CN201218802Y - 一种新型的轻便移动式ct-cbs两用机的结构 - Google Patents

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本实用新型是一种新型轻便移动式CT－CBS两用机结构，包括两个部分，一部分是扫描系统，含有圆形旋转轨道及轴承，安装在带有4个支撑柱的固定环上，在旋转轨道的一端安装便携式X射线源及其前准直器，在X射线机两侧的圆形旋转轨道上安装有CBS探测器阵列及其后准直器，构成CBS几何学，在X射线源正对面的圆形旋转轨道上安装有弧状CT探测器阵列及其后准直器阵列，构成CT几何学；另一部分是被测物工作台，在圆形轨道所包围的区域内，沿径向放置安装被测物的工作台和升降装置，供作多个层面扫描。同时，固定环的4个支撑柱可拉伸辅助调节高度，以适应不同高度的被测物。在工业上、军事上和安全上具有广阔的应用前景。

Description

一种新型的轻便移动式CT-CBS两用机的结构
技术领域
本实用新型是一种新型的CT-CBS两用机，更具体地说是基于X射线工业计算机断层扫描成像技术(ICT-Industrial Computer Tomography)和X射线康普顿背散射扫描技术(CBS-Compton Backscatter Scanning)的两用扫描检测机结构，在工业上、军事上和安全上具有广阔的应用前景。
背景技术
在工业上，例如建筑核材料混凝土的研究中，需定量检测混凝土在受载情况下的特性。我们知道，其材料的强度、变形和破坏性能都与其内部结构及裂缝的扩展有关。在混凝土内部结构的三个层次(从材料颗粒尺度上大致分为宏观层次、细观层次和微观层次)上，一般用X射线CT机进行细观层次的研究：扫描混凝土试件断面，获得混凝土CT图像，通过CT图像的影像特征，分析混凝土细观结构及其变化过程，解释宏观强度变化和变形的机理，发现裂纹演化的规律性，并为细观尺度混凝土力学数值模型的建立提供数据。但是，目前国内外在加载状态下的混凝土CT试验，均采用医用CT，例如GE Lightspeed 16、SOMATOM-plus和Marconi M8000等螺旋CT机，而使用现有的医用CT和通用的工业CT机无法完全符合混凝土研究关于扫描速度快、获得的CT图像分辨率高和扫描不影响用加载设备加载过程的进行等要求。因此，建筑材料研究急需专用混凝土研究的CT机。
建筑材料研究中还需要定量测定混凝土各部分密度值及其变化，定量测定土壤试样的干密度和含水量。目前，采用的方法主要是使用放射性同位素γ射线源的双源法，其辐射安全性较差，测量准确度较差，操作也不方便。
在军事上，例如在炮弹的检测中，CT机能准确测定引信和装药的情况，但是目前没有实际可行的检测其含水率的无损检测手段。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种新型轻便移动式CT-CBS两用机结构，性能/价格比高，使用X射线源，既有能获得被测物内部结构高质量图像的CT功能，又有能精确测定密度和含水率的CBS功能的两用扫描机结构。其功能齐全，结构轻便，操作方便，可以移动，精度高，完全适用于工业上、军事上和安全上的多种实际应用。
本实用新型的技术方案如下：
新型轻便移动式CT-CBS两用机结构，其特征在于包括两部分：一个部分是扫描系统，包括圆形旋转轨道，其底面转动安装在带有支撑柱的固定环上，在圆形旋转轨道上的一端安装便携式X射线源，X射线机前端安装有前准直器，在X射线机的两侧的圆形旋转轨道上分别安装有用于康普顿背散射的探测器阵列及其前方的后准直器阵列，构成康普顿背散射几何学结构；在X射线机的正对面的圆形旋转轨道上安装有弧状用于CT的探测器阵列及其前方的后准直器阵列，构成CT几何学结构；另一个部分是被测物工作台，是在圆形旋转轨道中间沿径向放置的安装被测物的升降工作台。
X射线机采用的是平面扇形束X射线，由X射线机出束口与其正对面的用于CT的探测器阵列构成的扇形角α范围为25°～45°。
X射线机前方的前准直器的方向与用于康普顿背散射的探测器前方的后准直孔的方向之间的夹角即康普顿背散射角θ为120°～150°范围。
用于CT的探测器阵列为弧状线阵多路碘化铯(CsI(Tl))闪烁晶体和硅光电二极管，用于康普顿背散射的探测器阵列为碘化钠(NaI(Tl))闪烁晶体和光电倍增管。
所述的圆形旋转轨道其底面通过环形排列的轴承安装在带有四个可升降支撑柱的固定环上。
所述的圆形旋转轨道上还安装有采传电子学系统。
本实用新型轻便移动式CT-CBS两用机的结构，包括两个部分，一部分是扫描系统，含有圆形旋转轨道及轴承，安装在带有4个支撑柱的固定环上，在旋转轨道的一端安装便携式X射线源及其前准直器，在X射线机两侧的圆形旋转轨道上安装有CBS探测器阵列及其后准直器，构成CBS几何学，在X射线源正对面的圆形旋转轨道上安装有弧状CT探测器阵列及其后准直器阵列，构成CT几何学；另一部分是被测物工作台，在圆形轨道所包围的区域内，沿径向放置安装被测物的工作台和升降装置，供作多个层面扫描。同时，固定环的4个支撑柱可拉伸辅助调节高度，以适应不同高度的被测物。
各种探测器前的准直器均为准直孔，使得进入探测器端头灵敏区的射线均为细射线束。
探测器阵列是由多个探测器排成的阵列，这种阵列可以按1排、2排、4排、16排或64排等构成为阵列。
本实用新型的主要技术特征是：
