BR112014019597B1

BR112014019597B1 - Sistema de raio x e sistema de inspeção raio x para varrer carga móvel

Info

Publication number: BR112014019597B1
Application number: BR112014019597-8A
Authority: BR
Inventors: Edward James Morton
Original assignee: Rapiscan Systems, Inc
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2022-03-03
Also published as: US20210373192A1; US9274065B2; US11852775B2; EP3570014B1; KR102041653B1; AU2013217614B2; CN104254769B; GB2513069A; EP2812679A4; KR20140120907A; CN104254769A; WO2013119423A1; US20210011190A1; US11119245B2; GB201413856D0; EP3570014A1; PL2812679T3; EP2812679B1; CA2864078C; PL3570014T3

Abstract

SISTEMA DE INSPEÇÃO DE SEGURANÇA DE ALTA VELOCIDADE. A presente especificação descreve um sistema de varredura de alta velocidade para varredura de carga transportada por trilho. O sistema utiliza um sensor de raios X bidimensional com, em uma modalidade, uma geometria de raios X de cone de feixe. A taxa de pulso da fonte de raios X é modulada com base na velocidade de carga movendo para permitir que a distância percorrida pela carga entre os pulsos de raios X ser igual à largura do detector, para uma fonte de energia única, e a metade a largura do detector de uma fonte de energia dupla. Isso garante temporização precisa entre a exposição a raios X e a velocidade do objeto passando, e assim, varredura precisa da carga mesmo a altas velocidades.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA

[001] Este pedido baseia-se no Pedido de Patente Provisório No. US 61/596.648, depositado em 8 de fevereiro de 2012 para prioridade, e é aqui incorporado por referência.

CAMPO

[002] A invenção refere-se geralmente aos sistemas de segurança para rastreio de ameaças e contrabando contidos em veículos, e mais especificamente, para rastreio de carga transportada em um sistema ferroviário de alta velocidade, como um carro de carga ferroviário. FUNDAMENTOS

[003] A expedição física de materiais, incluindo a expedição de correspondência, mercadorias, matérias primas e outros bens, é parte integrante de qualquer economia. Normalmente, os materiais são enviados em um tipo de contenção de expedição ou caixa de carga. Essas contenções ou caixas incluem semirreboques, caminhões de grande porte, e vagões ferroviários bem como contêineres intermodais que podem ser carregados em navios de contêineres ou aviões de carga. No entanto, tais contêineres de expedição ou de carga podem também ser usados para o transporte de contrabando ilegal. A detecção dessas ameaças requer um sistema de controle seguro e preciso, mas que também é altamente eficiente, de modo a não impor um atraso excessivo ou carga de processamento em volumes muito elevados de mercadorias.

[004] Em particular, existe um requisito para rastreio automatizado de carga transportada pelo trem para efeitos de inspeção de segurança. Esta carga é tipicamente na forma de contêiner, em que o contêiner tem um tamanho e uma forma padrão. Trens que transportam contêineres de carga tipicamente viajam em alta velocidade (no intervalo de 20 km/h a 150 km/h); por conseguinte, o processo de inspeção de segurança deve ser capaz de ser realizado nestas elevadas velocidades, sem interferir com o fluxo de comércio. Além disso, o sistema não deve expor qualquer trabalhador que pode estar presentes no trem de carga à radiação, tal como motorista ou guarda, enquanto exposição de radiação para um indivíduo que pode estar escondido dentro da carga deve ser reduzida para um nível razoavelmente baixo.

[005] Processos de varredura conhecidos para inspeção de carga em contêineres incluem varredura de raios X, análise química de vapor emitindo da carga, ouvir o som da carga para detectar objetos vivos e, eventualmente, busca de intervenção manual da carga por um ou mais funcionários da segurança.

[006] Mais comum em quase todas as regiões do mundo é o uso de varredura de raios X para varredura de carga em contêineres. Aqui, uma variedade de sistemas foram desenvolvidos, incluindo scanners móveis (que passam o objeto sob investigação durante varredura), scanners baseados em reboque (onde o veículo sob inspeção passa através da zona de inspeção), scanners baseados em pórtico (que passam ao longo de trilhos o objeto sob inspeção durante uma varredura) e scanners modo portal (onde um veículo passa através do scanner e quer todo o veículo ou apenas a carga é varrida).

[007] A maioria dos sistemas de varredura de raios X ou usa um acelerador linear ou um tubo de raios X para produzir a radiação penetrante necessária dentro de um feixe em leque firmemente colimado de raios X. Sistemas de acelerador lineares usam energias tipicamente no intervalo de 1 MV a 9 MV enquanto os sistemas baseados em tubo de raios X usam energias no intervalo de 100 kVp a 450 kVp. Fontes de radiação alternativas incluem materiais emissores de raios gama, como Co-60 ou Cs-137 ou fontes de raios X como betatrons. Ocasionalmente, fontes de nêutrons são usadas para varredura de cargas, incluindo fontes isotópicas como Am-Be ou Cf-252 ou fonte eletrônica como geradores de nêutrons pulsados D-D ou D-T.

[008] Em cada caso, a velocidade de varredura do sistema é limitada por fatores como a taxa de pulso alcançável do acelerador linear, ou a taxa de dose permitida entre o tubo de raios X para fornecer penetração suficiente da carga fornecendo simultaneamente varredura segura da carga ocupada.

[009] Sistemas conhecidos por aqueles peritos na arte operam em velocidades de varredura inferiores a 15 km/h para preservar a qualidade de imagem aceitável. Esta velocidade é determinada pela taxa de pulso a partir da fonte de raios X de feixe em leque e a largura relativamente estreita da matriz de sensor de raios X.

