RU2566470C1

RU2566470C1 - Detector unit for collecting scanning data in introscopy system

Info

Publication number: RU2566470C1
Application number: RU2014113664/28A
Authority: RU
Inventors: Роман Викторович Апевалов; Сергей Анатольевич Огородников; Алексей Павлович Родионов; Александр Валерьевич Наливаев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория Скантроник"
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2015-10-27
Also published as: RU2014113664A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: detector unit for collecting scanning data in an introscopy system includes an ionising radiation source, having a detector unit housing in which there are detector elements configured to receive ionising radiation and convert said radiation into an electrical signal, said elements being connected to analogue-to-digital converter boards, wherein the detector unit housing is in the form of a circular arc with the centre at the radiation generation point of the ionising radiation source. The detector elements lie equidistant from the radiation generation point of the ionising radiation source and are directed perpendicular to beams coming from the ionising radiation source.

EFFECT: improved quality of the radioscopic image.

9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к детекторному узлу для сбора данных сканирования в системе интроскопии, в частности к детекторному узлу системы интроскопии объектов таможенного контроля, предназначенной для досмотра транспортных средств, а также других объектов, с целью получения информации об их содержимом.The invention relates to a detection unit for collecting scan data in an introscopy system, in particular, to a detection unit for an introscopy system of customs control objects for inspecting vehicles and other objects in order to obtain information about their contents.

Уровень техникиState of the art

Используемые для таможенного контроля системы интроскопии предназначены для получения информации о внутреннем устройстве и содержимом досматриваемого объекта с целью предотвращения несанкционированного провоза оружия, наркотических веществ и контрабанды.The introscopy systems used for customs control are designed to obtain information about the internal structure and contents of the inspected object in order to prevent unauthorized transportation of weapons, narcotic substances and smuggling.

Исходя из своего назначения, такие системы должны обеспечивать возможность визуализации содержимого досматриваемого объекта, распознавания находящихся внутри объекта различных устройств, предметов и веществ, распознавания изделий из различных материалов, а также выявления возможных тайников или сокрытых вложений.Based on their purpose, such systems should provide the ability to visualize the contents of the inspected object, recognize various devices, objects and substances inside the object, recognize products from various materials, as well as identify possible caches or hidden investments.

Подобные системы используются на всех контрольно-пропускные пунктах пограничной и таможенной служб, как для контроля малогабаритных и средних объектов, например ручной клади и багажа пассажиров или содержимого почтовых отправлений, так и для интроскопии крупногабаритных объектов, таких как легковые и грузовые транспортные средства, контейнеры или железнодорожные вагоны.Similar systems are used at all checkpoints of the border and customs services, both for monitoring small and medium-sized objects, such as hand luggage and baggage of passengers or the contents of mail, and for introscopy of large objects, such as cars and trucks, containers or railway wagons.

Современные системы интроскопии, предназначенные для досмотра крупногабаритных объектов таможенного контроля, называются инспекционно-досмотровыми комплексами (ИДК) и позволяют быстро и эффективно осмотреть содержимое интересующего объекта, без вскрытия последнего.Modern introscopy systems designed for the inspection of large-sized objects of customs control are called inspection and inspection complexes (IDC) and allow you to quickly and efficiently inspect the contents of the object of interest, without opening the latter.

В основе известных систем интроскопии, в частности комплексов ИДК, лежит принцип сканирования досматриваемого объекта с использованием ионизирующего излучения, в частности высокоэнергетического фотонного излучения (например, рентгеновского или гамма-излучения), создаваемого ускорителем электронов, или гамма-излучения радиоактивных изотопов. При прохождении через предметы и вещества, содержащиеся внутри досматриваемого объекта, ионизирующее излучение ослабляется и по изменению его интенсивности определяют характеристики просвечиваемых предметов, с последующим преобразованием данных сканирования в радиоскопическое изображение содержимого объекта. Подобные системы описаны, например, в документах RU 2430424, RU 2284511, RU 2305855.Known systems of introscopy, in particular, IDC complexes, are based on the principle of scanning an inspected object using ionizing radiation, in particular high-energy photon radiation (for example, X-ray or gamma radiation) generated by an electron accelerator, or gamma radiation of radioactive isotopes. When passing through objects and substances contained within the inspected object, the ionizing radiation is weakened and the characteristics of the objects being translucent are determined by changing its intensity, followed by the conversion of the scan data into a radioscopic image of the object's contents. Such systems are described, for example, in documents RU 2430424, RU 2284511, RU 2305855.

Комплекс ИДК, работающий по вышеупомянутому принципу, обычно содержит источник ионизирующего излучения, детекторный узел, предназначенный для сбора данных сканирования, средство перемещения детекторного узла вдоль объекта сканирования (либо средство перемещения самого объекта сканирования относительно детекторного узла), систему обработки и визуализации данных, полученных в результате сканирования, а также систему управления всеми элементами комплекса ИДК и систему обеспечения радиационной безопасности. В качестве примера такой системы можно привести комплекс ИДК HCVG-6040 компании Смите Хайманн (Smiths Heimann), описанный в источнике информации, размещенном на сайте .The IDK complex, operating according to the aforementioned principle, usually contains an ionizing radiation source, a detector assembly for collecting scan data, means for moving the detector assembly along the scan object (or means for moving the scan object itself relative to the detector assembly), a system for processing and visualizing data obtained in scanning result, as well as a control system for all elements of the IDK complex and a radiation safety system. As an example of such a system, the IDC complex HCVG-6040 of Smiths Heimann company described in the source of information available on the site can be cited.

