專利名稱：L形結構的單源x射線透射與康普頓散射安檢裝置的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及一種X射線安檢系統，具體是一種在行李安檢機上使用的L形結構的單源X射線透射與康普頓散射安檢裝置及其檢測方法。
二、背景技術:1.X射線透射方法:國內外普遍采用這種方法，由于物質對X射線的吸收作用，當X射線穿過被檢物后會有一部分能量被吸收，不同種類的材料對X射線的吸收能力不同，穿過不同材料的X射線束到達探測器時的能量也是不同的。經過處理，探測器接收的能量大小以灰度級圖像顯示，這種方法只能檢查出金屬武器、刀具等，具有較大的局限性2.雙能X射線透射方法:近年來國內外采用雙能X射線透射方法，雙能X射線檢測法識別材料的精度用分辨有效原子序數的精度來衡量。用于機場、海關、鐵路等重要部門的安全檢查設備大都是雙能量、線掃描、透射型X射線檢查設備，該類設備能同時得到被檢物的低能和高能信息，并根據這兩種信息計算出被檢物品組成物質的有效原子序數Zrff信息，從而實現對被檢物品的分類和識別，可以將無機物從有機物中分離出來，如將行李中常見的玻璃等無機物分離出。但對Zeff值接近的塑料、織物、爆炸物和毒品無法分辨，用背散射來解決。3.X射線背散射方法:X射線與物質相互作用會發生透射、吸收和散射三種情況，國內外的X射線背散射(CBS)方法就是用斬波輪和飛點掃描技術，在與透射光子方向成3 90°方向用背散射探測器陣列測量由被測物品上射出的背散射光子。背散射信號與被測物品的有效原子序數Zeff有關，用背散射圖像灰度顯示可以將有機物、爆炸物、毒品等進行分辨。而這種X射線背散射安檢裝置檢測效果還有不足，最嚴重的事故是:在美國亞特蘭大奧運會期間用這種背散射安檢裝置沒有檢查出炸藥而造成現場爆炸。美國近來研制和生產出背散射人體檢查設備，僅2010年美國的78座機場就要安裝450臺，其結構復雜，檢測速度較慢，價格昂貴，難于在發展中國家推廣應用。4.X射線的計算機斷層掃描成像(CT)方法:該方法適用大型行李包裹，美國通用智能科技公司生產的CTX9000行李檢查系統、美國L-3CSDS公司生產3DX爆炸物探測系統，其結構復雜。價格十分昂貴，更難于在發展中國家推廣應用。5.X射線透射與康普頓散射(TR-CBS)相結合的檢測方法:四川大學與有關單位合作在國內首先研制成Y射線透射與背散射相結合臺式安檢機，由于Y放射源的輻射安全防護和保管問題，社會公眾對這種安檢機的認同度差，使其難于推廣應用。
三、發明內容本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提供一種能夠全面、廣泛檢測行李中金屬刀具、武器和毒品、炸藥違禁品的單源X射線透射與康普頓散射安檢裝置。這種安檢裝置更適合中國國情、更易于在發展中國家推廣應用、檢測速度快、檢測效果更好、價格更加便宜。本發明的目的是這樣達到的:一種L形結構的單源X射線透射與康普頓散射安檢裝置，安裝在行李安檢機上。行李安檢機包括機架、底座、左右側壁、頂蓋板、安檢通道、傳送帶機。其特征在于:采用非對稱寬扇形角的X射線源和L形透射探測器陣列，透射測量與康普頓前散射、背散射測量共用X射線源，X射線源安裝在安檢通道的傳送帶上面、側壁中間，全部測量與控制共用一臺工控機。在康普頓背散射探測器陣列、康普頓前散射探測器陣列與L形透射探測器陣列之間設置輻射屏蔽層。工控機安裝在底座的一側后方。非對稱寬扇形角的X射線源及其扇形前準直器安裝在安檢通道外一側的中間，L形透射探測器陣列及其透射探測后準直器安裝在安檢通道的正上方和通道的左右兩側上端，L形透射探測器陣列與X射線源經過前準直器的非對稱扇形透射光子束構成透射測量及成像的幾何學結構。康普頓背散射探測器陣列安裝在通道傳送帶的下面，康普頓背散射探測器陣列與被測物品上射出的康普頓背散射平行光子束構成康普頓背散射測量及成像的幾何學結構。康普頓前散射探測器陣列安裝在安檢通道的正上方，與康普頓背散射探測器陣列上下平行，康普頓前散射探測器陣列與被測物品上射出的康普頓前散射平行光子束構成康普頓前散射測量及成像的幾何學結構。工控機安裝在在底座的左側后方。L形透射探測器陣列的大小根據實際需要變化為不同的長度。X射線源采用體積小、扇形角寬的200W X射線機。