RO131901A2 - Sistem de imagistică cu radiaţie multispectrală şi discriminarea numărului atomic z - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un sistem de imagistică având radiaţie multispectrală, şi discriminarea numărului atomic Z destinat autovehiculelor, containerelor şi vagoanelor de tren. Sistemul conform invenţiei este format dintr-o unitate (UMS) mobilă de scanare, instalată pe un autoşasiu (1) pe care se află o suprastructură (2) având montat un sistem (3) de fixare al unui braţ de scanare ce are în componenţă un catarg (4) şi două segmente (6 şi 9) de braţ, orizontal şi vertical, şi o sursă (15) de radiaţie penetrantă, montată în capătul din spate al autoşasiului (1), la nivelul sistemului (3) de fixare, ce execută o mişcare de culisare pe diagonală, în afara sistemul (3) de fixare, concomitent cu mişcarea de rotire a braţului de detectori.

Description

Prezenta invenție consta intr-un sistem de imagistica cu radiație multispectrala si discriminarea numărului atomic Z a autovehiculelor, containerelor si vagoanelor de tren. Inspecția se poate realiza fara intervenția directa a factorului uman asupra obiectului inspectat, eliminând-se astfel activitatile cronofage, precum controlul fizic.

Cu ajutorul invenției propuse se realizează o imagine radiografica a obiectului inspectat, imagine pe baza careia un operator cu pregătire specifica poate evalua cantitatea si natura mărfurilor încărcate in obiectul scanat. Prin analiza imaginilor radiografiate se urmărește depistarea tentativelor de contrabanda, de transport ilegal de produse interzise sau nedeclarate (droguri, explozibili, armament, etc.) precum si protecția antiterorista la accesul auvehiculelor inspectate in zone strategice ce necesita un grad de securitate ridicat precum: aeroporturi, porturi maritime si fluviale, puncte de trecere a frontierelor, zone de conflict sau baze militare.

Sistemul propus va avea o unitate mobilă de scanare (UMS), care va efectua scanarea încărcăturii în mod telecomandat, de la distanță, dintr-un centru mobil de control CMC). Cu ajutorul scanerului se obține o imagine radiografică a obiectului scanat (marfa, încărcătura din container sau camion) pe baza măsurării transparențelor la fotonii transmiși de cele două generatoare de radiație.

In prezent sunt cunoscute mai multe sisteme de scanare cu radiații penetrante, care înglobează, in diverse combinații, tehnologiile prezentate mai sus. Printre acestea se găsesc sistemele brevetate si produse de Smith Detection, Nuctech, L3 Communications Security And Detection Systems si Rapiscan Systems, sisteme detaliate in cele ce urmeaza.

Familia de scanere cu radiații X de energie înaltă, HCV de la Smith Heimann se bazează pe brevetul [Geus, Georg, Norman Hahn, and Bemd Zollmann. X-ray examining apparatus for large-volume goods. U.S. Patent No. 5,692,028. 25 Nov. 1997]. Aparatul de examinare cu raze X se compune din vehicul mobil și aparatul propriu-zis de examinare cu raze X pentru constatarea conținutului obiectului scanat ce include: (1) o structură suport montată pe vehicul care are o formă de portal ce înconjoară obiectul sus și pe părți opuse pe durata examinării cu raze X, numită structură suport ce cuprinde: o coloană în general verticală montată pe vehicul și se rotește relativ la vehicul în jurul axei verticale, coloana verticală având un capăt superior; o grindă, în general orizontală, care este atașată de partea superioară a capătului coloanei verticale pentru rotirea împreună cu aceasta pentru a sta în poziție verticală deasupra vehiculului mobil și o poziție de operare în care grinda se extinde lateral din vehicul si un braț pivotant atașat la cel de-al doilea capăt al grindei care se extinde în poziție de transport paralel cu grinda iar în poziție de operare se extinde în general vertical în jos din grindă; (2) o sursă de radiație X pentru generarea unui fascicul de raze X sub formă de evantai si (3) un detector de raze X montat pe structura suport numit sistem de examinare raze X ce este adaptat să se deplaseze dea lungul obiectului de examinat în timpul iradierii obiectului și detecției de raze X după trecerea acestora prin obiect. Ca implementare de bază aparatul de examinare cu raze X este montat pe șasiul unui vehicul special, pentru o mișcare largă de rotație în jurul axei verticale. Aparatul de examinare include o structură suport în formă de portal sau poartă, astfel încât atunci când vehiculul trece pe lângă obiectul examinat, de exemplu un alt vehicul, aparatul de examinare înconjoară obiectul din trei părți. Deși exemplu de aplicație descris în brevet prevede un a 2015 00832

