CN209280934U - 一种双能探测器及平面探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双能探测器及平面探测器；上述双能探测器包括：第一闪烁体、第一光电二极管阵列、滤波器、第二光电二极管阵列以及第二闪烁体；其中，第一闪烁体、滤波器以及第二闪烁体沿射线入射方向依次设置；第一闪烁体的出光面和第二闪烁体的出光面平行于射线入射方向，且第一闪烁体的出光面和第二闪烁体的出光面面向同一侧；第一光电二极管阵列耦合第一闪烁体的出光面，第二光电二极管阵列耦合第二闪烁体的出光面。

Description

一种双能探测器及平面探测器

技术领域

本申请涉及但不限于射线检测技术领域，尤指一种双能探测器及平面探测器。

背景技术

电离辐射产生的射线(X射线或伽玛射线，以下简称射线)穿过被照射物体后，因物体吸收部分射线能量引起射线能谱变化，通过检测射线能谱可以分辨出被照射物体。传统的双能探测器包括高低两个探测器，低能探测器布置在靠近被照射物体的一侧，主要吸收射线能谱中的低能部分，高能探测器部署在低能探测器后面，主要吸收射线能谱中的高能部分。双能探测器可以应用于安检及其他对被检测物体的材质辨识准确度要求比较高的检测领域。

实用新型内容

本实用新型提供了一种双能探测器及平面探测器，可以提高物质分辨准确度。

一方面，本申请实施例提供了一种双能探测器，包括：第一闪烁体、第一光电二极管阵列、滤波器、第二光电二极管阵列以及第二闪烁体；其中，第一闪烁体、滤波器以及第二闪烁体沿射线入射方向依次设置；第一闪烁体的出光面和第二闪烁体的出光面平行于射线入射方向，且第一闪烁体的出光面和第二闪烁体的出光面面向同一侧；第一光电二极管阵列耦合第一闪烁体的出光面，第二光电二极管阵列耦合第二闪烁体的出光面。

另一方面，本申请实施例提供一种平面探测器，包括：多个双能探测器，多个双能探测器沿垂直于射线入射方向且平行于双能探测器的出光面的直线依次排列，且相邻的双能探测器的第一闪烁体的表面相互接触，相邻的双能探测器的第二闪烁体的表面相互接触。

在本申请实施例中，第一闪烁体、滤波器以及第二闪烁体沿射线入射方向依次设置；第一闪烁体的出光面和第二闪烁体的出光面平行于射线入射方向，且面向同一侧，从而避免了被探测的射线因穿过两个光电二极管阵列本身造成的射线能量衰减和散射，保留了尽可能多的有用的射线信息到达第二闪烁体，减小了主射线被散射的程度，从而提高了物质分辨的准确度和对厚物体的穿透能力。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为传统的双能探测器的示意图；

图2为本申请实施例提供的双能探测器的一种示意图；

图3为本申请实施例提供的双能探测器的另一种示意图。

具体实施方式

下面中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

需要说明的是，在图1至图3中，实线箭头表示射线入射方向，虚线箭头表示可见光传输方向。

图1为传统的双能探测器的示意图。传统的双能探测器主要应用于检测低级别能量的射线，比如千电子伏特(KeV)级别的射线。如图1所示，传统的双能探测器包括高能探测器、低能探测器及基板104。其中，低能探测器包括低能闪烁体阵列101、第一光电二极管阵列102以及第一滤波器103；高能探测器包括高能闪烁体阵列107、第二光电二极管阵列106以及第二滤波器105，其中，在一些应用示例中可以不设置第二滤波器105。低能探测器和高能探测器分别放置在基板104的两侧。射线穿过物体后，首先进入低能探测器(即经过低能闪烁体阵列101、第一光电二极管阵列102以及第一滤波器103)，再穿过基板104，然后进入高能探测器(即经过第二滤波器105和第二光电二极管阵列106后进入高能闪烁体阵列107)。通过高能探测器和低能探测器的不同响应，就可以对物体的有效原子序数信息做出判别。

