CN101576514A - 基于高灵敏线阵列探测器的便携式x射线探测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，包括便携式X光源、便携式X射线探测箱，便携式X射线探测箱内设有X射线高灵敏线阵列探测器，X射线高灵敏线阵列探测器由机械扫描装置驱动；X射线高灵敏线阵列探测器包括闪烁晶体、光电二极管阵列；闪烁晶体探测X光源发出的X射线信号，并输入给光电二极管阵列，光电二极管阵列将接收到的X射线信号转换为电流信号，电流信号由多通路模数变换ADC阵列转换为数字信号输入给数据采集处理器；数据采集处理器获取到多通路模数变换ADC阵列输出的多行像素的数字信号，组成X光透视图像。图像对比度好、探测灵敏度高，且体积较小。

Description

基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪

技术领域

本发明涉及一种X射线探测装置，尤其涉及一种基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪。

背景技术

目前，便携式X射线探测仪广泛应用在安检、缉毒、消防等领域。

现有技术中常用的的便携式X射线检查仪一种是基于CCD的便携式X射线探测仪，基本上都采用的是一种闪烁屏耦合CCD探测器。

如图1所示，在探测器中有一个稀土荧光屏(医用拍片使用的荧光增感屏)，X光透过物品后，照射在稀土荧光屏上，产生荧光，再使用高灵敏的星光级CCD拍摄荧光，直接把荧光图像获取到计算机里，即得到X透视图像。

闪烁屏耦合CCD探测器，为了避免CCD直接被X光照射，通常需要通过一面30～45度角的镜子反射稀土荧光屏上的图像。

图像对比度差、探测灵敏度低，且体积较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像对比度好、探测灵敏度高，且体积较小的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，包括便携式X光源、便携式X射线探测箱，所述便携式X射线探测箱内设有X射线高灵敏线阵列探测器，所述X射线高灵敏线阵列探测器由机械扫描装置驱动；

所述X射线高灵敏线阵列探测器包括闪烁晶体、光电二极管阵列；

所述闪烁晶体探测所述X光源发出的X射线信号，并输入给所述光电二极管阵列，所述光电二极管阵列将接收到的X射线信号转换为电流信号，所述电流信号由多通路模数变换ADC阵列转换为数字信号输入给数据采集处理器；

所述数据采集处理器获取到所述多通路模数变换ADC阵列输出的多行像素的数字信号，组成X光透视图像。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，由于通过闪烁晶体探测X光源发出的X射线信号，并输入给光电二极管阵列，光电二极管阵列将接收到的X射线信号转换为电流信号，电流信号由多通路模数变换ADC阵列转换为数字信号输入给数据采集处理器；数据采集处理器获取到多通路模数变换ADC阵列输出的多行像素的数字信号，组成X光透视图像。图像对比度好、探测灵敏度高，且体积较小。

附图说明

图1为现有技术中闪烁屏耦合CCD探测器的原理图；

图2为本发明基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪的原理图；

图3为本发明中X射线高灵敏线阵列探测器的原理框图；

图4为本发明中便携式X射线探测箱的结构示意图。

具体实施方式

本发明的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，其较佳的具体实施方式是，包括便携式X光源、便携式X射线探测箱，所述便携式X射线探测箱内设有X射线高灵敏线阵列探测器，所述X射线高灵敏线阵列探测器由机械扫描装置驱动；

所述X射线高灵敏线阵列探测器包括闪烁晶体、光电二极管阵列；

所述闪烁晶体探测所述X光源发出的X射线信号，并输入给所述光电二极管阵列，所述光电二极管阵列将接收到的X射线信号转换为电流信号，所述电流信号由多通路模数变换ADC阵列转换为数字信号输入给数据采集处理器；

