CN102138083A

CN102138083A - 带有定位系统的检测器系统

Info

Publication number: CN102138083A
Application number: CN2009801277697A
Authority: CN
Inventors: R·伦特林; K·鲁瑙
Original assignee: ICX TECHNOLOGIES GmbH
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: RU2011105129A; CA2729907C; WO2010007071A2; WO2010007071A3; IL210432A0; CA2729907A1; RU2477872C2; JP2012504749A; CN102138083B; US8513610B2; EP2146225A1; US20100006763A1

Abstract

提供了用于测量一种或多种类型的辐射，尤其是X射线、伽马射线或核粒子辐射的检测器模块，包括：检测单元、模数转换器(50)、信息处理设备(40)和用于存储该检测器模块位置的存储器设备(图2)。该检测器模块包括至少一个发光二极管(LED)(25)，其与该检测单元光学连接以稳定该检测器单元。进一步地，本发明提供了支柱，尤其是便携支柱，由此该支柱包括本发明的检测器模块。且进一步地，提供了检测器模块的(无线)网络，由此每个检测器模块都被安装在支柱内。

Description

带有定位系统的检测器系统

技术领域

本发明涉及一种用于一或多种辐射的测量的检测器模块，所述辐射优选X射线、伽马或核粒子辐射，所述检测器模块包括：检测单元，该检测单元由闪烁检测器和光检测器组成，光检测器提供电子脉冲，该脉冲具有与闪烁检测器产生的光的强度的已知的关系；耦接至光检测器的模数转换器(ADC)，其中该ADC将光检测器的模拟输出信号转换为数字化辐射信号；以及耦接至ADC的信息处理设备，由此该信息处理设备执行校准、稳定和线性化该数字化辐射信号的方法。

进一步，本发明涉及分析设备，用于分析优选由检测器模块提供的数字数据。再进一步地，本发明涉及检测器系统，用于检测一或多种辐射，优选X射线、伽马或核粒子辐射，所述检测器系统包括至少一个检测器模块和分析设备。

背景技术

由检测器模块和分析设备组成的检测器系统在现有技术中众所周知。利用现有技术中已知技术，提供紧凑的检测器系统用于电离辐射的测量是可能的。

然而，已知检测器系统显示出缺点：为了观察大量不同位置或地点需要大量的检测器系统。使用若干检测器系统进而也有缺点：不同位置的集中监测是不可能的或者需要额外的技术设备。进一步地，尤其是当使用移动的、便携的和/或手持的检测器系统时，提供几个，例如分布式的检测器系统需要该检测器系统位置的额外知识。

发明内容

本发明的目的是提供检测器系统，以实现使用大量检测器系统来进行大量地点的集中监测或观测。本发明的另一个目的是提供检测器系统，其允许使用大量不同的检测器系统来观测单一位置或地点，由此，能够远程(也就是，集中地)执行测量的分析。进一步地，存在提供移动的和/或便携的检测器系统的需要，由此，应该向用于分析目的的分析设备提供该检测器系统的实际位置。

根据本发明，提供了用于检测一或多种辐射，尤其是X射线，伽马或核粒子辐射的检测器系统，包括至少一个检测器模块和分析设备。此外，提供了支柱，尤其是具有通信网络接口的便携式支柱。该支柱可以容纳本发明的检测器模块。

用于测量一或多种辐射，尤其是X射线、伽马或核粒子辐射的检测器模块可以包括：检测单元，该检测单元由闪烁检测器和光检测器组成，该光检测器提供电子脉冲，该脉冲具有与闪烁检测器产生的光的强度的已知关系；模数转换器(ADC)，耦接至光检测器，借此该ADC将光检测器的模拟输出信号转换成数字化辐射信号；信息处理设备，耦接至ADC，借此该信息处理设备执行校准、稳定和线性化该数字化了的辐射信号的方法；以及用于存储该检测器模块的位置的存储器设备。

