CN101051029A - 移动式轿车辐射成像检测系统 - Google Patents
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Abstract
移动式轿车辐射成像检测系统，属核技术应用领域。其特征在于含有：检测装置模块、专用车及把两者连成一体的连接机构。该检测装置模块含有：射线源、前、后准直器和阵列探测器等检测部件、平移拖动机构和与将它们连成一体的机架，该平移拖动机构位于射线源和阵列探测器之间，展开后与所述机架及在其上式布置的射线源和阵列探测器等检测部件形成一条供被检客体进出并匀速通过完成扫描的检测通道。检测装置模块通过连接机构与专用车连接以上路行驶或脱离至地面开始检测工作。本发明用于获取扁平形状的被检客体的垂直方向的透视辐射投影图像，减轻了图像重叠效应，适用于轿车、航空集装箱或航空货板等大型客体的无损检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种可移动式轿车辐射成像检测系统。属核技术应用领域。
背景技术
现有技术中针对大型客体如集装箱、客车的辐射成像系统，包括固定式和移动式系统，基本以获取被检客体水平方向投影图像为目标，这类系统一定程度上满足了检查集装箱的需要；但是对于小型客车和一些航空集装箱或航空货板来讲，由于被检客体质量分布呈扁平形状，被检客体俯视投影视图沿射线方向的质量厚度与水平投影透视图像相比小很多，即增大了穿透的可能，又减轻了被检客体图像重叠现象，使得图像辨别更加方便，因此垂直视图即俯视图远较水平方向投影图像易于区分判别。
在中国专利ZL99110839.6中所描述的CT系统，可以获得被检客体多方向投影和计算机断层扫描图像，大大提高设备的检测能力，但是该系统也存在以下缺陷如：由于CT系统需要全周回转，对于检查小型客车或航空集装箱等大型客体，整个系统机构复杂，辐射防护要求高，检测通过率低，安装需要场地大，难以满足某些对移动性能要求高的场合。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明目的是提供一种结构简单检查效率高且能够实现异地检测的可移动式轿车辐射成像检测系统。能够实时给出呈扁平截面的被检客体(如轿车、航空货板等)的俯视辐射透视投影图像，并且具备可移动功能，可以在短时间内完成检测状态和运输状态的转换，满足不同场合随时的异地检测需要。
本发明的特征在于，移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，该系统含有：检测装置模块、一个专用车(10)、用于把该检测装置模块与专用车(10)连接成一体的连接机构(8)以及装在专用车上的图象处理子系统和控制子系统，其中，
检测装置模块含有：射线源及其屏蔽容器(1)、照射室和前准直器(2)、阵列探测器及与其匹配的前置电路(3)、后准直器(4)、平移拖动机构(7)、连接着外罩(6)的机架(5)，
其中，机架(5)布置有：射线源及其屏蔽容器(1)、照射室和前准直器(2)、阵列探测器及与其匹配的前置电路(3)后准直器(4)，并共同构成一个检测部件，在机架(5)上形成一条水平检测通道，射线源及其屏蔽容器(1)、照射室及前准直器(2)位于检测通道上部，而阵列探测器及其匹配的前置电路(3)和后准直器(4)位于检测通道的下部；
平移拖动机构(7)是一种在其框架上装有调平用支撑的折叠式机构，该机构位于所述射线源及其屏蔽容器(1)和阵列探测器及其匹配电路(3)之间，其运动方向与所述射线源与阵列探测器形成的平面垂直，该机构(7)采用棍道式输送机，在该机构被展开后，形成的输送通道供被检客体(9)进入并匀速通过所述检测通道完成扫描检测过程，该机构(7)与装有所述检测部件的机架(5)相连，形成所述检测模块；
连接机构(8)，是与机架(5)连接在一起且可伸出到装在专用车(10)上的检测装置模块和专用车(10)的宽度以外的四个支腿，以便在完成检测工作后检测装置模块需要由工作状态转换成运输状态时通过所述平移拖动机构(7)折叠收回到外罩(6)内部后，再通过连接机构(8)上的四个支腿把机架(5)连同上面的检测部件和平移拖动机构(7)自地面升起设定的高度，以便装到专用车(10)上。
