CN104502377A - 车辆辐射成像检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车上人员无需下车、车辆快速通过检测通道的车辆辐射成像检测系统，包括机架，机架上安装有射线源、前准直器、阵列探测器，前准直器与阵列探测器之间形成检测通道，其中大准直比的前准直器将射线准直成半影区宽度很小的扇形射线束，同时使其全影区宽度与阵列探测器射线入射窗宽度相匹配，既有效利用了全影区射线进行扫描成像，提高了图像质量，又减少了半影区射线和散射线对车上人员的照射，大大降低了乘员辐射剂量。该系统检测剂量低，结构简单，占地面积小，辐射安全控制区小，适合普通道路卡口、安检口、海关通道和重要场所车辆出入口等处的高通过率车辆快速安全检查。

Description

车辆辐射成像检测系统

技术领域

    本发明属于核技术应用领域，具体涉及一种用透射式辐射成像方法对车辆进行非接触式检查的系统，更具体地涉及一种乘员无需下车，司机直接驾车以一定速度直接通过检查设备进行辐射成像检查的超低剂量、直通式车辆检查系统。该方法采用低活度同位素g射线源或低强度X射线源，借助特殊设计的大准直比前准直器，使到达阵列探测器射线入射窗的射线宽度均匀并与入射窗宽度相适应，射线半影区小，从而在降低车内乘员受照剂量的前提下，提高图像质量。该系统可广泛应用于公安、安全、海关、交通、边防等领域的道路卡口及重要场所的车辆直通式检查，既能满足ANSI N43.17标准对乘员和公众的辐射安全要求，又提高了车辆检查效率和通过率，不会造成交通拥堵。

背景技术

作为一种安检手段，辐射成像检测系统已广泛应用于海关、机场、码头、车站的货物、货车、集装箱等的安全检测中。这种检测系统工作时，车上人员需下车从检测通道外经过，车辆由牵引机构或拖动装置拖过检测通道，或车辆不动，检测门架横跨在车辆上，扫过被检车辆，检测速度一般为6～18m/min，即0.36～1.08km/h，通过率约10～30辆车，检测效率较低，且需要拖动装置或门架导轨，设备复杂。

随着安保要求的提高，以载人为主的小客车、小轿车等车辆也被纳入安检范围。针对交通流量远大于货车、集装箱车的小型车，如果仍按检测货车的方式进行检测，将因检测效率低而大大降低车辆的通过率，造成交通拥堵。

申请人早先在CN101349657A专利申请中提出了一种轿车辐射成像检测系统，为了提高检测效率，其中曾提到可以由司机直接将被检轿车开过检测通道，但该系统的设计理念仍然以人车分过为主，由司机将车开过检测通道只是临时采取的应急措施，而并非该系统的工作常态。

因此，设计出既满足人体直接受到射线照射时的辐射安全标准要求，又能保证检测图像质量，同时满足车辆通行效率的辐射成像检测系统成为摆在科研人员面前的课题。

发明内容

针对现有技术存在的需求，本发明的目的在于提供一种直通式车辆辐射成像检测系统，当该系统检测车辆时，车辆无需停靠，车上的司机和乘员无需下车，车辆以一定速度直接通过检测通道，获得包括司乘人员在内的全车辐射扫描图像。该系统在保证车上人员辐射安全的前提下，大大提高了车辆的检测效率和通过率，且图像质量满足检测要求。该系统被检车辆通过检测通道的速度一般为例如6～20km/h，速度低于6km/h时，车上人员受照剂量会高于有关人体安检剂量限值标准，速度高于20km/h时，图像质量差，不能满足检测要求。以该速度进行检测时，车辆通过率可达500辆车/h，可满足繁忙的公路安检卡口、海关通关通道等的车辆通行率要求，不会造成交通拥堵。

为实现上述目的，本发明车辆辐射成像检测系统包括机架，机架上安装固定有射线源、前准直器、阵列探测器，前准直器与阵列探测器之间形成供车辆通过的检测通道，其中，所述前准直器将射线源发出的射线准直成片状扇形束，所述扇形束到达对应所述阵列探测器中每个探测器入射窗时的全影区宽度都与该探测器射线入射窗的宽度相匹配。