[0010] Há, portanto, uma necessidade de um sistema de varredura que não é limitado no fornecimento de velocidades de varredura mais elevadas que são necessárias para rastreio de carga em vagões ferroviários. Além disso, esse sistema de varredura é necessário para manter a excelente qualidade de imagem independentemente da velocidade de varredura.

SUMÁRIO

[0011] Em uma modalidade, o sistema descrito na presente especificação vantajosamente usa um sensor de raios X bidimensional combinado com uma geometria de raios X de feixe cônico. O sistema de varredura descrito na presente especificação permite ainda detecção de ameaça máxima com alarmes falsos mínimos, e, assim, rendimento aumentado.

[0012] Em uma modalidade, o sistema de varredura descrito na presente especificação reconhece vantajosamente que a temporização precisa entre a exposição de raios X e a velocidade do objeto passando é crítica e depende da largura da matriz bidimensional de sensores de raios X.

[0013] Em uma modalidade, a presente especificação é um sistema de inspeção de raios X para varredura de carga viajando a uma velocidade elevada, compreendendo: uma fonte de raios X de alta energia para gerar um feixe de raios X para irradiar a carga, pelo menos uma matriz de detector para receber os sinais de feixe de raios X transmitidos através da carga varrida, em que referida fonte de raios X e referido detector são colocados nos lados opostos de uma zona de inspeção, e um sistema de controle para modular referida fonte de raios X, de tal modo que a taxa de pulso da fonte de raios X é em proporção direta com a velocidade da carga passando.

[0014] Em uma modalidade, a presente especificação é dirigida para um sistema de raios X para varredura de carga, o sistema compreendendo: uma fonte de raios X para gerar um feixe cônico de raios X para irradiar a carga; pelo menos uma matriz de detector bidimensional para receber os sinais de feixe de raios X transmitidos através da carga varrida, em que referida fonte de raios X e referido detector são posicionados em lados opostos da carga; um sistema de movimento para transportar a carga através do feixe de sistema de raios X ao longo de uma trajetória linear perpendicular ao plano do feixe de raios X; e um sistema de controle para modular referida fonte de raios X, de tal modo que a taxa de pulso da fonte de raios X é em proporção direta com a velocidade da carga passando.

[0015] Em uma modalidade, a fonte de raios X do sistema de presente invenção é uma fonte de energia única.

[0016] Em uma modalidade, a taxa de pulso é modulada de modo que a distância percorrida pela carga entre pulsos de raios X é igual à largura do detector.

[0017] Em uma outra modalidade, a fonte de raios X é uma fonte de energia dupla. Neste caso, a taxa de pulso é modulada de modo que a distância percorrida pela carga entre pulsos de raios X é igual a metade da largura do detector.

[0018] Em uma modalidade, o sistema de movimento compreende um trem.

[0019] Em uma outra modalidade, o sistema de movimento compreende um caminhão.

[0020] Opcionalmente, o sistema de raios X é usado para varrer carga transportada por trilho.

[0021] Opcionalmente, o sistema de presente especificação descreve ainda um colimador para rejeitar radiação dispersa a partir da matriz de detector.

[0022] Opcionalmente, o sistema de controle é localizado remoto para referido sistema de varredura.

[0023] Em uma outra modalidade, a presente especificação é dirigida para um sistema de raios X para varrer carga transportada por trem viajando em uma velocidade elevada, o sistema compreendendo: uma fonte de raios X para gerar um feixe de raios X para irradiar a carga; pelo menos uma matriz de detector para receber os sinais de feixe de raios X transmitidos através da carga varrida, em que referida fonte de raios X e referido detector são posicionados em lados opostos de uma zona de inspeção; e um sistema de controle para modular referida fonte de raios X, de tal modo que a taxa de pulso da fonte de raios X é em proporção direta com a velocidade da carga passando.

[0024] Em uma modalidade, a fonte de raios X é uma fonte de energia única.

[0025] Em uma modalidade, a taxa de pulso é modulada de modo que a distância percorrida pela carga entre pulsos de raios X é igual à largura do detector.

[0026] Em uma outra modalidade, a fonte de raios X é uma fonte de energia dupla. Neste caso, a taxa de pulso é modulada de modo que a distância percorrida pela carga entre pulsos de raios X é igual a metade da largura do detector.

[0027] Em uma modalidade, a carga é iluminada por raios X de baixa energia e de alta energia alternadamente para alcançar caracterização de material.

[0028] Opcionalmente, o sistema de raios X compreende ainda um sistema para adquirir imagens ópticas da carga. Além disso, opcionalmente, um contêiner de carga é varrido se um código de contêiner válido é reconhecido a partir de sua imagem óptica.

[0029] Opcionalmente, o sistema de controle compreende ainda um sistema para determinar velocidade da carga passando.

[0030] Opcionalmente, o sistema de controle é localizado remoto para referido sistema de varredura.

[0031] A presente especificação também está dirigida para um sistema de raios X para varrer movimento de carga, o sistema compreendendo: uma fonte de raios X para gerar um feixe cônico de raios X para irradiar a carga móvel, em que a carga móvel desloca ao longo de uma trajetória linear perpendicular ao plano do feixe cônico de raios X; pelo menos uma matriz de detector bidimensional para receber o feixe cônico de raios X transmitidos através da carga móvel, em que referida fonte de raios X e referida pelo menos uma matriz de detector são posicionadas em lados opostos da carga móvel; um sensor para medir uma velocidade da carga móvel; e um sistema de controle para receber dados indicativos de referida velocidade a partir do sensor e modular pelo menos uma taxa de pulso e nível de energia do feixe cônico de raios X com base na velocidade da carga móvel e uma dimensão da referida matriz de detector.

