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工业x光检测原理
工业X射线检测（Industrial X-ray Inspection）是一种非破坏
性检测技术，常用于检测金属、陶瓷、塑料等材料中的缺陷、异物或构件的组织结构。
其原理主要基于X射线的穿透性。
X射线是一种电磁辐射，
具有高能量和短波长。
当X射线穿过被检测物体时，其能量
会被物体的不同部分吸收或散射，进而形成一个X射线影像。
检测人员可以通过观察这个影像来识别物体的内部结构和缺陷。
在工业X射线检测中，通常使用两种主要的技术：射线透射
检测和射线衍射检测。
射线透射检测：在这种检测技术中，射线源发射一束X射线，经过被检物体后，射线探测器会记录下射线通过物体后的能量变化。
通过对能量变化的分析，可以确定物体的内部结构和是否存在缺陷。
射线衍射检测：这种检测技术利用物体对X射线的衍射现象。
当X射线通过物体后，会在物体表面或内部产生衍射。
通过
测量衍射模式和衍射角度，可以推断出物体的晶体结构和物质组成。
工业X射线检测通常需要专业的设备和经验丰富的操作人员
来进行。
这种技术可以应用于各种工业领域，例如金属铸造、焊接、电子制造等，用于检测产品的质量和完整性，提高产品的可靠性和安全性。
[导读]作为一种快速、准无损的分析技术——X射线荧光光谱(XRF)得到了广泛的应用。
为了了解当前XRF的使用范围和新领域的增长潜力，我们请一些专家对于XRF的最重要的应用领域、以及面临的挑战、与其他技术的竞争优势等问题进行了评论。
作为一种快速、准无损的分析技术——X射线荧光光谱(XRF)得到了广泛的应用。
为了了解当前XRF的使用范围和新领域的增长潜力，我们请一些专家对于XRF的最重要的应用领域、以及面临的挑战、与其他技术的竞争优势等问题进行了评论。
XRF在地质相关领域的应用不断在增长，“地质学家、地质工程师、实验室技术人员、钻井地质学家、钻井液录入工和地球化学家都使用XRF”陶氏化学的研究科学家LoraBrehm指出：例如，使用便携XRF系统配合井下采矿和能源勘探，以及化学地层研究是进行核心扫描。
“由于电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和原子吸收光谱(AAS)需要使用酸分解样品，以至于不适于现场分析，但XRF完全可以，特别是小型化的仪器。
”芝加哥洛约拉大学副教授MartinaSchmeling也表达了同样的意见，“便携性和现场易用性显然是XRF的发展趋势，”并称XRF在天然气勘探等领域也可以应用，而且该方法具有非常出色的稳定性和易用性。
“与质谱(MS)方法相比，XRF有很多优势，其中最主要的一点是不需要载气和其他消耗品，”她说到。
“需要重点记住的一件事是，火星上有XRF，而没有ICP-MS。
”华盛顿州立大学的分析化学助理教授UrsulaFittschen，从更广泛的角度看待XRF与其他技术的竞争。
他指出，XRF的使用取决于分析物的含量水平和其他因素。
“传统XRF仪器最具吸引力的是在耐火材料分析等应用中具有ppm级水平，”但是，她指出，对于ppb级的微量元素分析，ICP-OES是主力，只要样品量不受限制、消解又很简单。
对于有限的样本，微观分析工具如全反射XRF或石墨炉原子吸收光谱可能是一个更好的选择。