进一步，所述扇形束全影区的张角跟所述阵列探测器与所述射线源围成的包络角相匹配。

进一步，所述扇形束全影区的张角等于或略大于由阵列探测器与射线源围成的包络角。

进一步，所述扇形束到达对应所述阵列探测器中每个探测器入射窗时的全影区宽度等于或略大于该探测器射线入射窗的宽度。

进一步，所述前准直器的准直比为100～200。

进一步，所述探测器的入射窗宽度为5～30mm。

进一步，所述射线源为活度0.8～8居里的钴-60放射源，或225～450keV的X射线源。

进一步，所述机架为刚性框架结构，包括上横梁、下横梁、左立柱、右立柱，所述射线源及所述前准直器安装固定在上横梁中，所述阵列探测器排布在左立柱、下横梁、右立柱中并整体呈U形排布，阵列探测器在左、右立柱中的排列长度根据待检测车辆的高度确定，左立柱、右立柱在各自所设置探测器的背部均设置有射线捕集器。

进一步，所述机架为刚性框架结构，包括上横梁、下横梁、左立柱、右立柱，所述射线源及所述前准直器安装固定在下横梁中，所述阵列探测器排布在左立柱、上横梁、右立柱中并整体呈倒U形排布，阵列探测器在左、右立柱中的排列长度根据待检测车辆的高度确定，左立柱、右立柱在各自所设置探测器的背部均设置有射线捕集器。

进一步，所述左立柱、下横梁或上横梁、右立柱均为中空的箱型结构，所述阵列探测器设置在左立柱、下横梁或上横梁、右立柱的空腔中，左立柱、下横梁或上横梁、右立柱面向所述检测通道的侧壁上，均设置有与其内排布的探测器相对应的狭缝。

进一步，所述狭缝上封盖有薄板或薄膜。

进一步，所述前准直器上的射线出射口的轮廓形状为与所述阵列探测器中探测器的排列形状相对应的相似的形状。

进一步，所述检测系统还包括基座，该基座上设置有下沉槽，所述机架通过其支脚固定在所述下沉槽中，并在支脚处设置减震装置；机架的下横梁位于下沉槽中，下横梁的上方设置有供车辆驶过的路面结构，该路面结构与机架相分隔，并相对机架单独支撑在基座上或基座之外的基础上。

进一步，所述路面结构支撑在所述下沉槽中设置的支架上。

本发明通过采用大准直比的前准直器，将扇形射线束准直成使其半影区宽度尽可能小，同时使其全影区宽度与探测器射线入射窗宽度相匹配，既满足了尽可能利用全影区的有用射线用于扫描成像，提高辐射成像的图像质量，又尽可能减少了半影区的无用射线照射人体，同时减少散射射线照射人体，从而尽可能降低车上人员在检测过程中受到的辐射剂量，为人车同检提供了技术保障。

在对射线进行严格准直的基础上，进一步将限定射线源的活度为0.8～8Ci，或低强度的X光机，则进一步降低了辐射剂量，保证了被检车辆中司乘人员的辐射安全。

由于要求射线经前准直器准直后的全影区宽度与探测器射线入射窗宽度相同或略宽，因此，为保证有效检测，阵列探测器的每一个探测单元的射线入射窗都必须与扇形射线束严格对准。采用刚性框架结构的机架为射线源、前准直器、阵列探测器相对位置的稳定性提供了保障。

使扇形束全影区的张角跟阵列探测器与射线源围成的包络角相匹配，有助于减少散射射线，减少防护结构。

另外，将路面结构单独支撑在基础上而不与机架相连，可避免车辆经过时的振动直接传递给固定在机架中的阵列探测器，而影响检测系统的稳定工作。在机架支脚处设置减震装置，则可进一步降低外界振动对整个检测门架的振动影响。

