一种X射线探测器及检测系统的制作方法

一种x射线探测器及检测系统
技术领域
[0001]
本申请涉及x射线影像领域。更具体地，涉及一种x射线探测器及检测系统。


背景技术：

[0002]
常见的应用于工业x射线检查系统的探测器结构如图1所示。探测器结构为单排探测器，随着技术的不断发展，工业检测要求在检测装置在如下方面不断提高：1、生产效率的提升和检测速度加快，2、生命周期提升3、图像识别精度4、不同物质的分类精准度提高
[0003]
针对以上四种诉求，如何设计一种性能更好，更为紧凑，简易可行，成本比较低的探测器成为本领域技术人员想要解决的问题。


技术实现要素：

[0004]
为了解决上述问题中的至少一个，本申请提出了一种x射线探测器及检测系统。
[0005]
第一方面，本申请提供一种x射线探测器，该探测器包括：
[0006]
电路板、设置于电路板上的闪烁体、光电二极管阵列芯片和电荷电流转换芯片，其中，
[0007]
所述闪烁体用于吸收x射线并将所述x射线转换为可见光，其中，所述闪烁体包括第一闪烁体和第二闪烁体，所述第一闪烁体用于吸收第一能量射线，所述第二闪烁体用于吸收第二能量射线，其中，所述第二能量射线的能量比所述第一能量射线的能量高；
[0008]
所述光电二极管阵列芯片用于将所述可见光转换为电流信号；
[0009]
所述电荷电流转换芯片用于将所述电流信号转换为电压信号或数字信号，其中，所述电压信号或数字信号用于表征所述x射线穿过被检目标后的射线强度。
[0010]
在一个具体实施例中，所述光电二极管阵列芯片包括阵列排布的m
×
n个像素有源区，其中，m代表所述像素有源区的排数，位于所述探测器的第一方向，m为大于等于2的自然数；n代表探测器的级联方向的在单个阵列芯片上的像素个数，位于所述探测器的第二方向，n为大于等于1的自然数。
[0011]
在一个具体实施例中，该探测器还包括连接器，用于在数据采集处理装置的控制下，将所述电压信号或数字信号发送至所述数据采集处理装置，其中，所述数据采集处理装置用于对所述电压信号或数字信号进行处理，以得到能识别的图像。
[0012]
在一个具体实施例中，该探测器还包括设置在所述第二闪烁体上的第一滤波片，用于滤除小于所述第二能量射线的能量的射线。
[0013]
在一个具体实施例中，所述闪烁体还包括第三闪烁体，用于吸收第三能量射线，其中，所述第三能量射线的能量大于第一能量射线的能量，小于第二能量射线的能量。
[0014]
在一个具体实施例中，该探测器还包括设置在所述第三闪烁体上的第二滤波片，用于滤除小于所述第三能量射线的能量的射线。
[0015]
在一个具体实施例中，该探测器还包括用于固定所述第一滤波片和第二滤波片的卡槽。
[0016]
第二方面，本申请提供一种x射线检测系统，该系统包括：
[0017]
如第一方面中所述的探测器；
[0018]
探测器支架，用于固定所述探测器；
[0019]
设置于所述探测器支架上的电路板安装支撑物，用于安装支撑所述电路板；
[0020]
射线源，用于发射x射线；
[0021]
准直器，用于吸收所述x射线穿过被检目标后形成的散射线。
[0022]
在一个具体实施例中，该检测系统还包括传送装置，用于放置所述被检目标并实现被检目标的传送。
[0023]
在一个具体实施例中，该检测系统还包括与所述探测器连接的数据采集处理装置，用于接收来自所述探测器的电压信号或数字信号并将所述电压信号或数字信号处理成能识别的图像。
[0024]
本申请的有益效果如下：
[0025]
本申请所述技术方案提出了一种新型的x射线探测器以及检测系统，通过增加探测器中光电二极管阵列芯片的排数，提高了检测速度，通过排与排之间像素数据的累加，在达到同等图像性能的前提下，可以有效降低射线源剂量，延长了检测系统中射线源的生命周期；进一步，在相同射线源剂量的条件下，通过多次图像叠加，可以实现图像质量的提高。此外，通过增加不同能量的射线的识别闪烁体及对应组件，使得探测器对物质分类更加精准。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]
图1示出现有技术的x射线探测器。
[0028]
图2示出根据本申请的一个实施例的x射线检测系统的结构示意图。
[0029]
图3示出根据本申请的一个实施例的x射线探测器的结构示意图。
[0030]
图4示出根据现有技术的光电二极管的结构示意图。
[0031]
图5示出根据本申请的一个实施例的光电二极管阵列芯片的结构示意图。
[0032]
图6示出根据本申请的又一个实施例的x射线探测器的结构示意图。
[0033]
图7示出根据本申请的一个实施例的x射线探测器的结构示意图。
[0034]
附图标记
[0035]
101-探测器支架；102-探测器；103-传送装置；104-射线源；105-被检目标；106-电路板安装支撑物；107-准直器；
