CN101339147A - 辐射成像系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种辐射成像系统，包括：加速器，用于产生透射待检查物体的射线和同步信号；具备多个探测模块的探测设备，用于探测射线；信号处理装置，根据同步信号产生选择信号，以选择一个探测模块对射线进行探测；数据变换装置，将所述探测模块所探测的信号变换成数字数据，并缓存在所述信号处理装置中；以及通讯控制装置，与图像处理设备连接，并将所述信号处理装置中缓存的数字数据通过所述连接传输到所述图像处理设备。本发明的系统允许当数据量很大时时，都能够高速稳定的采集数据和变换数据，并正确可靠地传输数据。
Description
技术领域
本发明涉及辐射成像，具体涉及一种能够对高速行进的车辆进行辐射成像并获得清晰的图像的辐射成像系统。
背景技术
在扫描成像过程中，加速器产生高能X射线脉冲，穿透被成像物体。高灵敏度探测器阵列接收X射线并将之转换成输出电信号，由图像获取分系统实时生成一列列的数字图像。当整个扫描过程结束时，在系统控制站上会得到扫描物体的完整图像。
在成像系统中，加速器主要功能是受控产生X射线脉冲。探测器将透过被扫描物体的X射线转换成模拟电信号，并发送到图像获取系统。图像获取系统把从探测器系统获取的模拟电信号转换成数字信号。图像采集站完成数字信号的图像的建立。
在以往的扫描成像中，扫描的速度一般不是很快，大约在4km/h左右，随着检查需求的提高，迫切需要一种能实现高速扫描成像的系统，使用于不停车的安全检查，比如陆路口岸的车辆、各种卡口的不停车检查、火车的低速检查等。
具体来说，当车辆的速度很快，例如在30km/小时速度下运行时，如何能够完成数据的高速采集是主要面临的问题。由于在同领域应用在射线源的检查系统中，较常采用的数据采集分系统有两种，具体如下：1)根据系统结构设计专用的传输数据总线；2)利用现场总线技术来传输数据。分析这两种方式，对于高速采集的检查系统来说，设计专门的数据传输总线不利于扩展，当探测单元的数目增加时，原总线的传输数据量将无法满足要求，需要重新设计系统。而目前应用在射线检查系统中的现场总线技术传输速率较低，例如CAN总线，其最高传输速率为1Mbps，无法满足实时高速采集和大数据量传输的任务。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速辐射成像系统，用于对铁路车辆进行检查，允许当被检测物高速通过扫描通道时，能够高速稳定的采集数据和变换数据，并正确可靠地传输数据。当探测单元的数目增加时，通过扩展此数据采集系统就可以满足要求。
在本发明的一个方面，提出了一种辐射成像系统，包括：加速器，用于产生透射待检查物体的射线和同步信号；探测设备，用于探测射线；信号处理装置，根据同步信号产生选择信号，以选择一个探测设备对射线进行探测；数据变换装置，将所述探测设备所探测的信号变换成数字数据，并缓存在所述信号处理装置中；以及通讯控制装置，与图像处理设备连接，并将所述信号处理装置中缓存的数字数据通过所述连接传输到所述图像处理设备。
优选地，所述数据变换装置和所述信号处理装置之间通过并行总线连接的。
优选地，所述信号处理装置和所述通信装置之间并行总线连接的。
优选地，所述通信装置装置和所述图像处理设备之间，是通过高速串行总线连接的。
优选地，所述数据采集系统是可扩展的。
优选地，所述数据采集系统的扩展，是通过所述信号处理装置的扩展总线实现的。
优选地，所述通信装置是基于RISC处理器而实现的。
优选地，所述检查系统的扫描频率高于40Hz。
优选地，所述待检查物体的运动速度大于4km/h。
优选地，所述探测设备所包含的探测单元的数目是可扩展的。
根据本发明，提高了X射线检查系统的数据采集的速度，因为其扩展性能具有了广泛的适应性，可适应诸如30km/h或更高工作速率、更大数据量的铁路车辆检查系统，而且也可以应用到其他无损检测领域产品中。
附图说明
通过下面结合附图对发明进行的详细描述，将使本发明的上述特征和优点更加明显，其中：
图1是用来说明本发明的快触发扫描和现有技术的满触发扫描的示意图；
图2是用来说明本发明的面积加倍探测器和现有技术的常规探测器的示意图；
图3是根据本发明实施例的基于以太网的高速数据采集分系统的原理框图；
图4是如图3所示的以太网模块的详细结构框图；以及
图5是根据本发明实施例的用于铁路车辆检查系统的高速数据采集分系统的框图。
具体实施方式
下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，相同的参考标记在不同的附图中表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知功能和结构的详细描述将被省略，以避免它们使本发明的主题不清楚。
