2012年第12期
仅表技木与传器 Instrument Technique and Sensor
基于CMOS视频采集卡的X光管道环焊缝检测系统
霍达，卢春霞
（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240）
2012 No. 12
摘要：研发了一种针对CMOS图像传感器的高效视频来集卡，并造用于X射线管道环焊缝无损实时检测系统。首先选用合适的CMOS图像传感器和闪烁材料设计出了X光相机面板，完成了X光到可见光再到模拟电信号的转换；再根据传感器特性设计了基于ARM与CPLD的视频采集卡，实现了面板采集模拟电信号的数宇转换；数据用TCP/IP协议传送到远端PC机，可保证野外作业无铅房防护工作人员的人身安全。PC终端的图像处理模块根据采集卡数据实时成像，成像效果可达B级无摄探伤胶片标准。视频采集卡同时控制环形就道爬行机构的周向运动，拍摄与爬行相互协调，实现了
对管道环烊缝的灵活检测。该系统适合悉劣工况，性能稳定、操作简便，具有广间的应用前景。关键调：视频采集卡管道；环焊缝；X射线；CMOS图像传感器；无损检测
中图分类号：TH878
文麸标识码：A
文章编号：10021841(2012)12016003
X-rayImaging SystemforPipelineGirthWeldInspectionBased on
CMOSVideoCaptureCard
HUO Da, LU Chun-xia
(School of Naval Architecture and Ocean Eng.,Shanghai Jiaotong Univ,,Shanghai 200240,China)
Abstract : In the pipeline girth application,a capture-video-card composed of CMOS image sensors was designed, which can bx used in a non-destructive testing ( NDT) real-time system with X-ray. In X-ray camera panel, this paper select the appropriate CMOS ima-ge sensor and a scintillating screen to convert X-ray to visible light,and then change the visible light into simulating e-lectric-signal, ARM and CPLD-based capture-video-card is also designed according to the characteristics of the CMOS sensor,which executes the conversion of analog signals from the camera panel. The digital data was transferred to a remote computer with the TCP/IP protocol,which ensures an operator's safety without any protection in a lead house. The computer can change the data into image timely with image software. The image's quality formed by this system is up to the standard B-Class NDT film. The capture-video-card can also control the movement of this crawling machine, which can cope with the shooting process and the crawling process collaboratevely, This makes the process of pipeline-girth-weld-inspection flexible, The experiments in industry show that this reliable system can easily work in hansh environments.
Key words : video capture card;pipeline ;girth weld; X-ray ; CMOS image sensors ;non-destructive testing
引言 0
管道焊缝探伤是安全生产必不可少的一道工序。工业X 射线无损检测技术是检验焊缝最常用的方法之一，而目前应用最广的是传统的X射线胶片照相法。X射线胶片照相法存在着操作工序繁琐、不方便储存、长期投人成本高等缺点。随着科技的发展，X射线无损实时检测系统已在工业无损检测领域中大量替代胶片成像。20世纪50年代，出现了图像增强器技术,20世纪80年代出现了计算机X射线摄影（computedradio graphy，CR）技术，而后出现了平板操测器（flatpaneldetector， FPD)技术，每一次技术创新都给工业X射线无损检测技术带来了巨大的变化。如今CR技术和FPD技术已经在工业无损检测领域发挥重要作用。FPD又分为间接FPD和直接FPD.间接FPD又叫傲非品硅（amorphousSilicom，a-Si）间接FPD，主要是利用闪烁体或荧光体层转换X射线为可见光，可见光通过
基金项目：国家白然科学基金项目（90924005）
8收修改稿日期：20120725
收稿日期：2011=11-18
非品硅层转换为电信号，最后完成数字转换。间接FPD具有空间分辨率高、动态范围大、噪音小、可在恶劣条件下工作等优点，其最大缺点就是成本过高1-4]。除上述技术外，利用闪烁材料与电荷耦合元件(CCD)传感器相结合，同样可以应用于工业X射线检测。
文中选用最近几年常用的互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器来设计整套系统。CMOS在抗辐射能力、功耗、系统集成能力和价格等方面要优于CCD图像传感器，面且随着工艺的进步,CMOS在灵敏度、动态范围、响应均勾性等性能参数也与 CCD图像传感器越来越接近。总之，CMOS传感器技术在未来的X射线无损检测领域将扮演越来越重要的角色[3-8]
目前，X射线工业数字实时成像系统应用于焊缝的焊接质量检验，虽提高了检测效率，但整套引进设备的成本和维护成本过高。更重要的是，现有设备通常仅适合工厂环境大批量检测使用，不适于野外现场以及需求灵活的场所，故对应用灵活、便携式的检测仪器研究非常迫切。
针对上述问题，提出并实现了基于CMOS视频采集卡的X