1、本实用新型采用的是具有CT与CBS两种功能的结构。在扫描检测时，圆形旋转轨道上安装的扫描系统所包括的X射线源、CT探测采传系统、CBS探测采传系统一起同步转动，各部分的相对位置保持不变。
2、扫描检测分解为两个运动：一个是扫描系统的X射线源与两个探测器阵列沿着圆形旋转轨道转动，得到一个扫描层面的CT图像和一组CBS检测数据；另一个是工作台上的被测物随着升降装置上下移动得到多个不同扫描层面的CT图像和多组CBS检测数据。
3、圆形旋转轨道上的各个CBS探测器安装的(径向)前后位置不同且可根据需要作调整移动，这样可以得到被测物同一扫描层面内部不同深度处的CBS数据即密度值和含水量值。
4、本实用新型的CT采用的是平面扇形束X射线，由X射线机出束口与CT探测器阵列构成的扇形角范围为25°～45°。
5、本实用新型固定环的4个支撑柱可以拉伸，改变固定环的高度，也即改变圆形旋转轨道扫描系统的高度，这样可以适应对各种高度的被检测物进行扫描检测。
6、本实用新型的X射线康普顿背散射扫描技术(CBS)，X射线机前准直孔的方向(即初级束前进方向)与CBS后准直孔方向(即散射束进入CBS探测器阵列的方向)之间的夹角θ为康普顿散射角，当θ≥90°时，称为康普顿背散射。本实用新型采用的康普顿背散射角θ在120°～150°范围内选择。
7、本实用新型CT用的弧状线性探测器阵列为多路碘化铯(CsI(Tl))闪烁晶体和硅光电二极管。本实用新型CBS用的探测器阵列为多路碘化钠(NaI(Tl))闪烁晶体和光电倍增管。
8、采传电子学系统主要由多路模拟信号调理电路、模数变换电路ADC、可编程门阵列FPGA、嵌入式系统(ARM10)、接口电路、电源等组成。
9、本实用新型采用无线远程控制和无线传输数据。
本实用新型的优点是：
(1)在一台简单的结构上，既有高精度检测物体内部结构缺陷的CT功能，又有能检测物体密度和含水率的康普顿背散射功能。
(2)本结构简单、轻便、可移动、实用性强。
(3)高度智能，无线远程控制和传输数据图像。
(4)可以适应高度相差很大的不同物体的检测。
(5)所使用的X射线源是便携式的、自带直流电源的、一体化的X射线机。操作方便、辐射安全性好。
附图说明
图1为本实用新型总体结构示意图。
图2为本实用新型探测采传电子学系统方框图。
图中的标号表示的部件如下：
1、便携式X射线机(自带直流电源)
2、X射线机用的前准直器
3、X射线机安装座
4、CT后准直器阵列
5、CT弧状线性探测器阵列
6、CT采传电子学系统
7、CT探测采传系统安装座
8、CBS探测器阵列(可前后移动)
9、CBS后准直器
10、CBS采传电子学系统
11、CBS探测器阵列安装座
12、被检测物
13、CT扫描层面
14、工作台和夹具
15、升降装置
16、底座
17、旋转轨道及轴承
18、旋转马达
19、带4个支撑柱的固定环
20、4个支撑柱(可拉伸的)
21、4个轮子
22、多路模拟信号调理电路
23、模数转换器ADC
24、可编程门阵列FPGA
25、嵌入式系统(ARM10)
26、接口电路
27、PC机或笔记本电脑
28、无线遥控模块
29、电机控制模块
30、CT扫描用的平面扇形X射线束
31、CBS扫描用的背散射X射线束
具体实施方式
参见图1，在四个支撑柱20上安装固定环19，在其上安装旋转轨道及轴承17，通过轴承将X射线机1和前准直器2安装在旋转轨道的一端，在X射线机1的两侧安装CBS后准直器9、CBS探测器阵列8和采传电子学系统10，在X射线机正对的另一侧安装CT后准直器阵列4、CT探测器阵列5和采传电子学系统6。在底座16上安装升降装置15，再安装夹具14，将被检测物12装进夹具14，升降装置15运行到适当的高度，再将四个支撑柱20的高度调节到位。扫描系统通电、预热后，通过无线遥控模块28和电机控制模块29开启旋转马达18，旋转轨道17进行转动，同时X射线机1发射的X射线经过前准直器2形成平面扇形X射线束30，一部分穿透某一个扫描层面13，经CT后准直器阵列4到达CT弧状线性探测器阵列5，另一部分在与被测物某区域发生康普顿散射效应后形成背散射X射线束31经CBS后准直器9到达CBS探测器阵列8。探测器阵列5和8输出的信号送到采传电子学系统6和10，得到一个扫描层面CT图像和一组CBS数据。接着，升降装置15运行到另一个高度，重复上述扫描过程，直至扫描检测完被检测物所要求的整个高度，得到多个扫描层面CT图像和多组CBS数据。
参见图2，平面扇形X射线束30和背散射束31分别通过后准直器4和9进入CT探测器阵列5和CBS探测器阵列8，输出的信号分别送入两个多路模拟信号调理电路22，将探测器输出的电信号进行放大、低频高频噪声抑制和电平转换。经调理电路处理后，由模数变换器ADC 23，完成模拟信号的模拟/数字变换，变换后输出12位～16位分辨率的数字信号，进行多道脉冲幅度分析。然后，送入可编程门阵列FPGA控制处理电路24，根据所测得的能谱的形状控制放大器的增益及上下阈值，确定所需要的能谱中某范围内的计数，并完成相应的其他控制处理功能。接着，经过上述处理的数据通过专用总线送给嵌入式系统25，嵌入式系统25获取由采传电子学系统提供的数组格式文件，运行相关算法得到重建后的CT图像、密度和含水率值。最后通过接口电路26将数据和图像传输给PC机或笔记本电脑27，进行数据和图像后处理、显示和生成报告。

