CN112033983A - 一种x射线发射系统及检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种X射线发射系统及检测系统，属于X射线检测技术领域。其中检测系统包括：舱体和第一探测器阵列，舱体内设有用于发射一束主射线和一束旁束射线的X射线源、用于限定主射线辐射的范围的准直器和用于采集旁束射线的辐射强度的旁束射线强度检测装置；主射线与旁束射线设置夹角；旁束射线强度检测装置测得的旁束射线的辐射强度作为补偿量修正经过待检测物的主射线的辐射强度。本发明对旁束射线的检测不会削弱主射线的辐射强度；减少旁束射线对环境的泄漏；并且旁束射线、主射线在不同角度上的辐射强度分布相同，旁束射线、主射线受到加速器工况波动的影响相同，因此利用旁束射线的辐射强度对主射线强度修正的更加准确。

Description

一种X射线发射系统及检测系统
技术领域
本发明涉及一种X射线发射系统及检测系统，属于X射线检测技术领域。
背景技术
为了防止安全事故的发生，在人员密集场所或者运输关口等地设置有安检设备。数字辐射成像系统作为一种无损检测技术，广泛应用于安检设备中，包括固定式集装箱检测系统和移动式集装箱检测系统等。
数字辐射成像系统是基于某种射线透视成像技术的检查系统，例如：X射线，X射线检测原理是当X射线穿过物质时，因被物质吸收和散射，强度会发生衰减，衰减程度与物质的性质和厚度有关，密度和厚度愈大，衰减愈大。在集装箱中没有物体的地方，透过的X射线强度就大，进而使射线胶片相应处的曝光量增多，暗室处理后呈现出较黑的影像，从而达到检验的目的。
X射线是通过射线源发射出的，然而射线源工作状态并不稳定，从震动、高压电路温度变化、到温度变化引起的微波元件尺寸变化都有可能引起射线源工作状态的变化，射线源工作状态的变化直接导致其发射的X射线的强度发生变化，并且这种变化是难以预知的。根据X射线的成像原理可知，当X射线的强度发生变化时，不仅给图像的归一化(normalization)带来了不便，并且会出现图像明暗不均匀的问题。
为了解决图像明暗不均匀的问题，现有技术有两种解决办法：
1、穿透式电离室法，其原理如图1、2所示，X射线源2包括X射线发射源7和X射线发射源屏蔽装置8，X射线发射源7发射的主射线5通过穿透式电离室3和准直器4被探测器阵列6接收，以实现成像，并且统计穿透式电离室3所检测的X射线源2出射口处的射线强度，得到每次采样时射线的整体强度变化，将该强度作为补偿值，对成像进行亮度修正。然而这种方法由于穿透式电离室3设置在X射线源2的出口处，削弱了X射线的强度(大约削弱10％)，而且这种方法穿透式电离室3所检测的强度为一个统一值，无法体现X射线不同角度的光强，一般情况下，假设X射线的中心强度为1，那么X射线的边缘强度为0.1-0.15，因此该方法不仅削弱X射线的强度，而且在图像上下边缘常常会出现修正错误的现象，强度弱、修正效果差。
2、参考探测器法，其原理如图3所示，使用参考探测器9(一般为探测器阵列6的末端探测器)采集未经过待检测物的主射线5的强度，该方法不会削弱射线强度，但是由于参考探测器9设置在探测器阵列6的边缘，其反应的辐射强度和辐射强度变化对应于主射线5的边缘部分，而主射线5的边缘部分并不是成像的主要部分(主射线5的中心部分才是成像的主要部分)，因此需要根据主射线5的中心部分和边缘部分之间的关系估计主射线5中心部分的强度，进而对图像进行修正。然而主射线5的中心部分和边缘部分之间的关系难以准确获得，只能借助于经验和统计模型，这就导致最终的修正效果较差。
发明内容
本申请的目的在于提供一种X射线检测系统，用以解决修正效果差的问题；同时还提出一种X射线发射系统。
为实现上述目的，本申请提出了一种X射线检测系统的技术方案，该X射线检测系统包括：
