CN105403926A - 行走式履带底座背散射成像仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行走式履带底座背散射成像仪，包括：屏蔽外壳，底部设有转盘式履带底座，其内设有驱动转盘式履带底座带动该屏蔽外壳旋转及移动的底座驱动装置和传动部件；探测器，设在屏蔽外壳内的一侧，采集图像并处理成完整图像；X射线机，设在屏蔽外壳内，处于探测器旁，该X射线机发光面朝向探测器；转筒，罩设在X射线机的发光面外，能围绕X射线机的发光面转动，其上设有出光口，出光口对应于探测器；转筒驱动装置，与转筒连接，能驱动转筒匀速旋转；驱动控制装置，分别控制底座驱动装置和转筒驱动装置。该成像仪检测面积大，可以检测墙壁，能在野外崎岖路面运作，可旋转探测器对扇形区域进行成像，并且对X射线具有较好防护。

Description

行走式履带底座背散射成像仪

技术领域

本发明属于安全监测设备领域，涉及一种利用X射线的背散射成像的行走式背散射成像设备。

背景技术

对进入重要场所的人员、行李及货柜，实施非接触的安全检查，已成为目前最广泛采用的安检措施。各类金属或非金属武器，毒药、爆炸物是检测的重点。目前，使用最多的是X射线透射成像技术，其原理是由于X射线有很强的穿透能力，在经过不同密度物质时，透射光强度不一样，接收器接收到的光强不一样，把这个信号发大，便可以成像。X成像设备中使用较为广泛的有地铁安检系统和便携式X光检测仪。地铁安检系统借助传送带将被检测物体送入履带式通道进行检测，其优点是检测效率高，可对流动人员的行李进行流水式检测，缺点是体积大，搬运不便，而且由于传送带的限制使设备只能检测可放入通道内的物体，对检测物体体积有了限制，设备本身对X射线防护较弱，X射线容易从传送带出入口泄露。便携式X光检测仪的优点是方便携带，每台仪器配有一个检测箱和一个X射线机以及若干电源配件，只需一到两人便可随身携带至使用场所，缺点是检测的面积取决于检测箱的大小，不能检测较大物体，而且由于检测时需要将检测体摆放在X光光机与检测箱之间，所以无法检测墙壁这类检测体，设备本身对X射线基本无防护，需操作人员远离设备来避免受到X射线的影响。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种行走式履带底座背散射成像仪，其检测面积大，可以检测墙壁，能在野外崎岖路面运作，可旋转探测器对扇形区域进行成像，并且对X射线具有较好防护。

为解决上述技术问题，本发明提供一种行走式履带底座背散射成像仪，包括：

屏蔽外壳，其底部设有转盘式履带底座，该屏蔽外壳内设有驱动所述转盘式履带底座带动该屏蔽外壳旋转及移动的底座驱动装置和传动部件；

探测器，设在所述屏蔽外壳内的一侧，用于采集图像并处理成完整的图像；

X射线机，设在所述屏蔽外壳内，处于所述探测器旁，该X射线机的发光面朝向所述探测器；

转筒，罩设在所述X射线机的发光面外，能围绕所述X射线机的发光面转动，其上设有出光口，所述出光口对应于所述探测器；

转筒驱动装置，设在所述转筒外侧，与转筒连接，能驱动所述转筒围绕所述X射线机匀速旋转；

驱动控制装置，分别与所述底座驱动装置和转筒驱动装置电气连接，用于分别控制所述底座驱动装置和转筒驱动装置。

本发明的有益效果为：该成像仪通过将X射线机与探测器设在同侧，并固定在屏蔽外壳内部，可实现背散射成像，不需要将检测体摆放在X光光机与检测箱之间，即可检测墙壁类的检测体；采用转盘式履带底座，实现了移动和扫描机械分开的结构。移动时采用履带式结构，可以适应野外复杂地理环境。扫描图像时，履带停止移动，转盘式底座平滑转动，有较高的稳定性，保证获取精准的图像，而且可实现远程控制操作；由于X射线机与探测器均集成在屏蔽外壳内，可采用小型X射线机与探测器，体积小重量轻，便于搬运，适合移动到较大的墙壁类的物体处检测；采用屏蔽外壳，能有效屏蔽X射线，对X射线具有较好的防护，避免工作中X射线伤害现场人员。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明实施例提供的成像仪整体正视三维示意图；

