CN208314216U - 一种双能量x射线探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双能量X射线探测器，包括：低能子板，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；高能子板，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；所述低能子板和高能子板沿射线入射方向依次通过直插针直接连接到母板上，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；其中所述第一光隔器件为所述低能闪烁体阵列或第一光电二极管阵列。本实用新型探测器子板分别通过直插针直接与母板进行连接，实现了探测器的紧凑型基础构架，提高了集成度，实现了探测器的高可靠性连接及产品运行的可靠性，大大降低了产品成本。

Description

一种双能量X射线探测器

技术领域

本发明涉及辐射检测技术领域。更具体地，涉及一种双能量X射线探测器。

背景技术

X射线是波长很短的电磁波，具有很高的穿透本领。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分及穿透方向的厚度有关。传统的双能量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。利用双能量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。

一方面，传统双能量X射线探测器集成度低；而且通常使用软排线把高低能信号连接到数字母板；软排线成本较高。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。另外，没有被闪烁体吸收的射线在母板上发生散射现象，散射线会降低电子元件的寿命，尤其是反向散射的射线会进入其它像元通道的闪烁体，产生串扰信号，进而降低图像质量。

另一方面，这种传统的双能量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吸收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。

因此，需要提供一种新型的双能量X射线探测器。

发明内容

为了解决上述至少之一的技术问题，本发明提供一种双能量X射线探测器。该双能量X射线探测器结构紧凑、成本低，能够确保高低能通道在同一射线位置采样，并且通过增加X射线屏蔽层，对未被吸收的X射线进行吸收，降低了对电子元件的损害，延长了电子元件的寿命。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种双能量X射线探测器，包括对应设置的低能子板和高能子板，其中：

所述低能子板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子板的电信号；

所述高能子板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子板的电信号；

所述低能子板和高能子板沿射线入射方向依次通过直插针直接连接到母板上，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，所述第一光隔器件为所述低能闪烁体阵列或第一光电二极管阵列。

本发明的双能量X射线探测器使用直插针代替高价的软排线实现低能子板和高能子板的信号与母板连接，降低了成本；同时，克服了使用管脚元器件时集成度不高的缺陷。

优选地，所述第一光隔器件为低能闪烁体阵列时，所述低能闪烁体阵列设置有光隔。

优选地，所述低能子板和高能子板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。

更优选地，所述滤片的材料为金属铜、金属银或铜银合金。

优选地，所述高能子板与母板之间还设置有X射线屏蔽层。

所述X射线屏蔽层用于吸收未被高能闪烁体阵列完全吸收的X射线，抑制X射线散射，并实现对电子元件的屏蔽，减少X射线散射对电子元件的损害，延长电子元件的寿命。同时避免了这部分X射线的反向散射射线进入其它像元通道的闪烁体，产生串扰信号进而降低图像质量的情况出现，有效提高了图像质量。

更优选地，所述X射线屏蔽层设置于所述第二PCB板背离所述第二光电二极管阵列的一侧表面上。

在另一种优选实施例中，所述X射线屏蔽层设置于所述母板靠近所述第二PCB板的一侧表面上。

进一步优选地，所述X射线屏蔽层的材料为金属铅、钨、钼、铜和含铅、钨、钼、铜的合金中的其中一种或几种的组合。

进一步优选地，所述X射线屏蔽层的厚度为0.1-10mm。

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

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

本发明另一方面还提供一种双能量X射线探测器中低能子板和高能子板对准的方法，其特征在于，当低能闪烁体阵列有光隔时，所述低能闪烁体阵列各像元中心点与对应高能闪烁体阵列各像元中心点对准；

当低能闪烁体阵列无光隔时，第一光电二极管阵列各像元中心点与对应高能闪烁体阵列各像元中心点对准。

本发明的有益效果如下：

本发明的双能量X射线探测器中，三层电路板堆叠结构构成，探测器子板分别通过直插针直接与母板进行连接，实现了探测器的紧凑型基础构架，提高了集成度，实现了探测器的高可靠性连接及产品运行的可靠性，大大降低了产品成本；X射线屏蔽层抑制了X射线散射并实现对电子元件的屏蔽。另外还实现了在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量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，所以有利于提高对材料的识别能力。

附图说明

下面结合附图对本发明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示出本发明双能量X射线探测器一种优选实施例的结构示意图。

图3示出本发明双能量X射线探测器另一种优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。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，不应以此限制本发明的保护范围。

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、方法或设备固有的其它步骤或单元。

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及低能散射线，之后X射线在高能量闪烁体121内部几乎被全吸收，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101和光电探测器件102组成低能探测器，通过管脚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；高能量闪烁体121和光电探测器件122组成高能探测器，通过管脚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。该种探测器由于使用带有管脚的元器件，集成度不高，另外现有技术中还可使用软排线进行高、低能两个探测器分别与电路板的信号连接，但软排线成本较高。现有的探测器集成度低，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，而且存在散射射线的串扰问题和高低能对应通道对准的问题。

