CN111856542A

CN111856542A - 一种无障碍阵列式放射源快速定位系统

Info

Publication number: CN111856542A
Application number: CN202010457910.8A
Authority: CN
Inventors: 张志勇; 刘思平; 杨奎; 廉小龙; 李晨
Original assignee: Shanghai Ergonomics Detecting Instrument Co ltd
Current assignee: Shanghai Ergonomics Detecting Instrument Co ltd
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本发明公开了一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，该系统包括探测器阵列：正面7个碘化钠正面探测器阵列、侧面3个碘化钠侧面探测器阵列、碘化钠核素识别探头、一个³He中子探测器、辐射信号处理电路板、高速高清摄像头、设备外罩、上位机软件共八部分组成。碘化钠探测器阵列加上特殊的铅屏蔽用作对放射源进行精确定位，碘化钠核素识别探头用于对放射性核素的种类进行识别，中子探头检测中子辐射。辐射信号处理电路板对探头采集的辐射信号转换成数字信号并传给上位机软件。上位机软件对数字信号进行分析处理，给出放射源的具体位置和核素种类并报警。摄像头对监测区域的人员进行拍照并根据具体位置抓出携带超标放射性辐射的可疑人员。

Description

一种无障碍阵列式放射源快速定位系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，具体是一种无障碍阵列式放射源快速定位系统。

背景技术

传统的通道式行人放射性物质的检测方式是设立通道，对通过行人进行检测。这种检测方式由于离探测器近检出率高，但是通道狭窄检测速度慢，且离工作人员近造成人员通过效率低，且一旦发生辐射对工作人员也有一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，包括：

具有铅屏蔽的碘化钠探测器阵列，在碘化钠晶体侧面包围铅并向前伸出，蒙卡算法算出单个晶体铅屏蔽的辐射响应特征然后经过具体的实验对模型进行修正，根据实验修正的结果对定位系统在各种条件下的辐射进行模拟得出实际的辐射特征数据；

正侧面探测器阵列组合，包括正面探测器阵列和侧面探测器阵列，正面探测器阵列用于检测垂直行人方式上的辐射特征，侧面探测器阵列用于检测行人前进方向上的辐射特征，交叉组合确定超标辐射人员的具体位置；

检测平面区域的特征编码，把检测4m×4m的平面进行编码，划分成1m×1m的16个特征网格，再按1.8m的高度划分成4个高度，总检测区分成了64个特征网格，对辐射特征进行编码；

辐射定位与摄像头联动抓拍模块，检测到辐射特征，根据编码确定辐射位置，将位置信息传递给摄像头抓拍辐射超标人员。

作为本发明的进一步方案：所述铅屏蔽的厚度为2cm，向前伸出的距离为5cm。

作为本发明的进一步方案：所述正面探测器阵列为7探头阵列，中心位置探头平行行人方向，侧面探测器阵列为3探头阵列，中间探头垂直行人方向。

作为本发明的进一步方案：所述检测平面的特殊编码包括64个网格常见放射性核素的编码，高度方向分为4个平面，同一平面分为16个网格，蒙卡模拟出¹³⁷Cs在不同网格的特征编码并通过实验进行修正，修正后用蒙卡算出常见核素64个网格的特征编码。

作为本发明的进一步方案：所述辐射定位与摄像头联动抓拍模块将三维定位信息传递给抓拍相机，抓拍相机通过算法在二维平面中定位出辐射超标人员位置并拍照放大。

作为本发明的进一步方案：所述正面探测器阵列为7个碘化钠探测器阵列，侧面探测器阵列为3个碘化钠探测器阵列。

作为本发明的进一步方案：碘化钠侧面探测器包括外壳以及安装在外壳内的PMT及前端信号放大电路、圆柱形铅屏蔽层和碘化钠晶体探头，外壳采用铝塑板轻质材料，厚度为4mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）辐射检测区域可达4m×4m的平面，比通道式行人检测区域大几十倍；（2）如果被检测人员辐射正常，无需停留直接通过；（3）如果被检测人员辐射超标，不仅给出报警信息，还给出辐射超标人员的具体位置，通过高速高清摄像头录下整个过程并拍照放大展示给用户。（4）采集信号为200ms，比现有常规行人通道门1秒速度快5倍。