图2是本发明实施例提供的成像仪整体反视三维示意图；

图3是本发明实施例提供的成像仪的转筒转至X射线机发光角上端位置示意图；

图4是本发明实施例提供的成像仪的转筒转至X射线机发光角下端位置示意图；

图5是本发明实施例提供的成像仪的X射线机发光范围示意图；

图6是本发明实施例提供的成像仪的X射线机与转筒二维主视角位置示意图；

图7是本发明实施例提供的成像仪的底座旋转时采集范围示意图；

图中各标号对应的部件为：1.探测器，2.转筒旋转电机，3.转筒，31.转筒上的出光口，4.X射线机，40.X射线机的外屏蔽壳，41.外屏蔽壳上的发光口，5.转盘式履带底座，51.履带机构，52.转盘式底座，6.转底座驱动装置，61.传动部件，7.屏蔽外壳，10.成像仪，20.被测物体。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、2所示，本发明实施例提供一种行走式履带底座背散射成像仪，包括：

屏蔽外壳，其底部设有转盘式履带底座，该屏蔽外壳内设有驱动转盘式履带底座带动该屏蔽外壳旋转及移动的底座驱动装置和传动部件；优选的，底座驱动装置6采用电机，传动部件61采用传动齿轮；

探测器，设在屏蔽外壳内的一侧，用于采集图像并处理成完整的图像；

X射线机，设在屏蔽外壳内，处于探测器旁，该X射线机的发光面朝向探测器；

转筒，罩设在X射线机的发光面外，能围绕X射线机的发光面转动，其上设有出光口，出光口对应于探测器；

转筒驱动装置，设在转筒外侧，与转筒连接，能驱动转筒围绕X射线机匀速旋转(参见图6)；

驱动控制装置，分别与底座驱动装置和转筒驱动装置电气连接，用于分别控制底座驱动装置和转筒驱动装置。

上述成像仪中，转盘式履带底座包括：履带机构和设在履带机构上的转盘式底座，屏蔽外壳内设置的底座驱动装置经传动部件与转盘式底座连接，驱动转盘式底座带动屏蔽外壳旋转。

上述成像仪中，探测器中间部位设有供X射线机的X射线通过的通道，通道两侧为接收从被测物体上散射回来X的光接收面。

上述成像仪中，X射线机外罩设有外屏蔽壳，该X射线机的外屏蔽壳上设有作为发光口的竖狭缝；转筒上的出光口为若干均匀分布在该转筒上的细长横狭缝，各细长横狭缝的位置分别与X射线机的外屏蔽壳上的竖狭缝对应。优选的，转筒上的细长横狭缝为四个。这种结构的X射线机与转筒配合，可由X射线机的外屏蔽壳的竖狭缝与转筒上细长横狭缝配合，能发出竖直扇形的X射线。该X射线机外屏蔽壳的竖狭缝与转筒上的细长横狭缝的尺寸无特殊要求，只要能满足X射线的出光扫描以及探测器的接收成像即可。

上述成像仪中，屏蔽外壳7采用由前面板与铅制后壳构成的外壳，前面板可采用轻质硬体材料制成，如前面板可采用碳纤维前面板、木质前面板或塑料前面板等中的任一种，前面板方便探测器对散射回的X光接收，而铅制后壳可以防护X光对操作人员的辐射；X射线机4的外屏蔽壳也采用铅制外壳以及转筒为采用铅制成的转筒。X射线只从X射线机4竖直狭缝与转筒3上横长狭缝交叉的孔中射出至被测物体，在不影响成像效果的前提下使设备操作人员得到有效防护，辐射剂量很小。上述成像仪还包括：摄像头8和通信装置(图中未示出)，其中，摄像头8设在屏蔽外壳上，可设在屏蔽外壳顶部上；通信装置，分别摄像头和驱动控制装置电气连接，用于与远程控制端进行通信，传输摄像头采集的图像，并根据接收的远程控制端的指令传输给驱动控制装置，以使驱动控制装置根据指令执行相应操作。可以知道，通信装置可采用无线或有线通信装置，只要能方便实现远程通信，对该成像仪进行远程控制即可。