[0032] Em uma modalidade, a fonte de raios X é uma fonte de energia única. Em uma modalidade, o sistema de controle modula a taxa de pulso tal que uma distância percorrida pela carga móvel entre pulsos de raios X é substancialmente igual à largura da matriz de detector.

[0033] Em uma outra modalidade, a fonte de raios X é uma fonte de energia dupla. Em uma modalidade, o sistema de controle modula a taxa de pulso tal que a distância percorrida pela carga móvel entre pulsos de raios X é substancialmente igual a metade da largura do detector.

[0034] Em uma modalidade, a carga móvel é impulsionada ao longo da referida trajetória por um trem.

[0035] Em uma outra modalidade, a carga móvel é impulsionada ao longo da referida trajetória por um caminhão.

[0036] Em uma modalidade, o sistema de raios X compreende ainda um colimador posicionado junto à referida matriz de detector para rejeitar radiação dispersa a partir da matriz de detector. Em uma modalidade, o colimador compreende uma pluralidade de folhas de colimador configuradas em uma pluralidade de linhas e colunas para formar uma grade.

[0037] Em uma modalidade, o sistema de controle é localizado remoto do sistema de varredura.

[0038] A presente especificação também é dirigida para um sistema de inspeção de raios X para varrer cargas movendo transportadas por trem viajando em uma velocidade elevada, o sistema compreendendo: uma fonte de raios X para gerar sinais de feixe de raios X para irradiar a carga móvel; pelo menos uma matriz de detector para receber os sinais de feixe de raios X transmitidos através da carga móvel, em que referida fonte de raios X e referido detector são posicionados em lados opostos do referido trem para formar uma zona de inspeção; e um sistema de controle para modular referida fonte de raios X, de tal modo que o controlador modula pelo menos um da taxa de pulso e o nível de energia da fonte de raios X com base na função de uma velocidade de carga móvel e uma largura da matriz de detector.

[0039] Em uma modalidade, a fonte de raios X é uma fonte de energia única. Em uma modalidade, o sistema de controle modula a taxa de pulso tal que uma distância percorrida pela carga móvel entre pulsos de raios X é igual à largura do detector.

[0040] Em uma outra modalidade, a fonte de raios X é uma fonte de energia dupla. Em uma modalidade, o sistema de controle modula a taxa de pulso tal que a distância percorrida pela carga móvel entre pulsos de raios X é igual a metade da largura do detector. Em uma modalidade, o sistema de controle faz a fonte de raios X alternar entre uma emissão de feixe de raios X de alta energia e uma emissão de feixe de raios X de baixa energia alternadamente para gerar dados indicativos das características do material dentro de referida carga móvel.

[0041] Em uma modalidade, o sistema de raios X compreende ainda um sistema para adquirir imagens ópticas da carga móvel. Em uma modalidade, o sistema de controle recebe dados ópticos do referido sistema para adquirir imagem óptica e, com base nos dados ópticos, determina se referida carga móvel deve ser verificada com referidos sinais de feixe de raios X.

[0042] Em uma modalidade, o sistema de controle compreende ainda um sistema de sensor para determinar velocidade da carga móvel.

[0043] Em uma modalidade, o sistema de controle é localizado remoto para referido sistema de varredura.

[0044] As modalidades da presente acima mencionadas e outras serão descritas em maior detalhe nos desenhos e descrição detalhada fornecida abaixo. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0045] Estas e outras características e vantagens da presente invenção serão apreciadas, à medida que se tornam melhor entendidas por referência à seguinte descrição detalhada quando considerada em conexão com os desenhos anexos, em que:

[0046] A Figura 1 fornece uma visão geral da geometria do sistema, de acordo com uma modalidade do sistema descrito na presente especificação;

[0047] A Figura 2 ilustra uma vista de topo de uma zona de inspeção, como mostrado na Figura 1;

[0048] A Figura 2a é uma plotagem gráfica de taxa de pulso em função da velocidade da carga sob inspeção;

[0049] A Figura 3a ilustra um arranjo exemplar para uma instalação de faixa única do sistema de varredura descrito na presente especificação;

[0050] A Figura 3b ilustra um arranjo exemplar para uma instalação de sistema de duas faixas do sistema de varredura descrito na presente especificação;

[0051] A Figura 4a ilustra uma modalidade de um conjunto de colimador utilizado para rejeitar radiação dispersa a partir da matriz de detector;

[0052] A Figura 4b ilustra uma outra modalidade de um conjunto de colimador utilizado para rejeitar radiação dispersa a partir da matriz de detector;

[0053] A Figura 4c ilustra uma outra modalidade de um conjunto de colimador utilizado para rejeitar radiação dispersa a partir da matriz de detector;

[0054] A Figura 4d ilustra uma outra modalidade de um conjunto de colimador utilizado para rejeitar radiação dispersa a partir da matriz de detector;

[0055] A Figura 5 é um gráfico mostrando discriminação de material entre materiais de alto número atômico (Alto-Z) e baixo número atômico (Baixo-Z);

[0056] A Figura 5a ilustra imagens de dupla energia, de acordo com uma modalidade do sistema descrito na presente especificação;

[0057] A Figura 6 fornece um esquema representativo de um sistema de varredura de trem de acordo com uma modalidade do sistema descrito na presente especificação;

[0058] A Figura 7 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de controle, de acordo com uma modalidade do sistema descrito na presente especificação;

[0059] A Figura 8 é um diagrama que ilustra um processo de varredura exemplar; e

[0060] A Figura 9 é um diagrama que ilustra uma instalação de rede remota exemplar do sistema descrito na presente especificação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0061] Em uma modalidade, a presente especificação divulga sistemas e métodos para a detecção de contrabando e ameaças na carga transportada por um trem que viaja em uma estrada de ferro, usando um projeto de sistema de varredura que é capaz de fornecer velocidades de varredura mais altas, na faixa de 20 km/h a 150 km/h. O sistema de varredura descrito na presente especificação também produz uma excelente qualidade de imagem, apesar da alta velocidade de varredura.

