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北京北信科遠(yuǎn)儀器有限責(zé)任公司
主營(yíng)產(chǎn)品： 搖擺式脫色搖床,實(shí)驗(yàn)室電子分析天平,一體涂層測(cè)厚儀 |
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2016-2-2 閱讀(799)
普遍的理論認(rèn)為，X 射線系統(tǒng)的感應(yīng)器像素尺寸越小,，就越適合檢測(cè)食品和其他產(chǎn)品中的細(xì)微污染物,。 然而事實(shí)不是如此簡(jiǎn)單。 雖然較小像素尺寸的感應(yīng)器（例如 0.2 或 0.4mm）與較大像素尺寸感應(yīng)器（例如 0.8 或 1.6mm）相比,，X 射線圖像的空間分辨率更高,，但是還需要考慮許多其他因素，不只是單純考慮感應(yīng)器本身的理論靈敏度,。
X 射線檢測(cè)系統(tǒng)包含 X 射線發(fā)射器,、檢測(cè)機(jī)和計(jì)算機(jī)。 其工作原理如下：當(dāng)產(chǎn)品以恒定速度通過(guò) X 射線系統(tǒng)時(shí),，X 射線檢測(cè)機(jī)可捕捉產(chǎn)品的“灰度”圖像,，該圖像通過(guò)測(cè)量穿過(guò)產(chǎn)品，并且到達(dá)檢測(cè)機(jī)的 X 射線能量生成,。 隨后,，軟件對(duì)該圖像進(jìn)行分析，并與預(yù)先設(shè)定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,；對(duì)于那些不符合標(biāo)準(zhǔn)（即檢測(cè)到污染物）的產(chǎn)品圖像,，予以剔除。
X 射線檢測(cè)機(jī)由正方形形狀的像素點(diǎn)組成,。 以0.8mm 像素尺寸感應(yīng)器為例,，每當(dāng)產(chǎn)品通過(guò)系統(tǒng)（由 0.8mm 像素尺寸的方形像素點(diǎn)組成） 0.8mm 長(zhǎng)度時(shí)就生成一個(gè)線性圖像 將這些 0.8mm 寬的線條逐步累積起來(lái)就形成了 X 射線圖像。 因此,，理論上,，感應(yīng)器像素點(diǎn)數(shù)量越多、尺寸越小,，提供的數(shù)據(jù)就越多,，因此可得到更加清晰的圖像，檢測(cè)到細(xì)微污染物的概率也越大。
但是更多的數(shù)據(jù)并不總是的選擇,。 如果所有應(yīng)用都是檢測(cè)諸如香袋或手袋那樣輕薄且同質(zhì)的產(chǎn)品,，則較小像素尺寸的感應(yīng)器無(wú)疑是選擇。 事實(shí)上,，檢測(cè)食品是否含有污染物的應(yīng)用范圍非常廣,，而且多種多樣 – 一塊奶酪有著與一袋土豆極為不同的特性,，而一包大米又截然不同,。 這一事實(shí)為污染物檢測(cè)問(wèn)題增加了多重復(fù)雜性。
污染物檢測(cè)需滿足 3 個(gè)條件：
1. 相對(duì)于周圍的產(chǎn)品,，污染物能吸收更多的 X 射線,；
2. X 射線檢測(cè)機(jī)必須提供足夠的空間分辨率；
3. X 射線系統(tǒng)的檢測(cè)算法必須能夠區(qū)分物理污染物及其周圍的產(chǎn)品,。
因此,，污染物檢測(cè)的整體靈敏度取決于三個(gè)條件：空間分辨率、射線成像對(duì)比度以及產(chǎn)品效應(yīng),。
空間分辨率