所述前准直器(2)与射线源及其屏蔽容器(1)连接成一体，为节省空间利用照射室或旋转屏蔽阀狭缝替代。
所述后准直器(4)采用铁、铅、钨、铀及其合金制造，形状与阵列探测器形状一致，做成弧线、直线或折线形状。
所述后准直器(4)省略，以减小设备体积。
在平移拖动机构(7)上安装有摄像头，用于摄取被检轿车底部外观图像。
本系统与目前检测系统相比具有一下突出的优点：
1.对于轿车、航空集装箱、航空货板等扁平形状被检客体而言，获取俯视投影透视图像具有很大优势，因为被检客体沿射线方向的质量厚度远比水平方向小，减轻了透视图像被检客体重叠的效应，还更为有效地利用了装置的穿透能力；
2.辐射防护简单，因为辐射源在上方时，射线穿过被检客体和探测器后射向地面，可以减轻甚至取消捕集器，因而减轻了系统重量，结合现代自动化及通讯技术，检测系统体积小，占地明显减小，仅占用标准车道宽度既可以检测，非常适合海关轿车通道出口场地。
3.由基本装置模块可以演化为多种形式，可以适合各种不同场合的不同用户，具有广阔的应用前景。
本发明适用于轿车、航空货板、航空集装箱等大型客体的无损检测。
一种典型应用场合是在边境口岸检查小型客车如轿车或面包车，轿车的俯视投影透视图像有利于方便的发现走私物品，由于本发明的布置形式可以使其辐射防护更为简单，检测模块可以单独工作，占地更小，宽度仅占一个标准车道宽度即可，可以多车道布置，几乎不需要责家单独占地，检测效率高。
另一种应用场合是检查航空货板或集装箱，平移拖动机构可以直接利用货场的运输机构，只需将检测模块布置在物流运输通道中即可，占地小、检测效率高的优势将更为突出。
当然，本发明对于关键场所如国家领导人办公场所或各种大型集会场所车辆入口可以进行随时安全检测，为防止恐怖袭击提供了有利武器。
本发明俯视辐射成像系统可以随时移至需要检测的地点，就地开展检测工作，特别适合不定时不定点检测，也适用于相对固定使用地点的状况，俯视图辐射成像功能比之现有的检查系统正视图对于检测轿车或者少量货物的集装箱大大方便增强了检测能力。
附图说明
图1为本装置检测状态的轴测图。
图2、3、4为本装置的检测状态三个方向的结构示意图。
图5为本装置平移拖动机构的状态转换时示意图。
图6为本装置由检测状态转换为运输状态的示意图。
图7为本装置运输状态的结构示意图
具体实施方式
为达到上述发明目的，本发明的技术方案采用如下方式实现：移动式轿车辐射成像检测系统，它包括一个检测装置模块，模块集成了射线源、准直器、阵列探测器、捕集器、平移拖动机构、机架等；一个专用车；将检测装置模块与专用车连接为一体的连接机构；图像处理子系统；设备运行控制及监控子系统。
所述的射线源、前、后准直器、阵列探测器等构成的探测部件安装在机架上，射线源和阵列探测器成式上下布置，除此之外折叠的平移拖动机构也与机架连接在一起，在拖动机构展开后与检测部件一起形成检测通道，平移拖动机构使被检客体作匀速直线运动通过检测通道完成扫描获取俯视投影的透视图像，机架还可以通过连接机构与专用车辆车身集成为一体做成车载式，经过简单的状态转换动作，实现检测部件及平移拖动机构运输状态和工作状态的转换；机架连同安装在一起的检测部件也可以安装在地面上固定使用，还可以集成在箱体中，以利于装上运输车辆，进行异地检测。
所述的射线源可以采用线度为数毫米的高比活度60Co或137Cs放射性同位素，其活度不超过11.1TBq，也可以采用x射线机或小型加速器。
所述的阵列探测器由一个或多个包含一定数量的阵列探测器单元排列组成，该阵列探测器的单元为阵列电离室、正比室、正比管或盖革管阵列、闪烁探测器阵列(CsI，CdWO4，BGO，GSO等)或半导体探测器阵列之一。
所述的机架采用门形或C形结构，将射线源分别安装在机架结构的上方，探测器阵列安装在机架的底部，某些特殊需要场合也可以将射线源安装在下方，阵列探测器安装在上方。
所述的平移拖动机构位于射线源和阵列探测器之间，其运动方向与辐射源和阵列探测器形成的平面垂直，平移拖动机构的框架上有可以调平的支撑，拖动机构视被检客体的长度尺寸，可以做成折叠形式，也可以做成组装形式以方便运输和安装，拖动机构可以是棍子输送机、链板式运输机、皮带式运输机、无动力棍道和牵引托盘来使得被检客体在棍道上往复运行，对于轿车还可以采用直接牵引被检车辆前端通过检测通道完成扫描检测。
