RU2191369C1 - X-ray device - Google Patents

X-ray device Download PDF

Info

Publication number
RU2191369C1
RU2191369C1 RU2001109210/28A RU2001109210A RU2191369C1 RU 2191369 C1 RU2191369 C1 RU 2191369C1 RU 2001109210/28 A RU2001109210/28 A RU 2001109210/28A RU 2001109210 A RU2001109210 A RU 2001109210A RU 2191369 C1 RU2191369 C1 RU 2191369C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ray
photodetectors
objects
radiation
chemical composition
Prior art date
Application number
RU2001109210/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Е. Кульбеда
Original Assignee
Кульбеда Владимир Емельянович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кульбеда Владимир Емельянович filed Critical Кульбеда Владимир Емельянович
Priority to RU2001109210/28A priority Critical patent/RU2191369C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2191369C1 publication Critical patent/RU2191369C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: digital X-ray equipment intended for nondestructive inspection of objects, custom-house inspection of cargo and luggage, examination of luggage of air passengers, inspection of products in pipe-lines. SUBSTANCE: proposed X-ray device forms narrow fan-shaped roentgen radiation flux for probing of objects and employs single-row matrix of photodetectors with filtering structure across input of photodetectors. Device also has inspection camera with transportation unit to move objects through radiation zone and computer to form shadow images and to identify chemical composition of objects. Filtering structure forms repeating group of three or more X-rays with distinguished energy spectra of photons across inputs of photodetectors in absence of object. In process of object probing computer forms several shadow images of object corresponding to different virtual energy spectra of probing radiation ( according to number of rays in group ). Joint processing of these images makes it possible to identify chemical composition of object. EFFECT: possibility to identify chemical composition of complex objects made of several chemical components by probing ray. 10 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области цифровой рентгеновской техники, используемой для контроля объектов. The invention relates to the field of digital x-ray technology used to control objects.

Известны цифровые рентгенографические устройства, формирующие теневые изображения контролируемых объектов (см. 1. Рентгенотехника, т. 2. Справочник под ред. В. В. Клюева, 1992 г.). Базовая модель этих устройств содержит инспекционную камеру с транспортным устройством для перемещения объектов, источник тормозного рентгеновского излучения с формирующей коллиматорной структурой для получения узкого веерообразного потока рентгеновского излучения, пересекающего трассу перемещения объектов, однорядную матрицу фотоприемников с отсекающей коллиматорной структурой для устранения рассеянного по пути распространения рентгеновского излучения, систему приема сигналов, преобразующую сигналы с выходов фотоприемников в цифровой код, вычислительное устройство со средствами отображения информации, а также средства управления с пультом управления. Digital x-ray devices are known that form shadow images of controlled objects (see 1. X-ray engineering, t. 2. Handbook edited by VV Klyuev, 1992). The basic model of these devices contains an inspection chamber with a transport device for moving objects, a source of inhibitory x-ray radiation with a forming collimator structure to obtain a narrow fan-shaped stream of x-ray radiation crossing the path of movement of objects, a single-row matrix of photodetectors with a cut-off collimator structure to eliminate scattered along the propagation path of x-ray radiation , a system for receiving signals converting signals from the outputs of photodetectors into a digital code, a computing device with means of displaying information, as well as controls with a control panel.

Вычислительное устройство производит нормировку сигналов с выходов фотоприемников по сигналам с тех же фотоприемников в отсутствие объекта, формирует на средствах отображения теневое изображение объекта и осуществляет по заданию с пульта управления простейшие операции над изображением: контрастирование, масштабирование и т.п. The computing device normalizes the signals from the outputs of the photodetectors according to the signals from the same photodetectors in the absence of an object, generates a shadow image of the object on the display means and performs simple operations on the image from the control panel: contrasting, scaling, etc.

В рассматриваемых устройствах подлежащий контролю объект транспортным устройством перемещается в инспекционной камере через зону облучения. Прошедший через объект поток рентгеновского излучения через отсекающую коллиматорную структуру поступает на входы однорядной матрицы фотоприемников. Выходные сигналы фотоприемников считываются системой приема сигналов, которая преобразует их в цифровой код и передает в вычислительное устройство. Шаг за шагом по мере перемещения объекта через зону облучения вычислительное устройство формирует на мониторе (на средствах отображения) теневое рентгеновское изображение объекта. In the devices under consideration, the object to be controlled by the transport device moves in the inspection chamber through the irradiation zone. The x-ray flux transmitted through the object through the cut-off collimator structure is fed to the inputs of a single-row photodetector array. The output signals of the photodetectors are read by the signal reception system, which converts them into a digital code and transmits them to a computing device. Step by step, as the object moves through the irradiation zone, the computing device generates a shadow x-ray image of the object on the monitor (on the display means).

В качестве источников тормозного рентгеновского излучения могут использоваться как рентгеновские трубки, способные генерировать рентгеновское излучение вплоть до энергий квантов 300-500 кэВ, так и ускорители электронов с соответствующими мишенями для генерирования излучения с энергиями фотонов до энергий 10 МэВ, что необходимо, например, при контроле крупногабаритных объектов, таких как морские контейнеры. При этом могут применяться как непрерывные, так и импульсные источники, поскольку сигналы на выходе фотоприемников пропорциональны накопленной фотоприемниками энергии излучения за время между двумя считываниями. As X-ray bremsstrahlung sources, X-ray tubes capable of generating X-ray radiation up to 300-500 keV quantum energies, as well as electron accelerators with corresponding targets for generating radiation with photon energies up to 10 MeV can be used, which is necessary, for example, when monitoring bulky objects such as shipping containers. In this case, both continuous and pulsed sources can be used, since the signals at the output of the photodetectors are proportional to the radiation energy accumulated by the photodetectors during the time between two readings.

По технологическим соображениям и для облегчения юстировки однорядная матрица фотоприемников состоит, как правило, из отдельных блоков фотоприемников. For technological reasons and to facilitate alignment, a single-row photodetector array usually consists of separate photodetector blocks.

Основным недостатком рассматриваемых устройств является то, что в формируемых ими теневых рентгеновских изображениях информация о химическом составе объекта и информация о его массогабаритных характеристиках перемешаны, так как ослабление объектом рентгеновского излучения зависит как от его химического состава, так и от массового набега по лучу зондирования. При этом под лучом зондирования (рентгеновским лучом) здесь и далее подразумевается часть потока рентгеновского излучения, которая воспринимается отдельным фотоприемником из матрицы фотоприемников. The main disadvantage of the devices under consideration is that in the shadow x-ray images they form, information about the chemical composition of the object and information about its mass and size characteristics are mixed, since the attenuation of the x-ray radiation by the object depends both on its chemical composition and on the mass incursion along the sounding beam. Moreover, hereinafter, a sounding beam (X-ray beam) is understood to mean a part of the X-ray flux, which is perceived by a separate photodetector from the photodetector array.

Отсутствие информации о химическом составе объектов не позволяет выделять объекты, содержащие наркотики, взрывчатые вещества и т. п. The lack of information on the chemical composition of the objects does not allow to isolate objects containing drugs, explosives, etc.

Указанный недостаток частично устранен в рентгенографических устройствах, формирующих псевдоцветные теневые изображения объектов, окраска которых несет информацию о химическом составе объектов (см. 2. Патент РФ 2115914, класс 6 G 01 N 29/24 от 23.04.1997 г.; 3. Проспекты на устройства Linescan фирмы EG & G Astrophysics, 1993 г.). This drawback has been partially eliminated in radiographic devices that form pseudo-color shadow images of objects whose coloring carries information on the chemical composition of objects (see 2. RF Patent 2115914, class 6 G 01 N 29/24 of 04/23/1997; 3. Prospectuses for Linescan devices from EG & G Astrophysics, 1993).

