檢測(cè)時(shí)應(yīng)防止試樣未擺放到轉(zhuǎn)臺(tái)中心，造成CT圖像沒(méi)有完全包含產(chǎn)品。

圖1 三代模式下掃描示意

重建矩陣(H×H)用于以一定的精度來(lái)量化重建范圍，如圖1所示(圖中圓形區(qū)域是重建范圍，圓形區(qū)域中的小方格表示重建矩陣)，重建范圍固定后，重建矩陣越大，分割試樣空間越精細(xì)，能描述的空間分辨率越高。

像元尺寸p用下式計(jì)算：

p＝Re/H              (3)

重建矩陣的取值滿足下式的最接近值：

H＞Re/(2×Defmin)           (4)

　　根據(jù)采樣定理，通常要求像元尺寸p小于要求檢出最小缺陷Defmin的1/2，以保證最小缺陷可以正常地顯示。缺陷是否能顯示出來(lái)，還取決于系統(tǒng)的空間分辨率是否能夠優(yōu)于最小缺陷。

重建矩陣的大小決定了CT圖像文件的規(guī)模，在達(dá)到系統(tǒng)極限空間分辨率圖像可正常顯示的條件后，即使再增加圖像矩陣，也不能再增加細(xì)節(jié)的分辨率，而且還需要更多的硬盤和內(nèi)存開(kāi)銷。

另外顯示器的物理分辨率也在一定程度上限制了圖像細(xì)節(jié)的顯示，當(dāng)原始圖像像元尺寸小于顯示器的物理分辨率時(shí)，圖像顯示時(shí)會(huì)被放大，小的噪聲信號(hào)也可能被放大到人眼可識(shí)別的程度，造成CT圖像背景噪聲增大，而干擾小缺陷的識(shí)別；當(dāng)顯示器完全顯示所有圖像信息時(shí)，像素的大小被顯示器的物理分辨率替代，細(xì)節(jié)特征可能會(huì)被丟失。

對(duì)于焦點(diǎn)尺寸可以選擇的X射線源，小焦點(diǎn)具有更高的空間分辨率，但小焦點(diǎn)因?yàn)樯釂?wèn)題，功率較小，射線強(qiáng)度弱，探測(cè)器采樣需要更長(zhǎng)的積分時(shí)間。對(duì)于微焦射線源，為了保證試樣的穿透性，需要提高掃描電壓，焦點(diǎn)同時(shí)也變大。因此應(yīng)在保證穿透性和射線強(qiáng)度的前提下，盡量使用小焦點(diǎn)。

掃描電壓決定射線的能量，ISO/DIS 15708-1 Non-destructive Testing - Radiation Methods - Computed Tomography - Part 1: Principle, Equipment and Samples中從信噪比的角度給出了穿透試樣的射線強(qiáng)度占入射射線強(qiáng)度的10％~20％時(shí)，信噪比最好的結(jié)論。當(dāng)穿透射線強(qiáng)度太低，會(huì)造成噪聲增加，信噪比降低；當(dāng)穿透射線強(qiáng)度太高時(shí)，信號(hào)對(duì)比度降低，信噪比也降低。也就是說(shuō)大約穿透2~3個(gè)半值層時(shí)，信噪比最佳。

掃描電流確定射線強(qiáng)度，在探測(cè)器的線形階段，射線強(qiáng)度越高，信噪比越大。因此在保證探測(cè)器不飽和狀態(tài)下，掃描電流應(yīng)盡可能大一些。

對(duì)于三代掃描模式，在采樣過(guò)程中，探測(cè)器通道間隔代表了試樣空間上的徑向采樣頻率，而采樣幅數(shù)n表示了圓周方向的采樣頻率。按照采樣定理，n應(yīng)滿足下式，以避免最大圓周方向上因采樣不足造成噪聲增大的問(wèn)題。

2×(3.14×Re)/n＜Defmin/M         (5)

n＞2×M×3.14×Re/Defmin             (6)

式中：M為放大倍數(shù)。

而探測(cè)器通道間隔受到了探測(cè)器硬件成本的限制，因此很多CT系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械系統(tǒng)微動(dòng)，增加掃描次數(shù)來(lái)增加徑向采樣頻率，提高空間分辨率。其是用增加檢測(cè)時(shí)間來(lái)?yè)Q取檢測(cè)精度的方法。

對(duì)于線陣探測(cè)器，切片厚度h由后準(zhǔn)直器水平寬度確定。切片厚度決定了z軸方向的分辨率，也影響密度分辨率，切片厚度越小，信噪比越小，圖像噪聲增大，但對(duì)薄型缺陷更容易檢出，z方向分辨率越高。從缺陷定量角度分析，切片厚度h滿足下式：

h≤Defmin                      (7)

積分時(shí)間的設(shè)置主要與射線掃描電流(射線強(qiáng)度)以及掃描時(shí)間相關(guān)，積分時(shí)間的設(shè)置要保證探測(cè)器采樣信號(hào)不飽和。適當(dāng)增加積分時(shí)間可以提高信噪比，但在射線強(qiáng)度嚴(yán)重不足時(shí)，僅增加積分時(shí)間會(huì)導(dǎo)致噪聲的增加。因此積分時(shí)間的確定要綜合考慮探測(cè)器響應(yīng)參數(shù)、射線強(qiáng)度等因素。

采用小孔試片進(jìn)行實(shí)例分析，材料為不銹鋼；試樣的規(guī)格為：外徑50mm，厚度1.2mm，其上加工有直徑分別為0.1，0.3，0.5，0.7，0.9，1.1mm的6類人工通孔，每類沿徑向分布3個(gè)。

檢測(cè)設(shè)備采用固鴻科技生產(chǎn)的IPT6110 6MeV高能工業(yè)CT系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。

設(shè)備的加速器能量為6MeV；焦點(diǎn)尺寸為標(biāo)稱2mm；探測(cè)器608通道，垂直準(zhǔn)直器開(kāi)口0.3mm，通道間隔1.3mm，水平準(zhǔn)直器0.25~5mm可調(diào)。源到探測(cè)器距離(SDD)為3421.6mm；源到轉(zhuǎn)臺(tái)中心距離(SOD)為2639.4~3019.4mm。

可發(fā)現(xiàn)0.5mm以上人工孔。

按以上工藝參數(shù)，使用IPT6110設(shè)備對(duì)試樣進(jìn)行三代CT掃描，檢測(cè)結(jié)果如圖2(a)所示，在其上可清晰發(fā)現(xiàn)3個(gè)0.5mm孔。

圖2 試樣CT掃描圖像及其增加采樣幅數(shù)和微動(dòng)次數(shù)后的CT圖像