优选的，驱动控制装置可采用PLC控制装置，能方便控制底座驱动装置6和转筒驱动装置2，只要能方便控制底座驱动装置6和转筒驱动装置2的电气控制装置均可以使用。

本发明的成像仪采用X射线背散射成像，背散射探测原理利用的是康普顿散射理论，X射线遇到不同的物质会发生不同的散射。背散射设备的X射线源和探测器在同一侧，X射线源向需要检测的物体发射低能X射线，射线照射到被检物体后发生散射，而散射光子的强度与被检测物体的关系只与以下因子Q有关：

$Q=\frac{Z}{A}\·\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\ρ}}+{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\ρ}}}^{\′}}$

由于低Z或含有较多氢元素的物质来说，值比较大，而且低能情况下低Z物质的质量吸收系数要明显小于高Z物质，因此在背散射成像中探测到的低Z物质和有机物的散射光子数相对其他物质要高，即图像会自动加亮，这样就能很好的把有机物、炸药、毒品与金属、陶瓷等无机物区分开来。其中，炸药与毒品等富含氢、氧、碳、氮元素的由低原子序数元素组成的物质，散射能力很强，图像较亮；金属物品，如枪支和匕首等，对X射线的散射能力很弱，图像较暗。这样，与X射线机位于同侧的探测器通过检测散射回的强弱不同的射线成像，这样就实现了对背靠墙体的可疑物品的检测。

该成像仪具有转筒准直X射线使其成一上下往复扫描的笔形光束，探测器接收每个时刻该笔形光束照射位置的所有散射射线作为该点图像的强度值，由于该成像仪底部使用转盘式履带底座承载屏蔽外壳及其内设置的探测器和X射线机，使探测器和X射线机可在底座上旋转扫描，覆盖一个曲面，获得完整的背散射图像。

该成像仪压缩至最小体积与重量，重量轻，采用转盘式履带底座承载各部件，转盘式履带底座的履带机构可以前行、后退、转弯，可以越过较崎岖的道路，能在野外排爆安检过程中，不受地理环境限制。进一步的，该成像仪可以设置摄像头和通信装置，可以实现远程控制，可以遥控该成像仪自行移动到被检测物品前停下，然后通过转盘平稳旋转扫描，获得背散射图像。

由于，该成像仪的屏蔽外壳，X射线机的外屏蔽壳及转筒均用铅制成，X射线只从转筒上缝隙与X射线机准直缝交叉的孔中射出至被测物体，在不影响成像效果的前提下使设备操作人员得到有效防护，辐射剂量很小。

本发明的成像仪的X射线机与探测器一体化，能控制自行行走，检测面积大，可以检测墙壁，能在野外崎岖路面运作，可旋转探测器对扇形区域进行成像，并且对X射线具有较好防护的成像设备。对于放置在墙角等障碍物前，对无法使用便携式X射线透视检测设备的情况下，该成像仪能有效检测藏匿的违禁物品。而且由于散射成像，对于有机物有自动加深图像的特点，它不仅能检测出金属违禁品，例如：金属刀、枪等，特别是对非金属违禁品的检测更为准确，例如：塑料刀枪、陶瓷刀具、毒品、液体固体爆炸物等。采用单点扫描的方式成像，X射线被准直成一笔型光束，单次检查辐射剂量非常微弱，几乎可以忽略不计，大大保障了操作人员的身体安全。

如图7所示，检测时，只需排爆员或排爆机器人移动该成像仪靠近被检测物品，与被检测物品平行，操作人员通过远程控制该成像仪自行移动到被检物品前完成扫描，检测方便快捷，大大降低了排爆检测的危险性。

本发明的优点如下：(1)由于集成在一个屏蔽外壳内，可采用小型光机与探测器，体积小重量轻，且不影响背散射的图像效果。(2)采用转盘式履带底座，实现了移动和扫描机械分开的结构。移动时采用履带式结构，可以适应野外复杂地理环境。扫描图像时，履带停止移动，转盘平滑转动，有较高的稳定性，保证获取精准的图像。(3)采用X射线机与探测器在同侧，并固定在屏蔽外壳内部，实现了背散射成像，使该成像仪可以检测墙壁这类检测体。(4)采用PLC控制该成像仪移动，进一步可通过在成像仪上设置摄像头和通信装置配合，实现监视远程操作。(5)采用铅防护，铅分子密度大，X射线很难穿透，设备内部除X射线发光口有极细的狭缝外，X射线机周围均装有铅制防护外壳。

