CN207318734U - 一种线阵列双能量x射线探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种线阵列双能量X射线探测器，包括对应设置的低能探测单元和高能探测单元。其中，低能探测单元包括沿射线入射方向依次设置于第一PCB板上的低能闪烁体阵列和第一光电二极管阵列，高能探测单元包括沿射线入射方向依次设置于第二PCB板上的高能闪烁体阵列和第二光电二极管阵列，低能探测单元和高能探测单元沿射线入射方向依次固定于转接板上，第一光隔器件各像元中心点与对应高能闪烁体阵列各像元中心点对准，当低能闪烁体阵列有光隔时，第一光隔器件为低能闪烁体阵列，当低能闪烁体阵列无光隔时，第一光隔器件为第一光电二极管阵列。本实用新型中低能探测器阵列和高能探测器阵列对位准确，提高了射线扫描系统对材料的识别能力。

Description

一种线阵列双能量X射线探测器

技术领域

本实用新型涉及辐射检测技术领域。更具体地，涉及一种线阵列双能量 X射线探测器。

背景技术

X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流，其波长很短约介于0.01～100埃之间，是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波。X射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应。

利用X射线进行探测时，X射线穿透被检物体之后，其能谱会硬化，硬化程度与被检物体的材料成份及穿透方向的厚度有关。传统的线阵列双能量 X射线探测器是由高、低能两个探测器组成，通常是用可插拔阵列和分立放大电路，其中每个探测器又包括一个闪烁体阵列和一个光电二极管阵列。低能阵列探测器布置在靠近被检物体的一侧，主要吸收X射线能谱中的低能部分，高能阵列探测器布置在低能阵列探测器后边，主要吸收X射线能谱中的高能部分。一般在低能阵列探测器和高能阵列探测器之间还配置一个滤波片来进一步吸收X射线能谱中剩余的低能部分。

一方面，这种探测器集成度低，成本较高，虽然在维修、更换阵列方面具有一定灵活性，但难以满足市场对高集成度、高可靠性及低成本的要求。另一方面，这种传统的线阵列双能量X射线探测器是由几个部件装配而成的，高、低能探测器对应的闪烁体阵列之间是按照闪烁体像元中心点来对位的，但对于常用的GOS薄膜这种低能量闪烁体，其像元之间并无光隔，而是依靠这种材料半透明的特性以及与之耦合的光电二极管(相邻的两个光电二极管中间有死区)来实现相邻信号的大致隔离。但这样不容易准确对位，尤其是光电二极管主要接受其有源区附近大约半毫米闪烁体产生的光。因此，当耦合时，GOS薄膜的几何中心点与光电二极管像元的中心点偏差较大时，会导致高、低能通道无法在同一射线位置采样。

这种情况下，准确的做法应该是以第一光电二极管有源区中心点来与高能带有光隔离层的闪烁体单元中心点对准。因此传统的这种对准方法不利于做到线阵列双能量X射线探测器中的高、低能通道在同一射线位置采样，进而会影响扫描系统的材料识别能力。

尽管理论上可以把高低能探测器贴装在同一块PCB板的正反面以达到更高的集成度，但需要的PCB特殊且成本高，尤其是滤波片厚度不便于调整，这对不同射线能量大小的系统来说又失去了基本的适用性。

因此，需要提供一种线阵列双能量X射线探测器。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高低能通道在同一射线位置采样的线阵列双能量X射线探测器，利用线阵列双能量X射线探测器输出原始的图像信号，处理系统基于上述原始的图像信号，比较出物体在两个不同能量下的透射比，计算出穿透物体的X射线能谱中低能部分和高能部分的相对差别，进而提供材料识别的依据。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种线阵列双能量X射线探测器，包括对应设置的低能探测单元和高能探测单元，其中：

低能探测单元，包括沿射线入射方向依次设置于第一PCB板上的低能闪烁体阵列和第一光电二极管阵列，第一光电二极管阵列用于检测低能闪烁体阵列发出的光信号并转化为低能探测单元的电信号；

高能探测单元，包括沿射线入射方向依次设置于第二PCB板上的高能闪烁体阵列和第二光电二极管阵列，第二光电二极管阵列用于检测高能闪烁体阵列发出的光信号并转化为高能探测单元的电信号；

