三维相敏x射线成像

2016年2月

碳纤维聚合物(摘要)扮演越来越重要的角色在现代汽车和航空航天工程。高弹性模量与低密度使他们成为一个有吸引力的替代重量级的材料支持结构。尽管他们的重量轻的属性,碳纤维增强塑料的寿命是敏感的内在成分的微缺陷,即纤维和树脂。因此定量缺陷调查方法的碳纤维增强塑料在高需求。为此,x射线计算机断层摄影作为一个强大的工具,提供的能力来检测缺陷非常精确的三维空间。

不幸的是,x射线对比摘要的碳纤维和周围树脂由于其类似的吸收系数很低。近年来,相敏x射线方法先进,承诺更高的灵敏度之间的这种材料[1]。特别是与x射线计算机断层摄影,相衬方法可以发挥关键作用,揭示了现代复合材料的微观结构。在这个应用程序中,一个三维相位敏感的x射线方法提出,要求微焦点x射线源,精确的准直缝和高分辨率x射线照相机Zyla 5.5等低噪声高频sCMOS相机和或技术。

方法

与衍射实验,检测到的角µrad的范围。检测论文小角偏差,需要生成一个非常好的平行x射线束。在使用的设置,这是通过准直微焦点x射线源的发散x射线束由两个连续10µm高缝的散度70µrad(见图1)。线形x射线穿过样本选择区域,影响随后的探测器。

实验装置的示意图

图1:实验装置的示意图

梁的形状主要由相位渗透体积的属性。大规模的阶段特性,即在10µm或更大的范围,导致折射光束在一个小角度相对于原状梁(参考光束),这可以通过改变注册光束剖面的检测器(见图2)。相位梯度相关的转变:

相位梯度由以下相关的转变

小规模的特性,即显著小于10µm,导致光束的传播引起的折射和衍射,可以检测到光束剖面的扩大。前者是与这个词相关微分相衬,后者与暗场的对比。尤其是x射线暗场对比是适合碳纤维增强塑料的缺陷调查。碳纤维增强塑料的典型故障,如矩阵与矩阵、fiber-fiber或fiber-matrix缺陷——在几微米的范围,大大小于10µm。

(一)

一个图像的参考光束Zyla 5.5高频

(b)

参考光束的横截面轮廓灰色栏所示

图2:(a)显示一幅Zyla 5.5高频的参考光束。梁的截面轮廓的灰色条(b)中描述的影响。通过比较扭曲梁侧面,转变和扩大可以被评估。

重要的是要注意,这个设置敏感梁在y方向上变化,提供的能力对比功能的功能取向。在这种情况下,功能纤维和裂缝方向平行。

转变和扩大可定量计算梁的质心和光束剖面的方差相关微分相位和暗场的对比。

层析三维重建需要投影图像在不同的角度从0°- 180°。为此,样品绕x轴旋转,旋转红色箭头在图1所示。生成一个投影图像,样品通过平行光束移动。每个梁剖面记录评估转变和扩大,最后所有行是一个图像缝合。重复该过程在每一个旋转角度。总之,300梁配置文件/投影图像180角1°~ 180°被记录下来。

层析三维重建的暗视野和吸收信号,著名的过滤使用投影(FBP)方法。然而,重建的阶段需要修改,因为通常的坡道过滤器,取而代之的是一个希尔伯特变换[2]。

结果

样本大小为2.5 x 2.5 x 3.5毫米准备的疲劳损坏的碳纤维增强塑料优惠券了。一个横截面重建体积的吸收,阶段,和黑暗字段值是3 c如图3所示。与吸收图像(图3),相位图像(图3 b)揭示了热门的新细节通过碳纤维增强塑料。x射线暗场图像(图3 c)清楚地表明,进一步微裂缝下面决议都包含在示例。结合相位值(图3 d),大大损害出现更好的扩展。呈现的体积模型相结合的阶段和暗场信息呈现在图3 e。

(一)