Детекторные узлы, используемые в вышеописанных комплексах ИДК, представляют собой вертикальные или Г-образные детекторные линейки, содержащие чувствительные элементы, воспринимающие дошедшие до них высокоэнергетические фотоны (гамма-кванты) излучения, после их прохождения через сканируемый объект.The detector nodes used in the above-described IDC complexes are vertical or L-shaped detector arrays containing sensitive elements that perceive the high-energy photons (gamma-quanta) of radiation that have reached them after passing through the scanned object.

Чувствительные элементы представляют собой сцинцилляционные кристаллы, соединенные с фотодиодами, которые, в свою очередь, связаны с аналогово-цифровыми преобразователями (АЦП), преобразующими электрические сигналы фотодиодов в цифровые сигналы для их последующей передачи на удаленный компьютер, на котором происходит их окончательная обработка и визуализация.Sensitive elements are scintillation crystals connected to photodiodes, which, in turn, are connected to analog-to-digital converters (ADCs), which convert the electrical signals of photodiodes into digital signals for their subsequent transmission to a remote computer, on which they are processed and visualized .

Такой детекторный узел раскрыт, например, в статье "Принципы построения досмотровой рентгеновской техники", размещенной на сайте .Such a detector assembly is disclosed, for example, in the article "Principles for the Construction of Inspection X-ray Equipment" posted on the site.

На пути прохождения излучения от точки генерации излучения до точки детектирования на детекторной линейке информативные гамма-кванты претерпевают различные процессы взаимодействия и ослабления, что приводит к искажению полезного сигнала об объекте сканирования. Так, в частности, имеют место геометрические искажения, обусловленные, в частности, вертикальной или Г-образной формой детекторной линейки и приводящие к ухудшению качества радиоскопического изображения объектов сканирования, которое проявляется в их искаженном отображении.On the way radiation passes from the point of radiation generation to the detection point on the detector line, informative gamma rays undergo various interaction and attenuation processes, which leads to a distortion of the useful signal about the scanning object. So, in particular, there are geometric distortions caused, in particular, by the vertical or L-shaped shape of the detector line and leading to a deterioration in the quality of the radioscopic image of the scan objects, which is manifested in their distorted display.

Кроме того, вертикальная или Г-образная форма линейки способствует появлению на изображении нежелательных артефактов.In addition, the vertical or L-shaped form of the ruler contributes to the appearance on the image of unwanted artifacts.

Чувствительные элементы детекторного узла, как правило, объединены в детекторные модули, подключенные к многоканальным платам АЦП. Для оптимизации усилительных трактов отдельных каналов детектирования, минимизации шумов электроники и наводок от внешних источников требуется прямое (то есть, без использования промежуточных шлейфов) соединение детекторных модулей с многоканальными модулями АЦП. В то же время для достижения эффективной регистрации излучения, расходящегося веерным пучком из точки генерации источника излучения, необходимо, чтобы чувствительные элементы были расположены строго вдоль исходящих лучей. При этом оптимальным было бы расположение чувствительных элементов вдоль окружности с центром в точке генерации источника излучения. В случае применения вертикальной или Г-образной детекторной линейки ориентация чувствительных элементов таким образом, чтобы они располагались вдоль падающих лучей, неизбежно приводит к появлению разрывов в местах сочленения соседних узлов, состоящих из соединенных напрямую детекторных модулей и плат АЦП. В случае некачественной юстировки или ее нарушения, например, при вибрациях, возникающих при перемещении детекторного узла комплекса ИДК, наличие таких разрывов может приводить к перекрытию крайних чувствительных элементов соседних узлов плат или разрыву между этими крайними чувствительными элементами. В результате на сканированном изображении появляются горизонтальные полосы (артефакты) с шагом, равным количеству каналов детектирования на платах АЦП.Sensitive elements of the detector node, as a rule, are combined into detector modules connected to multi-channel ADC boards. To optimize the amplification paths of individual detection channels, minimize the noise of electronics and pickups from external sources, a direct (that is, without the use of intermediate loops) connection of detector modules with multichannel ADC modules is required. At the same time, in order to achieve effective registration of radiation diverging by a fan beam from the point of generation of the radiation source, it is necessary that the sensitive elements are located strictly along the outgoing rays. In this case, the location of sensitive elements along a circle centered at the point of generation of the radiation source would be optimal. In the case of using a vertical or L-shaped detector line, the orientation of the sensitive elements so that they are located along the incident rays inevitably leads to the appearance of gaps in the joints of adjacent nodes, consisting of directly connected detector modules and ADC boards. In the case of poor-quality adjustment or its violation, for example, due to vibrations arising from the movement of the detector assembly of the IDK complex, the presence of such gaps can lead to overlapping of the extreme sensitive elements of neighboring circuit boards or to a gap between these extreme sensitive elements. As a result, horizontal stripes (artifacts) appear on the scanned image with a step equal to the number of detection channels on the ADC boards.

