X射线连续能谱仪的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种测量X射线连续能量谱的仪器，由X射线衰减器、X射线传感器、前置放大电路、模拟/数字转换电路、接口电路和软件等主要部分组成。所述接口电路包含控制接口、数据接口及电源接口。所述X射线传感器是垂直于射线照射方向放置的X射线传感器，包含N个独立的单元。其中N是大于1的自然数。相应地，系统具有N个测量通道，各通道对应的X射线衰减器的配置不同，使传感器对不同能量X射线光子的响应不同，产生的信号包含了能谱信息。信号输入计算机后，由专门的算法软件处理，得到X射线连续能谱。
【专利说明】X射线连续能谱仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量X射线连续能量谱的能谱仪，具体地说，是涉及一种可以直 观、全面并且精确量化X射线品质的、专门测量连续谱的X射线能谱仪。
【背景技术】
[0002] 由于高速电子在阳极靶上的轫致辐射作用，X光机发出的射线能谱主要是连续谱， 强度随能量连续变化，相应的光子波段较宽，这样的X射线也被称作白色X光(或复色X光)， 具有特定的品质。
[0003] 不同能量的射线光子穿过物体时的衰减系数不同，使X射线的品质发生变化，从 而影响X射线影像的清晰度。
[0004] 因此，了解X射线的品质，对于提高影像质量有关键的作用。
[0005] X射线机的主要指标之一是管电压，即X射线管中电子的加速电压，以千伏（KV)来 表示。管电压限制了射线光子的最大能量，对应的最小波长即短波限。
[0006] 目前X射线品质(简称线质）通常以半值层厚度（HVT)等指标来衡量，就是使X射 线束的强度减弱到衰减前的一半所需的特定物质(如铝、铜等)厚度(毫米)，反映 X射线束的 穿透能力。
[0007] 图1是一种测量窄束X射线半值层的装置的原理示意图。图中（1)是待测X射线 束。X射线经限束器（2)和（4)变成近似的窄束射线。X射线经过衰减片（3)后到达传感器 (5)，传感器产生信号。当传感器测量出射线强度减弱为未经衰减时的一半，这时候衰减片 的厚度就是半值层厚度。
[0008] 在相同的管电压下，不同的X射线机产品的半值层并不相同，即线质有差异。
[0009] 半值层等指标根据穿透能力来间接地估测X射线光子的平均能量，简单但是不够 精确，尤其是只能在特定条件下使用，通用性不强，无法满足整个行业不断提高的需求。因 此，整个行业需要更直观、更全面和更精确的方法及产品。
[0010] 线质差异的本质是能谱上的差异。因此测量能谱才是衡量X射线线质的根本办 法。
[0011] 可见，现有的X射线线质的衡量方法存在上述缺陷，需要改进。本发明有效地弥补 了上述缺陷。
【发明内容】
[0012] 本发明针对上述现有X射线线质衡量方法的缺陷，提出了相应的改进方案，提供 了一种能够有效测量X射线能量分布的方法和装置。
[0013] 本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案为：一种X射线连续能谱仪，由X射 线衰减器、X射线传感器、前置放大电路、模拟/数字转换电路、接口电路和软件等主要部分 组成。
[0014] 所述X射线衰减器可以由纯铜等材料制成。厚度沿着垂直于射线照射方向的平面 内连续变化，材料和厚度等参数按照系统设计的要求进行优化。
[0015] 所述X射线传感器是垂直于射线照射方向放置的X射线传感器，包含N个独立的 单元。其中N是大于1的自然数。结合使用对应的衰减器，较多数量的单元可以形成较多 不同配置的信号通道、更精细地反映 X射线光子组合比例的信息。
[0016] 各个单元分别连接到前置放大器上，产生的模拟信号输入到模拟/数字转换电路 并转换成数字信号，再通过接口电路输入到计算机，由软件按照一定算法得到X射线能谱 曲线。
[0017] 工作原理：材料成份和厚度确定的衰减器对单能射线衰减的比例是已知的。把未 知的连续能谱近似为多个单能射线组成的能谱。根据各传感器通道探测到的信号计算出相 应的衰减器对X射线衰减的比例。设定一个初始能谱，在对应系统模型的算法软件中模拟 出衰减比例，与实际测得的衰减比例进行比较，计算偏差的二乘值，以二乘值减小为标准， 对初始能谱进行修正，直到偏差符合系统要求，这时修正过的能谱就是待测能谱。
