CN2840027Y - 一种双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，包括移动扫描装置，其特征在于：钴60γ射线源装置，两组L形阵列探测器，自动控制子系统和图像与信息处理子系统，两组L型阵列探测器分别安装在移动扫描装置的左右两个门字形框架上，与钴60γ射线源装置的左右两个射线快门相对，形成两条集装箱或车辆检查通道，通过移动扫描装置的台车沿轨道前后移动，实现两通道同时进行扫描检查工作。该系统检查通过率高，设备安全可靠性好，检测通过率提高2－4倍，特别适用于集装箱或车辆通过量大的港口、边境和机场。
Description
技术领域
本实用新型涉及核技术应用领域，特别是涉及一种双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统。
技术背景
目前，美国、德国和中国等一些公司先后开发了辐射成像型组合移动式集装箱或车辆检查系统，他们分别采用电子直线加速器与固体探测器或气体探测器相结合，钴60γ射线源与气体探测器或固体探测器(碘化钠晶体—光电倍增管探测器)相结合的技术方案，其图象质量较好，比固定式检查系统更灵活，因此受到用户的欢迎。但是这种检查系统存在着检查通过率较低的缺陷，每小时约检查20个集装箱或车辆。在当前国际反恐斗争形势日趋严峻的情况下，用户需要通过率更高的检查设备。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷和不足，经发明人多年从事核技术应用领域的研究、开发和长期实践，开发提供一种检查通过率高、设备可靠性好的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统。
本实用新型提供的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于包括一个钴60γ射线源装置(A)，位于系统正中间，具有左右两个射线快门，固定在移动扫描装置的台车上；两组L形阵列探测器装置(B)，固定在移动扫描装置的门形框架上，对称设置在钴60γ射线源装置的左右两侧，与钴60γ射线源装置的左右两个射线快门相对，并且间隔一定距离构成对称的两个检测通道；移动扫描装置(C)，设在钴60γ射线源装置的下面，沿轨道往复运动；自动控制子系统(D)和图像与信息处理子系统(E)设在控制室内(未标出)控制整个检查系统运行和检查图像。
按照本实用新型提供的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统中，所述钴60γ射线源装置包括一个钴60γ射线源(简称钴源)(1)、源的屏蔽容器(2)、左射线快门(3)、右射线快门(3’)、左附加狭缝(4)、右附加狭缝(4’)、左前准直器(5)和右前准直器(5’)；钴60γ射线源装置位于系统正中间，全部固定在移动扫描装置的台车(11)上，屏蔽容器的左、右两侧各有一个用钨合金和钢制成的摆动式射线快门及其电磁推动器，快门外侧设有铅制的附加狭缝和钢制的前准直器。
所述钴60γ射线源的强度为3.7TBq(100居里)或11.1TBq(300居里)，其线度为Φ4mm×4mm或Φ6mm×6mm。
所述钴60γ射线源的屏蔽容器是由钨合金和钢制成的球形容器，容器分成三部分：中间部分为鼓形柱体，直径为300至400mm，厚度为40至60mm，钴60γ射线源位于鼓形柱体的几何中心，自中心向左、右开两道垂直狭缝，宽度为4至6mm，垂直张角为65°至75°，并设有进源通道，鼓形柱体用钢支撑架固定在机座上。鼓形柱体的两侧为两个钨合金半球，半径为150至200mm，用钢结构架悬挂在鼓形柱体的顶端，构成摆动式射线快门。半球上有一条斜的狭缝，宽度为4至6mm，当快门凭借自身重力自然下垂时，快门的狭缝与鼓形柱体的狭缝不重合，钨合金半球把γ射线挡住，使其不能发射出来，此即关闭快门状态。在钨合金半球下方的钢结构件上连接一个电磁推动器。当需要检查集装箱时，在主控制台的指令下，电磁推动器推动快门使其离开下垂位置，到达开快门位置，这时快门的狭缝与鼓形柱体的狭缝对准，钴60γ射线源发出的γ射线通过快门的狭缝发射出来，对集装箱或车辆进行扫描检查。扫描完成后，主控制台再发出指令，电磁推动器停止工作，快门在自身重力和复位弹簧的作用下回到自然下垂状态，即自动关闭快门。快门的开关时间为0.3秒～1秒。左右两个快门可以单独开关，也可以同时开关。