图1是用来说明本发明的快触发扫描和现有技术的慢触发扫描的示意图。如图1中的(A)和(B)所示，依赖于加速器受控产生高频的X射线，频率为每秒几百Hz，每一个脉冲射线可进行一次成像。因此，单位时间的脉冲射线越多，在单位时间形成的列图像也越多，从而提高了扫描成像的速度。也就是说，通过提高加速器产生扫描脉冲的频率，可以提高成像的速度。
图2是用来说明本发明的面积加倍探测器和现有技术的常规探测器的示意图。每次脉冲物体被扫描成像的一个宽度和探测器的成像面积有关。如图2中的(A)和(B)所示，如果探测器的面积越大，单次被扫描成像的物体面积就大。如果提高探测器的截面积，就可以提高扫描成像的速度。因此，如果增加探测器的截面积，就可以提高单次扫描的距离长度，从而提高扫描速度。也就是说，通过加倍的探测器，一次脉冲射线可以获得加倍的多列数据，从而提高了扫描的效率和速度。
但是，无论是增加扫描速度和加倍探测器面积，都需要对现有的基于单排探测器或者低扫描速度的数据采集分系统进行改进，因为随着成像速度的提高，单位时间内采集的数据量也成倍增加。
以太网通讯是目前应用最多的高速串行总线，广泛应用于计算机网络领域，可以达到很高的通讯速率。基于TCP/IP协议的传输可保证数据的高可靠性，有广泛的技术支持，较低的系统开发、培训和维护费用的优势。将标准以太网技术应用到工业实时采集控制，可以解决大数据量可靠传输的难题。对于要求高速大数据量采集的辐射成像检查系统来说，采用基于以太网通讯的方式设计高速数据采集系统，是一个非常合适的选择。
图3是根据本发明实施例的基于以太网的高速数据采集系统的原理框图。
如图3所示，本发明实施例的高速数据采集系统包括具备多个探测模块的探测设备10、数据采集部分20A、上位计算机30、同步信号源40和探测设备控制器50。数据采集部分20A包括与探测设备10连接的数据变换模块21A、通过并行总线B与数据变换模块21A连接的信号处理模块22A、通过并行总线A与信号处理模块22A连接的通讯控制模块23A。并且，通讯控制模块23A通过以太网连接到上位计算机30。
探测设备10产生的模拟信号输入到数据变换模块21A，它主要完成模拟信号到数字信号转换的功能。根据本发明的实施例，数据变换模块工作受信号处理模块的控制，分时地对探测器笔的数据进行A/D变换，并将所得到的数字数据发送给信号处理模块22A，缓存在信号处理模块22A。
数据缓存的操作受信号处理模块22A的控制，因为系统中有若干个数据变换模块，信号处理模块22A通过并行总线B的地址总线向数据变换模块21A发出寻址信号。数据变换模块21A对接收到的地址信号进行比较，确认是否被选中。当确认被选通时，数据变换模块21A发出选通信号并占用并行总线B的数据总线，依次将变换数据送入信号处理模块22A。
信号处理模块22A的主要作用是通过通讯控制模块23A接受来自上位计算机30的各种控制命令和工作参数，按照上位计算机30命令配置系统的工作参数并执行相应的操作，控制数据变换模块21A进行A/D变换、数据缓存及发送，控制其它模块按照同一个采集频率同步工作，同时通过扩展总线实现高速数据采集系统的可扩展功能。
信号处理模块22A的工作过程分为两部分，一是配置参数，在数据采集之前，上位计算机30通过以太网与通讯控制模块23A通讯，再通过并行总线A对信号处理模块22A进行参数配置。二是数据采集，参数配置完成之后，收到启动数据采集的控制启动命令就开始采集数据，停止命令就停止采集。信号处理模块22A为探测设备输出采样保持信号和地址选择信号，使得探测设备在输出模拟信号最大时进行信号保持，并在信号保持后通过地址选择控制信号选择指定的探测设备的信号输出给数据变换模块21A。
重复以上步骤直至完成从变换数据到数据缓存的控制过程，然后通过并行总线A向通讯控制模块23A发出数据准备就绪信号，请求通过通讯控制模块23A向上位计算机30传输数据。
图4是如图3所示的通讯控制模块的详细结构框图。如图4所示，通讯控制模块23A基于Ubicom公司的RISC处理器231A，通过TCP/IP协议实现与上位计算机30通讯。通讯控制模块23A接收上位计算机30发送的命令并执行相应操作，同时响应信号处理模块22A发送来的中断信号，将采集数据按照TCP/IP协议的格式发送给上位计算机30，其中通讯时的数据格式和控制命令均在基于TCP/IP协议的基础上做了事先约定，设计规范了通讯容错性机制，能够保证数据可靠传输。
