CN214011091U - 一种x射线影像探测器及相应的安检系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种X射线影像探测器及相应的安检系统。该探测器中，第一模数转换模块连接低能探测模块，第二模数转换模块连接高能探测模块，第一模数转换模块与第二模数转换模块分别连接处理模块；第一模数转换模块所在的电路板垂直连接于低能探测模块所在的第一安装电路板，第二模数转换模块所在的电路板垂直连接于高能探测模块所在的第二安装电路板。该探测器不仅减小了宽度，并且低能探测模块与高能探测模块的布局相同，减少了物料种类，便于生产和维护。

Description

一种X射线影像探测器及相应的安检系统

技术领域

本公开涉及一种X射线影像探测器，同时也涉及采用该X射线影像探测器的安检系统，属于辐射成像技术领域。

背景技术

X射线影像探测器作为安检系统的核心部件，其成像原理如图1所示，X射线源产生X射线，X射线穿透受测物体后首先到达X射线探测器的闪烁体，闪烁体将X射线转换为可见光，可见光到达光电转换芯片(简称PD芯片)后转换为电信号，通过模数转换芯片对该电信号进行积分和模数转换，相应的数字信号由处理器进行处理后输出图像数据。

目前，在某些安检要求比较高或者对被检测物体材质辨识准确度要求高的检测领域会使用双能级X射线影像探测器。该类探测器由高能探测模块、低能探测模块组成，X射线穿过被照射物体后，部分射线被低能探测模块吸收并转换成电信号输出，未被吸收的射线进入高能探测模块后，会被高能探测模块检测到并转换成电信号输出，这样通过模数转换芯片对该电信号进行积分和模数转换，就可以采集到高分辨率的图像。

图2和图3分别为现有的两种双能级X射线影像探测器的内部结构示意图。在这些X射线影像探测器中，如果将多个模数转换芯片和处理器都布置在电路板3上，会导致整个X射线影像探测器的宽度偏大；如果只将处理器布置在电路板3上，宽度可以有所减小，但仍然不能满足特定安检场景的要求。另外，如果将光电转换芯片和模数转换芯片设置在同一电路板上，若其中某一部分的功能损坏或衰减都会造成整个电路板的功能失效，从而增加了维修和生产成本。

发明内容

本公开所要解决的首要技术问题在于提供一种X射线影像探测器。

本公开所要解决的另一技术问题在于提供一种采用该X射线影像探测器的安检系统。

为了实现上述目的，本公开采用下述的技术方案：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种X射线影像探测器，包括低能探测模块、高能探测模块、第一模数转换模块、第二模数转换模块和处理模块；其中，

所述第一模数转换模块连接所述低能探测模块，所述第二模数转换模块连接所述高能探测模块，所述第一模数转换模块与所述第二模数转换模块分别连接所述处理模块；

所述第一模数转换模块所在的电路板垂直连接于所述低能探测模块所在的第一安装电路板，所述第二模数转换模块所在的电路板垂直连接于所述高能探测模块所在的第二安装电路板。

其中较优地，所述低能探测模块包括第一光电转换芯片、低能闪烁体及相应的第一安装电路板；所述低能闪烁体与所述第一光电转换芯片连接，所述第一光电转换芯片设置在第一安装电路板的上表面的预设安装区域。

其中较优地，所述第一光电转换芯片位于所述低能闪烁体的下方，并且所述第一光电转换芯片与所述低能闪烁体的边缘对齐。

其中较优地，所述高能探测模块包括第二光电转换芯片、高能闪烁体及相应的第二安装电路板；所述高能闪烁体与所述第二光电转换芯片连接，所述第二光电转换芯片设置在第二安装电路板的上表面的预设安装区域。

其中较优地，所述第二光电转换芯片位于所述高能闪烁体的下方，并且所述第二光电转换芯片与所述高能闪烁体的边缘对齐。

其中较优地，所述第一光电转换芯片与所述第二光电转换芯片对齐。

其中较优地，所述低能探测模块、所述高能探测模块分别与相应的模数转换模块在整体上组成“Γ”或“T”形。

其中较优地，所述低能探测模块所在的第一安装电路板与所述高能探测模块所在的第二安装电路板平行设置，并通过第一固定件连接在一起。

其中较优地，所述处理模块设置在所述第一模数转换模块和所述第二模数转换模块之间，并且所述处理模块通过第二固定件与所述第二模数转换模块连接。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种X射线安检系统，包括有上述的X射线影像探测器。