[0036]
201-连接器；202-电荷电流转换芯片；203-多排光电二极管阵列芯片；204-第一闪烁体；205-第二闪烁体；206-第一滤波片；207-电路板；208-第三闪烁体；209-第二滤波片；210-闪烁体；211-单排光电二极管芯片
[0037]
301-多排光电二极管阵列芯片有源区；302-卡槽。
具体实施方式
[0038]
为使本申请的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
[0039]
如图2所示，本申请的一个实施例提出了一种x射线检测系统，该检测系统包括：
[0040]
探测器支架101、探测器102、传送装置103、射线源104、电路板安装支撑物106和准直器107，其中，
[0041]
探测器支架101，用于固定所述探测器102；传送装置103可移动，用于放置被检目标105并实现被检目标105的传送，例如传送带；电路板安装支撑物106设置于探测器支架101上，用于安装支撑电路板；射线源104，用于发射用于检测被检目标105的x射线；准直器107，用于吸收所述x射线穿过被检目标105后形成的散射线，常见的准直器材料为如钨和钼这样的高原子序数材料。
[0042]
在一个具体示例中，该x射线检测系统还包括数据采集处理装置(图2中未示出)。图1示出现有技术的x射线探测器，其上的211为单排光电二极管芯片。图3为本申请的一个实施例的x射线探测器102的示例性的结构示意图，如图3所示，探测器102包括：电路板207、设置于电路板上的闪烁体、多排光电二极管阵列芯片203和电荷电流转换芯片202。其中，电路板207可以为fr4、陶瓷基或者其它形式的基板材料。
[0043]
射线源104释放的x射线穿透被检目标105后，被探测器102接收，探测器102附近的准直器107将大多数散射线吸收，携带被检目标信息的x射线被探测器102上的闪烁体吸收，闪烁体将x射线转换成可见光信号，光电二极管阵列芯片203将该可见光转换为电流信号，进而通过电路板207上的电荷电流转换芯片202将电流信号转换为与电压信号或数字信号，其中，所述电压信号或数字信号用于表征所述x射线穿过被检目标后的射线强度；
[0044]
在一个具体示例中，该x射线探测器还包括连接器201，用于在数据采集处理装置的控制下，将所述电压信号或数字信号发送至数据采集处理装置，数据采集处理装置通过图像处理算法对所述电压信号或数字信号进行处理重构成人眼可识别的图像。例如，通过该x射线探测器重构的成人眼可识别的图像检测出食品药品中的异物、烟草中的爆珠及异物、矿石中的不同元素以及金属件中的裂纹等。
[0045]
在一个具体示例中，闪烁体包括第一闪烁体204(低能闪烁体)和第二闪烁体205(高能闪烁体)，其中，第一闪烁体用于吸收第一能量射线(低能量射线)，第二闪烁体用于吸收第二能量射线(高能量射线)，并且第二能量射线的能量比所述第一能量射线的能量高。
[0046]
如图4所示，现有技术中的多排线阵形式的光电二极管的像素属于稀疏式排列，影响图像质量，降低了探测器对目标的识别程度，需要通过算法去弥补一些图像上的缺失，增加了成本以及探测器的生产难度。
[0047]
在本申请中，如图3所示，第一闪烁体204、第二闪烁体205以及多排光电二极管阵列芯片203依次排布于被检目标的行进方向(图3中示出)，多排光电二极管阵列芯片203的示意图如图5所示，光电二极管阵列芯片203为多排面阵的形式，即光电二极管阵列芯片203包括阵列排布的m
×
n个像素有源区，m代表所述像素有源区的排数，位于所述探测器的第一方向(即图5中的y轴)，多排一般指光电二极管在被检目标行进方向含有2排或2排以上的独立像素，即m为大于等于2的自然数；n代表探测器的级联方向的在单个阵列芯片上的像素个数，位于所述探测器的第二方向(即图5中的x轴)，n为大于等于1的自然数，例如，在图3中示
意的多排光电二极管阵列301为m＝4排像素，图5中示意的多排光电二极管阵列芯片为m＝8排像素，n＝16。
[0048]
当然，在单一电路板上，在探测器的级联方向，还可以布置r个m
×
n的光电二极管阵列芯片作为以上如图5所示结构的一种扩展，其中，r为大于等于2的自然数，其意义在于使用面积较大的pcb板时，可以用小面积的光电二极管阵列芯片来拼合，以实现成本控制。
[0049]
本领域技术人员可以理解，上述探测器102还包括一些其他的公知结构，例如信号处理电路等，为了不必要地模糊本公开的实施例，这些公知的结构在图3中未示出。另外，如图3所示的探测器，由于设置了第一、第二闪烁体，相应的探测器具备两个m
×
n的多排面阵形式的光电二极管阵列芯片。进一步，同理，如图6所示的探测器，由于设置了第一、第二和第三闪烁体，相应的探测器具备三个m
×