[0062] Em uma modalidade, o sistema descrito na presente especificação vantajosamente usa um sensor de matriz bidimensional de raios X combinado com uma geometria de raios X de feixe cônico, em vez de projetar um feixe em leque de raios X firmemente colimado em uma coluna estreita de sensores como está disponível na técnica anterior. O sistema de varredura descrito na presente especificação permite ainda a detecção de ameaça máxima com alarmes falsos mínimos, e, assim, rendimento aumentado.

[0063] Em uma modalidade, o sistema de varredura descrito na presente especificação reconhece vantajosamente que a temporização precisa entre a exposição de raios X e a velocidade do objeto passando é crítica e depende da largura da matriz bidimensional de sensores de raios X.

[0064] A presente especificação é dirigida a várias modalidades. A seguinte descrição é fornecida para permitir uma pessoa com conhecimentos normais na arte praticar a invenção. Linguagem utilizada na presente especificação não deve ser interpretada como uma negação geral de qualquer modalidade específica, ou usada para limitar as reivindicações além do significado dos termos aqui utilizados. Os princípios gerais definidos aqui podem ser aplicados para outras modalidades e aplicações sem se afastar do espírito e âmbito da invenção. Além disso, a terminologia e fraseologia utilizadas têm a finalidade de descrever modalidades exemplares e não deverão ser consideradas como limitativas. Assim, a presente invenção deve ser atribuída com o mais amplo escopo englobando numerosas alternativas, modificações e equivalentes consistentes com os princípios e as características descritas. Para efeitos de clareza, detalhes respeitantes ao material técnico que é conhecido nos campos técnicos relacionados com a presente invenção ainda não foram descritos em detalhes de modo a não obscurecer desnecessariamente a presente invenção.

[0065] Uma visão geral sobre a geometria do sistema é fornecida na Figura 1. Com referência à Figura 1, uma fonte de raios X de acelerador linear 101 é mostrada irradiando um feixe cônico de raios X 102 para uma matriz de detector de raios X bidimensional 103. A matriz de detector 103 e a fonte de raios X 101 são localizadas nos lados opostos de uma zona de inspeção, que em uma modalidade é a área em torno de via férrea 104 através da qual um trem com contêineres de carga se desloca. Embora a invenção seja descrita na presente especificação no contexto de varredura automatizada da carga transportada por trilho, um perito na arte apreciaria que o sistema mostrado na Figura 1 pode ser aplicado para varrer carga em qualquer veículo, e implementado em qualquer configuração como configuração móvel, de reboque, de pórtico e de portal, como requerido pela aplicação.

[0066] Em uma modalidade, o sistema de inspeção de raios X funciona com a carga móvel em um percurso substancialmente linear à medida que passa através da zona de varredura. Para permitir verificação exata da carga passando na faixa de trilho entre a fonte de raios X e o detector, a presente invenção garante temporização precisa entre a exposição de raios X e a velocidade de objeto passando. Esta temporização crítica é, por sua vez, dependente da largura da matriz bidimensional de sensores de raios X. A Figura 2 mostra uma vista da zona de inspeção 202 a partir de cima, olhando para baixo para o plano da faixa 201. Como pode ser visto a partir da Figura, é necessário que a distância que a carga desloca entre pulsos de raios X 203 seja substancialmente, e em uma modalidade exatamente correspondida pela largura do detector 204, para um sistema de energia única. No caso de um sistema de dupla energia, a distância mínima deve ser exatamente igual a metade da largura do detector. Recomenda-se a utilização de imagens de dupla energia para melhor qualidade de imagem uma vez todas as regiões do objeto sob inspeção são totalmente analisadas neste caso, e deste modo, em uma modalidade, o sistema da presente invenção utiliza uma fonte de raios X de dupla energia.

[0067] Portanto, o pulso de raios X é temporizado para pulsar com base na velocidade de carga passando e com base no tamanho de detector conhecido, de tal modo que a distância que a carga viaja entre pulsos é substancialmente igual à largura de detector, ou alguma porção da mesma. Deve ser entendido que os sistemas de controlador usados para operar a fonte de raios X e o sistema de processamento utilizado para processar dados detectados podem ser pré- programados com a largura conhecida do detector, metade da largura conhecida do detector, ou alguma outra dimensão relacionada ao detector.

[0068] Em um outro aspecto da invenção, o sistema de controle que aciona a fonte de raios X modula a taxa de pulso da fonte de raios X na proporção direta para a velocidade da carga passando. Isto é mostrado na Figura 2A, que plota taxa de pulso 210 em função da velocidade da carga 211. O gradiente deste gráfico é uma simples função da largura da matriz de detector, isto é, maior a matriz de detector, menor o gradiente do gráfico.

