康普顿背散射检测装置的制作方法

文档序号:13933146
康普顿背散射检测装置的制作方法

本发明涉及安全检查技术领域,更具体而言,涉及一种康普顿背散射检测装置。



背景技术:

近年来,随着恐怖事件的不断发生,高技术的爆炸装置的使用给安全检查带来困难,现有X射线检测手段是采用康普顿背散射检测装置,这种设备是利用射线和物质相互作用的非相干散射效应,对低原子序数高密度的物质散射信号很强,特别是由氢、氧、碳、氮元素组成的物质,通常炸药、毒品等原子序数都较低,散射信号强,金属物质原子序数高,散射信号弱,从而可以有效的检测出隐藏在金属表面的危险物。

目前用于实施康普顿背散射的结构主要分为基于射源端加旋转准直器结构和基于探测器端加准直器结构两种。

国内丁厚本等人是基于探测端准直器结构研制的背散射装置,有两种应用形式,一种是射源被准直器成线源,当射线照射到物体上后,散射的射线被探测器前端的一排准直器接收,其中每个准直器对应一个传感器的像素,这种方式准直器结构复杂,加工精度要求很高,成本高;另一种是射源被准直器准直成点源,探测器采用能量型点探测器,探测器接收的是一点的背散射谱信号,根据得到的谱信号建立模型,可以较为精确的得到危险物的种类,但这种方式属于离线检测,不能满足在线检测的要求。

基于射源端加准直器的结构又叫飞点扫描结构,最早由AS&E公司于1994年提出,其射源端包括两个准直器,其中一个将射源准直成线状,另一个作高速旋转限制另外一个方向,被准直器限制的点逐点照射到物体上,一部分射线被物体吸收、一部分透射,另一部分是我们需要的散射射线,后向散射的射线被探测器接收,将所有点按时序排列即可得到一幅物体的背散射图像。

但现有的飞点扫描式结构目前只有单能检测,能量信息较少;而离线谱分析设备又无法满足快速扫描分类要求。



技术实现要素:

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明需要提供一种康普顿背散射检测装置。

一种康普顿背散射检测装置,包括射源、准直组件及探测组件,该准直组件设置在该射源的出射光路上,该射源用于发射检测射线至该准直组件,该准直组件用于将该检测射线准直成点光源射线并将该点光源射线照射到被测物的表面,该探测组件用于接收由该被测物的表面散射的散射射线,该探测组件用于将该散射射线接收为高能射线及低能射线,并根据该高能射线形成第一图像,及根据该低能射线形成第二图像。

上述康普顿背散射检测装置,能够在线同时获取两个能量的背散射图像,如此,上述康普顿背散射检测装置增加了一路信号,通过后续的图像处理便可以方便地区分出有机物中的危险物质,而且处理速度更快,可广泛应用于安全检查领域。

在某些实施方式中,该康普顿背散射检测装置包括低能滤光片,该低能滤光片设置在该射源与该准直组件之间的光路上。

在某些实施方式中,该探测组件包括第一单能探测器及第二单能探测器,该第一单能探测器及该第二单能探测器以该射源为中心对称分布,该第一单能探测器用于接收该高能射线并根据该高能射线形成该第一图像,该第二单能探测器用于接收该低能射线并根据该低能射线形成该第二图像。

在某些实施方式中,该第二单能探测器的光入射端设置有金属滤光片。

在某些实施方式中,该探测组件包括第一单能探测器及第二单能探测器,该第一单能探测器及该第二单能探测器相对于该射源置于不同的角度上,该第一单能探测器用于接收该高能射线并根据该高能射线形成该第一图像,该第二单能探测器用于接收该低能射线并根据该低能射线形成该第二图像。

在某些实施方式中,该第一单能探测器及该第二单能探测器之间的夹角大于20度。

在某些实施方式中,该第一单能探测器包括第一闪烁体及第一光电倍增管,该第一闪烁体及该第一光电倍增管沿该高能射线的入射光路依次设置;

该第二单能探测器包括第二闪烁体及第二光电倍增管,该第二闪烁体及该第二光电倍增管沿该低能射线的入射光路依次设置。

在某些实施方式中,该探测组件包括光子计数探测器,该光子计数探测器用于通过设置能量阈值将该散射射线接收为该高能射线及该低能射线,并根据该高能射线形成该第一图像,及根据该低能射线形成该第二图像。

在某些实施方式中,该准直组件包括设置在该检测射线的光路上的固定狭缝准直器及旋转准直器,该固定狭缝准直器开设有单个第一狭缝,该旋转准直器开设有自该旋转准直器的旋转中心呈放射状分布的多个第二狭缝,该固定狭缝准直器在该旋转准直器上的正投影位于相邻的其中两个该第二狭缝之间且与该相邻的其中两个该第二狭缝间隔。

