一种基于云台实现的二维硬X射线成像系统自动标定装置的制作方法

一种基于云台实现的二维硬x射线成像系统自动标定装置
技术领域
1.本实用新型提出一种基于云台实现的二维硬x射线成像系统自动标定装置，涉及探测器自动检测和标定领域，尤其针对于具有多像素点的二维面阵成像探测器及其成像电子学系统。本实用新型可用于探测器生产的批量化出厂测试环节，加快检测效率和全面性。在科研领域的也可以用于标定和研究探测器在不同环境或工况下使用后的性能变化。


背景技术：

2.二维x射线成像可以用于安防、检验检疫、核装置、医疗、工业探伤和勘探等多种领域，具有广阔的应用前景。但是现有的技术主要通过ccd探测器进行成像，能量分辨率不够高，因此对于核素识别的精度不高。而碲锌镉二维面阵探测器作为新一代的硬x射线探测器，可以探测20kev-700kev能量段的硬x射线，同时能量分辨率最优可以达到4％-5％，组成x射线成像系统后可以提高核素的识别精度。
3.碲锌镉二维面阵探测器在生产加工的过程中，需要对每个像素点进行能量响应和强度响应等性能测量，以判断其是否有像素点有加工缺陷。然而采用传统的方法大面积直接照射的方法，就不能测量其相邻像素点之前是否有串扰等问题，同时能量响应和强度响应的线性度也不能完成自动化测量，测试过程比较花费时间，而且测试的重复性难以保证。对于碲锌镉二维面阵探测器在使用的过程中，也会遇到需要研究其在不同环境或工况下使用后的性能变化。同样也需要可重复的自动标定平台来实现探测器每个像素点的测量。
4.因此，本实用新型研制了一种基于双轴云台实现的二维硬x射线成像系统自动标定装置，解决以上实际应用中遇到的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提出一种基于云台实现的二维硬x射线成像系统自动标定装置，目的就是为了解决碲锌镉面阵探测器在生产加工和使用的过程中需要自动标定每个像素点的能量响应和强度响应、像素点之间的串扰等问题，同时该装置也可以应用于其他具有多像素点的半导体二维成像探测器响应标定测试。本实用新型通过控制云台的水平和垂直转动方向，可以对每个像素点进行扫描式的自动检验和标定。
6.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
7.一种基于云台实现的二维硬x射线成像系统自动标定装置，该自动标定装置包括硬x射线发射装置、云台、x射线接收装置、前置放大器、以及成像和能谱采集系统；
8.所述云台为双轴云台，所述硬x射线发射装置采用该双轴云台作为载体可以进行两个自由度的x射线位置扫描；所说硬x射线发射装置采用迷你硬x射线管可以实现x射线发射能量和强度可调的线性扫描；所述x射线接收装置的探测器采用碲锌镉二维阵列探测器；所述成像和能谱采集系统由多通道的数字脉冲幅度分析器组成；
9.所述双轴云台和所述碲锌镉二维阵列探测器固定在光学平台上，且保持相对位置固定；
10.所述探测器接收到x射线信号后转化为电流脉冲信号，并经过前置放大器的信号放大，放大后的有效信号传输到所述成像和能谱采集系统进行信号采集。
11.进一步的，在所述硬x射线发射装置的x光输出窗口设置一个直径为0.4mm的准直器，准直器长度为18mm，采用纯铜金属材料制成；保持准直器前端距离所述探测器不超过35mm。
12.进一步的，采用所述双轴云台固定所述迷你硬x射线管，所述双轴云台水平方向可360度旋转，垂直方向可
±
60度俯仰，其转向精度能达到0.1度。
13.进一步的，所述的硬x射线发射装置，通过调节加速电压和激励电流可以分别对应于调节发射的x射线能量和强度；
14.进一步的，所述自动标定装置被配置为能够控制调节所述硬x射线发射装置产生的x射线能量和强度以及云台的转动，并集成了二维硬x射线成像功能以及能谱分析功能和标定功能，从而实现二维硬x射线成像系统的自动标定。
15.本实用新型的优点是：本实用新型结合了云台、x射线发射装置和碲锌镉探测器二维面阵成像测量系统。本实用新型通过控制云台的水平和垂直转动方向，可以对每个像素点进行扫描式的自动检验和标定。对应于同一款探测器，在固化测试参数后，可以大大提高测试效率、重复性和可靠性。
附图说明
16.图1为自动标定装置系统结构示意图；
17.图2为自动标定装置系统光路设计图。
具体实施方式
18.下面结合对本实用新型具体实施方式进行说明。
19.本实用新型一种基于云台实现的二维硬x射线成像系统自动标定装置，可应用于探测器的生产加工的出厂性能测试，同时也可用于科研和工业等领域探测器使用过程中的标定或性能研究。系统设计的结构如图1所示。该系统硬件主要包括：硬x射线发射装置、云台、探测器、前置放大器、基于pxie机箱的成像和能谱采集系统等。所述云台为双轴云台，所述硬x射线发射装置为x射线管，所述硬x射线发射装置采用该双轴云台作为载体可以进行两个自由度的x射线位置扫描；所述探测器采用碲锌镉二维阵列探测器，采集系统由多通道的数字脉冲幅度分析器组成。
20.所述的双轴云台通过一个铝合金的固定转接板将迷你硬x射线发射装置固定到双轴云台的上方。云台水平方向可360度旋转，垂直方向可
±
60度俯仰。最小转动控制精度为0.1度。云台转动速度最慢可以达到每秒0.01度，其转动过程可以保持均速。
21.所述的双轴云台和碲锌镉二维面阵探测器需要固定在光学平台上，保持相对位置固定。为了满足硬x射线发射装置射出的x射线光斑落在探测器一个像素点内(1.5mm
×
1.5mm)，需要在硬x射线发射装置的x光输出窗口增加一个0.4mm直径的准直器，准直器长度18mm，采用纯铜金属材料制成。并保持准直器前端距离探测器不超过35mm。根据光路计算，从一个像素点的中心转到另一个像素点的中心，需要转动0.9度，这样云台的精度在0.1度也就可以达到实验的要求。光路设计如附图2所示。
22.所述的硬x射线发射装置，通过调节加速电压和激励电流可以分别对应于调节发射的x射线能量和强度。将云台转动控制功能和二维硬x射线成像功能以及能谱分析功能以及现有标定技术集成到一体，从而实现二维硬x射线成像系统的自动标定。
23.通过实验室进行实验验证，该系统可通过调节云台的旋转和俯仰角度自动对二维阵列探测器的所有像素点进行扫描测试，同时可以控制x射线管自动调节束流能量和强度，从而对探测器每个像素点强度响应的线性度、不同像素点响应的一致性、相邻像素点之间的串扰等参数进行测量和标定。x射线管在增加了准直器后，x射线照射到探测器上的光斑大小略小于一个像素点的大小，光路设计基本满足实验需求。
24.通过调节云台的转动方向，可以将x射线照射到探测器的其中一个像素点上。探测器接收到x射线信号，会转化为电流脉冲信号，并经过前置放大器的信号放大，将放大后的有效信号传输给采集卡进行信号采集。采集卡进过信号的模数转化后，再通过采集卡中fpga处理，得到信号脉冲的能量和强度信息。通过标定，可以将该像素点的能量和强度响应绘制成测试曲线。测量完一个像素点后可以自动将x射线光斑移动到下一个像素点，最终完成整个探测器的测量。