测试测量114 ｜ 电气时代・２０１０年第３期・自动化系统工程专辑Ｔｅｓｔ ＆ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ图１ 测厚电气系统结构图Ｃ型架ＡＤＣ模块电离室校准板Ｘ射线发生器Ｘ射线控制单元ＤＩＦ模块Ｇａｕｇｅ ＣＰＵＡＡ４６Ａ模块电气控制柜Ｓｙｓｔｅｍ ＣＰＵＰＩＯ模块ＨＵＢ客户ＰＬＣ偏差输出测量状态信号生产线线速度量程状态系统状态钢卷信息请求钢卷信息应答操作台电脑维护操作台电脑东芝Ｘ射线测厚仪是一种以Ｘ射线为载体的非接触式厚度测量系统，在不接触和无破坏的条件下完成测量，该测量系统的设计重点在于可靠性和测量精度的改进，并且在努力减小时间常数的同时降低信噪比。
在该系统中，由Ｘ射线管在高压条件下产生Ｘ 射线，可以通过单独设定高压对辐射进行最优调整，而且停止高压放射立即停止，没有任何残余辐射。
并通过数据通信系统将所测结果的绝对值或偏差实时反馈给ＡＧＣ系统，为ＡＧＣ系统提供实时厚度偏差信号，以更好的控制带钢的厚度，信号的准确和灵敏度直接影响了轧制板材的厚度质量。
实践表明，其控制方式、通信方式均体现了较高的运行效率和可靠性， 整套装置在冷热轧线得到广泛应用。
东芝Ｘ射线测量系统的基本组成和原理东芝ＤＯＴＯＳＧＡＧＥ测厚仪主要由以下几个部件组成：主控制柜（ＥＣ）、Ｃ型架 、接线箱（ＤＣＢ）、维护计算机操作站ＨＭＩ、操作员计算机操作站ＨＭＩ、轨道和限位开关等组成。
１． 主控制柜（ＥＣ）主控制柜（ＥＣ）由ＳＹＳＴＥＭ ＣＰＵ、ＤＩＦ模块、ＡＡ４６Ａ模块、ＰＩＯ模块、ＨＵＢ等组成。
２． Ｃ型架Ｃ型架内有ＡＤＣ模块、电离室、校准板、Ｘ射线发生器和Ｘ射线控制单元等。
３． Ｘ射线测量系统的原理电气系统结构如图１所示。
１） Ｃ型架内Ｘ射线控制单元控制高压发生器产生稳定高压，作用到Ｘ射线管上激发射线，同时还接收Ｘ射线管的阳极电流、电压的反馈信号和系统给定的目标电流、电压信号，用以确保发射的是恒定的射线强度。
电离室把射线强度信号转换为微弱的电流信号，经放大传输单元完成前置放大和对数放大后通过ＡＤＣ模块转换成数字信号，送到电气控制柜进行材质补偿等相关补偿运算。
钢铁工业在线X射线测量技术的应用
引言自1895 年德国科学家伦琴（Rőntgen）首先发现X 射线，通过对X 射线产生机理和与物质相互作用的深入研究，使X 射线技术广泛地应用于国防、工业、医疗、农业。
人们还成功地利用X 实验技术成功地解析出DNA 的
双螺旋结构。
在钢铁工业上，尽管在线X 射线测量技术的应用起步较晚，但
随着核技术军转民，半导体工艺、计算机等技术的快速发展，该类产品在上个
世纪90 年代开始普遍应用在钢铁生产线上，并因其快速响应、高精度、无损测量等优点得到了越来越广泛的应用。
1 X 射线产生原理图1 X 射线管结构图
图中：阴极丝在加热的情况下，会发射出热电子，在射线管的阴极和阳极之
间施加高压，热电子在电场中被加速并撞击到阳极靶材料上，辐射出电磁波，
产生的光谱为连续谱并存在着短波限（λmin），相当于电子所有能量都转换成
X 射线，短波限与阳极材料无关。
连续光谱的强度随热电子加速电压的平方成正比，与电流、阳极元素原子序
数Z 成正比，转换成X 射线的效率与ZV 成正比。
当管电压超过靶材料激发
电势时，连续光谱上会叠加特征光谱，特征光谱的波长与靶材料有关。
特征谱
线的频率为：
式中：R 为里德伯常数（R=109 737.3/cm）；Z 为原子序数；在Ka 谱系中，σ=1，K=3/4。
由于产生的X 射线是连续谱，X 射线在穿过射线管窗口材料时，低能部分的射线及低能特征射线容易被吸收，能谱的谱线发生变化，如图2 和图3 所示。
图2 X 射线光管内部的能谱图
图3 X 射线光管外部的能谱
2 X 射线与放射性同位素的比较2.1 X 射线测量技术的优点2.1.1 测量精度。