Claims (6)

1、新型轻便移动式CT-CBS两用机结构，其特征在于包括两部分：一个部分是扫描系统，包括圆形旋转轨道，其底面转动安装在带有支撑柱的固定环上，在圆形旋转轨道上的一端安装便携式X射线源，X射线机前端安装有前准直器，在X射线机的两侧的圆形旋转轨道上分别安装有用于康普顿背散射的探测器阵列及其前方的后准直器阵列，构成康普顿背散射几何学结构；在X射线机的正对面的圆形旋转轨道上安装有弧状用于CT的探测器阵列及其前方的后准直器阵列，构成CT几何学结构；另一个部分是被测物工作台，是在圆形旋转轨道中间沿径向放置的安装被测物的升降工作台。
2、根据权利要求1所述的新型轻便移动式CT-CBS两用机结构，其特征在于X射线机采用的是平面扇形束X射线，由X射线机出束口与其正对面的用于CT的探测器阵列构成的扇形角α范围为25°～45°。
3、根据权利要求1所述的新型轻便移动式CT-CBS两用机结构，其特征在于X射线机前方的前准直器的方向与用于康普顿背散射的探测器前方的后准直孔的方向之间的夹角即康普顿背散射角θ为120°～150°范围。
4、根据权利要求1所述的新型轻便移动式CT-CBS两用机结构，其特征在于用于CT的探测器阵列为弧状线阵多路碘化铯闪烁晶体和硅光电二极管，用于康普顿背散射的探测器阵列为碘化钠闪烁晶体和光电倍增管。
5、根据权利要求1所述的新型轻便移动式CT-CBS两用机结构，其特征在于所述的圆形旋转轨道其底面通过环形排列的轴承安装在带有四个可升降支撑柱的固定环上。
6、根据权利要求1所述的新型轻便移动式CT-CBS两用机结构，其特征在于所述的圆形旋转轨道上还安装有采传电子学系统。
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