13/11/2015 generator de raze X de 500-900 MeV, brevetul acoperă implementarea mai multor variante de scanere mobile produse de Smith Detection (Smith Heimann Detection).

In brevetul [Kang, Kejun, et al. Vehicle-carried mobile container inspection apparatus. U.S. Patent No. 6,920,197. 19 Jul. 2005] se prezintă un aparat de inspecție a containerelor mobil purtat de un vehicul. Aparatul constă dintr-o primă cabină amplasată în față, cu spațiu de lucru, modulul de control, achiziția imaginii și modulul de inspecție; o a doua cabină, ce conține unitatea de control a radiației; a treia cabină amplasată sub o platformă rotativă și conține generatorul de radiație X. O versiune modificată a scanerului este prezentată în [Meng, Hui, et al. Vehicle-carried radiation inspection system and lifting device used therein. U.S. Patent No. 7,660,386. 9 Feb. 2010], paralelogramul fiind înlocuit cu un sistem de ridicare hidraulic. Odată cu ridicarea brațului orizontal, sursa de radiație este coborâtă prin extinderea unui cilindru hidraulic. Un exemplu de scanner real care înglobează revendicările din brevetul anterior și din brevetul [Shi, Junping, et al. Detection Apparatus. U.S. Patent Application 12/428,191] este MT 1213 LT produs de Nuctech. Acest scanner este echipat cu un accelerator liniar de 4/6 MeV și asigură o capacitate de tranzit de 25 t/h în condițiile în care doza pe scanare este 10 uSV iar rata dozei pe perimetru luSv/h.

Ideea celor de la L-3 pornește de la faptul că diverse deficiențe ale sistemelor convenționale de control montate pe vehicule pot fi depășite prin reducerea greutății totale a sistemului, astfel încât să poată fi montat pe un vehicul cu un tip de șasiu care nu include șine care se extind din fața vehiculului până în partea din spate. Un exemplu de calcul pentru implementarea acestui principiu este prezentat in brevetul [AZMI, Sarfraz, et al. VehicleMounted Cargo Inspection System. WIPO Patent No. 2013003687. 4 Jan. 2013]. In brevetul anterior menționat se revendica Un sistem de control marfa montate pe vehicule, care cuprinde: un vehicul având o față, un spate, o primă latură, o a doua latură, cel puțin o osie situată în apropierea părții din față a vehiculului, cel puțin o osie cu roți spate situate în apropierea spatelui vehiculului, și o mediană a vehiculului, aproximativ perpendicular pe axele roților; componentele de detectare sunt cuplate la vehiculul, componentele de detectare care cuprind o sursă de radiații ce emite radiații penetrante, și un detector pentru a detectarea și măsurarea radiației emise de sursă de radiații; în care sursa de radiație este situată între cel puțin o axă față și cel puțin o punte din spate și în care sursa de radiație și detectorul sunt amplasate pe părți opuse liniei mediane a vehiculului.

Rapiscan Security Products Inc. produce de peste două decenii sisteme de scanare a vehiculelor. Dintre numeroasele brevete ale celor de la Rapiscan a fost ales [Paul Simpson, The Big Picture, in Cargo Security International, Jan 2013, pp 20-22] ca fiind semnificativ pentru cercetarea documentara. Camionul sau trailerul este capabil să ducă sistemul de scanare la locul de inspecție. Este de preferat ca brațul să fie localizat în spatele camionului pentru reducerea dozei absorbite de conducătorul vehiculului aflat în cabină. Brațul se poate strânge în gabaritul platformei camionului în starea de transport pe drumurile publice sau să se deschidă în stare de operare pe partea șoferului sau a pasagerului (in funcție de varianta constructiva finala solicitata de beneficiar), în acest mod scanarea putându-se efectua pe oricare din cele două părți ale autovehicolului purtător (atat pentru drumuri cu circulație pe dreapta sau pe stanga). în plus brațul găzduiește și matricea de detectoare (Matricea de detectori este amplasata pe brațul care formează portalul de scanare). Sursa de radiație este localizată pe o platformă de susținere care culiseaza permițând plasarea sursei de radiație in poziția de transport sau în cea de operare. în stare de transport brațul cu detectori este strâns in limita de gabarit a platformei autovehicolului purtător . La sistemele de scanare tradiționale brațul vertical se rotește 90 de grade in plan vertical pentru plia sau deplia. Pentru a reduce, din punct de vedere mecanic, deplasarea brațului a 2015 00832