康普頓背散射探測器陣列和康普頓前散射探測器陣列是采用硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成的，具有國際標準接口山形透射探測器陣列是采用硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成的探測器組件，具有國際標準接口。康普頓散射測量數據采傳系統是由16路低噪聲前置放大器、主放大器、多路模擬信號采集模塊、模數變換器、可編程數據處理電路組成，設置USB接口輸出；透射測量數據由64路低噪聲前置放大器、主放大器、多路模擬信號采集模塊、模數變換器、可編程數據處理電路組成，設置USB接口輸出。本發明的優點是:1.L形結構的單源安檢裝置充分利用X射線透射(TR - Transmission Scanning)和康普頓散射(CS - Compton Scatter Scanning)的特點,利用X射線透射(TR)掃描技術檢測出行李包裹中各種物品的形狀大小、密度厚度信息，獲得不同等級的灰度，由此測出清晰的透射圖像而測出金屬武器、刀具等違禁品；進一步利用X射線康普頓前散射(CFS -Compton Fontscatter Scanning)與背散身寸(CBS - Compton Backscatter Scanning)掃描技術檢測出行李包裹中各種物品的密度、有效原子系數信息，經過康普頓背散射數據處理和成像，由此測出炸藥、毒品、汽油等違禁品，實現了采用一臺X射線機實現全面安檢的目的。2.L形結構的單源安檢裝置全部測量與控制共用I臺工控機。在康普頓背散射探測器、康普頓前散射探測器與X射線透射探測器之間設置較厚的輻射屏蔽層，屏蔽透射光子對康普頓光子測量的干擾和影響，使其透射測量與康普頓前散射、背散射測量共用I臺X射線源。這種裝置結構更簡單、體積更小、控制通訊系統更簡化、檢測速度更快、靈敏度更高、操作運行更便捷。3.L形結構的透射探測器陣列更便于測得被測物品垂直方向的高度、違禁品上下遮擋層及高原子序數干擾物的密度厚度信息，有利于剔除這些遮擋層和干擾物對違禁品檢測結果的影響；上下平行的康普頓散射探測器陣列更便于測得被測物品水平方向的形狀大小及位置，有利于提高違禁品檢測的可靠性和安檢質量。同時，L形結構的透射探測器陣列其高度或水平方向的長度可根據被檢測物的變化而變化，更適應檢測的需要。4.通過X射線透射檢測獲得行李包裹中各種物品的清晰圖像，由被測物的密度厚度信息，顯示為灰度圖像，并根據被測物中不同材料屬性、原子序數范圍，將圖像著成藍、綠、橙三種顏色，易于分辨其中隱藏的金屬武器、刀具等違禁品；通過X射線康普頓前散射與背散射檢測獲得行李包裹中各種物品的密度、有效原子系數信息，用康普頓散射與透射測量相結合圖像軟件進行數據處理和成像，進一步將有效原子系數zrff〈10的低系數有效原子，其密度又比織物、塑料等日常用品大而顯橙色的炸藥、毒品等違禁品顯示成紅色、黃色，再根據水、飲料等食品與汽油、酒精等易燃品的密度、等效原子系數差異將其汽油等易燃品顯示為粉紅色；這樣，通過被測物品的一次透射與康普頓散射掃描測量就能同時檢測出其中隱藏的金屬武器、刀具、炸藥、毒品、汽油等違禁品，大幅度提高了安檢質量。這種裝置最適用于機場、大型會場、涉外會議等高等級、重點防范的公共安全場所。5.本裝置可根據需要配置不同大小的射線源和探測器陣列，使用方便可靠，且價格更便宜、更實惠，更適合中國國情和發展中國家需求。
四
圖1是本發明的結構示意圖。圖2是使用本檢測裝置進行檢測時的正視圖，其中被檢測物包括水等非違禁品及炸藥、汽油等違禁品。圖3是圖2的側視圖。圖4是L形結構的單源X射線安檢裝置康普頓散射探測采傳系統組件圖。圖中，1.工控機，2.底座，3.康普頓背散射探測器陣列，4.傳動機支架，5.背散射探測后準直器，6.背散射探測器輻射屏蔽層，7.傳送帶，8.X射線源，9.非對稱扇形平行透射光子束，10.康普頓背散射平行光子束，11.L形透射探測器陣列，12.安檢通道，13.透射探測后準直器，14.X射線源扇形前準直器，15.前散射探測后準直器，16.康普頓前散射平行光子束，17.康普頓前散射探測器陣列，18.前散射探測器輻射屏蔽層，19.側蓋板，
20.頂蓋板，21.被測物，22.被測物中的炸藥等違禁品，23.水、織物等非違禁品，24.汽油等易燃品。圖中，康普頓背散射探測器陣列3、康普頓前散射探測器陣列17，透射探測器陣列11安裝在DH控制板上，設有USB通用接口。
