一种用于双能X射线检测的复合探测器的制作方法

本实用新型涉及一种能够将x射线转换成电信号的装置及其在物体检测等领域的应用。

背景技术：

随着科技的发展和进步，安检机也已经从早期的对待测物体的外形识别发展到对其组成物质的识别。其原理是利用不同材料对两种能量谱的x射线的吸收程度不同，从而达到物质鉴别的目的。实现上述目的的方法主要有两种：一种是通过在x射线球管上间隔很短时间施加两种不同的电压，产生具有两种能量谱的x射线，使用单一探测器检测物体对x射线的吸收。该方法的优点在于x射线的能量谱独立，成像质量高；缺点在于x射线球管短时间内连续两次曝光，需要高质量的x射线球管，成本高。另一种方案是x射线球管上施加一个高电压，产生具有一个能量谱的x射线，使用一种两探测器中间连接过滤片的复合探测器实现对待测物体的双能检测。其工作原理如下：x射线穿过待测物体后，先经过低能探测器，形成一个完整能量谱的x射线吸收信号，穿透低能探测器后的x射线通过滤波片尽可能过滤掉低能谱区域的x射线，同时尽可能多的保留高能谱区的x射线，使其被高能探测器检测到。由于该方法的成本相对较低，因此已经被广泛地用于物质识别的安检领域。目前复合探测器中的转换层通常使用闪烁材料将x射线转换成可见光，再经由光电二极管线阵将可见光转换成电信号。现有技术中，复合探测器中低能探测器的转换层使用铽掺杂硫氧化钆闪烁材料制成的薄膜，复合探测器中高能探测器的转换层使用切割成长方体的铊掺杂碘化铯(csi:tl)单晶。现有技术缺点如下：首先，csi:tl单晶的生长需要复杂的设备和工艺，导致成本一直居高不下。其次，csi:tl晶体具有一定脆性，在切割过程中，存在一定的破损率；特别的，对于高分辨探测器，需要更小尺寸的csi:tl单晶，如果进一步减小晶条尺寸，切割的成品率将大幅降低。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种用于双能x射线检测的复合探测器，该复合探测器用于实现x射线对物质的双能检测。

本实用新型提供的一种用于双能x射线检测的复合探测器，包括顺次连接的低能探测器、第一胶粘剂层、滤波片、第二胶粘剂层和高能探测器，所述的低能探测器采用已知的铽掺杂硫氧化钆薄膜光电二极管阵列的光电转换器件，或者，采用本实用新型提供的如下的光电转换器件，该光电转换器件中针状或者柱状csi:tl单晶构成的多晶薄膜（以下简称多晶薄膜）的厚度不小于10微米，不大于500微米；所述的高能探测器使用本实用新型提供的如下的光电转换器件，该光电转换器件的多晶薄膜的厚度不小于100微米，不大于5毫米；

所述的本实用新型提供的光电转换器件包括线阵基板和附着在线阵基板上的光电二极管线阵，多晶薄膜，背板，胶粘剂层；多晶薄膜的第一表面和背板连接，多晶薄膜第二表面与光电二极管线阵连接，线阵基板、光电二极管、多晶薄膜和背板的周围通过胶粘剂形成的胶粘剂层粘接；所述的多晶薄膜的厚度不小于10微米，不大于5毫米。

进一步地，所述背板与多晶薄膜连接的表面的光反射率大于90%，或者背板(4)的表面材料的光折射指数大于多晶薄膜的光折射指数。好处在于可以将csi:tl多晶薄膜内产生的可见光反射回薄膜内部，提高光利用率。

再进一步地，在光电二极管线阵、的多晶薄膜之间有透明胶粘剂层；所述的胶粘剂层和透明胶粘剂层为同一种材料或不同材料。透明胶粘剂层有效提高多晶薄膜的光耦合输出效率，提高成像质量。