在某些实施方式中,该旋转准直器呈圆盘状,该固定狭缝准直器垂直于该旋转准直器的径向方向设置。

在某些实施方式中,该固定狭缝准直器在该旋转准直器上的正投影与该旋转准直器的中心之间的距离为该距离所能达到的最大距离。

在某些实施方式中,每个该第二狭缝的宽度从该旋转准直器的中心向周缘逐渐增加。

在某些实施方式中,该康普顿背散射检测装置包括物料输送装置,该物料输送装置用于放置及输送该被测物至该点光源射线的光路上。

在某些实施方式中,该康普顿背散射检测装置包括图像处理装置,该图像处理装置用于处理该第一图像及该第二图像以获取合成图像,并分析该合成图像以判断该被测物是否为危险物。

本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解,其中:

图1是本发明实施方式的康普顿背散射检测装置的结构示意图。

图2是本发明实施方式的康普顿背散射检测装置的固定狭缝准直器与旋转准直器组合的俯视图。

图3是本发明实施方式的康普顿背散射检测装置的部分功能模块示意图。

图4是本发明实施方式的康普顿背散射检测装置的另一结构示意图。

图5是本发明实施方式的康普顿背散射检测装置的康普顿背散射原理示意图。

图6是本发明实施方式的康普顿背散射检测装置的又一结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通信;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本发明。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。此外,本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参图1,本发明实施方式的一种康普顿背散射检测装置100,包括射源1、准直组件10及探测组件20。

准直组件10设置在射源1的出射光路上,射源1用于发射检测射线至准直组件10,准直组件10用于将检测射线准直成点光源射线41并将点光源射线41照射到被测物5的表面。

探测组件20用于接收由被测物5的表面散射的散射射线42、43,探测组件20用于将散射射线42、43接收为高能射线及低能射线,并根据高能射线形成第一图像,及根据低能射线形成第二图像。

因此,上述康普顿背散射检测装置100,能够在线同时获取两个能量的背散射图像,如此,上述康普顿背散射检测装置100增加了一路信号,通过后续的图像处理便可以方便地区分出有机物中的危险物质,而且处理速度更快,可广泛应用于安全检查领域。

具体地,本发明实施方式的康普顿背散射检测装置100采用的是飞点扫描结构及双能射线的接收方案,在每个时刻可以获取两个不同能量的单点信号,并利用两个单点信号分别形成第一图像及第二图像。

后续对第一图像及第二图像的处理过程中,第一图像及第二图像合成为一幅双能图像,然后依据灰度值和R值的判断便可区分危险有机物。

在本发明实施方式中,第一图像可理解为高能图像,第二图像可理解为低能图像。

在某些实施方式中,请参图1,康普顿背散射检测装置100包括低能滤光片11,低能滤光片11设置在射源1与准直组件10之间的光路上。

如此,可防止被测物5对低能射线的相干散射而对高能的康普顿散射产生干扰。

具体地,低能滤光片11可采用对检测射线(如X射线)吸收较大的物质制成,尤其是金属物质,如铝、铜等金属。

射源1发出的检测射线先经过低能滤光片11后再进入准直组件10。这样可在检测射线进入准直组件10前,将检测射线的低能信号过滤掉。

在某些实施方式中,请参图1,探测组件20包括第一单能探测器61及第二单能探测器62,第一单能探测器61及第二单能探测器62以射源1为中心对称分布,第一单能探测器61用于接收高能射线并根据高能射线形成第一图像,第二单能探测器62用于接收低能射线并根据低能射线形成第二图像。

如此,实现了探测组件20将散射射线接收为高能射线及低能射线。

具体地,第一单能探测器61与射源1之间的第一夹角,及第二单能探测器62与射源1之间的第二夹角可根据实际需求而具体设定,第一夹角与第二夹角相等。

在某些实施方式中,第二单能探测器62的光入射端设置有金属滤光片。

如此,实现了第一单能探测器61与第二单能探测器62所接收到射线的能谱存在差异。

具体地,金属滤光片的材料可选自铜或铝等材料。在接收散射射线时,第一单能探测器61直接接收散射射线42为高能射线并形成第一图像。例如,高能射线为全部能谱范围的射线信号。

进入第二单能探测器62的散射射线43先经过金属滤光片变为低能射线,然后由第二单能探测器接收低能射线并形成第二图像。

在某些实施方式中,第一单能探测器61包括第一闪烁体及第一光电倍增管,第一闪烁体及第一光电倍增管沿高能射线的入射光路依次设置;