附图说明

图1为无障碍阵列式放射源快速定位系统示意图

图2为蒙卡模拟裸晶体的辐射特征图。

图3为铅屏蔽后的辐射特征比较图。

图4为单晶体铅屏蔽示意图。

图5为安装方位示意图。

图中：1-正面探测器阵列；2、高速高清摄像头；3、侧面探测器阵列；4、检测区域；5、PMT及前端信号放大电路；6、圆柱形铅屏蔽层、7-碘化钠晶体探头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，实施例1：本发明实施例中，一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，包括：正面7个碘化钠正面探测器阵列1、侧面3个碘化钠侧面探测器阵列3、碘化钠核素识别探头、一个3He中子探测器、辐射信号处理电路板、高速高清摄像头2、设备外罩、上位机软件共八部分。

碘化钠探测器为3英寸×3英寸的圆柱形晶体，晶体外部包围铅屏蔽层。铅屏蔽层前出探测器一定距离，根据检测高度与距离确定最终铅屏蔽层前出探测器的距离。铅屏蔽的尺寸均通过蒙特卡罗方法精确计算并用实验进行修正，保证模拟效果与实际场景应用尽可能的接近。通过实验修正好单个晶体模拟模型后，根据产品最终的应用场景建好正7侧3的阵列碘化钠探测器模型。

探测器阵列的最终模型，需要蒙卡算法经过多次实验确定。探测器高度均为3m，正面探测器间隔50cm，侧面探测器间隔50cm。

探测器向下的倾角和左右的倾角均通过蒙卡算法得出。通过模拟成百上千种模型，最终得出一个最佳模型。

碘化钠核素识别探头，与定位阵列碘化钠探头不同。为了提高核素识别效率并不需要加铅屏蔽。位置放于正面探测器阵列中心定位探头的下方，位置靠前一定距离。核素识别算法采用特征峰核素识别法。

中子探测器为圆柱形3He气体探测器，为提高对中子的探测效率，在探测器周围包有一定厚度的慢化层。中子探测不确定具体位置，一旦发生中子报警，报警级别为最高级别，检测区域全部显示为红色。

辐射信号电路处理板，这部分包括对所有探测器的信号转换与收集。辐射采集信号为200ms，不间断的采集探测器周围的辐射信号并传递给上位机软件用于分析处理。

中子探测器由于信号较少，为保证数据的稳定性，采用1s频率的信号采集。

高速高清摄像头对检测区域进行实时录像，当有辐射位置信息传递给它时，开启短时高清录像并抓图牌照存储。未报警时，只按常规方式录像按天保存。

设备外罩为铝塑板轻质材料，厚度为4mm。铝塑板质量轻能最大程度减少外壳对放射性射线的屏蔽。铝塑板外观平整，将探测器、信号处理电路板完全包围起来，具有较好的美观效果。

上位机软件，上位机软件分为用户操作界面和后台数据处理系统。用户操作界面分为剂量率显示界面、检测平面网格示意图、摄像头录像界面。后台数据处理系统包括探测网格区域编码、辐射定位算法、剂量率算法。

无障碍阵列式放射源快速定位系统的检测方式为，被检测人员按正常速度通过探测器阵列下方的检测区域4。定位探头采集频率为200ms,最快1s给出辐射超标人员的具体位置并录像、拍照。辐射正常人员无需停留，按正常速度通过。

本发明是一个集成多个多种辐射探测器的定位系统，其中包括10个定位的3英寸×3英寸的圆柱形碘化钠晶体、1个核素识别碘化钠晶体、1个中子管探测器。附图1为探测器阵列的简化示意图，其中侧面辅助探测器阵列可根据实际场地安装在主探测器的左边或者右边。

本发明在具体实施中，探测器阵列高度为3m，检测平面为一个4m×4m的无障碍平面。侧面探测器阵列在检测侧面居中位置。

在本发明的一个实施例中，探测器通过天花板悬吊在离地面高度3m的空中。具体高度可根据实际环境做微调。本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例落入附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

