一种射线探测器、探测方法和探测系统与流程

1.本发明涉及一种射线探测器，同时也涉及采用该射线探测器的探测方法和相应的探测系统，属于辐射成像技术领域。


背景技术：

2.现有技术中，通常利用具有连续能量谱线的光子的x射线照射在物体上，部分能量被物质所吸收，部分能量透过的特性进行射线检测，通过闪烁体采集透过被测物体的射线能够识别出被测物体的外形轮廓等特征。然而，对于只选用一种闪烁体材料采集穿过被测物体的x射线，能够识别出被测物体的外形轮廓等特征。但因为被测物体的厚度、密度等多种因素会同时影响穿过物体后的射线中光子的总数量，因此单能量探测技术无法达到物质识别的效果。
3.不同的闪烁体材料或同一材料不同厚度的闪烁体，能够吸收的射线能量也不相同。因此，同时使用多种闪烁体材料就能够区分出穿过被测物体的同一束射线中不同能量的光子数量。不同密度的物质对不同能量光子的吸收数量不同，通过识别射线中多种能量的光子数量就能够最终确定物质的元素种类。
4.例如，在专利号为zl 200910088624.2的中国发明专利中，公开了一种双能x射线探测器。它在x射线的入射方向上依序包括第一光电探测器件、闪烁体和第二光电探测器件，第一光电探测器件和第二光电探测器件分别设置在闪烁体的前后两个端面上，所述x射线穿过第一光电探测器件之后进入闪烁体，所述闪烁体将入射到其中的x射线转换成可见光，第一光电探测器件和第二光电探测器件用于接收闪烁体发出的可见光并将其转换成电信号。利用这种双能x射线探测器能够测量穿透物体的x射线能谱中低能部分和高能部分的相对差别，进而提供材料识别的依据。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种射线探测器，可以有效提高射线探测的精度。
6.本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用该射线探测器的探测方法。
7.本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种采用该射线探测器的探测系统。
8.根据本发明实施例的第一方面，提供一种射线探测器，包括：闪烁体，包括沿射线入射方向层叠排布的n个闪烁层，各闪烁层的闪烁材料的能量沿所述射线入射方向递增，其中n≥2；以及光电感测器，包括形成在硅基上的与各闪烁层对应设置的光电感测层，各光电感测层包括用于探测对应的闪烁材料的多个光电二极管以输出电信号；其中，各闪烁层的出光面朝向对应的所述光电感测器的光电二极管的感光面，并且所述出光面和所述感光面均平行于所述射线入射方向。
9.其中较优地，所述射线探测器的每个闪烁层包括第一界定层、以及所述第一界定
层限定的等距排列的m列晶格，每个晶格设置有对应的闪烁材料，所述晶格的数量与相邻两个晶格的间距成反比，各闪烁层的晶格相对于所述射线入射方向的长度递增；所述每个光电感测层包括第二界定层、以及所述第二界定层限定的与所述晶格一一对应的m列光电二极管。
10.其中较优地，所述射线探测器还包括设置在所述闪烁体的靠近射线源一侧的防散射格栅，所述防散射格栅包括遮挡区以及由所述遮挡区限定的m个镂空区；其中，所述镂空区与所述闪烁体的各闪烁层的晶格对应设置，用于使按照预定方向入射的射线射入各闪烁层的晶格；所述遮挡区用于吸收除按照预定方向入射的射线以外的射线。
11.其中较优地，所述射线探测器的闪烁体还包括设置在相邻两层闪烁层之间的滤波片；各滤波片的材料相同或不同；各滤波片相对于所述射线入射方向的长度相同或不同。
12.其中较优地，所述射线探测器还包括设置在所述光电感测器远离所述闪烁体一侧的识别电路，所述识别电路包括模数转换器芯片、现场可编程门阵列、电源电路和通信接口。
13.其中较优地，所述射线探测器还包括载板，所述识别电路设置在所述载板上的与探测器不发生干扰的位置，所述光电感测器和所述闪烁体依次层叠设置在所述载板的另一侧；所述载板为pcb基板、陶瓷基板和软硬结合板中的任意一种。
14.其中较优地，所述射线探测器还包括：设置有开口的机壳，所述开口与所述闪烁体对应以接收入射的所述射线；以及设置在所述机壳内部且围绕所述开口的射线保护层以避免所述射线入射。