本发明移动式轿车辐射成像检测系统，结合附图，详细描述如下：
参见附图，本检测系统的探测部件由安装在机架5上的60Co、137Cs、92Ir或75Seγ放射性同位素辐射源及其容器(带屏蔽阀)1、照射室与前准直器2、阵列探测器3及与其匹配的前置电路、后准直器4组成；机架5上还连接有外罩6、平移拖动机构7与专用车的连接结构8等，被检客体9置于平移拖动机构7上，可以匀速运动通过检测通道完成扫描；在需要转换为运输状态时，首先将平移拖动机构7折叠收回，再通过连接机构8的支腿将包括机架5连同上面的检测部件和平移拖动机构的检测装置模块自地面升起一定高度，使其得以与专用车10连接在一起，专用车10上还装有信号处理系统、控制系统及发电机等。
进行检测时，由射线源1发出的γ射线，经前准直器2准直后成为窄片状，窄片状射线在穿过被检客体9后，通过后准直器4(除去散射线)射入阵列探测器3中，而继续穿出阵列探测器3的射线及其他散射线则被外罩6上的屏蔽隔墙阻挡吸收，从而保证在图像及控制室内或者室外的操作人员安全。
射线源1采用高比活度的60Co或137Cs等γ射线同位素源，其活性区线度为数毫米，活度不超过11.1TBq。
照射室、前准直器2由铅、铁、钨或贫铀等金属或其合金制成，中间的准直狭缝将射线源发出的γ射线准直成水平张角0.1°-1°，垂直方向张角不超过120°的片状射线束。一般前准直器可以与照射室连接在一起，旋转屏蔽阀也可以起到前准直器作用，某些场合下为减小尺寸也可以用屏蔽阀取代前准直器。
后准直器4是用铅、铁、钨或贫铀等金属或其合金制成，其中间狭缝宽度等于或略大于阵列探测器3像素宽度，而且严格对准前准直器2的出射线准直狭缝和射线源活性区，为使设备紧凑，后准直器与探测器形状相同，默认情况下，如果采用射线源活度较小时，为减小设备空间尺寸可以取消后准直器。
阵列探测器3由若干包含一定数量像素的探测器元的阵列探测器单元顺序排列而成，各单元安装在紧靠后准直器的连接机架上，其准直狭缝与射线源活性区严格对准。探测器单元要求探测效率与灵敏度高，稳定可靠，尤其要能够承受运输过程中的振动和恶劣的环境条件。目前有多种阵列探测器能够满足这些要求，如中国专利ZL93102728.4所阐述的‘气体电离型高能X、γ辐射成像阵列探测系统’、正比室、正比管或盖革管阵列、闪烁探测器阵列或半导体探测器阵列等。
阵列探测器3、后准直器4、前准直器2和射线源装置1安装在机架5上。上面的射线源1、前准直器2、后准直器4和阵列探测器3的安装要求确保射线源1发出的γ射线经过准直后能够准确射入各探测器单元的灵敏体积内，其连接必须足够牢固以保证各部件在连接机构8自专用车上脱开后，仍然保证各个部件之间的相对位置不变，而且能够经受在运输过程中的振动保持不变。
平移拖动机构7是可以在折叠后收到机架5和外罩6形成的检测装置模块内部，参见图1、图2、图4和图5。平移拖动机构7可以采用现有技术中能够拖动集装箱或轿车的方式，如链板式输送机、皮带式输送机、棍道式输送机或卷扬机牵引拖板在无动力拖棍支撑上的机构等。
连接机构8是与机架5连接在一起的可以伸出到检测装置模块之外的四个支腿，在检测状态下，它们起到支撑检测模块的作用，还可以在不同地面状况下调平，在需要由检测状态转换为运输状态时，首先折叠平移拖动机构7，之后连接机构8支腿伸出使检测模块自地面升起，专用车10开至检测模块下方的指定位置后，连接机构8支腿回收，使检测模块落到车身上，连接机构8支腿继续回收至顶端，再回缩至检测模块的内部空间，从而完成状态的转换，使专用车可以上路行驶。
连接机构8也可以是一套连杆机构，可以通过液压油缸驱动将检测装置模块由专用车上伸出降至地面，平移拖动机构在地面上展开后开始检测。默认情况下，可以省略连接机构8，系统需要进行状态转换时采用起重机直接将检测装置模块吊装至专用车上或者由专用车上吊下。
信号处理与控制设备中包括信号采集和处理及控制子系统等。信号采集和处理系统中包含信号采集、图像处理计算机等。控制子系统则可以对整个装置各个子系统(信号测量、被检客体拖动、安全连锁、系统状态转换、系统供配电等)进行操作控制和监控。信号采集和处理系统可以安装在检测专用车上的控制室内部或者安装在检测模块内部，如信号采集和处理系统安装在检测模块内，则可以采用无线通讯技术实现其与操作人员计算机之间的图像和控制指令传输。