附图说明

图1为本发明车辆辐射成像检测系统结构示意图；

图2为图1中A-A视图；

图3为射线经过前准直器准直后形成全影区和半影区的原理示意图。

具体实施方式

下面结合优选实施例对本发明进行说明。

图1、图2所示为本发明车辆辐射成像检测系统的优选实施例。

如图1所示，该检测系统包括机架、射线源、前准直器、阵列探测器、安装基座。机架为刚性框架结构，由上横梁1、右立柱2、下横梁3、左立柱4连接而成，上横梁1、右立柱2、下横梁3、左立柱4均为箱型结构。射线源5、前准直器6安装固定在上横梁1上，并与上横梁1对中。阵列探测器由若干个探测器8组成，每个探测器8中可以包含若干个探测器单元也可仅包含一个探测器单元；这些探测器8沿左立柱4、下横梁3、右立柱2紧密排布，使组成的阵列探测器整体呈U形；各探测器8分别安装在左立柱4、下横梁3、右立柱2内的空腔中。

当然亦可采用射线源5位于下横梁3的中部，探测器8在左立柱4、上横梁1、右立柱2中紧密排布呈倒U形的结构形式，此时射线由下而上呈扇形，可获得被检车辆的仰视扫描辐射图像。还可以采用将射线源5和阵列探测器分列在检测通道的左右两侧，射线源5位于其中一个立柱下端，阵列探测器布设在另一个立柱和上横梁中，整体呈倒L形，采用水平投影成像方式。

机架通过其两个支脚11安装固定在基座13上设置的下沉槽14中，支脚11与下沉槽14支撑面之间设置有减震垫12。机架的下横梁3位于下沉槽14中，下横梁3上方设置有供被检测车辆通过的路面结构16，该路面结构16支撑在支架15上，支架15安装固定在下沉槽14中，路面结构16和支架15均与机架相分隔，避免车辆通过时的振动传递到机架上，影响检测系统的工作。射线源5发出的射线经前准直器6准直后由探测器8接收，前准直器6与由若干个探测器8组成的阵列探测器之间形成供被检车辆通过的检测通道，为此，探测器8沿左立柱4和右立柱2由下而上排列的长度根据待检车辆的高度来确定，使得射线源5与阵列探测器形成的扇形扫描区涵盖被检车辆的横断面。左立柱4、下横梁3、右立柱2面向检测通道的侧壁上均设置有供射线穿过的开口缝17，开口缝17的位置和宽度与探测器8的射线入射窗的位置和宽度相对应，开口缝17外封盖有薄板或薄膜（图中未示出）。为了防止射线穿过左立柱4和右立柱2的外侧，以减小门架两侧的辐射防护安全区，左立柱4和右立柱2的外侧壁处还分别设置有射线捕集器7，其高度略大于两侧立柱中阵列探测器的长度。

如图3所示，由于射线源5发出射线的区域，例如放射源的活性区或X光管的焦斑，均具有一定的空间形状和尺度，因而射线源5发出的X或g射线经前准直器6准直后会形成全影区18和半影区19，其中全影区18的射线强度均匀，是全强度射线，而半影区19的射线强度不均匀，且越靠近边缘越低，是部分强度的射线。利用探测器来探测全影区射线穿透被检物后的射线，可获得良好的图像质量。虽然半影区的透射射线和所有的散射射线对成像都没有贡献，甚至影响图像质量，但这些射线同样会照射到被检物体上，也就会照射到被检车辆中的司乘人员身上，无谓地增加乘员的辐射剂量。为此，本发明利用前准直器6将射线源5发出的射线准直成对应每个探测器8的全影区宽度都与该探测器8的射线入射窗宽度相同或略宽。

在X或g射线辐射成像领域，射线源通常封闭在屏蔽金属容器中，仅有一扁平扇形通道或锥形通道供射线出射，并紧贴出射口设置前准直器，然后紧贴前准直器设置快门（二者也可以交换位置），其中快门用于开关射线，前准直器用于准直射线。前准直器的准直缝长度与宽度之比称为准直比。由图3可见，准直比越大，半影区19越小。在本发明中，为了尽可能减小半影区，进一步降低人体受照剂量，采用准直比为100～200的前准直器。准直比太小，半影区面积太大；准直比太大，前准直器就太长太重，既不经济、不美观，也增加了门架结构的复杂性。

由于阵列探测器在门架内整体排布呈U形，为了使得经准直后到达阵列探测器射线入射窗的扇形射线束的宽度一致，并与每个探测器8的射线入射窗宽度相匹配，前准直器6射线出射口的外轮廓形状为与阵列探测器的排列形状相对应的相似的U形。

