X射线累积剂量实时检测系统的研制

　　精确测量试件前后剂量是工业X射线精确测量试件密度和厚度的最关键的环节之一。笔者设计了一种具有计算机通信接口的射线剂量快速实时精密检测系统,该系统采用DT公司的CsI(Tl)闪烁体光电二极管探测阵列,通过限时积分法测量X射线剂量,并可将测量数据快速传输给计算机进行数据处理

　　1　工作原理及结构

　　1.1　探测器

　　在X射线探伤技术研究中,探测器及其技术是最关键的技术之一,它是将包含被测物信息的射线信号转化成易于处理的电信号的一种测量技术。目前探测X射线常用的探测器主要有气体探测器、半导体探测器及闪烁体计数器三种。气体探测器的探测效率太低,影响检测效率,半导体探测器需要在低温条件下工作,且单个探测器成本极高。因此,检测系统的探测器采用DT公司ARA25-16系列CsI(Tl)闪烁体光电二极管探测器阵列,由单个闪烁体晶片CsI(Tl)和光电二极管组成,每个像素间均有隔离器,可有效阻止像素间串绕。该探测器探测效率可达99%,空间分辨率也很高。

　　1.2　射线剂量检测系统

　　射线剂量检测系统由闪烁体光电二极管探测器阵列、积分电路、多路选择电路、偏置放大电路、A/D转换电路、单片机控制系统、接口电路、PC机控制与数据处理系统等组成。电路原理结构框图见图1。

　　系统将从探测器获得的难以直接测量的微弱电流进行放大处理,转换成容易测量的电压信号,从而获得射线剂量,然后将测量结果通过RS2485接口电路传输给PC机进行处理。

　　系统的精度主要取决于积分电路的精度,积分电路是整个系统的核心部分。笔者采用限时积分测量法,利用探测器输出一个幅度与射线强度成正比的脉冲电流(图2),采用IVC102高精度积分器,在单片机控制下实现射线累积剂量的实时精确测量。

　　普通X射线机产生的射线照射在闪烁体探测器上,输出的电流有以下特性:

　　(1)探测器输出脉冲的上升沿近似为直线,且上升时间tu为一个常数。tu为X光子与闪烁体的作用时间,约为10^-8 s,因而上升沿的指数关系可由泰勒级数近似展开呈线性关系^[1] (图2)。对于普通X射线机而言,管电压是直接对交流电整流产生的,它输出射线的脉宽为几毫秒^[2] ,因而探测器输出脉冲的持续时间t _s为几毫秒。相对于脉冲的持续时间,脉冲的上升时间可忽略不计。

　　(2)探测器输出的脉冲幅度与射线强度成正比。

　　(3)探测器输出脉冲的衰减时间t _d为闪烁体的闪烁衰减时间,并呈指数衰减。对于确定的闪烁体,闪烁衰减时间是常数。碘化铯(CsI)的闪烁衰减时间为1μs,相对于脉冲持续时间可忽略不计。