因此，提供了检测器模块，其使得基于该检测器模块的实际位置能够分析该检测器模块的测量。几个检测器模块的位置的知识具有优势，即通过使用专门的算法，可以确定由几个检测器模块测量的辐射源的位置。

在优选实施例中，检测器模块可以包括用于获得要被存储到存储器设备中的该检测器模块的位置的位置确定系统。该位置确定系统可以是全球导航卫星系统(GNSS)或无线电导航系统(RNS)。

这显示了优势，即存储在存储器设备内的位置代表了检测器模块的实际位置，即使该模块的位置已经被改变。除了GNSS或RNS，该检测器模块还可以包括陀螺仪，诸如微机械陀螺仪。因此，即使GNSS信号或RNS信号是不可用的，也可以确定移动的检测器模块的位置。

在更优选的实施例中，该检测器模块可以包括通信接口。该通信接口可以是例如WLAN、WiMAX、WiFi或蓝牙的无线通信接口，和例如以太网接口或USB接口的有线通信接口，以及其组合中的至少一个。信息处理设备可以执行经由通信网络接口将校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号发送至分析设备的方法。

因此，可以远离检测器模块(例如，集中地)执行对检测器模块的测量的分析。测量的集中分析还允许对辐射源位置的确定。

在另一优选实施例中，信息处理设备可包括用于存储已数字化的、校准的、稳定的和线性化的辐射信号的存储器设备。校准、线性化和稳定该数字化的辐射信号的方法可有利地包括将已校准的、稳定的和线性化的和数字化的辐射信号存储至存储器设备的步骤。存储辐射信号可防止向分析设备的数据发送中断或错乱时的数据丢失。一旦重建到分析设备的连接，存储的信号可传输至分析设备。

在进一步的实施例中，在发送该校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号的方法之前，信息处理设备可以执行将一个或多个校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号编码成预定的数据结构的方法。该数据结构可以至少包括报头部分和数据部分。

该报头部分可以包括时间戳、检测器标识符、序号、检测器设置和存储在存储器设备内的检测器位置中的至少一个。该数据部分可以包括大量校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号。

因此，通过提供检测器标识符，可以由分析设备来辨别几个检测器模块的信号。进一步地，通过使用该检测器位置，分析设备可以确定辐射源的位置。

在进一步优选的实施例中，检测器模块可以包括至少一个发光二极管(LED)，优选地是与检测单元光学连接的脉冲LED。该LED脉冲可能通过光检测器引起电子LED脉冲的产生，ADC可以将光检测器的模拟LED脉冲转换成数字化的LED信号，并且校准、线性化和稳定该数字化辐射信号的方法可以使用该数字化的LED信号来校准、线性化和稳定该数字化辐射信号。

校准、线性化和稳定该数字化辐射信号的方法可以执行至少以下步骤：

-通过脉冲形状分析来识别数字化的LED信号，

-确定大量的校准和稳定参数，以及

-对数字化的辐射信号应用确定的校准、线性化和稳定参数。

因此，提供了LED稳定的和校准的检测器模块。不再需要用于稳定和校准检测器模块的放射性辐射源。

根据本发明，提供了支柱，其包括用于容纳网络兼容设备尤其是辐射检测器的装置，以及通信网络接口。该通信网络接口适配用于连接网络兼容设备。

在本发明的优选实施例中，网络兼容设备可以是检测器模块。该检测器模块能够被安装在便携的、不显眼的支柱内，并且与该支柱内的网络通信接口是可连接的，如此，检测器模块从外面是不可见的。

可在支柱内安装的检测器模块可以是用于测量一种或多种类型的辐射(尤其是X射线、伽马或核粒子辐射)的检测器模块，可以包括：由闪烁检测器和提供电子脉冲的光检测器组成的检测单元，该脉冲具有与由该闪烁检测器产生的光的强度的已知的关系；耦合至该光检测器的模数转换器(ADC)，由此，该ADC将光检测器的模拟输出信号转换成数字化的辐射信号；耦合至ADC的信息处理设备，由此该信息处理设备执行校准、稳定和线性化该数字化辐射信号的方法。