与现有技术相比较，本公开实施例提供的X射线影像探测器具有以下优点：第一，减小了X射线影像探测器的宽度，更适用于多能级探测器的安装结构需求；第二，低能探测模块与高能探测模块的布局相同，只是结构上镜像放置，减少了物料种类，便于生产和维护；第三，电路板功能划分合理，使得某一部分功能失效只需替换该部分电路板，降低了维修成本和提高了生产良率。

附图说明

图1为X射线影像探测器的成像原理示意图；

图2和图3分别为现有的两种双能级X射线影像探测器的内部结构示意图；

图4为本公开实施例提供的X射线影像探测器的结构示意图；

图5为本公开实施例提供的X射线影像探测器的立体结构示意图；

图6为本公开实施例中，低能探测模块与第一模数转换模块或者高能探测模块与第二模数转换模块的连接示意图；

图7为本公开实施例中，低能探测模块与第一模数转换模块或者高能探测模块与第二模数转换模块的立体连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本公开的技术内容做进一步的详细说明。

为了满足特定安检场景对X射线影像探测器的宽度要求，同时使X射线影像探测器在功能划分上更加合理，减小维修成本，提高生产良率。如图4～图7所示，本公开实施例提供了一种经过改进设计的X射线影像探测器，包括低能探测模块10、高能探测模块20、第一模数转换模块30、第二模数转换模块40和处理模块50；其中，第一模数转换模块30连接低能探测模块10，第二模数转换模块40连接高能探测模块20，第一模数转换模块30与第二模数转换模块40分别连接处理模块50；第一模数转换模块30所在的电路板垂直连接于低能探测模块10所在的电路板，第二模数转换模块40所在的电路板垂直连接于高能探测模块20所在的电路板。

在本公开的实施例中，低能探测模块10用于接收低能X射线并将其转换为电信号。参见图4和图5，该低能探测模块10包括第一光电转换芯片100、低能闪烁体101及相应的第一安装电路板102；第一光电转换芯片100与低能闪烁体101通过光学耦合胶粘合在一起；第一光电转换芯片100位于低能闪烁体101的下方，并且第一光电转换芯片100与低能闪烁体101的边缘对齐，使得低能闪烁体101将低能X射线转换为可见光后，第一光电转换芯片100可以全部接收低能闪烁体101输出的可见光，并将该可见光转换为相应的电信号。

其中，低能闪烁体101可以选择用低能级(如75KeV)时探测效率在60％以上的闪烁体材料实现。例如，低能闪烁体101可以采用硫氧化钆Gd2O2S:Pr和Gd2O2S:Pr,Ce,F(简称为GOS)。GOS是很重要的新一代高性能多晶陶瓷闪烁体，发射波长为545nm。与传统的掺铊碘化铯CsI(Tl)等单晶闪烁体相比，它具有较低的生产成本和较高的成像速度。

第一光电转换芯片100设置在第一安装电路板102的上表面的预设安装区域，该安装区域与第一光电转换芯片100之间布设有第一光电转换芯片100的外围电路走线，该外围电路走线一般采用金线或铝线实现。其中，第一光电转换芯片100可以采用型号为PD16A-GG32C的光电转换芯片。该第一光电转换芯片100通过光学耦合胶粘贴在第一安装电路板102的预设安装区域上。需要强调的是，在本公开的实施例中，第一安装电路板102的上表面为沿着其面积最大的表面进行平放后，以平放位置为基准，定义为第一安装电路板102的上、下表面。

第一模数转换模块30包括第一模数转换芯片与相应的安装电路板(也称第一模数转换芯片安装板)。其中，第一模数转换芯片可以采用型号为DDC264的模数转换芯片实现。在第一模数转换芯片安装板上设置有与第一模数转换芯片相匹配的外围电路，通过焊接的方式将第一模数转换芯片焊接到第一模数转换芯片安装板的相应位置，从而实现第一模数转换芯片与第一模数转换芯片安装板上的外围电路连接。