13/11/2015 purtător a matricei de detectori din câmpul de radiație in timpul operației de scanare este necesar a concepe un sistem mecanic de pliere depliere care sa aiba articulațiile amplasate cu axul de rotire paralel cu planul de radiație. Este avantajos ca rotirea să se facă cu un unghi cat mai mici pentru că atunci timpul de pliere depliere se va reduce. Se remarcă faptul că în stare de transport sursa de radiație ajunge în spatele vehiculului. Sursa de radiație preferată este un accelerator liniar care este montat pe platforma culisanta, fapt ce elimină necesitatea unor sisteme de aliniere sofisticate. Scanerul poate fi mobil, caz în care se deplasează pe lângă obiectul scanat, sau fix, caz în care obiectul/vehiculul inspectat se deplasează. Pe măsură ce se produce deplasarea relativă între scanner și obiectul scanat imaginea radiografică apare pe ecranul analistului de imagine. O versiune de implementare single-energy (4.5MeV) a sistemului se regăsește in produsul comercial Rapiscan Eagle M45.

Printre avatantajele sistemului propus prin prezenta cerere de brevet se enumera: operarea de la distanță prin creșterea gradului de automatizare fata de competitori, controlul precis al vitezei si al spațiului parcurs intr-un interval de timp determinat si obținerea unor imagini de calitate ca urmare a stabilitatii structurii mecanice purtătoare a sursei de radiație si a matricei de detectori in timpul operării. Daotrita concepției unitare a sistemului mecanic de prindere la autovehicol purtător este permisa montarea acestuia pe orice model de autovehicol sau poate deveni un sistem fix de scanare. In urma implementării sistemului descris in prezenta cere de brevet se va obține o penetrare in otel >320mm, o sensibilitate de contrast la jumatatea penetrării mai mica de 1%, o rezoluție spațiala de 2mm si un domeniu de grosimi masice pentru discriminarea materialelor intre 5 si 120 g/cmp.

Sistemul de imagistica cu radiație multispectrala si discriminarea numărului atomic Z este constituit dintr-o unitate mobila de scanare (UMS) instalata pe un autosasiu pe care este instalat un braț segmentat ce conține niște arii de detectori specifici tipului de radiație penetranta folosita. In modul transport, brațul este pliat pentru a asigura un gabarit minim ce permite fie încadrarea vehiculului in dimensiunea legala de transport pe drumurile publice. Prin plierea brațului se asigura si o repartiție optima a greutății pe fiecare roata. In modul scanare brațul se desfasoara luând forma literei „U” întors, iar sursa de radiație executata o mișcare de culisare pe diagonala, înspre exteriorul UMS.

Mișcarea brațului este executata automat de cilindri hidraulici, comandați de un automat programabil prin intermediul unor valve hidraulice proporționale. Unitatea mobila de scanare mai conține si un subsistem de monitorizare a poziției direcției de deplasare si un subsistem de transmisie hidraulica pentru deplasarea cu viteza redusa. Sistemul de scanare include si un centru mobil de control de la distanta (CMC), care se poziționează in afara zonei de excludere si are rolul de a gestiona telecomandat toate procesele implicate de inspecția neintruziva. CMC conține si un subsistem de achiziție, prelucrare, stocare si afișare a imaginii radiografiate. Sistemul de scanare include si un subsistem de protecție perimetrala si un subsistem de management automat al traficului.