15.根据本发明实施例的第二方面，提供一种探测方法，采用上述的射线探测器实现，包括如下步骤：射线依次入射闪烁体的n个闪烁层并分别转化为对应的可见光，各闪烁层的闪烁材料的能量沿所述射线入射方向递增，其中n≥2；光电感测器的各光电感测层的多个光电二极管分别探测对应的闪烁层输出的可见光并转化为电信号输出。
16.其中较优地，所述射线探测器还包括设置在所述闪烁体的靠近射线源一侧的防散射格栅，所述防散射格栅包括遮挡区以及由所述遮挡区限定的m个镂空区，在所述射线依次入射闪烁体的n个闪烁层并分别转化为对应的可见光之前，所述探测方法还包括：所述镂空区透过按照预定方向入射的射线，并且所述遮挡区吸收除按照预定方向入射的射线以外的射线。
17.根据本发明实施例的第三方面，提供一种探测系统，其中包括上述的射线探测器。
18.其中较优地，该探测系统是一种矿石筛选系统，包括给料斗、射线源、分类器、第一矿石槽、第二矿石槽、以及上述的射线探测器，其中所述给料斗，用于接收并依次输出待测矿石；所述射线源，用于发射射线；所述射线探测器，用于接收探测所述待测矿石的射线，并经各闪烁层转化为可见光，由对应的光电感测器的光电感测层的各光电二极管感测所述可见光并输出电信号；所述分类器，用于根据所述电信号将所述待测矿石分别输出至所述第一矿石槽或第二矿石槽。
19.其中较优地，该探测系统是一种工业加速器，其中包括上述的射线探测器。
20.与现有技术相比较，本发明通过层叠设置的至少两层闪烁材料的闪烁体分别将入射的射线转化为可见光，同时通过光电感测器集成的与各闪烁材料对应的光电感测层的光电二极管感测可见光并输出电流，从而实现多种能量闪烁材料同时探测被测物体，有效提高探测精度。其中，光电感测器为集成在一片硅基上的光电二极管阵列以具有较高的对齐精度，集成了多种闪烁材料和设置在两种闪烁材料间的滤波片的一体式闪烁体能够避免因各闪烁材料贴装导致的对位精度不足以提高探测精度，在射线探测领域具有独特的应用价值。
附图说明
21.图1为现有技术中，垂直排布的双能探测器的结构示意图；图2为现有技术中，垂直排布的双能探测器的成像示意图；图3为现有技术中，水平排布的双能探测器的结构示意图；图4为本发明的一个实施例中，射线探测器的结构示意图；图5为本发明的一个实施例中，闪烁体的结构示意图；图6为本发明的一个实施例中，光电感测器的结构示意图；图7为本发明的一个实施例中，识别电路的结构示意图；图8a～图8b为本发明的一个实施例中，防散射格栅的示意图；图9a为本发明的另一个实施例中，射线探测器的结构示意图；图9b为本发明的又一个实施例中，射线探测器的结构示意图；图10为本发明的一个实施例中，探测方法的流程图；图11为本发明的一个实施例中，矿石筛选系统的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
23.前已述及，多能量x射线探测技术能够在不破坏被测物体的前提下，有效地识别出被测物体所含物质的密度和原子序数，从而达到物质识别的效果。现有基于硅材料的射线探测器多为双能探测器，包括有两种结构排布方式：垂直排布或水平排布。
24.如图1所示为垂直排布的双能探测器的一个示例，包括：高能探测器、低能探测器和贴装在二者之间的滤波片，其中，高能探测器包括高能量pcb基板107、设置在高能量pcb基板107上的高能量光电二极管芯片106和高能量闪烁体105，低能探测器包括低能量pcb基板103、设置在低能量pcb基板103上的低能量光电二极管芯片102和低能量闪烁体101。垂直排布的双能探测器的优势在于结构简单，具有相对简单成熟的基础物质识别的算法，已大量应用于行包检测的安检机或安检ct中、以及应用于矿石筛选机。
25.然而在这种结构中，由于高能量闪烁体和对应的光电二极管阵列、与低能量闪烁体和对应的光电二极管阵列分别位于不同的pcb基板上，两块基板在系统组装时的对齐精度，例如在像素排布方向和物体移动方向均难以保证精确。当高能探测器和低能探测器产生错位，则低能探测器与高能探测器所采集到的光电流信号可能并不是射线穿过被测物体的同一位置后所产生的，导致降低了有效原子序数计算值的精度，影响物质识别效果，严重