空間分辨率是指構(gòu)建數(shù)字圖像所使用的像素,。 更高的空間分辨率意味著更多的像素點(diǎn)，可確保更的圖像質(zhì)量,。 較小像素尺寸的感應(yīng)器可產(chǎn)生更高的空間分辨率,，但需要更高的 X 射線能量來(lái)保持圖像品質(zhì)。 0.8mm 感應(yīng)器的表面積是 0.4mm 感應(yīng)器的四倍,，因此,，更小尺寸的感應(yīng)器需要四倍的 X 射線能量，才能獲得同樣的信號(hào)強(qiáng)度并生成同樣品質(zhì)的圖像,。 此外,，使用 0.4mm 感應(yīng)器時(shí)，如果想讓產(chǎn)品通過(guò)系統(tǒng)的速度保持不變,，檢測(cè)機(jī)掃描速度必須增加一倍（與 0.8mm 感應(yīng)器相比）,。 同樣，所需劑量是 0.8mm 感應(yīng)器的八倍,。 所有這些均意味著需要將成本,、速度及圖像品質(zhì)之間的平衡考慮在內(nèi)。
影響空間分辨率的其他因素是集成和投射效應(yīng)以及污染物在X 射線光路徑上所處的位置,。 集成是指掃描期間,，每個(gè)感應(yīng)器累計(jì)的信號(hào)。 計(jì)算機(jī)讀取感應(yīng)器時(shí),，讀取的不是瞬間“捕捉”的讀數(shù),。 此集成或“存儲(chǔ)效應(yīng)”允許用戶權(quán)衡掃描速度與傳輸速度，高達(dá) 50% 以上，同時(shí)還能保持靈敏度水平,。 較慢的掃描速度可提供更強(qiáng),、更具穿透力的信號(hào)。 其可以根據(jù)不同產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化,。
在 X 射線系統(tǒng)中,，光束從“聚焦點(diǎn)”發(fā)出，測(cè)量尺寸約為 3mm,。 污染物相對(duì)于聚焦點(diǎn)（或 X 射線源）或檢測(cè)機(jī)的位置十分重要：如果污染物靠近射線源,，則檢測(cè)機(jī)投射的有效面積將增大，而圖像邊緣的清晰度會(huì)降低,；如果污染物靠近檢測(cè)機(jī),，則污染物的圖像會(huì)更加清晰，利用放射圖像分析工具就更容易檢測(cè),。 為了zui大限度增加 0.8mm 感應(yīng)器的信號(hào)強(qiáng)度,，需要 0.8 mm 的方形污染物。 現(xiàn)實(shí)當(dāng)中很少有這么湊巧的事情,，通常污染物的投射陰影總是落在多個(gè)感應(yīng)器的部分位置,，甚至在兩個(gè)感應(yīng)器之間。 在此情況下,，更大的感應(yīng)器能夠捕捉更多關(guān)鍵數(shù)據(jù),。
射線成像對(duì)比度
污染物與產(chǎn)品之間的射線成像對(duì)比度也十分重要，這里的主要影響因素是信噪比,。 所有電氣設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生一定的背景噪音,，如果相對(duì)于信號(hào)強(qiáng)度，噪音水平過(guò)大,，會(huì)對(duì) X 射線圖像質(zhì)量產(chǎn)生不良影響,。 不同尺寸的感應(yīng)器有不同的信噪比。 較大的感應(yīng)器可產(chǎn)生更強(qiáng)的信號(hào),，降低噪音水平,。
產(chǎn)品效應(yīng)
產(chǎn)品穿過(guò) X 射線時(shí)被檢測(cè)機(jī)吸收的 X 射線能量與產(chǎn)品（和任何污染物）的厚度、密度和原子質(zhì)量數(shù)有關(guān),。 測(cè)量 X 射線在產(chǎn)品和污染物之間衰減差異是污染物檢測(cè)的基本依據(jù),。 通常原子質(zhì)量數(shù)與密度相關(guān)，食品一般含有低原子質(zhì)量數(shù)的材料,，而污染物常常含有高原子質(zhì)量數(shù)的材料且密度較高,。相同的污染物（比如一塊石頭），放在低密度產(chǎn)品中（比如一片面包）,，比放在高密度奶酪中更易檢測(cè)到,。 穿透高密度材料需要更高的 X 射線能量,，這也會(huì)影響感應(yīng)器大小尺寸的選擇及相應(yīng)的檢測(cè)靈敏度。