所述附加狭缝由铅或钢制成，狭缝宽度为6～8mm。
所述前准直器由铸钢制成，呈直立线形或单折线形，其准直狭缝宽度为6～8mm。附加狭缝的内沿与钨合金半球接近，附加狭缝外沿与前准直器内沿相接。钴60γ射线源屏蔽容器、附加狭缝和前准直器都固定同一机座上，并且机座固定在台车上。当射线快门开启时，快门的狭缝与附加狭缝及前准直器狭缝严格地对准，以使γ射线束射出并被准直成扇形窄片状束。
所述钴60γ射线源屏蔽容器的中间部分鼓形柱体有一个进源孔道，该孔道沿垂直于狭缝所在平面的直径方向进入，并终止于柱体的几何中心。该孔道的入口与钴源的贮运容器的源出口相连接。钴60γ射线源的贮运容器由贫化铀B(U)和钢构件组成，在运输和贮存钴源时，源处于B(U)包装的“S”形通道的中心位置，γ射线不能发射出来，没有辐射危险。在安装检测系统时，使用源控制器和输送钢缆把源从“S”通道的中心送入屏蔽容器的中心，即源的工作位置。当更换钴源或维修屏蔽容器及快门时，把源从工作位置抽回到B(U)包装的“S”形通道的中心位置，确保安全。
所述两组“L”形阵列探测器装置为左、右两组“L”形阵列探测器装置，包括左后准直器(8)、右后准直器(8’)、左阵列探测器(9)、右阵列探测器(9’)、左射线捕集器(10)和右射线捕集器(10’)。
两组L形阵列探测器分别安装在移动扫描装置中左右对称的两个门形框架上，与钴60γ射线源装置的左右两个射线快门相对并且间隔一定距离，构成两条检测通道。L形阵列探测器垂直部分高度为4.5m至5.4m，水平部分长度为3.5至4.0m。
所述阵列探测器由若干个探测器模块，通常为60至90个探测器模块顺序排列组成。每个探测器模块包含一列16或32个探测器及前端电路，探测器和前端电路共处于一块印刷电路板上构成一个探测器模块。每个探测器由一个钨酸镉(或碘化铯)闪烁晶体和一个光耦合在晶体上的硅光二极管组成，前端电路包括一个超低噪声的前置放大器和一个高分辨率、低噪声的模数转换电路。从射线入射方向看，晶体的截面尺寸为5mm×7mm至10mm×12mm，晶体的长度为44mm至52mm，晶体长度应能保证它对钴60γ射线源的γ射线的探测效率≥80％。相邻晶体之间间距为0.36mm，晶体之间有反射白胶，防止光线串行。探测器模块按顺序一块挨一块地用螺钉固定在长条形支架上，使一列列晶体对准后准直器的狭缝，且与狭缝成一定垂直张角，张角的大小由模块的位置决定，从钴源到每个模块内的一列晶体的两端连线成一等腰三角形。下面一个三角形的上边与上面一个三角形的下边重合，依此类推，把所有这些等腰三角形的面积相加起来，就得到一个以钴60γ射线源为顶点的大的、能包容整个集装箱或车辆的扇形面积，这样既保证不重复、不漏空、无死角，又能保证每个模块上的一列晶体正对着钴60γ射线源，以便提高探测效率，提高图像质量。探测器支架连同探测器模块被密封在由后准直器和钢外壳围成的截面为矩形的密封箱体内。
所述密封探测器的箱体的壁为4至6mm厚钢板，用氩弧焊把钢板与后准直器密封焊接，在箱体一侧面壁上钻一圆孔，使固定在台车上的抽湿机的抽气管通入箱体内，抽气管壁与圆孔用密封胶粘贴密封；在箱体另一侧壁上钻一圆孔，以便供电和通讯电缆通过，电缆与圆孔作密封处理；在箱体内安装湿度传感器，当箱体内湿度超过设定限值时，传感器向主控制系统发出信号，主控制系统向执行机构发出指令，使抽湿机自动启动，把箱体内的潮湿空气抽出，同时把干燥空气送入箱体内，确保探测器工作在适当的湿度气氛中。