如图4和图5所示，第一模数转换模块30通过第一电信号连接器60与第一安装电路板102的下表面连接，用于接收低能探测模块10输出的与低能X射线对应的电信号，并对该电信号进行积分和模数转换以输出数字信号。第一电信号连接器60具有信号连通和结构固定的双重作用。第一模数转换模块30与第一安装电路板102的连接位置避开第一光电转换芯片100的安装区域，即第一模数转换模块30与第一光电转换芯片100之间在水平方向上保持一定距离，避免在第一安装电路板102的下表面打孔安装第一电信号连接器60时破坏第一光电转换芯片100的电路走线。

在本公开的实施例中，高能探测模块20用于接收高能X射线并将其转换为电信号。如图4和图5所示，该高能探测模块20包括第二光电转换芯片200、高能闪烁体201及相应的第二安装电路板202。其中，高能探测模块20中的第二光电转换芯片200和第二安装电路板202与低能探测模块10中的第一光电转换芯片100和第一安装电路板102可以完全相同，从而减少了物料的种类。高能闪烁体201可以选择在高能级(如145KeV)时探测效率在60％以上的闪烁体材料实现。例如，高能闪烁体201可以采用掺铊碘化铯(CsI(Tl))晶体实现。

如图4和图5所示，第二光电转换芯片200与高能闪烁体201通过光学耦合胶粘合在一起。第二光电转换芯片200位于高能闪烁体201的下方，并且第二光电转换芯片200与高能闪烁体201的边缘对齐，使得高能闪烁体201将高能X射线转换为可见光后，第二光电转换芯片200可以全部接收高能闪烁体201输出的可见光，并将该可见光转换为相应的电信号。第二光电转换芯片200设置在第二安装电路板202上表面的预设安装区域，该安装区域与第二光电转换芯片200之间布设有第二光电转换芯片200的外围电路走线，该外围电路走线一般采用金线或铝线实现。其中，第二光电转换芯片200通过光学耦合胶粘贴在第二安装电路板202的预设安装区域上。需要强调的是，在本公开的实施例中，第二安装电路板202的上表面为沿着其面积最大的表面进行平放后，以平放位置为基准，定义第二安装电路板202的上、下表面。

第二模数转换模块40包括第二模数转换芯片与相应的安装电路板(也称第二模数转换芯片安装板)。其中，第二模数转换芯片可以采用型号为DDC264的模数转换芯片实现。在第二模数转换芯片安装板上设置有与第二模数转换芯片相匹配的外围电路，通过焊接的方式将第二模数转换芯片焊接到第二模数转换芯片安装板的相应位置，从而实现第二模数转换芯片与第二模数转换芯片安装板上的外围电路连接。

如图4和图5所示，第二模数转换模块40通过第二电信号连接器70与第二安装电路板202的下表面连接，用于接收高能探测模块20输出的与高能X射线对应的电信号，并对该电信号进行积分和模数转换以输出数字信号。第二电信号连接器70具有信号连通和结构固定的双重作用。第二模数转换模块40与第二安装电路板202的连接位置避开第二光电转换芯片200的安装区域，即第二模数转换模块40与第二光电转换芯片200之间在水平方向上保持一定距离，避免在第二安装电路板202的下表面打孔安装第二电信号连接器70时破坏第二光电转换芯片200的电路走线。

如图6和7所示，本公开实施例提供的X射线影像探测器中，低能探测模块10、高能探测模块20分别与相应的模数转换模块在整体上组成“Γ”或“T”形，以减少X射线影像探测器的宽度。具体地说，如图7所示，在X射线影像探测器的宽度方向上只保留了光电转换芯片的功能部分，将模数转换芯片的功能部分规划到了X射线影像探测器宽度方向垂直的方向上，从而最大程度地减小X射线影像探测器的宽度。

为了保证本X射线影像探测器可以采集到高识别率的双能级图像，需要将高能探测模块20的第二光电转换芯片200与低能探测模块10的第一光电转换芯片100对齐，使第二光电转换芯片200的像素与第一光电转换芯片100的像素正对位，从而使高能探测模块20各像素的成像数据与低能探测模块10各像素的成像数据一一对应。其中，如图4所示，低能探测模块10所在的第一安装电路板102与高能探测模块20所在的第二安装电路板202平行设置，并通过第一固定件80连接在一起。具体地说，第一固定件80可以采用螺栓。将第一光电转换芯片100与第二光电转换芯片200对齐后，通过螺栓将第一安装电路板102与第二安装电路板202连接在一起。

