专利名称：人体内/外隐藏毒品的探测装置及方法
技术领域：
本发明涉及能量色散X射线散射探测技术领域，特别是用小剂量X射线源对人体内/外隐藏的毒品进行能量色散X射线前向散射安全探测的装置及方法。
背景技术：
近年来，世界各地毒品走私活动日益猖獗，犯罪分子贩毒手段狡猾多变，贩毒手法日趋现代化、智能化，特别是被形容为“蚂蚁搬家”的人体内/外藏毒已成为贩毒集团组织毒品过境的重要挟带方式。目前，比较常见的人体内/外藏毒的无损探测方法主要有x射线透视检测法、数字X射线成像技术、双能(多能)x射线技术、中子分析检测技术、伴随粒子成像技术、核电四极矩共振技术和生物检测法。X射线透视检测法的缺点是漏报、误报率高，不能分辨复杂背景中相对量较少的非法物品，甚至无法检出毒品。此外，目前使用的X射线透视检测仪由于X射线剂量高对人体有危害，出于安全考虑，国内外禁止用X射线检测仪对人体进行检查，而仅限于对行李物品的检查，这为人体内/外藏毒提供了可乘之机。数字X射线成像技术与双能(多能)X射线技术不能分辨人体复杂背景中相对量较少的毒品，也不能分辨隐藏在高原子序数物质后的毒品。中子分析检测技术与伴随粒子成像技术中对中子进行辐射防护是比较困难的，如果要保证人员的安全，势必造成系统的庞大臃肿。另外由于毒品成分和一些有机物的成分非常接近，因此误报率高。如果毒品用金属全屏蔽，电磁波无法穿透时核电四极矩共振技术也不能发挥作用。生物检测法检测人体内/外藏毒时，其灵敏度随个体变化较大，且不能长时间连续使用。专利00133223. 6提出了利用X光机发出的光束经准直后形成的“笔形光束” 透射人体胃部、腹部，如果人体胃内或肠道内藏有毒品，在X像增强器上获得衍射环图的探测毒品方法。该专利以X光衍射的方式，通过探测对象的衍射环图来研判人体内是否隐藏有毒品。其X光源强度、光路系统、及背景信号影响衍射环图的成像效果，在实用中受到了很大的限制。上述人体内/外藏毒的无损探测方法虽然取得了一些有益的成果，但却因为存在着一些不足，限制了其广泛研究的开展。Bragg公式给出了散射X射线波长λ、散射角θ与散射参数q之间的关系^r = 4 sin(|) =乒 sin(寻)
λ 2 nc 2式中，h、c为普朗克常数与光速，E为散射光子的能量。当固定散射角θ，采用连续波长的X光谱照射样品的研究方法即为能量色散X射线散射方法。目前国内外使用小剂量X射线采用能量色散X射线散射方法对人体内/外藏毒的检测很少见报道。因此，针对人体探测毒品的特殊环境问题，研究利用小剂量的X射线检查人体内/外隐藏的毒品，从而建立能够快速检测、准确报警的新型散射探测方法成为迫切需要。
发明内容
为了克服上述现有方法的诸多不足，本发明的目的是提供一种用X射线源对人体内/外隐藏的毒品进行能量色散X射线前向散射安全探测的装置及方法，利用小剂量X射线源对隐藏在人体内/外的毒品进行能量色散X射线散射检测，从而获得探测目标物的散射信息。本发明的技术方案如下一种人体内/外隐藏毒品的探测装置，其特征在于包括X射线源和位于X射线源出射光路上的L形通道，所述的L形通道中有移动或静止的目标物，所述的X射线源与L形通道之间设有双狭缝准直器，X射线光源产生X射线，经过双狭缝准直器后进入L形通道， 辐照在目标物上并与目标物相互作用后穿透目标物，再透过L形通道后形成散射光；从目标物上发出的散射光的光路上依次设有索拉狭缝、狭缝准直器和探测器，探测器外接多道分析仪后接入计算机，从目标物上发出的散射光依次通过索拉狭缝和狭缝准直器后被探测器接收，并转换成电信号送入多道分析仪进行能量分辨后输入计算机。一种人体内/外隐藏毒品的探测方法，其特征在于其具体包括以下步骤(1)、校准光路，调控X射线源的电压和电流大小，来控制X射线源的光源强度；(2)、可能隐藏了毒品的目标物站立在L形通道中，或通过L形通道；(3)、X射线光源产生X射线，经过双狭缝准直器后进入L形通道，辐照在目标物上并与目标物相互作用后穿透目标物，再透过L形通道后形成散射光；G)、从目标物上发出的散射光依次通过索拉狭缝和狭缝准直器后被探测器接收；(5)、探测器将接收的光信号转换成电信号后送入多道分析仪；(6)、多道分析仪对送入的电信号进行能量分辨后得到数据并送入计算机，计算机对数据进行处理并得到所测目标物的散射图谱，将散射图谱进行模式识别并与计算机数据库中的毒品模式作比对，若比对的结果一致则发出报警信号。