[0069] Como um exemplo, considere que um trem está movendo através do sistema em 100 km/h. Isto é equivalente a uma velocidade de 27,8 m/s. Para uma fonte de raios X com taxa de pulso máxima de 300 Hz, a largura da matriz de detector dimensionada para o centro da carga deve ser de 27,8 m/s dividida por 300, o que é igual a 0,093 m, no caso de imagens de energia única ou 0,185 m no caso de imagens de dupla energia. O mesmo cálculo simples pode ser usado para calcular a taxa de pulso ou a largura de detector em qualquer outra situação. Como um exemplo, para um sistema de energia dupla com largura de detector de 0,185 m dimensionada para o centro de carga, em seguida, em uma velocidade de varredura de 50 km/h, a taxa de pulso de acelerador linear (Linac) deve ser de 150 Hz.

[0070] Em uma modalidade, a resolução espacial do sistema é especificada a fim de determinar o número de elementos de detector que são necessários na matriz bidimensional de detectores, depois de determinar a largura necessária da matriz de detector. Por exemplo, se uma resolução de grade de 4 mm é necessária na imagem gerada em 100 km/h com uma taxa de pulso máxima de 300 Hz em um sistema de imagens de dupla energia, então a largura de elemento de detector individual dimensionada para o centro de carga deve ser não mais do que 4 mm, de modo que requer pelo menos (185/4) = 47 detectores ao longo da largura da matriz de detector.

[0071] Para minimizar o custo da matriz de detector de raios X, é razoável reduzir a ampliação do sistema para assegurar que a largura da matriz de detector de raios X está tão perto quanto possível da sua largura dimensionada para o centro de carga. Portanto, como mostrado na Figura 3a, em uma modalidade a fonte de raios X 301 é localizada longe da carga 302, enquanto a matriz de detector 303 é colocada perto da carga. Isto é porque quanto mais feixes de raios X individuais dentro do feixe cônico 304 são paralelos, melhor é a qualidade da imagem final por causa da reduzida paralaxe entre projeções adjacentes na imagem de raios X. No entanto, quanto mais afastada a fonte de raios X é a partir da carga, mais a redução da intensidade do sinal devido à lei de quadrado inverso. Isto leva a um menor desempenho de penetração da imagem de raios X para uma dada intensidade de fonte. Assim, há uma troca entre qualidade de imagem, desempenho de penetração e, finalmente, questões de proteção de radiação. Esta troca é tipicamente analisada por um especialista na matéria, dadas as limitações específicas do local de instalação e requisitos de performance de imagem necessários.

[0072] Como mostrado na Figura 3a, uma matriz de detector reta única 303 é utilizada em uma instalação de trilho único utilizada para varredura de uma única unidade de carga 302 de cada vez. A Figura 3b mostra um sistema de faixa dupla para varredura simultânea de duas unidades adjacentes de carga, 312 e 322. Nesta modalidade, o sistema de faixa dupla é mais vantajosamente servido por duas seções da matriz de detector - uma seção vertical 323 em combinação com uma matriz de seção inclinada 313. Em uma modalidade alternativa, uma única seção de matriz curva pode ser utilizada em vez de uma combinação de uma seção de matriz inclinada e vertical. Por conseguinte, a fonte de raios X 392 é dirigida para, e alinhada com, uma primeira matriz de detector 323, posicionada verticalmente (ou perpendicularmente) em relação a uma superfície de chão, e uma segunda matriz de detector 313, posicionada acima da primeira matriz de detector e em um ângulo agudo em relação à superfície de solo na direção da fonte de raios X 392.

[0073] Um perito na arte reconhecerá que os raios X interagem com matéria através de vários mecanismos no intervalo de energia de interesse, que é de 50 keV a 9 MeV. Os mecanismos mais importantes neste contexto são dispersão de Compton, absorção fotoelétrica e produção de pares. Ambos os efeitos de absorção fotoelétrica e de produção de pares resultam na perda de um raio X do feixe primário com reemissão de radiação de energia mais baixa (raios X característicos e raios gama de 511 KeV, respectivamente). No entanto, dispersão de Compton resulta tanto em mudança de energia e direção do raios X incidentes. Assim, um raio X que estava previamente viajando ao longo de um percurso pode ser desviado para mover ao longo de um novo caminho. Estes raios X espalhados podem interagir com a matriz de detector ampla que é o objeto da presente invenção, resultando em uma redução no contraste radiográfico. Isto tem um impacto negativo no desempenho geral do sistema.

[0074] Para contrariar este efeito negativo, em um outro aspecto da presente invenção, é fornecido um colimador que é utilizado para rejeitar radiação dispersa a partir da matriz de detector. Isso melhora contraste de imagem e em última análise também desempenho de penetração do sistema. A Figura 4a mostra duas folhas, 401 e 402, de um material adequadamente atenuante que são cortadas ou de outra forma maquinadas para estruturas tipo pente. Materiais adequados para tais folhas incluem tungstênio puro, ligas de tungstênio, e ligas de chumbo ou outro material de alto Z, que pode ser facilmente maquinado, tais como molibdênio ou aço. A espessura das folhas atenuantes depende de fatores tais como o passo de detector, o espaçamento entre elementos de detector individuais dentro da matriz de detector e a distribuição espectral de energias de raios X produzidas por uma fonte de raios X. Em uma modalidade, depois de considerar todos os fatores acima referidos, a espessura das folhas atenuantes 401, 402 é escolhida para estar no intervalo de 0,3 mm a 1,5 mm.