UMS este prevăzută cu un sasiu suplimentar, denumit in continuare suprastructura, pe care se afla montat la căpătui opus cabinei autovehicolului purtător un sistem de fixare al brațului de scanare. Sistemul de fixare este reglabil pe înălțime in raport cu suprastructura. Acesta posibilitate de reglare facilitează montarea UMS pe orice tip de autovehicol purtător. Acesta are in componenta 2 segmente: catargul, segment ce este fixat articulat pe sistemul de fixare menționat anterior, care este acționat de un cilindru hidraulic si care permite rotirea acestuia sub un unghi de 90 grade din plan orizontal in plan vertical înspre căpătui din spate al sașiului si segmentul pe care se afla ariile de detectori, segment ce in modul scanare ia forma literei „L” întoarsa la 180 grade; acesta este la rândul lui format din 2 subsegmente, primul este

%<0 a 2015 00832

13/11/2015 fixat de catarg printr-o articulație cu un grad de libertate si executa o mișcare de rotatie la 120 grade pana in momentul in care se poziționează intr-un plan perpendicular pe axa longitudinala a autovehicolului purtător si al doilea, ce descrie o mișcare identica cu cea a primului segment pana când acesta isi încetează mișcarea de rotatie, moment in care al doilea segment executa o mișcare de rotatie la 180 grade in sens invers rotației primului pana când cele 2 subsegmente reaiizeaza o construcție metalica sub forma literiei descriu litera „L” întoarsa la 180 de grade; Rotirea pe un unghi de 120 grade a celor doua subsegmente este realizata cu ajutorul unui cilindru hidraulic; cele 2 subsegmente sunt acționate printr-un cilindru hidraulic care antrenează o biela intermediara; prin acest mecanism, subsegmentul conectat direct pe catarg formează cu cel de-al doilea subsegment un unghi de 180 de grade in modul scanare printr-o mișcare de rotație înspre exteriorul sașiului.

UMS mai este prevăzută si cu o sursa de radiație penetranta montata in căpătui din spate al sașiului, la nivelul suprastructurii, care executa o mișcare de culisare pe diagonala, in afara sistemului, concomitent cu mișcarea de rotire a brațului de detectoriv

Se da in continuare un exemplu de realizare a invenției in legătură cu figurile de la 1 la 9 care reprezintă:

Figura 1: Vedere din lateral-spate a UMS - mod scanare

- Figura 2: Vedere din spate a UMS in timpul procesului de scanare

- Figura 3: Vedere din lateral-spate - mod transport

- Figura 4: Vedere din lateral

Sistemul de imagistica cu radiație multispectrala si discriminarea numărului atomic Z, conform invenției, este un ansamblu mobil de scanare neintruziva, instalat pe un autosasiu 1, pe care se afla un sasiu suplimentar denumit suprastructura 2, pe care este instalat un sistem de fixare al brațului de scanare 3, braț ce are in componenta trei segmente:

- catargul 4 ce este articulat la sistemul de fixare 3, este pus in mișcare de un cilindru hidraulic 5 si care permite mișcarea acestuia sub un unghi de 90 grade înspre căpătui din spate al sașiului 1 din plan orizontal in plan vertical;

segmentul de braț orizontal 6 care este prins, printr-o articulație cu un grad de libertate 7, la partea superioara a catargului 4 si care este rotit cu ajutorul unui cilindrul hidraulic 8 din poziția de transport către poziția de operare pe un unghi de 120 grade. Rotirea in sensul deplierii se reaiizeaza in raport cu catargul 4 in sens invers acelor de ceasornic.

Segmentul de braț vertical 9 care este prins, printr-o articulație cu un grad de libertate, de brațul orizontal 6; acesta este rotit pe un unghi de circa 180 grade prin intermediul unui mecanism acționat de un cilindru hidraulic. Rotirea in sensul deplierii se reaiizeaza in raport cu segmentul anterior in sensul acelor de ceasornic. Segmentul 6 este impartit in doua subsegmente, cel conectat direct 10 pe catargul 4 printr-o articulație cu un grad de libertate care executa mișcare de rotatie la 120 grade pana in momentul in care ajunge intr-un plan perpendicular pe axul longitudinal al autovehicol purtător si cel de-al doilea subsegment 11 ce descrie o mișcare identica cu cea a primului segment 10 pana când acesta isi încetează mișcarea de rotatie, moment in care al doilea segment executa o mișcare de rotatie in sens invers cu 180 grade pana când cele doua subsegmente reaiizeaza o construcție metalica sub forma litera „L” rastumata cu 180 de grade. Cele doua subsegmente sunt conectate printr-o articulație cu un grad de libertate 12 iar acționarea se reaiizeaza printrun cilindru hidraulic 13 care antrenează o biela intermediara 14; prin acest mecanism, a 2015 00832

