CN105158282B - 一种用于背散射成像系统的扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于背散射成像系统的扫描装置，包括旋转外壳(2)及射线源(5)、扇形准直器(10)，旋转外壳(2)的中部沿圆周均匀地开有出射孔(4)，旋转外壳(2)套装在具有弯曲部(1‑1)的内曲轴(1)上，射线源(5)固定在内曲轴(1)上弯曲部(1‑1)的内侧，焦点位于旋转轴线上；扇形准直器(10)垂直于旋转轴线设置且其收缩端固定在射线源(5)上，扇形准直器(10)中开有扇形狭缝(11)，扇形狭缝(11)的圆心角与旋转外壳(2)上相邻出射孔(4)相对于它们所在平面的中心点所成的张角相同。本装置结构简单，设计精巧，稳定性高，可在狭小空间内实现线状X射线束的一维扫描，可有效地减少X射线泄漏。

Description

一种用于背散射成像系统的扫描装置

技术领域

本发明属于辐射成像检测设备技术领域，具体涉及一种用于背散射成像系统的扫描装置。

背景技术

X射线检查系统应用于空港、海港、陆路关卡的货物检查以及人员所携带的小型包裹、行李检查。基于X透射能量检测的系统通常使用X光机发出平面扇形射线束，线探测器一次性获取一列透射数据，通过周期性地获取列数据形成扫描图像。还有一类X射线检查系统，收集背向散射的X光子，形成背散射图像。为了尽可能的收集背向散射光子，使用块状背散射探测器，此时需要将X射线约束为横截面积小的线状射线束，并要求线状射线束可以周期性地改变扫描方向。当前大多数面向安检应用的X射线背散射成像设备均采用前置准直器形成点扫描，例如，盘形狭缝斩波轮，它是一种简单的点扫描器，优点是盘形狭缝斩波轮与射线源相对分离，机械结构简单，缺点是光束横截面面积有变化，且射线屏蔽效果差；筒形飞点扫描器，其通过在可旋转的圆筒或半圆筒上刻透螺旋狭缝，优点是射线源装在转筒外部，安装简单且散热问题不突出，缺点是转筒的加工难度较大，且扫描器刚性极大地削弱，对材料的要求更高，同时也有射线屏蔽问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种用于背散射成像系统的扫描装置，该装置结构简单，设计精巧，能够在狭小空间内实现线状X射线束的一维扫描，可有效地减少X射线泄漏，并可大幅降低对旋转外壳的转速要求以及对材料的刚性要求，装置稳定性高。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于背散射成像系统的扫描装置，包括旋转外壳以及设在旋转外壳中的射线源、扇形准直器，旋转外壳通过轴承套装在贯穿其内部空间的内曲轴上，旋转外壳一端外表面套装有动力轮；

所述旋转外壳的中部沿圆周均匀地开有出射孔，所有出射孔的中心线共面，且所有出射孔的中心线所在平面与旋转外壳的旋转轴线相垂直；

所述内曲轴的中部具有偏离中心轴线的弯曲部，所述射线源固定在内曲轴上弯曲部的内侧，且射线源的焦点位于旋转外壳的旋转轴线上；

所述扇形准直器的收缩端垂直于旋转外壳的旋转轴线设置且其收缩端固定在射线源上，扇形准直器中开有扇形狭缝，扇形狭缝的中心扇面、旋转外壳上所有出射孔的中心线所在平面以及射线源的焦点位于同一平面上；扇形狭缝的圆心角与旋转外壳上相邻出射孔相对于它们所在平面的中心点所成的张角相同。

进一步，所述射线源为X光管，所述内曲轴(1)的弯曲部(1-1)的两侧轴段为中空轴段，所述内曲轴的弯曲部的两侧中空轴段中有与X光管相连的X光管电源电缆、X光管控制电路线缆以及X光管制冷液导入、导出入管路。

进一步，旋转外壳为中部鼓起呈圆筒状的纺锤体形，出射孔开在旋转外壳中部的圆筒状壳体上。

进一步，旋转外壳的材质为铅铜合金。

进一步，扇形准直器的扇形狭缝的表面采用注渗钨处理。

进一步，旋转外壳上与动力轮相对的另一端安装有由主、副锥齿轮所组成的锥齿轮对，主锥齿轮套装在旋转外壳上，副锥齿轮的远离齿轮的一端连接有位置传感器，主锥齿轮的齿数与配套副锥齿轮的齿数的比值为旋转外壳上所开出射孔的个数。