Известно также выполнение детекторной линейки дугообразной формы. Так, в документе US 2013230104 раскрыт детекторный узел для сбора данных сканирования в системе интроскопии, содержащей источник ионизирующего излучения, имеющий корпус детекторного узла, в котором размещены детекторные модули, содержащие чувствительные элементы, выполненные с возможностью приема ионизирующего излучения и его преобразования в электрический сигнал, при этом корпус детекторного узла выполнен в форме дуги окружности с центром в точке генерации излучения источника ионизирующего излучения, причем чувствительные элементы расположены на одинаковом расстоянии от точки генерации излучения источника ионизирующего излучения и ориентированы перпендикулярно лучам, исходящим из источника ионизирующего излучения. Указанное устройство выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога заявленного изобретения.It is also known to perform a detector line of an arched shape. So, in the document US 2013230104, a detection unit for collecting scan data in an introscopy system comprising an ionizing radiation source having a detector unit housing in which detector modules are arranged comprising sensing elements configured to receive ionizing radiation and convert it into an electrical signal is disclosed wherein the body of the detector assembly is made in the form of an arc of a circle centered at the point of radiation generation of the ionizing radiation source, the sensitive elements being It was shared by the same distance from the radiation generating point source of ionizing radiation, and oriented perpendicularly rays emanating from a source of ionizing radiation. The specified device is selected by the applicant as the closest analogue of the claimed invention.

Указанная форма детекторной линейки позволяет избежать геометрических искажений, обусловленных вертикальной или Г-образной формой известных детекторных узлов.The specified shape of the detector line allows you to avoid geometric distortions due to the vertical or L-shaped shape of the known detector nodes.

Однако при установке и фиксации дугообразной детекторной линейки в ИДК возможны некоторые деформации корпуса детекторной линейки и, соответственно, вариации внешнего радиуса дуги в силу напряжений, возникающих внутри несущих элементов.However, when installing and fixing the arcuate detector line in the IDC, some deformations of the detector line case and, accordingly, variations in the external radius of the arc due to stresses arising inside the supporting elements are possible.

Таким образом, при использовании дугообразных линеек в ИДК возникает проблема точного позиционирования чувствительных элементов по дуге окружности с обеспечением их безразрывного соединения по всей дуге.Thus, when using arcuate rulers in the IDC, the problem arises of the exact positioning of sensitive elements along an arc of a circle with ensuring their continuous connection throughout the arc.

В техническом решении, являющемся ближайшим аналогом предложенного изобретения, описан способ оптимальной ориентации чувствительных элементов относительно источника излучения. Однако такая ориентация обеспечена в указанном решении сложным и дорогостоящим способом с применением дистанционно управляемых линейных приводов. Кроме того, указанное техническое решение не позволяет решить проблему точного позиционирования чувствительных элементов по дуге детекторной линейки с обеспечением их безразрывного соединения по всей дуге независимо от корпусных деформаций.The technical solution, which is the closest analogue of the proposed invention, describes a method for the optimal orientation of the sensitive elements relative to the radiation source. However, this orientation is provided in the specified solution in a complex and expensive way using remotely controlled linear drives. In addition, the specified technical solution does not allow to solve the problem of accurate positioning of the sensitive elements along the arc of the detector line with ensuring their continuous connection throughout the arc, regardless of the case deformations.

Таким образом, существует потребность в техническом решении, позволяющем повысить качество радиоскопического изображения за счет устранения геометрических искажений и артефактов, имеющих место на таком изображении при обработке данных сканирования с помощью известных детекторных узлов, а также обеспечить точное позиционирование чувствительных элементов относительно падающих лучей простым способом, не требующим применения дорогостоящего оборудования.Thus, there is a need for a technical solution that can improve the quality of a radioscopic image by eliminating geometric distortions and artifacts that occur on such an image when processing scan data using known detector nodes, and also provide accurate positioning of sensitive elements relative to the incident rays in a simple way, not requiring the use of expensive equipment.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Исходя из вышеизложенного, задачей изобретения является создание детекторного узла, позволяющего повысить качество радиоскопического изображения объектов сканирования в системе интроскопии за счет устранения геометрических искажений изображения и отсутствия на изображении артефактов, а также обеспечить оптимальную ориентацию чувствительных элементов относительно падающих лучей простым способом, не требующим применения дорогостоящего оборудования.Based on the foregoing, the objective of the invention is the creation of a detector node that can improve the quality of the radioscopic image of the objects being scanned in the introscopy system by eliminating geometric distortions of the image and the absence of artifacts in the image, as well as to ensure optimal orientation of sensitive elements with respect to incident rays in a simple way that does not require the use of an expensive equipment.