[0075] As Figuras 4b, 4c e 4d mostram passos de montagem para fabricação de um colimador exemplar para uso na presente invenção. A Figura 4b mostra como as duas folhas mostradas na Figura 4a interligam para formar uma estrutura tipo transversal 403. A Figura 4c mostra como múltiplas folhas transversais 404 foram interligada utilizando uma única folha 405. A Figura 4d mostra uma matriz interligada bidimensional completa de folhas de colimador 406 empregue para cobrir todo o módulo do detector. Quando totalmente construída, em seguida, a matriz de folhas de colimador 406 compreende uma pluralidade de linhas e colunas formadas a partir de colimadores individuais 405, 404, em que a pluralidade de linhas e colunas cria uma pluralidade de espaços ocos, ou células.

[0076] Em uma modalidade opcional, espaçadores são fornecidos na base e no topo de cada coluna na matriz de folhas de colimador 406, para garantir que a abertura de colimador permaneça aberto, se o material em si tornar-se deformado seguindo maquinagem das ranhuras de interligação, conferindo assim resistência estrutural para a matriz de folhas de colimador. Estes espaçadores são, em uma modalidade, vantajosamente fabricados a partir de um material de baixa atenuação tal como plástico ou alumínio para minimizar seu impacto na imagem de raios X.

[0077] O desempenho do colimador é afetado pela proporção de comprimento para largura das aberturas de colimador individuais. Quanto mais elevada for a proporção de comprimento para largura, melhor a rejeição de dispersão do colimador; no entanto, uma tal modalidade é mais dispendiosa de fabricar. Uma proporção de comprimento para largura variando de 5 a 50 é ideal, e ainda mais especificamente, uma proporção de comprimento para largura de cerca de 20 é susceptível de ser encontrada para ter a melhor otimização de engenharia.

[0078] A fim de fornecer a melhor informação de diagnóstico, o scanner de segurança da presente invenção é fornecido com capacidade de discriminação de materiais. Aqui, coloração é aplicada a cada pixel na imagem. A cor é dependente do número atômico médio ao longo do caminho que os raios X seguiram a partir da fonte para o detector. Isto significa fazer uma medição de cada volume integrante através do objeto em duas energias diferentes, e comparar a transmissão do feixe de raios X em ambas as energias efetivas elevadas e baixas. O resultado é uma plotagem substancialmente como mostrado na Figura 5. H refere-se ao sinal de energia alta e L refere-se ao sinal de energia baixa. A diferença (H-L) 501 é plotada no eixo vertical e a soma (H + L) 502, ou o valor médio de H, L é plotada no eixo horizontal. O gráfico resultante mostra 503 materiais de baixo-Z e alto-Z distintamente. Em uma modalidade, o gráfico 503 é transformado em uma tabela de pesquisa para colorir pixels individuais para distinguir materiais na imagem. Além disso, alisamento pode ser aplicado à imagem para reduzir os efeitos de ruído de fóton conforme necessário.

[0079] Em um outro aspecto da presente especificação, a matriz de detector de feixe cônico mostrada nas Figuras 1 e 2 é disposta de modo que cada pixel da matriz de detector é irradiado duas vezes, uma vez com um feixe de alta energia e uma vez com um feixe de baixa energia para todo ponto na carga. A Figura 5 ilustra a forma como a invenção atual fornece capacidade de imagens de dupla energia. Referindo-se à Figura 5a, a matriz de detector completa 510 é primeiro iluminada por um feixe de raios X de alta energia 511. Uma vez que a carga tenha percorrido uma distância igual a metade da largura da matriz de detector, a totalidade da matriz de detector é novamente iluminada por um feixe de raios de baixa energia X 512. Portanto, existe uma região de sobreposição 513 entre os dois pulsos em energia diferente, o que constitui a base do sinal para caracterização de materiais. Dados da matriz precisam de ser rearranjados seguindo cada pulso de raios X de modo que metade dos dados a partir da matriz a partir do pulso dado vai para formar a imagem de separação de materiais com dados a partir da outra metade da matriz no pulso subsequente. A outra metade dos dados a partir do pulso dado é usada para combinar dados a partir do pulso anterior. Deve notar-se que um controlador, programado com a largura de detector e recebendo um sinal proveniente de um sensor de velocidade em relação à velocidade passando de carga, é utilizado para controlar a temporização, e seleção, de um pulso de alta energia e um pulso de baixa energia.

[0080] Em um outro aspecto da presente invenção, é necessário fornecer um sistema de controle preciso de tempo para assegurar que cada pulso de raios X ocorra exatamente no momento certo, este tempo dependente da velocidade atual da carga e se ou não a carga está presente na região do feixe de raios X. Como exemplo, considere um trem em movimento a 100 km/h. Isto equivale a uma distância de 93 mm por pulso a uma taxa de pulso de 300 Hz. O sistema de controle deve, portanto, ser capaz de garantir a estabilidade de pulso de melhor do que metade da resolução espacial do sistema, ou cerca de 2 % dessa distância (= (1/300) * 0,02 = 0,067 ms), com tempo de comutação de liga- desliga de feixe calculados para melhor do que metade do tempo de oscilação entre pulsos de raios X (ou seja, 1,5 ms em pulso de 300 Hz).

[0081] A Figura 6 apresenta um esquema representativo de um sistema de scanner de trem para operação nestas altas velocidades de varredura. Um trem chegando dispara um contador de eixo 601 que está instalado em faixa de trilho 602. O contador de eixo é um dispositivo confiável que pode fornecer informações de tempo bem como informações de velocidade e direção. Uma ou mais barreiras de infravermelho 603 são posicionadas acima da faixa. Quando a carga intercepta estes feixes de luz, um tempo preciso é derivado para o início da carga em relação ao último momento em que um eixo cruzou o contador de eixo. A mudança de estado de feixe de luz aciona um sistema de reconhecimento óptico 604 para capturar imagens a partir de um ou mais lados da carga. O sistema de reconhecimento óptico 604 também registra números de contêiner da carga passando.