本实施例，在建好最初的单个晶体模型后，修改探测器个数、屏蔽方式、探测器角度等参数。寻找出一种最优的探测器阵列模型。模拟结果具体见图2和3。

实施例2：在实施例1的基础上，图4是本发明一个实施例中探测器的结果示意图。如图5所示，探测器主要包括5个部分，碘化钠晶体探头7、圆柱形铅屏蔽层6、PMT及信号放大电路板5、探测器保护外壳。本实施例中的圆柱形铅屏蔽层6是2cm厚，前出探测器前端5cm。此种铅屏蔽方式进过蒙卡模拟与实验验证，是最优模型。

本发明实施例中的铅屏蔽前出探测器前端距离，并不一定是5cm。根据具体安装环境可变化。本发明的实施例的范围不受此限制。

图5是本发明一个实施例的放射源定位系统安装方位示意图，示意图中只包含了定位用的碘化钠探测器阵列，如图5所示，探测器阵列每个探测器都有一定的角度变化，角度变化包括上下倾角和左右倾角。上下倾角统一为45°，左右倾角根据安装位置有一定变化。

本发明的一个实施例中，核素识别探测器为3英寸×3英寸的碘化钠晶体，为提高核素识别效率，探测器前端未做任何处理。位置位于主阵列探测器中心偏下方的位置。中心位置偏下方，离检测平面近且无物体遮挡能探测到更多放射性射线。

本发明的一个实施例中，探测中子的探测器为φ50mm×L600mm的3He气体探测器。周围包裹一层一定厚度的慢化体提高对中子的探测效率。

本发明的一个实施例中，高速高清摄像头位于主探测器的正下方，视野覆盖整个4m×4m的检测区域。当有辐射报警后，接收到辐射定位信息后采取录像和抓拍动作。

本发明的一个实施例中，外壳采用铝塑板，在保护探测器主体部分的同时，有助于减少外罩对射线的屏蔽作用，提高设备的探测效率。

铝塑板厚度为4mm。

上位机软件分为用户界面和后台数据处理界面。后台数据包括用137Cs调试时，输入的阵列探测器的位置特征编码。调试时完成后将实际用源测试的编码与蒙卡模拟算出编码做比较，对模拟结果进行修正得到模型修正参数。

位置特征编码中，编码包括常见工业核素和医用核素。每种核素包括4个不同高度平面的16个特征点。高度为0m、0.6m、1.2m、1.8m。

当辐射超标人员进入检测区域触发报警后，根据位置特征编码，确定辐射超标人员位置并将位置信息传递给摄像机，摄像机录像并抓拍辐射超标人员，当辐射报警解除后停止录像。辐射报警解除可人工解除，当辐射值低于报警值时，系统自动解除。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，其特征在于，所述铅屏蔽的厚度为2cm，向前伸出的距离为5cm。

3.根据权利要求2所述的一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，其特征在于，所述正面探测器阵列为7探头阵列，中心位置探头平行行人方向，侧面探测器阵列为3探头阵列，中间探头垂直行人方向。

4.根据权利要求1所述的一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，其特征在于，所述检测平面的特殊编码包括64个网格常见放射性核素的编码，高度方向分为4个平面，同一平面分为16个网格，蒙卡模拟出¹³⁷Cs在不同网格的特征编码并通过实验进行修正，修正后用蒙卡算出常见核素64个网格的特征编码。

5.根据权利要求4所述的一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，其特征在于，所述辐射定位与摄像头联动抓拍模块将三维定位信息传递给抓拍相机，抓拍相机通过算法在二维平面中定位出辐射超标人员位置并拍照放大。

6.根据权利要求3所述的一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，其特征在于，所述正面探测器阵列为7个碘化钠探测器阵列，侧面探测器阵列为3个碘化钠探测器阵列。

7.根据权利要求6所述的一种无障碍阵列式放射源快速定位系统，其特征在于，碘化钠侧面探测器包括外壳以及安装在外壳内的PMT及前端信号放大电路、圆柱形铅屏蔽层和碘化钠晶体探头，外壳采用铝塑板轻质材料，厚度为4mm。