舱体，舱体内设有X射线源、准直器和旁束射线强度检测装置；
所述X射线源，用于发射一束主射线和一束旁束射线；所述主射线与旁束射线设置夹角；
所述准直器，设置在主射线的光路上，用于限定主射线辐射的范围；
所述旁束射线强度检测装置，设置在旁束射线的光路上，用于采集旁束射线的辐射强度；
所述舱体上开设一个出口，该出口设置在准直器下游的光路上，用于将主射线射出；
第一探测器阵列，用于采集主射线的辐射强度；
所述旁束射线的辐射强度作为补偿量修正经过待检测物的主射线的辐射强度。
本发明的X射线检测系统的技术方案的有益效果是：该检测系统的X射线源除了发出主射线之外，还发出一束与主射线具有一定夹角的旁束射线，并且通过设置在舱体内的旁束射线强度检测装置检测旁束射线的强度，将该旁束射线的辐射强度作为补偿量修正经过待检测物的主射线的辐射强度。分析得出：1.旁束射线和主射线有一定的夹角，对旁束射线的检测不会削弱主射线的辐射强度；2.对旁束射线辐射强度的检测在舱体内，减少了旁束射线对环境的泄露；3.旁束射线和主射线由X射线源统一发出，旁束射线受到波动的影响与主射线受到的波动影响也相同，因此利用旁束射线的辐射强度对主射线的辐射强度修正的更加准确。本发明通过增加X射线源发射射线的数量实现了检测图像亮度不均匀的准确修正，整体结构简单、成本低。
进一步的，为了降低成本，所述旁束射线强度检测装置为单一探测器，用于采集旁束射线中心的辐射强度。
进一步的，由于旁束射线的不同扩散角度的辐射强度分布与主射线的不同扩散角度的辐射强度分布具有对应性，为了实现旁束射线不同辐射角度的辐射强度的检测，提高修正的准确性，所述旁束射线强度检测装置为第二探测器阵列，用于采集旁束射线不同角度的辐射强度。
另外，本申请还提出一种X射线发射系统的技术方案，该X射线发射系统包括：
舱体，舱体内设有X射线源、准直器和旁束射线强度检测装置；
所述X射线源，用于发射一束主射线和一束旁束射线；所述主射线与旁束射线设置夹角；
所述准直器，设置在主射线的光路上，用于限定主射线辐射的范围；
所述旁束射线强度检测装置，设置在旁束射线的光路上，用于采集旁束射线的辐射强度；
所述舱体上开设一个出口，该出口设置在准直器下游的光路上，用于将主射线射出；
所述旁束射线的辐射强度用于作为补偿量修正经过待检测物的主射线的辐射强度。
本发明的X射线发射系统的技术方案的有益效果是：该发射系统的X射线源除了发出主射线之外，还发出一束与主射线具有一定夹角的旁束射线，并且通过设置在舱体内的旁束射线强度检测装置检测旁束射线的强度，将该旁束射线的辐射强度作为补偿量修正经过待检测物的主射线的辐射强度。分析得出：1.旁束射线和主射线有一定的夹角，对旁束射线的检测不会削弱主射线的辐射强度；2.对旁束射线辐射强度的检测在舱体内，减少了环境因素对旁束射线辐射强度的影响；3.旁束射线和主射线由X射线源统一发出，旁束射线受到波动的影响与主射线受到的波动影响也相同，因此利用旁束射线的辐射强度修正的更加准确。本发明通过增加X射线源发射射线的数量实现了检测图像亮度不均匀的准确修正，整体结构简单、成本低。
进一步的，为了降低成本，所述旁束射线强度检测装置为单一探测器，用于采集旁束射线中心的辐射强度。
进一步的，由于旁束射线的不同扩散角度的辐射强度分布与主射线的不同扩散角度的辐射强度分布具有对应性，为了实现旁束射线不同辐射角度的辐射强度的检测，提高修正的准确性，所述旁束射线强度检测装置为第二探测器阵列，用于采集旁束射线不同角度的辐射强度。
附图说明
图1是现有技术的穿透式电离室法X射线检测系统示意图；
图2是现有技术的穿透式电离室法X射线检测原理示意图；
图3是现有技术的参考探测器法X射线检测系统示意图；
图4是本发明X射线发射系统示意图；