13/11/2015 subsegmentul 10 se rotește cu un unghi de 180 de grade in modul scanare printr-o mișcare de rotatie înspre exteriorul sașiului 1 cu subsegmentul 11.

Sursa de radiație penetranta 15 este montata in căpătui din spate al sașiului 1, la nivelul sistemului de fixare 3, si executa o mișcare de culisare pe diagonala, in raport cu sistemul de fixare 3 pana in afara gabaritului autovehicol purtător, in momentul in care segmentul de braț ce conține detectorii isi începe mișcarea de rotatie.

Claims (1)

1. Sistem de imagistica cu radiație multispectrala si discriminarea numărului atomic Z, caracterizat prin aceea ca, este format dintr-o unitate mobila de scanare (UMS) instalata pe un autosasiu 1 pe care se afla un sasiu suplimentar denumit suprastructura 2, pe care este instalat un sistem de fixare al brațului de scanare 3; Sistem de imagistica cu radiație multispectrala si discriminarea numărului atomic Z, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca, brațul menționat in revendicarea 1 are in componenta trei segmente:

   a. catargul 4 care este articulat la sistemul de fixare 3 este pus in mișcare de un cilindru hidraulic 5 si permite mișcarea acestuia sub un unghi de 90 grade înspre căpătui din spate al sașiului 1 din plan orizontal in plan vertical;

   b. segmentul de braț orizontal 6 care este prins, printr-o articulație cu un grad de libertate 7 la partea superioara a catargului 4 si care este rotit cu ajutorul unui cilindrul hidraulic 8 din poziția de transport către poziția de operare pe un unghi de 120 grade, rotirea in sensul deplierii realizandu-se in raport cu catargul 4 in sens invers acelor de ceasornic

   c. segmentul de braț vertical 9 care este prins printr-o articulație cu un grad de libertate de brațul orizontal 6, acesta fiind rotit pe un unghi de circa 180 grade prin intermediul unui mecanism acționat de un cilindru hidraulic, rotire ce se efectuează in raport cu segmentul 6 in sensul acelor de ceasornic.

   Sistem de imagistica cu radiație multispectrala si discriminarea numărului atomic Z, conform revendicării 2, caracterizat prin aceea ca, segmentul 6 este impartit in doua subsegmente, cel conectat direct 10 pe catargul 4 printr-o articulație cu un grad de libertate care executa mișcare de rotatie la 120 grade pana in momentul in care ajunge intr-un plan perpendicular pe axul longitudinal al autovehicol purtător si cel de-al doilea subsegment 11 ce descrie o mișcare identica cu cea a primului segment 10 pana când acesta isi încetează mișcarea de rotatie, moment in care al doilea segment executa o mișcare de rotatie in sens invers cu 180 grade pana când cele doua subsegmente realizează o construcție metalica sub forma litera „L” rastumata cu 180 de grade

   Sistem de imagistica cu radiație multispectrala si discriminarea numărului atomic Z, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea ca, cele doua subsegmente sunt conectate printr-o articulație cu un grad de libertate 12 iar acționarea se realizează printr-un cilindru hidraulic 13 care antrenează o biela intermediara 14;

   Sistem de imagistica cu radiație multispectrala si discriminarea numărului atomic Z, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca, sursa de radiație penetranta 15 este montata in căpătui din spate al sașiului 1, la nivelul sistemului de fixare 3, si executa o mișcare de culisare pe diagonala, in raport cu sistemul de fixare 3 pana in afara gabaritului autovehicol purtător, in momentul in care segmentul de braț ce conține detectorii isi începe mișcarea de rotatie.