CN211086641U - 一种x射线透射和背散射一体化检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种X射线透射和背散射一体化检测装置，包括X射线发生装置、扫描器、被测物品通道、背散射探测器单元和透射探测器阵列。该一体化检测装置兼具透射和背散射功能，采用单一X射线源，满足小型化要求，扫描探测角度广，透射及背散射的图像分辨度高。

Description

一种X射线透射和背散射一体化检测装置

技术领域

本实用新型涉及安全检查技术领域，特别涉及一种X射线透射和背散射复合的一体化安全检测装置。

背景技术

安全检查是保护人民生命财产安全的重要手段，目前常用的方法包括人工检查和X射线检测。人工检查费时费力，而X射线检测技术可进行快速、不开箱的检查。目前X射线安全检查系统大多使用X射线透射检测技术，可以突显刀具等金属违禁品，但对低原子序数违禁物品的分辨能力较差。与之相比，X射线背散射技术可以在被检物的一侧(与射线源同侧)给出检测图像，同时突显炸药、毒品、陶瓷凶器、汽油等非金属违禁品。透射成像系统中透射探测器采用线阵，背散射成像系统中背散射探测器采用大面积的闪烁体晶体组。

同时获得X射线透射和背散射图像能够更有效地提供可靠的检测结果，目前结合两种功能的设备一般采取串联形式，X射线透射和背散射成像系统需要使用彼此独立的X光机、准直器和探测器完成物质扫描检测，分别生成透射和背散射图像，特点是成像时间长，透射图像与背散射图像空间分辨率不一致，设备体积大部署困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种透射和背散射复合的一体化安全检测系统，该系统采用单一X射线源，兼具透射和背散射成像功能。

本实用新型提供一种X射线透射和背散射一体化检测装置，包括：

X射线发生装置，包括：

X光管；

内准直器，所述内准直器设置在所述X光管的出射窗口处；

扫描器，包括：

准直器，所述准直器围绕所述X光管设置，并包括沿周向间隔设置的多个扫描孔，所述X射线发生装置发出的X射线能够穿过所述多个扫描孔；

旋转轴，所述旋转轴与所述准直器连接，使所述准直器围绕所述 X光管旋转并使所述X射线发生装置发出的X射线能够依次穿过所述多个扫描孔；

固定台和固定台外壳，用于固定所述X光管；

被测物品通道，物品通过所述被测物品通道的方向与所述准直器的旋转方向所在的平面垂直；

背散射探测器单元，设置在所述扫描器上方，位于所述扫描器和所述被测物品通道之间；

透射探测器阵列，设置在所述被测物品通道的顶部和侧部。

在一些实施方案中，相邻扫描孔之间的间距相等。

在一些实施方案中，扫描孔的个数为4个，相邻扫描孔之间对应的圆心角为90度。

在一些实施方案中，所述准直器和所述固定台外壳将所述X光管封闭在内部。

在一些实施方案中，所述准直器在旋转方向所在平面的截面为圆形， X光管的焦点处于准直器的旋转轴线上。

在一些实施方案中，所述准直器和所述固定台外壳连接，形成球状体或筒状体。

在一些实施方案中，所述X光管和所述扫描器设置在物品通过所述被测物品通道方向上的中线的一侧，所述透射探测器阵列设置在所述被测物品通道的顶部和远离所述X光管和所述扫描器的侧部。

在一些实施方案中，准直器的扫描孔的高度为50mm以上；

和/或

扫描孔的孔径为10mm以上，在多个扫描孔所在位置的截面处准直器的外壁距内准直器的距离为150mm以下；

和/或

准直器的旋转速度为1500转/分以上；

和/或

被测物品通过被测物品通道的速度为0.15m/s以上。

在一些实施方案中，X射线发生装置还包括高压发生器和冷却装置，高压发生器用于向X光管提供恒电压和电流，冷却装置用于X光管的散热；所述高压发生器和所述冷却装置与所述扫描器相对地设置在所述被测物品通道的另一侧。

本实用新型能够实现以下有益效果：

提供兼具透射和背散射功能的一体化安全检查系统，该系统采用单一 X射线源，满足小型化要求，扫描探测角度广，透射及背散射的图像分辨度高。

附图说明

通过下文中参照附图对本实用新型所作的描述，本领域技术人员将能够更加全面地理解本实用新型的其它目的和优点。

图1示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的正面内部结构示意图。

图2示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的侧面内部结构示意图。

图3(a)和图3(b)分别示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的正面和背面结构示意图。

图4示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的侧面结构示意图。

图5示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的扫描器的内部结构示意图。

图6示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的扫描器中扫描孔布置的示意图。

图7示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的操作台示意图。

图中附图标记含义如下：

201：X射线；202：扫描器；203：被测物品通道；204：背散射探测器单元；205：透射探测器阵列；206：冷却装置；207：数据处理单元； 208：高压发生器；209：数据采集单元；210：电控系统；211：传感器； 212：传送单元；213：高压散热窗；214：扫描器散热窗；215：冷却(水冷)散热窗；216：电源插口；217：被测物品；218：传送带；219：置物架；220：脚轮和支撑；301：X光管；302：内准直器；303：扫描孔；304：准直器；305：旋转轴；306：固定台；307：固定台外壳；S：射线源。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