第二单能探测器62包括第二闪烁体及第二光电倍增管,第二闪烁体及第二光电倍增管沿低能射线的入射光路依次设置。

如此,闪烁体可将接收到的射线转化为可见光并被光电倍增管接收,以实现形成第一图像及第二图像。

具体地,第一闪烁体及第二闪烁体均可选择碘化铯或碘化钠等材料制成。第一单能探测器61及第二单能探测器62可采用高灵敏度及大面积的单点探测器。

在某些实施方式中,请参图1及图2,准直组件10包括设置在检测射线的光路上的固定狭缝准直器2及旋转准直器3,固定狭缝准直器2开设有单个第一狭缝21,旋转准直器3开设有自旋转准直器3的旋转中心O呈放射状分布的多个第二狭缝31,固定狭缝准直器2在旋转准直器3上的正投影位于相邻的其中两个第二狭缝31之间且与相邻的其中两个第二狭缝31间隔。

如此,利用较简单的结构便能实现点光源射线41的形成。

具体地,在本发明实施方式中,固定狭缝准直器2及旋转准直器3沿射源1的出射光路依次设置,也就是说,射源1发出的检测射线先经过固定狭缝准直器2,再进入旋转准直器3。在其它实施方式中,旋转准直器及固定狭缝准直器沿射源的出射光路依次设置,也就是说,射源发出的检测射线先经过旋转准直器,再进入固定狭缝准直器。

在图1的示例中,由射源1发出的检测射线的强度分布为锥形,检测射线经过低能滤光片11滤除低能射线后,首先会被固定狭缝准直器2准直成线型分布,然后通过旋转准直器3被准直成一点光源射线。

在一个例子中,固定狭缝准直器2为中间开设有第一狭缝21的可透光的长方体,长方体内层为铅层,外层为不锈钢层。

在本发明实施方式中,多个第二狭缝31为均匀开设在旋转准直器3上,也就是说,任意的相邻两个第二狭缝31的轴线夹角相等,在图2的示例中,第二狭缝31的数量为6个,6个第二狭缝31均匀开设在旋转准直器3上,任意的相邻两个第二狭缝31的轴线夹角为60度。

在一个例子中,旋转准直器3可为金属板,金属板的厚度大于或等于5mm,确保检测射线不能穿透。金属板的材料可选自原子序数在铁以上的金属材料。

固定狭缝准直器2在旋转准直器3上的正投影与相邻的其中两个第二狭缝31间隔,保证了固定狭缝准直器2与旋转准直器3的相邻两个第二狭缝31之间不相交。

在某些实施方式中,旋转准直器3呈圆盘状,固定狭缝准直器2垂直于旋转准直器3的径向方向设置。

如此,能够使得在相邻两个第二狭缝31之间的固定狭缝准直器2达到较大的长度,从而使第一狭缝21具有较大的长度,有利于点光源射线41的形成。旋转准直器3的半径可根据被测物5的大小而定。

在某些实施方式中,固定狭缝准直器2在旋转准直器3上的正投影与旋转准直器3的中心O之间的距离为距离所能达到的最大距离。

如此,能够使固定狭缝准直器2尽可能地设置在靠近旋转准直器3的边缘位置,有利于增长固定狭缝准直器2及第一狭缝21的长度。

具体地,请参图2,固定狭缝准直器2尽量靠近旋转准直器3的边缘位置设置,并远离旋转准直器3的旋转中心O,且固定狭缝准直器2的正投影位于旋转准直器3上,没有超过旋转准直器3。

在某些实施方式中,每个第二狭缝31的宽度从旋转准直器3的中心O向周缘逐渐增加。

如此,实现了旋转准直器3的结构功能。

具体地,在一个例子中,第二狭缝31的两侧边的夹角小于或等于3度。

在某些实施方式中,康普顿背散射检测装置100包括物料输送装置7,物料输送装置7用于放置及输送被测物5至点光源射线41的光路上。

如此,实现了康普顿背散射检测装置100的在线安全检查功能。

在某些实施方式中,请参图3,康普顿背散射检测装置100包括图像处理装置8,图像处理装置8用于处理第一图像及第二图像以获取合成图像,并分析合成图像以判断被测物5是否为危险物。

如此,利用图像处理技术实现了对被测物5的安全检查。

具体地,在图3的示例中,图像处理装置8连接第一单能探测器61及第二单能探测器62以接收第一图像及第二图像。图像处理装置8可采用本领域的相关图像处理技术来实现被测物5的安全检查,在此不再详细展开。

