CN115855981A - 基于并排结构的双能探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于并排结构的双能探测器，包括探测器基准PCB板、低能探测单元、高能探测单元、高能低能分隔层和低能滤波片，低能探测单元和高能探测单元并排设置于探测器基准PCB板上，高能低能分隔层设于低能探测单元和高能探测单元之间，且高能低能分隔层的高度高于低能探测单元和高能探测单元，低能滤波片固定于高能低能分隔层上，且低能滤波片位于探测器基准PCB板上的投影完全覆盖高能探测单元的所在区域，并与低能探测单元所在区域无交集。与现有技术相比，本发明具有提供无需后期像素校准的单板双能检测方案等优点。

Description

基于并排结构的双能探测器

技术领域

本发明涉及双能探测器的布局结构，尤其是涉及一种基于并排结构的双能探测器。

背景技术

X射线透射物体，原有的射线能量由于物体阻挡衰减，投射到传感器的闪烁体上会产生对应强度的荧光，荧光通过光电传感器进行光电转换获得电信号，通过专用信号放大及采集芯片，转换为不同高低的电压信号，再经过AD转换电路及处理芯片实现X光投射灰度图像信息的提取。双能探测是在原有光电采集图像基础上再增加一条传感器阵列，并通过一层金属过滤片滤除X射线能谱中能级较低的部分，高能级射线能透射进行感光，形成低能高能两幅图像进行后序分析实现照射物体的材质鉴别。

现有的双能探测器的基本结构多常用上下两层PCB叠加结构，上层为低能闪烁体(常用材料GOS薄膜)，下层为高能闪烁体(常用材料CsI，GOS陶瓷)，中间增加一层一定厚度金属滤波片(常用铜，银，铝)进行低能射线过滤，这会产生两个问题：1、上下重叠方式低能和高能的的几何位置上下各像素位置较难对准，对组件装配有较高要求，在像素上下对准的前提下，扫射射线一般为扇形光束，造成实际透射是扇形投射，透过低能像素点的射线照射到高能的像素点存在几何偏移，该偏移量取决于光源和探测器的几何位置关系以及高低能间的物理距离，要实现高低能图像匹配需要后期建立物理模型进行数据匹配校准。2、由于下层高能探测器除了中间的金属滤波片，还有低能闪烁体，PCB本身材质和厚度的影响，导致高能探测器接收的射线衰减较多，影响高能图像的信号强度。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种基于并排结构的双能探测器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于并排结构的双能探测器，包括探测器基准PCB板、低能探测单元、高能探测单元、高能低能分隔层和低能滤波片，所述低能探测单元和高能探测单元并排设置于探测器基准PCB板上，所述高能低能分隔层设于低能探测单元和高能探测单元之间，且高能低能分隔层的高度高于低能探测单元和高能探测单元，所述低能滤波片固定于高能低能分隔层上，且低能滤波片位于探测器基准PCB板上的投影完全覆盖高能探测单元的所在区域，并与低能探测单元所在区域无交集。

所述低能滤波片和探测器基准PCB板平行设置。

所述低能探测单元和高能探测单元均为多排线阵。

所述低能探测单元和高能探测单元均为4排线阵。

所述低能探测单元和高能探测单元的排数一致。

所述探测器基准PCB板还设有光电二极管电信号放大转换芯片。

所述光电二极管电信号放大转换芯片的数量为4个。

所述高能低能分隔层和探测器基准PCB板垂直设置。

所述低能滤波片的宽度大于高能探测单元区域的宽度。

所述低能探测单元和高能探测单元的宽度一致。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：低能探测单元和高能探测单元采用水平布置，而非上下布置，低能探测单元和高能探测单元在物理位置上完全水平，水平位置有PCB制版精度控制，完全可以保证高低能每个像素匹配度，所以可以实现无需后期像素校准的单板双能检测方案。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的原理示意图；

图3为本发明某一实施例中的探测周期示意图；

图4为本发明某一实施例中的延迟积分示意图；

其中：101、探测器基准PCB板，201、低能探测单元，202、高能探测单元，302、低能滤波片，401、光电二极管电信号放大转换芯片

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于并排结构的双能探测器，如图1和图2所示，包括探测器基准PCB板101、低能探测单元201、高能探测单元202、高能低能分隔层301和低能滤波片302，低能探测单元201和高能探测单元202并排设置于探测器基准PCB板101上，高能低能分隔层301设于低能探测单元201和高能探测单元202之间，且高能低能分隔层301的高度高于低能探测单元201和高能探测单元202，低能滤波片302固定于高能低能分隔层301上，且低能滤波片302位于探测器基准PCB板101上的投影完全覆盖高能探测单元202的所在区域，并与低能探测单元201所在区域无交集。

低能探测单元201和高能探测单元202采用水平布置，而非上下布置，低能探测单元01和高能探测单元202在物理位置上完全水平，水平位置有PCB制版精度控制，完全可以保证高低能每个像素匹配度，所以可以实现无需后期像素校准的单板双能检测方案。