Устройство по патенту РФ 2115914 содержит все элементы очерченной выше базовой модели и отличается тем, что на входах однорядной матрицы фотоприемников, состоящей из элементарных фотодетекторов, установлены пластинчатые рентгеновские фильтры через один детектор, а вычислительное устройство дополнительно осуществляет сравнение сигналов с затененных и незатененных фотодетекторов и в зависимости от соотношения этих сигналов окрашивает теневое изображение объекта в соответствии с заданной шкалой цветности. The device according to the patent of the Russian Federation 2115914 contains all the elements of the basic model outlined above and is characterized in that plate x-ray filters are installed through the inputs of a single-row array of photodetectors consisting of elementary photodetectors, and the computing device additionally compares signals from shadowed and unshaded photodetectors and depending on the ratio of these signals, it colors the shadow image of the object in accordance with a given color scale.

Устройства Linescan также содержат все элементы базовой модели и отличаются тем, что однорядная матрица фотоприемников построена на основе составных фотоприемников, состоящих из двух элементарных фотодетекторов, установленных друг за другом так, что первый из них является рентгеновским фильтром для второго, а цветность формируемого теневого изображения определяется соотношением между величинами сигналов с выходов первого и второго фотоприемников. Linescan devices also contain all the elements of the basic model and are distinguished by the fact that the single-row matrix of photodetectors is built on the basis of composite photodetectors consisting of two elementary photodetectors installed one after another so that the first one is an X-ray filter for the second, and the color of the generated shadow image is determined the ratio between the magnitudes of the signals from the outputs of the first and second photodetectors.

Физической основой для различения объектов по химическому составу в рассматриваемых устройствах являются различия в зависимостях от энергии фотонов в диапазоне до энергий 200-300 кэВ двух основных механизмов ослабления рентгеновского излучения в веществе: фотоэлектрического поглощения и комптоновского рассеяния фотонов. The physical basis for distinguishing between objects by chemical composition in the devices under consideration is the difference in the dependences on the photon energy in the range up to energies of 200-300 keV of the two main mechanisms of attenuation of x-ray radiation in matter: photoelectric absorption and Compton scattering of photons.

Фотоэлектрическое поглощение фотонов сильно зависит как от физико-химической природы вещества, так и от энергии фотонов, быстро уменьшаясь с ростом энергии фотонов. Комптоновское же рассеяние фотонов слабо и примерно одинаково для всех веществ, зависит от энергии фотонов. Поэтому ослабление рентгеновского излучения объектом, обусловленное фотоэлектрическим поглощением фотонов, определяется в основном химическим составом объекта по лучу зондирования, а ослабление, обусловленное комптоновским рассеянием, определяется массовым набегом по лучу зондирования и практически не зависит от химического состава объекта. The photovoltaic absorption of photons strongly depends on both the physicochemical nature of the substance and the photon energy, rapidly decreasing with increasing photon energy. The Compton scattering of photons is weak and approximately the same for all substances, depending on the photon energy. Therefore, the attenuation of x-ray radiation by the object, due to the photoelectric absorption of photons, is determined mainly by the chemical composition of the object by the sounding beam, and the attenuation due to Compton scattering is determined by the mass incursion along the sounding beam and is practically independent of the chemical composition of the object.

В устройстве по патенту РФ 2115914 затененные фотодетекторы регистрируют в основном высокоэнергетическую часть спектра потока рентгеновского излучения, ослабление которой определяется массовым набегом по лучу зондирования, а разность сигналов от незатененного и затененного соседних фотодетекторов определяется низкоэнергетической частью спектра рентгеновского излучения, ослабление которой зависит от химического состава объекта по лучу зондирования. Аналогично в устройствах Linescan сигнал с первого фотодетектора сильно зависит от химического состава объекта по лучу зондирования, а сигнал со второго определяется массовым набегом по лучу зондирования. Фактически в данных устройствах осуществляется разделение методом фильтрации прошедшего объект рентгеновского потока на две части: часть, ослабление которой зависит от химического состава объекта, и часть, ослабление которой определяется массовым набегом по лучу зондирования. Действительно, спектральная интенсивность рентгеновского луча, прошедшего через фильтр, равна
B(E)=T(E)I(E), (1)
где Е - энергия фотонов;
В (Е) - спектральная интенсивность первичного рентгеновского излучения на выходе фильтра;
I (Е) - спектральная интенсивность первичного рентгеновского излучения на входе фильтра;
Т (Е) - спектральный коэффициент пропускания фильтра для рентгеновского излучения.
In the device according to the patent of the Russian Federation 2115914, shaded photodetectors record mainly the high-energy part of the spectrum of the x-ray flux, the attenuation of which is determined by the mass incursion along the probe beam, and the difference between the signals from the unshaded and shaded neighboring photodetectors is determined by the low-energy part of the x-ray spectrum, the attenuation of which depends on the chemical composition of the object by sounding beam. Similarly, in Linescan devices, the signal from the first photodetector strongly depends on the chemical composition of the object along the sounding beam, and the signal from the second is determined by the mass incursion along the sounding beam. In fact, in these devices, the x-ray flux passed through the object is divided by filtration into two parts: the part, the attenuation of which depends on the chemical composition of the object, and the part, the attenuation of which is determined by the mass incursion along the probe beam. Indeed, the spectral intensity of the x-ray transmitted through the filter is
B (E) = T (E) I (E), (1)
where E is the photon energy;
In (E) is the spectral intensity of the primary x-ray radiation at the output of the filter;
I (E) is the spectral intensity of the primary x-ray radiation at the input of the filter;
T (E) is the spectral transmittance of the filter for x-ray radiation.

Так как Т (Е=0) = 0 и Т (Е) быстро растет с увеличением энергии Е фотонов, то подходящим выбором фильтра и достигается выделение из общего потока рентгеновского излучения его высокоэнергетической части. Since T (E = 0) = 0 and T (E) grows rapidly with increasing energy E of photons, a suitable choice of a filter allows the extraction of its high-energy part from the total x-ray flux.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является устройство по патенту РФ 2115914. Установленные в этом устройстве на входах матрицы фотоприемников пластинчатые рентгеновские фильтры через один фотоприемник можно рассматривать как элементы фильтрующей структуры, модифицирующей узкий веерообразный поток рентгеновского излучения на входах фотоприемников в структурированный поток, состоящий в отсутствие объекта из повторяющейся группы из двух рентгеновских лучей с разными энергетическими спектрами рентгеновских фотонов. The closest prototype of the claimed device is the device according to the patent of the Russian Federation 2115914. Plate-type x-ray filters installed in this device at the inputs of the photodetector array through one photodetector can be considered as elements of a filtering structure modifying a narrow fan-shaped stream of x-ray radiation at the photodetector inputs into a structured stream consisting in the absence of an object from a repeating group of two x-rays with different energy spectra of x-ray photons.

Отличительными характеристиками химических компонент при этом являются по сути соотношения между величинами сигналов на выходах соседних фотоприемников, порождаемых соседними рентгеновскими лучами (или соотношением каких - либо функций от величин сигналов, например, логарифмов нормированных сигналов и т.п.). Эти отличительные характеристики должны быть заранее известны и заложены в измерительное устройство. The distinctive characteristics of chemical components in this case are essentially the relations between the signal values at the outputs of neighboring photodetectors generated by neighboring x-rays (or the ratio of any functions of the signal values, for example, logarithms of normalized signals, etc.). These distinctive characteristics must be known in advance and incorporated into the measuring device.