时容易引起误判。
26.并且，垂直排布的双能探测器结构由于结构特性无法避免会造成低能量闪烁体与高能量闪烁体之间在垂直方向上有一个较大的距离h，如图1所示，该距离h至少为低能量光电二极管芯片102的厚度与低能量pcb基板103的厚度和滤波片104厚度的总和，这个距离h通常在若干毫米以上。由于射线源108发射的x射线通常是一个锥面或扇面的形状，所以穿过物体后到达探测器表面会有放大的效应，如图2所示，导致高能量闪烁体105和低能量闪烁体101之间的距离h会导致被测物体380在低能探测器和高能探测器上所成的像大小不一致。例如被测物体380的形状极小需要用到极小像素尺寸的双能探测器时，这种高能量闪烁体和低能量闪烁体之间成像的形变就会产生非常大的影响，在极限情况下有可能物体在低能探测器上的成像只有一个像素，但是高能成像却覆盖了三个像素的大小，因此导致图像识别的误判。
27.如图3所示为水平排布的双能探测器的一个示例，包括：高能探测器、低能探测器和滤波片，其中，高能探测器包括设置在pcb基板203上的高能量光电二极管芯片206和高能量闪烁体205，低能探测器包括设置在pcb基板203上的低能量光电二极管芯片202和低能量闪烁体201；高能量探测器和低能量探测器水平排布，高能量闪烁体上设置有滤波片204。水平排布的双能探测器的优势在于射线穿过物体后，分别入射到低能量闪烁体和高能量闪烁体，所以高能量闪烁体吸收的射线没有经过低能量闪烁体，能够避免低能量闪烁体吸收过的射线对高能量闪烁体成像的影响。
28.与垂直排布的双能探测器相比，水平排布的双能探测器的高能探测器和低能探测器之间只需要在像素排列的方向对齐就可以了，其安装的精度要求略低于垂直排布的双能探测器。但是，水平排布的双能探测器无法避免的缺陷在于高能量闪烁体和低能量闪烁体的成像时间不同，即被测物体须先经过低能量闪烁体区域进行成像，再移动到高能量闪烁体区域成像。然而在实际工业领域中，例如矿石筛选的应用中，作为被测物体的原石在移动或自由落体的过程中，其角度在不断的发生变化，这将导致被测物体在低能量闪烁体上成的像与高能量闪烁体成的像的位置不同，即无法采用双能算法进行精确的物质识别，也就是说，高能量闪烁体和低能量闪烁体分时成像的方式很难满足工业应用的需求。
29.同时，在上述两种双能探测器中，由于光电二极管芯片所在平面与射线入射方向垂直，则无可避免的导致光电二极管芯片会受到射线的辐照影响，继而导致光电二极管的性能随着所受射线辐射剂量的增加而衰减，直至失效。
30.基于现有技术中存在的探测精度低、而且射线辐射器件影响器件功能的问题，发明人经过深入研究，提供一种如图4所示的新型射线探测器，其至少包括：闪烁体310，包括沿射线入射方向层叠排布的n个闪烁层，各闪烁层的闪烁材料的射线吸收波长沿射线入射方向递减（或者，各闪烁层的闪烁材料的能量沿所述射线入射方向递增），其中n≥2；以及光电感测器320，包括形成在硅基上的与各闪烁层对应设置的光电感测层，各光电感测层包括用于探测对应的闪烁材料的多个光电二极管以输出电信号；其中，所述闪烁体310的各闪烁层的出光面朝向对应的所述光电感测器320的光电二极管的感光面，并且所述出光面和所述感光面均平行于所述射线入射方向。
31.该射线探测器通过层叠设置的至少两层闪烁材料的闪烁体分别将入射的射线转
化为可见光，同时通过光电感测器集成的与各闪烁材料对应的光电感测层的光电二极管感测可见光并输出电流，从而实现多种能量闪烁材料同时探测被测物体，有效提高探测精度，在射线探测领域具有独特的应用价值。该两层闪烁材料，可以是相同，也可以不同，只需要满足两层闪烁体吸收射线的能谱不相同即可。因为即使是材料相同，但是厚度不同的闪烁体吸收射线的能谱也不相同，所以在特定应用场景下，双能探测器会采用具有相同材材且具有不同厚度的闪烁体。
32.《第一实施例》在一个具体的实施例中，如图4所示，该射线探测器的闪烁体310包括3个闪烁层，各闪烁层沿射线入射方向层叠排列，不同闪烁层包括不同能量的闪烁材料，具体的，第一闪烁层311包括第一闪烁材料，第二闪烁层313包括第二闪烁材料，第三闪烁层315包括第三闪烁材料；并且第一闪烁材料的能量最低，第二闪烁材料的能量比第一闪烁材料的能量高，第三闪烁材料的能量最高，即各闪烁层的闪烁材料的能量沿所述射线入射方向递增。