Указанная задача решена посредством создания детекторного узла для сбора данных сканирования в системе интроскопии, содержащей источник ионизирующего излучения, имеющего корпус детекторного узла, в котором размещены чувствительные элементы, выполненные с возможностью приема ионизирующего излучения и его преобразования в электрический сигнал, связанные с платами аналогово-цифровых преобразователей; причем корпус выполнен в форме дуги окружности с центром в точке генерации излучения источника ионизирующего излучения, а чувствительные элементы расположены на одинаковом расстоянии от точки генерации излучения источника ионизирующего излучения и ориентированы перпендикулярно лучам, исходящим из источника ионизирующего излучения.This problem is solved by creating a detector node for collecting scan data in an introscopy system containing an ionizing radiation source having a detector node housing that houses sensitive elements configured to receive ionizing radiation and convert it into an electrical signal associated with analog-to-digital circuit boards converters; moreover, the body is made in the form of an arc of a circle centered at the point of radiation generation of the ionizing radiation source, and the sensing elements are located at the same distance from the radiation generation point of the ionizing radiation source and are oriented perpendicular to the rays emanating from the ionizing radiation source.

При этом согласно изобретению чувствительные элементы связаны с аналогово-цифровыми преобразователями (АЦП) так, что детекторные модули чувствительных элементов и платы АЦП образуют единые узлы, размещенные на кронштейнах, выполненных с возможностью регулировки по трем степеням свободы, при этом ориентация чувствительных элементов относительно падающих лучей обеспечена путем последовательного размещения в корпусе указанных узлов (7) так, что между указанными узлами отсутствуют разрывы.Moreover, according to the invention, the sensitive elements are connected with analog-to-digital converters (ADCs) so that the detector modules of the sensitive elements and ADC boards form single units located on brackets made with the possibility of adjustment in three degrees of freedom, while the orientation of the sensitive elements relative to the incident rays provided by sequential placement in the housing of these nodes (7) so that between these nodes there are no gaps.

Как уже было упомянуто выше, при размещении чувствительных элементов вдоль дуги окружности с центром в точке генерации излучения источника излучения, удается избежать геометрических искажений, обусловленных вертикальной или Г-образной формой известных детекторных узлов.As mentioned above, when placing sensitive elements along an arc of a circle centered at the point of radiation generation of the radiation source, it is possible to avoid geometric distortions due to the vertical or L-shaped shape of the known detector nodes.

Оптимальную ориентацию чувствительных элементов относительно падающих лучей обеспечивают путем последовательного размещения в корпусе плат АЦП с подключенными к ним детекторными модулями чувствительных элементов. При этом, благодаря тому что узлы, состоящие из детекторных модулей чувствительных элементов и плат АЦП, расположены на кронштейнах, имеющих три степени свободы регулировки, обеспечивается точное позиционирование указанных узлов по дуге детекторной линейки, независимо от корпусных деформаций.The optimal orientation of the sensitive elements relative to the incident rays is achieved by sequentially placing ADCs in the case of ADC boards with the detector modules of sensitive elements connected to them. Moreover, due to the fact that the nodes consisting of detector modules of sensitive elements and ADC boards are located on brackets having three degrees of freedom of adjustment, the exact positioning of these nodes along the arc of the detector line is ensured, regardless of case deformations.

Таким образом, независимо от деформаций корпуса детекторной линейки, обеспечивается неразрывное соединение между соседними платами АЦП, что позволяет избежать относительного смещения чувствительных элементов в ходе рабочего цикла системы интроскопии, добиться равномерной геометрической дискретизации радиоскопического изображения и, как следствие, исключить наличие на полученном изображении артефактов.Thus, regardless of the deformation of the detector line case, an inextricable connection between adjacent ADC boards is ensured, which avoids the relative displacement of sensitive elements during the working cycle of the introscopy system, ensures uniform geometrical discretization of the radioscopic image and, as a result, eliminates the presence of artifacts in the resulting image.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить качество радиоскопического изображения за счет устранения геометрических искажений и артефактов, имеющих место на таком изображении при обработке данных сканирования с помощью известных детекторных узлов, а также обеспечить оптимальную ориентацию чувствительных элементов относительно падающих лучей независимо от корпусных деформаций простым способом, не требующим применения дорогостоящего оборудования.Thus, the proposed invention allows to improve the quality of the radioscopic image by eliminating geometric distortions and artifacts that occur on such an image when processing scan data using known detector nodes, and also to ensure optimal orientation of the sensitive elements relative to the incident rays regardless of the case deformations in a simple way, not requiring the use of expensive equipment.