更进一步地，优选所述的滤波片的厚度不小于0.1毫米，不大于5毫米。

本实用新型提供的一种用于双能x射线检测的复合探测器，广泛用于基于x射线或伽马射线检测的安检机，用于识别物体轮廓和组成物质。

有益效果：本实用新型提供的一种用于双能x射线检测的复合探测器，优点如下：采用真空蒸镀技术制备csi:tl多晶薄膜，具有生产周期短，工艺和设备简单等优点。可以一次性批量制备背板-csi:tl多晶薄膜组件，极大的提高了生产效率。背板尺寸可以根据实际需要预先加工，然后在其表面制备csi:tl多晶薄膜。无需高能多晶薄膜的切割工艺，避免对csi:tl多晶薄膜的破坏，提高成品率。避免直接在光电二极管线阵上制备csi:tl多晶薄膜对线阵的破坏。该用于双能x射线检测的复合探测器广泛用于基于x射线或伽马射线检测的安检机，用于识别物体轮廓和组成物质。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种光电转换器件结构示意图。

图2是本实用新型提供的有透明胶粘剂层的光电转换器件的结构示意图。

图3是本实用新型的提供的一种用于双能x射线检测的复合探测器结构示意图。

图4是柱状csi:tl单晶构成的多晶薄膜的断面扫描电镜图。

图5是针状csi:tl单晶构成的多晶薄膜的断面扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1

如图1、4和5所示，一种光电转换器件，包括线阵基板(1)和附着在线阵基板(1)上的光电二极管线阵(2)，多晶薄膜(3)，背板(4)，胶粘剂层(5)；所述的多晶薄膜(3)的第一表面和背板(4)连接，多晶薄膜(3)第二表面与光电二极管线阵(2)连接，附着有光电二极管线阵(2)的线阵基板(1)、多晶薄膜(3)和背板(4)的周围均通过胶粘剂形成的胶粘剂层(5)粘接，所述的多晶薄膜(3)的厚度10微米。

本实施例的一种光电转换器件的制备方法如下：

1、背板(4)采用玻璃板，使用玻璃划片机，将玻璃板切割成4×0.5cm大小；

2、在玻璃板上真空蒸镀多晶薄膜(3)，其中：真空度8×10^-4pa，衬底温度180^oc，csi沉积速率1微米/分钟，tli沉积速率0.05微米/分钟，多晶薄膜(3)的厚度10微米；

3、将附着有光电二极管线阵(2)的线阵基板(1)，蒸镀有多晶薄膜(3)的玻璃板依次放入封装模具中，其中，多晶薄膜(3)与光电二极管线阵(2)连接，通过点胶机将环氧树脂胶粘剂均匀涂抹在线阵基板(1)和光电二极管线阵(2)、多晶薄膜(3)和背板(4)的周围，通过胶粘剂形成的胶粘剂层(5)粘接。

4、室温固化6小时，将组件从模具中取出，去除多余的环氧树脂，得到本实施例的光电转换器件。

实施例2一种光电转换器件，背板(4)与多晶薄膜(3)连接的表面的光反射率大于90%的表面镀金属铝的玻璃板，或者所述背板(4)的表面材料的光折射指数大于多晶薄膜(3)的光折射指数，所述多晶薄膜(3)的厚度5毫米，其余的同实施例1。好处在于可以将多晶薄膜内产生的可见光反射回薄膜内部，提高光利用率。

本实施例的一种光电转换器件的制备方法如下：

1、背板(4)采用表面镀金属铝的玻璃板，使用玻璃划片机，将玻璃板切割成4×0.5cm大小；背板(4)与多晶薄膜(3)连接的表面的光反射率大于90%；

2、在背板(4)的玻璃板表面镀金属铝层的上面真空蒸镀多晶薄膜(3)，其中：真空度8×10^-4pa，衬底温度180^oc，csi沉积速率1微米/分钟，tli沉积速率0.05微米/分钟，多晶薄膜(3)的厚度5毫米，多晶薄膜(3)与金属铝镀层连接；

