工业计算机断层扫描仪(工业CT)研制报告

工业CT(ICT)是用于工业产品进行无损检测和探伤的先进仪器。ICT技术能紧密、准确地再现物体内部的三维立体结构,能够定量地提供物体内部的物理、力学等特性,如缺陷的位置及尺寸、密度的变化及水平,异型结构的形状及精确尺寸,物体内部的杂质及分布等。ICT的功能和特性在许多方面越过X光和超声检测,为航空、航天、兵器等工业领域的精密零部件的无损检测提供了新的手段。该技术研制成功并荣获1994年度亚洲CT技术十大科技进展成果奖。有关专家认为该技术居国内先进水平,与国际水平相当。我们研制开发的工业CT机已经为中国航空材料研究所、中国运载火箭技术研究院、兵器工业总公司等多家科研、生产单位进行了各种零件的测试。     

我国无损探伤技术获得新突破

据科技日报1993年5月24日报道,首台具有实用价值的r-射线工业CT(5月18日在重庆大学诞生。20年以来欧美少数发达国家开始应用工业CT 全称为工业计算机断层扫描成像技术)于航空、航天、材料科学、核科学、生物工程及微电子等高技术领域,以后又扩大到机械、冶金、电力、石油化工、地质探矿等工业部门.1988年底四川省绵阳市政府,重庆大学、中国工程物理研究院、西南自动研究所等单位组成的西南ICT 研究开发中心,开始研制我国的工业CT,并于1990年被国家科委列为“火炬计划”预备项目。经4年多的无数次试险,重庆大学ICT 课题组终于成功地调试出首台XN-1300工业CT。该机可用于工件无损检测,可清晰地看到工件内部的几何结构,材料组成及缺损状部分,标志着我国无损探伤技术又提高到一个新的水平。     

焊接产品工业CT检测方法研究

目的：研究工业CT对钎焊焊接试样内缺陷的检测灵敏度，方法：运用工业CT对发动机钎焊产品质量的检测方法。结果：工业CT方法也适用于焊缝内部质量的检测。结论：可通过提高工业CT的空间分辨率以增强系统对缺陷的检测灵敏度。     

工业CT在复合材料孔隙率分析中的应用

目的：研究应用高分辨率工业CT系统对陶瓷基复合材料的孔隙率进行分析的方法，材料和方法：采用俄罗斯INDINTRO公司的BT－50高分辨工业CT系统对陶瓷基复合材料试样进行CT扫描，用自行编制的后处理软件对得到的CT图像进行分析，得出材料的孔隙率，结果：通过此方法得出的结果与超声检测结果相符，说明用高分辨率工业CT系统测定复合材料的孔隙率是可行的，同时对材料进行缺陷检测，密度分析等。     

后64排螺旋CT冠脉检查新进展

64排CT冠状动脉成像已成为冠脉病变诊断及筛查的重要无创性检查,但心律不齐、心动过速、钙化支架伪影仍影响其冠脉成像质量以及辐射剂量过高。本文总结了后64排CT如双源CT、Brilliance ICT、宝石CT、320排CT在上述检查中取得的进展和仍然存在的不足,表明后64排CT的辐射剂量均有所减低,双源CT、Brilliance ICT随着时间分辨率的提高基本上解决了心动过速的问题,320排CT根本上解决了心律不齐的问题,并对后64排螺旋CT冠脉检查的发展前景进行讨论。     

基于工业CT的逆向工程中二维轮廓参数化尺寸的获取

获取实物轮廓的特征参数是近些年来基于工业CT的逆向工程领域研究的重点之一,为了达到这一目的,本文改进了ICT图像的轮廓跟踪算法,准确快速地提取出实物的轮廓信息,并与矢量化技术相结合,完成实物任意位置任意方向切片轮廓的几何特征识别,实现了二维轮廓尺寸的参数化,最终集成一套专用的算法软件系统.     