Кроме того, размещение чувствительных элементов системы детектирования вдоль окружности с центром в точке генерации излучения позволяет эффективно производить калибровку рабочих каналов детекторного узла за счет отсутствия погрешности, обусловленной геометрическими искажениями.In addition, the placement of the sensitive elements of the detection system along a circle centered at the point of radiation generation makes it possible to efficiently calibrate the working channels of the detector assembly due to the absence of an error due to geometric distortions.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, чувствительные элементы содержат сцинцилляторные кристаллы и связанные с ними фотодиоды.In accordance with an embodiment of the invention, the sensing elements comprise scintillator crystals and associated photodiodes.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, источник ионизирующего излучения представляет собой источник тормозного излучения на основе ускорителя электронов.According to an embodiment of the invention, the ionizing radiation source is an electron accelerator-based bremsstrahlung source.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, ускоритель электронов является линейным ускорителем электронов.In accordance with one embodiment of the invention, the electron accelerator is a linear electron accelerator.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, ускоритель является циклическим ускорителем электронов.In accordance with another embodiment of the invention, the accelerator is a cyclic electron accelerator.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, источник тормозного излучения представляет собой рентгеновскую трубкуAccording to an embodiment of the invention, the bremsstrahlung source is an x-ray tube

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, источник тормозного излучения представляет собой источник радиоизотопного излучения.According to another embodiment of the invention, the bremsstrahlung source is a radioisotope source.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, в корпусе детекторного узла имеются средства доступа к чувствительным элементам.According to an embodiment of the invention, in the housing of the detector assembly there are means for accessing the sensing elements.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, корпус детекторного узла связан с системой климат-контроля с замкнутой системой циркуляции воздуха.According to an embodiment of the invention, the detector assembly housing is connected to a climate control system with a closed air circulation system.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Далее изобретение описано более подробно со ссылками на чертежи, на которых:The invention is further described in more detail with reference to the drawings, in which:

на фиг. 1 показана оптическая схема комплекса ИДК для досмотра транспортных средств, содержащего детекторный узел, выполненный в соответствии с предложенным изобретением;in FIG. 1 shows an optical scheme of the IDK complex for inspection of vehicles containing a detector assembly made in accordance with the proposed invention;

на фиг. 2 в аксонометрии показан фрагмент предложенного детекторного узла;in FIG. 2 is a perspective view showing a fragment of a proposed detector assembly;

на фиг. 3 в увеличенном масштабе показан участок I с фиг. 2, более подробно иллюстрирующий элементы предложенного детекторного узла.in FIG. 3 is an enlarged view of section I of FIG. 2, in more detail illustrating the elements of the proposed detector node.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Вариант осуществления изобретения описан на примере детекторного узла комплекса ИДК для досмотра транспортных средств.An embodiment of the invention is described by the example of the detector assembly of the IDK complex for vehicle inspection.

На фиг. 1 показана оптическая схема комплекса ИДК для досмотра транспортных средств, содержащего источник 1 ионизирующего излучения и детекторный узел 2.In FIG. 1 shows an optical scheme of the IDK complex for inspection of vehicles containing an ionizing radiation source 1 and a detector assembly 2.

Источник 1 ионизирующего излучения и детекторный узел 2 установлены на передвижной раме (не показана), представляющей собой портал с двумя расположенными друг напротив друга опорными базами, на одной из которых размещен источник 1 излучения, а на другой - детекторный узел 2.The ionizing radiation source 1 and the detector assembly 2 are mounted on a movable frame (not shown), which is a portal with two supporting bases located opposite each other, on one of which the radiation source 1 is located, and on the other the detector assembly 2.

Рама установлена на двух рельсах, один из которых соединен с базой, на которой установлен источник 1 ионизирующего излучения, а другой - с базой, на которой размещен детекторный узел 2, предназначенный для сбора и обработки данных сканирования. Рельсы служат для перемещения рамы относительно сканируемого объекта 3 (в данном примере представляющего собой грузовое транспортное средство), в ходе которого происходит перемещение веерного пучка, исходящего из источника 1 ионизирующего излучения.The frame is mounted on two rails, one of which is connected to the base on which the ionizing radiation source 1 is mounted, and the other to the base on which the detector assembly 2 is located, intended for collecting and processing scanning data. The rails are used to move the frame relative to the scanned object 3 (in this example, a cargo vehicle), during which the fan beam moving from the ionizing radiation source 1 is moved.

Конструкция рамы предусматривает возможность сканирования объекта 3 при перемещении рамы в обоих направлениях.The frame design provides for the ability to scan the object 3 when moving the frame in both directions.

Изобретение предусматривает также возможность использования стационарной рамы. В этом случае перемещение сканирующего пучка будет происходить за счет перемещения самого досматриваемого объекта относительно рамы.The invention also provides for the possibility of using a stationary frame. In this case, the movement of the scanning beam will occur due to the movement of the inspected object relative to the frame.

В данном примере источник 1 ионизирующего излучения представляет собой источник тормозного излучения, выполненный на основе ускорителя электронов.In this example, the ionizing radiation source 1 is a bremsstrahlung source based on an electron accelerator.

Такой источник может быть выполнен на основе линейного ускорителя электронов или циклического ускорителя электронов (например, бетатрона или микротрона).Such a source can be made on the basis of a linear electron accelerator or a cyclic electron accelerator (for example, a betatron or microtron).

Ионизирующее излучение, исходящее из источника может представлять собой, например, рентгеновское или гамма-излучение. Возможно также использование источника радиоизотопного излучения.The ionizing radiation emanating from the source may be, for example, x-ray or gamma radiation. It is also possible to use a source of radioisotope radiation.