3、将线阵基板(1)及附着有光电二极管线阵(2)、蒸镀有多晶薄膜(3)的镀铝玻璃板(4)依次放入封装模具中，其中，多晶薄膜(3)与光电二极管线阵(2)连接，通过点胶机将环氧树脂胶粘剂均匀涂抹在线阵基板(1)和光电二极管线阵(2)、多晶薄膜(3)和镀铝玻璃板(4)的周围，通过胶粘剂形成的胶粘剂层(5)粘接。

4、室温固化6小时，将组件从模具中取出，去除多余的环氧树脂，得到本实施例的光电转换器件。

实施例3

如图2所示，一种光电转换器件，在光电二极管线阵(2)和多晶薄膜(3)之间有透明胶粘剂层(6)；所述的胶粘剂层(5)和透明胶粘剂层(6)为同一种材料或不同材料，多晶薄膜(3)的厚度为100微米，其余的同实施例1。

相比于实施例1，本实施例中引入一层透明胶粘剂层(6)，有效提高多晶薄膜(3)的光耦合输出效率，提高成像质量。

本实施例的一种光电转换器件的制备方法如下：

1、背板(4)采用玻璃板，切割成5×0.5cm大小；

2、真空蒸镀多晶薄膜(3)，其中：真空度8×10^-4pa，衬底温度180^oc，csi沉积速率5微米/分钟，tli沉积速率0.1微米/分钟，多晶薄膜(3)的厚度为100微米；

3、将附着有光电二极管线阵(2)的线阵基板(1)放入封装模具中，并在光电二极管阵列(2)表面均匀涂抹一层透明环氧树脂作为透明胶粘剂层(6)，将蒸镀有多晶薄膜(3)的玻璃板(4)放置在光电二极管线阵(2)上，其中，多晶薄膜(3)的一面与透明胶粘剂层(6)连接；附着有光电二极管线阵(2)线阵基板(1)、多晶薄膜(3)、玻璃板(4)和透明胶粘剂层(6)的的周围均通过环氧树脂胶粘剂形成的胶粘剂层(5)粘接。所述的胶粘剂层(5)和透明胶粘剂层(6)为同一种材料或不同材料。

4、室温固化6小时后，将组件从模具中取出，去除周围多余的环氧树脂，得到本实施例的光电转换器件。

实施例4

一种光电转换器件，所述背板(4)选用表面涂布二氧化钛纳米颗粒的玻璃板，二氧化钛纳米颗粒涂层的光折射指数大于多晶薄膜（3）的光折射指数，多晶薄膜(3)的厚度为500微米，其余的同实施例3。

本实施例中背板(4)选用表面涂布二氧化钛纳米颗粒的玻璃板，二氧化钛纳米颗粒涂层的光折射指数大于多晶薄膜（3）的光折射指数，好处在于可以将多晶薄膜（3）内产生的可见光反射回薄膜内部，提高光利用率。

一种光电转换器件的制备方法如下：

1、选用表面涂布二氧化钛纳米颗粒的玻璃板作为背板(4)并切割成5×0.5cm大小，其中二氧化钛纳米颗粒涂层的光折射指数大于csi:tl多晶薄膜的光折射指数；

2、在二氧化钛纳米颗粒涂层一侧真空蒸镀多晶薄膜(3)，其中：真空度8×10^-4pa，衬底温度180^oc，csi沉积速率5微米/分钟，tli沉积速率0.1微米/分钟，多晶薄膜(3)的厚度为500微米；

3、将附着有光电二极管线阵(2)的线阵基板(1)放入封装模具中，并在光电二极管阵列(2)表面均匀涂抹一层透明环氧树脂作为透明胶粘剂层(6)，将蒸镀有多晶薄膜(3)的背板(4)放置在光电二极管线阵(2)上，其中，多晶薄膜(3)的一面与透明胶粘剂层(6)连接；附着有光电二极管线阵(2)线阵基板(1)、多晶薄膜(3)、背板(4)和透明胶粘剂层(6)的的周围均通过环氧树脂胶粘剂形成的胶粘剂层(5)粘接。所述的胶粘剂层(5)和透明胶粘剂层(6)为同一种材料或不同材料。