33.在一个可选的实施例中，如图5所示，每个闪烁层包括第一界定层、以及所述第一界定层限定的等距排列的m列晶格，每个晶格设置有对应的闪烁材料，所述晶格的数量与相邻两个晶格的间距成反比，m取值可以是任意数（例如在特殊应用场景），但是通常m≥16，各闪烁层的晶格相对于所述射线入射方向的长度递增。
34.在本实施例中，第一闪烁层311包括第一界定层3111和第一界定层3111限定的晶格3112，具体的，各晶格3112等距排列，第一闪烁层311包括16个晶格3112，每个晶格设置有第一闪烁材料；同理，第二闪烁层313包括第一界定层3131和第一界定层3131限定的晶格3132，具体的，各晶格3132等距排列，并且与第一闪烁层311的各晶格3112对应设置，第二闪烁层313包括16个晶格3132，每个晶格设置有第二闪烁材料；同理，第三闪烁层315包括第一界定层3151和第一界定层3151限定的晶格3152，具体的，各晶格3152等距排列，并且与第一闪烁层311的各晶格3112对应设置，第三闪烁层315包括16个晶格3152，每个晶格设置有第三闪烁材料。所述闪烁材料包括但不限于碘化铯，钨酸镉，硫氧化钆，锗酸铋等。
35.在本实施例中，m取值为2的若干次幂，例如16，32，64，128，256等。其取值大小取决于相邻像素的间距，相邻像素的间距越小则m取值越大。例如，相邻像素的间距为0.8mm时m取值为64，相邻像素的间距为0.4mm时m取值为128。
36.由图5可知，闪烁体310的各闪烁层的各晶格对应设置，具体表现为各闪烁层的各晶格等宽对齐；并且各晶格相对于射线入射方向的垂直方向排列，各闪烁层的各晶格相对于射线入射方向的长度随着闪烁材料的能量递增而递增。即沿射线入射方向，本实施例的第一闪烁层311的晶格长度最短，第二闪烁层313的晶格的长度比第一闪烁层311的晶格的长度长，第三闪烁层315的晶格长度最长。换句话说，由于本实施例的闪烁体为集成各闪烁层的一体式结构，各闪烁层的各晶格形成的像素相互对应设置，有效提高各闪烁层的各晶格的对齐精度，进而提高射线探测器的探测精度。
37.本实施例中的闪烁体的各闪烁层的各晶格中的闪烁材料将入射的射线转换为可见光并输出，本实施例中闪烁体的出光面与射线入射方向平行，以便于光电感测器感测。具体的，在实际应用过程中，射线依次入射闪烁体的至少两个闪烁层并分别转化为对应的可见光，各闪烁层的闪烁材料的能量沿所述射线入射方向递增。
38.同时，由于闪烁体中不同能量的闪烁材料设置在层叠排布的闪烁层中，各闪烁材
料之间的距离小，能够避免现有技术中垂直排布的双能探测器中因不同能量闪烁材料的成像放大倍数不同导致的成像差异，即相比于垂直排布的双能探测器，本实施例的射线探测器的探测精度更高；同时，由于闪烁体中不同能量的闪烁材料设置在层叠排布的闪烁层中，能够避免现有技术中水平排布的双能探测器中因高能量闪烁体和低能量闪烁体水平排布导致无法同时探测被测物体的问题，即相比于水平排布的双能探测器，本实施例的射线探测器的探测精度更高。
39.需要说明的是，本发明对每个闪烁层的晶格数量不作具体限定，对各闪烁层的晶格的尺寸也不作具体限定，各晶格的尺寸可以相同也可以不同，本领域技术人员应当根据实际应用需求(例如实际应用的闪烁材料、闪烁材料的能量)选择适当的晶格数量和晶格尺寸，以确保各闪烁层的晶格数量相同且对齐、并且入射的射线分别透过各闪烁层的闪烁材料为设计准则，在此不再赘述。
40.考虑到进一步提高闪烁体的探测精度，在一个可选的实施例中，如图4所示，所述闪烁体310还包括设置在相邻两层闪烁层之间的滤波片。
41.在本实施例中，通过设置在相邻两层闪烁层之间的滤波片，将低能量闪烁材料没有完全吸收的剩余低能量部分的光子吸收掉，将高能量光子透过滤波片以便于高能量闪烁材料吸收，从而有效提高闪烁体的探测精度。具体的，如图4所示，包括第一闪烁材料的第一闪烁层311和包括第二闪烁材料的第二闪烁层313之间的滤波片312能够吸收第一闪烁材料未吸收的剩余低能量部分的光子，以确保低能量光子不进入包括第二闪烁材料的第二闪烁层313和包括第三闪烁材料的第三闪烁层315；同理，包括第二闪烁材料的第二闪烁层313和包括第三闪烁材料的第三闪烁层315之间的滤波片314能够吸收第二闪烁材料未吸收的剩余次低能量部分的光子，以确保次低能量光子不进入包括第三闪烁材料的第三闪烁层315。