所述数据采集处理器获取到所述多通路模数变换ADC阵列输出的多行像素的数字信号，组成X光透视图像。

所述闪烁晶体可以为0.8mm×0.8mm的CsI晶体，也可以选用其它的晶体。

所述多通路模数变换ADC阵列的每个通道使用独立的AD模块。

所述AD模块可以为20位的电流型的电荷灵敏AD模块，也可以选用其它的AD模块。

所述数据采集处理器可以为现场可编程门阵列FPGA数字处理器，也可以选用其它的数字处理器。

所述数据采集处理器可以设有USB接口，并通过USB接口与计算机连接。

所述便携式X射线探测箱可以设有内置电池和外电源接口，实现双供电模式。

所述便携式X光源的管电压可以为80kV、管电流可以为2毫安，也可以选用其它参数的X光源；该光源可以采用锂离子供电和220V交流供电双供电方式。

所述数据采集处理器可以包括数据采集处理单元，所述数据采集处理单元包括以下至少一项功能：

通过预先采集一幅空置背景图像，利用背景图像对实测图像进行均光校正，使得最终实测图像清晰均匀；

通过预先采集一幅与探测器同向平行的金属直尺的X射线图像，把金属直尺图像边缘的错位修正成位于一条直线上；

设有窗宽窗位的功能，利用医学影像的处理办法，把16bit的灰度图展现在普通显示器上。

本发明的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪的工作原理是：

如图2所示。被检测的物品放置在X光机与便携式X射线探测箱之间。X光机发出X射线，X射线透过被检物品后，在便携式X射线探测箱上形成X射线透视图(由于物品形状、材质、厚薄不同，对X射线的阻挡能力也不一样，透过物品后X射线的强度也就不同，对应X光透视图像的明暗度不同，由此可以透视物品内部结构和成分)。便携式X射线探测箱的工作方式与普通文件扫描仪类似，其内部的X射线高灵敏线阵列探测器在机械扫描装置的驱动下在探测箱内来回扫描，获取到便携式X射线探测箱表面的X射线透视图像，最后在计算机上显示出来。

具体实施例：

基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪主要包含5部分关键技术：X射线高灵敏线阵列探测器、高性能数据采集系统、便携式探测箱机械扫描装置、X光机、图像采集软件。

下面对各个部件进行详细的介绍：

1、高灵敏的X射线线阵列探测器：

如图3所示，高灵敏线阵列探测器SLDA(Sensibility Linear Diode Arrays)主要由闪烁晶体和光电二极管阵列构成。

本实施例选用的闪烁晶体是0.8mm乘以0.8mm的CsI晶体，该种晶体具有探测效率高的优点，0.8mm间距的探测器比起传统的1.6mm的探测器在空间分辨率上提高一倍。

光电二极管阵列具有信号电流大、暗电流小等优点，这样可以大大提高探测器的信躁比。

2、高性能数据采集系统：

再参见图3，当线阵列探测器扫描移动时，数据采集处理器获取到多通路模数变换ADC阵列输出的多行像素，就组成了X光透视图像。

每个通道使用独立的AD模块，可以避免多通道复用AD模块所产生的干扰。

多通路模数变换ADC阵列中每个AD模块都是电流型的，也就是说光电二极管产生的电流信号直接进入AD模块变换。传统上光电二极管产生的电流信号要经过前置放大器变换，变成电压信号，再进入AD模块。模拟信号经过的变换越多，引入的噪声越大，系统的性能也越差。本发明中数据采集系统采用的电流型AD模块方式可以最大限度的减少系统噪声。本系统采用的电荷灵敏AD非常灵敏，能对非常微弱的电流信号进行AD变换，使得线阵列探测器极其灵敏，可以探测非常微弱的X射线。在检测箱包和嫌疑人的时候，可以大大降低X射线的辐射剂量，使得人与物品都更加安全。

采用的AD模块是20位的高性能AD，高性能AD可以从根本上提高系统的信躁比，可以获得更高的动态范围，从而得到高质量的采集图像。采用本采集系统后，可使产品的动态范围达到20000∶1。

采用高性能电源系统，为了保证更长的野外工作时间，需要系统功耗尽可能低。同时本系统有大量的精密模拟电路，需要系统电源噪声尽可能小。本发明的电源系统具有体积小、效率转换高、功耗低等特点。本发明所有芯片都采用低电压、低功耗的大规模集成电路，保证了系统功耗低。采用10安时，14.8V锂离子电池供电，通过高效率的开关变压芯片变换成5V和3.3V，然后通过高性能降躁技术，把电源纹波降到5mV以下，这样既保证了电源的高效率变换，又保证了极低纹波和小体积。