本发明的有益效果本发明方法操作方便、探测迅速准确、抗干扰性强、安全可靠、易于防护、便于实现仪器的小型化与便携化。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果(1)、本发明采用X射线白光光源和具有高能量分辨率的固体探测器构成能量色散探测系统装置，检测过程中无需转动探测器，不需要复杂的机械装置，有助于实现检测装置的小型化，便携化。O)、本发明采用X射线白光光源和具有高能量分辨率的固体探测器构成能量色散探测系统装置，检测过程中无需转动探测器，减少了检测时间，提高了检测灵敏度，可以在非常短时间内获得探测目标物的X射线能量色散数据，结合计算机数据处理方法，可以实现对人体内/外隐藏毒品的快速检测。(3)、本发明采用市售常规X光管作为X光源，有效避免了利用同步辐射X射线源对人体内/外毒品进行探测、受国内同步辐射装置数量少及地域限制的不足，使得利用X射线方法进行人体内/外隐藏毒品的探测更加方便，并且建设、维护费用低廉。0)、本发明采用能量色散方法，以人体内/外隐藏的毒品为目标探测物，不需要取样，可以直接进行探测目标物，避免了取样与制样的繁琐操作，可以作为非破坏性、非接触式检测与识别人体内/外携毒的一项简便检查方法。
(5)、本发明采用能量色散方法，采用小剂量的、对人体安全的X射线源，消除了利用X射线成像、CT等方法对人体造成的辐射，避免了 X射线对人体的损害。(6)、本发明装置的计算机软件数据处理方法，依据先验知识，事先设置了干扰数据模型和干扰模型特征库、毒品数据模型和毒品模式特征库，对X射线能量色散探测数据进行去噪处理、特征提取、特征匹配等数据处理，进行是否存在毒品判别及其所属类型判别。
图1是本发明的X射线光路示意图。图2是本发明方法的计算机系统结构框图。图3是人体与人体内隐藏的NaCl在散射角4. 5°下的能散X射线能谱图。图4是人体与人体内隐藏的NaCl在散射角5. 5°下的能散X射线能谱图。图5是人体与人体内隐藏的冰毒在散射角4.0°下的能散X射线能谱图。图6是人体与人体内隐藏的冰毒在散射角5.0°下的能散X射线能谱图。图7是人体与人体内隐藏的海洛因在散射角5. 0°下的能散X射线能谱图。图8是人体与人体内隐藏的海洛因在散射角7.0°下的能散X射线能谱图。
具体实施例方式参见图1，一种人体内/外隐藏毒品的探测装置，包括X射线源1和位于X射线源 1的出射光路上的L形通道11，L形通道11中有移动或静止的目标物5，X射线源1与L形通道11之间设有双狭缝准直器2，X射线光源1产生X射线6，经过双狭缝准直器2后进入 L形通道11，辐照在目标物5上并与目标物5相互作用后穿透目标物5，再透过L形通道11 后形成散射光7 ；从目标物5上发出的散射光7的光路上依次设有索拉狭缝3、狭缝准直器 4和探测器8，探测器8外接多道分析仪9后接入计算机10，从目标物5上发出的散射光7 依次通过索拉狭缝3和狭缝准直器4后被探测器8接收，并转换成电信号送入多道分析仪 9进行能量分辨后输入计算机10。一种人体内/外隐藏毒品的探测方法，具体包括以下步骤(1)、校准光路，调控X射线源的电压和电流大小，来控制X射线源的光源强度；(2)、可能隐藏了毒品的目标物站立在L形通道中，或通过L形通道；(3)、X射线光源产生X射线，经过双狭缝准直器后进入L形通道，辐照在目标物上并与目标物相互作用后穿透目标物，再透过L形通道后形成散射光；0)、从目标物上发出的散射光依次通过索拉狭缝和狭缝准直器后被探测器接收；(5)、探测器将接收的光信号转换成电信号后送入多道分析仪；(6)、多道分析仪对送入的电信号进行能量分辨后得到数据并送入计算机，计算机对数据进行处理并得到所测目标物的散射图谱，将散射图谱进行模式识别并与计算机数据库中的毒品模式作比对，若比对的结果一致则发出报警信号。