工业CT技术在卫星产品检测中的应用

卫星产品许多都采用了焊接结构。为了保证其使用的安全可靠性,必须对焊缝进行l00％的无损检测。然而对于一些形状复杂的精密电子束焊件,由于产品尺寸小,加之焊缝周围结构的遮挡,使常规方法的应用受到了限制。工业CT技术具有不受试件材料种类、形状结构及表面状况限制的特点,能给出与试件材料密度及尺寸特性相对应的断层扫描图象,分辨率高,在检测复杂构件方面显示出了优势。本文介绍了卫星产品精密复杂焊接件对无损检测技术的具体要求,研究了卫星产品电子束焊缝的工业CT检测方法,包括设备、对比试样、检测工艺、评定方法等,并通过电磁阀、喷注器、自锁阀、减压器、加注/排放阀、单向阀、气滤、过滤器等具体产品检测实例,描述了工业CT技术在卫星产品检测中的应用。实际应用表明：工业CT是检测航天卫星产品精密复杂结构件焊缝缺陷的理想手段,其成象直观,缺陷的定位、定性和定量结果可靠,完全能满足产品的质量控制要求。目前,累计用工业CT检测卫星产品数批若干件,检测焊缝上千条。剔出有超标缺陷的产品40件,避免了隐患。经过工业CT检测的产品,己在"返回式卫星"、"风云二号"、"东方红三号"、"资源一号"、"中星-22号"等型号卫星中取得了成功应用。     

第七届全国CT理论与应用学术会议评委会推荐1993年亚洲CT科技十大进展项目

在改革开放正确路线指引下,我国CT理论与应用研究已得到蓬勃发展,有些方面已接近世界先进水平或进入国际先进行列。“1993年度亚洲CT 科技十大进展”的评选与公开发表,必将推动亚洲地区在CT科技方面的交流并促进生产力的发展。地震科学联合基金会、《CT 理论与应用研究》编辑部、科技日报拟联合邀请国内外有关CT(MR)方面的专家评选CT 科技新进展以促进国内外学术交流与技术进步。现经1994年11月4日第七届全国CT 理论与应用学术会议评委会初步推荐出(排名不分先后):非医学方面:一、西南ICT 研究开发中心研制成功γ射线工业CT 机(科技日报93年5月24日报导,10月中旬通过国家科委委托四川省科委鉴定与火炬办的验收);二、石油大学(北京)与北京信息工程学院应用数学研     

大型工业CT在机车关键部件无损检测中的应用

摇枕、侧架作为列车转向架的重要组成部分,对列车行驶安全起到至关重要的作用,各生产厂家亟须具有高穿透力的检测设备对其进行大批量的检测.本文介绍了应用于铁路机车关键部件无损检测的大型工业CT系统,论述了系统设计和扫描工作流程,并通过实例展示大型工业CT在摇枕、侧架等无损检测的应用情况.实际应用说明大型工业CT系统可对摇枕、侧架等关键部件的内部结构及内部的气孔、砂眼、夹杂物、缩孔、疏松、冷隔、裂纹等铸造缺陷进行快速有效检测,能够很好地满足该行业的需求.     

铸件的工业CT三维检测技术

通过对工业CT扫描得到的连续二维图片进行三维重建，得到试件的三维重建图像，从而可用于复杂构件的三维结构分析、缺陷硷测，并可与快速成型系统相结合，实现对复杂零件的快速复制，在产品开发及制造过程中起到了重要作用。     

碳纤维复合材料气瓶的CT检测实验研究

目前国内碳纤维复合材料气瓶的定期检验对于内部缺陷还没有成熟的无损检测方法,射线检测可以对内部缺陷进行定性检测,CT检测技术可实现缺陷的精确定位和定量。针对某型号呼吸器用碳纤维复合材料气瓶的结构特点,依据有关定期检验标准,制作各种缺陷,开展CT检测实验研究。结果表明该技术对表面缺陷和纤维层内部缺陷都有很好的检出效果。以厚度2姗的铝内胆为基础,对缺陷的位置和深度进行了估算。     

基于PCA-RBF神经网络的航空飞行几何参数拟合

采用地面异常线圈对直升机时域航空电磁探测系统进行标定时,发射-接收线圈姿态的变化将导致实测数据产生误差,影响标定的精度.本文基于时间域航空电磁系统,计算了发射-接收线圈姿态任意变化时异常线圈的电磁响应,提出了主成分分析-径向基神经网络(PCA-RBF)的拟合算法,采用主成分分析法提取飞行几何参数的贡献率,利用径向基神经网络法对电磁响应进行了测线剖面的批量数据拟合,并对理论仿真和河南桐柏直升机飞行试验数据进行拟合分析,单一异常体理论数据的绝对误差平均值小于20nV·m-2,双异常体理论数据绝对误差平均值为160nV·m-2.野外实测数据在异常线圈中心位置的拟合相对误差小于1%,整条剖面测线的拟合相对误差小于±6%,平均值为2.5%.结果表明PCA-RBF拟合算法能够较好地实现航空电磁系统飞行参数的拟合,为航空电磁系统海量实测数据的快速处理提供了新方法.     