RISC处理器231A采用IP2022-120，速度可达120MIPS，片内双工通信模块可以采用软件来实现各种常见的通信接口。配置电路242A用以设置通讯控制模块23A的配置信息，如IP地址、协议种类等。外部RAM电路234A用以扩展系统存储空间，例如协议栈等。通讯控制模块23A与上位计算机30通过以太网连接，以太网接口电路245A作用是驱动和隔离传输信号。通讯控制模块23A与信号处理模块22A采用并行总线方式连接。上位计算机30和通讯控制模块23A的通讯采用服务器/客户端方式，上位计算机30作为服务器，通讯控制模块23A作为客户端，通过遵循严格的TCP/IP通讯接口协议来保证通讯的可靠性，并且约定了通讯异常的处理机制。当通讯控制模块23A在上电或者复位时，主动向上位计算机30发送连接请求。当网络出现异常时，通讯控制模块23A会主动断开与上位计算机30的网络连接，并通过复位电路233A自动复位。
图5是根据本发明实施例的高速数据采集系统的框图。如图5所示，可以对如图3所示的高速数据采集系统进行扩展，以满足更高速度的数据采集的需要。例如，在这个检查系统中，通过扩展了3个上述的数据采集系统，来满足高速采集需求。各单元之间的工作同步是通过信号处理模块22A通过扩展总线传递的启动采集信号和同步脉冲来保证的。
如图5所示，当信号处理模块22A发出命令选中探测设备时，同时发出同步脉冲/启动信号给信号处理模块22B。在这种情况下，探测设备输出的模拟信号输入到数据变换模块21B。数据变换模块21B将输入的模拟信号变换成数字数据，并且缓存在信号处理模块22B的RAM中。通讯控制模块23B通过交换机60与上位计算机30建立起连接后，其工作状态受上位机控制，在完成1次采集变换后实时地将所采集的数字数据传输到上位计算机中。
与此类似，当信号处理模块22A发出命令选中探测设备时，同时发出同步脉冲/启动信号给信号处理模块22C。在这种情况下，探测设备模块输出的模拟信号输入到数据变换模块21C。数据变换模块21C将输入的模拟信号变换成数字数据，并且缓存在信号处理模块22C的RAM中。通讯控制模块23C通过交换机60与上位计算机30建立连接后，将在完成1次采集变换后实时地将所采集的数字数据传输到上位计算机中。
根据本发明的实施例，这样的数据采集单元可以根据需要进行扩展，对于大数据量高速采集都有很好的兼容性和适应性，通过扩展采集单元就能够够方便和快速地实现系统要求。
上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种辐射成像系统，包括：
加速器，用于产生透射待检查物体的射线和同步信号；
探测设备，用于探测射线；
信号处理装置，根据同步信号产生选择信号，以选择一个探测设备对射线进行探测；
数据变换装置，将所述探测设备所探测的信号变换成数字数据，并缓存在所述信号处理装置中；以及
通讯控制装置，与图像处理设备连接，并将所述信号处理装置中缓存的数字数据通过所述连接传输到所述图像处理设备。
2.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述数据变换装置和所述信号处理装置之间通过并行总线连接的。
3.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述信号处理装置和所述通信装置之间并行总线连接的。
4.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述通信装置装置和所述图像处理设备之间，是通过高速串行总线连接的。
5.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述数据采集系统是可扩展的。
6.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述数据采集系统的扩展，是通过所述信号处理装置的扩展总线实现的。
7.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述通信装置是基于RISC处理器而实现的。
8.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述的检查系统的扫描频率高于40Hz。
9.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述待检查物体的运动速度大于4km/h。
10.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，所述探测设备所包含的探测单元的数目是可扩展的。
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