下面结合具体实施例对本发明的成像仪作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明的成像仪中，探测器1置于屏蔽外壳7内一侧，X射线机4置于探测器1旁，X射线机4发光面朝向探测器1，作为底座驱动装置的底座电机通过作为传动部件61的齿轮控制转盘式履带底座5旋转，转盘式履带底座5承载整个成像仪进行移动。屏蔽外壳7采用具有铅板制作的铅制后壳，有效防护X射线。

如图3所示，X射线机4用铅制的外屏蔽壳40罩住，并在X射线机4的发光口41处设置竖狭缝,转筒3上均匀加工四个细长横狭缝作为出光口31，使X射线从竖狭缝射出后再经过转筒的横长狭缝，形成横条式X射线，X射线打到被测物体上形成康普顿反射并返回探测器形成图像。驱动转筒的转筒驱动装置2(可采用旋转电机)使转筒3以匀速围绕X射线机4旋转，使探测器1在单位时间里接收到等量图像信息。

图3所示为转筒3旋转至X射线机4发光口上端时发光范围示意图；图4所示为转筒3旋转至X射线机4发光口下端时发光范围示意图；图5所示为转筒3匀速旋转时X射线机4发光范围整体示意图。背散射成像采集的图像由图5所示的扫描宽度决定，每次采集一条狭缝的图像，最终由探测器1运行的程序处理成完整的图像。

如图6所示，转筒驱动装置2连接转筒3，带动转筒3围绕X射线机4匀速旋转。

如图7所示为成像仪10的底座旋转时采集示意图，成像仪10靠近被测物体20后旋转采集图像，获得探测结果。

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披露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种行走式履带底座背散射成像仪，其特征在于，包括：

屏蔽外壳，其底部设有转盘式履带底座，该屏蔽外壳内设有驱动所述转盘式履带底座带动该屏蔽外壳旋转及移动的底座驱动装置和传动部件；

探测器，设在所述屏蔽外壳内的一侧，用于采集图像并处理成完整的图像；

X射线机，设在所述屏蔽外壳内，处于所述探测器旁，该X射线机的发光面朝向所述探测器；

转筒，罩设在所述X射线机的发光面外，能围绕所述X射线机的发光面转动，其上设有出光口，所述出光口对应于所述探测器；

转筒驱动装置，设在所述转筒外侧，与转筒连接，能驱动所述转筒围绕所述X射线机匀速旋转；

驱动控制装置，分别与所述底座驱动装置和转筒驱动装置电气连接，用于分别控制所述底座驱动装置和转筒驱动装置。

2.根据权利要求1所述的行走式履带底座背散射成像仪，其特征在于，所述转盘式履带底座包括：

履带机构和设在所述履带机构上的转盘式底座，所述屏蔽外壳内设置的所述底座驱动装置经传动部件与所述转盘式底座连接，驱动转盘式底座带动所述屏蔽外壳旋转。

3.根据权利要求1所述的行走式履带底座背散射成像仪，其特征在于，所述探测器中间部位设有供所述X射线机的X射线通过的通道，所述通道两侧为接收从被测物体上散射回来X的光接收面。

4.根据权利要求1所述的行走式履带底座背散射成像仪，其特征在于，所述X射线机外罩设有外屏蔽壳，该X射线机的所述外屏蔽壳上设有作为发光口的竖狭缝；

所述转筒上的出光口为若干均匀分布在该转筒上的细长横狭缝，各细长横狭缝的位置分别与所述X射线机的外屏蔽壳上的竖狭缝对应。

5.根据权利要求4所述的行走式履带底座背散射成像仪，其特征在于，所述转筒上的细长横狭缝为四个。

6.根据权利要求4所述的行走式履带底座背散射成像仪，其特征在于，所述X射线机的外屏蔽壳为铅制外壳；

所述转筒为采用铅制成的转筒。

7.根据权利要求1至6任一项所述的行走式履带底座背散射成像仪，其特征在于，所述屏蔽外壳为由前面板与铅制后壳构成的外壳。

8.根据权利要求1至6任一项所述的行走式履带底座背散射成像仪，其特征在于，还包括：摄像头和通信装置，所述摄像头设在所述屏蔽外壳上；

所述通信装置，分别所述摄像头和所述驱动控制装置电气连接，用于与远程控制端进行通信，传输摄像头采集的图像，并根据接收的所述远程控制端的指令传输给所述驱动控制装置，以使所述驱动控制装置根据指令执行相应操作。