参照图1-图7对本实用新型的内容进行说明，其中图1、图2、图3 (a)和图3(b)、图4分别示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的正面内部结构示意图、侧面内部结构示意图、正面和背面结构示意图、侧面结构示意图，图5示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的扫描器的内部结构示意图，图6 示出扫描器中扫描孔布置的示意图，图7示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置的操作台示意图。

本实用新型提供一种X射线透射和背散射一体化检测装置，包括：

X射线发生装置，包括：

X光管301；

内准直器302，所述内准直器设置在所述X光管301的出射窗口处；

扫描器202，包括：

准直器304，所述准直器304围绕所述X光管301设置，并包括沿周向间隔设置的多个扫描孔303，所述X射线发生装置发出的X射线能够穿过所述多个扫描孔303；

旋转轴305，所述旋转轴305与所述准直器304连接，使所述准直器304围绕所述X光管301旋转并使所述X射线发生装置发出的X射线201能够依次穿过所述多个扫描孔303；

固定台306和固定台外壳307，用于固定所述X光管301；

被测物品通道203，物品通过所述被测物品通道203的方向与所述准直器304的旋转方向所在的平面垂直；

背散射探测器单元204，设置在所述扫描器202上方，位于所述扫描器202和所述被测物品通道203之间；

透射探测器阵列205，设置在所述被测物品通道203的顶部和侧部。

本实用新型的检测装置采用单一X光源，由X射线发生装置产生射线束。X射线发生装置包括X光管301，如图5所示，X射线发生装置还包括内准直器302，设置在X光管301的出射窗口处，约束出射光束的方向，获得平面扇形射线束，该射线束的圆心角角度使得出射光束能够覆盖整个待检测区域的宽度。

如图1及图5所示，围绕X光管301设置扫描器202，包括准直器304 和旋转轴305。沿准直器304的周向间隔设置多个扫描孔303，多个扫描孔303共面，且该平面与准直器304的旋转轴线垂直，X光管301的焦点处于准直器304的旋转轴线上，扫描孔303的位置能够与X光管301的出射窗口和内准直器302的位置基本对准，使得从X射线发生装置发出的X 射线能够穿过扫描孔303，进一步约束出射射线束的角度。旋转轴305与准直器304连接，用于使准直器304围绕X光管301旋转。旋转轴305通过电动机轴承与电动机驱动连接，获得旋转动力。

在匀速旋转过程中X射线发生装置发出的X射线能够依次穿过多个扫描孔303。当出射的射线束经扫描孔303时，平面扇形射线束被进一步约束为圆心角更小的点光束，并且从被测区域宽度方向(垂直于被测物品的运动方向)的一端扫至另一端，形成周期性的点扫描，提供用于检测的线状射线束。准直器304每旋转一周即提供与扫描孔303的数量对应的线状射线束。

扫描孔303的个数可根据出射X射线的夹角选择。由X光管301发出经过内准直器302的出射光夹角为θ，扫描孔303的个数为n，优选n＝ 360/θ，这能够保证每时刻都有从射线源发出的X射线穿出扫描孔照射到被扫描物体上。

图6示出根据本实用新型一个实施方案的X射线透射和背散射检测装置中扫描孔的布置。在该实施方案中，射线源发出的经过内准直器的X射线出射光夹角为90度，准直器304上设置有4个扫描孔303，准直器304 每旋转一周提供4次线状射线束扫描。

如图中所示，扫描孔303的孔径为d，在多个扫描孔303所在位置的截面处准直器304的外壁距射线源即内准直器302的距离为r，则扫描孔 303的圆心角为2arcsin(d/2r)，该角度决定出射线束的角度，也控制X射线穿过扫描器后的强度。从有利于获得较好的透射和背散射分辨率的角度考虑，d≥10mm，r≤150mm。

准直器具有一定的厚度，起屏蔽作用，使得射线源发出的X射线只能通过准直器向外发出，特别是在设置扫描孔的位置，准直器的厚度使得扫描孔的高度为50mm以上，减少散射出的X射线。