图中：1为舱体、2为X射线源、3为穿透式电离室、4为准直器、5为主射线、6为探测器阵列、7为X射线发射源、8为X射线发射源屏蔽装置、9为参考探测器、10为单一探测器、11为旁束射线。
具体实施方式
实施方式1
X射线检测系统实施例：
X射线检测系统包括探测器阵列6(即第一探测器阵列)、后台控制器、以及如图4所示的X射线发射系统，X射线发射系统包括舱体1，舱体1内设有X射线源、准直器4和单一探测器10。
X射线源包括X射线发射源7和X射线发射源屏蔽装置8，X射线发射源7发射一束主射线5、以及一束与主射线有一定夹角的旁束射线11，该夹角大于0，并且在实际工程应用时，该夹角一般为5°～15°；X射线发射源屏蔽装置8(X射线发射源屏蔽装置8由铅材料制成)用于屏蔽除主射线5和旁束射线11以外的X射线，因此X射线发射源屏蔽装置8只设置有主射线出口和旁束射线出口；关于旁束射线11和主射线5的辐射强度大小，关于旁束射线11和主射线5的辐射强度的大小关系与X射线发射源7有关，主射线5是指用于进行检测的射线，旁束射线11是用于修正主射线5的辐射强度的射线，因此旁束射线11和主射线5的辐射强度的大小可以为主射线5的辐射强度大、也可以为旁束射线11的辐射强度大。而且旁束射线11与主射线5的夹角也可以根据需要调整，本发明并不做限制。
准直器4设置在主射线5的光路上，用于限定主射线5辐射的范围，以使得主射线5辐射的范围与探测器阵列6探测的范围相匹配。
单一探测器10作为旁束射线强度检测装置，设置在旁束射线11的光路上，用于采集旁束射线11的辐射强度；由于旁束射线11是一束具有一定角度向外扩散的射线，这里单一探测器10采集的旁束射线11的辐射强度为旁束射线11中心射线的辐射强度。
舱体1上开设一个出口，该出口设置在准直器4下游的光路上，用于将通过准直器4的主射线10射出；关于舱体的材料，由于X射线源发出一束旁束射线11，对屏蔽提出了更高的要求，因此为了避免辐射伤害，不考虑成本的情况下，舱体1可以由屏蔽材料铅制成，不过本发明对舱体1的具体材料并不做限制，也可以为现有的普通舱体。
探测器阵列6用于检测主射线11的辐射强度，当有被检测物体时，探测器阵列6用于检测主射线11通过被检测物体后的辐射强度。
后台控制器与探测器阵列6以及单一探测器10连接，用于将旁束射线的辐射强度作为补偿量修正经过待检测物的主射线的辐射强度，最终输出亮度均匀不变的检测图像，关于如何修正均为现有技术，这里不做过多介绍。
X射线检测系统的检测过程为：X射线发射源7发射主射线5和旁束射线11，X射线发射源屏蔽装置8屏蔽主射线5和旁束射线11以外的射线，将主射线5和旁束射线11输出，旁束射线11的辐射强度被单一探测器10检测并发送至后台控制器，主射线5通过隔离器4以及舱体1的出口对待检测物体进行检测，探测器阵列6检测经过待检测物体的主射线5的辐射强度并发送至后台控制器，后台控制器通过旁束射线11的辐射强度修正经过待检测物体的主射线5的辐射强度，最终输出检测图像。
对于单一探测器10对旁束射线11辐射强度的检测，本实施例只用一个探测器检测旁束射线11的辐射强度即可，由于只有一个探测器，并且旁束射线11会扩散，因此单一探测器10优选对旁束射线11的中心辐射强度进行检测。
上述实施例中，射线源为X射线发射源7，当然射线源也可以为γ射线源等其他辐射成像可用的射线源，而且本发明的方法不止可以用于集装箱车辆的检查，还可以用于其他采用辐射成像技术的检测系统中，适用范围广泛。
对本发明的检测系统进行分析，该检测系统有以下几个优点：1.旁束射线11和主射线5有一定的夹角，对旁束射线11辐射强度的检测不会削弱主射线的辐射强度；2.对旁束射线11辐射强度的检测在舱体内，减少了环境因素对旁束射线11辐射强度的影响；3.旁束射线11和主射线5由X射线源统一发出，旁束射线11的不同角度的辐射强度分布与主射线5的不同角度的辐射强度分布相同，而且旁束射线11受到波动的影响与主射线5受到的波动影响也相同，因此利用旁束射线11的辐射强度修正的更加准确。
