CN102749343A - 基于康普顿背散射扫描技术的液体安全检查仪 - Google Patents

基于康普顿背散射扫描技术的液体安全检查仪 Download PDF

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丁青
丁厚本
丁莉
丁蓉
包微微
陈勇
李雪峰
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Hefei Xibeiaisi Optoelectronic Technology Co., Ltd.
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丁青
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Abstract

基于康普顿背散射扫描技术的液体安全检查仪，机械结构包括有平移门、机箱、底座、X射线机及其前准直器、探测器阵列及其后准直器和测物托盘；多路探测采传系统包括有多路探测器、高低压电源、多道脉冲幅度分析器和通信接口；在原理上，给出了康普顿背散射光子计数的计算公式和各类液体物质排序规律。保证了液体安全检查仪鉴别违禁品液体物质的正确率达到95%以上，而不必打开容器，又不受包装的影响，完全满足现场安检要求。

Description

基于康普顿背散射扫描技术的液体安全检查仪
技术领域
本发明涉及辐射检测技术领域，特别是用射线源对液体进行康普顿背散射扫描的方法及其装置。
背景技术
在民航、铁路、城市轨道交通等安检体系中，按规定均需对乘客随身携带的液体物品在不开封的情况下进行检查。现有多种检查方法和设备，例如，试纸检测法、离子迁移法、拉曼光谱法、红外光谱法、微波法、超声法、介电常数测量法、核磁共振法、X射线透视成像方法、CT成像、中子检测方法，……归纳起来，大致分为化学方法、电磁方法和射线方法三大类。化学检测方法中又分为气味识别法和离子扫描炸药探测法等。这些方法常受被检测物包装密封情况的严重影响，而且敏感性强、误报警率高。电磁检测方法易受电磁干扰，不能检测用金属包装的液体物品。射线检测方法中，中子检测方法由于存在辐射残留（中子活化产物）、辐射屏蔽复杂、投资高等原因而不被接受使用；X射线透视成像方法，通过分辨被检测物质密度差异进行成像，这无法实现对密度分布均匀的液体物品的成像检测。CT成像也是基于射线透射技术，这对轻物质是不灵敏的，凭CT图像难以判定液体物品的种类，误报警率也较高。
通过理论探索和实验装置研究，证明射线康普顿背散射扫描技术对于液体检测很有效，能准确鉴别各种液体物品。
发明内容
本发明旨在提供一种基于康普顿背散射扫描技术的液体安全检查仪，它能快速、安全、准确地鉴别未知的液体是否为易燃易爆或腐蚀性液体而不必打开容器，又不受包装的影响，它完全满足现场的安全检测要求。
液体安全检查仪的结构，包括有平移门、机箱、底座（主按装板）、X射线机及其前准直器、探测器阵列及其后准直器阵列和测物托盘，X射线机通过支架（边撑）安装在机箱内的底座上，探测器阵列及其后准直器阵列也安装在机箱底座上，在X射线机的前方安装有测物托盘，在测物托盘的前部有平移门。所述的X射线机、测物托盘、探测器构成康普顿背散射扫描检测几何学结构。
液体安全检查仪的多路探测采传系统，包括多路探测器、高低压电源、多道脉冲幅度分析器、通信接口，这些部件集成在一个机箱内，多路探测器通过多路选择器共用一个多道脉冲幅度分析器，其输出通过接口送给微机或带触摸屏液晶显示器，多道脉冲幅度分析器（MCA）采用外置式结构，不必插入微机扩展槽内；MCA采用嵌入式微处理器（ARM和模数变换器（ADC），使探测采传系统高度智能；MCA能设定和卡住能量阈值，达到鉴别违禁液体物质的目的。
软件设计思路，第一，针对性，该系统主要是针对机场安检、轨道交通站台安检，海关和口岸、监狱、娱乐场所以及一些大型的人群比较集中的重要运动场所和展览场馆的保安等活动中的液体安全检测。这些场合需要实时性和快速性，这就要求软件系统设计上智能化程度高，这样在实际检测的过程中能实现快速简便的操作，在人机交互的过程中要易于操作，且灵敏度高，同时在准确率上要求也比较高。第二，整体性，系统的各个组成部分须按照一定的优化规律开发实现，使系统的整体功能达到最优化的配置。第三，层次性，在数据采集传输、数据处理、阈值设定最终实现对未知液体的安全检测的这一工作过程中，软件设计上要注意各个工作流程中的层次性，使各个环节紧密结合，以提高系统的检测效率。
软件系统主要由数据管理模块、参数管理模块、系统设置模块、参数设置模块、数据采集模块、数据处理模块、检测显示模块和帮助模块等八个模块组成。
本发明技术原理是：基于康普顿背散射效应所测定的光子数，通过数据处理或重建，得出被测物电子密度分布，二维密度分布图像以及被测物质的质量密度、有效原子序数和相对百分比含量等参数，从而唯一地判定是否为炸药、毒品，据此建立标准样品数据库，通过自行研发的软件和判别指标，自动地鉴别液体物质。
康普顿背散射光子数ns的计算公式为：
ns=n0·Δν·ΔΩ·[ne·（dσ（θ）/dΩ）]·f1·f2·η1
式中n0为入射光子注量率；
    Δν为前、后准直孔形成的聚焦体积；
ΔΩ为探测器对散射点（即检测点）所张的立体角；
dσ（θ）/dΩ为康普顿散射微分截面；
ne为电子密度，即单位体积的电子数；
f1为入射束减弱因子；
f2为散射束减弱因子；
η1为探测效率。
实际测量表明，对于直径相同的容器，液体安检仪测得的背散射光子计数有以下大致规律（从左至右计数递增）。
 