[0082] A medida que o trem passa ao longo dos trilhos para a zona de varredura 606, o número de eixos vai começar a disparar o segundo contador de eixo 605 adjacente à zona de varredura. O sistema de controle calcula então o tempo em que a borda dianteira e traseira da carga irão passar através do feixe de raios X, tipicamente, para precisão de submilisegundos, referido ao eixo de mais recente cruzando. O sistema de controle então ativa um sinal de habilitação de raios X para forçar ligar e desligar o feixe de raios X a partir da fonte 607 nos momentos apropriados, o que é adequado detectado pela matriz de detector 608 no lado oposto da faixa 602.

[0083] A Figura 7 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de controle, de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema de controle inclui vantajosamente um microprocessador 701 com suporte eletrônico para registrar os tempos de eventos dos diversos sensores de sistema, incluindo sensores de IR 702, sistema de reconhecimento óptico 703 e contadores de eixo 1 e 2, 704 e 705, respectivamente. O microprocessador 701 usa essas entradas para calcular os tempos de liga e desliga de raios X 706. Paralelamente, um sistema de segurança padrão construído em torno de um controlador lógico de processo (PLC) 707 monitora a integridade dos circuitos de parada de emergência 708, circuitos de interligação de raios X associados 709 e sinais de habilitação de sistema acionados por operador para fornecer um ou mais sinais 710. O sinal 710 a partir do PLC 707 é fechado por uma porta AND 711 para fornecer a porta de liga-desliga de raios X para a fonte de raios X 712. O circuito da Figura 7 fornece baixa latência, temporização de oscilação baixa para os sinais de liga-desliga de raios X para atender as demandas de alta velocidade de inspeção.

[0084] Em um outro aspecto da presente especificação, os resultados do sistema de reconhecimento óptico são utilizados para determinar se ou não uma imagem de raios X pode ser adquirida para cada componente do trem. Aqui, os sensores de IR são usados para determinar o tempo de início e fim para cada objeto no trem incluindo locomotivas, vagões e outra carga fora de contêiner. Os sensores de IR acionam aquisição de imagens ópticas da carga que são analisadas por software de reconhecimento de código de contêiner automático. Se nenhum código de contêiner válido é reconhecido, nenhum raio X desta carga deve ser realizado. Se, no entanto, um código de contêiner válido é reconhecido, então a carga deve ser varrida. Este processo está sumariado com a ajuda de um exemplo na Figura 8. Aqui quatro cargas potenciais 801 são reconhecidas pelos feixes de IR. Cada carga possível é identificada com um número sequencial a medida que passa através da linha de entrada para o scanner. Em algum ponto mais tarde, o sistema de reconhecimento óptico volta com um resultado de inspeção 802, correlacionado com o número de carga de IR. Assim, para cada contêiner de carga, o reconhecimento óptico pode retornar um simples Sim ou Não, ou pode também incluir um nível de confiança no resultado da inspeção. Em uma modalidade, o nível de confiança representa um código que foi reconhecido com uma soma de verificação válida. Assim, por exemplo, uma confiança de 90 % ou mais indica que o código requerido foi corretamente reconhecido juntamente com uma soma de verificação válida. Menos do que este nível de confiança implicaria que um padrão de código válido foi reconhecido, mas com uma soma de verificação incorreta, ou seja, um ou mais caracteres foram lidos incorretamente.

[0085] Sempre que um resultado de inspeção de reconhecimento óptico positivo é recebido para uma determinada carga, e este resultado de inspeção é acompanhado de um nível de confiança satisfatório, em seguida, esta carga será então radiografada. A Figura 8 mostra um exemplo onde três das quatro possíveis cargas são inspecionadas uma vez que um resultado de reconhecimento óptico 803 retornou um "Não". Não há nenhuma verificação de raios X para o a carga "Não" 803, como se vê a partir da linha de varredura 805. Para maximizar confiabilidade de reconhecimento óptico, reconhece-se que mais do que um sistema de reconhecimento óptico pode ser utilizado para analisar os números de contêineres a partir de um único contêiner. Assim, em uma modalidade, o sistema utiliza dois sistemas de reconhecimento óptico visualizando cada lado do recipiente, com um terceiro monitoramento do número no telhado da carga. Mais sistemas de reconhecimento óptico utilizados, mais confiável o sistema se torna. Um perito na arte apreciará que protocolos de segurança adicionais podem ainda ser introduzidos. Em uma modalidade, por exemplo, todos os sistemas de reconhecimento óptico são obrigados a devolver um resultado válido. Isso reduz rendimento de varredura operacional, mas também correspondentemente reduz a probabilidade de falsamente irradiar carga fora de contêiner.

[0086] Será reconhecido por um perito na arte que sistemas de controle alternativos podem ser concebidos utilizando diferentes tecnologias de sensor, tais como sensores de laser de varredura, sensores indutivos, câmaras de luz visível 3D e assim por diante, bem como configurações alternativas dos sensores já identificadas. Também deve ser considerado que sistemas de controle podem ser projetados para varredura de direção única de única faixa, varredura bidirecional de única faixa e até mesmo varredura bidirecional de múltiplas faixas. Ao invés de usar sistemas de controle totalmente automatizados, sistemas de controle semiautomáticos podem também ser utilizados em que um operador carrega uma configuração de trem antes da varredura. Em algumas circunstâncias, um sistema de controle manual pode ser vantajoso pelo que um operador seleciona se a carga deve ser varrida à medida que passa através do sistema. A escolha final do sistema de controle depende sempre das exigências locais. Em todos os casos, as principais invenções aqui descritas permanecem válidas.