Источник 1 ионизирующего излучения установлен напротив детекторного узла 2, так что при перемещении досматриваемого объекта вдоль рамы излучение, проходящее через указанный объект, попадает на чувствительные элементы детекторного узла.An ionizing radiation source 1 is installed opposite the detection unit 2, so that when moving the inspected object along the frame, the radiation passing through the specified object falls on the sensitive elements of the detection unit.

Помимо вышеупомянутых устройств, в состав комплекса ИДК может также входить система коллимации, система визуализации данных сканирования, система электропитания, система управления, система радиационной безопасности и другие системы, необходимые для функционирования комплекса ИДК в соответствии с его назначением. Указанные системы на фиг. 1 не показаны.In addition to the aforementioned devices, the IDK complex can also include a collimation system, a scan data visualization system, a power supply system, a control system, radiation safety system, and other systems necessary for the operation of the IDK complex in accordance with its purpose. Said systems in FIG. 1 are not shown.

На фиг. 2 показан детекторный узел 2, выполненный в соответствии с изобретением, а на фиг. 3 подробно показаны отдельные элементы данного детекторного узла 2.In FIG. 2 shows a detector assembly 2 made in accordance with the invention, and FIG. 3, the individual elements of this detector assembly 2 are shown in detail.

Детекторный узел 2 содержит корпус 4, экранированный от электромагнитного излучения и выполненный в форме дуги окружности с центром в точке генерации излучения (то есть в случае источника тормозного излучения - в фокусном пятне источника излучения).The detector assembly 2 comprises a housing 4 shielded from electromagnetic radiation and made in the form of a circular arc centered at the point of radiation generation (that is, in the case of a bremsstrahlung source, in the focal spot of the radiation source).

В корпусе 4 имеется окно (не показано) для ввода излучения, закрытое тонким непрозрачным материалом, не вызывающим ослабления проходящего сквозь него излучения, например поливинилхлоридом.In the housing 4 there is a window (not shown) for introducing radiation, covered with a thin opaque material that does not cause attenuation of the radiation passing through it, for example, polyvinyl chloride.

Корпус 4 соединен с жесткой опорной конструкцией, посредством которой он крепится к раме комплекса ИДК.The housing 4 is connected to a rigid support structure by which it is attached to the frame of the IDK complex.

Корпус 4 детекторного узла выполнен достаточно жестким для того, чтобы обеспечивалась стабильность взаимного расположения источника 1 излучения и указанного дугообразного корпуса 4 во всех рабочих режимах движения рамы комплекса ИДК, а также минимальные деформации корпуса при разгоне и торможении рамы. Под стабильностью в данном случае понимается как стабильность по относительному сдвигу рамы и корпуса 4 по направлению движения вдоль сканируемого объекта, так и по относительному вертикальному отклонению наклона плоскости трассы пучка.The housing 4 of the detector unit is made rigid enough to ensure the stability of the relative position of the radiation source 1 and the specified arcuate body 4 in all operating modes of the frame IDK complex, as well as minimal deformation of the body during acceleration and braking of the frame. In this case, stability is understood as stability in the relative shift of the frame and the casing 4 in the direction of movement along the scanned object, and in the relative vertical deviation of the inclination of the beam path plane.

Внутри корпуса 4 расположены чувствительные элементы, представляющие собой сцинцилляторные кристаллы, связанные с малошумящими фотодиодами (например, p-i-n фотодиодами). Указанные чувствительные элементы расположены на опорных пластинах, при этом на одной опорной пластине могут располагаться один, два, четыре или восемь чувствительных элементов, составляя, таким образом, детекторные модули.Sensitive elements are located inside the housing 4, which are scintillator crystals associated with low-noise photodiodes (for example, p-i-n photodiodes). These sensitive elements are located on the support plates, while one, two, four or eight sensitive elements can be located on one support plate, thus constituting the detector modules.

Детекторные модули связаны с электронными платами, содержащими многоканальные аналого-цифровые преобразователи, которые могут принимать сигналы от нескольких детекторных модулей. Размещение узлов 7, содержащих платы аналогово-цифровых преобразователей, соединенных с детекторными модулями, в дугообразном корпусе 4 показано на фиг. 3.Detector modules are connected to electronic boards containing multichannel analog-to-digital converters that can receive signals from several detector modules. The arrangement of the nodes 7 containing the boards of the analog-to-digital converters connected to the detector modules in the arc-shaped housing 4 is shown in FIG. 3.

Сцинцилляторные кристаллы под действием дошедшего до них ионизирующего излучения испускают микрочастицы видимого света, который затем в фотодиодах преобразуется в электрический сигнал. При этом величина электрического сигнала пропорциональна количеству попавших в чувствительный элемент фотонов (то есть интенсивности дошедшего до чувствительного элемента излучения). Аналогово-цифровые преобразователи осуществляют преобразование полученных от фотодиодов сигналов, их буферизацию и передачу в блок управления.Scintillator crystals, when exposed to ionizing radiation, emit microparticles of visible light, which is then converted into an electrical signal in photodiodes. In this case, the magnitude of the electric signal is proportional to the number of photons trapped in the sensitive element (i.e., the intensity of the radiation reaching the sensitive element). Analog-digital converters convert signals received from photodiodes, their buffering and transmission to the control unit.