Принципиальным недостатком обоих типов рассматриваемых устройств является то, что они позволяют осуществлять распознавание (идентификацию) только однокомпонентных по лучу зондирования объектов. В случае, если объект имеет две или более химические компоненты по лучу зондирования (например, наркотики или взрывчатое вещество в упаковке), такие устройства позволяют провести только простейшую классификацию состава объекта по типу легкие - средние - тяжелые компоненты и т.п., что недостаточно для достижения целей контроля. The fundamental drawback of both types of the considered devices is that they allow recognition (identification) of only one-component objects by the sounding beam. If an object has two or more chemical components along the probe beam (for example, drugs or explosives in a package), such devices allow only the simplest classification of the composition of the object according to the type of light - medium - heavy components, etc., which is not enough to achieve control objectives.

Другим важным недостатком является то, что рассматриваемые устройства неработоспособны при использовании в них в качестве источника тормозного излучения ускорителей электронов, то есть не применимы для контроля крупногабаритных объектов, для инспекции которых необходимо использовать рентгеновское излучение с энергией фотонов до 10 МэВ, генерируемое ускорителями электронов на специальных мишенях. Another important drawback is that the devices under consideration are inoperative when electron accelerators are used as a bremsstrahlung source, that is, they are not applicable for monitoring large objects, for the inspection of which it is necessary to use x-rays with photon energies of up to 10 MeV generated by electron accelerators on special targets.

В области высоких энергий фотонов основными механизмами ослабления рентгеновского излучения являются комптоновское рассеяние и образование пар электрон + позитрон, которые трудно разделить по спектру фотонов, хотя ослабление излучения объектом, обусловленное образованием пар, также зависит от химического состава объекта. In the region of high photon energies, the main mechanisms of X-ray attenuation are Compton scattering and the formation of electron + positron pairs, which are difficult to separate by the photon spectrum, although the attenuation of radiation by an object due to the formation of pairs also depends on the chemical composition of the object.

Целью предлагаемого изобретения является устранение названных недостатков. Эта цель достигается путем разделения части потока рентгеновского излучения, ослабление которой объектами зависит от химического состава объектов, на несколько дополнительных частей, раздельной регистрации всех частей потока и применением специальной методики распознавания химического состава объектов, при которой в качестве отличительных характеристик химических компонент используются их массовые коэффициенты ослабления рентгеновского излучения. Эти коэффициенты должны быть известны и заложены в устройство. The aim of the invention is to remedy these disadvantages. This goal is achieved by dividing a part of the x-ray flux, the attenuation of which by the objects depends on the chemical composition of the objects, into several additional parts, separately registering all the parts of the flux and using a special technique for recognizing the chemical composition of objects, in which their mass coefficients are used as distinctive characteristics X-ray attenuation. These coefficients must be known and incorporated into the device.

Именно в рентгенографических устройствах, содержащих источник тормозного рентгеновского излучения, формирующую коллиматорную структуру, инспекционную камеру, транспортное устройство для перемещения объектов, отсекающую коллиматорную структуру, фильтрующую структуру, однорядную матрицу фотоприемников, систему приема сигналов, вычислительное устройство со средствами отображения информации и средства управления с пультом управления, фильтрующую структуру предлагается выполнить в виде повторяющейся группы из нескольких рентгеновских фильтров с различающимися спектральными коэффициентами пропускания. Размеры фильтров и их размещение в фильтрующей структуре должны быть согласованы с размерами и положением входных апертур фотоприемников однорядной матрицы фотоприемников так, что на выходе фильтрующей структуры в отсутствие объекта формируется структурированный поток рентгеновского излучения в виде группы из трех или более трех рентгеновских лучей. При этом вычислительное устройство формирует теневые изображения объекта, соответствующие разным энергетическим спектрам рентгеновского излучения, и/или синтезированное из них теневое изображение объекта, осуществляет проверку гипотез о химическом составе объектов путем сравнения измеренных сигналов и вычисленных в предположении о составе объекта из химических компонент, представленных в банке данных устройства, представляет на средствах отображения цифро-буквенную информацию и/или псевдоцветные изображения объектов в соответствии с найденным их химическим составом. Для вычисления величин ожидаемых сигналов используются массовые коэффициенты ослабления рентгеновского излучения химическими компонентами в пределах используемого спектра рентгеновского излучения. It is in X-ray devices containing a source of inhibitory X-ray radiation that forms a collimator structure, an inspection chamber, a transport device for moving objects, a cut-off collimator structure, a filter structure, a single-row photodetector array, a signal reception system, a computing device with information display means and remote control facilities control filtering structure is proposed to perform in the form of a repeating group of several x-rays filters with different spectral transmittances. The sizes of the filters and their placement in the filtering structure should be consistent with the sizes and position of the input apertures of the photodetectors of a single-row photodetector matrix so that a structured x-ray stream is formed at the output of the filtering structure in the absence of an object in the form of a group of three or more three x-rays. In this case, the computing device generates shadow images of the object corresponding to different energy spectra of x-ray radiation, and / or the shadow image of the object synthesized from them, tests hypotheses about the chemical composition of objects by comparing the measured signals and those calculated on the assumption of the composition of the object from the chemical components presented in the data bank of the device, presents on the means of display digital-alphanumeric information and / or pseudo-color images of objects in accordance Wii with their chemical composition. To calculate the values of the expected signals, the mass attenuation coefficients of the x-ray radiation by chemical components within the used x-ray spectrum are used.

Упомянутые массовые коэффициенты ослабления рентгеновского излучения известны для всех простых химических элементов во всем представляющем интерес диапазоне энергий фотонов, а массовые коэффициенты ослабления рентгеновского излучения сложными химическими компонентами могут быть вычислены по их химическому составу. Если же химический состав какой-либо компоненты не установлен, необходимы измерения. The aforementioned mass attenuation coefficients of x-ray radiation are known for all simple chemical elements in the entire photon energy range of interest, and the mass attenuation coefficients of x-ray radiation by complex chemical components can be calculated from their chemical composition. If the chemical composition of any component is not established, measurements are necessary.

В общем случае под химическими компонентами далее следует понимать либо простые химические элементы, либо соединения элементов, либо смеси элементов и/или соединений, массовые коэффициенты ослабления рентгеновского излучения которыми могут быть или вычислены или измерены. In the general case, chemical components should be understood to mean either simple chemical elements, or compounds of elements, or mixtures of elements and / or compounds, the mass attenuation coefficients of which can be either calculated or measured.

Использование группы из двух фильтров, устанавливаемой через один фотоприемник, или группы из трех фильтров позволяет разбить поток рентгеновского излучения на повторяющуюся группу из трех рентгеновских лучей, различающихся энергетическими спектрами фотонов. Это позволяет осуществить распознавание двухкомпонентных по лучу зондирования объектов. При этом сигналы, порождаемые двумя из трех лучей, используются для оценки массовых набегов, соответствующих каждой из предполагаемых компонент в рамках рассматриваемой гипотезы о химическом составе данного элемента объема объекта, а сигналы, порождаемые оставшимся лучом, используются для подтверждения самой гипотезы. Using a group of two filters, installed through one photodetector, or a group of three filters allows you to split the x-ray flux into a repeating group of three x-rays that differ in the photon energy spectra. This allows recognition of two-component objects by the sounding beam. In this case, the signals generated by two of the three rays are used to estimate the mass raids corresponding to each of the proposed components in the framework of the hypothesis on the chemical composition of the given element of the object’s volume, and the signals generated by the remaining ray are used to confirm the hypothesis itself.