图1所示的双能探测器中，低能闪烁体阵列101的出光面108和高能闪烁体阵列的出光面109垂直于射线入射方向。在图1所示的双能探测器中，穿过物体的携带有物体的有效信息的射线，经过低能探测器的低能闪烁体阵列101后，再通过低能探测器的第一光电二极管阵列102和第一滤波器103，然后穿过基板104，最后穿过高能探测器的第二滤波器105和第二光电二极管阵列106才到达高能闪烁体阵列107。射线必须穿过两个光电二极管阵列(即第一光电二极管阵列102和第二光电二极管阵列106)和基板104，它们导致的吸收会损失部分携带有效信息的射线，并造成了额外的散射。

本申请实施例提供一种双能探测器及平面探测器，用于检测兆电子伏特(MeV)级别的射线。

图2为本申请实施例提供的双能探测器的一种示意图。图2所示为双能探测器沿射线入射方向的剖面组装示意图。如图2所示，本实施例提供的双能探测器包括：第一闪烁体201、第一光电二极管阵列202、滤波器203、基板204、第二光电二极管阵列205以及第二闪烁体206。其中，第二闪烁体206吸收的射线光子能量大于第一闪烁体201吸收的射线光子能量。

在一示例性实施例中，第一闪烁体201和第二闪烁体206可以为闪烁体阵列结构。然而，本申请对此并不限定。

如图2所示，第一闪烁体201、滤波器203以及第二闪烁体206沿射线入射方向依次设置；第一闪烁体201的出光面208和第二闪烁体206的出光面209平行于射线入射方向(即图2中的实线箭头方向)，且出光面208和出光面209面向同一侧。换言之，出光面208和出光面209均在双能探测器的同一侧。

如图2所示，第一光电二极管阵列202耦合第一闪烁体201的出光面208；第二光电二极管阵列205耦合第二闪烁体206的出光面209。

在一示例性实施例中，第一闪烁体201的出光面208可以略大于第一光电二极管阵列202的受光面，以确保第一光电二极管阵列202的受光面均可以接收到可见光，从而确保检测效果。比如，第一光电二极管阵列202可以为矩形，第一闪烁体201的出光面208可以为圆形，且可以覆盖第一光电二极管阵列202的受光面。同样地，第二闪烁体206的出光面209可以大于第二光电二极管阵列205的受光面。然而，本申请对此并不限定。在一示例性实施例中，第一闪烁体201的出光面208的形状及大小可以与第一光电二极管阵列202的形状及大小一致，比如，可以为大小一致的矩形；第二闪烁体206的出光面209的形状及大小可以与第二光电二极管阵列205的形状及大小一致，比如，可以为大小一致的矩形。

在一示例性实施例中，基板204可以包括数据读出电路，第一光电二极管阵列202可以位于第一闪烁体201的出光面208和基板204之间，第二光电二极管阵列205可以位于第二闪烁体206的出光面209和基板204之间。基板204可以电性连接第一光电二极管阵列202与第二光电二极管阵列205。如图2所示，基板204可以沿射线入射方向平行放置在第一光电二极管阵列202和第二光电二极管阵列205的一侧，用于承载第一光电二极管阵列202和第二光电二极管阵列205。

在一示例性实施例中，基板204可以为刚柔结合的印制电路板(PCB，PrintedCircuit Board)。然而，本申请对此并不限定。在其他实施例中，基板204还可以是柔性电路板、刚性的FR4基板或者陶瓷基板。

在一示例性实施例中，如图2所示，第一闪烁体201和第二闪烁体206可以均为长方体。其中，第二闪烁体206的出光面209和第一闪烁体201的出光面208可以均为矩形，且出光面209大于出光面208。然而，本申请对此并不限定。比如，第二闪烁体206的出光面209的形状可以与第一闪烁体201的出光面208的形状不同(例如，一个为正方形，另一个为长方形)，且出光面209的面积可以大于出光面208的面积；或者，第二闪烁体206的出光面209的形状可以与第一闪烁体201的出光面208的形状不同(例如，一个为正方形，另一个为长方形)，且两者的面积一致。