还可以包括用于存储检测器模块位置的存储器，和如上面所描述的位置确定系统。

进一步地，该支柱可以包括电源，优选是蓄电池或电池。

在本发明的优选实施例中，检测器模块被安装在支柱内，以使得该检测器模块从外面是不可见的。因此，提供了检测器模块，其可以用在应该在无需人们了解的情况下执行对辐射源的测量的环境中，例如在机场、安全入口及类似场所中使用。

此外，当检测器模块经由无线通信装置来提供校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号时，可能将支柱(即，该支柱的外壳或该外壳的部分)作为天线。因此，不需要额外的天线仪器。

附图说明

基于下面的附图，描述了本发明的特定实施例。

图1显示了检测器模块的示例性实施例，包括闪烁体晶体、光电倍增管、LED、模数转换器和信息处理设备；

图2显示了分析设备的示例性实施例；和

图3显示了带有安装的检测器模块的支柱的例子；以及

图4显示了大量支柱、服务器和工作站，提供了支柱的无线网络，在此处可以确定辐射源的位置。

具体实施方式

在图1中，可以看见检测器模块的主要元件，即：

a)由闪烁晶体10，带有光电阴极的、用作光检测器的光电倍增器20，和用来稳定检测器单元的LED 25组成的检测器单元5，

b)耦合至模数转换器(ADC)50的信息处理设备40，

c)用于存储检测器模块位置的存储器设备85，

d)通信网络接口30a，以及

e)(可选择的)位置确定设备，诸如全球定位系统(GPS)或类似系统。

辐射(例如γ辐射)进入闪烁晶体10并被吸收进该闪烁晶体。激发态，随着来自辐射的吸收，在光发射下衰减。该光随后射向光电阴极，作为光吸收的结果，光电阴极发射电子。产生的电信号在光电倍增管20中被放大，然后转发到检测器电子设备(图1中未示出)。

并行地，LED 25发光，当LED 25安装在光电倍增管20内时该光经过光电倍增管20，或者当LED 25如图1所示的安装在光电倍增管外时该光经过闪烁晶体10。发射的光被光电阴极吸收。LED 25优选运行于脉冲模式；结果信号确实主要具有矩形形状。

为了稳定检测器模块，辐射导致的信号和LED导致的信号必须彼此分开。为了分开那些信号，测量的信号在第一步骤中被ADC 50数字化。

数字化信号被分析(例如脉冲高度和/或脉冲形状)，这允许将LED导致的脉冲从辐射导致的脉冲中分开。

如果需要的话，在额外步骤中，数字化辐射信号可被稳定。

进一步，数字化辐射信号被线性化。在每个检测器模块中独立线性化该信号具有实质优点：信号的后续处理和/或分析可被简化和加速。例如，来自不同检测器模块的大量线性化数字辐射信号可轻易相加(例如通过分析设备)而无需任何信号的额外调整。进一步，当待匹配的辐射信号以线性化的形式提供时匹配过程可更高效地执行。下面参考图3给出了匹配过程的例子。

分析、稳定和线性化由信息处理设备40执行，该信息处理设备耦接至ADC50。信息处理设备80可执行若干其他任务，例如指定唯一标识符给信号或将信号编码为结构化数据格式。

进一步，信息处理设备耦接至存储器设备80，特别用于存储数字化辐射信号。因此，辐射信号的测量可以执行而无需随后的对测量的分析的步骤。为此目的，连同存储的辐射信号一起存储附加的时间戳是有利的。

信息处理设备提供另外的存储器设备85，用于存储检测器模块的位置。可以例如，经由下面描述的网络接口30来人工地存储该位置。为了提供关于存储的位置的更灵活的检测器模块，该模块连接到位置确定系统240。该位置确定系统240将检测器模块的实际位置提供给信息处理设备。该实际位置可以被存储在存储器设备85中。在存储器设备中存储实际位置具有优势，即，检测器模块被移动之后，可以更新一次该位置。可以人工，或者通过能够确定检测器设备的移动的电子设备，例如陀螺仪，来启动该更新过程。