4、室温固化6小时后，将组件从模具中取出，去除周围多余的环氧树脂，得到本实施例的光电转换器件。

实施例5

如图3所示，一种用于双能x射线检测的复合探测器，其包括顺次连接的低能探测器(8)、第一胶粘剂层(10)、滤波片(7)、第二胶粘剂层(11)和高能探测器(9)，所述高能探测器(9)使用本实用新型提供的光电转换器件，该光电转换器件的多晶薄膜(3)的厚度为1000微米，所述低能探测器(8)采用已知的铽掺杂硫氧化钆薄膜光电二极管阵列的光电转换器件。

一种用于双能x射线检测的复合探测器的制备方法如下：

a.低能探测器(8)的制备：

a1、将铽掺杂硫氧化钆粉末和环氧树脂按质量比为100:1均匀混合，得到铽掺杂硫氧化钆浆料;

a2、将光电二极管线阵放入模具中，并在模具中加入步骤1得到的铽掺杂硫氧化钆浆料，室温固化2小时高能去掉模具，得到铽掺杂硫氧化钆薄膜光电二极管阵列直接接触的组件；

a3、将步骤2得到的组件放入封装模具中，加入环氧树脂胶粘剂(5)，室温固化6小时，将组件从模具中取出，去除多余的环氧树脂，得到低能探测器(8)。

b.高能探测器(9)制备:

所述的多晶薄膜(3)的厚度为1000微米，其余的同本实用新型实施例1的方法。

c.一种用于双能x射线检测的复合探测器的制备：

c1、使用0.3毫米铜片作为滤波片(7)，在滤波片(7)两个表面均匀涂抹环氧树脂胶粘剂形成的第一胶粘剂层（10）和第二胶粘剂层（11）；

c2、依次将低能探测器(8)，两个表面均匀涂抹环氧树脂胶粘剂形成的第一胶粘剂层（10）和第二胶粘剂层（11）的滤波片(7)和高能探测器(9)放入模具中，室温固化6小时候，将组件从模具中取出，去除周围多余的环氧树脂，得到一种用于双能x射线检测的复合探测器。

实施例6

一种用于双能x射线检测的复合探测器，所述的高能探测器(9)的多晶薄膜(3)的厚度为5毫米，滤波片厚度为5毫米，其余的同实施例5。

实施例7

一种用于双能x射线检测的复合探测器，所述的高能探测器(9)的多晶薄膜(3)的厚度为100微米，滤波片厚度为0.1毫米，其余的同实施例5。

实施例8

一种用于双能x射线检测的复合探测器，所述的高能探测器(9)的多晶薄膜(3)的厚度为500微米，滤波片厚度为0.5毫米，其余的同实施例5。

实施例9

如图3所示，一种用于双能x射线检测的复合探测器，其包括顺次连接的低能探测器(8)、第一胶粘剂层(10)、滤波片(7)、第二胶粘剂层(11)和高能探测器(9)，所述低能探测器(8)和高能探测器(9)均使用本实用新型提供的一种光电转换器件；所述的低能探测器(8)中的多晶薄膜(3)的厚度为10微米，所述的高能探测器(9)中的多晶薄膜(3)的厚度为5毫米；滤波片为5毫米的铜片；

本实施例的一种用于双能x射线检测的复合探测器的制备方法如下：

1、按照实施例4中提供的方法制备低能探测器(8)，其中，低能探测器(8)中的多晶薄膜(3)的厚度为10微米；

2、按照实施例3中提供的方法制备高能探测器(9)，其中，高能探测器(9)中针状或者柱状csi:tl单晶构成的多晶薄膜(3)的厚度为5毫米；

3、使用5毫米铜片作为滤波片(7)，在滤波片(7)两个表面均匀涂抹环氧树脂胶粘剂形成的第一胶粘剂层(10)和第二胶粘剂层(11)；

4、依次将低能探测器(8)，涂抹环氧树脂胶粘剂形成的第一胶粘剂层(10)和第二胶粘剂层(11)的滤波片(7)和高能探测器(9)放入模具中，室温固化6小时候，将组件从模具中取出，去除周围多余的环氧树脂，得到一种用于双能x射线检测的复合探测器。