在一示例性实施例中，如图2所示，第二光电二极管阵列205的尺寸大于第一光电二极管阵列202的尺寸。其中，光电二极管阵列的尺寸可以根据对应的出光面的形状与大小确定。比如，光电二极管阵列的形状及大小可以与对应的出光面的形状与大小一致；或者，光电二极管阵列的尺寸可以略小于对应的出光面的尺寸，以确保光电二极管阵列的受光面均可以接收到从出光面输出的可见光。

在一示例性实施例中，为了充分地吸收MeV级别能量的射线，如图2所示，在沿射线入射方向上，第二闪烁体206的长度大于第一闪烁体201的长度，且第一闪烁体201的长度可以大于或等于3毫米。为了确保第一闪烁体201的出光面208上可以设置第一光电二极管阵列202，即第一闪烁体201在沿射线入射方向上的长度可以满足设置最小尺寸的第一光电二极管阵列202，因此，本实施例中可以设置第一闪烁体201的长度大于或等于3毫米，从而确保第一光电二极管阵列202可以耦合到第一闪烁体201的出光面208，进而确保双能探测器的结构稳定。

在一示例性实施例中，如图2所示，滤波片203可以放置在第一闪烁体201和第二闪烁体206中间；或者，滤波片203可以为第二闪烁体206的一部分，比如粘合或压接在第二闪烁体206的反光层的上方。

在一示例性实施方式中，如图2所示，滤波器203可以呈平面型。然而，本申请对此并不限定。在其他示例性实施例中，滤波器可以为Π型，比如，Π型的滤波器可以设置在第二闪烁体上，将第二闪烁体可能的散射射线输入窗口包裹起来。

图2所示的双能探测器通过将第二闪烁体206的出光面209和第一闪烁体201的出光面208设计成跟射线入射方向平行，将第一光电二极管阵列202、第二光电二极管阵列205以及基板204都与出光面208和209平行放置，使得射线通过第一闪烁体201和滤波器203后，无需再被第一光电二极管阵列202、基板204以及第二光电二极管阵列205衰减，即可到达第二闪烁体206。如此，避免了被探测的射线因穿过光电二极管阵列和基板本身造成的射线能量衰减和散射，保留了尽可能多的有用的射线信息到达第二闪烁体。

图3为本申请实施例提供的双能探测器的另一示意图。图3所示为双能探测器沿射线入射方向的剖面组装示意图。如图3所示，本实施例提供的双能探测器包括：第一闪烁体301、第一光电二极管阵列302、滤波器303、基板304、第二光电二极管阵列305以及第二闪烁体306。

本实施例提供的双能探测器与图2所示的双能探测器的区别在于：本实施例中，第二闪烁体306沿射线入射方向上的横截面为六边形，该六边形包括一个长方形和一个梯形，梯形的下底边连接长方形(如图3所示，梯形的下底边的长度等于长方形的长度)，梯形的上底边设置有出光面309。比如，第二闪烁体306可以为凸台立体结构。如图3所示，第一闪烁体301的出光面308和第二闪烁体306的出光面309可以为大小一致的矩形，第一光电二极管阵列302的尺寸可以等于第二光电二极管阵列305的尺寸。

如图3所示的双能探测器相较于图2所示的双能探测器，通过改变第二闪烁体306的几何形状，调整了第二光电二极管阵列305的尺寸，使得与第一光电二极管阵列302完全一样，从而便于第二光电二极管阵列305的选择。

关于图3所示的双能探测器的其他结构说明可以参照图2所示的双能探测器的描述，故于此不再赘述。

在一示例性实施例中，基于图2所示的双能探测器，可以将第二闪烁体206的右侧面的部分区域涂覆反射材料，使得遮挡后在右侧面形成的出光面209与第一闪烁体201的出光面208的大小一致，从而可以使用尺寸一致的第一光电二极管阵列202和第二光电二极管阵列205。