產(chǎn)品及其包裝的質(zhì)地和均勻性也必須考慮,。 同質(zhì)包裝可提供恒定的 X 射線信號(hào),，因此很容易檢測(cè)到 X 射線能量吸收情況的細(xì)微變化。 但是,，許多食品和藥品包含多種吸收情況,，涉及的原因有食品的不同類型（例如沙拉），和/或氣泡以及物品間的間隙（例如一袋土豆或大米）,。 考慮到對(duì)比度有助于檢測(cè),，如果污染物是金屬等高密度材質(zhì)，顯然使用 X 射線檢測(cè)細(xì)微污染物是有所裨益的,，而諸如玻璃,、石頭和骨頭等較小密度污染物,，顆粒較大時(shí)才能檢測(cè)到,。
因此，如果預(yù)測(cè)污染物很可能是金屬,，則可以使用較小的感應(yīng)器,，因?yàn)榻饘俚纳渚€成像對(duì)比度可忽略噪音的影響。 然而,，事情并非總是如此,。 0.4mm 的金屬球很容易“隱藏”在有多種密度的產(chǎn)品中，如大米或葡萄干,。 一般情況下,，感應(yīng)器尺寸越大，射線成像對(duì)比度越好,。
這是一個(gè)權(quán)衡的問(wèn)題
我們可以得出結(jié)論,，實(shí)際檢測(cè)微小污染物很大程度上取決于產(chǎn)品本身的特性，而不是檢測(cè)機(jī)感應(yīng)器的尺寸,。 小型感應(yīng)器有較高空間分辨率的優(yōu)勢(shì),，是檢測(cè)輕薄同質(zhì)緩慢移動(dòng)物品的理想之選，但需要更多的能量,，因此操作成本也比較昂貴,。但是，獲得的更的測(cè)量可能會(huì)受到 X 射線通過(guò)量,、電子檢測(cè)及產(chǎn)品效應(yīng)中增加的固有“噪音”級(jí)別的影響,。 如果產(chǎn)品包含巨大空隙，高分辨率獲得的優(yōu)勢(shì)可能會(huì)喪失,，這會(huì)使感應(yīng)器像素級(jí)別的小污染物“隱藏”,。 這將喪失使用更小感應(yīng)器帶來(lái)的改善,。 較大的發(fā)光二極管適合較厚、高密度的產(chǎn)品,，其提供的射線成像對(duì)比度,，同時(shí)具有更高的信噪比，即使空間分辨率較低,，也可檢測(cè)出更多污染物,。 根據(jù)不同的應(yīng)用，選擇尺寸的 X 射線感應(yīng)器,，就成為所有各種因素之間的權(quán)衡問(wèn)題,。
作者：梅特勒-托利多 X 射線檢測(cè)部門電子產(chǎn)品 Steve Gusterson
Steve Gusterson 是梅特勒-托利多 X 射線檢測(cè)部門的電子產(chǎn)品，在梅特勒-托利多已任職 10 年,，自 1987 年便從事 X 射線食品檢測(cè)行業(yè)的研究,。 Steve 直接參與梅特勒-托利多 X 射線接收器與硬件控制系統(tǒng)的研發(fā)。
關(guān)于梅特勒-托利多 X 射線檢測(cè)系統(tǒng)
梅特勒-托利多是食品和制藥行業(yè)金屬檢測(cè)與 X 射線檢測(cè)方案的供應(yīng)商,。 Garvens 自動(dòng)檢重秤,、CI-Vision 和 Pharmacontrol Electronic Gmbh (PCE) 共同構(gòu)成了梅特勒-托利多產(chǎn)品檢測(cè)部門。 北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司,。