X射线无损检测的应用及发展趋势摘要：X射线无损技术在各个领域的产品缺陷检测中得到了广泛应用，对于我国各类产品及材料的质量检测具有非常重要的效用。
在以后的产品材料检测中，应尽量与计算机技术相融合，由此使X射线无损检测技术实现自动化，进而提高X射线无损检测技术应用水平，为我国的材料检测提供更优质的技术支撑，并同时对材料质量进行高效管控。
关键词：X射线；无损检测；应用1X射线无损检测原理当辐射入射在物体表面上的时候，物质原子和入射光子便会产生相互作用，这时射线强度会因吸收、散射等原因而不断被弱化。
强度降低程度完全与材料衰减系统和穿透厚度有较大的关系。
如被穿透物其存在局部缺陷，而其与构成缺陷类的材料相比衰减系统是存在差别的，局部区域与相邻区域间所形成的透过射线强度会各有不同，存在较大的差异性，通过这些差异性可以判定所检测的物体是不是存在缺陷。
射线穿透过被检测对象以后，由此生成一幅射线强度分布潜像。
在被检测对象背面安放一个检测仪，可获得此潜像的投影，通过相应的技术处理以后，便能够将潜像转变成人肉眼能够看到的一幅二维平面图。
2X射线无损检测方法分类2.1 X射线照相法X射线在穿透被照对象时，存在缺陷的位置其吸收射线的能力和基体都是有所不同的，例如：空隙中有空气那么其射线吸收能力会比基体吸收能力低很多，因此，无缺陷位置处的X射线强度比有缺陷位置处的射线强度低。
对于存在缺陷的位置需要使用更多X射线粒子，由此造成在X射线胶片上产生黑度面积非常大的一幅缺陷图。
缺陷检测最终结果与被检材料的性质、缺陷的厚度有较大的关系。
2.2 实时成像检测借助真空管中的X射线敏感荧光屏将无法看到的X射线图转化成可见的光子图像，之后借助光电阴极把可见光子转变成与之相适的电子，再利用数千eV电压来对电子进行加速，同时将其聚焦在荧光显示屏上，最终形成经过好几十倍增强后的可见光图像。
然而通过图像增强器所输出的可以人肉眼看到的光图像是无法直接用来观察的，必须用摄像机将经由图像增强所形成的光信号转变成电信号，之后利用电缆将图像传送至计算机系统当中，同时对图像做相应的处理以后再上传到显示器屏幕上，以让检测人员可以对图像进行观察和分析[2]。
X射线物位计在济钢炼铁厂的应用一、简介：济源钢铁公司炼铁分厂高炉采用无料钟上料，跟据工艺需要，在高炉料罐底部采用射线料位计测量。
料罐料位测量装置采用北京得天测控技术研究所Y射线料料位计，其中采用铯137作为放射源，但由于具有放射性，对环境及人体有一定危害，因此，操作员和维护人员有必要掌握液位计的正确使用和维护方法。
二、过程描述：1、高炉在物料流量调节阀的上部对称配备辐射源和一次接收探头（如图所示），利用放射源产生一个恒定的Y射线，Y射线穿过下料口时，如遇到一定厚宽物质阻挡后，将被物质吸收大部分粒子束，使另一侧一次接收探头收到Y射线粒子束信号与没有物质阻挡时收到Y射线粒子束产生明显区别。
一次接收探头接收到放射源发出的粒子束后，产生相应电脉冲信号（与接收的粒子束成正比）通过2芯屏蔽线传输至室内二次显示仪表的信号输入（电压在3Ｖ-5Ｖ左右）。
经二次显示仪表转换信号后，内部产生一个线性模拟量，通过人为预先设定好仪表的料空、料满值来进行料空、料满判断，并输出一个开关量信号到PLC上，根据此信号程序判断料罐中是否有物料。
如果在下料时从有料变为无料，则可认为料罐内料已经完全进入高炉内部，从而产生周期进位条件，使受料斗内料批开始进入料罐，槽下再向受料斗备料，直至下一个料罐下料循环。
三、当前常见故障及排除方法：根据工艺要求，可以看出，装料罐的空装料或满装料对于高炉程序的运行非常重要，因为这个信号是高炉周期循环备料的重要条件。