42.在本实施例中，滤波片的材料为铜，银，钨，铅，铁，镍，锡中的一种或多种，并且闪烁体中各滤波片的材料可以相同也可以不同，本发明对此不作具体限定。
43.需要说明的是，本发明对滤波片相对于所述射线入射方向的长度不作具体限定，本领域技术人员应当根据实际应用需求选择适当的长度，例如根据具体应用场景，不同能量的闪烁材料之间的滤波片的厚度递增，在此不再赘述。
44.在一个可选的实施例中，闪烁体的相邻两层闪烁层之间还包括反射层，以防止因射线入射闪烁体而激发产生的可见光进入到相邻晶格或闪烁层中，进而避免相邻像素的串扰，提高射线探测器的探测精度。
45.如图4所示，射线探测器的光电感测器320与闪烁体310对应设置，包括与各闪烁层对应设置的光电感测层，每个光电感测层用于感测对应的闪烁层输出的可见光，具体的，每个光电感测层包括多个光电二极管，用于感测可见光并输出电流信号，以便于后续设备根据电流信号判断待测物体的成分。
46.如图6所示，光电感测器320的每个光电感测层包括第二界定层、以及所述第二界定层限定的与所述晶格一一对应的m列光电二极管。
47.光电感测层的数量与闪烁层的数量相匹配，即与闪烁材料的数量相匹配。在本实施例中，射线探测器的闪烁体包括三种闪烁材料，则光电感测器320包括与第一闪烁材料对应的第一光电感测层321、与第二闪烁材料对应的第二光电感测层322、以及与第三闪烁材料对应的第三光电感测层323，各光电感测层相对于射线入射方向排布，各光电感测层的像
素相互对应设置，即各光电感测层的光电二极管等宽设置且对齐。每个光电感测层包括与闪烁层的各晶格对应的光电二极管，例如，第一光电感测层321包括第二界定层3211和第二界定层3211限定的光电二极管3212，所述光电二极管表现为形成在硅基上的有源区，即实际的感光区域，各光电二极管3212与第一闪烁材料一一对应，当光电二极管3212对应的第一闪烁材料输出的可见光入射到有源区可激发产生电子空穴对，继而形成光电流输出；第二界定层不感光；同理，第二光电感测层322包括第二界定层3221和第二界定层3221限定的光电二极管3222，各光电二极管3222与第二闪烁材料一一对应；同理，第三光电感测层323包括第二界定层3231和第二界定层3231限定的光电二极管3232，各光电二极管3232与第三闪烁材料一一对应。
48.由图6可知，光电感测器320的各光电感测层的各光电二极管对应设置，具体表现为各光电感测层的各有源区等宽对齐；并且各光电二极管相对于射线入射方向的垂直方向排列，各光电感测层的各光电二极管相对于射线入射方向的长度随着闪烁材料能量的递增而递增。即沿射线入射方向，第一闪烁层311的晶格长度最短则第一光电感测层321的长度最短，第二闪烁层313的晶格的长度比第一闪烁层311的晶格的长度长，则第二光电感测层322的长度比第一光电感测层321的长度长，第三闪烁层315的晶格长度最长则第三光电感测层323的长度最长。换句话说，由于本实施例的光电感测器为形成在一片硅基上的一体式结构，各光电感测层相对于射线入射方向排布，各光电感测层的像素相互对应设置，即各光电感测层的光电二极管等宽设置且对齐，有效提高各光电感测层的各光电二极管的对齐精度，进而提高射线探测器的探测精度。
49.本实施例的光电感测器的各光电感测层的各光电二极管将入射的可见光转换为光电流信号，为便于光电二极管感测对应的可见光，本实施例中光电二极管的感光面朝向对应的闪烁材料的出光面，并且光电二极管的感光面与射线入射方向平行。同时，该结构的射线探测器中，由于光电感测器设置在闪烁体的一侧，而不是与闪烁体层叠设置，能够避开射线的入射路径，从而避免了光电感测器的各光电二极管的硅芯片因辐照损伤导致的性能下降或失效。具体的，在实际应用中，光电感测器的各光电感测层的多个光电二极管分别探测对应的闪烁层输出的可见光并转化为电信号输出。
