浅谈工业CT探测器

工业CT系统主要由射线源系统、探测系统、机械扫描与控制系统、数据采集与传输系统和计算机图像处理系统组成。探测系统是工业CT系统的关键子系统。探测系统的性能优劣将直接影响到整个工业CT系统的图像质量和性能指标。提高探测器性能是工业CT系统研究和开发的重要内容。

在在工业CT领域，常用的探测器按探测介质可分为气体和固体两种。

气体探测器以气体为工作介质，由入射粒子在其中产生的电离效应引起输出信号。其探测效率低于固体探测器，但一致性好、性能可靠且成本低廉，因为气体探测器很难做到小于1mm的间隔，工业CT较少采用，一般用于医学CT。

在工业CT领域，常见的是固体探测器，它以固体物质为探测介质，包含半导体探测器和闪烁探测器。用于工业CT中的半导体探测器一般是一种均匀型半导体探测器，相当于一个固体电离室，灵敏度高。但半导体探测器价格高昂，因其在性能上的优势，实验室等研究机构得较多，一般采用的材料有Cd、Zn、Te、Si（碲、锌、镉、硅）。

工业CT探测器单元的工作原理如下：射线进入闪烁体，与之发生相互作用：光电效应，康普顿效应，电子对效应；闪烁体吸收带电粒子能量而使原子，分子电离和激发；受激的原子、分子退激时发射荧光光子；经过表面优化处理的晶体将绝大部分光子射入光电二极管的灵敏面积上，光电二极管将光信号转化为电信号，送给后续的电子学线路处理。在相当大的范围内，光电二极管的输出电流与射入的可见光强度成正比 。选择光电二极管，要考虑二极管的尺寸（外封装尺寸、灵敏区尺寸）、光谱响应、灵敏度、极间电容、暗电流等。

一般来说工业CT领域会用到线阵探测器和面阵探测器，下面我们做一些简单介绍：

工业CT线阵探测器主要优点有：1、射线穿透效果好，因为闪烁体在射线方向上的深度可以不受限制，从而使入射的大部分X光子被俘获。2、降低射线散射效果，尤其在高能条件下，可以缩短光子获取时间;由于闪烁体是独立的，并且同时闪烁体之间还有钨或者其它重金属隔片，降低了X射线窜扰。

但是工业CT线阵探测器也有一些缺点，尤其像素尺寸不可能做得太小，其相邻间隔(节距)一般大于0.1mm。同时，价格也较高，一般高能设备配置线阵探测器较多。

相比线阵探测器，面阵探测器效率很高，适合于DR成像，可以达到实时或准实时的动态成像；另外，面阵探测器也比较适合于三维直接成像。所有面 阵探测器由于结构上的原因，有共同的缺点，即射线探测效率低，无法限制散射和窜扰问题;动态范围小等，高能范围应用效果较差。

在工业CT领域通常4MeV以上均配置线阵探测器，1MeV以下的系统面阵探测器和线阵探测器都会选择；但如果在高能情况下，只检测工件内部结构，不检测缺陷时，也可以配面阵，只是图像精度不高。

在探测器的设计中，要根据系统的整体指标来决定探测器分统的各项指标，所考虑的指标包括（但不限于）探测效率、能量沉积率、灵敏度、窜扰、动态范围、耐辐照(寿命)等，至于选择哪一种探测器，需要专业的售前工程师一起分析需求，选择确认最佳的配置。

我们认为，分析和研究工业CT探测器的特性具有重要的工程应用价值和学术价值。 只有这样，才能在工业CT系统设计过程中对探测器的设计和器件选型做到有的放矢,同时有效提高和改善探测器性能,对影响探测器的灵敏度、线性范围及稳定性的诸多因素进行全面把握。