CN202710205U - 测量物体内部温度的x射线成像设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种测量物体内部温度的X射线成像设备，包括发射X射线的X射线管、具有通孔的铅板、耐高温隔热层、将X射线转化成可见光的成像屏、采集成像屏上图像信息的相机、对相机采集的图像信息进行传输的图像传输单元以及处理与显示单元，所述的铅板和成像屏之间放置被测物体，被测物体的需测温部分的投影落在成像屏的显示范围内。本实用新型能以非接触式的测量方法准确、可靠的测量物体内部温度，测量温度同时还可对物体的内部工作状态进行监测，如是否断线、损坏等，同时不受强磁场等外界因素的干扰。

Description

测量物体内部温度的X射线成像设备

技术领域

本实用新型涉及物体内部温度测量设备和方法，属于检测标定技术领域， 

尤其是一种测量物体内部温度的X射线成像设备。 

背景技术

现代温度测量方法主要包括红外非接触测温技术、基于彩色CCD三基色的测温技术、热电偶、热敏电阻测温技术和激光测温技术等。这些测温方法只能直接测量物体或结构表面的温度，无法满足很多场合中需要测量物体的内部温度或对内部温度进行监控的要求。如电缆接头内部温度实时监视、锅炉炉内温度测量以及变压器中线圈绕组内部温度测量等。对于电缆接头内部温度的实时监视，有人提出在接头内部植入光纤光栅传感器，虽可实现对温度的实时监测，但未解决传感器在接头内部的安装方式、封装形式及在***中运行的可靠性等问题。目前世界上最先进的两种锅炉炉膛温度场的测量方法是基于图像处理的温度场测量和声学高温测量法。前者利用计算机图像处理技术是一种非接触测量温度的方法，通过摄取燃烧室内部某个时刻的瞬时火焰图像，借助于光学理论和计算机图像处理技术计算出整个燃烧室内部的温度分布，该方法受使用的内窥式风冷CCD摄像头在高温、粉尘和溶渣等恶劣环境下的使用寿命限制；后者利用声波在气体混合物内的传播速度是绝对温度的第一函数这一原理测量温度，但是受发声器和接收器尺寸等原因限制。对变压器中线圈绕组内部温度测量的困难在于：内部空间小、全封闭、大电流工作形成的强电磁干扰，目前所采用的热电阻测温、红外方法、光纤传感技术等都只能对绕组表面温度测量，而对其内部温度不能准确测量。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术中物体内部温度难以测量的难题，提供一种测量物体内部温度的X射线成像设备，实现准确、简单、可靠的非接触式物体内部温度的测量。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测量物体内部温度的X射线成像设备，包括发射X射线的X射线管、具有通孔的铅板、耐高温隔热层、将X射线转化成可见光的成像屏、采集成像屏上图像信息的相机、对相机采集的图像信息进行传输的图像传输单元以及处理与显示单元，所述的铅板和成像屏之间放置被测物体，被测物体的需测温部分的投影落在成像屏的显示范围内。 

为防止热辐射对成像屏产生影响，所述的成像屏的前表面粘附一层隔离被测物体发出的热辐射产生的热量的耐高温隔热层，所述的耐高温隔热层为厚度和材质均等、密度低且耐高温的隔热棉材料。 

作为优先，所述的铅板的通孔为圆孔，防止多余X射线对成像器件产生噪声。 

为提高图像采集的精度，所述的相机为CCD相机。 

本实用新型的有益效果是，本实用新型的测量物体内部温度的X射线成像设备，能以非接触式的测量方法准确、可靠的测量物体内部温度，测量温度同时还可对物体的内部工作状态进行监测，如是否断线、损坏等，同时不受强磁场等外界因素的干扰。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