Использование группы из трех фильтров, устанавливаемой через один фотоприемник, или группы из четырех фильтров позволяет разбить поток рентгеновского излучения на повторяющуюся группу из четырех рентгеновских лучей и осуществить распознавание трехкомпонентных по лучу зондирования объектов и т.д. Using a group of three filters, installed through one photodetector, or a group of four filters allows you to split the x-ray flux into a repeating group of four x-rays and to recognize objects three-component by sounding beam, etc.

Предложенное может быть использовано и при зондировании объектов высокоэнергетическими фотонами, так как не требуется выделение части потока рентгеновского излучения, ослабление которой зависит только от массового набега по лучу зондирования. The proposed can also be used for probing objects with high-energy photons, since it is not necessary to isolate part of the x-ray flux, the attenuation of which depends only on the mass incursion along the probe beam.

Распознавание химического состава объекта осуществляется путем совместного анализа сигналов, порождаемых всеми рентгеновскими лучами, принадлежащими одной группе или нескольким соседним группам лучей. При этом предполагается однородность объекта по химическому составу в пределах его пространственного элемента, соответствующего рассматриваемым группам рентгеновских лучей. Recognition of the chemical composition of the object is carried out by a joint analysis of the signals generated by all x-rays belonging to one group or several neighboring groups of rays. It is assumed that the object is homogeneous in chemical composition within its spatial element corresponding to the considered groups of x-rays.

Изложенное выше подтверждает существенность основных отличительных признаков предлагаемого изобретения для достижения поставленных целей. The above confirms the materiality of the main distinguishing features of the invention to achieve the goals.

Фильтрующая структура может быть выполнена, например, в виде стопы из двух, трех и т.д. перфорированных пластин. Пластины могут быть выполнены из одного материала или из разных материалов, отличаться по толщине или иметь одинаковую толщину, что определяется конкретным назначением устройства и технологическими соображениями. The filtering structure can be performed, for example, in the form of a stack of two, three, etc. perforated plates. The plates can be made of the same material or of different materials, vary in thickness or have the same thickness, which is determined by the specific purpose of the device and technological considerations.

Надежность распознавания химического состава объектов определяется ошибками измерений и вычислений. Для уменьшения ошибок предлагается осуществить также и отсечку рассеянного фильтрами рентгеновского излучения. Это достигается путем установки фильтрующей структуры перед отсекающей коллиматорной структурой либо установкой между фильтрующей структурой и фотоприемниками дополнительной отсекающей коллиматорной структуры, а также использованием в отсекающих коллиматорных структурах растровых рентгеновских коллиматоров или коллиматоров на основе многоканальных пластин. Последние могут иметь

Figure 00000002
коллимирующих отверстий на единице площади при высоком коэффициенте прозрачности для первичного рентгеновского излучения, что позволяет практически полностью исключить влияние на выходные сигналы фотоприемников рассеянного объектом и фильтрами рентгеновского излучения.The reliability of recognition of the chemical composition of objects is determined by measurement and calculation errors. To reduce errors, it is also proposed to cut off the x-ray scattered by the filters. This is achieved by installing a filter structure in front of the cut-off collimator structure or by installing between the filter structure and photodetectors an additional cut-off collimator structure, as well as using raster X-ray collimators or collimators based on multichannel plates in the cut-off collimator structures. The latter may have
Figure 00000002
collimating holes per unit area with a high transparency coefficient for primary x-ray radiation, which allows almost completely eliminating the effect on the output signals of photodetectors scattered by the object and x-ray filters.

Для облегчения юстировки элементов устройства коллиматорную структуру (коллиматорные структуры) и фильтрующую структуру целесообразно разбить на блоки, размеры которых определяются размерами блоков фотоприемников, из которых составлена матрица фотоприемников. To facilitate the alignment of the device elements, the collimator structure (collimator structures) and the filter structure should be divided into blocks, the sizes of which are determined by the sizes of the photodetector blocks, of which the photodetector array is composed.

Для улучшения механической стабильности юстировки фильтрующая структура и коллиматорная структура могут быть выполнены в едином блоке путем, например, подходящего заполнения (затенения) щели в щелевых коллиматорах или отверстий в растровых и многоканальных коллиматорах. To improve the mechanical stability of the alignment, the filter structure and the collimator structure can be made in a single unit by, for example, suitable filling (shading) of the gap in slotted collimators or holes in raster and multichannel collimators.

Для уменьшения влияния нестабильности интенсивности рентгеновского излучения на процесс распознавания предлагается установить на выходе рентгеновского источника в зоне действия неиспользуемого рентгеновского излучения дополнительные фотоприемники. Сигналы с этих фотоприемников, пропорциональные текущей интенсивности рентгеновского излучения, через дополнительные каналы регистрации системы приема сигналов должны поступать в вычислительное устройство и использоваться для перенормировки основных сигналов. To reduce the influence of the instability of the intensity of the x-ray radiation on the recognition process, it is proposed to install additional photodetectors at the output of the x-ray source in the area of the unused x-ray radiation. The signals from these photodetectors, proportional to the current intensity of the x-ray radiation, through the additional registration channels of the signal reception system should be fed to the computing device and used to renormalize the main signals.

При использовании предлагаемого устройства для контроля продуктов, перекачиваемых по трубопроводам (нефть, газ, пульпа в горнодобывающей промышленности и т.п.) основные трудности связаны с большим ослаблением рентгеновского излучения стенками труб. Для уменьшения этого эффекта предлагается транспортное устройство выполнить в виде двухсекционной трубы, между соединительными фланцами секций поместить уплотнитель из материала с малым атомным номером, например из алюминия. При этом зондирующий веерообразный поток рентгеновского излучения должен проходить через уплотнитель, ослабление излучения в котором существенно меньше, чем в трубе, даже при обеспечении высоких давлений внутри трубы. When using the proposed device for monitoring products pumped through pipelines (oil, gas, pulp in the mining industry, etc.), the main difficulties are associated with a large weakening of x-ray radiation by the pipe walls. To reduce this effect, it is proposed that the transport device be made in the form of a two-section pipe, between the connecting flanges of the sections, a sealant made of a material with a small atomic number, for example, aluminum. In this case, the probe fan-shaped flow of x-ray radiation should pass through the sealant, the attenuation of radiation in which is significantly less than in the pipe, even while maintaining high pressures inside the pipe.

Дополнительные признаки, изложенные выше, содержат частные технические решения, направленные либо на улучшение потребительских свойств, либо на расширение области использования предлагаемого устройства, что подтверждает существенность этих дополнительных признаков. Additional features described above contain private technical solutions aimed either at improving consumer properties or expanding the scope of use of the proposed device, which confirms the materiality of these additional features.

На фиг.1 представлена структура рентгенографического устройства; на фиг. 2 схематично изображена компоновка рентгеновских фильтров в виде стопы перфорированных пластин; на фиг.3 приведена зависимость коэффициента пропускания рентгеновских фильтров из разных материалов для энергии квантов 0-200 кэВ; на фиг.4 схематично показано взаимное положение веерообразного потока рентгеновского излучения двухсекционной трубы отсекающей коллиматорной структуры, фильтрующей структуры и матрицы фотоприемников. Figure 1 presents the structure of the x-ray device; in FIG. 2 schematically shows an arrangement of x-ray filters in the form of a stack of perforated plates; figure 3 shows the dependence of the transmittance of x-ray filters from different materials for the energy of quanta 0-200 keV; figure 4 schematically shows the mutual position of the fan-shaped stream of x-ray radiation of a two-section pipe of a cut-off collimator structure, a filter structure and a matrix of photodetectors.

