CN110824572A - 一种x射线成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种X射线成像设备，包括龙虾眼X射线成像系统，数据采集板，智能控制器，平板电脑；所述龙虾眼X射线成像系统包括低能X射线管，龙虾眼透镜，闪烁晶体探测器，所述龙虾眼透镜包括交叉排列的第一晶体片和第二晶体片，均为横截面为正弦曲线的晶体薄片；本发明所述特殊结构的龙虾眼透镜聚焦时，避免了直接入射光线的产生，有效降低了图像信号的本底，还可以有效抑制由多次反射形成的杂光，明显提高了信噪比与对比度。
Description
技术领域
本发明涉及安全检查领域，尤其涉及一种X射线成像设备。
背景技术
龙虾眼光学系统是一种掠人射反射式光学系统，其结构来源于深海十足目生物如龙虾的眼部结构。利用高能X射线的透射能力，通过对目标物体进行X射线的主动照射，使用龙虾眼结构装置对后向散射高能X射线进行高效率的收集，可以完成对障碍物的“透视功能”，这种设备可以广泛应用于国防、安检以及医疗、检测等领域。
与一般的光学系统不同，龙虾眼透镜的结构比较特殊，内壁都指向球心的棱台状通孔，即微通道分布构成，而且这些棱台的内表面为反射面，当光能入射到内表面时遵循反射定律。其中一部分入射光入射到龙虾眼系统后没有经过该系统中的反射镜反射，而是直接通过微通道，将入射到后面的屏幕上，这种经过微通道直接入射的光将会形成背景光，影响成像清晰度。还有一部分入射光线在系统内壁的水平方向上和竖直方向上的反射次数不相等时，就会形成龙虾眼成像中的中心十字线。由于中心十字线的亮度较高，也会严重影响系统成像的清晰度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种X射线成像设备。
本发明是以如下技术方案实现的：
一种X射线成像设备，所述设备包括龙虾眼X射线成像系统，数据采集板，智能控制器，平板电脑。
进一步地，所述数据采集板与龙虾眼X射线成像系统电连接，所述数据采集板与智能控制器电连接，所述平板电脑与智能控制器无线连接，用于接收并显示龙虾眼X射线成像系统通过数据采集板采集后经过智能控制器算法处理生成的车底内部的图像。
进一步地，所述龙虾眼X射线成像系统包括低能X射线管，龙虾眼透镜，闪烁晶体探测器，所述闪烁晶体探测器的光轴和龙虾眼透镜的视场中心轴以及低能X射线管的中心轴相互平行。
进一步地，所述低能X射线管包括外壳，真空腔，阴极源，聚焦管，阳极靶，驱动板。
进一步地，所述阴极源用于发射电子束；所述阳极靶设置在所述阴极源发射的电子束的发射方向上；所述聚焦管包括锥形聚焦孔并且所述聚焦孔位于所述阴极源的发射端和所述阳极靶之间，三者紧密贴合在一起。
进一步地，所述聚焦孔的前端尺寸小于所述阳极靶的尺寸，所述低能X射线管发射的电子束通过所述聚焦孔照射在所述阳极靶上以产生低能X射线，所述低能X射线不经过准直器直接散射状发射，所述驱动板用于产生高压脉冲电源，控制低能X射线管脉冲发射低能X射线，并调节低能X射线的强度，所述低能X射线管射光子能量在30～100keV的低能X射线脉冲。
本发明的有益效果是：
本发明提供的X射线成像设备，通过使用本发明所叙述特殊结构的龙虾眼透镜进行聚焦时，由于采用了曲面型晶片交叉分布的结构，避免了直接入射光线的产生，有效降低了图像信号的本底，还可以有效抑制由多次反射形成的杂光，对中心十字像也有一定的抑制作用，明显提高了信噪比与图像的对比度。