处理模块50包括FPGA处理器及相应的安装电路板(也称为FPGA处理器安装板)，用于分别接收第一模数转换模块30和第二模数转换模块40输出的数字信号，并对该数字信号进行缓存、排序等处理后输出图像数据。其中，为了尽可能减小X射线影像探测器的宽度，优选将处理模块50设置在第一模数转换模块30和第二模数转换模块40之间。在本公开的一个实施例中，如图4和图5所示，处理模块50设置在第一模数转换模块30和第二模数转换模块40之间，并且该处理模块50通过第二固定件90与第二模数转换模块40连接在一起。第一模数转换模块30与处理模块50以及第二模数转换模块40与处理模块50之间分别通过数字信号连接器500和相应的信号排线501连接。其中，处理模块50设置在第一模数转换模块30和第二模数转换模块40之间时，还可以将该处理模块50通过第二固定件90与第一模数转换模块30连接在一起。

进一步地，本公开实施例还提供了一种X射线安检系统。该X射线安检系统包括有上述的X射线影像探测器。该X射线安检系统的其它组成结构为现有常规结构，在此不再赘述。

与现有技术相比较，本公开实施例提供的X射线影像探测器具有以下优点：第一，减小了X射线影像探测器的宽度，更适用于多能级探测器的安装结构需求；第二，低能探测模块与高能探测模块的布局相同，只是结构上镜像放置，减少了物料种类，便于生产和维护；第三，电路板功能划分合理，使得某一部分功能失效只需替换该部分电路板，降低了维修成本和提高了生产良率。

以上对本公开所提供的X射线影像探测器及相应的安检系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本公开实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本公开专利权的保护范围。

Claims (10)

1.一种X射线影像探测器，其特征在于包括低能探测模块、高能探测模块、第一模数转换模块、第二模数转换模块和处理模块；其中，

所述第一模数转换模块连接所述低能探测模块，所述第二模数转换模块连接所述高能探测模块，所述第一模数转换模块与所述第二模数转换模块分别连接所述处理模块；

所述第一模数转换模块所在的电路板垂直连接于所述低能探测模块所在的第一安装电路板，所述第二模数转换模块所在的电路板垂直连接于所述高能探测模块所在的第二安装电路板。

2.如权利要求1所述的X射线影像探测器，其特征在于：

所述低能探测模块包括第一光电转换芯片、低能闪烁体及相应的第一安装电路板；所述低能闪烁体与所述第一光电转换芯片连接，所述第一光电转换芯片设置在第一安装电路板的上表面的预设安装区域。

3.如权利要求2所述的X射线影像探测器，其特征在于：

第一光电转换芯片位于所述低能闪烁体的下方，并且所述第一光电转换芯片与所述低能闪烁体的边缘对齐。

4.如权利要求1所述的X射线影像探测器，其特征在于：

所述高能探测模块包括第二光电转换芯片、高能闪烁体及相应的第二安装电路板；所述高能闪烁体与所述第二光电转换芯片连接，所述第二光电转换芯片设置在第二安装电路板的上表面的预设安装区域。

5.如权利要求4所述的X射线影像探测器，其特征在于：

第二光电转换芯片位于所述高能闪烁体的下方，并且所述第二光电转换芯片与所述高能闪烁体的边缘对齐。

6.如权利要求3或5所述的X射线影像探测器，其特征在于：

第一光电转换芯片与第二光电转换芯片对齐。

7.如权利要求1所述的X射线影像探测器，其特征在于：

所述低能探测模块、所述高能探测模块分别与相应的模数转换模块在整体上组成

或“T”形。

8.如权利要求1所述的X射线影像探测器，其特征在于：

所述低能探测模块所在的第一安装电路板与所述高能探测模块所在的第二安装电路板平行设置，并通过第一固定件连接在一起。

9.如权利要求1所述的X射线影像探测器，其特征在于：

所述处理模块设置在所述第一模数转换模块和所述第二模数转换模块之间，并且所述处理模块通过第二固定件与所述第二模数转换模块连接。

10.一种X射线安检系统，其特征在于包括权利要求1～9中任意一项所述的X射线影像探测器。

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