Figure 201210256425X100002DEST_PATH_IMAGE001
 
 康普顿散射对液体等轻物质的探测灵敏度Ss高于透射测量的灵敏度St：
=(
Figure 201210256425X100002DEST_PATH_IMAGE003
)V2
式中μ为被测物质的总线性减弱系数（cm-1）；
L为被测物质的厚度（cm）。
由该式看出，密度≤1.8g/cm3的轻物质，对于能量为200kev以下的X或γ射线，其μ值均小于0.25 cm-1，对于L＜4cm的物质，μL＜1，也即Ss＞St。所以，康普顿背散射扫描技术对于液体、炸药和毒品的探测灵敏度高。
 射线能量E0=200kev时，部分液体，部分炸药、毒品的密度和μ值如下表所列。
有益效果：
本发明有以下优点：保证了液体安全检查仪鉴别违禁品液体物质的正确率达到95%以上，而不必打开容器，又不受包装的影响，完全满足现场安检要求。
附图说明
图1为本发明总体结构简化图。
图2为本发明多路探测采传系统方框图。
图3 系统的总体模块组成。
图4 标定步骤图。
图5现场检测步骤图。
图中附件：1.X射线机、2.X射线机准直器（前准直器）、3.探测器1  、4.探测器准直器（后准直器）、5.主按装板（底座）、6.测物托盘、7.自动刻度尺、8.平移门、9.X射线机发射的射束、10.被检查物散射的射束、11.被检查物、12.探测器安装套箍、13.探测器的输出信号电缆、14.探测器2、15.探测器3、16.探测器4、17.多路选择器、18.缓冲放大器、19.峰保持器、20.寻峰电路、21.模数转换器（ADC）、22.时序发生器、23.嵌入式微处理器、24.存储器、25.接口电路、26.带触摸屏的液晶显示器、27.微型计算机或笔记本电脑、28.高压直流电源、29.低压直流电源。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，当被检查物11放置在平移门8外时，门自动开启，被检查物11进入带有自动刻度尺7的测物托盘6，平移门8随即自动关闭，X射线机1通过前准直器2射出的射束9到达位于测物托盘6上的被检查物11内，被检查物11散射的射束10通过后准直器4进入固定在底板5和套箍12上的探测器3，探测器3的输出经过电缆13送给采传电子学系统中的多路选择器17。
参见图2，四路探测器3、14、15、16输出的负脉冲信号经多路选择器17选通道进入缓冲放大器18，获得一定的增益并倒相为正脉冲，此正脉冲的一路送峰保持器19，另一路则送寻峰电路20，得到一个指示信号峰值位置的数字脉冲信号。这个脉冲信号触发时序发生器22，获得一系列的同步的脉冲信号，如延迟脉冲，用于给嵌入式微处理器23送中断信号和保证模数转换器（ADC）21有足够的采样跟踪时间，还有使能信号，用于开始ADC变换，ADC变换的时钟信号CLK也由时序发生器22完成。嵌入式微处理器23被中断触发后，等到ADC变换结束，读取ADC的结果，从相应的存储器24读取原计数值，加1后再写回存储器单元24，完成多道计数。
嵌入式微处理器23还负责通道接口电路25与计算机27或带触摸屏LCD 26通信，既可以将存储器24中数据发送给微机27或带触摸屏LCD 26，又能够接收微机27或触摸屏LCD 26送来的命令，选择多道信号中的一路作为输入信号。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (2)

1.基于康普顿背散射扫描技术的液体安全检查仪，包括有平移门、机箱、底座、X射线机及其前准直器、探测器阵列及其后准直器阵列和测物托盘，多路探测采传系统，其特征在于，X射线机通过支架安装在机箱内的底座上，探测器阵列及其后准直器阵列也安装在机箱底座上，在X射线机的前方安装有测物托盘，在测物托盘的前部有平移门，所述的X射线机、测物托盘、探测器构成康普顿背散射扫描检测几何学结构。
2.根据权利要求1所述的基于康普顿背散射扫描技术的液体安全检查仪，其特征在于，多路探测采传系统，包括多路探测器、高低压电源、多道脉冲幅度分析器、通信接口，这些部件集成在一个机箱内，多路探测器通过多路选择器共用一个多道脉冲幅度分析器，其输出通过接口送给微机或带触摸屏液晶显示器，多道脉冲幅度分析器（MCA）采用外置式结构，不必插入微机扩展槽内；MCA采用嵌入式微处理器，使探测采传系统高度智能；MCA能设定和卡住能量阈值，达到鉴别违禁液体物质的目的。
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