图1是本实用新型的测量物体内部温度的X射线成像设备的最佳实施例结构示意图； 

图2是物质受热膨胀示意图。 

图中：1.X射线管，2.铅板，3.隔热层，4.成像屏，5.相机，6.图像传输单元，7.处理与显示单元，8.被测物体，9.需测温部分。 

图3是本实用新型的测量物体内部温度的X射线成像方法的流程图。 

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。 

本实用新型的目的在于提供一种准确、简单、可靠的非接触式物体内部温度测量方法，依据如下： 

设某圆柱体材料原始直径为d，高温时发生膨胀直径增加Δd，如图2所示为物质受热膨胀示意图。根据材料的线胀系数的计算式可得： 

Δd=α_ld(t-t₀)式（1） 

受热膨胀后材料直径、长度分别为： 

d′=[1+α_l(t-t₀)]d式（2） 

l′=[1+α_l(t-t₀)]l式（3） 

式中：α_l为材料的线胀系数，t₀为原始温度，t为高温时温度，d为原始直径，l为原始长度。 

受热后密度为： ${\mathrm{\ρ}}^{\′}=\frac{4m}{\mathrm{\πl}{d}^2{[1+{\mathrm{\α}}_l(t-t_0)]}^3}$ 式（4） 

式中，m为材料质量，加热前密度

代入（4）式可得 

${\mathrm{\ρ}}^{\′}=\frac{\mathrm{\ρ}}{{[1+{\mathrm{\α}}_l(t-t_0)]}^3}$ 式（5） 

一束强度为I₀的窄束X射线穿过厚为d的物质后强度变为I，即 

$I=I_0{e}^{-{\mathrm{\μ}}_m\mathrm{\ρd}}$ 式（6） 

其中，μ_m为物质质量吸收系数，ρ为吸收体的密度。将d′、ρ′代入（6）式可得高温时X射线穿过物质后的强度： 

$I^{\′}-I_0{e}^{-u_m\mathrm{\ρd}/[1+{\mathrm{\α}}_l(t-t_0){]}^2}$ 式（7） 

由（6）（7）式可得， 

$I^{\′}=I{e}^{u_m\mathrm{\ρd}\{1-\frac{1}{{[1+{\mathrm{\α}}_l(t-t_0)]}^2}\}}$ 式（8） 

由（8）式知，I′>I，即高温时穿过物质后剩余X射线的强度大于初始温度时的强度，从而高温时的物体的透射图像的灰度值大于初始温度。 

假设X射线转换成像屏对不同能量X射线的发光效率相同、CCD对闪烁屏发出的光的量子效率为一常数，则图像的灰度值和X射线的强度在一定范围内存在线性关系。即

其中，g、g′分别为初始温度和高温下的图像灰度， 

将其代入（8）式得高温时物质温度和透射图像灰度值的关系如下式： 

$t=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_l}[\sqrt{\frac{u_m\mathrm{\ρd}}{u_m\mathrm{\ρd}-\ln \frac{g^{\′}}{g}}}-1]+t_0$ 式（9） 

由式（9）知，在已知物质的质量吸收系数、线胀系数、密度、直径和初始温度的情况下，根据加热前后物质X射线透射图像的灰度值可计算出加热后物 质的温度。式（9）为本实用新型提供了理论依据。 

如图1所示，本实用新型的测量物体内部温度的X射线成像设备的最佳实施例，包括发射X射线的X射线管1、具有通孔的铅板2、耐高温隔热层3、将X射线转化成可见光的成像屏4、采集成像屏4上图像信息的相机5、对相机5采集的图像信息进行传输的图像传输单元6以及处理与显示单元7，所述的铅板2和成像屏2之间放置被测物体8，被测物体8的需测温部分9的投影落在成像屏4的显示范围内。 