通常故障有：料罐信号不空或料罐信号不满。
如出现故障后，可先开、关几次下密封和料流调节阀，排除并确认没有发生料罐底部挤、堵料现象，然后再根据现场故障现象准确判断问题所在，避免影响高炉上料。
一般的故障排除方法包括以下几个方面：1.检查材料罐或一次接收探头的放射源是否有异物堵塞。
2.检查一次接收探头和二次显示仪表的工作电源是否正常。
3.检查信号传输线是否正常，有无接地、短路、干扰等。
4.检查辐射源粒子束线和接收装置是否在同一对中。
射线检测应用实例
1. 医学领域：X射线检测是医学影像学中最常用的一种成像技术。
它可以用来检测骨骼结构、内脏器官以及软组织的病变情况。
射线检测还可以用来诊断肺部疾病、心血管疾病、消化系统疾病等。
2. 工业领域：射线检测在工业领域中也有广泛应用。
例如，在汽车、飞行器、建筑等制造领域，射线检测可以用来检测零件的质量和完整性。
在金属材料的生产过程中，射线检测可以用来检测金属的质量、裂纹、缺陷等。
3. 非破坏性检测：射线检测还可以用来进行非破坏性检测。
在工业制造、建筑结构等领域，射线检测可以用来检测零件、构件的内部结构和缺陷等，而不需要对它们进行毁坏性测试。
4. 环境监测：射线检测还可以用来进行环境监测。
例如，收集空气或水样本，并使用射线检测来测量其中放射性物质的浓度，以评估环境污染的程度。
5. 安全检查：射线检测可以用来进行安全检查。
例如，在机场、口岸等地方，使用射线检测来扫描乘客的行李和身体，以检测是否存在可疑物品，如武器、炸药等。
X射线探伤的原理及应用范围1. 原理介绍X射线探伤是一种常用的无损检测技术，通过利用X射线的特性对物体进行探测和成像。
X射线是一种高能电磁辐射，具有穿透力强的特点，可以穿透不同材料的厚度，并且被不同物质吸收的程度也不同。
因此，通过测量和分析被探测物体吸收、散射和透射的X射线，可以得到物体的内部结构信息。
X射线探伤的原理可以简述为以下几个步骤： 1. 产生X射线：通过X射线管中的高速电子与靶材相互作用，产生X射线。
2. 透射与吸收：X射线穿过被探测物体时，会部分透射和部分被物体吸收。
3. 探测和成像：利用X射线探测器接收和测量透射的X射线，将得到的数据转化为图像。
4. 分析和诊断：通过对得到的图像进行分析和诊断，可以了解被探测物体的内部结构和缺陷情况。
2. 应用范围X射线探伤在工业、医学等领域有广泛的应用范围。
以下列举了一些常见的应用场景：2.1 工业领域•金属材料检测：X射线探测技术可以用于检测金属材料中的缺陷，如焊接接头、铸件中的气孔、裂纹等。
•车辆和航空器检测：可以用X射线探测技术对汽车、飞机等交通工具的零部件和结构进行检测，以确保其安全可靠。
•鉴定艺术品真伪：X射线探测技术可以对古代艺术品、文物进行检测，以鉴别其真伪和了解内部结构。
2.2 医学领域•临床诊断：X射线探测技术在医学影像学中有着重要的应用，可以对骨骼和软组织进行影像诊断，检测疾病、骨折等。
•医疗设备检测：对医疗设备进行检测，确保其符合安全标准，如X 射线机、CT机等。
2.3 安全领域•机场安检：X射线探测技术可以用于机场安检中，检测乘客行李中携带的危险物品，如枪支、爆炸物等。
•边境检查：可以用于边境口岸的安检，对出入境旅客的行李进行检验，以确保边境安全。
2.4 科学研究•材料分析：X射线探测技术可以用于分析材料的晶体结构、成分等，对材料的性质和质量进行研究。
•生物学研究：X射线探测技术在生物学研究中有着重要的应用，可以对蛋白质结构、生物分子进行探测和研究。
钢铁工业在线X射线测量技术的应用