采用FPGA(现场可编程门阵列)数字处理系统。本发明所有的数字逻辑控制以及数据读取采用FPGA来完成。FPGA具有体积小，编程灵活，体积小，功耗低，可编写大规模逻辑控制，稳定可靠等特点。

采用USB传输系统。本发明采用USB2.0传输芯片，可以保证数据快速、实时传输给笔记本电脑。从而保证系统扫描一幅图速度快(检测一个箱包最快2.5秒)，同时系统采用了边扫描边看图像的技术。

3、便携式探测箱机械扫描装置：

如图4所示，把线阵列探测器应用到便携式产品中；可以携带，能在人员所能到达的场合使用。而且整套设备采用双供电模式工作，既可以使用内置电池也可以外接电源，使得机动野外任务成为可能。既要保证探测面积大，又要减小探测箱体积，而且还要在探测箱中考虑机械传统装置、散热、电池、止锁等结构。

不但图像质量好，而且探测面积最大达60cm*80cm，而厚度仅9cm。

4、便携式X光源：

采用的便携式X光源管电压80kV，管电流2毫安，电压电流可以通过电脑就行调节。该光源采用锂离子供电和220V交流供电双供电方式，既可以满足野外便携式应用，也可以在满足在220V供电条件下长时间不间断工作。

5、图像采集软件：

本发明软件除具有通用X射线图像处理功能(反片、伪彩、增强、灰度变换、放大等功能)，还针对高灵敏线阵列探测器的特点增加了3个主要功能：

线阵列探测器每个单独的光电二极管的探测效率各不相同，而且X光源也是锥束光源，这样会造成图像的不均匀性(中间亮，四周暗，且有明暗不均的横条纹)。图像软件通过预先采集一幅空置背景图像，利用背景图像对实测图像进行均光校正，使得最终实测图像清晰均匀；

线阵列探测器是由若干阵列探测器芯片(每个芯片由32个光电二级管组成)拼接而成，这样就可以任意拼接长度不等的各种尺寸的线阵列探测器。但同时，阵列探测器芯片与芯片之间就会造成错位，对不齐。图像软件通过预先采集一幅与探测器同向平行的金属直尺的X射线图像，采用软件校正的办法，把金属直尺图像边缘的错位修正成位于一条直线上；

由于高灵敏线阵列探测器的图像灰度等级能够达到16bit，而电脑显示器显示只能显示8bit的灰度级。为了显示其中更多层次细节，图像处理软件增加了窗宽窗位的功能，利用医学影像的处理办法，把16bit的灰度图更好的展现在普通显示器上。

本发明具体实施例的技术指标如下：

图像对比度好，达16bit灰度级，即65535∶1；

图像分辨率好，能分辨0.08mm的金属丝；

双供电模式，内置锂电供电或外接交流电源。适合野外无电源工作和室内长时间工作。

使用电池供电时，续航能力强，可连续检测400个物品。

体积小(厚仅9cm)，探测面积大(60cm*80cm)，可便携；

检测速度快，检查一个箱包或人仅需5秒；

如表1所示，是与同类产品的性能对比：

表1：本发明具体实施例与同类产品的性能对比

本发明采用高灵敏线阵列探测器研制的超薄便携式X射线探测箱，能大大提高X射线图像质量、提高探测器的灵敏度、降低射线剂量，能适用于反恐、排爆、缉私、缉毒、物品鉴定、邮包检查、保安等，特别能进行人体藏毒检查和人体炸弹安检，彻底解决了一线执勤人员缺乏专用检查设备的尴尬局面。

可应用于以下领域：

消防火因排查：

很多火灾都是由于电器线路老化短路造成，而发生火灾后，电器往往外面的塑料外壳融化后形成了融合物，无法查找熔断的线路。而利用基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线检查仪的高分辨率、高对比度、探测面积大的特点，对于火灾现场遗留的电器融化物(例如空调挂机)进行X光检测，可及时清晰的分辨融化物中电线熔断情况，对火因分析提供了很好的物证依据。