低能探测单元和高能探测单元沿射线入射方向依次固定于转接板上，第一光隔器件各像元中心点与对应高能闪烁体阵列各像元中心点对准，其中，

当低能闪烁体阵列有光隔时，第一光隔器件为低能闪烁体阵列；

当低能闪烁体阵列无光隔时，第一光隔器件为第一光电二极管阵列。

优选地，低能探测单元还包括用于对低能探测单元的电信号进行放大的第一信号放大器，高能探测单元还包括用于对高能探测单元的电信号进行放大的第二信号放大器。

优选地，低能探测单元还包括用于对低能探测单元的电信号进行数据采集的第一数据采集电路，高能探测单元还包括用于对高能探测单元的电信号进行数据采集的第二数据采集电路。

优选地，低能探测单元和高能探测单元之间还设置有滤波片，滤波片用于吸收X射线能谱中低能部分。

进一步优选地，滤波片的材料为金属铜、金属银或铜银合金。

优选地，低能量闪烁体材料为：GOS薄膜、GOS陶瓷、CsI(T1)、CdWO4 或ZnSe。

优选地，高能闪烁体材料为：GOS陶瓷、CsI(T1)、CdWO4或ZnSe。

优选地，低能量闪烁体阵列中沉积能量的X射线光子的能量低于在高能闪烁体阵列中沉积能量的X射线光子的能量。

优选地，PCB板和/或转接板上元件的固定方式为粘接或焊接。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型中，线阵列双能量X射线探测器将低能阵列探测单元和高能阵列探测单元分别集成到两个PCB板上，并与能量滤波片一起连接并固定在转接板上成为一个部件，实现了在X射线路径上，高低能对应像元间，第一个有隔离的器件中心点相互对准。尤其地，当低能量闪烁体无隔离时，第一光电二极管阵列各像元中心点与相应的高能闪烁体像元中心点对准。同时由于低能探测器阵列和高能探测器阵列对位准确，所以有利于提高射线扫描系统对材料的识别能力。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出现有技术中双能量X射线探测器结构示意图。

图2示出一种线阵列双能量X射线探测器结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的气体步骤或单元。

图1示出传统技术的双能X射线探测器的示意图。传统的线阵列双能量 X射线探测器是由高、低能两个探测器组成，通常是用可插拔阵列和分立放大电路，其中每个探测器又包括一个闪烁体阵列和一个光电二极管阵列。低能阵列探测器布置在靠近被检物体的一侧，主要吸收X射线能谱中的低能部分，高能阵列探测器布置在低能阵列探测器后边，主要吸收X射线能谱中的高能部分。一般在低能阵列探测器和高能阵列探测器之间还配置一个滤波片来进一步吸收X射线能谱中剩余的低能部分。

探测时，X射线100首先进入低能闪烁体101并在其中沉积能量释放出可见光，光电探测器件102将可见光信号转换成电信号。没有和低能闪烁体作用的X射线穿过滤波片111进一步减少X射线能谱中的低能部分，之后X 射线在高能闪烁体121内部被全吸收，所释放出的可见光在光电探测器件 122中被转换成电信号。这里低能闪烁体111和光电探测器件112组成低能探测器，通过插针104插接在电路板上并连接到其上的信号放大及数据转换电路；高能闪烁体121和光电探测器件122组成高能探测器，通过插针124 插接在电路板上并连接到其上的信号放大及数据转换电路。这种探测器集成度低，成本较高，虽然在维修、更换阵列方面具有一定灵活性，但难以满足市场对高集成度、高可靠性及低成本的要求。

本实用新型中，一种线阵列双能量X射线探测器，包括对应设置的低能探测单元和高能探测单元。其中：低能探测单元包括沿射线200入射方向依次设置于第一PCB板204上的低能闪烁体阵列201和第一光电二极管阵列202，第一光电二极管阵列202用于检测低能闪烁体阵列201发出的光信号并转化为低能探测单元的电信号；高能探测单元包括沿射线入射方向依次设置于第二PCB板224上的高能闪烁体阵列221和第二光电二极管阵列222，第二光电二极管阵列222用于检测高能闪烁体阵列221发出的光信号并转化为高能探测单元的电信号。

本实用新型中，低能探测单元和高能探测单元沿射线200入射方向依次固定于转接板231上，第一光隔器件各像元中心点与对应高能闪烁体阵列各像元中心点对准，其中，

当低能闪烁体阵列有光隔时，第一光隔器件为低能闪烁体阵列201；

当低能闪烁体阵列无光隔时，第一光隔器件为第一光电二极管阵列202。

在一个示例中，低能探测单元还包括用于对低能探测单元的电信号进行放大的第一信号放大器203，高能探测单元还包括用于对高能探测单元的电信号进行放大的第二信号放大器223。

在另一个示例中，低能探测单元还包括用于对低能探测单元的电信号进行数据采集的第一数据采集电路，高能探测单元还包括用于对高能探测单元的电信号进行数据采集的第二数据采集电路。