50.在本实施例中，各光电感测层的光电二极管基于同一片硅基，所述硅基为单晶硅或非晶硅材料，由于使用硅基的光刻工艺进行制作，误差范围在纳米级，远高于现有技术中通过分立的光电二极管芯片进行对位贴装的工艺精度，各光电二极管之间的对齐精度大幅提高，进而提高射线感测器的感测精度。
51.需要说明的是，闪烁层的数量和光电感测层的数量本发明不作具体限定，本领域技术人员应当根据实际应用需求选择适当的数量，以实现对被测物体的检测为设计准则，在此不再赘述。
52.基于上述闪烁体和光电感测器，如图4和图7所示，本实施例还包括设置在所述光电感测器320远离所述闪烁体310一侧的识别电路360，所述识别电路360包括模数转换器芯片361、现场可编程门阵列362、电源电路364和通信接口363。
53.在本实施例中，如图4和图7所示，识别电路360能够将光电感测器320输出的光电流转换成数字信号并传输的功能，具体的，电源电路364用于向模数转换器芯片361和现场可编程门阵列362供电，模数转换器芯片361用于将所述光电感测器的各光电二极管输出的
模拟电信号转换为数字电信号，现场可编程门阵列362用于对数字信号进行数据处理并输出通信信号至通信接口363。
54.在现有技术中，由于光电感测器垂直于射线入射方向设置，为了防止射线辐照损坏识别电路的功能，光电感测器的背面是不能放置任何电路组件，而本实施例的射线探测器的光电感测器与射线入射方向平行，将识别电路设置在光电感测器的背面有效减小射线探测器的体积，并降低射线探测器的成本。
55.需要说明的是，本发明对识别电路不做具体限定，本领域技术人员应当根据实际应用需求设置识别电路，例如仅包括将光电流转换成电压信号的电荷放大器，然后通过连接器传输给独立的信号处理板进行模数转换和数据输出；或者例如仅包括模数转换器芯片361，现场可编程门阵列362位于其他载板上；在此不再赘述。
56.进一步的，如图4所示，射线探测器还包括载板330，所述识别电路360设置在所述载板330的一侧，所述光电感测器320和所述闪烁体310依次层叠设置在所述载板330的另一侧。但是，作为替代方案，识别电路也可以设置于载板两侧，只要避开探测器所在位置就可以。即，识别电路设置在载板上的与探测器不发生干扰的位置。
57.在本实施例中，将识别电路360、光电感测器320和闪烁体310集成设置在一块载板上，不仅大幅减小了载板的面积，降低了射线探测器的成本和安装难度。在本实施例中，所述载板为pcb基板、陶瓷基板和软硬结合板中的任意一种，本领域技术人员应当根据实际应用需求选择适当的载板，在此不再赘述。
58.考虑到射线在入射闪烁体时存在反射和散射问题，在一个可选的实施例中，如图4、图8a和图8b所示，所述射线探测器还包括设置在所述闪烁体310靠近所述射线的射线源370一侧的防散射格栅350，包括遮挡区351、以及所述遮挡区351限定的多个镂空区352，其中所述镂空区352与所述闪烁体310的各闪烁层的晶格对应设置，用于将按照预定方向入射的射线射入各闪烁层的晶格；所述遮挡区351用于吸收所述预定方向入射的射线以外的射线。
59.在本实施例中，所述防散射格栅350为钨片，钨的原子序数很大且硬度高，可加工性强，能够吸收绝大部分低能量的射线。本实施例中由钨片形成的栅格只在闪烁体的晶格的位置保持镂空，即形成与闪烁体的晶格对应的镂空区，其余位置通过遮挡区进行遮挡，所述镂空区用于确保入射的射线几乎以垂直于不同能量的闪烁材料的排布方向入射，同时通过遮挡区吸收其余的反射射线和散射射线等影响成像质量的其他射线。
60.在本实施例中，为进一步提高射线探测器的探测精度，防散射格栅的栅格大小与闪烁体的各闪烁材料保持一致，相邻格栅的间距也与闪烁体中各晶格的间距、以及光电感测器的光电二极管的间距一致。防散射格栅的每个格栅的高度可根据入射射线的角度相应调整。
61.在实际应用过程中，所述镂空区透过按照预定方向入射的射线，并且所述遮挡区吸收所述预定方向入射的射线以外的射线。
62.在本实施例中，防散射格栅也可以采用铜或钢等金属，本领域技术人员应当根据实际应用需求选择适当的材料，以实现吸收散射和反射的射线为设计准则，在此不再赘述。