专用车10是普通二类底盘车简单改装而成，参见图6和图7，车身前部是控制室，信号采集和处理子系统及控制子系统安装在内部，在其中还可以安装车载发电机，用于现场无电源情况下工作，车身后部用于装载检测模块，当检测模块的连接机构8将其升起到足够高度时，专用车倒行使得车身后部至检测模块下方指定位置停下，连接机构8的支腿收回，检测模块落至车身上，锁紧后即可上路行驶。
本发明设计了一种适用于轿车的60Co移动式轿车辐射成像检测系统实施例，结合附图，描述如下：本实施例的移动式轿车辐射成像检测系统由安装在机架5上的60Co射线源及其容器与屏蔽阀1、照射室与前准直器2、阵列探测器3、后准直器4、外罩6、连接机构7、平移拖动机构8、专用车10、信号采集与处理子系统及控制子系统等组成。射线源选用外购产品60Co探伤源，活度为10居里。照射室与前准直器分别由钨、贫铀、铅合金或其他重金属制造。后准直器采用铁、铅或其他重金属制造。阵列探测器采用中国专利ZL93 1 02728.4及ZL00 121545.0所述的探测装置，像素尺寸为10×10mm，射线源位置至探测器前窗距离约2.5m。平移拖动机构采用两个卷扬机牵引托盘的两端，托盘在托棍上滑行，速度为6-18m/min，托盘材质采用轻质材料如薄钢板型材、铝合金或炭素纤维等，承载能力为3吨。连接机构7选用液压支腿，安装在可水平伸缩的横梁端部，在工作时，调节机架至合适高度，支撑机架5及平移拖动机构8。专用车选用5-8吨载重车辆改装，前部箱体为图象处理和控制室，后部是检测装置，检测装置在平移拖动机构8折叠后，通过连接机构7支腿伸出将其顶升至合适高度，专用车10后退至相应位置停止，连接机构7的支腿回收，使得检测装置落至专用车上，锁紧即可上路。
本实施例在获取轿车的俯视投影图像时，本装置可以在100mm厚度的铁板后发现1.5mm铁片或3mm直径的铁丝，并能够在19cm铁板后观察到铅块等重吸收体。
Claims (18)
1.移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，该系统含有：检测装置模块、一个专用车(10)、用于把该检测装置模块与专用车(10)连接成一体的连接机构(8)以及装在专用车上的图象处理子系统和控制子系统，其中，
检测装置模块含有：射线源及其屏蔽容器(1)、照射室和前准直器(2)、阵列探测器及与其匹配的前置电路(3)、后准直器(4)、平移拖动机构(7)、连接着外罩(6)的机架(5)，
其中，机架(5)布置有：射线源及其屏蔽容器(1)、照射室和前准直器(2)、阵列探测器及与其匹配的前置电路(3)后准直器(4)，并共同构成一个检测部件，在机架(5)上形成一条水平检测通道，射线源及其屏蔽容器(1)、照射室及前准直器(2)位于检测通道上部，而阵列探测器及其匹配的前置电路(3)和后准直器(4)位于检测通道的下部；
平移拖动机构(7)是一种在其框架上装有调平用支撑的折叠式机构，该机构位于所述射线源及其屏蔽容器(1)和阵列探测器及其匹配电路(3)之间，其运动方向与所述射线源与阵列探测器形成的平面垂直，该机构(7)采用棍道式输送机，在该机构被展开后，形成的输送通道供被检客体(9)进入并匀速通过所述检测通道完成扫描检测过程，该机构(7)与装有所述检测部件的机架(5)相连，形成所述检测模块；
连接机构(8)，是与机架(5)连接在一起且可伸出到装在专用车(10)上的检测装置模块和专用车(10)的宽度以外的四个支腿，以便在完成检测工作后检测装置模块需要由工作状态转换成运输状态时通过所述平移拖动机构(7)折叠收回到外罩(6)内部后，再通过连接机构(8)上的四个支腿把机架(5)连同上面的检测部件和平移拖动机构(7)自地面升起设定的高度，以便装到专用车(10)上。