1、X射线产生原理
图1X射线管结构图
图中：阴极丝在加热的情况下，会发射出热电子，在射线管的阴极和阳极之间施加高压，热电子在电场中被加速并撞击到阳极靶材料上，辐射出电磁波，产生的光谱为连续谱并存在着短波限(λmin)，相当于电子所有能量都转换成X射线，短波限与阳极材料无关。
连续光谱的强度随热电子加速电压的平方成正比，与电流、阳极元素原子序数Z成正比，转换成X射线的效率与ZV成正比。
当管电压超过靶材料激发电势时，连续光谱上会叠加特征光谱，特征光谱的波长与靶材料有关。
特征谱线的频率为：
式中：R为里德伯常数(R=109737.3/cm)；Z为原子序数；在Ka谱系中，σ=1，K=3/4。
由于产生的X射线是连续谱，X射线在穿过射线管窗口材料时，低能部分的射线及低能特征射线容易被吸收，能谱的谱线发生变化，如图2和图3所示。
图2X射线光管内部的能谱图
图3X射线光管外部的能谱
2、X射线与放射性同位素的比较
2.1X射线测量技术的优点
2.1.1测量精度和分辨率高，统计噪声低
无论射线源采用何种方式，射线的产生都是随机的，并服从统计分布，存在统计涨落，根据射线衰减公式，可以得到：
式中：μ表示被测物质的吸收系数；τ表示探测器的响应时间；Ks表示探测器特征系数；I表示初级X 射线的强度；T表示被测材料的厚度。
从式(4)可以知道，厚度的影响与射线的强度I有关。
对于同位素放射源其强度不能无限制地增加，射线源强度的增加会造成辐射防护难度的增加，电离辐射危险性增大，另一方面放射源本身存在自吸收效应，射线源强度越大，自吸收效应越大。
而根据公式(2)，增加X射线管的高压和阴极丝电流就可快速地增加射线的强度，来达到降低噪声的目的，对于相同的噪声等级，X射线源的响应速度也可以提高。
假设在厚度为0时的噪声值为SN0，则厚度为X时的噪声为：
根据式(5)，可以方便地计算出对于任意厚度时的相对统计噪声，相对统计噪声与半厚度值(射线强度
衰减到一半时的厚度值)之间的关系如图4所示，其最小值时的厚度为2.9倍半厚度值。
对于使用放射性同位素测量的设备，由于射线的能量是单一的，其最佳测量厚度值是2.8倍半厚度值，是固有的物理特性；对于X射线测量设备通过调整能量，使设备在整个量程内的统计噪声保持在较低的水平。
图4相对统计噪声与半厚度之间关系
2.1.2化学分析更精确
使用X射线技术进行浓度、化学成分分析时，射线源的能量和强度可以调节显得尤为重要。
在进行化学分析时，一般是利用X射线的荧光效应，通过对被测化学元素的原子激发产生该种元素的特征谱线，但被测元素的激发谱线容易受到其它元素谱线的影响，从而降低了系统的检测精度，可以利用X射线的能量调节和滤片技术，实现对特有元素的谱线激发，而不激发或降低其它元素的激发，从而实现对特有元素的高精度测量。
2.1.3使用上更安全和可靠。
X射线是加速的热电子碰撞阳极靶产生的，因此在切断电源后便没有任何射线，而同位素放射源是密封在源罐中，即使关闭射线源的快门也存在一定剂量的泄露射线，不利于人身和设备的安全。
图5穿透物质后X射线能谱的变化
2.2影响X射线测量的关键因素
2.2.1高压范围限制
X射线的能量取决于施加的高压，由于受技术的限制，高压不能不受限制地增加。
在热轧生产线上使用的X射线源高压一般为160kV，冷轧使用100kV左右，相对于放射性同位素发射出的γ射线而言如表1所示，其能量要小得多，因此穿透物质的能力不如放射性同位素，目前钢铁工业上的X射线源的高压最高在200kV左右，如果再增加高压会带来制造和维护成本的增加，因此在宽厚板等工厂，厚度和凸度的测量通常都是采用放射性同位素方法。
