一种定向X射线机辐射场的建模方法与流程

本发明提供一种定向x射线机辐射场的建模方法，属于定向x射线机辐射场建模。

背景技术：

1、基于x射线穿透不同材质，产生的强度衰减程度不同，x射线照相检测利用此特性实现对材料内部缺陷的检查，目前使用的定向x射线机由阴极管灯丝发射高能电子，轰击阳极靶，形成与管轴线方向约40°锥形辐射场，工业上使用此空间实现对金属材料进行透照检测。

2、如图1所示的辐射场检测原理图，该方法一般规定辐射角为40°条件下，可利用有效区域是焦距f0＝100cm或70cm处的辐射角α＝16～26°中心束范围，但由于辐射场射线强度i0受焦距f、管电压v、管电流i，透照厚度t、比例系数β等多个因素影响，辐射场中各点的射线能量无法计算，导致因无法明确其它方位的射线能量而造成空间浪费。

3、同时由于射线强度与方位角存在非线性关系，目前在对x射线辐射场的研究主要集中在专项内容上，并未针对x射线一般意义下的辐射场空间进行构建分析，使得x射线机的透照检测效果较差，有待改进。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种定向x射线机辐射场的建模方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种定向x射线机辐射场的建模方法，包括如下建模步骤：

3、步骤一：定义并建立标准辐射场：使用定向辐射x射线机透照，规定焦距f0＝100cm，辐射角α＝16～26°形成的辐射空间为标准辐射场；

4、定义辐射场锥形中轴线与竖直方向的夹角为轴偏角b；

5、定义辐射空间任意一点射线强度投影到标准辐射场中轴线的对应点上，其透照效果相同时对应的转换系数为标准系数c；

6、步骤二：确定不同焦距间的映射关系：

7、根据在焦距f不同时，辐射场空间任意一点与标准辐射场对应点射线能量的转化关系，转换任意焦距下的射线能量i为标准焦距f0下的射线能量i0，计算公式为：

8、

9、步骤三：计算管轴平行方向的强度分布：

10、通过构建数学模型，寻找多项式不同阶数下多次反复迭代并要求曲线曲率为负的与测量值的差满足阈值范围的最小结果，最优化模型的计算表达式为：

11、

12、式中：i为参数下标，k为多项式阶数，为多项式系数，θ为与锥形辐射场中轴线的夹角，α为射线辐射角，为方位角、相对强度测量值，ck为相对强度拟合计算结果；

13、步骤四：基于管轴平行方向的结论及射线行程的空间几何特性求解管轴垂直方向的强度分布：

14、令辐射场的辐射角为a，轴线与竖直方向的偏角为b：

15、设辐射场中空间一点a的坐标为(xa,ya,0)，焦点s到平面xy的距离为，直线ss1在对称面上且垂直于直线ss2，则计算：

16、直线sa长度为

17、直线ss1长度为

18、直线s1a长度为

19、在三角形δss1a中，角∠s1sa的大小为直线sa以ss2为轴旋转与面yz相交，则在sa方向上的射线的相对强度与在平面yz上同等角度射线的效果相同，相对强度基于步骤三得到的最优化模型进行计算，角度大小为：

20、

21、同时计算在辐射场中点a射线强度投影为标准焦距长度f0时的转换系数为：

22、

23、步骤五：对建立模型综合求解：

24、转换为对称面yz上同角度相同效应射线的转换系数为cyz，最终投影到主轴so2上转换系数为c(x,y,0)，结合步骤三得到的最优化模型，求解相同效应的标准系数的模型为：

25、

26、式中：c为下标对应的转换系数，l为下标对应的直线长度，为侧倾效应多项式系数，(x,y,0)为平面xy上点a坐标，θ(x,y,0)为经过点a的射线转换为yz平面上的同等效应的射线与锥形辐射场中轴线的夹角，c(x,y,0)为多次投影后转换为标准焦距f0的轴线上的相对强度转换系数。

27、本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明通过分析侧倾效应对场空间射线强度的影响关系，对辐射场进行数学建模，并通过模型模拟x射线辐射场，对定向x射线机辐射场进行了描述，通过建模与可视化模拟，对空间内射线强度分布进行分析，以此对透照工艺进行改进，并基于辐射场中不同方位实现工件的有效透照，为透照工艺试验及射线系统的数字化、智能化提供数据决策依据。

技术特征：

1.一种定向x射线机辐射场的建模方法，其特征在于：包括如下建模步骤：

技术总结
本发明提供一种定向X射线机辐射场的建模方法，属于定向X射线机辐射场建模技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种定向X射线机辐射场的建模方法；解决该技术问题采用的技术方案为：定义并建立标准辐射场，定义轴偏角b和标准系数c；根据在焦距F不同时，辐射场空间任意一点与标准辐射场对应点射线能量的转化关系，转换任意焦距下的射线能量为标准焦距下的射线能量；计算管轴平行方向的强度分布，通过构建数学模型，寻找多项式不同阶数下多次反复迭代并要求曲线曲率为负的与测量值的差满足阈值范围的最小结果；本发明应用于定向X射线机辐射场建模。

技术研发人员：董辉,刘小明,马凌,原海芳,韩咸武,原维亮,李韶华,赵燕,靳秀清,胡鹏举
受保护的技术使用者：山西航天清华装备有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15