[0087] Em um outro aspecto da presente invenção, reconhece-se que pode ser vantajoso para tal um sistema automatizado trabalhar em uma situação que é remoro a partir dos operadores de sistema. A Figura 9 mostra um exemplo de uma instalação em rede em que a fonte 901, sensor 902, PLC 903, sistema de controle 904 e sistema de aquisição de dados estão localizados no local de varredura enquanto estações de trabalho de operador 911, o administrador de sistema 912 e base de dados principal 913 estão localizados em um local mais conveniente, mas remoto. Eles são ligados através de uma rede 920 usando comutadores 915. A rede 920, em uma modalidade, é vantajosamente um sistema baseado em fibra óptica a fim de lidar com taxas relativamente elevadas de dados e longas distâncias que podem também estar envolvidas.

[0088] Os exemplos acima são meramente ilustrativos das muitas aplicações do sistema da presente invenção. Embora apenas algumas modalidades da presente invenção tenham sido aqui descritas, deve ser entendido que a presente invenção pode ser concretizada de muitas outras formas específicas sem se afastar do espírito ou âmbito da invenção. Portanto, as presentes modalidades e exemplos devem ser considerados como ilustrativos e não restritivos, e a invenção pode ser modificada dentro do âmbito das reivindicações anexas.

Claims

1. Sistema de raios X para varrer carga móvel, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de raios X para gerar um feixe cônico de raios X para irradiar a carga móvel, em que a carga móvel se desloca ao longo de uma trajetória linear perpendicular ao plano do feixe cônico de raios X e em que a fonte de raios X é uma fonte de energia dupla configurada para gerar um feixe de alta energia e um feixe de baixa energia; pelo menos uma matriz de detector bidimensional compreendendo uma pluralidade de pixels, para receber o feixe cônico de raios X transmitidos através da carga móvel, em que referida fonte de raios X e a referida pelo menos uma matriz de detector são posicionadas em lados opostos da carga móvel; um sensor para medir uma velocidade de carga móvel; e um sistema de controle para receber dados indicativos de referida velocidade a partir do sensor e modular uma taxa de pulso do feixe cônico de raios X com base na velocidade da carga móvel e uma dimensão da referida matriz de detector, em que o sistema de controle modula a taxa de pulso de modo que a distância percorrida pela carga móvel entre um primeiro pulso de raios X e um segundo pulso de raios X é substancialmente igual à uma largura da matriz de detector e cada uma da referida pluralidade de pixels na matriz detector é irradiada uma vez com o feixe de alta energia e uma vez com o feixe de baixa energia e em que o sistema de controle adquire dados gerados a partir do primeiro pulso e dados gerados a partir do segundo pulso e processa metade dos referidos dados a partir do primeiro pulso em combinação com metade dos referidos dados a partir do segundo pulso para formar uma imagem de separação de materiais.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida carga móvel é impulsionada ao longo da referida trajetória por um trem.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida carga móvel é impulsionada ao longo da referida trajetória por um caminhão.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um colimador posicionado próximo à referida matriz de detector para rejeitar radiação dispersa a partir da matriz de detector.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que referido colimador compreende uma pluralidade de folhas de colimador configuradas em uma pluralidade de linhas e colunas para formar uma grade.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido sistema de controle é localizado remoto do sistema de varredura.

7. Sistema de inspeção de raios X para varrer carga móvel transportada por trem viajando a uma velocidade no intervalo de 20 km/h a 150 km/h, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de raios X para gerar sinais de feixe de raios X para irradiar a carga móvel, em que a fonte de raios X é uma fonte de energia dupla configurada para gerar um feixe de alta energia e um feixe de baixa energia; pelo menos uma matriz de detector, compreendendo uma primeira metade e uma segunda metade, para receber os sinais de feixe de raios X transmitidos através da carga móvel, em que referida fonte de raios X e o referido detector são posicionados em lados opostos do referido trem para formar uma zona de inspeção; e um sistema de controle para modular referida fonte de raios X, de tal modo que o controlador modula uma taxa de pulso da fonte de raios X com base na função de uma velocidade da carga móvel e uma largura da matriz de detector, em que o sistema de controle modula a taxa de pulso, de modo que a distância percorrida pela carga móvel entre um primeiro pulso de raios X e um segundo pulso de raios X seja igual à metade da largura da matriz do detector e cada metade da matriz do detector seja irradiada uma vez com o feixe de alta energia e uma vez com o feixe de baixa energia e em que o sistema de controle adquire dados gerados a partir do primeiro pulso e dados gerados a partir do segundo pulso e processa metade dos referidos dados a partir do primeiro pulso em combinação com metade dos referidos dados a partir do segundo pulso para formar um imagem de separação de materiais.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle faz a fonte de raios X alternar entre uma emissão de feixe de raios X de alta energia e uma emissão de feixe de raios X de baixa energia alternadamente para gerar dados indicativos de características de material dentro de referida carga móvel.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema para adquirir imagens ópticas da carga móvel.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle recebe dados ópticos a partir do referido sistema para adquirir imagem óptica e, com base nos dados ópticos, determina se a referida carga móvel deve ser varrida com referidos sinais de feixe de raios X.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema de sensor para determinar uma velocidade da carga móvel.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que referido sistema de controle é localizado remoto para referido sistema de varredura.