基于参考线圈和变步长自适应的磁共振信号噪声压制方法

核磁共振地下水探测仪的灵敏度高,接收到的纳伏级磁共振探测信号极易受到强工频谐波噪声的干扰,导致信号特征参数提取的准确度降低,影响反演解释的水文地质参数结果.为了解决这一难题,基于相关抵消的原理,针对全波磁共振信号,设计带有参考线圈的90°移相自适应噪声抵消系统,理论计算了参考线圈相对于探测线圈的距离,提出变步长LMS算法进行噪声压制.仿真结果表明,在不同的信号强度及不同的信噪比下,当信号与工频谐波干扰频谱不重合时,采用设计的自适应噪声抵消系统和变步长算法,信噪比可以提高到5.94 dB以上,初始振幅、弛豫时间特征参数的拟合误差在2.8%以内;当信号与工频谐波干扰频谱重合时,采用双向自适应滤波算法,信噪比可以达到5dB以上,初始振幅、弛豫时间特征参数的拟合误差在10%以内,可以满足实际应用的要求;实测数据处理进一步证明了方法的有效性.     

EFFICIENT COMPUTATION OF TRANSIENT SOUNDING CURVES FOR WIRE SEGMENTS OF FINITE LENGTH USING AN EQUIVALENT DIPOLE APPROXIMATION1

Calculations of emf induced in a vertical axis coil by a current step in a straight wire segment of finite length were carried out using an equivalent dipole placed along the source wire. An approximation is valid for homogeneous and layered earth models. The location of the equivalent dipole is calculated by forcing the early- and late-time asymptotes of the transient sounding curve of the equivalent dipole to match those of the finite wire. This approximation works because the early-time asymptote of the emf depends on the component of the receiver position which is parallel to the wire while the late-time asymptote does not. Analytical integration of the early-time asymptote yields an expression for the equivalent dipole location in closed form. The coil can be placed anywhere in the vicinity of the finite wire. Square or rectangular loop sources can be simulated by one or more finite wire segments depending on the source-receiver geometry. The equivalent radius calculated for central loop soundings agrees well with the value derived using a circular loop with the same area as the square loop. Results show that acceptable sounding curves can be generated by the equivalent dipole for coils placed as close as 0.5 source lengths from the finite wire segment. Higher accuracy can be obtained by splitting the finite wire into two or more subsegments. Results for layered models are slightly better than homogeneous earth models when the resistivity increases with depth and slightly worse for models with resistivity decreasing with depth. Approximate calculations are about 10 times less expensive than exact calculations depending on the method used for the numerical integration.     

三轴磁通门探头球型反馈线圈的设计方法研究

长周期大地电磁测量要求三轴磁通门传感器具有低的噪声水平及高稳定性,根据实际需求设计一个尺寸合适的球型反馈线圈可以有效提高反馈磁场的均匀性,进而降低磁通门传感器的噪声水平.本文首先分析了非均匀反馈磁场引入磁通门噪声的机理,然后根据毕奥-萨伐尔定律和矢量叠加原理,以等间距多个单匝线圈构成单轴绕组的形式,建立了球型反馈线圈轴线上的轴向磁场分布及磁场均匀度数学模型,在给定磁场均匀度和球型反馈线圈直径的条件下,运用控制变量法确定了球型反馈线圈的单匝线圈数量和间距等关键结构参数.我们把设计的结构参数代入球型空间磁场分布数学模型,验证了本设计方法的正确性.最后,按照设计的结构参数制作了基于球型反馈线圈磁通门探头的三轴磁通门传感器,通过与体积相近的基于亥姆霍兹型反馈线圈磁通门探头的三轴磁通门传感器对比测试噪声水平,结果表明球型反馈线圈磁通门探头能够使得三轴磁通门传感器具有更稳定和较低的噪声水平.     

CT机X射线高频高压发生器的研究

高频高压发生器是CT高压系统中最重要的组成部分.本文主要介绍高频高压发生器的组成和原理、高频逆变器脉冲控制的FM和PM方法、高频磁芯材料的选择、绕组的设计、损耗的计算、电磁兼容的考虑、高压整流电路的设计.研制20KHz和50kHz高压发生器的体会.     

