工业CT的基本原理

工业 CT 系统通常由射线源、机械扫描系统与自动控制系统、探测器系统及数据采集系统、计算机系统、辅助系统等组成 。其中， 最核心的原理是：计算机控制射线源发出射线束，数控扫描平台承载被测物体，可以在计算机控制下移动或旋转，平板探测器则负责采集扫描数据；屏蔽设施确保射线不外泄以及扫描过程的安全；最后，计算机通过采集到的投影数据重建工业 CT 切片图像，并对图像中存在的缺陷进行分类。

下面，我们就工业CT基本原理涉及到的几个组件做一个介绍：

一、射线源

工业CT最常用的射线源是X射线机和直线加速器，统称电子辐射发生器。

X射线机和直线加速器产生X射线的机理大体相同，都是利用高速电子轰击靶物质的过程中，电子突然减速引起的所谓轫致辐射除轫致辐射以外，高速电子和靶物质的内层电子作用时还可能发生一些特征辐射。特征辐射的能量与靶材料原子序数有关，大致在数千电子伏到数十千电子伏的范围，市售X射线机的峰值射线能量范围从数十千电子伏到450keV。工业CT由于内在性能的要求，对X射线机的基本要求除了合适的最高工作电压以外，还要求足够的电流强度、较小的焦点、良好的稳定性和可靠性。常见的X射线机按焦点尺寸可分为纳米射线管、微米射线管、小焦点射线管、常规焦点射线管等。

二、机械扫描与自动控制系统

此系统的主要部件是运动控制器本身，主要负责被检测工件的旋转、平移和射线源-探测器等扫描运动轴的扫描运动。在工业CT扫描过程中，扫描运动控制器需要实时采集各个运动轴的位置信息，实现精确的运动控制;同时，需要监控系统状态、控制射线源和采集系统在预定位置分别出束和采集。因此，运动控制系统的控制性能好坏将会直接影响工业CT扫描位置的精度、采集数据的有效性和图像重建的准确性。

三、探测器及数据采集系统

工业CT所用的平板探测器根据能量转换可以分成直接或者间接转换两种方式。直接转换型的FPD使用的是光导体材料，在x射线曝光后转化为电信号，通过薄膜半导体阵列(Thin Film Transistoraray，TFT)存储，再经过A/D转换获得数字图像。间接性转换型FPD使用的是闪烁晶体。在x射线曝光后，能够将其转换成为可见光，然后用稿光电二极管阵列，将其转换为电信号并逐行取出转换为数字图像。

四、计算机数据处理系统

计算机数据处理系统要完成的基本工作是采集数据过程的扫描控制、CT图像的重建和CT图像的观测、分析和管理。由此决定了计算机硬件和软件的结构与组成。

通常把完成CT图像重建的计算机称为主计算机。主计算机上应当装有完整的系统操作的人机对话界面，能完成对计算机进行所有的操作，并能反馈回全部系统运行状态的信息。主计算机要完成全部扫描数据的获取，包括一部分重建之前的预处理，最后重建出CT图像。医用CT为了及时得到重建图像，常常用专用的阵列处理机完成大量的重建计算。但是工业CT图像一般用个人计算机就已经可以满足要求。目前CT算法中最大量的还是乘加运算，同时需要处理的数据量大，所以对个人计算机的基本要求是运算速度快和内存容量大。优质显卡中的GPU可以并行地完成浮点运算，计算速度可以比直接使用个人计算机中的CPU明显提高，近年来越来越多的人使用GPU提高CT图像重建和处理的速度。

计算机软件无疑是CT的核心技术，对于CT的性能有重大影响。计算机软件尤其是图像重建技术和图像处理技术包含一些内容十分广阔的主题。需要指出的是数据采集完成以后，软件的“活动舞台”也已经确定，CT图像的质量已经基本确定，不良的计算机软件只会降低CT本来可以达到的图像质量，而良好的计算机软件的作用仅仅是尽可能充分利用已有信息，得到尽可能好的结果。

五、辅助系统（辅助电源和安全系统）

一个工业CT系统的部件往往都自带可以独立使用市电的电源系统。但对于那些不能保证电压稳定或干扰严重的电网，就需要有专业的供电系统。

作为CT系统比较专业的问题是辐射防护在应用加速器的高能X射线CT系统的过程中，射线的防护措施更需要许多专业的知识，提供工业CT系统的生产厂家应当提供尽可能详尽的注意事项。在使用工业CT设备的过程中，需要考虑两类安全防护问题:一类是对操作人员的，特别要注意对泄漏或散射X射线的防护；另一类是对那些精密电子设备的防护，如晶体管类集成电路等一般都经受不起很大剂量的照射。

以上是工业CT基本原理和系统的介绍，工业 CT 技术结合了计算机、自动控制、机械、光学物理等多项技术，它可以保证被检测物体在不被物理破坏的情况下获得物体的断层图像，是目前发展国防科技、航空航天技术及大型项目必不可少的技术，已广泛应用于航天、航空、军事、核能、石油、电子机械，新材料研究，考古等众多领域。

了解工业CT的原理后，我们可以有的放矢选择适合自己的工业CT设备，如是提高射线源的功率，还是扩大探测器的面积，抑或是选择CPU更强的计算机系统等等。

工业CT的原理并不复杂，但是由于工业CT是一个集合系统，如何将优秀的子模块组合成为一个强大的或是适合自我需求的工业CT设备，则需要专业的工程师的咨询服务。