在图1及图3所示的康普顿背散射检测装置100工作时,被测物5放置在物料输送装置7的传输带上并被输送到点光源射线41的光路上。射源1发射检测射线,固定狭缝准直器2固定,旋转准直器3旋转。在一个例子中,旋转准直器3的旋转速度大于或等于500转/分,更优的,旋转速度大于或等于1000转/分。

经过旋转准直器3准直后的点光源射线41照射到被测物5的表面一点上,被测物5的被照射点将发出散射射线42、43,分别被第一单能探测器61及第二单能探测器62接收。

旋转准直器3旋转使得照射到被测物5上的点不断移动,对于每个照射点,第一单能探测器61和第二单能探测器62同时探测到一个射线信号,图像处理装置8按照一定的时序将这些信号点排列,即可得到一幅双色伪彩合成图像。

然后图像处理装置8分两步判断被测物5的有机物是否为危险品,第一步单能散射灰度信号阈值判断,当灰度信号值大于或等于T1时,图像处理装置8判断为有机物,第二步,将两个能量的背散射射线信号作R值计算(双能透射成像的一种常规算法),得到被测物5的低能与高能吸收系数比例,危险有机物的R值较低,因此,当R值小于或等于T2时,图像处理装置8判断为危险有机物。

阈值T1及T2可根据实际需求而具体设定。

在某些实施方式中,请参图4的康普顿背散射检测装置200,探测组件20包括第一单能探测器64及第二单能探测器65,第一单能探测器64及第二单能探测器65相对于射源1置于不同的角度上,第一单能探测器64用于接收高能射线并根据高能射线形成第一图像,第二单能探测器65用于接收低能射线并根据低能射线形成第二图像。

如此,实现了探测组件20将散射射线45、46接收为高能射线及低能射线。

具体地,由于康普顿背散射检测装置200所探测的散射信号为康普顿散射信号,而康普顿散射能量遵从公式:其中θ为散射光的角度,E0为入射射线的能量,Eθ为散射射线的能量,其散射原理图如图5所示。

因此,散射射线45、46的能量与散射光的角度有直接的关联。本发明实施方式正是基于这一原理,即将第一单能探测器64及第二单能探测器65置于射源1同侧或两侧,第一单能探测器64及第二单能探测器65相对于射源1置于不同的角度上,第一单能探测器64与射源1的检测散线的夹角小于第二单能探测器65与射源1的检测散线的夹角,使得第一单能探测器64接收到的散射射线45为高能射线,第二单能探测器65接收到的散射射线46为低能射线。较佳地,第一单能探测器64与射源1的检测散线的夹角尽可能地小。

在一个例子中,第一单能探测器64及第二单能探测器65之间的夹角a大于20度,从而使得第一单能探测器64和第二单能探测器65收集到不同能量的散射射线。

需要指出的是,在图4所示的康普顿背散射检测装置200中,射源1、准直组件10及一些增加的元件及装置的实施方式可参图1所示的康普顿背散射检测装置100对应的实施方式,在此不再详细展开。图4所示的康普顿背散射检测装置200的检查原理也可参图1所示的实施方式的康普顿背散射检测装置100对应的说明部分,在此不再详细展开。

在某些实施方式中,请参图6的康普顿背散射检测装置300,探测组件20包括光子计数探测器63,光子计数探测器63用于通过设置能量阈值将散射射线44接收为高能射线及低能射线,并根据高能射线形成第一图像,及根据低能射线形成第二图像。

如此,实现了探测组件20将散射射线44接收为高能射线及低能射线。

具体地,本发明实施方式的康普顿背散射检测装置300的信号接收方式为采用单个计数型探测器代替前述实施方式的两个单能探测器。

光子计数探测器63为一种新型的探测器,其基本原理是不同能量的射线入射到光子计数探测器63上时,产生的光子数不同,通过数光子数的多少即可知道射线的能量,因此可以通过对光子计数探测器63设置能量阈值,将入射的射线能量分为高能射线部分和低能射线部分以分别进行输出并形成第一图像及第二图像。光子计数探测器63能够探测到单点散射信号,通过扫描的方式可以得到物体完整的双能图像。

需要指出的是,在图6所示的康普顿背散射检测装置300中,射源1、准直组件10及一些增加的元件及装置的实施方式可参图1所示的康普顿背散射检测装置100对应的实施方式,在此不再详细展开。图6所示的康普顿背散射检测装置300的检查原理也可参图1所示的实施方式的康普顿背散射检测装置100对应的说明部分,在此不再详细展开。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式,可以理解的是,上述实施方式是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

再多了解一些
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