X射线发射系统实施例：
X射线发射系统的结构组成以及工作过程在上述X射线检测系统实施例中已经介绍，这里不做赘述。
实施方式2
X射线检测系统实施例：
本实施方式的X射线检测系统与实施方式1中的X射线检测系统的不同之处在于，旁束射线强度检测装置的不同，实施方式1中旁束射线强度检测装置为单一探测器10，只检测旁束射线中心的辐射强度，而本实施方式中，旁束射线强度检测装置为第二探测器阵列，以探测器阵列的形式对旁束射线11不同扩散角度的辐射强度进行全面的检测，相比较通过单一探测器10检测一个角度的辐射强度进而计算其他角度的辐射强度而言，本实施例，可以通过不同的扩散角度的探测器分别获得旁束射线11不同扩散角度的辐射强度，然后对主射线5相应扩散角度范围的成像射线进行修正；例如，第二探测器阵列中的某个探测器X，其扩散角度为5°(以射线中心为零度)，探测器阵列6中的若干个探测器Y1，Y2…的扩散角度也是5°，则该探测器X用于对这些探测器Y1，Y2…所检测的主射线5的强度进行修正，第二探测器阵列中每个探测器检测的是旁束射线11相应扩散角度的辐射强度，因此实际检测更加准确，修正的更加准确。
一般情况下，由于第二探测器阵列在舱体1内，所检测的旁束射线11离X射线源较近，旁束射线11并没有扩散很大，也即扩散面较小，因此需要的第二探测器阵列中的探测器数量较少，成本相对较低；不仅如此，由于第二探测器阵列设置在舱体1内，还可以避免环境因素对旁束射线11辐射强度的影响，使得检测结果更加准确。
关于本实施方式的X射线检测系统的其他组成、连接关系以及工作过程与实施方式1中的X射线检测系统相同，这里不做赘述。
X射线发射系统实施例：
X射线发射系统的结构组成以及工作过程在上述X射线检测系统实施例中已经介绍，这里不做赘述。

Claims (6)

1.一种X射线检测系统，其特征在于，包括：
舱体，舱体内设有X射线源、准直器和旁束射线强度检测装置；
所述X射线源，用于发射一束主射线和一束旁束射线；所述主射线与旁束射线设置夹角；
所述准直器，设置在主射线的光路上，用于限定主射线辐射的范围；
所述旁束射线强度检测装置，设置在旁束射线的光路上，用于采集旁束射线的辐射强度；
所述舱体上开设一个出口，该出口设置在准直器下游的光路上，用于将主射线射出；
第一探测器阵列，用于采集主射线的辐射强度；
所述旁束射线的辐射强度作为补偿量修正经过待检测物的主射线的辐射强度。
2.根据权利要求1所述的X射线检测系统，其特征在于，所述旁束射线强度检测装置为单一探测器，用于采集旁束射线中心的辐射强度。
3.根据权利要求1所述的X射线检测系统，其特征在于，所述旁束射线强度检测装置为第二探测器阵列，用于采集旁束射线不同角度的辐射强度。
4.一种X射线发射系统，其特征在于，包括：
舱体，舱体内设有X射线源、准直器和旁束射线强度检测装置；
所述X射线源，用于发射一束主射线和一束旁束射线；所述主射线与旁束射线设置夹角；
所述准直器，设置在主射线的光路上，用于限定主射线辐射的范围；
所述旁束射线强度检测装置，设置在旁束射线的光路上，用于采集旁束射线的辐射强度；
所述舱体上开设一个出口，该出口设置在准直器下游的光路上，用于将主射线射出；
所述旁束射线的辐射强度用于作为补偿量修正经过待检测物的主射线的辐射强度。
5.根据权利要求4所述的X射线发射系统，其特征在于，所述旁束射线强度检测装置为单一探测器，用于采集旁束射线中心的辐射强度。
6.根据权利要求4所述的X射线发射系统，其特征在于，所述旁束射线强度检测装置为第二探测器阵列，用于采集旁束射线不同角度的辐射强度。
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