而传统方法，则是用暴力破拆切割融化物，这样操作不但不能有效找到火因，而且破坏了现场物证，排查速度慢。

电厂定期安全生产检查：

目前大功率热电厂中有大量高温高压管道，是各单位主要的基础设施之一。高压锅炉用无缝钢管需要在高温、高压、高灰尘的恶劣工况下长期工作，其管道内壁容易形成氧化皮，并且脱落后堵塞管道，造成管道的爆裂事故，严重影响着火电机组的安全、经济运行。

应用本发明，对钢管状况进行监控，定期对管道底部进行排查，如果发现管道内氧化皮堵塞程度超过警戒界限，则需要断开管道把氧化皮排除。对确保火力发电设备的安全、可靠运行具有十分重要的意义。

具体方法：在测量点用磁铁使管道磁化后使用高斯计测量磁力值，然后使本发明的便携式x光检查仪在测量点拍片，确定此处管道内氧化皮比例，和高斯计数据进行比对刻度。用刻度好的磁探测仪去检测所有管道，当数据大于报警阈时，认为氧化皮过多，需要清理。这样就大大提高了检测速度和准确度。

传统方案是使用x射线拍片进行排查，拍片固定以及冲洗速度慢，效率低，检测工作量大，停工时间长，停机费用大。

由于使用便携式X光检查仪对磁探测仪进行了现场刻度，确保了检测的准确性。用精确刻度后的磁探测仪对所有管道进行检测时，速度可以大大增加，提高了排查效率。不用重复架设X光机、固定胶片等操作，大大降低了检测人员的工作量。能够实时检测，不需要等待胶片冲洗过程，避免了编号返修之间可能造成的错误。后期维护、使用成本低廉，没有胶片冲洗使用费用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，包括便携式X光源、便携式X射线探测箱，其特征在于，所述便携式X射线探测箱内设有X射线高灵敏线阵列探测器，所述X射线高灵敏线阵列探测器由机械扫描装置驱动；

所述X射线高灵敏线阵列探测器包括闪烁晶体、光电二极管阵列；

所述闪烁晶体探测所述X光源发出的X射线信号，并输入给所述光电二极管阵列，所述光电二极管阵列将接收到的X射线信号转换为电流信号，所述电流信号由多通路模数变换ADC阵列转换为数字信号输入给数据采集处理器；

所述数据采集处理器获取到所述多通路模数变换ADC阵列输出的多行像素的数字信号，组成X光透视图像。

2、根据权利要求1所述的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，其特征在于，所述闪烁晶体为0.8mm×0.8mm的CsI晶体。

3、根据权利要求1所述的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，其特征在于，所述多通路模数变换ADC阵列的每个通道使用独立的AD模块。

4、根据权利要求3所述的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，其特征在于，所述AD模块为20位的电流型的电荷灵敏AD模块。

5、根据权利要求1所述的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，其特征在于，所述数据采集处理器为现场可编程门阵列FPGA数字处理器。

6、根据权利要求1或5所述的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，其特征在于，所述数据采集处理器设有USB接口，并通过所述USB接口与计算机连接。

7、根据权利要求1所述的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，其特征在于，所述便携式X射线探测箱设有内置电池和外电源接口。

8、根据权利要求1所述的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，其特征在于，所述便携式X光源的管电压为80kV、管电流为2毫安；该光源采用锂离子供电和220V交流供电双供电方式。

9、根据权利要求1所述的基于高灵敏线阵列探测器的便携式X射线探测仪，其特征在于，所述数据采集处理器包括数据采集处理单元，所述数据采集处理单元包括以下至少一项功能：

通过预先采集一幅空置背景图像，利用背景图像对实测图像进行均光校正，使得最终实测图像清晰均匀；

通过预先采集一幅与探测器同向平行的金属直尺的X射线图像，把金属直尺图像边缘的错位修正成位于一条直线上；

设有窗宽窗位的功能，利用医学影像的处理办法，把16bit的灰度图展现在普通显示器上。

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