本发明所述的龙虾眼光学系统具有反射式光学系统对于光谱适应能力强、不存在色散问题的特点，同时具有透射式光学系统视场较大的优点，整个龙虾眼光学系统没有固定的光轴，元件对任意方向的光源都有相同的聚焦能力，理论上视场能够达到360°。
附图说明
图1是本实施例提供的龙虾眼X射线成像系统的结构示意图；
图2是本实施例提供的低能X射线管的结构示意图；
图3是本实施例提供的龙虾眼透镜的结构示意图；
图4是本实施例提供的第一晶片的结构示意图；
图5是本实施例提供的第二晶片的结构示意图；
其中：1-低能X射线管，2-龙虾眼透镜，3-闪烁晶体探测器，11-外壳，12-真空腔，13-阴极源，14-聚焦管，15-阳极靶，16-驱动板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1：
一种X射线成像设备，包括龙虾眼X射线成像系统，数据采集板，智能控制器，平板电脑；所述数据采集板与龙虾眼X射线成像系统电连接，用于采集龙虾眼X射线成像系统产生的电信号，所述数据采集板与智能控制器电连接，用于上传图像数据；所述平板电脑与智能控制器无线连接，用于接收并显示龙虾眼X射线成像系统通过数据采集板采集后经过智能控制器算法处理生成的车底内部的图像。
实施例2：
一种龙虾眼X射线成像系统，如图1所示，包括低能X射线管1，龙虾眼透镜2，闪烁晶体探测器3，所述闪烁晶体探测器的光轴和龙虾眼透镜的视场中心轴以及低能X射线管的中心轴相互平行。
所述低能X射线管如图2所示，包括外壳11，真空腔12，阴极源13，聚焦管14，阳极靶15，驱动板16，所述阴极源用于发射电子束；所述阳极靶设置在所述阴极源发射的电子束的发射方向上；所述聚焦管包括锥形聚焦孔并且所述聚焦孔位于所述阴极源的发射端和所述阳极靶之间，三者紧密贴合在一起，所述聚焦孔的前端尺寸小于所述阳极靶的尺寸，所述低能X射线管发射的电子束通过所述聚焦孔照射在所述阳极靶上以产生低能X射线，所述低能X射线不经过准直器直接散射状发射，所述驱动板用于产生高压脉冲电源，控制低能X射线管脉冲发射低能X射线，并调节低能X射线的强度，所述低能X射线管射光子能量在30～100keV的低能X射线脉冲。
实施例3：
所述龙虾眼透镜如图3所示，包括交叉排列的第一晶体片和第二晶体片，所述第一晶体片如图4所示，为横截面为正弦曲线的晶体薄片，并且上端开有阵列分布的第一插口，所述第二晶体片如图5所示，为横截面为正弦曲线的晶体薄片，并且下端开有阵列分布的第二插口，所述正弦曲线的公式为y＝Asin(x)，所述第一晶体片和第二晶体片处于同一平面内，分别沿同一平面内的两个互相垂直的方向阵列分布，通过第一晶体片的第一插口和第二晶体片的第二插口相互拼插，构成了三维网格阵列，该网格为阵列分布的异形横截面的光路通道；优选地，所述正弦曲线的振幅A为10-100μm。
所述闪烁晶体探测器包括阵列分布的闪烁晶体和阵列式CCD探测器，所述闪烁晶体的出光面紧密贴合在阵列式CCD探测器的接收面上。
实施例4：
所述晶体薄片上负载有新型反光材料，所述新型实验材料制备过程如下，以下材料均为市售：钛酸四丁酯(Ti(CH3CH2CH2CH2O)4(TBOT)，≥99.0％)；氧化钇(Y2O3，≥99.0％)；氟化钡(BaF2，≥99.0％)；冰醋酸(CH3COOH(HAc)，≥99.5％)；乙酰丙酮(CH3C(O)CH2C(O)CH3，≥98.0％)；无水甲醇(CH3OH，≥99.5％)；聚环氧乙烷(PEO，Mw～1000,000)。
