工業(yè)CT用駐波電子直線(xiàn)加速器測試系統的研制

工業(yè)計算機斷層成像簡(jiǎn)稱(chēng)工業(yè)CT(ICT)，是一種依據外部投影數據重建物體內部結構圖像的無(wú)損檢測技術(shù)。工業(yè)CT主要用于工業(yè)產(chǎn)品的無(wú)損檢測和探傷，根據被檢工件的材料及尺寸選擇不同能量的X射線(xiàn)。ICT技術(shù)能緊密、準確地再現物體內部的三維立體結構，能定量地提供物體內部的物理、力學(xué)特性，如缺陷的位置及尺寸、密度的變化及水平、異型結構的形狀及精確尺寸、物體內部的雜質(zhì)及分布等。隨著(zhù)加速器技術(shù)的發(fā)展，其應用領(lǐng)域已拓展到工業(yè)探傷、工業(yè)CT、集裝箱監測、輻照、醫療等，因此對加速器的運行參數及穩定性等的要求也越來(lái)越高[1]。
根據重建CT圖像的基本過(guò)程，對一臺工業(yè)CT設備的基本要求為：能夠測量X射線(xiàn)穿透被檢物體以后射線(xiàn)的強度，能夠完成X射線(xiàn)機-探測器系統與被檢測物體之間的掃描運動(dòng)，從而獲得重建CT圖像所需的完整數據；獲得的數據通過(guò)一定的算法重建出物體的斷面圖像。從掃描到重建圖像都由計算機控制和實(shí)現，這樣，一個(gè)工業(yè)CT系統應包括：射線(xiàn)源、輻射探測器和準直器、數據采集系統、圖像重建以及控制系統[2]。CT系統組成示意圖如圖1所示。

工業(yè)CT常用的射線(xiàn)源是X射線(xiàn)機和直線(xiàn)加速器，可見(jiàn)直線(xiàn)加速器在工業(yè)CT中的重要性。為便于運行人員的測試、操作與維修，將CT系統的五個(gè)組成部分分開(kāi)測試。各部分均滿(mǎn)足指標后再進(jìn)行整體測試，以達到用戶(hù)需求的測試。這種方式現已成為一種新的測試加速器的方法。本測試系統就是為測試加速器各項指標而設計的，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
1 系統總體方案
測試系統能夠將加速器通過(guò)傳輸媒介傳送過(guò)來(lái)的狀態(tài)信息正確地通過(guò)約定方式顯示出來(lái)，同時(shí)又能夠通過(guò)對底層器件上相關(guān)狀態(tài)的修改和設置將控制信息傳送至上層器件進(jìn)行顯示，以此獲得加速器運行狀態(tài)。它是操作人員了解加速器性能并進(jìn)行遠程測試的橋梁。
駐波電子直線(xiàn)加速器與測試系統均使用航空插頭，連接電纜兩端使用插針形航空插頭進(jìn)行電氣連接。測試系統由上位機和控制器兩部分組成：上位機由計算機構成（可與CT機采集計算機共用），其主要功能是提供一個(gè)人機交互界面，實(shí)現與控制器的通信及加速器狀態(tài)的顯示；控制器是一個(gè)嵌入式系統，由不同模塊構成，完成與上位機通信。同時(shí)，操作人員可通過(guò)控制器上的按鍵控制加速器的工作狀態(tài)，實(shí)現對加速器部分動(dòng)作的直接控制，有效減免了加速器故障所帶來(lái)的損失，方便了對加速器的維護。
駐波電子直線(xiàn)加速器和測試系統間的連接結構圖如圖2所示。

控制器直接對加速器的“急停”、“電源”、“開(kāi)機”等相關(guān)性能進(jìn)行控制，以此控制加速器的出束和停束；加速器也將“出束狀態(tài)”和“返回測試”兩個(gè)控制信號值返回給控制器，控制器處理后，送給上位機，以便操作人員直接了解加速器的性能。當上位機界面上的“同步信號”值為1時(shí)，上位機發(fā)出命令給控制器，控制器處理后，控制加速器發(fā)出頻率為50 Hz~250 Hz的方波，在方波高電平中的幾微秒時(shí)間內，加速器出束，操作者就可以在加速器出束的幾微秒時(shí)間內對數據進(jìn)行采集，再送入控制系統，進(jìn)行圖像重建，以此判斷被檢測物體是否有裂痕。另外，上位機對加速器的真空、水流、溫控、高預熱、低預熱等相關(guān)性能也進(jìn)行監測，同時(shí)對加速器出束的劑量值進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制和事后重繪?？刂破饕部蓡为殞铀倨鞯?ldquo;使能控制”、“斷束控制”等控制信號進(jìn)行控制及在液晶屏上顯示。
2 上位機
人機交互界面是上位機的主要組成部分，為操作者提供直觀(guān)、方便的操作環(huán)境，采用可視化編程語(yǔ)言Visual C++作為開(kāi)發(fā)工具。上位機串口與CT控制計算機通信，將加速器的工作狀態(tài)、運行參數及故障代碼等信息發(fā)送到CT控制計算機，由CT控制計算機主界面進(jìn)行顯示。同時(shí)，上位機界面還完成劑量率時(shí)間曲線(xiàn)的實(shí)時(shí)繪制與事后重繪、加速器工作模式的監控與設置的功能。
操作界面主要由狀態(tài)顯示區、參數顯示區、控制信號區和繪圖區四部分組成。狀態(tài)顯示區主要有18個(gè)顯示狀態(tài)，在系統運行時(shí)，系統的工作狀態(tài)顯示在狀態(tài)區的相應位置。參數顯示區主要反映加速器的觸發(fā)頻率值、劑量值以及出束時(shí)間?？刂菩盘枀^給出測試系統到加速器的控制信號值，其中“使能控制”控制加速器是否出束；“同步信號”控制加速器是否發(fā)出方波脈沖；“能量選擇”對加速器進(jìn)行6Mev和9Mev兩種能量的選擇；“出束狀態(tài)”和“返回測試”是測試系統控制器從加速器讀回的控制信號值，反映加速器是否正常工作。繪圖區則反映出束過(guò)程中劑量率的變化趨勢和走向。如圖3所示。