В качестве сцинциллятора могут использовать, например, вольфрамат кадмия (CdWO4 или CWO) или цезий йод (Csl).As scintillator, for example, cadmium tungstate (CdWO4 or CWO) or cesium iodine (Csl) can be used.

В корпусе детекторного узла имеются средства 6 доступа к чувствительным элементами и электронным платам в виде боковых люков 6, выполненных по всей длине детекторного узла, благодаря чему обеспечена возможность доступа к элементам детекторного узла с целью их диагностики и замены.In the case of the detector assembly there are means 6 for access to the sensitive elements and electronic boards in the form of side hatches 6, made along the entire length of the detector assembly, which makes it possible to access the elements of the detector assembly for diagnosis and replacement.

Количество чувствительных элементов и электронных плат зависит от конкретной оптической схемы комплекса ИДК. При этом максимальное число каналов в системе ограничено количеством модулей аналогово-цифровых преобразователей.The number of sensitive elements and electronic boards depends on the specific optical design of the IDK complex. The maximum number of channels in the system is limited by the number of modules of analog-to-digital converters.

Корпус детекторного узла может быть связан с системой климат-контроля с замкнутой циркуляцией воздуха, обеспечивающей внутри корпуса параметры температуры и влажности, необходимые для надлежащего функционирования чувствительных элементов и электронных плат аналогово-цифровых преобразователей.The case of the detector assembly can be connected to a climate control system with closed air circulation, which provides the temperature and humidity parameters inside the case, which are necessary for the proper functioning of sensitive elements and electronic boards of analog-to-digital converters.

Длину детекторного узла 2 выбирают таким образом, чтобы обеспечить возможность полного сканирования досматриваемого объекта заданных габаритов в вертикальной развертке, а также наличие достаточного количества референс-каналов 8 вверху детекторной линейки. Такие референс-каналы 8 представляют собой каналы, незатеняемые объектом сканирования на протяжении всего цикла сканирования и необходимы для получения статистической оценки интенсивности излучения для компенсации нестабильности мощности дозы тормозного излучения от импульса к импульсу.The length of the detector node 2 is chosen in such a way as to ensure the possibility of a full scan of the inspected object of a given size in a vertical scan, as well as the presence of a sufficient number of reference channels 8 at the top of the detector line. Such reference channels 8 are channels that are not obscured by the scanning object throughout the entire scanning cycle and are necessary to obtain a statistical estimate of the radiation intensity to compensate for the instability of the dose rate of bremsstrahlung from pulse to pulse.

Сканирование подлежащего досмотру объекта 3 осуществляют путем перемещения рамы, на одной стороне которой расположен источник ионизирующего излучения, а на другой - предложенный детекторный узел 2, вдоль объекта. Прошедшее через сканируемый объект 3 излучение попадает на сцинцилляторные кристаллы чувствительных элементов детекторного узла 2 и посредством фотодиодов преобразуется в электрический сигнал, который затем оцифровывается путем обработки в аналогово-цифровых преобразователях. Полученные цифровые данные передают на удаленный компьютер, на котором происходит их окончательная обработка и визуализация на мониторе компьютера.Scanning of the object to be inspected 3 is carried out by moving the frame, on one side of which there is a source of ionizing radiation, and on the other, the proposed detector assembly 2, along the object. The radiation transmitted through the scanned object 3 is transmitted to the scintillator crystals of the sensitive elements of the detector unit 2 and is converted into an electrical signal by means of photodiodes, which are then digitized by processing in analog-to-digital converters. The received digital data is transmitted to a remote computer, on which they are finally processed and visualized on a computer monitor.

Благодаря тому что корпус 4 выполнен в виде дуги окружности с центром в точке генерации источника ионизирующего излучения, находящиеся в корпусе 4 чувствительные элементы расположены на одинаковом расстоянии от источника 1 излучения.Due to the fact that the housing 4 is made in the form of an arc of a circle centered at the point of generation of the ionizing radiation source, the sensitive elements located in the housing 4 are located at the same distance from the radiation source 1.

Кроме того, дугообразная форма корпуса 4 детекторного узла 2 позволяет разместить узлы 7, состоящие из плат аналогово-цифровых преобразователей и детекторных модулей чувствительных элементов, таким образом, чтобы между указанными узлами 7 не было разрывов.In addition, the arcuate shape of the housing 4 of the detector node 2 allows you to place the nodes 7, consisting of boards of analog-to-digital converters and detector modules of sensitive elements, so that between these nodes 7 there are no gaps.

Для обеспечения точного позиционирования чувствительных элементов вдоль дуги окружности и их безразрывного соединения необходимо предусмотреть внутри конструкции достаточное количество степеней свободы и юстировок плат с чувствительными элементами, чтобы выставить их по дуге окружности внутри корпуса независимо от корпусных деформаций.To ensure accurate positioning of the sensitive elements along the arc of a circle and their seamless connection, it is necessary to provide a sufficient number of degrees of freedom and alignment of the boards with sensitive elements inside the structure to expose them along the circular arc inside the case, regardless of the case deformations.