实施例10

一种用于双能x射线检测的复合探测器，所述低能探测器(8)和高能探测器(9)均使用本实用新型提供的一种光电转换器件；所述的低能探测器(8)中)多晶薄膜(3)的厚度为500微米，高能探测器(9)中的多晶薄膜(3)的厚度为300微米，滤波片为0.1毫米的铜片；其余的同实施例9。

本实施例的一种用于双能x射线检测的复合探测器的制备方法如下：

1、按照实施例1中提供的方法制备低能探测器(8)，其中，低能探测器(8)中的多晶薄膜(3)的厚度为500微米；

2、按照实施例2中提供的方法制备高能探测器(9)，其中，高能探测器(9)中的多晶薄膜(3)的厚度为300微米；

3、使用0.1毫米铜片作为滤波片(7)，在滤波片(7)两个表面均匀涂抹环氧树脂胶粘剂形成的第一胶粘剂层(10)和第二胶粘剂层(11)；

4、依次将低能探测器(8)，涂抹环氧树脂胶粘剂形成的第一胶粘剂层(10)和第二胶粘剂层(11)的滤波片(7)和高能探测器(9)放入模具中，室温固化6小时候，将组件从模具中取出，去除周围多余的环氧树脂，得到一种用于双能x射线检测的复合探测器。

实施例11

一种用于双能x射线检测的复合探测器，所述低能探测器(8)和高能探测器(9)均使用本实用新型提供的一种光电转换器件；所述的低能探测器(8)中的多晶薄膜(3)的厚度为100微米，高能探测器(9)中的多晶薄膜(3)的厚度为100微米，滤波片为1毫米的铜片；其余的同实施例9。

本实施例的一种用于双能x射线检测的复合探测器的制备方法如下：

1、按照实施例2中提供的方法制备低能探测器(8)，其中，低能探测器(8)中的多晶薄膜(3)的厚度为100微米；

2、按照实施例4中提供的方法制备高能探测器(9)，其中，高能探测器(9)中的多晶薄膜(3)的厚度为100微米；

3、使用1毫米铜片作为滤波片(7)，在滤波片(7)两个表面均匀涂抹环氧树脂胶粘剂形成的第一胶粘剂层(10)和第二胶粘剂层(11)；

4、依次将低能探测器(8)，涂抹环氧树脂胶粘剂形成的第一胶粘剂层(10)和第二胶粘剂层(11)的滤波片(7)和高能探测器(9)放入模具中，室温固化6小时候，将组件从模具中取出，去除周围多余的环氧树脂，得到一种用于双能x射线检测的复合探测器。

实施例12

一种用于双能x射线检测的复合探测器，所述低能探测器(8)和高能探测器(9)均使用本实用新型提供的一种光电转换器件；所述的低能探测器(8)中的多晶薄膜(3)的厚度为300微米，所述的高能探测器(9)中的多晶薄膜(3)的厚度为1毫米，滤波片厚度0.5毫米，其余的同实施例9。

本实施例的一种用于双能x射线检测的复合探测器的制备方法如下：

1、按照实施例1中提供的方法制备低能探测器(8)，其中，低能探测器(8)中的多晶薄膜(3)的厚度为300微米；

2、按照实施例3中提供的方法制备高能探测器(9)，其中，高能探测器(9)中的多晶薄膜(3)的厚度为1毫米；

3、使用0.5毫米铜片作为滤波片(7)，在滤波片(7)两个表面均匀涂抹环氧树脂胶粘剂；

4、依次将低能探测器(8)，涂抹环氧树脂胶粘剂形成的第一胶粘剂层(10)和第二胶粘剂层(11)的滤波片(7)和高能探测器(9)放入模具中，室温固化6小时候，将组件从模具中取出，去除周围多余的环氧树脂，得到一种用于双能x射线检测的复合探测器。

所有的实施例得到的一种用于双能x射线检测的复合探测器，广泛用于基于x射线/伽马射线检测的安检机，用于识别物体轮廓和组成物质。