表1常用放射性同位素的射线能量
2.2.2X射线源的冷却
加速热电子在碰撞阳极靶过程中，99%的能量转换成热量，只有1%转换成X射线，因此在阳极靶上产生的热量很大，必须对其进行冷却，冷却效果的好坏直接影响到设备的测量精度和使用寿命。
在实际使用过程中经常受到水质、管路等影响，使冷却效率下降。
2.2.3吸收系数的变化
由于X射线的能谱为连续谱，低能部分很容易被吸收，造成能谱的偏移，即X射线的硬化现象，如图6所示，其结果是射线能量和强度都发生变化，不象放射性同位素在穿透物质时只是强度发生变化，而能
量不会发生变化，这种变化的结果造成在X射线能量不同时吸收系数不同。
不同元素吸收系数与射线能量的关系如图7所示，横坐标为射线能量，纵坐标为吸收系数。
图6射线能量与吸收系统关系
图7电离室
对于X射线而言，其能量一般在0.01～0.2MeV之间。
吸收系数是被测量物质各种化学成分综合的结果，在这一能量区间，从图中可以得到成分的细小变化对吸收系数的影响很大。
因此利用X射线进行物质厚度检测时被测物化学成分有严格的要求，而对于放射性同位素设备，吸收系数基本上不发生变化。
2.2.4探测器要求的增加
目前X射线测量技术主要采用电离室作为射线检测部件，其检测原理是通过射线进入电离室产生气体电离，通过对电离后的离子对加压，产生弱电流信号(10-9～10-11A)，然后将弱电流信号转换成电压信号，并进行数据的转换和处理。
由于X射线是连续谱，要求测量X射线的电离室对整个能谱范围内的X射线进行有效的检测，应用在传统放射性同位素测量设备上的电离室只需要对特定能量的射线进行有效检测。
随着现代生产工艺对产品检测和控制精度要求的提高，要求电离室的尺寸减小，而检测效率提高，对电离室的制造工艺提出了更高的要求。
3、宝钢X射线测量设备的应用实绩
宝钢自1997年首次在2030冷轧5机架上使用X射线测量设备以来，设备良好的精度和快速响应促进了产品质量和控制精度的提高，到目前X射线测量设备已达25套(不包括三期后工程)。
对新建设的主生产线上都配置使用X射线测量设备，也逐步将老的主生产线上同位素测量设备升级或改造成X射线测量设备。
测量物理量包括厚度、凸度、边缘降、锌层厚度、电工钢膜厚、电解液离子浓度等。
在带钢厚度测量方面，从以前的单点测量发展到对带钢整个横断面的精细测量(每5mm宽度1个测量点)，在镀层测量方面，可以根据需要对不同成分层进行的实时多层测量。
在钢铁工业上，在线X射线测量技术也需要一个不断完善和发展的过程，在现场实际应用过程中仍然存在不少问题，主要是设计上的缺陷和没有充分考虑到现场环境因素的影响。
经过我们多年的努力，成功地解决了X射线源的冷却问题，提高了X射线源的使用寿命；解决了化学成分对厚度测量结果的影响，提高了产品的质量和精度；成功地完成了X射线源、探测器、标样箱等关键部件的国产化。
4结束语
①在线X射线测量设备精度、可靠性比传统的放射性同位素设备高，而且其功能在不断地增加，对现有系统进行少量的改进即可实现多物理量的同时测量。
比如X射线凸度仪进行适当升级就可以实现带钢温度的测量、宽度测量、平直度测量、凸度边降测量、局部高点测量等，从而能完成过去需要多台测量设备才能完成的任务；
②在线X射线测量设备具备完善的自我诊断功能，提高了系统的可维护性；
③随着计算机技术的发展，在测量现场就完成测量信号的快速采集和数字化处理，通过系统内部总线及部件之间的网络连接，测量设备不但能提供各种工艺所需要的信号，而且通过集成在测量系统内部的历史数据统计分析软件，可以为生产技术人员对可能出现的问题提供指导。