Устройство по фиг. 1 содержит источник тормозного рентгеновского излучения 1, формирующую коллиматорную структуру 2, инспекционную камеру 3, транспортное устройство 4, на котором размещаются инспектируемые объекты 5, коллиматорные структуры 6 и 8 (при необходимости), фильтрующую структуру 7, однорядную матрицу фотоприемников 9, систему приема сигналов 10, вычислительное устройство 11 со средствами отображения информации 12, средства управления 13 с пультом управления 14, дополнительные фотоприемники 15 (при необходимости). The device of FIG. 1 contains a source of inhibitory x-ray radiation 1, forming a collimator structure 2, an inspection chamber 3, a transport device 4, on which inspected objects 5 are placed, collimator structures 6 and 8 (if necessary), a filter structure 7, a single-row photodetector array 9, a signal reception system 10, a computing device 11 with information display means 12, control means 13 with a control panel 14, additional photodetectors 15 (if necessary).

Фильтрующие структуры 7 по фиг.2 состоят из однородных перфорированных пластин 16-22. The filtering structures 7 of FIG. 2 consist of uniform perforated plates 16-22.

Транспортное устройство по фиг. 4 содержит две секции трубы 23 и 24 и прокладку 25 между их соединительными фланцами 26 и 27. The transport device of FIG. 4 comprises two pipe sections 23 and 24 and a gasket 25 between their connecting flanges 26 and 27.

Устройство функционирует следующим образом. Объект 5 устанавливается на транспортном устройстве 4 и по команде с пульта управления 14 начинает перемещаться внутри инспекционной камеры 3. При подходе объекта к зоне облучения средства управления 13 инициируют работу рентгенографического устройства в целом. Поток рентгеновского излучения от источника 1, пройдя через формирующую коллиматорную структуру 2, приобретает веерообразную форму в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения объекта 5, пронизывает инспекционную камеру 3 и через отсекающую коллиматорную структуру 6 попадает на фильтрующую структуру 7. The device operates as follows. The object 5 is installed on the transport device 4 and, on command from the control panel 14, begins to move inside the inspection chamber 3. When the object approaches the irradiation zone, the control means 13 initiate the operation of the radiographic device as a whole. The x-ray flux from the source 1, passing through the forming collimator structure 2, acquires a fan-shaped shape in a plane perpendicular to the direction of movement of the object 5, penetrates the inspection chamber 3 and through the cut-off collimator structure 6 enters the filtering structure 7.

Отсекающая коллиматорная структура 6 устраняет из рентгеновского потока рассеянное по пути распространения рентгеновское излучение и на фильтрующую структуру 7 поступает в основном первичное излучение источника. The cut-off collimator structure 6 eliminates the x-ray radiation scattered along the propagation path from the x-ray flux and mainly the primary radiation of the source enters the filter structure 7.

Фильтрующая структура 7 в отсутствие объекта структурирует веерообразный поток излучения на повторяющуюся группу из нескольких рентгеновских лучей, различающихся энергетическими спектрами фотонов. The filtering structure 7 in the absence of an object structures a fan-shaped radiation flux into a repeating group of several X-rays that differ in the energy spectra of photons.

Далее структурированный поток рентгеновского излучения через отсекающую коллиматорную структуру 8 попадает на входы однорядной матрицы фотоприемников 9 (если рассеянием рентгеновского излучения на материале фильтрующей структуры можно пренебречь, одна из коллиматорных структур 7 или 8 может отсутствовать). Next, the structured flow of x-ray radiation through the cut-off collimator structure 8 falls on the inputs of a single-row matrix of photodetectors 9 (if the scattering of x-ray radiation on the material of the filter structure can be neglected, one of the collimator structures 7 or 8 may be absent).

Сигналы с выходов фотоприемников матрицы 9 последовательно считываются системой приема сигналов 10, трансформируются в цифровой код и передаются в вычислительное устройство 11. The signals from the outputs of the photodetectors of the matrix 9 are sequentially read by the signal reception system 10, transformed into a digital code and transmitted to the computing device 11.

При появлении в зоне облучения объекта сигналы на выходе фотоприемников уменьшаются из-за ослабления объектом излучения. Процесс регистрации сигналов продолжается, пока объект не пройдет полностью через зону облучения. When an object appears in the irradiation zone, the signals at the output of the photodetectors decrease due to attenuation by the object of radiation. The process of recording signals continues until the object passes completely through the irradiation zone.

Если установлены дополнительные фотоприемники 15, сигналы с их выходов также поступают в систему приема сигналов на дополнительные каналы регистрации, преобразуются в общем порядке в цифровой код и передаются в вычислительное устройство 11. If additional photodetectors 15 are installed, the signals from their outputs also go to the signal receiving system for additional registration channels, are converted in general order into a digital code and transmitted to computing device 11.

Вычислительное устройство 11 осуществляет нормировку измененных объектом сигналов по сигналам с одних и тех же фотоприемников, полученным в отсутствие объекта. При наличии сигналов от дополнительных фотоприемников вычислительное устройство осуществляет перенормировку сигналов, несущих информацию об объекте, по этим дополнительным сигналам. Тем самым существенно ослабляется влияние на информационные сигналы нестабильности источника излучения. The computing device 11 carries out the normalization of the signals changed by the object according to the signals from the same photodetectors obtained in the absence of the object. If there are signals from additional photodetectors, the computing device renormalizes the signals that carry information about the object, according to these additional signals. Thereby, the effect on the information signals of the instability of the radiation source is significantly attenuated.

По мере перемещения объекта через зону облучения в памяти вычислительного устройства формируются несколько двумерных матриц данных (по числу рентгеновских лучей в упомянутой повторяющейся группе лучей), представляющих собой теневые цифровые изображения объекта. Эти теневые изображения соответствуют разным виртуальным спектрам зондирующего рентгеновского излучения. Совместная обработка этих изображений и позволяет определить химический состав объекта. Однако сформированные таким образом двумерные цифровые изображения объекта соответствуют разным пространственным элементам объекта. Поэтому перед процедурой совместной обработки необходимо провести процедуру сглаживания теневых изображений путем формирования виртуальной апертуры фотоприемника, одной и той же для всех теневых изображений, но перекрывающей несколько элементов разрешения. В итоге сглаживания получаются новые матрицы, представляющие цифровые изображения объекта, соответствующие тем же виртуальным спектрам зондирующего рентгеновского излучения. Но элементы этих изображений относятся уже к одним и тем же пространственным элементам объекта, соответствующим виртуальным апертурам фотоприемников. As the object moves through the irradiation zone, several two-dimensional data matrices are formed in the memory of the computing device (by the number of X-rays in the said repeating group of rays), which are shadow digital images of the object. These shadow images correspond to different virtual spectra of the probe x-ray radiation. The combined processing of these images allows us to determine the chemical composition of the object. However, the two-dimensional digital images of the object thus formed correspond to different spatial elements of the object. Therefore, before the joint processing procedure, it is necessary to smooth out the shadow images by forming a virtual aperture of the photodetector, the same for all shadow images, but overlapping several resolution elements. As a result of smoothing, new matrices are obtained that represent digital images of the object corresponding to the same virtual spectra of the probe x-ray radiation. But the elements of these images already refer to the same spatial elements of the object corresponding to the virtual apertures of the photodetectors.

Кроме названных процедур вычислительное устройство осуществляет вывод любого из теневых изображений или синтезированного из них изображения на средства отображения информации 12, формирование и вывод цифробуквенной информации и/или окрашивание теневого изображения в псевдоцвета в соответствии с найденным химическим составом объекта. In addition to the above procedures, the computing device outputs any of the shadow images or the image synthesized from them to the information display means 12, generates alphanumeric information and / or stains the shadow image in pseudo colors in accordance with the found chemical composition of the object.