所述后准直器位于阵列探测器面向钴60γ射线源的一侧，由铸钢制成，其形状和长度与阵列探测器相同，其截面为100×100mm2至100×150mm2，准直狭缝的宽度为8mm至12mm。准直器与装探测器的箱体连成一体，它成为该箱体的一个壁。准直狭缝通常用一条铝箔粘胶带粘贴，以使箱体处于密封状态。
所述射线捕集器位于探测器背向钴60γ射线源的一侧，它由铅或铁制成，截面为“新月”形(图5)，其宽度为60至100mm，厚度为80至100mm，高度为2m，捕集器焊接在一钢板上，钢板与探测器箱体的背面壁之间用数个合页连接，便于开合，便于探测器及电子线路的维护。
所述移动扫描装置包括台车(11)、轨道(12)、驱动装置(13)、左“门”形框架(6和7)和右“门”形框架(6’和7’)。左右两组“L”形阵列探测器分别固定在左右两个“门”形框架上，与钴60γ射线源装置的左右两个射线快门相对并且间隔一定距离，形成两条集装箱/车辆检测通道(14)和(14’)。上述移动扫描装置由一台变频调速专用电机驱动，采用全数字交流变频调速系统，通过设置、修改数字式变频器的各项参数，在主控系统的指令下，实现扫描装置的启动、制动、加速、减速、匀速、调速、前进、后退和停止，扫描装置往复运动的速度为20至60厘米/秒，最大行程为40米；
不检测集装箱时，载着射线源和探测器的移动扫描装置停在轨道的一端，例如检测通道的出口端。开始检测集装箱时，首先对系统供电，按操作程序开启各个子系统，待整个系统工作状态正常后，可开始检测集装箱。主控制台发出指令，让检测通道入口处的横杆抬起，2辆或4辆集装箱车辆分别进入左右两个检测通道并停在指定位置，司机离开车辆到检测区域外的安全地方等候。这时，主控制台向移动扫描装置发出指令，让它开始移动。当台车(11)在轨道(12)上移动时，射线快门自动开启，钴60γ射线源(1)发射的γ射线经过射线快门(3和3’)、附加狭缝(4和4’)、以及前准直器(5和5’)的狭缝被约束成两束扇形窄片状射线束，分别射向停在左、右通道(14和14’)内的集装箱或车辆(15和15’)，一部分射线被集装箱或车辆内的物体所吸收，其余部分射线穿过集装箱后被左、右两组“L”形阵列探测器探测到，并转换成电信号，被信号采集装置采集，经数字电路处理后的数字信号送到图像采集计算机，然后再把图像数据发送到图像与信号处理系统。当停在通道(14)和(14’)内的2辆或4辆集装箱/车辆被射线束扫描完成后，射线快门(3)和(3’)自动关闭，台车停止运行，检测通道出口处的横杆自动抬起，被检查过的集装箱/车辆驶离检查通道。这时，检测通道入口处的横杆自动抬起，第二批集装箱/车辆驶入检测通道(14)和(14’)等待检查。当确认驾驶员离开车辆，通道内无人时，台车向相反方向运行，快门自动开启，对第二批集装箱/车辆进行扫描检查。
所述自动控制子系统及图像与信息处理子系统为本领域公知技术，但与本双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统相匹配。
本实用新型提供的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统采用钴60γ射线源与钨酸镉(或碘化铯)闪烁晶体—硅光二极管阵列探测器相结合的技术方案，探测器采用模块化设计，可靠性更高，维修更方便。
该系统在检查集装箱时，扇形窄片状γ射线束能包容整个集装箱或车辆，既保证不重复、不漏空、无死角，又能保证每个探测器模块上一列晶体正对着钴源，以便提高探测效率和图像质量。
采用一个钴60源装置与两组“L”形阵列探测器相结合，组成双通道检查系统，设备移动一次可检查2或4个集装箱或车辆，检查通过率提高了2-4倍。特别适用于集装箱或车辆通过量大的港口、边境和机场。
附图说明
图1为双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统结构示意图，