核磁共振测井在火成岩地层应用的适应性分析

火成岩岩石具有高磁化率特征,与沉积岩差别明显,岩石的高磁化率会对核磁共振信号产生显著影响,开展核磁共振测井在火成岩地层应用的适应性分析研究,为广泛使用核磁共振测井用于火成岩储层评价提供参考.采用理论模拟、实验分析及实际测井资料相结合的方法,分析了高磁化率岩石的核磁共振响应特征.分析结果表明,火成岩岩石具有很高的磁化率,从酸性火成岩到基性火城岩,岩石的磁化率一般是逐渐增大的.高磁化率岩石孔隙内部会产生强梯度磁场,孔隙内部的磁场梯度越强,核磁共振的T2谱前移越明显,核磁信号衰减幅度也越大,核磁分析孔隙度与常规分析的孔隙度误差也越大;相同岩石磁化率情况下,岩石孔径越小,岩石孔隙内部磁场梯度越强,核磁信号衰减越大,核磁共振测井计算的孔隙度也越低.因此,核磁共振测井与岩性有关系,核磁共振测井会受到高磁化率岩石的显著影响.核磁共振测井在部分火成岩,尤其在中基性火成岩和小孔径火成岩储层中应用具有很大的局限性.     

地震电磁扰动感应式磁传感器研制

地震电磁扰动观测需要研制高灵敏度、低噪声的感应式磁传感器。本文通过对感应式磁传感器等效电路的分析,得出增加磁芯的有效磁导率以及线圈的有效面积可提高传感器性能的结论,进而完成感应式磁传感器设计。通过理论分析及实践检验,研制的感应式磁传感器可以满足地震电磁扰动观测的需要。     

地下磁共振响应特征与超前探测

地下（矿井和隧道内）超前探测灾害水源是磁共振测深（Magnetic Resonance Sounding,MRS）方法应用的新领域,在地球物理方法中是一个难题.本文在地面磁共振探测理论的基础上,建立地下全空间模型,推导直立线圈的磁共振响应信号表达式,对比国际标准模型验证了数值计算的准确性.引入旋转系数矩阵,计算任意地磁场方向和线圈方向的激发场垂直分量.研究了磁共振响应信号与线圈法向偏角和倾角的关系,指出当线圈法向方向垂直于地磁场方向时,磁共振响应信号最大.同时,研究表明磁共振超前探测距离与激发脉冲矩和接收灵敏度紧密相关,激发脉冲矩越大,接收灵敏度越高,则超前探测距离越大,但存在极限距离.在地下线圈尺寸受限的情况下,为使检测信号灵敏度为5 nV时,超前探测距离达到30 m,提出了边长2 m线圈的匝数优化方案,共圈模式最少需要100匝,分离线圈模式最少需要10匝发射线圈和160匝接收线圈.仿真模型试验结果证明,随着噪声水平增大,磁共振超前探测距离和反演分辨率均减小.泽雅隧道探测实践表明,本文提出的地下空间磁共振理论在矿井和隧道环境中进行超前探测是可行的.     

Magnetic mineralogy and grain-size dependence of hysteresis parameters of single spherules from industrial waste products

The use of magnetic susceptibility as a proxy for the relative degree of industrial pollution of soils and sediments is only qualitative and complications arise when unmixing the contributions from different sources. Detailed characterization of anthropogenic magnetic phases is needed in order to discriminate the input from different sources. The present study investigates magnetic fractions from fly ashes from different thermoelectric power plants and lagooned ash from metal works in Bulgaria, to further our knowledge of potential sources. Thermomagnetic analysis of saturation magnetization (M_s) and magnetic susceptibility (K) revealed a low-substituted magnetite-like phase in power-plant fly ashes and magnetite/maghemite phases in lagooned ash. Magnetic hysteresis measurements on single spherules from the wastes are combined with subsequent SEM/EDX examination of the same grains, allowing for the grain size dependence of the hysteresis parameters to be directly obtained for the studied anthropogenic phases. The results suggest that the structure-sensitive magnetic parameters for the lagooned ash show stronger size dependence compared to the published data for synthetic crushed magnetites, which is due to the complex internal structure and stress level in the anthropogenic phases formed under fast cooling conditions. Moreover, the Day plot for the studied single grains shows the presence of different correlation lines for fly ashes and the lagooned ash, i.e. it discriminates between the sources.