五具體實施方式附圖給出了本發明的實施例。在本實施例中，發明的L形結構的單源X射線安檢裝置的結構參見附圖1。[0033]全部測量與控制共用I臺工控機1，工控機安裝在安檢通道12下方、安檢裝置底座2的后側。X射線源8作為透射測量與康普頓前散射、背散射測量的共用射線源。本例選用一臺國產的體積較小、穩定性高、非對稱寬扇形角的200W X射線機為共用射線源。X射線源8及其X射線源扇形前準直器14安裝在安檢通道外一側的中間。L形透射探測器陣列11及其透射探測后準直器13安裝在安檢通道12外的正上方和通道外的左右兩側上端，L形透射探測器陣列11與X射線源8經過扇形前準直器的非對稱扇形透射光子束9構成透射測量及成像的幾何學結構。康普頓背散射探測器陣列3與康普頓前散射探測器陣列17上下平行。康普頓背散射探測器陣列3及其背散射探測后準直器5安裝在通道傳送帶的下面，康普頓背散射探測器陣列3與被測物品上射出的康普頓背散射平行光子束10構成康普頓背散射測量及成像的幾何學結構。康普頓前散射探測器陣列17及其前散射探測后準直器15安裝在安檢通道的正上方，康普頓前散射探測器陣列與被測物品上射出的康普頓前散射平行光子束16構成康普頓前散射測量及成像的幾何學結構。在背散射探測器、前散射探測器與透射探測器之間分別設置較厚的輻射屏蔽層6和18，屏蔽透射光子對康普頓光子測量的干擾和影響，用以解決透射檢測與康普頓背散射、前散射檢測過程中共用I臺X射線源互相干擾的問題。參見附圖2、3。被檢測物在經過檢測傳送帶時，本檢測裝置分別將分別進行X射線透射和康普頓散射檢測，分別采用X射線透射檢測出武器、刀具等金屬違禁品，采用康普頓散射檢測毒品、炸藥等違禁品，且確保兩種檢測互不干擾、結構準確。檢測過程是:當被檢測物進入安檢通道后，本裝置啟動光機和傳送控制，在檢測軟件的控制下，進行透射檢測數據TR和康普頓散射基礎數據CS的采集，采集的數據將進行圖像顯示、TR輪廓提取、圖像特征提取和刻度庫數據的比對，最后，將結果輸出，去掉偽彩色后的圖像中，如沒有發現違禁品直接放行，如有違禁品則報警。透射測量:當隱藏有金屬武器、刀具、炸藥、毒品的被測物21放到安檢通道12的入口的傳送帶7上后，傳送到通道透射測量區域時，X射線源8并經過前準直器14的非對稱扇形光子束穿過被測物后發出的透射光子束9，由L形透射探測器陣列11進行透射掃描測量，獲得被測物21中各種物品的形狀大小及其密度厚度信息，由此測出清晰的透射圖像，顯示為灰度圖像。根據被測物中不同材料屬性、原子序數范圍，將圖像著成藍、綠、橙三種顏色，由此測出被測物21中隱藏的金屬武器、刀具等違禁品。康普頓散射測量:當被測物21在傳送帶7上傳送到通道緊靠著透射測量區域的康普頓散射測量區域時，從被測物品上射出的康普頓背散射光子束10經背散射探測后準直器5由背散射探測器陣列3進行背散射掃描測量；同時，從被測物品上射出的前散射平行光子束16經前散射探測后準直器15由康普頓前散射探測器陣列17)進行前散射掃描測量。由背散射與前散射測量結果獲得被測物21中隱藏炸藥22、毒品、汽油24等違禁品的密度、有效原子系數信息，用康普頓背散射、前散射測量與透射測量相結合進行數據處理成像，進一步將Zrff〈10的有效原子系數低，其密度又比織物、塑料等日常用品大而顯橙色的物質顯示成紅色、黃色，如炸藥、毒品等危險品；又根據水、飲料等非違禁品23與汽油、酒精等易燃品24的密度、等效原子系數差異將其汽油等易燃品顯示為粉紅色。[0042]測試結果:X射線透射安檢裝置只能檢查出用金屬武器、刀具等，難于分辨織物、塑料、炸藥、毒品等有效原子系數低的物質。用本發明的L形結構的單源X射線透射與背散射安檢裝置能同時檢測出金屬武器、刀具、炸藥、毒品、汽油等有效原子系數低的違禁品，可以大幅度提聞安檢質量。本實施例中，L形結構的單源X射線安檢裝置的L形透射探測器陣列11采用象數尺寸為1.6X2.0mm2微型硅光電二極管(S1-PIN)和碘化銫(CsI(Tl))閃爍晶體制成的具有國際標準接口的探測器組件。康普頓背散射探測器陣列3和前散射探測器陣列17是自行研制的象數尺寸為5.8X5.8_2小型硅光電二極管(S1-PIN)和碘化銫(CsI(Tl))閃爍晶體制成具有國際標準接口的探測器組件。參見附圖4。透射和康普頓散射測量數據采傳系統分別由64、16路低噪聲前置放大器、主放大器、多路模擬信號采集模塊、模數變換器、可編程數據處理電路、USB接口、低噪聲電源等組成，結構簡單、采集、傳輸可靠。