一般在低能阵列探测器和高能阵列探测器之间还配置一个滤波片来进一步吸收X射线能谱中剩余的低能部分。在另一个示例中，低能探测单元和高能探测单元之间还设置有滤波片211，滤波片用于吸收X射线能谱中低能部分。

本实用新型各实施例中，滤波片的材料为金属铜、金属银或铜银合金。低能量闪烁体材料为：GOS薄膜、GOS陶瓷、CsI(T1)、CdWO4或ZnSe。高能闪烁体材料为：GOS陶瓷、CsI(T1)、CdWO4或ZnSe。PCB板和/或转接板上元件的固定方式为粘接或焊接。

应说明的是，低能量闪烁体阵列中沉积能量的X射线光子的能量低于在高能闪烁体阵列中沉积能量的X射线光子的能量。

由于传统的线阵列双能量X射线探测器是由几个部件装配而成的，高、低能探测器对应的闪烁体阵列之间是按照闪烁体像元中心点来对位的，但对于常用的GOS薄膜这种低能量闪烁体，其像元之间并无光隔，而是依靠这种材料半透明的特性以及与之耦合的光电二极管(相邻的两个光电二极管中间有死区)来实现相邻信号的大致隔离。但这样不容易准确对位，尤其是光电二极管主要接受其有源区附近大约半毫米闪烁体产生的光，因此，当耦合时，GOS薄膜的几何中心点与光电二极管像元的中心点偏差较大时，会导致高、低能通道无法在同一射线位置采样。

本实用新型中，通过第一光隔器件各像元中心点与对应高能闪烁体阵列各像元中心点对准，同时根据低能闪烁体是否存在光隔来确定第一光隔器件为低能闪烁体阵列或第一光电二极管阵列，实现了高、低能通道无法在同一射线位置采样，提高了射线扫描系统对材料的识别能力。

值得注意的是，本实用新型实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本实用新型的保护范围。

本实用新型实施例中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种线阵列双能量X射线探测器，其特征在于，包括对应设置的低能探测单元和高能探测单元，其中：

低能探测单元，包括沿射线入射方向依次设置于第一PCB板上的低能闪烁体阵列和第一光电二极管阵列，所述第一光电二极管阵列用于检测所述低能闪烁体阵列发出的光信号并转化为所述低能探测单元的电信号；

高能探测单元，包括沿射线入射方向依次设置于第二PCB板上的高能闪烁体阵列和第二光电二极管阵列，所述第二光电二极管阵列用于检测所述高能闪烁体阵列发出的光信号并转化为所述高能探测单元的电信号；

所述低能探测单元和所述高能探测单元沿射线入射方向依次固定于转接板上，第一光隔器件各像元中心点与对应所述高能闪烁体阵列各像元中心点对准，其中，

当低能闪烁体阵列有光隔时，所述第一光隔器件为所述低能闪烁体阵列；

当所述低能闪烁体阵列无光隔时，所述第一光隔器件为所述第一光电二极管阵列。

2.根据权利要求1所述的线阵列双能量X射线探测器，其特征在于，所述低能探测单元还包括用于对所述低能探测单元的电信号进行放大的第一信号放大器，所述高能探测单元还包括用于对所述高能探测单元的电信号进行放大的第二信号放大器。

3.根据权利要求1所述的线阵列双能量X射线探测器，其特征在于，所述低能探测单元还包括用于对所述低能探测单元的电信号进行数据采集的第一数据采集电路，所述高能探测单元还包括用于对所述高能探测单元的电信号进行数据采集的第二数据采集电路。

4.根据权利要求1所述的线阵列双能量X射线探测器，其特征在于，所述低能探测单元和所述高能探测单元之间还设置有滤波片，所述滤波片用于吸收X射线能谱中低能部分。

5.根据权利要求4所述的线阵列双能量X射线探测器，其特征在于，所述滤波片的材料为金属铜、金属银或铜银合金。

6.根据权利要求1所述的线阵列双能量X射线探测器，其特征在于，所述低能闪烁体材料为：GOS薄膜、GOS陶瓷、CsI(T1)、CdWO4或ZnSe。

7.根据权利要求1所述的线阵列双能量X射线探测器，其特征在于，所述高能闪烁体材料为：GOS陶瓷、CsI(T1)、CdWO4或ZnSe。

8.根据权利要求1所述的线阵列双能量X射线探测器，其特征在于，在所述低能闪烁体阵列中沉积能量的X射线光子的能量低于在所述高能闪烁体阵列中沉积能量的X射线光子的能量。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的线阵列双能量X射线探测器，其特征在于，所述PCB板和/或所述转接板上元件的固定方式为粘接或焊接。