被检测的物品从被测物品通道203经过，物品通过被测物品通道203 的方向与准直器304的旋转方向所在的平面垂直，从而使得物品在经过通道的过程中，在不同位置经历周期性的点扫描，分别由透射探测器阵列205 收集透射信号，由背散射探测器204收集背散射信号。由此获得不同位置处的透射和背散射信号，形成透射数据列和背散射数据列，分别经处理后重构生成物品的整体检测图像。

扫描器202还包括固定台306和固定台外壳307，二者相连接，用于固定X光管301。准直器304和固定台外壳307可以共同形成一个封闭的空腔，将X光管301封闭在内部。准直器304和固定台外壳307采用铅铜合金制成，也可使用高强度钢制外壳与铅屏蔽内层共同构成。当准直器304 和固定台外壳307将X射线源包围在内部时，可以将绝大多数不需要的射线屏蔽在扫描器内部。

如图5及图6所示，准直器304在旋转方向所在平面的截面为圆形， X光管301的焦点处于准直器304的旋转轴线上，使得出射X射线201达到准直器304的各个扫描孔303的距离大致相等。特别地，准直器304和固定台外壳307连接形成球状或筒状，即准直器304和固定台外壳307分别为球状的一部分或为筒状，在结合处的截面半径相等，从而能够紧密连接。例如，准直器304和固定台外壳307可以各自为圆台状，两个圆台的下底半径(半径大的一端)相等，上底半径、高可以不同，两个圆台可以在下底处紧密连接，内部形成空腔用于容纳X光管301和内准直器302。两个圆台的下底的相接部分可以设置有屏蔽增强结构，所述屏蔽增强结构包括便于搭接的屏蔽槽。使用时，固定台外壳(屏蔽槽设置于准直器上时) 或准直器(屏蔽槽设置于固定台外壳上时)插入相应屏蔽槽中，使得固定台外壳和准直器的结合部在X射线传播方向上形成相互重叠，以实现最大程度的X射线屏蔽能力。

如图1所示，背散射探测器单元204设置在扫描器202上方，位于扫描器202和被测物品通道203之间，能够收集被测物品在被测物品通道中经过被测区域的过程中产生的背散射信号，其探测由被测物品散射回来的 X射线信号，并完成X射线到电信号的转换。背散射探测器单元204可以包括至少一对背散射探测器。

透射探测器阵列205包括多个透射探测器，分别设置在被测物品通道 203的顶部和侧部，用于探测穿透被测物品之后的X射线信号，并完成X 射线到电信号的转换。

相对于被测物品通道中以物品通过通道的方向确定的中线，可以将X 光管301和扫描器202偏离中线设置，即位于中线的一侧，透射探测器阵列205设置在被测物品通道203的顶部和远离X光管301和扫描器202的侧部，如图1中所示，这样能够以扇形覆盖更大的面积，从而获取更大的扫描探测角度。

对于1mm的分辨率，检测对象的传送速度为v米/秒，准直器转速为 w转/分，线扫描时间为t＝0.001*3600/v＝3.6/v秒，检测空间分辨率反比于线扫描时间，正比于准直器的转速。为了获得高分辨率的透射图像和背散射图像，并满足使用要求，准直器的旋转速度为1500转/分以上，例如为1800转/分，被测物品通过检测区域的速度为0.15m/s以上。

如图2所示，X射线发生装置还包括高压发生器208和冷却装置206，高压发生器208用于向X光管提供稳定的恒电压和电流，冷却装置206用于向设置于X光管301上的冷却管路提供冷却介质，用于X光管的散热，可以为水冷装置。如图3(a)和图3(b)所示，设备外部设有散热窗，例如高压散热窗213、扫描器散热窗214、冷却(水冷)散热窗215。可通过增加风扇提高散热的效率。为了利于检测装置的小型化，将高压发生器 208和冷却装置206与扫描器202相对地设置在被测物品通道203的另一侧。

本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括传感器211，设置在被测物品通道中，用于判断被测物品是否到达指定位置，可为红外传感器。当被测物品进入检测区域时，触发通道内的传感器，X射线发生装置发出X射线。

本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括传送单元 212，用于将检测对象传送通过被测物品通道，包括传送带218、支撑架、电动滚筒，可以是机械或牵引传送带，按照一定的速度平稳输送被测物品。

如图4所示，本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括置物架219，在检测通道前后暂存被测物品，带有脚轮与支撑，方便移动。

本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括数据采集单元209，用于完成对探测器模块信号的数据采集，与数据处理单元如计算机系统的数据处理中心进行交互。

本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括数据处理单元207，例如为计算机系统，用于完成和专用键盘的数据交互，完成和图像处理算法的数据交互，完成图像数据的存储。

本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括输出单元，与数据采集和处理单元连接，用于输出透射与背散射图像，例如为显示器，例如包括至少两台显示器，分别显示背散射图像和透射图像，如图7所示。