位置确定设备240可以是全球定位系统(GPS)、无线电导航系统、或者其他任何用于确定检测器模块的位置的合适的系统。

在进一步的实施例中，除了位置确定系统，陀螺仪，优选是微机械陀螺仪(图1中未示出)可以被连接到信息处理设备40或位置确定系统240。即使GNSS信号或RNS信号不可用，也可以用微机械陀螺仪来确定检测器模块的实际位置(通过从最后的测量位置导出实际位置)。例如在所需的GNSS信号或RNS信号经常是不可用的机场或安全入口和建筑内，这可能是必要的。

此外，检测器模块具有通信网络接口30a，该通信网络接口30a可以是信息处理设备40的一部分，如图1所示。通信网络接口可以是例如WLAN、WiMAX、WiFi、或蓝牙的无线通信接口，或者是例如以太网接口或USB接口的有线通信接口。

经由通信网络接口30a，将校准的、稳定的、和数字化的辐射信号发送至分析设备。

在进一步的实施例中，可以经由接口30a来发送数字化的辐射信号的原始数据(即，未校准、稳定和线性化的辐射信号)。因此，接收所发送的数据的设备可以执行昂贵和复杂的计算。

在发送数字化的辐射信号到分析设备60之前，将该辐射信号编码成预定的数据结构。该数据结构可以包括报头部分和数据部分。优选地，该报头部分可以保持唯一的标识符(可以是检测器模块的媒体访问控制(MAC)地址)以及存储在存储器设备85内的或直接从位置确定系统240中获得的检测器系统的位置。数据部分可以保持校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号。可以使用各个其他适合于存储至少检测器模块的位置和标识符以及校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号的数据结构，例如，基于XML的数据结构或结构化的文件。

必须注意，经由接口可以异步地执行信号存储和信号发送。

作为结果，本发明的检测器模块提供数字化的、校准的、稳定的和线性化的辐射信号，可以经由通信接口将该辐射信号发送到分析设备，用于进一步的处理。

图2示出了所发明的分析设备60的示例，由下述组成：

a)通信网络接口30b，用于接收数字数据，优选对应于一或多种辐射，尤其是X射线、伽马或核粒子辐射的已校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号，所述通信网络接口30b形成至少一个如参考图1所描述的检测器模块，

b)分选器70，优选多通道分析器(MCA)，用于使用接收的数字数据生成能谱，

c)第一存储器设备91和第二存储器设备92，和

d)比较器100。

检测器模块通过接口30a发出的数据被分析模块的接口30b接收。数字化数据被转发至MCA，在MCA中生成根据接收的数据的能谱。额外地，接收的数据可存储于第一存储器设备91。这可能是需要的，例如如果需要可安全修订的存档或者如果接收的数据需要用于进一步分析。

在一实施例中，若MCA 70不能按接口30b提供数据的速率分选接收的数据，则第一存储器设备91可用于缓冲接收的数据。

生成能谱后，可以在第二存储器设备92中存储。需要注意，即使谱的生成尚为完成，能谱也可用存储器设备92存储。

需要指出，在本发明进一步实施例中，单个存储器设备可用于存储接收的数据和生成的一个或多个能谱。

为了分析目的，生成的能谱转发给比较器，比较器能够将能谱与大量预定义的已知的和优选通常是已检测的伽马衰减方案的能谱(模板谱)相比较。大量模板谱可存储于存储器设备92(或91)。比较器100请求至少一个存储的模板谱并将请求的谱与MCA70转发的谱相比较。如果请求的谱匹配转发的谱，分析设备可输出诸如声音信号的警报信号。

在本发明进一步的实施例中，分析设备可经由接口设备30b接收来自大量不同检测器模块的数字数据。若数字数据被无线发送，则检测器模块的无线网络可被建立，仅需要一个分析设备60。有利地，当发送的数据包括唯一标识符(唯一标识符可例如是媒体访问控制(MAC)地址，这样使得分析设备能够分辨出不同检测器的不同数据。仍如上所述，为了存档目的或缓冲目的，接收的数据可存储于存储器设备91。