以下结合附图对本发明作进一步的说明参见图2，计算机10由计算机硬件101、计算机控制软件102、数据采集软件103、数据处理软件104、毒品数据库105组成。计算机10通过计算机控制软件102控制X光机高压电源的电压和电流大小，实现对X射线源1的强度控制，通过光路控制器对双狭缝准直器2、索拉狭缝3与狭缝准直器4大小及相互间距离的控制来调节光斑大小，并由计算机控制软件102控制探测器8运行到检测散射角位置处，由计算机控制数据采集软件103对多道分析仪9从探测器8所获取的信号进行采集，实现对目标物5的能量探测；将能量探测获取的能量色散X射线散射信号实时存入扫描探测数据库；由计算机控制数据处理软件104 进行扫描探测数据解析处理，获得能量色散X射线散射数据；从能量色散X射线散射数据中提取散射峰的峰位、峰形、峰强等特征；并根据峰位、峰形、峰强等特征进行模式识别算法处理。根据模式识别算法处理进行毒品判别比对，如果存在毒品，则根据毒品数据库105已存储的毒品模式进行分类，报告初步识别结果。按照图1所示，探测目标物为人体、人体内隐藏的NaCl。调节好X射线光路，设定散射角4. 5度，分别测试人体、人体内隐藏的NaCl，获得其能量色散X射线散射数据并绘图如图3所示。红色曲线为人体的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线为人体内隐藏NaCl的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线散射峰的d值为3.24A，非常接近于NaCl标准PDF卡片中的d值(3.26 A，相对误差0. 61 % )。说明用该能量色散X射线散射方法，在散射角4. 5 下探测人体内隐藏的NaCl是可行的。按照图1所示，探测目标物为人体、人体内隐藏的NaCl。调节好X射线光路，设定散射角5. 5度，分别测试人体、人体内隐藏的NaCl，获得其能量色散X射线散射数据并绘图如图4所示。红色曲线为人体的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线为人体内隐藏NaCl的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线散射峰的d值从左到右为分别为3.27A、1.96 A，非常接近于NaCl标准PDF卡片中的d值(3.26 Aj.994 A，相对误差分别为0. 31 %、1. 71 % )。说明用该能量色散X射线散射方法，在散射角5. 5下探测人体内隐藏的NaCl是可行的。按照图1所示，探测目标物为人体、人体内隐藏的冰毒。调节好X射线光路，设定散射角4. 0度，分别测试人体、人体内隐藏的冰毒，获得其能量色散X射线散射数据并绘图如图5所示。红色曲线为人体的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线为人体内隐藏冰毒的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线散射峰的d值为4.52A，非常接近于冰毒标准PDF卡片中的d值(4.46 A，相对误差为1.35%)。说明用该能量色散X射线散射方法，在散射角4.0 下探测人体内隐藏的冰毒是可行的。按照图1所示，探测目标物为人体、人体内隐藏的冰毒。调节好X射线光路，设定散射角5. 0度，分别测试人体、人体内隐藏的冰毒，获得其能量色散X射线散射数据并绘图如图6所示。红色曲线为人体的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线为人体内隐藏冰毒的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线散射峰的d值为3.89A，非常接近于冰毒标准PDF卡片中的d值(3.90 A，相对误差为0.