图2为移动扫描装置的“门”字形框架的主视示意图，
图3为钴60γ射线源装置的左、右射线快门的主视示意图，
图4为密封阵列探测器的箱体和后准直器结构横剖面示意图，
图5为射线捕集器的俯视示意图。
具体实施方式
本实用新型用下列具体实施方案结合附图进一步说明本实用新型，但本实用新型的保护范围并不限于下列具体实施方案。
本实用新型提供的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统采用活度为11.1TBq(300居里)的钴60γ射线源(1)，钴60γ射线源装置(A)由钨合金球形屏蔽容器(2)和左右两个射线快门(3)、(3’)组成。球体的直径为33cm，射线快门的狭缝为6mm，它把γ射线准直成垂直张角为70°的扇形窄片状射线束，每个快门由一个推力为30公斤的电磁铁推动开启，由一个复位弹簧和自身重力关闭，开闭时间为0.5秒。检查系统共有两组“L”形阵列固体探测器(9)和(9’)，每一阵列探测器含64个探测器模块，每个模块含16个由钨酸镉(CdWO4)闪烁晶体和与之光耦合的硅光二极管组成的探测器，以及相应的前端电路，晶体的尺寸为6×8×44mm3，对钴60γ射线的探测效率为80％，两晶体之间的间距为0.36mm，晶体间由白色反射胶隔开，防止光串扰。探测器模块用螺钉固定在支架上。每个模块上的一列探测器对准后准直器(8)或(8’)的狭缝，且与狭缝成不同的垂直张角，以使钴60源处于每一列探测器的垂直平分线上，这样使每个模块上的一列探测器晶体都正对着钴源，以便提高探测效率，提高图像质量。后准直器的截面尺寸为100×150mm2，狭缝宽度为8mm，长度与阵列探测器相同，即垂直高度为4500mm，水平长度为3500mm。射线捕集器的厚度为80mm。探测器箱体截面为400×350mm2，壁厚为5mm。箱体侧壁留一圆孔与抽湿机的抽气管相连。移动扫描装置(C)的台车(11)尺寸为4m(长)×2m(宽)×0.8m(高)，轨距1.8m，承重10吨，由变频电机驱动，受台车控制柜和主控制系统(D)的控制，沿轨道前后移动的速度分为3挡：12m/分，18m/分，24m/分。
当台车(11)沿轨道(12)移动时，钴60γ射线源(1)发射的γ射线经过射线快门(3)和(3’)，附加狭缝(4)和(4’)，以及前准直器(5)和(5’)的狭缝被约束成两束扇形窄片状射线束，分别射向停在左、右通道(14)和(14’)内的集装箱或车辆(15)和(15’)，一部分射线被集装箱或车辆内的物体所吸收，其余部分射线被左、右两组“L”形阵列探测器探测到，并转换成电信号，被信号采集装置采集，经数字电路处理过的数字信号送到图像采集计算机，然后图像数据送到图像与信号处理子系统(E)。当停在通道(14)和(14’)内的2辆或4辆集装箱/车辆被射线束扫描完成后，射线快门(3)和(3’)自动关闭，台车停止运行，检测通道出口处的横杆自动抬起，被检查过的集装箱/车辆驶离检查通道。这时，检测通道入口处的横杆自动抬起，第二批集装箱/车辆驶入通道(14)和(14’)等待检查。当确认驾驶员离开车辆，通道内无人时，台车向相反方向运行，快门自动开启，对第二批集装箱/车辆进行扫描检查。
当扫描速度为18m/分时，检查系统的穿透能力为220mm(钢板)，空间分辨率1.0mm(铜丝)，图象质量指标(IQI)为2.5％(钢)，对比灵敏度为0.8％(钢)，检查集装箱/车辆的通过率一般可达到60集装箱(40英尺)/小时，最大可达到80集装箱(40英尺)/小时，是现有技术的组合移动式检查系统的3-4倍。
Claims (9)