所有接收的数据被转发给MCA 70，MCA 70将接收的数据添加到(生成)能谱。因而生成的能谱可代表单个辐射源或大量不同辐射源的谱，这取决于不同检测器模块的位置和模块的观察区域。由于每个检测器模块提供包括唯一标识符的数字化数据，这些数据可被分配到各检测器模块，因而可以确定哪个检测器模块测量了哪个辐射源。当增加进一步的分析特性到检测器系统中时，这可能是必要和/或有帮助的。

因为由检测器模块提供的数据包括该检测器模块的位置，所以分析设备60可以提供确定被测量的辐射源的位置的特征。

图3显示了带有安装的检测器模块的支柱的例子。该支柱由支撑座220、外壳250和磁带盒230组成。根据本发明，支柱200进一步包括检测器模块5，包括通信网络设备30a的信息处理设备40，以及存储器设备80和85。该信息处理设备40耦合到检测器模块5。进一步地，该支柱包括位置确定系统240(例如，带有天线设备的GPS系统)。支撑座220容纳电源210，优选电池或蓄电池。

更进一步地，该支柱包括通信网络接口(在图3中未示出)。安装的检测器模块的通信接口可以与该网络通信接口相连接。在本发明的一个实施例中，支柱的网络通信接口可能是以太网接口。在进一步的实施例中，支柱的网络通信接口可以是任何类型的无线通信接口。因此，本发明提供了支柱，其能够与安装的检测器模块的网络接口类型无关地用于建立有线或无线的检测器网络。

在支柱外壳内安装检测器模块，这样，该模块从外面是不可见的。进一步地，当以无线模式运行通信网络设备时，该外壳可以提供用于集成的位置确定系统和用于通信网络设备的天线设施。此外，可以在该支柱外壳内安装上面描述的陀螺仪。

图4显示了大量支柱、服务器和工作站，提供了支柱的无线网络，在此处确定了辐射源的位置。

使用大量参考图3的如上描述的支柱，可以提供支柱的无线网络。图4中所示的所有支柱200可以提供如本发明的支柱所提供的检测器设施。经由通信接口30a，每个支柱200被连接到服务器300。服务器300可以是装配有为了提供上述参考图2所描述的分析功能的所需硬件和软件的通用计算机。

服务器300可以连接(无线或有线)到工作站310。工作站310提供可视化设备，用于可视化支柱的位置和被检测的辐射源的位置T。在图4中，包含辐射源的包的位置被显示器示出。图4显示了使用六根支柱的支柱网络。可以提供使用多于或少于六根支柱的网络。如果应该提供确定辐射源位置的特征，就应该使用至少两根支柱来建立支柱网络。

此外，可以通过线(例如以太网或类似网络)，将支柱与服务器或分析设备相连接。可以经由PoE(以太网供电)来提供用于支柱和检测器模块的操作功率。支柱可以由用于校准验证的⁴⁰K(KCl)所围绕的直径为2″(英寸)长为3″的NaI(T1)的闪烁检测器，用于中子检测的高容量³He检测器、基于DSP的具有LED稳定的电子设备，和WLAN无线通信组成。

进一步地，可以在支柱内安装大量不同的检测器模块，由此提供多检测器支柱。经由模块的网络通信接口或者支柱的网络通信接口，可以将每个检测器模块直接连接至分析设备。在后一种情况中，支柱可以提供大量的网络通信接口。