2.根据权利要求1所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述检测装置模块的机架(5)上射线源及其屏蔽容器(1)、照射室和前准直器(2)位于机架(5)下部，而阵列探测器及其匹配电路(3)和后准直器(4)位于机架(5)的上部。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述平移拖动机构(7)采用链板式运输机、皮带式运输机、带牵引托盘的无动力棍道和钢丝绳直接牵引轿车。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述平移拖动机构(7)采用组装式结构。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述机架(5)结构是∏形或者C形状。
6.根据权利要求1所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述连接机构(8)为采用连杆机构，连接机构(8)将专用车(10)与检测装置模块连为一体，在指定工作地点停稳后，连接机构(8)展开，将检测装置模块展至地面后，平移拖动机构(7)展开，形成检测通道后开始检测，完成工作后，按照相反顺序先将平移拖动机构(7)折叠，在通过连接机构(8)收回将检测装置模块装载到专用车上。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，取消连接机构(8)，将检测装置模块及外罩(6)制作成独立的箱体，通过起重机吊装将检测装置模块自专用车(10)上吊下和装载。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，检测装置模块和平移拖动机构(7)直接安装在专用车(10)上，到达工作地点后，平移拖动机构(7)直接在专用车(10)上展开，在专用车上形成检测通道，工作完成后，平移拖动机构(7)折叠收回至专用车(10)内。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述被检客体是轿车、航空集装箱、航空货板之中任何一种。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述射线源(1)为线度仅数毫米的高比活度的60Co、137Cs、192Ir及75Se放射性同位素，其活度不大于11.1TBq。
11.根据权利要求1所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述射线源(1)为X光机或电子加速器。
12.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述阵列探测器(3)由多个包含一定数量像素探测器单元排列组成，阵列形状可以是弧形、直线或折线形状，探测器单元可以是高压充气阵列电离室、多丝正比室、盖革计数管阵列、闪烁阵列探测器或半导体阵列探测器。
13.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述阵列探测器(3)的探测器单元像素尺寸范围在2-40mm，截面是正方形、矩形、圆形或其他形状，探测器单元像素沿射线入射方向的质量厚度视要求的探测效率而定。
14.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述屏蔽容器(1)及照射室(2)由铅、钨、铀及其合金制造。
15.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述前准直器(2)与射线源及其屏蔽容器(1)连接成一体，为节省空间利用照射室或旋转屏蔽阀狭缝替代。
16.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述后准直器(4)采用铁、铅、钨、铀及其合金制造，形状与阵列探测器形状一致，做成弧线、直线或折线形状。
17.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，所述后准直器(4)省略，以减小设备体积。
18.根据权利要求1或权利要求2所述的移动式轿车辐射成像检测系统，其特征在于，在平移拖动机构(7)上安装有摄像头，用于摄取被检轿车底部外观图像。
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