再进一步，旋转外壳上所开出射孔的个数为6-8个。

本发明具有以下优点：

第一、从设在装置内的射线源发射的X射线束被扇形准直器约束为平面扇形射线束，平面扇形X射线束通过旋转外壳上均匀设置的出射孔射出去，获得线状射线束，从而可以形成连续的点，在取样时间内通过的光子数可以达到出射孔面积所决定的最大值，有效提高背散射信号计数；在最大光通量情况下，可以通过提高采样频率，提高图像的空间分辨率。

第二、在旋转外壳旋转一周的过程中，采用本装置可以完成数次扫描，这样对旋转外壳的转速要求大幅降低，对材料的要求大幅降低。

第三、本装置中，旋转外壳上所开出射孔进一步起到出射准直作用，出射孔数量仅为6～8个，加工难度大大降低。

第四、本装置采取点扫描的方式，有利于后期图像处理的高分辨率的重建。

第五、本装置采取由厚重的铅铜合金制成的旋转外壳(优选为纺锤体形)将X射线管封闭在其内部，从而可大幅降低X射线的泄漏剂量，由此可以获得2个好处，其一是减小整台设备的X射线泄漏剂量率，使X射线的屏蔽工作将得到简化，其二是，降低所成图像的本底数值，有利于提高图像的信噪比。

附图说明

图1是本发明提供的用于背散射成像系统的扫描装置的一种实施方式的结构示意图，为清楚示出主体结构，图1中略去了动力轮、锥齿轮对、位置传感器及扇形准直器等部件；

图2(a)是图1中纺锤体形旋转外壳的结构示意图；图2(b)是图2(a)中A-A向示意图；

图3是图1中内曲轴与X光管的相对位置示意图；

图4(a)是纺锤体形旋转外壳与X光管、扇形准直器的位置关系示意图；图4(b)是图4(a)中B-B向示意图；

图5是图1中X光管与扇形准直器的相对位置示意图；

图6是图1中内曲轴与纺锤体形旋转外壳的装配示意图；

图7是图1中设在纺锤体旋转外壳上的动力轮与位置传感器的装配示意图；

图8是图7中的锥齿轮对与位置传感器的位置分解示意图。

附图标记：

1.内曲轴 2.旋转外壳 3.轴承 4.出射孔 5.射线源 6.经准直后的平扇形射线束7-1.X光管制冷液导入管路 7-2.X光管制冷液导出管路 8.X光管电源电缆 9.X光管控制电路线缆 10.扇形准直器 11.扇形狭缝 12.动力轮 13.主锥齿轮 14.副锥齿轮 15.位置传感器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明提供的一种用于背散射成像系统的扫描装置包括旋转外壳2以及设在旋转外壳2中的射线源5、扇形准直器10，旋转外壳2通过轴承3(见图6)套装在贯穿其内部空间的内曲轴1上，旋转外壳2一端外表面套装有动力轮12(见图7)；所述旋转外壳2的中部沿圆周均匀地开有出射孔4(见图2(a))，所有出射孔4的中心线共面(见图2(b))，且所有出射孔4的中心线所在平面与旋转外壳2的旋转轴线相垂直；所述内曲轴1的中部具有偏离中心轴线的弯曲部1-1，所述射线源5固定在内曲轴1上弯曲部1-1的内侧(见图3)，且射线源5的焦点位于旋转外壳2的旋转轴线上；所述扇形准直器10垂直于旋转外壳2的旋转轴线设置且其收缩端固定在射线源5上，扇形准直器10中开有扇形狭缝11(见图5)，扇形狭缝11的中心扇面、旋转外壳2上所有出射孔4的中心线所在平面以及射线源5的焦点位于同一平面上(见图4(a)、4(b))；扇形狭缝11的圆心角与旋转外壳2上相邻出射孔4相对于它们所在平面的中心点所成的张角相同。扇形狭缝11的圆心角可与扇形准直器10的圆心角相等。

在本发明的上述结构中，扇形准直器10与旋转外壳2的出射孔4共同作用可保证在任意时间只有一个出射孔4中有射线射出，并且在任意时刻都有射线从某一出射孔4射出，并保证尽可能小的X射线散射。

本发明中，内曲轴1不可旋转，其用于支撑整个装置并兼做射线源5的固定部件，因此，如图3所示，内曲轴1设计成中部具有弯曲部1-1的结构，而其两侧与装置的旋转轴共轴，这样将射线源5固定在其弯曲部1-1时，可保证射线源5的焦点仍处在内曲轴1的中心轴线(即旋转外壳2的旋转轴线)上。为降低装置的自重，内曲轴1可以是钢制中空轴。