低能探测单元201和高能探测单元202由表面闪烁晶体与底面单晶硅光电二极管阵列组成，高能低能分隔层301可以用金属铜片或铝片等材质，防止射线照射产生散射形成相互感光干扰，提升图像质量。低能滤波片302的材质厚度取决于射线源的能谱特性以及系统技术需求，用于滤除低能波。

具体的，低能探测单元201和高能探测单元202均为多排线阵。在本实施例中，低能滤波片302和探测器基准PCB板101平行设置，如此，穿过低能滤波片302的光束在高能探测单元202的各个宽度位置上具有较好的一致性，当然在其他实施例中，也可以采用其他角度，但是这种情况下会带来精确性的降低。

此外，在本实施例中，低能探测单元201和高能探测单元202均为4排线阵，低能探测单元201和高能探测单元202的排数一致。

此外，探测器基准PCB板101还设有光电二极管电信号放大转换芯片401，在本实施例中，光电二极管电信号放大转换芯片401的数量为4个。

在本实施例中，高能低能分隔层301和探测器基准PCB板101垂直设置，如此，可以缩小低能探测单元201和高能探测单元202之间的距离，从而提高测量精确。

具体的，低能滤波片302采用金属滤波片，宽度大于高能探测单元202区域的宽度。低能探测单元201和高能探测单元202的宽度一致。

本申请的工作原理如下：

如图2所示，X射线从上向下直接照射，需要全覆盖低能探测单元201和高能探测单元202；低能部分，射线发生器产生的扇形线束射线直接照射低能探测单元201，薄膜闪烁体会吸收低能量部分的射线产生荧光效应，高能射线直接穿透不被感光。高能部分，射线被低能滤波片302阻挡，低能量射线被吸收，剩余高能部分能量照射高能探测单元202，由于高能闪烁体材质对能量吸收率较高，高能信号能够被吸收转换为光信号，经过光电二极管转化，变为电信号。光电二极管电信号放大转换芯片401通过信号线连接板上所有的光电二极管，在一个采样周期内对所有高低能阵列进行并行采样，再通过接口输出感光信号到采集处理器(FPGA)。

此外，本申请为了再更加进一步的提高检测准确度，对于多排的探测器像素点感光数据，如图4所示需要进行时间延时积分(TDI)算法处理，TDI原理如图3所示，要求探测器的线扫速度与采集物体的与探测器的相对运行速度一致，以图中圆点为例，4格代表4排高能或低能探测单元阵列，保证每次采样间隔，物体正好平移一排像素距离在t0时刻圆点感光位置在第1行，t1时刻感光位置为第2行，对应t3时刻和t4时刻感光位置在第3和第4行，如果在处理器中做4级数据缓存，每次输出的信号为缓存中对应位置的数据积分累加和，就相当于这个圆点被感光了4次，信噪比理论上提升了4倍，可以大幅提升图像成像质量。FPGA对于高低能两个单元分别并行处理，并行缓存，在输出环节做延时积分计算，延时积分环节需要考虑并排水平位置的距离(设计为像素大小的整数倍)产生的图像行数差，根据该行数差把对应的低能图像和高能图像进行匹配，将最终的高低图像数据输出到上层处理系统。

由于低能和高能探测单元在物理位置上完全水平，水平位置有PCB制版精度控制，完全可以保证高低能每个像素匹配度，所以可以实现无需后期像素校准的单板双能检测方案。

上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，包括探测器基准PCB板(101)、低能探测单元(201)、高能探测单元(202)、高能低能分隔层(301)和低能滤波片(302)，所述低能探测单元(201)和高能探测单元(202)并排设置于探测器基准PCB板(101)上，所述高能低能分隔层(301)设于低能探测单元(201)和高能探测单元(202)之间，且高能低能分隔层(301)的高度高于低能探测单元(201)和高能探测单元(202)，所述低能滤波片(302)固定于高能低能分隔层(301)上，且低能滤波片(302)位于探测器基准PCB板(101)上的投影完全覆盖高能探测单元(202)的所在区域，并与低能探测单元(201)所在区域无交集。

2.根据权利要求1所述的一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，所述低能滤波片(302)和探测器基准PCB板(101)平行设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，所述低能探测单元(201)和高能探测单元(202)均为多排线阵。

4.根据权利要求3所述的一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，所述低能探测单元(201)和高能探测单元(202)均为4排线阵。

5.根据权利要求3所述的一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，所述低能探测单元(201)和高能探测单元(202)的排数一致。

6.根据权利要求1所述的一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，所述探测器基准PCB板(101)还设有光电二极管电信号放大转换芯片(401)。

7.根据权利要求6所述的一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，所述光电二极管电信号放大转换芯片(401)的数量为4个。

8.根据权利要求1所述的一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，所述高能低能分隔层(301)和探测器基准PCB板(101)垂直设置。

9.根据权利要求1所述的一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，所述低能滤波片(302)的宽度大于高能探测单元(202)区域的宽度。

10.根据权利要求1所述的一种基于并排结构的双能探测器，其特征在于，所述低能探测单元(201)和高能探测单元(202)的宽度一致。

Images