所述的成像屏2的前表面粘附一层隔离被测物体8发出的热辐射产生的热量的耐高温隔热层3，所述的耐高温隔热层3为厚度和材质均等、密度低且耐高温的隔热棉材料。 

作为优先，所述的铅板2的通孔为圆孔，防止多余X射线对成像器件产生噪声。 

为提高图像采集的精度，所述的相机3为CCD相机。 

如图3所示，一种采用上述的X射线成像设备进行物体内部温度测量的方法，具有如下步骤： 

①测量前记录被测物体8的属性，包括质量吸收系数μ_m、线胀系数α_l、密度ρ以及初始温度t₀； 

②调整X射线管1、铅板2、成像屏4和被测物体4四者之间的位置，使被测物体8的需测温部分9投影整个落在成像屏4的显示范围内，同时铅板2屏蔽多余的X射线以防止其在相机5上产生噪声； 

③X射线成像设备的X射线管1发出X射线投射到初始温度时的被测物体8，相机5将成像屏4上的光信号转换成图像信息，图像传输单元6将图像信息发送至处理与显示单元7； 

④X射线成像设备的X射线管1发出X射线投射到工作状态的被测物体8，相机5将成像屏4上的光信号转换成图像信息，图像传输单元6将图像信息发送至处理与显示单元7； 

⑤处理与显示单元7将步骤③和④中采集的图像信息分割出需测温部分9，并分别计算得到这些图像信息的灰度值，初始温度下被测物体4的灰度值g，工作状态下被测物体4的灰度值g’； 

⑥将步骤⑤计算得到的灰度值g、g’通过处理与显示单元7计算出被测物体8上需测温部分9的温度，并将测得的温度与正常温度进行比较判断,并在处理与显示单元7上显示。 

为了减少测量误差，步骤③和④分别采样多张图像信息计算取平均值，然后在步骤⑤分别计算初始温度下被测物体8需测温部分9的灰度值g，工作状态下被测物体8需测温部分9的灰度值g’。 

测量时：调节X射线管1、铅板2和成像屏4的位置，使被测物体8位于铅板2和成像屏4之间，调节四者间的位置，使被测物体8的需测温部分9的投影整个落在成像屏4的显示范围内，以便于相机5采集图像信息，处理与显示单元7将图像信息分割出需测温部分9，并得到相应的灰度值。 

原理为：利用X射线管1发出的强度为I₀的X射线透射被测物体8，透射后的X射线强度为I，其分布携带了被测物体8的温度信息，成像屏4将其转换为可见光，转换后的可见光在CCD相机5上成像。利用CCD相机5采集初始温度和工作状态下的图像信息，为了减少测量误差可分别采集多张图像取平均值，利用处理与显示单元7分割出需测温部分9，分别计算它们的灰度值，得出初始温度t₀状态下和工作状态下变化为t状态的灰度值g、g′，代入式（9），计算出所需测量的温度t的值。同时在测温过程中可根据物质透射图像检查被测物 体8的工作状态是否正常。 

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。 

Claims (4)

1.一种测量物体内部温度的X射线成像设备，其特征是：包括发射X射线的X射线管（1）、具有通孔的铅板（2）、耐高温隔热层（3）、将X射线转化成可见光的成像屏（4）、采集成像屏（4）上图像信息的相机（5）、对相机（5）采集的图像信息进行传输的图像传输单元（6）以及处理与显示单元（7），所述的铅板（2）和成像屏（2）之间放置被测物体（8），被测物体（8）的需测温部分（9）的投影落在成像屏（4）的显示范围内。

2.如权利要求1所述的测量物体内部温度的X射线成像设备，其特征是：所述的成像屏（2）的前表面粘附一层隔离被测物体（8）发出的热辐射产生的热量的耐高温隔热层（3），所述的耐高温隔热层（3）为厚度和材质均等、密度低且耐高温的隔热棉材料。

3.如权利要求1所述的测量物体内部温度的X射线成像设备，其特征是：所述的铅板（2）的通孔为圆孔。

4.如权利要求1所述的测量物体内部温度的X射线成像设备，其特征是：所述的相机（3）为CCD相机。

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