雙能成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)和物質(zhì)辨識(shí)方法研究.pdf

1、雙能X射線理論廣泛應(yīng)用于安檢及工業(yè)物料分揀領(lǐng)域，雙能技術(shù)根據(jù)探測(cè)器結(jié)構(gòu)的不同又分為真雙能技術(shù)和偽雙能技術(shù)，偽雙能技術(shù)以其易實(shí)現(xiàn)性，在實(shí)際中得到更廣泛的應(yīng)用。雖然目前偽雙能理論已經(jīng)日趨成熟，但是國(guó)內(nèi)的檢測(cè)技術(shù)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平。當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的偽雙能設(shè)備大多從國(guó)外引進(jìn)，大型平板探測(cè)器價(jià)格昂貴，不利于搬運(yùn)及安裝，給企業(yè)帶來(lái)很大的財(cái)力負(fù)擔(dān)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為偽雙能檢測(cè)技術(shù)帶來(lái)了大的變革，偽雙能X射線數(shù)字成像技術(shù)突破了傳統(tǒng)的膠片生產(chǎn)的弊

2、端，相較于傳統(tǒng)膠片生產(chǎn)工藝，數(shù)字化偽雙能檢測(cè)技術(shù)在圖像存儲(chǔ)、處理效率及檢測(cè)安全性等方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。
　　本論文以煤炭分揀需求為背景，旨在建立一個(gè)可組裝，易攜帶，遠(yuǎn)程操縱的偽雙能數(shù)字化成像系統(tǒng)。本研究詳細(xì)介紹了該成像系統(tǒng)的整體方案及軟硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)物質(zhì)辨識(shí)算法做了初步研究。
　　本文首先分析了目前幾種常用的X射線檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，確定采用偽雙能技術(shù)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)。針對(duì)當(dāng)前偽雙能檢測(cè)技術(shù)的弊端提出了數(shù)字化、便攜式、海量遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳

3、輸?shù)慕鉀Q方案。在以上設(shè)計(jì)思路基礎(chǔ)上確定了圖像信號(hào)采集前端方案、中央控制單元方案、采集控制及數(shù)據(jù)傳輸方案。其中，圖像信號(hào)采集前端由多個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的偽雙能探測(cè)器芯片首尾相連并聯(lián)構(gòu)成，長(zhǎng)度可按需要擴(kuò)展，圖像采集控制及數(shù)據(jù)傳輸由上位機(jī)和以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)。
　　在明確設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)選用FPGA作為主控制器搭建硬件平臺(tái)?？紤]到系統(tǒng)的延展性，整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分為電源板、偽雙能探測(cè)板及主板三部分，三塊電路板之間通過(guò)排線互相通訊。論文詳細(xì)介紹

4、了電源模塊、偽雙能探測(cè)器模塊、多通道A/D模塊、FPGA最小系統(tǒng)及以太網(wǎng)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)，并提出了相應(yīng)的硬件抗干擾措施。
　　結(jié)合偽雙能理論及硬件設(shè)計(jì)方案，本研究采用Verilog HDL語(yǔ)言，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了FPGA內(nèi)部各模塊功能，主要包含偽雙能探測(cè)器模塊、A/D模塊、雙口RAM模塊、乒乓操作模塊及W5300底層驅(qū)動(dòng)模塊。在Visual C++開發(fā)環(huán)境下，開發(fā)上位機(jī)控制界面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)參數(shù)的配置及灰度圖像的實(shí)時(shí)顯示。M