63.在一个可选的实施例中，如图9a所示为一个射线探测器，包括：
设置有开口390的机壳，所述开口390与所述闪烁体310对应以接收入射的所述射线；以及设置在所述机壳内部且围绕所述开口390的射线保护层340以避免所述射线入射。
64.在本实施例中，如图9a所示，射线探测器包括机壳，机壳上设置有用于射线入射的开口390，所述防散射格栅350与开口相对应以透过近似垂直入射的射线并吸收其他射线，闪烁体310的第一闪烁层311吸收入射射线的低能量部分的光子并转化为可见光以便于光电感测器320对应的光电感测层的光电二极管感测并输出光电流信号，滤波片312吸收第一闪烁层311未完全吸收的剩余的低能量部分的光子并透过高能量部分的光子，闪烁体310的第二闪烁层313吸收入射射线的高能量部分的光子并转化为可见光以便于光电感测器320对应的光电感测层的光电二极管感测并输出光电流信号；所述闪烁体310和光电感测器320均集成在载板330的一侧，所述载板330的另一侧设置有识别电路360，识别电路360的模数转换器芯片361将光电流信号转换为数字电信号，现场可编程门阵列362用于对数字信号进行数据处理并输出通信信号至通信接口363；同时，射线保护层340设置在所述机壳内部且围绕所述开口390，所示射线保护层为铅块，能够有效阻挡射线射入，从而避免射线从开口390以外的地方入射并对其他器件造成辐照损害，例如射线保护层340有效保护光电感测器和识别电路受到射线的辐照损害，从而提高射线探测器的探测性能和使用寿命。
65.需要说明的是，如图9a所示的射线探测器仅用于说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员应当根据实际应用需求设置射线探测器，例如图9b所示的射线探测器，射线探测器包括机壳，机壳上设置有用于射线入射的开口390，所述防散射格栅350与开口相对应以透过近似垂直入射的射线并吸收其他射线，闪烁体310的第一闪烁层311吸收入射射线的低能量部分的光子并转化为可见光以便于光电感测器320对应的光电感测层的光电二极管感测并输出光电流信号，滤波片312吸收第一闪烁层311未完全吸收的剩余的低能量部分的光子并透过高能量部分的光子，闪烁体310的第二闪烁层313吸收入射射线的次低能量部分的光子并转化为可见光以便于光电感测器320对应的光电感测层的光电二极管感测并输出光电流信号，滤波片314吸收第二闪烁层313未完全吸收的剩余的次低能量部分的光子并透过高能量部分的光子，闪烁体310的第三闪烁层315吸收入射射线的高能量部分的光子并转化为可见光以便于光电感测器320对应的光电感测层的光电二极管感测并输出光电流信号；所述闪烁体310和光电感测器320均集成在载板330的一侧，所述载板330通过沿安装支架392设置的软板391将光电流信号传输至识别电路360，识别电路360的模数转换器芯片361将光电流信号转换为数字电信号，现场可编程门阵列362用于对数字信号进行数据处理并输出通信信号至通信接口363；同时，射线保护层340设置在载板330远离闪烁体的一侧，从而有效避免可识别电路受到从开口390以外的地方入射并对其他器件造成辐照损害，从而提高射线探测器的探测性能和使用寿命。
66.本实施例通过层叠设置的至少两种闪烁材料的闪烁体分别将入射的射线转化为可见光，同时通过光电感测器集成的与各闪烁材料对应的光电感测层的光电二极管感测可见光并输出电流，从而实现多种能量闪烁材料同时探测被测物体，有效提高探测精度；特别的，光电感测器为集成在一片硅基上的光电二极管阵列以具有较高的对齐精度，集成了多种闪烁材料和设置在两种闪烁材料间的滤波片的一体式闪烁体能够避免因各闪烁材料贴装导致的对位精度不足以提高探测精度，在射线探测领域具有独特的应用价值。
67.《第二实施例》本发明的第二实施例还提供了一种探测方法，如图10所示，包括：射线依次入射闪烁体的n个闪烁层并分别转化为对应的可见光，各闪烁层的闪烁材料的能量沿所述射线入射方向递增，其中n≥2；光电感测器的各光电感测层的多个光电二极管分别探测对应的闪烁层输出的可见光并转化为电信号输出。