本发明提供一种双能量X射线探测器，如图2所示一种优选实施例中，该双能量X射线探测器包括对应设置的低能子板和高能子板，其中：低能子板包括沿射线入射200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；没有和低能闪烁体作用的X射线穿过滤波片211进一步减少X射线能谱中的低能部分及低能散射线；高能子板包括沿射线入射200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。

本发明中，低能子板和高能子板沿射线入射200方向通过直插针203和 223直接连接到母板241上，本发明的双能量X射线探测器使用直插针代替高价的软排线实现低能子板和高能子板的信号与母板连接，降低了成本，并且相对于管脚连接的双能量X射线探测器提高了集成度。

本发明的双能量X射线探测器中，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，所述第一光隔器件为所述低能闪烁体阵列或第一光电二极管阵列。所述第一光隔器件为低能闪烁体阵列时，所述低能闪烁体阵列设置有光隔。

本发明提供一种双能量X射线探测器中低能子板和高能子板对准的方法，当低能闪烁体阵列有光隔时，所述低能闪烁体阵列各像元中心点与对应高能闪烁体阵列各像元中心点对准；当低能闪烁体阵列无光隔时，第一光电二极管阵列各像元中心点与对应高能闪烁体阵列各像元中心点对准。

由于传统的双能量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吸收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。

本发明中，根据低能闪烁体是否存在光隔来确定是通过低能闪烁体阵列还是第一光电二极管阵列的各像元中心点与对应高能闪烁体阵列各像元中心点对准，克服了现有技术中对位不准的技术缺陷，实现了高、低能通道在同一射线位置采样，提高了射线扫描行李检测系统对材料的识别能力。

X射线屏蔽层231可安装于探测器子板或者数字电路母板上，用于抑制X 射线散射及并实现对电子元件的屏蔽。X射线屏蔽层的材料为金属铅、钨、钼、铜或含铅、钨、钼、铜的合金或其中一种或几种的组合，这些具有较高原子序数的材料对射线吸收强烈，能有效地抑制散射，起到屏蔽的作用。

在本优选实施例中，所述双能量X射线探测器还包括有设置于所述高能子板与母板之间的X射线屏蔽层。所述X射线屏蔽层设置于所述第二PCB 板背离所述第二光电二极管阵列的一侧表面上(如图2中所示)。本领域技术人员容易理解的，所述X射线屏蔽层还可以设置于所述母板靠近所述第二 PCB板的一侧表面上(如图3中所示)。

所述X射线屏蔽层用于吸收未被高能闪烁体阵列完全吸收的X射线，抑制X射线散射，并实现对电子元件的屏蔽，减少X射线散射对电子元件的损害，延长电子元件的寿命。同时避免了这部分X射线的反向散射射线进入其它像元通道的闪烁体，产生串扰信号进而降低图像质量的情况出现，有效提高了图像质量。

本发明各实施例中，所述X射线屏蔽层的材料为金属铅、钨、钼、铜和含铅、钨、钼、铜的合金中的其中一种或几种的组合；厚度为0.1-10mm。所述滤片的材料为金属铜、金属银或铜银合金。所述低能量闪烁体材料为：GOS 薄膜、GOS陶瓷、CsI(T1)、CdWO4或ZnSe。所述高能闪烁体材料为：GOS 陶瓷、CsI(T1)、CdWO4或ZnSe。

本发明实施例中提及的“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，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，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，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种双能量X射线探测器，其特征在于，包括对应设置的低能子板和高能子板，其中：

所述低能子板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子板的电信号；

所述高能子板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子板的电信号；

所述低能子板和高能子板沿射线入射方向依次通过直插针直接连接到母板上，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，所述第一光隔器件为所述低能闪烁体阵列或第一光电二极管阵列。

2.根据权利要求1所述双能量X射线探测器，其特征在于，所述第一光隔器件为低能闪烁体阵列时，所述低能闪烁体阵列设置有光隔。

3.根据权利要求1所述双能量X射线探测器，其特征在于，所述低能子板和高能子板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。

4.根据权利要求3所述双能量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。

5.根据权利要求1所述双能量X射线探测器，其特征在于，所述高能子板与母板之间还设置有X射线屏蔽层。

6.根据权利要求5所述双能量X射线探测器，其特征在于，所述X射线屏蔽层设置于所述第二PCB板背离所述第二光电二极管阵列的一侧表面上。

7.根据权利要求5所述双能量X射线探测器，其特征在于，所述X射线屏蔽层设置于所述母板靠近所述第二PCB板的一侧表面上。

8.根据权利要求5所述双能量X射线探测器，其特征在于，所述X射线屏蔽层的材料为金属铅、钨、钼、铜和含铅、钨、钼、铜的合金中的其中一种或几种的组合。

9.根据权利要求5所述双能量X射线探测器，其特征在于，所述X射线屏蔽层的厚度为0.1-10mm。