本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括指令输入单元，例如为专用键盘，用于控制输送系统的开始正反转和停止；集成传送带的控制功能、设备上电/断电功能和各种指示信号；一键完成特定背散射图像处理功能；一键完成特定透射图像处理功能。

本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括电控系统 210，用于根据控制要求为系统内部的设备提供电源，保证各设备正常工作和急停指令的断电响应。

本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括辐射防护安全系统，用于保护人员安全，屏蔽X射线，对X射线和X射线发生装置建立多种连锁安全装置，包括扫描器内部对X射线的屏蔽，警示设备(红色与绿色指示灯、蜂鸣器等)、安全联锁(急停、钥匙开关、屏蔽联锁等)，水冷机组水冷却器信号联锁(水温和水压)。

本实用新型的X射线透射和背散射一体化检测装置还包括机械结构，用于承载所有相关子系统的部件的机械设备，由不锈钢材料制成。

在一个实施例中，X射线发生装置发出的X射线经过扫描器后以扇形射线束飞向被测物品，随着扫描器匀速旋转，交替产生周期性的点扫描，透射探测器阵列探测穿过被测物品的透射X射线，背散射探测器单元探测散射回的X射线。

两种探测器各自收集的X射线信号经由信号采集系统处理，经过相应的电路转换成计算机能够识别的数字信号，计算机主机将获取的数字信号进行相关的处理，转换为背散射图像和透射图像，并将处理结果存储于服务器数据库中，供计算机操作员调用。

操作台上的两台显示器分别显示背散射图像和透射图像；键盘可用于图像的快捷操作，操作员可控制进行图像的特殊处理，实现对图像的快速鉴别和判断。

本实用新型的实施方案能够实现以小型化的设备，使用单一的X射线源同时获得透射与背散射结果，并通过对检测装置的整体结构设计，能够以大角度探测扫描，获得高分辨率的透射与背散射图像，克服现有技术中一般无法同时提高透射和背散射分辨率的问题。

虽然结合附图对本实用新型进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本实用新型的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本实用新型的一种限制。

本领域普通技术人员将理解，在不背离本实用新型总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (9)

1.一种X射线透射和背散射一体化检测装置，其特征在于，包括：

X射线发生装置，包括：

X光管(301)；

内准直器(302)，所述内准直器(302)设置在所述X光管(301)的出射窗口处；

扫描器(202)，包括：

准直器(304)，所述准直器(304)围绕所述X光管(301)设置，并包括沿周向间隔设置的多个扫描孔(303)，所述X射线发生装置发出的X射线能够穿过所述多个扫描孔(303)；

旋转轴(305)，所述旋转轴(305)与所述准直器(304)连接，使所述准直器(304)围绕所述X光管(301)旋转并使所述X射线发生装置发出的X射线能够依次穿过所述多个扫描孔(303)；

固定台(306)和固定台外壳(307)，用于固定所述X光管(301)；

被测物品通道(203)，物品通过所述被测物品通道(203)的方向与所述准直器(304)的旋转方向所在的平面垂直；

背散射探测器单元(204)，设置在所述扫描器(202)上方，位于所述扫描器(202)和所述被测物品通道(203)之间；

透射探测器阵列(205)，设置在所述被测物品通道(203)的顶部和侧部。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中相邻扫描孔(303)之间的间距相等。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中扫描孔(303)的个数为4个，相邻扫描孔(303)之间对应的圆心角为90度。

4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中所述准直器(304)和所述固定台外壳(307)将所述X光管(301)封闭在内部。

5.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中所述准直器(304)在旋转方向所在平面的截面为圆形，X光管(301)的焦点处于准直器(304) 的旋转轴线上。

6.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中所述准直器(304)和所述固定台外壳(307)连接，形成球状体或筒状体。

7.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中所述X光管(301)和所述扫描器(202)设置在物品通过所述被测物品通道(203)方向上的中线的一侧，所述透射探测器阵列(205)设置在所述被测物品通道(203)的顶部和远离所述X光管(301)和所述扫描器(202)的侧部。

8.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中准直器(304)的扫描孔(303)的高度为50mm以上；

和/或

扫描孔(303)的孔径为10mm以上，在多个扫描孔(303)所在位置的截面处准直器(304)的外壁距内准直器(302)的距离为150mm以下；

和/或

准直器(304)的旋转速度为1500转/分以上；

和/或

被测物品通过被测物品通道(203)的速度为0.15m/s以上。

9.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中X射线发生装置还包括高压发生器(208)和冷却装置(206)，高压发生器(208)用于向X光管(301)提供恒电压和电流，冷却装置(206)用于X光管(301)的散热；所述高压发生器(208)和所述冷却装置(206)与所述扫描器(202)相对地设置在所述被测物品通道的另一侧。

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