本发明中，设在内曲轴1和旋转外壳2之间的轴承3可以选择滚动轴承也可以选择滑动轴承。

本发明中，设在旋转外壳2上的动力轮12可以是皮带轮，也可以是齿轮，动力轮12在外部电机的带动下可使旋转外壳2高速旋转。

本发明中，射线源5可采用X光管。与X光管配套相连的X光管电源电缆8、X光管控制电路线缆9以及X光管制冷液导入、导出管路7-1、7-2可通过设在内曲轴1弯曲部1-1两侧轴段中的贯穿孔进入装置内部。

在本发明一种优选的实施方式中，旋转外壳2可采用中部鼓起呈圆筒状的纺锤体形。出射孔4可开在旋转外壳2中部的圆筒状壳体上(将图2(a)、4(a))。

旋转外壳2可采用铅铜合金制成，并具有一定的壁厚。这样，既可以有效地遮挡X射线，同时能保证旋转外壳2由于具有较高的刚性在高速旋转时不变形，实现设备的稳定运行。

本发明中，扇形准直器10的扇形狭缝11的表面可采用注渗钨处理，其作用是降低射线在准直器出射孔或狭缝处的射线散射问题。

如图7、8所示，在另一种更优选的实施方式中，旋转外壳2上与动力轮12相对的另一端安装有由主、副锥齿轮13、14所组成的锥齿轮对，主锥齿轮13套装在旋转外壳2上，副锥齿轮14的远离齿轮的一端连接有位置传感器15，主锥齿轮13的齿数与配套副锥齿轮14的齿数的比值为旋转外壳2上所开出射孔4的个数。本发明采用这种结构，可使位置传感器15在锥齿轮对的带动下旋转，由此可通过位置传感器15获得当前旋转外壳2旋转的角位置。

优选地，旋转外壳2上所开出射孔4的个数为6-8个，更优选为8个。

本发明提供的扫描装置在使用时，将内曲轴1的固定于背散射成像设备的台架上，在旋转外壳2匀速旋转的过程中，从射线源5如X光管发射的X射线束通过扇形准直器10后，形成准直后的平面扇形射线束6，平面扇形X射线束6通过旋转外壳2上均匀设置的出射孔4射出去，获得线状射线束，线状射线束可以连续地从一端扫至另一端，形成周期性的点扫描。

上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种用于背散射成像系统的扫描装置，其特征在于，

所述扫描装置包括旋转外壳(2)以及设在旋转外壳(2)中的射线源(5)、扇形准直器(10)，旋转外壳(2)通过轴承(3)套装在贯穿其内部空间的内曲轴(1)上，旋转外壳(2)一端外表面套装有动力轮(12)，旋转外壳(2)为中部鼓起呈圆筒状的纺锤体形；

所述旋转外壳(2)的中部沿圆周均匀地开有出射孔(4)，所有出射孔(4)的中心线共面，且所有出射孔(4)的中心线所在平面与旋转外壳(2)的旋转轴线相垂直；

所述内曲轴(1)的中部具有偏离中心轴线的弯曲部(1-1)，所述射线源(5)固定在内曲轴(1)上弯曲部(1-1)的内侧，且射线源(5)的焦点位于旋转外壳(2)的旋转轴线上；

所述扇形准直器(10)垂直于旋转外壳(2)的旋转轴线设置且其收缩端固定在射线源(5)上，扇形准直器(10)中开有扇形狭缝(11)，扇形狭缝(11)的中心扇面、旋转外壳(2)上所有出射孔(4)的中心线所在平面以及射线源(5)的焦点位于同一平面上；扇形狭缝(11)的圆心角与旋转外壳(2)上相邻出射孔(4)相对于它们所在平面的中心点所成的张角相同；

旋转外壳(2)上与动力轮(12)相对的另一端安装有由主、副锥齿轮(13、14)所组成的锥齿轮对，主锥齿轮(13)套装在旋转外壳(2)上，副锥齿轮(14)的远离齿轮的一端连接有位置传感器(15)，主锥齿轮(13)的齿数与配套副锥齿轮(14)的齿数的比值为旋转外壳(2)上所开出射孔(4)的个数。

2.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述射线源(5)为X光管，所述内曲轴(1)的弯曲部(1-1)的两侧轴段为中空轴段，所述内曲轴(1)的弯曲部(1-1)的两侧中空轴段中设有与X光管相连的X光管电源电缆(8)、X光管控制电路线缆(9)以及X光管制冷液导入、导出管路(7-1、7-2)。

3.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，旋转外壳(2)的材质为铅铜合金。

4.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，扇形准直器(10)的扇形狭缝(11)的表面采用注渗钨处理。

5.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，旋转外壳(2)上所开出射孔(4)的个数为6-8个。