Claims

1.用于测量一种或多种类型的辐射，尤其是X射线、伽马射线或核粒子辐射的检测器模块(5)，包括：

-由闪烁检测器(10)和提供电子脉冲的光检测器(20)组成的检测单元，该脉冲具有与由该闪烁检测器产生的光的强度的已知关系；

-耦合至该光检测器的模数转换器(ADC)(50)，该ADC将光检测器的模拟输出信号转换成数字化辐射信号；

-耦合至ADC的信息处理设备(40)，该信息处理设备执行校准、稳定和线性化该数字化辐射信号的方法；以及

-用于存储该检测器模块的位置的存储器设备(85)。

2.根据权利要求1的检测器模块，进一步包括用于获得要被存储到存储器设备(85)中的该检测器模块的位置的位置确定系统(240)。

3.根据权利要求2的检测器模块，其中，该位置确定系统(240)是全球导航卫星系统(GNSS)或无线电导航系统。

4.根据权利要求1-3之一的检测器模块，进一步包括通信接口(30a)，其是例如WLAN、WiMAX、WiFi、或蓝牙的无线通信接口，和例如以太网接口或USB接口的有线通信接口，以及其组合中的至少一个。

5.根据权利要求4的检测器模块，其中，信息处理设备(40)进一步执行经由通信网络接口发送该校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号至分析设备(60)的方法。

6.根据权利要求1-5之一的检测器模块，其中，检测器模块(5)进一步包括至少一个发光二极管(LED)(25)，优选地与检测单元光学连接的脉冲LED，其中，

-该LED脉冲通过光检测器引起电子LED脉冲的产生，

-该ADC将光检测器的模拟LED脉冲转换成数字化的LED信号，以及

-校准、线性化和稳定该数字化辐射信号的方法通过执行至少以下步骤以使用该数字化的LED信号来校准、线性化和稳定该数字化辐射信号：

-通过脉冲形状分析来识别数字化的LED信号；

-确定大量的校准和稳定参数；以及

-对数字化的辐射信号应用确定的校准、线性化和稳定参数。

7.根据权利要求1-6之一的检测器模块，其中，信息处理设备包括用于存储校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号的另外的存储器设备(80)，且其中，校准、线性化和稳定化该数字化辐射信号的方法包括存储该校准的、线性化的、稳定的和数字化的辐射信号的步骤。

8.根据权利要求4-7之一的检测器模块，其中，在发送该校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号的方法之前，信息处理设备执行将一个或多个校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号编码成预定的数据结构的方法，由此，该数据结构至少包括报头部分和数据部分。

9.根据权利要求8的检测器模块，其中，该报头部分包括时间戳、检测器标识符、序号、检测器设置和存储在存储器设备(85)内的检测器位置中的至少一个，且其中，该数据部分包括大量校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号。

10.支柱(200)，尤其是便携的支柱，其特征在于，该支柱包括用于容纳网络兼容设备尤其是辐射检测器的装置，和被适配用于连接网络兼容设备的通信网络接口。

11.根据权利要求10的支柱，其中，网络兼容设备是能够在支柱内安装的检测器模块，如此，检测器模块从外面是不可见的，用于测量一种或多种类型的辐射，尤其是X射线、伽马射线或核粒子辐射，包括：

-由闪烁检测器(10)和提供电子脉冲的光检测器(20)组成的检测单元，该电子脉冲具有与由该闪烁检测器产生的光的强度的已知关系；

-耦合至该光检测器的模数转换器(ADC)(50)，该ADC将光检测器的模拟输出信号转换成数字化辐射信号；以及

-耦合至ADC的信息处理设备，该信息处理设备执行校准、稳定和线性化该数字化辐射信号的方法。

12.根据权利要求10或11的支柱，进一步包括电源(210)，优选蓄电池或电池。

13.根据权利要求10-12之一的支柱，其中，当检测器模块经由无线通信装置提供校准的、稳定的、线性化的和数字化的辐射信号时，支柱用作天线。

14.用于检测一种或多种类型的辐射，尤其是X射线、伽马射线或核粒子辐射的检测器系统，包括至少一个根据权利要求10-13之一的支柱(200)，以及与该至少一个支柱在操作中相连接的用于分析数字数据优选由该至少一个支柱的检测器模块提供的数字数据的分析设备(60)。

15.根据权利要求14的检测器系统，其中，分析数字数据包括确定由该至少一个支柱的检测器模块检测的辐射发射源的位置。