權利要求1.一種L形結構的單源X射線透射與康普頓散射安檢裝置，安裝在行李安檢機上，行李安檢機包括機架、裝置底座(2)、左右側壁、頂蓋板(20)、安檢通道(12)、傳送帶(7)，其特征在于:采用非對稱寬扇形角的X射線源(8)和L形透射探測器陣列(11)，透射測量與康普頓前散射、背散射測量共用一臺X射線源(8)，全部測量與控制共用一臺工控機(I);工控機(I)安裝在底座(2)的一側后方；在康普頓背散射探測器陣列(3)、康普頓前散射探測器陣列(17)與L形透射探測器陣列(11)之間設置較厚的輻射屏蔽層(6、18)； 非對稱寬扇形角的X射線源(8 )及其扇形前準直器(14 )安裝在安檢通道外一側的中間并高于傳送帶(7)，L形透射探測器陣列(11)及其透射探測后準直器(13)安裝在安檢通道的正上方和通道的左右兩側上端，L形透射探測器陣列(11)與X射線源經過扇形前準直器(14)的非對稱扇形透射光子束(9)構成透射測量及成像的幾何學結構；康普頓背散射探測器陣列(3)安裝在通道傳送帶的下面，康普頓背散射探測器陣列(3)與被測物品上射出的康普頓背散射平行光子束(10)構成康普頓背散射測量及成像的幾何學結構；與康普頓背散射探測器陣列(3)上下平行的康普頓前散射探測器陣列(17)安裝在安檢通道的正上方，康普頓前散射探測器陣列(17)與被測物品上射出的康普頓前散射平行光子束(16)構成康普頓前散射測量及成像的幾何學結構。
2.如權利要求1所述的安檢裝置，其特征在于:所述L形透射探測器陣列(11)的高度和寬度、上下平行的康普頓背散射與前散射探測器陣列(3、17)的長度根據實際需要變化而不同的。
3.如權利要求1所述的安檢裝置，其特征在于:X射線源(8)采用體積小、穩定性高、扇形角寬的200W X射線機。
4.如權利要求1所述的安檢裝置，其特征在于:工控機安裝在裝置底座(2)的左側后方。
5.如權利要求1所述的安檢裝置，其特征在于:康普頓背探測器陣列(3)、康普頓前散射探測器陣列(17)是采用硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成的，具有國際標準接口 ；L形透射探測器陣列(11)是采用硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成的探測器組件，具有國際標準接口。
6.如權利要求1所述的安檢裝置，其特征在于:康普頓散射測量數據采傳系統是由16路低噪聲前置放大器、主放大器、多路模擬信號采集模塊、模數變換器、可編程數據處理電路組成，設置USB接口輸出；透射測量數據由64路低噪聲前置放大器、主放大器、多路模擬信號采集模塊、模數變換器、可編程數據處理電路組成，設置USB接口輸出。
7.如權利要求5所述的安檢裝置，其特征在于:所述康普頓探測器陣列(3、17)采用成象數尺寸為5.8X5.8mm2的小型硅光電二極管和碘化銫閃爍晶體制成具有國際標準接口的小型探測器組件。
專利摘要L形結構的單源X射線透射與康普頓散射安檢裝置。透射測量與康普頓散射測量共用一臺X射線源。測量控制共用一臺工控機。在康普頓散射探測器與L形透射探測器之間設置較厚的輻射屏蔽層。由X射線源與L形結構透射探測器陣列構成透射測量及成像的幾何學結構；由扇形透射光子束在經過被測物而射出的經后準直器的背散射平行光子束與康普頓背散射探測器陣列構成背散射測量及成像的幾何學結構；由扇形透射光子束在經過被測物而射出的經后準直器的前散射平行光子束與康普頓前散射探測器陣列構成前散射測量及成像的幾何學結構。本裝置價格更便宜、檢測速度更快、靈敏度更高，能同時檢測出金屬武器、炸藥、毒品等不同類型的違禁品，適用于重要的大型安檢場所。
文檔編號G01N23/20GK202994690SQ201220612448
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者周永, 黃寧, 丁厚本, 安竹, 吳慶新, 陳旭, 吳章文, 鄧偉成, 張珍, 王鵬, 范軼翔, 李彩袖 申請人:四川大學