Упомянутая процедура сглаживания одновременно приводит и к увеличению отношения сигнал/шум, что увеличивает надежность распознавания. Дополнительное увеличение отношения сигнал/шум можно получить при выполнении отсекающих коллиматорных структур на основе растровых рентгеновских коллиматоров или на основе многоканальных пластин. Однако такой метод трудно исполним при работе с рентгеновскими квантами больших энергий. The mentioned smoothing procedure simultaneously leads to an increase in the signal-to-noise ratio, which increases the reliability of recognition. An additional increase in the signal-to-noise ratio can be obtained by performing cut-off collimator structures based on raster x-ray collimators or on the basis of multichannel plates. However, this method is difficult to perform when working with high-energy x-rays.

Изложенное справедливо как при работе устройств на основе рентгеновских трубок, так и при использовании ускорителей электронов, причем источники могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режимах. The above is true both when operating devices based on X-ray tubes, and when using electron accelerators, and the sources can operate both in continuous and in pulsed modes.

При использовании транспортных устройств в виде двухсекционных труб (фиг. 4), разделенных прокладкой, из-за особенностей контролируемых объектов реализовать регистрацию сигналов в отсутствие объекта невозможно. В этом случае нормировка сигналов может осуществляться по данным, полученным при пусконаладочных работах или расчетным путем, а перенормировка по данным, полученным от дополнительных фотоприемников. Роль этих дополнительных фотоприемников в этом случае возрастает, так как при этом устраняется влияние на информационные сигналы долговременной нестабильности источника. When using transport devices in the form of two-section pipes (Fig. 4), separated by a gasket, it is impossible to register signals in the absence of an object due to the characteristics of the controlled objects. In this case, the normalization of the signals can be carried out according to the data obtained during commissioning or calculation, and renormalization according to the data received from additional photodetectors. The role of these additional photodetectors in this case increases, since this eliminates the effect on the information signals of the long-term instability of the source.

Рассмотрим процесс совместной обработки теневых изображений и распознавания химического состава объектов более подробно. Consider the process of joint processing of shadow images and recognition of the chemical composition of objects in more detail.

Величина нормированных сигналов Ui на выходе фотоприемников, соответствующих одному и тому же i-му фильтру в повторяющейся группе фильтров, для одного и того же элемента объема объекта (после процедуры сглаживания) может быть представлена в виде

Figure 00000003

i=1, 2, 3...k,
где E0 - максимальная энергия фотонов, генерируемых рентгеновским источником;
I(Е) - спектральная интенсивность рентгеновского излучения на выходе рентгеновского источника;
Тi (Е) - спектральный коэффициент пропускания для i-го фильтра;
S (Е) - спектральная чувствительность фотоприемника;
mj - массовый набег для j-ой химической компоненты объекта на пути зондирующего луча, воспринимаемого рассматриваемым фотоприемником;
μj(E) - массовый коэффициент ослабления рентгеновского излучения j-ой компонентой при энергии квантов Е;
n - число химических компонент в объекте по лучу зондирования;
k - число фильтров в группе (в число фильтров включается и световое окно, если фильтры установлены через один фотоприемник), в общем случае к>n.The value of the normalized signals U i at the output of photodetectors corresponding to the same i-th filter in a repeating filter group for the same element of the object volume (after the smoothing procedure) can be represented as
Figure 00000003

i = 1, 2, 3 ... k,
where E 0 is the maximum energy of the photons generated by the x-ray source;
I (E) is the spectral intensity of the x-ray radiation at the output of the x-ray source;
T i (E) is the spectral transmittance for the i-th filter;
S (E) is the spectral sensitivity of the photodetector;
m j is the mass incursion for the j-th chemical component of the object along the path of the probe beam perceived by the photodetector under consideration;
μ j (E) is the mass attenuation coefficient of x-ray radiation by the j-th component at a quantum energy E;
n is the number of chemical components in the object by sounding beam;
k is the number of filters in the group (the light window is also included in the number of filters if the filters are installed through one photodetector), in the general case, k> n.

Будем предполагать, что для всех химических компонент, которые могут содержаться в инспектируемых объектах, измерены или вычислены μ(E) в пределах используемого спектра излучения и заложены в банк данных измерительного устройства. Будем рассматривать первые, например, n соотношений (2) как систему интегральных уравнений относительно массовых набегов mj. Осуществим перебор всех возможных комбинаций компонент из банка, вычисляя из интегральных уравнений возможные массовые набеги для этих компонент, исходя из очевидного условия
mj≥0 (3).
We will assume that for all chemical components that may be contained in the inspected objects, μ (E) is measured or calculated within the limits of the used radiation spectrum and stored in the databank of the measuring device. We will consider the first, for example, n relations (2) as a system of integral equations for mass raids m j . We sort through all possible combinations of components from the bank, calculating from the integral equations the possible mass raids for these components, based on the obvious condition
m j ≥0 (3).

На первом шаге проверяется гипотеза об однокомпонентном составе рассматриваемого пространственного элемента объекта. Для этого выбирается из банка данных какая-либо одна компонента и соответствующая ей функция μ(E) подставляется в систему уравнений (1). Далее, из первого, например, уравнения определяется значение массового набега m. Подставляя найденные значения m и функцию μ(E) в другие уравнения системы, проверяют их выполнение, что эквивалентно вычислению величины ожидаемых сигналов при заданных фильтрах и их сравнению с измеренными сигналами при тех же фильтрах. Если в пределах ошибок измерений и вычислений эти уравнения выполняются, процедура распознавания завершается. В противном случае переходят к следующей компоненте из банка данных. At the first step, the hypothesis of a one-component composition of the spatial element of the object under consideration is tested. For this, one component is selected from the data bank and the corresponding function μ (E) is substituted into the system of equations (1). Further, from the first, for example, equation, the mass incursion value m is determined. Substituting the found values of m and the function μ (E) into other equations of the system, they are checked for their fulfillment, which is equivalent to calculating the magnitude of the expected signals with given filters and comparing them with the measured signals with the same filters. If, within the limits of measurement and calculation errors, these equations are satisfied, the recognition procedure is completed. Otherwise, they proceed to the next component from the data bank.

Минимально необходимое число уравнений для однокомпонентного объекта при изложенной процедуре равно двум. Это означает, что для идентификации (распознавания) однокомпонентных объектов необходимо, чтобы фильтрующая структура содержала повторяющуюся группу фильтров, состоящую не менее, чем из двух фильтров, одним из которых может быть световое окно, для которого Т= 1. The minimum required number of equations for a one-component object in the above procedure is two. This means that for identification (recognition) of one-component objects, it is necessary that the filtering structure contains a repeating group of filters consisting of at least two filters, one of which can be a light window for which T = 1.

На практике обычно ставится вопрос, содержит ли объект какие-либо из небольшого списка компоненты (взрывчатка, наркотики и т.п.). В этом случае проверяется только этот небольшой список компонент. In practice, the question is usually asked whether the object contains any of the small list of components (explosives, drugs, etc.). In this case, only this small list of components is checked.