1、一种双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于包括一个钴60γ射线源装置(A)，位于系统正中间，固定在移动扫描装置的台车上，钴60γ射线源装置有左右两个射线快门；两组L形阵列探测器装置(B)，固定在移动扫描装置的门形框架上，对称设置在钴60γ射线源装置的左右两侧，与钴60γ射线源装置的左右两个射线快门相对，并且间隔一距离构成对称的两个检测通道；移动扫描装置(C)，设在钴60γ射线源装置的下面，沿轨道往复运动；自动控制子系统(D)和图像与信息处理子系统(E)设在控制室内控制检查系统运行和检查图像。
2、根据权利要求1的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于所述钴60γ射线源装置包括钴60γ射线源(1)、源的屏蔽容器(2)、左射线快门(3)、右射线快门(3’)、左附加狭缝(4)、右附加狭缝(4’)、左前准直器(5)和右前准直器(5’)；屏蔽容器的左右两侧各有一钨合金和钢制成的摆动式射线快门及电磁推动器，快门外侧设有铅制的附加狭缝和钢制的前准直器；所述钴60γ射线源的活度为3.7TBq或11.1TBq，射线快门狭缝及附加狭缝的宽度均为4至6mm，快门启闭时间为0.3秒至1秒。
3、根据权利要求2的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于所述钴60γ射线源的屏蔽容器的中间部分为鼓形柱体，直径为300至400mm，厚度为40至60mm，钴60γ射线源位于鼓形柱体的几何中心，自中心向左、右开两道垂直狭缝，宽度为4至6mm，垂直张角为65°至75°；鼓形柱体的两侧为两个钨合金半球，半径为150至200mm，用钢结构架悬挂在鼓形柱体的顶端，构成摆动式射线快门，半球上有一条斜的狭缝，宽度为4至6mm。
4、根据权利要求1的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于所述L形阵列探测器装置包括左后准直器(8)、右后准直器(8’)、左阵列探测器(9)、右阵列探测器(9’)、左射线捕集器(10)和右射线捕集器(10’)；左右阵列探测器分别安装在移动扫描装置中左右对称的两个门形框架上，与射线源装置的左右两个射线快门相对，并且间隔一定距离构成两条检测通道(14)和(14’)。
5、根据权利要求1的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于所述阵列探测器由若干个探测器模块顺序排列组成，每个探测器模块包含一列16或32个探测器及前端电路，它们共处于一块印刷电路板上，探测器由一个钨酸镉或碘化铯闪烁晶体和一个光耦合在晶体上的硅光二极管组成，前端电路包括一个超低噪声的前置放大器和一个高分辨率、低噪声的模数转换电路。
6、根据权利要求5的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于所述阵列探测器的闪烁晶体的截面尺寸为5×7mm2至10×12mm2，晶体长度为44至52mm，L形阵列探测器垂直部分高度为4.5m至5.4m，水平部分长度为3.5m至4.0m。
7、根据权利要求4的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于所述后准直器的截面为100×100mm2至100×150mm2，准直狭缝宽度为8至12mm，后准直器的形状和长度与阵列探测器相同。
8、根据权利要求1的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于所述射线捕集器，宽度为60至100mm，高度为2m，最大厚度为100mm。
9、根据权利要求1的双通道组合移动式集装箱或车辆检查系统，其特征在于所述移动扫描装置包括台车(11)，轨道(12)，驱动装置(13)，左、右门形框架(6、7)和(6’、7’)；驱动装置和左右门形框架固定在台车上，台车在轨道上作前后移动。
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