通过在冰浴中磁力搅拌下将HAc(250g)滴加到TBOT(643g)中来合成聚二乙酸钛(PDET)前体，反应时间6小时，直至获得浅黄色粉末，将浅黄色粉末、氧化钇与氟化钡以7:4:2的比例共计50g溶于1000mL无水甲醇中，将200g Hacac添加上述溶液中，之后将溶液再次浓缩成粉末，作为新型反光材料前体。将50g新型反光材料前体和10g PEO(0.1g)溶于无水甲醇100mL中，在40℃下得到喷涂溶液，搅拌15小时以确保PEO充分溶解并使溶液均质，将喷涂溶液置于喷枪中，均匀喷涂至所述晶体薄片表面。
实施例5：
传统的Schmidt和Angel结构的龙虾眼透镜由于结构上的特点，存在一种光线，在两个维度上都没有经过镜片的反射，它们直接穿过镜片之间的微孔，对成像没有贡献，在闪烁晶体探测器上形成大致均匀的本底信号，而本发明提供的龙虾眼透镜，由于采用的曲面型晶片交叉分布的结构，避免了上述光线的产生，反射回来的X射线不会直接透过镜片之间的微孔达到闪烁晶体探测器，所有的X射线在两个正交的维度上都经过曲面镜片反射，在两个维度上均由上述光线组成，这种光线聚焦在闪烁晶体探测器上十字心的中心位置点，形成中心亮斑。
通常分辨率较高的情况下龙虾眼单个孔的宽度为20-50μm，龙虾眼透镜通道长宽比控制在约为10-50，相应地龙虾眼沿光轴的分辨率是0.2-2.5mm左右，通道对光线进行单次反射，垂直于光轴的分辨率是40-100μm左右。
发生掠入射的X射线经过本发明提供的龙虾眼透镜后，有效减小了光轴附近的弥散斑的尺寸，但同时缩小了视场范围。当锥顶角α＝0.1°和α＝1°时，几何光学分析下的该龙虾眼透镜像面处光斑的弥散情况如表1所示。
表1.透镜像面处光斑的弥散情况
| 参数 | 锥顶角α＝0.1° | 锥顶角α＝1° |
| 弥散斑半径 | 0.28mm | 0.28mm |
| 投影宽度 | 0.16mm | 1.25 |
| 几何弥散斑半径 | 0.28mm | 1.18mm |
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种X射线成像设备，其特征在于，所述设备包括龙虾眼X射线成像系统，数据采集板，智能控制器，平板电脑。
2.根据权利要求1所述设备，其特征在于，所述数据采集板与龙虾眼X射线成像系统电连接，所述数据采集板与智能控制器电连接，所述平板电脑与智能控制器无线连接，用于接收并显示龙虾眼X射线成像系统通过数据采集板采集后经过智能控制器算法处理生成的车底内部的图像。
3.根据权利要求1所述设备，其特征在于，所述龙虾眼X射线成像系统包括低能X射线管，龙虾眼透镜，闪烁晶体探测器，所述闪烁晶体探测器的光轴和龙虾眼透镜的视场中心轴以及低能X射线管的中心轴相互平行。
4.根据权利要求1所述设备，其特征在于，所述低能X射线管包括外壳，真空腔，阴极源，聚焦管，阳极靶，驱动板。
5.根据权利要求1所述设备，其特征在于，所述阴极源用于发射电子束；所述阳极靶设置在所述阴极源发射的电子束的发射方向上；所述聚焦管包括锥形聚焦孔并且所述聚焦孔位于所述阴极源的发射端和所述阳极靶之间，三者紧密贴合在一起。
6.根据权利要求5所述设备，其特征在于，所述聚焦孔的前端尺寸小于所述阳极靶的尺寸，所述低能X射线管发射的电子束通过所述聚焦孔照射在所述阳极靶上以产生低能X射线，所述低能X射线不经过准直器直接散射状发射，所述驱动板用于产生高压脉冲电源，控制低能X射线管脉冲发射低能X射线，并调节低能X射线的强度，所述低能X射线管射光子能量在30~100keV的低能X射线脉冲。
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