在一示例性实施例中，可以通过调整第一闪烁体的几何形状，使得第一闪烁体的出光面耦合的第一光电二极管阵列与第二闪烁体的出光面耦合的第二光电二极管阵列的尺寸一致。比如，第一闪烁体沿射线入射方向上的横截面为六边形，该六边形包括一个长方形和一个梯形，该梯形的上底边连接长方形(比如，该梯形的上底边的长度等于长方形的宽度)，该梯形的下底边设置出光面。然而，本申请对此并不限定。

此外，本申请实施例还提供一种平面探测器，包括多个双能探测器，且多个双能探测器沿垂直于射线入射方向且平行于双能探测器的出光面的直线依次排列，且相邻的双能探测器的第一闪烁体的表面相互接触，相邻的双能探测器的第二闪烁体的表面相互接触。比如，可以将图2所示的多个双能探测器沿着垂直于射线入射方向且平行于出光面的直线(比如，基于图2的垂直于纸面的直线)依次排列形成一个平面探测器，且相邻的双能探测器的表面相互接触。其中，关于双能探测器的结构可以参照图2或图3的说明，故于此不再赘述。

本申请实施例提供的双能探测器和平面探测器，将第一闪烁体和第二闪烁体的出光面设计为与射线入射方向平行，使入射射线不再需要穿过两个光电二极管阵列和基板就能到达第二闪烁体，从而避免了被探测的射线因穿过两个光电二极管阵列和基板本身造成的射线能量衰减和散射，保留了尽可能多的有用的射线信息到达第二闪烁体，减少了主射线被散射的程度，从而提高了物质分辨的准确度和对厚物体的穿透能力。

Claims (10)

1.一种双能探测器，其特征在于，包括：第一闪烁体、第一光电二极管阵列、滤波器、第二光电二极管阵列以及第二闪烁体；

其中，所述第一闪烁体、所述滤波器以及所述第二闪烁体沿射线入射方向依次设置；所述第一闪烁体的出光面和所述第二闪烁体的出光面平行于所述射线入射方向，且所述第一闪烁体的出光面和所述第二闪烁体的出光面面向同一侧；所述第一光电二极管阵列耦合所述第一闪烁体的出光面，所述第二光电二极管阵列耦合所述第二闪烁体的出光面。

2.根据权利要求1所述的双能探测器，其特征在于，所述第二闪烁体吸收的射线光子能量大于所述第一闪烁体吸收的射线光子能量。

3.根据权利要求1所述的双能探测器，其特征在于，所述第二闪烁体的出光面大于或等于所述第一闪烁体的出光面。

4.根据权利要求1所述的双能探测器，其特征在于，所述第二光电二极管阵列的尺寸大于或等于所述第一光电二极管阵列的尺寸。

5.根据权利要求1所述的双能探测器，其特征在于，所述第二闪烁体为长方体；或者，所述第二闪烁体沿射线入射方向上的横截面为六边形，所述六边形包括一个长方形和一个梯形，所述梯形的下底边连接所述长方形，所述梯形的上底边设置有出光面。

6.根据权利要求1所述的双能探测器，其特征在于，所述滤波器为平面型或Π型。

7.根据权利要求1所述的双能探测器，其特征在于，在沿所述射线入射方向上，所述第二闪烁体的长度大于所述第一闪烁体的长度，所述第一闪烁体的长度大于或等于3毫米。

8.根据权利要求1所述的双能探测器，其特征在于，所述双能探测器还包括基板，所述基板包括数据读出电路，所述第一光电二极管阵列位于所述第一闪烁体的出光面和所述基板之间，所述第二光电二极管阵列位于所述第二闪烁体的出光面和所述基板之间。

9.根据权利要求8所述的双能探测器，其特征在于，所述基板为以下之一：印制电路板PCB、柔性电路板、陶瓷基板。

10.一种平面探测器，其特征在于，包括：多个如权利要求1至9中任一项所述的双能探测器，所述多个双能探测器沿垂直于射线入射方向且平行于所述双能探测器的出光面的直线依次排列，且相邻的双能探测器的第一闪烁体的表面相互接触，相邻的双能探测器的第二闪烁体的表面相互接触。