沈％)。说明用该能量色散X射线散射方法，在散射角5.0 下探测人体内隐藏的冰毒是可行的。按照图1所示，探测目标物为人体、人体内隐藏的海洛因。调节好X射线光路，设定散射角5.0度，分别测试人体、人体内隐藏的海洛因，获得其能量色散X射线散射数据并绘图如图7所示。红色曲线为人体的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线为人体内隐藏海洛因的能量色散X射线散射图谱，同样测试条件下的两条散射曲线存在峰形、峰位、峰强度的差异，差异部分是由人体内隐藏的海洛因在X射线照射下产生的散射效应引起的。说明该能量色散X射线散射方法在散射角5. 0下，能够探测人体内隐藏的海洛因。
按照图1所示，探测目标物为人体、人体内隐藏的海洛因。调节好X射线光路，设定散射角7.0度，分别测试人体、人体内隐藏的海洛因，获得其能量色散X射线散射数据并绘图如图8所示。红色曲线为人体的能量色散X射线散射图谱，黑色曲线为人体内隐藏海洛因的能量色散X射线散射图谱，同样测试条件下的两条散射曲线存在峰形、峰位、峰强度的差异，差异部分是由人体内隐藏的海洛因在X射线照射下产生的散射效应引起的。说明该能量色散X射线散射方法在散射角7. 0下，能够探测人体内隐藏的海洛因。
权利要求
1.一种人体内/外隐藏毒品的探测装置，其特征在于包括χ射线源和位于χ射线源出射光路上的L形通道，所述的L形通道中有移动或静止的目标物，所述的X射线源与L形通道之间设有双狭缝准直器，X射线光源产生X射线，经过双狭缝准直器后进入L形通道， 辐照在目标物上并与目标物相互作用后穿透目标物，再透过L形通道后形成散射光；从目标物上发出的散射光的光路上依次设有索拉狭缝、狭缝准直器和探测器，探测器外接多道分析仪后接入计算机，从目标物上发出的散射光依次通过索拉狭缝和狭缝准直器后被探测器接收，并转换成电信号送入多道分析仪进行能量分辨后输入计算机。
2.一种人体内/外隐藏毒品的探测方法，其特征在于其具体包括以下步骤(1)、校准光路，调控X射线源的电压和电流大小，来控制X射线源的光源强度；(2 )、可能隐藏了毒品的目标物站立在L形通道中，或通过L形通道；(3)、X射线光源产生X射线，经过双狭缝准直器后进入L形通道，辐照在目标物上并与目标物相互作用后穿透目标物，再透过L形通道后形成散射光；(4 )、从目标物上发出的散射光依次通过索拉狭缝和狭缝准直器后被探测器接收；(5)、探测器将接收的光信号转换成电信号后送入多道分析仪；(6)、多道分析仪对送入的电信号进行能量分辨后得到数据并送入计算机，计算机对数据进行处理并得到所测目标物的散射图谱，将散射图谱进行模式识别并与计算机数据库中的毒品模式作比对，若比对的结果一致则发出报警信号。
3.据权利要求1所述的人体内/外隐藏毒品的探测装置，其特征在于所述的X射线源为X光机。
4.据权利要求1所述的人体内/外隐藏毒品的探测装置，其特征在于所述探测器为能量分辨固体探测器。
5.据权利要求1所述的人体内/外隐藏毒品的探测装置，其特征在于所述的多道分析仪为多道分析器。
全文摘要
本发明公开了一种用X射线源对人体内/外隐藏的毒品进行能量色散X射线前向散射安全探测的装置及方法，包括X射线源、狭缝准直器、L形通道、索拉狭缝、探测器、多道分析仪以及计算机系统，利用小剂量X射线源对隐藏在人体内/外的毒品进行能量色散X射线散射检测，从而获得探测目标物的散射信息。本发明方法操作方便、探测迅速准确、抗干扰性强、安全可靠、易于防护、便于实现仪器的小型化与便携化。
文档编号A61B6/12GK102160800SQ20111002598
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者余道洋, 刘锦淮, 孙柏, 李民强, 钟煜 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院