68.本实施例通过层叠设置的至少两种闪烁材料的闪烁体分别将入射的射线转化为可见光，同时通过光电感测器集成的与各闪烁材料对应的光电感测层的光电二极管感测可见光并输出电流，从而实现多种能量闪烁材料同时探测被测物体，有效提高探测精度。
69.在一个可选的实施例中，所述射线探测器还包括设置在所述闪烁体靠近所述射线的射线源一侧的防散射格栅，所述防散射格栅包括遮挡区和所述遮挡区限定的镂空区，在所述射线依次入射闪烁体的n个闪烁层并分别转化为对应的可见光之前，所述探测方法包括：所述镂空区透过按照预定方向入射的射线，并且所述遮挡区吸收所述预定方向入射的射线以外的射线。
70.本实施例进一步通过具有遮挡区和镂空区的防散射格栅，通过镂空区将入射的射线中几乎以垂直于不同能量的闪烁材料的射线透过，同时通过遮挡区吸收其余的反射射线和散射射线等影响成像质量的其他射线，从而提高射线探测器的探测精度，在射线探测领域具有独特的应用价值。
71.《第三实施例》本发明的第三实施例提供了一种探测系统，包括上述射线探测器。
72.在本实施例中，探测系统通过探测器中层叠设置的至少两种闪烁材料的闪烁体分别将入射的射线转化为可见光，同时通过光电感测器集成的与各闪烁材料对应的光电感测层的光电二极管感测可见光并输出电流，从而实现多种能量闪烁材料同时探测被测物体，有效提高探测精度。
73.在一个具体的实施例中，如图11所示，所述探测系统为矿石筛选系统，包括给料斗410、射线源430、分类器450、第一矿石槽460、第二矿石槽470、以及上述射线探测器440，其中所述给料斗410，用于接收并依次输出待测矿石420；所述射线源430，用于发射射线；所述射线探测器440，用于接收探测所述待测矿石420的射线，并经各闪烁层转化为可见光，由对应的光电感测器的光电感测层的各光电二极管感测所述可见光并输出电信号；所述分类器450，用于根据所述电信号将所述待测矿石分别输出至所述第一矿石槽460或第二矿石槽470。
74.在本实施例中，矿石筛选系统通过给料斗410接收待测矿石420并依次输出，待测矿石以自由落体下降，在下降过程中，经射线源430发射的射线辐照并穿过待测矿石入射射线探测器440，射线探测器的闪烁体的层叠设置的多个闪烁层的闪烁材料分别吸收入射射线的对应能量部分的光子并转化为可见光以便于光电感测器对应的光电感测层的光电二
极管感测并输出光电流信号，其中，射线探测器的闪烁体包括沿射线入射方向能量递增的闪烁材料，从而实现同时使用多能量闪烁材料探测待测矿石420，然后通过射线探测器的识别电路接收光电流信号并转换输出至分类器450，本实施例中分类器450为喷阀，用于根据待测矿石420的探测结果将对应的待测矿石进行分类，例如将有用的矿石放入第一矿石槽460、将无用的矿石放入第二矿石槽470，从而实现对待测矿石的无损探测并快速分类，在矿石探测领域具有实际应用价值。
75.在另一个具体的实施例中，所述探测系统为工业加速器，包括上述射线探测器。
76.如图9b所示，本实施例应用于工业无损探测领域，如高达几兆电子伏的加速器，射线源发射的射线能量更强，被测物体的成份也可能更复杂，需要使用3种及以上的不同能量的闪烁体对待测物体进行探测。同时，考虑到加速器发射的射线能量过高，一般厚度的铅块不足以将所有的射线吸收，光电感测器320与识别电路360可以通过软板391相连，在不明显增加机壳体积的前提下，给射线保护层340提供更多空间，以便使用更厚的材料对识别电路进行保护，以提高射线探测器的探测性能和使用寿命。
77.与现有技术相比较，本发明通过层叠设置的至少两种闪烁材料的闪烁体分别将入射的射线转化为可见光，同时通过光电感测器集成的与各闪烁材料对应的光电感测层的光电二极管感测可见光并输出电流，从而实现多种能量闪烁材料同时探测被测物体，有效提高探测精度。其中，光电感测器为集成在一片硅基上的光电二极管阵列以具有较高的对齐精度，集成了多种闪烁材料和设置在两种闪烁材料间的滤波片的一体式闪烁体能够避免因各闪烁材料贴装导致的对位精度不足以提高探测精度，在射线探测领域具有独特的应用价值。
78.上面对本发明所提供的射线探测器、探测方法和探测系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。