Salut Habr!
Cela fait longtemps que je me gratte les mains pour écrire quelque chose de bien et d'éternel sur la radiographie numérique, ce que je fais depuis 5 ans. À propos de moi - 12 ans dans le développement du fer. Il a commencé en tant que concepteur, puis il y a eu les circuits, le développement de PCB, le développement de documentation, le travail CNC, l'intégration HW / SW, la gestion de projet, le marketing. En général - avec le monde sur un fil.
Nous sommes engagés dans le développement et la production en Russie de détecteurs numériques à rayons X à écran plat pour l'industrie et la médecine. Si quelqu'un a oublié ce qu'est la radiographie, nous examinons
«Expérience de la fluoroscopie à la maison», « Tomodensitométrie maison», mais n'oubliez pas
les dommages causés par les rayonnements ionisants lors des expériences à domicile.
Pour qui tout cela est-il nécessaire?
Tout d'abord pour les médecins, c'est le plus grand marché. La radiographie des films devient obsolète, dans les grandes villes il y en a partout.
Dans le second - aux structures de pouvoir et aux agents de sécurité. Les scanners d'inspection utilisent un détecteur à règle étroite, mais lorsqu'il est nécessaire d'obtenir une qualité d'image élevée, par exemple lors du transport d'objets interdits dans des endroits inattendus du corps humain ou de la recherche de signets / bogues dans l'équipement, ils utilisent un détecteur à écran plat.
Troisièmement, aux fabricants. Il s'agit du contrôle qualité du soudage, des pièces moulées, du brasage des métaux et de l'installation des composants électroniques. Bien que le soudage et les pièces moulées soient toujours parfaitement adaptés à l'analogue, étant donné que la norme pour l'utilisation des rayons X numériques n'a été publiée en Fédération de Russie qu'en 2017, les opérateurs sérieux des chaînes de montage de cartes de circuits imprimés ont à cœur le contrôle des rayons X d'au moins les puces BGA.
Minute d'histoire
Le film est devenu le premier enregistreur de rayons X, il est produit sous forme de cartouches de différentes tailles et sensibilité, le principe de fonctionnement est la réaction de la substance photosensible aux rayons X et le développement / amplification ultérieur. Il est difficile, long, erroné dans le processus d'exposition - vous en saurez plus après le développement.
Naturellement, la paresse naturelle a poussé à la recherche d'un moyen plus pratique et elle est devenue la radiographie informatique (CR). À l'entrée, nous avons une plaque de stockage de phosphore, elle stocke une image radiographique cachée. Pour voir le résultat, la plaque est placée dans le numériseur, où le laser IR scanne toute la surface et le photocapteur capture la luminescence. Ainsi, une image numérique est obtenue puis la précédente est écrasée par l'exposition. Le diamètre du faisceau laser (25-100 microns) détermine la résolution du système. Plus facile que l'analogique, mais pas instantanément. Il y a suffisamment d'assiettes pour plusieurs milliers d'expositions.
De plus, les progrès ont donné naissance à divers systèmes de conversion instantanée, par exemple un intensificateur d'image à rayons X (URI). L'URI a permis de travailler en temps réel, mais avec des distorsions. Le principe de fonctionnement - à l'entrée il y a un phosphore (scintillateur), qui génère de la lumière visible, qui génère des électrons sur la photocathode, qui sont accélérés et enregistrés à nouveau par le phosphore, puis il y a une lentille et un capteur CCD. Pas facile, hein? L'un des avantages d'un tel système était la possibilité de focaliser le faisceau d'électrons et la mise à l'échelle de l'image, contre - les distorsions géométriques du convertisseur optique à rayons X (REOP) et sa taille. Ce bien pourrait peser moins de 50 kilogrammes. L'URI ressemble à ceci (vous pouvez voir la caméra CCD et le géant REOP):
L'étape suivante est celle des détecteurs basés sur des réseaux CCD. C'est la modernité, le même scintillateur, l'optique et le capteur lui-même. Avantages - haute résolution, à partir de 2kx2k. Inconvénients - la taille du capteur CCD est d'environ 2x2 cm, rappelez-vous les caméras. Il est utilisé en microtomographie comme analogue bon marché des détecteurs à écran plat.
Nos journées
Presque tous les détecteurs modernes sont construits sur la base de matrices CMOS ou TFT, nous le faisons sur CMOS. La taille de la matrice est de 10x10 cm à 40x40 cm, ce qui est déjà bon. Les capteurs CMOS sont plus petits que le TFT, mais le pixel est de 25 à 70 microns. Les TFT d'une taille de 40x40 cm ont un pixel de 130-200 microns. Lorsqu'une sensibilité élevée est requise (mammographie, microtomographie), le CMOS est généralement utilisé, dans d'autres cas TFT. Tous les capteurs sont produits par l'Asie.
Le circuit du détecteur est illustré sur la figure. Le rayonnement X est converti en optique à l'aide d'une couche de scintillateur. Comme le capteur CMOS n'aime pas vraiment les rayonnements ionisants, nous le séparons du phosphore avec une plaque à fibre optique (FOP). GP n'est pas non plus simple, mais avec des additifs au cérium pour qu'il ne noircisse pas avec le temps sous les rayons X.
Typiquement, le matériau scintillateur est l'iodure de césium (CsI) ou l'oxysulfure de gadolinium (GadOx). Ils diffèrent par leur structure, les CsI sont des cristaux en forme d'aiguilles à travers lesquels la lumière passe comme une fibre, le GadOx est une couche continue dans laquelle les effets de diffusion sont forts. Voici à quoi ressemble un cristal d'iodure de césium:
Convertir les rayons X en lumière et traverser l'épaisseur du phosphore est un processus assez compliqué, tout y joue: épaisseur, type de dépôt (il vaut mieux faire pousser des cristaux tout de suite sur le GP), énergie de rayonnement. Je ne m'attarderai pas là-dessus en détail, qui veut en savoir plus sur la sensibilité - nous lisons
«Caractérisation du détecteur de rayons X - une comparaison des scintillateurs» . En gros - jusqu'à une énergie de 60 kV, GadOx est utilisé, au-dessus de 100 - CsI, au milieu des deux options. Pour référence: la mammographie est une gamme de 20 à 40 kV, la médecine conventionnelle de 50 à 150 kV, l'industrie de 150 à 450 kV.
Oui, j'ai complètement oublié qu'il est tout simplement impossible de rassembler toutes ces choses en une seule unité, nous avons besoin d'une salle blanche et d'un équipement pour combiner les capteurs avec une précision maximale, nous parvenons à rester à 1 pixel près.
GigE Vision / Genicam est souvent utilisé comme protocole de transfert de données, car Gigabit Ethernet agit comme une couche physique. Avec une grande taille de matrice et un mode de fonctionnement dynamique, cela ne suffit déjà pas, vous devez utiliser
Full CameraLink ou une fibre optique.
En conséquence, les détecteurs ressemblent à ceci:
Vous pouvez photographier le soudage, la céramique, l'impression de poudre métallique, les planches avec des puces BGA, les animaux de laboratoire et faire de la tomographie de petits objets. Si quelqu'un est intéressé et a de nouvelles idées d'application - écrivez, nous serons heureux.