Для обеспечения прецизионного расположения узлов 7 по дуге окружности предусмотрено три степени свободы регулировок кронштейнов для крепления чувствительных элементов. Детекторная линейка состоит из набора секторов, на которых расположены шесть кронштейнов с узлами 7, содержащими платы АЦП и чувствительные элементы. В случае ИДК для досмотра автотранспортных средств количество секторов составляет 11 штук.To ensure the precision arrangement of nodes 7 along an arc of a circle, there are three degrees of freedom of adjustments of the brackets for attaching sensitive elements. The detector line consists of a set of sectors, on which there are six brackets with nodes 7 containing ADC boards and sensitive elements. In the case of the DCI for the inspection of vehicles, the number of sectors is 11 pieces.

Каждый сектор, состоящий из шести кронштейнов, индивидуально регулируется по двум степеням свободы, а каждый отдельный кронштейн с узлом 7 имеет радиальную регулировку.Each sector, consisting of six brackets, is individually regulated according to two degrees of freedom, and each individual bracket with node 7 has a radial adjustment.

Общее основание корпуса детекторной дуги, на котором крепятся сектора, также имеет три степени свободы, для совмещения фокуса детекторной линейки с фокусом ускорителя.The common base of the detector arc housing, on which the sectors are attached, also has three degrees of freedom, for combining the focus of the detector line with the focus of the accelerator.

Совокупность регулировок как отдельных элементов, так и всей дуги по нескольким степеням свободы позволяет обеспечить качественную коллимацию веерного пучка ИДК с дугообразной детекторной линейкой, расположить чувствительные элементы в точности по дуге окружности с центром в фокусном пятне ускорителя и обеспечить безразрывное позиционирование чувствительных элементов с шагом до 0,5 мм, в том числе в местах сочленений секторов по всей длине дуги.The combination of adjustments of both individual elements and the entire arc with respect to several degrees of freedom makes it possible to ensure high-quality collimation of the IDK fan beam with an arc-shaped detector ruler, to position the sensitive elements exactly along the circular arc centered in the focal spot of the accelerator, and to provide continuous positioning of the sensitive elements in increments of up to 0 , 5 mm, including at the joints of sectors along the entire length of the arc.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет получить высококачественное радиоскопическое изображение без геометрических искажений и артефактов, имеющих место на изображениях, полученных в системах интроскопии, использующих вертикальные или Г-образные детекторные узлы.Thus, the proposed invention allows to obtain a high-quality radioscopic image without geometric distortions and artifacts that occur on images obtained in introscopy systems using vertical or L-shaped detector nodes.

Очевидно, что изобретение не ограничено вышеописанным примером его осуществления и может быть также использовано для осуществления досмотра не только транспортных средств, но и других крупногабаритных объектов, например контейнеров, а также малогабаритных объектов, например багажа или ручной клади пассажиров.Obviously, the invention is not limited to the above-described example of its implementation and can also be used to inspect not only vehicles, but also other large-sized objects, such as containers, as well as small-sized objects, such as baggage or hand luggage of passengers.

Кроме того, принципы, лежащие в основе изобретения, могут быть использованы также для интроскопии любых других объектов, в частности, в целях медицинской диагностики.In addition, the principles underlying the invention can also be used for introscopy of any other objects, in particular for medical diagnosis.

Claims

1. The detector node for collecting scan data in an introscopy system containing an ionizing radiation source (1) having a detector body (4), in which there are sensing elements configured to receive ionizing radiation and convert it into an electrical signal, the housing ( 4) the detector assembly is made in the form of a circular arc centered at the point of radiation generation of the ionizing radiation source (1), and the sensitive elements are located at the same distance from the generation point from the teachings of the ionizing radiation source (1) are oriented perpendicular to the rays emanating from the ionizing radiation source, characterized in that the sensitive elements are connected to analog-to-digital converters (ADCs) so that the detector modules of the sensitive elements and ADC boards form single nodes (7), placed on brackets made with the possibility of adjustment according to three degrees of freedom, while the orientation of the sensitive elements relative to the incident rays is ensured by sequential placement in the body of said nodes (7) so that there are no gaps between said nodes.

2. The detector node according to claim 1, characterized in that the sensitive elements contain scintillator crystals and associated photodiodes.

3. The detector assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the ionizing radiation source (1) is a bremsstrahlung source based on an electron accelerator.

4. The detector node according to claim 3, characterized in that the electron accelerator is a linear electron accelerator.

5. The detector node according to claim 3, characterized in that the electron accelerator is a cyclic electron accelerator.

6. The detector node according to claim 3, characterized in that the bremsstrahlung source is an x-ray tube.

7. The detector node according to claim 1 or 2, characterized in that the bremsstrahlung source is a source of radioisotope radiation.

8. The detector assembly according to claim 1 or 2, characterized in that in the housing (4) of the detector assembly there are means (6) for accessing the sensitive elements.

9. The detector assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the housing (4) of the detector assembly is connected to a climate control system with a closed air circulation system.