n的多排面阵形式的光电二极管阵列芯片，具体设置依据实际情况而定，本申请对光电二极管阵列芯片的数量不做限定。
[0050]
工业检测常用的光电二极管阵列芯片因为感光区域像素间距尺寸偏小，一般小于1毫米，多使用前照射光电二极管的半导体工艺来制作。使用单芯片多排面阵形式的光电二极管的好处是像素在运动方向和探测器级联方向组装精度非常精准，它不需要通过单排光电二极管线阵列多次对准组装，直接在单片芯片上使用半导体工艺做出多排光电二极管阵列203，不同排像素对准非常精准，有助于提高图像质量，并且通过应用于不同能量区域的单片多排光电二极管阵列芯片203一次性与pcb的组装即可完成，进一步组装相应的闪烁体。光电二极管阵列芯片、闪烁体与pcb的组装通常通过胶粘剂在组装设备或者工装卡具的帮助下进行粘合。
[0051]
此外，通过探测器中的光电二极管阵列芯片在排方向(即第一方向，图5中的y轴)像素数的增加和布置，使得探测器的感光面积增加，当射线源104中的能量和剂量不变时，增加被检物的移动速度造成的单排像素获取图像信息的缺失可以通过多排像素获得的图像信息的叠加而得以弥补或增加，使得被检物移动速度增加成为可能，客观上使得终端产品的检测效率得以提升；在被检物移动速度不变的情况下，可以降低射线源球管的剂量，通过不同排的探测器接收的弱化之后的信号进行叠加和加强，在射线源剂量降低的情况下，图像质量可以保持不变，同时因为射线源剂量降低，延长了射线源球管的寿命，提升了经济效益；在射线源球管的剂量不降低以及被检物移动速度不变的情况下，通过不同排的探测器接收的信号进行叠加和加强，提高了图像质量，增强了探测器对被检目标的识别程度，提升了系统的图像质量及性能。
[0052]
如图3所示，在第二闪烁体205上设置了第一滤波片206，第一滤波片206用于滤除x射线中低能量部分的射线，也就是说，用于滤除小于所述第二能量射线的能量的射线。在一个具体示例中，通过将第一闪烁体和第二闪烁体按照如图3所示的位置关系布置，被检目标经过同一个射线源，第一能量射线(低能量射线)被第一闪烁体捕捉，第二能量射线(高能量射线)被第二闪烁体捕捉，通过两个不同能级的射线产生两个图像，进一步采用双能量透射技术确定与有效原子序数有关的物理量，进而对不同被检目标进行分辨，通过这种方式可以将被检目标中的无机物、有机物以及混合物分辨出来。
[0053]
为了提高对被检目标的识别精度，如图6所示，在本申请的一个优选示例中，在第一闪烁体204和第二闪烁体205之间增加了第三闪烁体208及对应的光电二极管阵列203，第三闪烁体208用于吸收第三能量射线(中能量射线)，所述第三能量射线的能量大于第一能
量射线的能量，小于第二能量射线的能量，即第三能量射线的能量介于低能量和高能量之间。图3中的探测器为双能量多排探测器结构，图6中的探测器为三能量多排探测器结构。相应的，在第三闪烁体208上设置第二滤波片209，用于滤除小于所述第三能量射线的能量的射线，只留下中能量和高能量的x射线。设置三个闪烁体，通过适当的图像算法，得到三个图像，三个图像叠加最终形成供用户可识别的图像，使得物质识别更加精准。为了使得物质识别更加精准，本申请对闪烁体的数量不做限定。
[0054]
需要说明的是，为了与多排光电光电二极管阵列芯片适配，本申请中所述的第一、第二和第三闪烁体相应的被设置为面阵形式的闪烁体，该面阵形式的闪烁体包含划分晶格和不划分晶格的形式。如图6所示，为了进一步提高探测器的集成度，第一、第二和第三闪烁体以及各自相应的光电二极管阵列芯片均被集成在一个板卡上(即电路板207)，有效减小了探测器的结构。
[0055]
为了提高探测器102的集成度，如图7所示，在电路板207上设置了用于放置第一滤波片206和第二滤波片209的卡槽302，用于控制滤波片对于第二或第三闪烁体的对准；本领域技术人员应当理解，可以通过使用结构胶水实现卡槽302对滤波片的固定。
[0056]
本申请所述技术方案提出了一种新型的x射线探测器以及检测系统，通过增加探测器中光电二极管阵列芯片的排数，提高了检测速度，通过排与排之间像素数据的累加，在达到同等图像性能的前提下，可以有效降低射线源剂量，延长了检测系统中射线源的生命周期，在相同射线源剂量的条件下通过多次图像叠加，可以实现图像质量的提高。此外，通过增加不同能量的射线的识别闪烁体及对应组件，使得探测器对物质分类更加精准。
[0057]
需要说明的是，在本申请的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0058]
显然，本申请的上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本申请的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之列。