При отрицательном ответе по всему списку компонент необходимо перейти к аналогичной процедуре в предположении, что объект (элемент объекта) является двухкомпонентным (например, содержит взрывчатку в упаковке). Как и ранее, из банка данных (или из небольшого списка возможных комбинаций) выбираются две компоненты. Подставляя известные для них значения μ1(E) и μ2(E), например, в первые два уравнения системы (1), определяют величины m1 и m2. Найденные значения m1 и m2 и известные функции μ1(E) и μ2(E) подставляют в остальные уравнения. Если последние в пределах ошибок измерений и вычислений выполняются, процедура завершается. В противном случае необходимо перейти к новой паре компонент.If the answer is no across the entire list of components, it is necessary to proceed to a similar procedure under the assumption that the object (element of the object) is two-component (for example, contains explosives in a package). As before, two components are selected from the data bank (or from a small list of possible combinations). Substituting the values μ 1 (E) and μ 2 (E) known for them, for example, in the first two equations of system (1), the quantities m 1 and m 2 are determined. The found values of m 1 and m 2 and the known functions μ 1 (E) and μ 2 (E) are substituted into the remaining equations. If the latter, within the limits of measurement and calculation errors, are performed, the procedure ends. Otherwise, you must go to a new pair of components.

Минимально необходимое число уравнений для распознавания двухкомпонентных объектов равно трем, причем два из них используются для определения массовых набегов, а третье - для подтверждения гипотезы о составе объекта. Это означает, что для распознавания двухкомпонентных объектов необходимо, чтобы фильтрующая структура содержала повторяющуюся группу фильтров, состоящую не менее, чем их трех фильтров, одним из которых может быть световое окно. The minimum required number of equations for recognizing two-component objects is three, two of which are used to determine mass raids, and the third is to confirm the hypothesis about the composition of the object. This means that for the recognition of two-component objects, it is necessary that the filter structure contains a repeating group of filters consisting of at least three filters, one of which can be a light window.

Аналогично, для распознавания трехкомпонентных объектов необходимо, чтобы фильтрующая структура содержала повторяющуюся группу не менее, чем из четырех фильтров и т.д. Similarly, for the recognition of three-component objects, it is necessary that the filtering structure contains a repeating group of at least four filters, etc.

Следует, однако, отметить, что при переходе к распознаванию объектов из трех и более компонент сильно возрастают требования к точности измерений. It should be noted, however, that in the transition to the recognition of objects of three or more components, the requirements for measurement accuracy increase significantly.

Рассмотренная процедура распознавания должна применяться ко всем пространственным элементам объекта независимо. При этом под пространственным элементом объекта понимается часть объема объекта, зондируемая одним рентгеновским лучом. The considered recognition procedure should be applied to all spatial elements of the object independently. In this case, the spatial element of the object is understood as the part of the volume of the object probed by one x-ray beam.

При выполнении фильтрующей структуры в виде стопы из перфорированных пластин путем подбора числа пластин, материалов для изготовления пластин, толщины пластин и рисунка перфорации можно получить любую требуемую комбинацию фильтров. Так, например, стопа из двух пластин, изображенная на фиг.2а, реализует повторяющуюся группу из трех фильтров, одним из которых является световое окно. При этом пластины 16 и 17 могут отличаться только рисунком перфорации. Стопа, изображенная на фиг.2б, реализует повторяющуюся группу из четырех фильтров. Однако в этом случае пластины 18 и 19 должны отличаться дополнительно либо толщиной, либо материалом, либо тем и другим. Стопа, изображенная на фиг.2в, также реализует повторяющуюся группу из четырех фильтров, при этом пластины 20, 21, 22 могут отличаться только рисунком перфорации и т.д. When performing the filtering structure in the form of a stack of perforated plates by selecting the number of plates, plate materials, plate thickness and perforation pattern, any desired combination of filters can be obtained. So, for example, a stack of two plates, shown in figa, implements a repeating group of three filters, one of which is a light window. In this case, the plates 16 and 17 can differ only in the pattern of perforation. The foot depicted in FIG. 2b implements a repeating group of four filters. However, in this case, the plates 18 and 19 must additionally differ in either thickness or material, or both. The foot depicted in FIG. 2c also implements a repeating group of four filters, while the plates 20, 21, 22 can differ only in the pattern of perforation, etc.

На фиг. 3 приведены зависимости спектральных коэффициентов пропускания фильтров от энергии фотонов для фильтров, выполненных из алюминия (фиг.3а), меди (фиг.3б) и ванадия (фиг.3в) при разной толщине пластин. Значения коэффициентов пропускания нормированы на соответствующий коэффициент пропускания при энергии квантов 200 кэВ. Для всех материалов нижняя граница пропускания рентгеновского излучения смещается при увеличении толщины пластин в сторону более высоких энергий фотонов. Видно, что вариацией материала и толщины пластин можно получить любую требуемую корректировку энергетического спектра фотонов в рентгеновском луче, соответствующем данному фильтру. Предполагается при этом, что шаг перфорации, размеры отверстий на пластинах и положение пластин выбраны так, что каждый рентгеновский луч соответствует отдельному фотоприемнику матрицы фотоприемников. In FIG. Figure 3 shows the dependences of the spectral transmittance of the filters on the photon energy for filters made of aluminum (Fig.3a), copper (Fig.3b) and vanadium (Fig.3c) with different thicknesses of the plates. The transmittance values are normalized to the corresponding transmittance at a quantum energy of 200 keV. For all materials, the lower X-ray transmission limit shifts with increasing plate thickness toward higher photon energies. It can be seen that by varying the material and thickness of the plates, any desired adjustment of the energy spectrum of photons in the x-ray beam corresponding to this filter can be obtained. It is assumed that the perforation step, the size of the holes on the plates and the position of the plates are selected so that each x-ray corresponds to a separate photodetector of the photodetector array.

В качестве вычислительного устройства в виду большого объема вычислительных операций целесообразно использовать современные универсальные персональные ЭВМ. In view of the large volume of computational operations, it is advisable to use modern universal personal computers as a computing device.

Требования к другим элементам заявленного устройства не выходят за рамки обычных. Поэтому реализуемость заявленного устройства можно считать доказанной. Requirements for other elements of the claimed device do not go beyond the usual. Therefore, the feasibility of the claimed device can be considered proven.

Предлагаемое устройство может найти применение в таможенной службе для контроля грузов и багажа на предмет выявления недозволенных вложений; в службе авиаперевозок для выявления взрывчатых веществ в багаже авиапассажиров; в службах безопасности для выявления оружия и взрывчатых веществ в посылках, кейсах, чемоданах; на трубопроводном транспорте для контроля состава продуктов, например примесей тяжелых металлов и т.п. The proposed device may find application in the customs service for the control of goods and baggage in order to identify illegal investments; in the air transportation service to detect explosives in the baggage of air passengers; in security services to detect weapons and explosives in parcels, cases, suitcases; in pipeline transport to control the composition of products, for example, heavy metal impurities, etc.

Claims (10)