[0018] 本发明所述X射线传感器，其中N是大于1的自然数。
[0019] 所述X射线传感器是由对X射线敏感并输出电信号的材料组成。
[0020] 所述接口电路包含控制接口、数据接口及电源接口。
[0021] 本发明一方面采用X射线传感器来吸收经过衰减器衰减过的X射线，并直接给出 衰减值；另一方面采用垂直于射线照射方向放置传感器的方式，使射线同时作用于多个不 同配置的单元，构成多个信号通道、得到更多关于不同能量X射线衰减的信息，从而得到较 高的能量分辨率。
[0022]
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为常用的半值层测量装置示意图。
[0024] 图2为X射线连续能谱仪的工作原理示意图。
[0025]
【具体实施方式】
[0026] 参照图2所示，本发明由以下六个主要部分组成：由X射线衰减器（2)、X射线传感 器（3)、前置放大电路（4)、模拟/数字转换电路（5)、接口电路（6)和软件（7)。图中（1)为 待测X射线束。
[0027] 所述X射线衰减器可以由纯度为99. 9%以上的铜材料制成。厚度沿着垂直于射线 照射方向的平面内连续变化，测量时放置在待测射线源与传感器之间。
[0028] 所述X射线传感器可以是线阵列X射线传感器，每排传感器包含N个单元。其中N 是大于1的自然数。各个单元分别连接到前置放大器上，产生的模拟信号输入到模拟/数字 转换电路并转换成数字信号，再通过接口电路输入到计算机，由专门的算法软件进行解谱。
[0029] 所述线阵列X射线传感器可以是由闪烁体层和光电转换器件耦合而成的传感器， 其中的闪烁体层把X射线信号转换成可见光信号。
[0030] 所述接口电路包含控制接口、数据接口及电源接口。
[0031] 所述接口电路把传感器单元对应通道的数字信号传输到计算机。
[0032] 参照图2所示，以N=32为例，线阵列传感器放置在垂直于X射线照射中心线的同 一个平面上。并且使X射线照射方向垂直于阵列的排列方向。
[0033] 本发明所描述的衰减器、线阵列传感器以及32个单元数等具体(描述)数据仅作为 实施范例，以方便技术人员理解其实施方法及核心原理；具体的衰减器的材料不仅可以是 铜，还可以是铝、银、金等其他材料或材料组合；衰减器的厚度配置不仅可以是一维变化的 厚度、还可以是螺旋形等二维变化的厚度配置等；传感器还可以是二维面阵列等；单元数 量等参数按照系统设计来确定，在实际应用中并不限于32。本说明书的内容不应该理解为 是对本发明在应用范围和具体实施办法等方面的任何限制。所有未脱离本发明方案内容， 根据本发明的核心原理及方法所作的任何修改、变更或等效变化，都属于本发明的范围。
【权利要求】
1. 一种X射线连续能谱仪，其特征为：能谱仪由含有N个单元的X射线传感器、X射线 衰减器、前置放大电路、模拟/数字转换电路、包含控制接口、数据接口及电源接口的接口 电路和软件组成。
2. 如权利要求1描述的X射线传感器，其特征为：所述X射线传感器由N个单元组成， 其中N自然数。
3. 如权利要求2描述的X射线传感器，其特征为：其中的N是2到16384之间的自然 数。
4. 如权利要求1描述的X射线传感器，其特征为所述传感器是由闪烁体层和光电转换 器件耦合而成的传感器，其中的闪烁体层把X射线信号转换成可见光信号。
5. 如权利要求1描述的X射线衰减器，其特征为厚度沿着垂直于射线照射方向的平面 内连续变化。
6. 如权利要求1描述的软件，其特征为包含控制、数据和算法软件。
7. 如权利要求6描述的算法软件，其特征为包含系统模型，偏差计算及修正方法。
【文档编号】G01N23/087GK104142354SQ201310169784
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月10日 优先权日:2013年5月10日
【发明者】高占军 申请人:高占军