通过使射线的全影区宽度与探测器8的射线入射窗宽度相同或略宽，既保证了成像质量，又尽最大可能减少了穿过检测通道的射线的数量，从而将通过检测通道的人员的照射剂量控制在安全范围之内，为人车同检创造了条件。

因要求经前准直器6准直后的射线的全影区宽度与探测器8的射线入射窗宽度相匹配，故机架需具有足够的刚性，以保证射线源5、前准直器6、阵列探测器三者相对位置的稳定性。

射线源5可采用活度为0.8～8Ci的钴-60或铯-137等放射性同位素，或225～450keV的X光机。探测器8的射线入射窗宽度为5～30mm。

上述车辆辐射成像检测系统工作时，人员从其检测通道经过一次检测所受到的照射剂量可低至0.1mSv，仅相当于乘飞机1分钟人体所接受的宇宙射线剂量，或一次牙科X光片剂量的1/100，满足国际上最严苛的美国标准ANSI N43.17中人体安检剂量￡0.25mSv的安全标准要求。

上述实施例中，射线源5位于检测通道上方的上横梁上，阵列探测器位于检测通道两侧立柱和下横梁中，整体呈U形，采用俯视成像方式。实际应用中，射线源5也可以设置在检测通道下方的下横梁上，而将阵列探测器设置在检测通道两侧立柱和上横梁中，整体呈倒U形，采用仰视成像方式。当然，也可以将射线源5和阵列探测器分列在检测通道的左右两侧，射线源5位于其中一个立柱下端，阵列探测器布设在另一个立柱和上横梁中，整体呈倒L形，采用水平投影成像方式。

另外，在保证门架具有足够刚性的情况下，也可采用其它结构形式的机架。

本发明检测系统不仅检测剂量低，而且由于扇形束射线的张角和宽度都严格限定，并在两侧立柱背面设置捕集器，使其在横向和纵向的辐射安全控制区都很小，且门架结构简单，占地面积小，适合普通道路卡口、安检口、海关通道和重要场所车辆出入口等处的高通过率车辆快速安全检查。

Claims (10)

1.一种车辆辐射成像检测系统，包括机架，机架上安装固定有射线源、前准直器、阵列探测器，前准直器与阵列探测器之间形成供车辆通过的检测通道，其特征在于，所述前准直器将射线源发出的射线准直成片状扇形束，所述扇形束到达对应所述阵列探测器中每个探测器入射窗时的全影区宽度都与该探测器射线入射窗的宽度相匹配。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述扇形束全影区的张角跟所述阵列探测器与所述射线源围成的包络角相匹配。

3.如权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述扇形束全影区的张角等于或略大于由阵列探测器与射线源围成的包络角。

4.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述扇形束到达对应所述阵列探测器中每个探测器入射窗时的全影区宽度等于或略大于该探测器射线入射窗的宽度。

5.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述前准直器的准直比为100～200。

6.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述探测器的入射窗宽度为5～30mm。

7.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述射线源为活度0.8～8居里的钴-60放射源，或225～450keV的X射线源。

8.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述机架为刚性框架结构，包括上横梁、下横梁、左立柱、右立柱，所述射线源及所述前准直器安装固定在上横梁中，所述阵列探测器排布在左立柱、下横梁、右立柱中并整体呈U形排布，阵列探测器在左、右立柱中的排列长度根据待检测车辆的高度确定，左立柱、右立柱在各自所设置探测器的背部均设置有射线捕集器。

9.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述机架为刚性框架结构，包括上横梁、下横梁、左立柱、右立柱，所述射线源及所述前准直器安装固定在下横梁中，所述阵列探测器排布在左立柱、上横梁、右立柱中并整体呈倒U形排布，阵列探测器在左、右立柱中的排列长度根据待检测车辆的高度确定，左立柱、右立柱在各自所设置探测器的背部均设置有射线捕集器。

10.如权利要求8或9所述的检测系统，其特征在于，所述左立柱、下横梁或上横梁、右立柱均为中空的箱型结构，所述阵列探测器设置在左立柱、下横梁或上横梁、右立柱的空腔中，左立柱、下横梁或上横梁、右立柱面向所述检测通道的侧壁上，均设置有与其内排布的探测器相对应的狭缝。