1. Рентгенографическое устройство, содержащее источник тормозного рентгеновского излучения с формирующей коллиматорной структурой для получения веерообразного потока рентгеновского излучения, инспекционную камеру с транспортным устройством для перемещения объектов через зону облучения, отсекающую коллиматорную структуру для устранения рассеянного по пути распространения рентгеновского излучения, фильтрующую структуру для модификации энергетического спектра рентгеновского излучения, однорядную матрицу фотоприемников, систему приема сигналов, вычислительное устройство со средствами отображения информации и средства управления с пультом управления, отличающееся тем, что фильтрующая структура формирует из веерообразного потока рентгеновского излучения в отсутствие объекта повторяющуюся группу из трех или более рентгеновских лучей с различающимися внутри группы энергетическими спектрами фотонов, а вычислительное устройство формирует теневые изображения объекта, соответствующие упомянутым разным спектрам рентгеновского излучения, и/или синтезированное теневое изображение объекта, осуществляет проверку гипотез о химическом составе объекта путем сравнения измеренных сигналов с выходов фотоприемников и вычисленных в предположении о составе объекта из химических компонент из банка данных устройства и представляет на средствах отображения цифробуквенную информацию и/или псевдоцветное изображение объекта в соответствии с найденным его химическим составом. 1. An x-ray device containing a source of inhibitory x-ray radiation with a forming collimator structure for obtaining a fan-shaped stream of x-ray radiation, an inspection chamber with a transport device for moving objects through the irradiation zone, cutting off the collimator structure to eliminate the x-ray scattered along the propagation path, a filter structure for modifying the energy X-ray spectrum, single-row photodetector array, system receiving signals, a computing device with information display means and control means with a control panel, characterized in that the filtering structure forms a repeating group of three or more x-rays from the fan-shaped stream of x-rays in the absence of an object with photon energy spectra differing inside the group, and the computing device generates shadow images of the object corresponding to the aforementioned different x-ray spectra, and / or synthesized The shadow image of the object, checks hypotheses about the chemical composition of the object by comparing the measured signals from the outputs of the photodetectors and calculated on the assumption of the composition of the object from the chemical components from the device data bank and presents alphanumeric information and / or a false-color image of the object on the display means in accordance with its found chemical composition. 2. Рентгенографическое устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтрующая структура выполнена в виде стопы из двух или более перфорированных пластин, размеры и положение отверстий на которых согласованы с размерами и положением входных апертур однорядной матрицы фотоприемников. 2. The x-ray device according to claim 1, characterized in that the filter structure is made in the form of a stack of two or more perforated plates, the dimensions and position of the holes on which are consistent with the size and position of the input apertures of the single-row photodetector array. 3. Рентгенографическое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что фильтрующая структура расположена перед отсекающей коллиматорной структурой. 3. The x-ray device according to claim 1 or 2, characterized in that the filter structure is located in front of the cut-off collimator structure. 4. Рентгенографическое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что после фильтрующей структуры установлена дополнительная отсекающая коллиматорная структура. 4. Radiographic device according to claim 1 or 2, characterized in that after the filter structure is installed an additional cut-off collimator structure. 5. Рентгенографическое устройство по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающееся тем, что фильтрующая и отсекающая структуры разделены на блоки, размеры и положение которых согласованы с размерами и положением блоков однорядной матрицы фотоприемников. 5. The x-ray device according to claim 1, or 2, or 3, or 4, characterized in that the filtering and cutting off structures are divided into blocks, the sizes and position of which are consistent with the sizes and position of the blocks of a single-row photodetector array. 6. Рентгенографическое устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что отсекающая коллиматорная структура выполнена на основе растровых рентгеновских коллиматоров. 6. Radiographic device according to claims 1 to 5, characterized in that the cutting-off collimator structure is based on raster x-ray collimators. 7. Рентгенографическое устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что отсекающая коллиматорная структура выполнена на основе многоканальных пластин. 7. Radiographic device according to claims 1-5, characterized in that the cut-off collimator structure is made on the basis of multi-channel plates. 8. Рентгенографическое устройство по пп.1-7, отличающаяся тем, что коллиматорная и отсекающая структуры совмещены путем соответствующего заполнения (затенения) коллимирующих отверстий или щелей коллиматорной структуры. 8. Radiographic device according to claims 1 to 7, characterized in that the collimator and cut-off structures are combined by appropriate filling (shading) of the collimating holes or slits of the collimator structure. 9. Рентгенографическое устройство по пп.1-8, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные фотоприемники, расположенные в зоне действия неиспользуемого излучения рентгеновского источника, система приема сигналов дополнена каналами по числу дополнительных фотоприемников, а вычислительное устройство осуществляет перенормировку сигналов с выходов матрицы фотоприемников по сигналам дополнительных фотоприемников. 9. The x-ray device according to claims 1 to 8, characterized in that it contains additional photodetectors located in the area of the unused radiation of the x-ray source, the signal reception system is supplemented with channels according to the number of additional photodetectors, and the computing device renormalizes the signals from the outputs of the photodetector array according to signals of additional photodetectors. 10. Рентгенографическое устройство по пп.1-9, отличающееся тем, что средства транспортировки объектов выполнены в виде двухсекционной трубы, между соединительными фланцами которой помещен уплотнитель из материалов с малыми атомными номерами, например из алюминия, причем упомянутый веерообразный поток рентгеновского излучения пересекает трубу по уплотнителю. 10. The x-ray device according to claims 1 to 9, characterized in that the means of transportation of the objects is made in the form of a two-section pipe, between the connecting flanges of which there is a gasket made of materials with small atomic numbers, for example, aluminum, and said fan-shaped stream of x-ray radiation crosses the pipe along sealant.
RU2001109210/28A 2001-04-10 2001-04-10 X-ray device RU2191369C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001109210/28A RU2191369C1 (en) 2001-04-10 2001-04-10 X-ray device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001109210/28A RU2191369C1 (en) 2001-04-10 2001-04-10 X-ray device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2191369C1 true RU2191369C1 (en) 2002-10-20

Family

ID=20248132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001109210/28A RU2191369C1 (en) 2001-04-10 2001-04-10 X-ray device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2191369C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007134513A1 (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Tsinghua University Energy spectra modulating device,method and device of identifying materials and method of image processing
WO2012102636A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 Popov Vladimir Ivanovich System for inspecting passengers
RU2721721C1 (en) * 2019-06-03 2020-05-21 Акционерное общество "ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ" Digital x-ray image production method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007134513A1 (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Tsinghua University Energy spectra modulating device,method and device of identifying materials and method of image processing
WO2012102636A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 Popov Vladimir Ivanovich System for inspecting passengers
RU2721721C1 (en) * 2019-06-03 2020-05-21 Акционерное общество "ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ" Digital x-ray image production method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5670730B2 (en) Method and apparatus for inspection of substances
US9234856B2 (en) X-ray apparatus and X-ray measuring method
US6442233B1 (en) Coherent x-ray scatter inspection system with sidescatter and energy-resolved detection
US7590220B1 (en) X-ray inspection and detection system and method
EP2377467A1 (en) System and method for determining the composition of an object
GB2297835A (en) Three dimensional detection of contraband using x rays
ITMI20101269A1 (en) SYSTEM AND METHOD FOR X-RAY INSPECTION AND IDENTIFICATION OF THE CHEMICAL COMPOSITION OF MATERIALS
JP2014238422A (en) Method and apparatus for inspection of material
US4228351A (en) Method for measuring the density of lightweight materials
JP5957099B2 (en) Dual isotope notch observer for isotope identification, analysis and imaging with a single energy gamma ray source
US20110091013A1 (en) Method and apparatus for detecting a particular material in an object by means of electromagnetic radiation
US11703466B2 (en) Sample inspection system
Gil et al. Radiography simulation on single-shot dual-spectrum X-ray for cargo inspection system
US3529151A (en) Method of and apparatus for determining the mean size of given particles in a fluid
Udod et al. State-of-the art and development prospects of digital radiography systems for nondestructive testing, evaluation, and inspection of objects: a review
Farquharson et al. The use of combined trace element XRF and EDXRD data as a histopathology tool using a multivariate analysis approach in characterizing breast tissue
RU2191369C1 (en) X-ray device
JP4839050B2 (en) Multicolor X-ray measuring device
Osipov et al. Limit capabilities of identifying materials by high dual-and multi-energy methods
RU2166749C1 (en) Roentgenographic device
RU2171980C2 (en) Method for identifying chemical composition of objects by x-ray attenuation
Ryzhikov et al. A spectrometric approach in radiography for detection of materials by their effective atomic number
Ahmed et al. Material identification approach based on the counting technique and beam hardening correction under industrial X-ray computed tomography: a simulation study
RU2524454C1 (en) Method of determining concentration of element in substance of complex chemical composition
RU2098799C1 (en) Method of gamma-stereoscopy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060411