CN102914555A

CN102914555A - L形结构的单源x射线透射与康普顿散射安检装置

Info

Publication number: CN102914555A
Application number: CN2012104679046A
Authority: CN
Inventors: 周永; 黄宁; 丁厚本; 安竹; 吴庆星; 陈旭; 吴章文; 邓伟成; 张珍; 王鹏; 范轶翔; 李彩袖
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: CN102914555B

Abstract

L形结构的单源X射线透射与康普顿散射安检装置。透射测量与康普顿散射测量共用一台X射线源。测量控制共用一台工控机。在康普顿散射探测器与L形透射探测器之间设置较厚的辐射屏蔽层。由X射线源与L形结构透射探测器阵列构成透射测量及成像的几何学结构；由扇形透射光子束在经过被测物而射出的经后准直器的背散射平行光子束与康普顿背散射探测器阵列构成背散射测量及成像的几何学结构；由扇形透射光子束在经过被测物而射出的经后准直器的前散射平行光子束与康普顿前散射探测器阵列构成前散射测量及成像的几何学结构。本装置价格更便宜、检测速度更快、灵敏度更高，能同时检测出金属武器、***、毒品等不同类型的违禁品，适用于重要的大型安检场所。

Description

L形结构的单源X射线透射与康普顿散射安检装置

一、技术领域

本发明专利涉及一种X射线安检***，具体是一种在行李安检机上使用的L形结构的单源X射线透射与康普顿散射安检装置及其检测方法。

二、背景技术

1. X射线透射方法：

国内外普遍采用这种方法，由于物质对X射线的吸收作用, 当X射线穿过被检物后会有一部分能量被吸收，不同种类的材料对X射线的吸收能力不同，穿过不同材料的X射线束到达探测器时的能量也是不同的。经过处理，探测器接收的能量大小以灰度级图像显示，这种方法只能检查出金属武器、刀具等，具有较大的局限性

2. 双能X射线透射方法：

近年来国内外采用双能X射线透射方法，双能X射线检测法识别材料的精度用分辨有效原子序数的精度来衡量。用于机场、海关、铁路等重要部门的安全检查设备大都是双能量、线扫描、透射型X射线检查设备，该类设备能同时得到被检物的低能和高能信息，并根据这两种信息计算出被检物品组成物质的有效原子序数Z_eff信息，从而实现对被检物品的分类和识别，可以将无机物从有机物中分离出来，如将行李中常见的玻璃等无机物分离出。但对 Z_eff值接近的塑料、织物、***物和毒品无法分辨，用背散射来解决。

3. X射线背散射方法： X射线与物质相互作用会发生透射、吸收和散射三种情况, 国内外的X 射线背散射(CBS) 方法就是用斩波轮和飞点扫描技术，在与透射光子方向成≧90⁰方向用背散射探测器阵列测量由被测物品上射出的背散射光子。背散射信号与被测物品的有效原子序数Z_eff有关，用背散射图像灰度显示可以将有机物、***物、毒品等进行分辨。而这种X 射线背散射安检装置检测效果还有不足，最严重的事故是：在美国亚特兰大***期间用这种背散射安检装置没有检查出***而造成现场***。美国近来研制和生产出背散射人体检查设备，仅2010年美国的78座机场就要安装450台，其结构复杂，检测速度较慢，价格昂贵，难于在发展中国家推广应用。

4. X 射线的计算机断层扫描成像(CT)方法：该方法适用大型行李包裹，美国通用智能科技公司生产的CTX9000行李检查***、美国L-3CSDS公司生产3DX***物探测***，其结构复杂。价格十分昂贵，更难于在发展中国家推广应用。

5. X 射线透射与康普顿散射（TR-CBS）相结合的检测方法：

四川大学与有关单位合作在国内首先研制成γ射线透射与背散射相结合台式安检机，由于γ放射源的辐射安全防护和保管问题，社会公众对这种安检机的认同度差，使其难于推广应用。

三、发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种能够同时全面、广泛检测行李中金属刀具、武器和毒品、***违禁品的单源X射线透射与康普顿散射安检装置。这种安检装置更适合中国国情、更易于在发展中国家推广应用、检测速度更快、检测效果更好、价格更加便宜。

本发明的目的是这样达到的：一种L形结构的单源X射线透射与康普顿散射安检装置，安装在行李安检机上。行李安检机包括机架、底座、左右侧壁、顶盖板、安检通道、传送带机。其特征在于：采用非对称宽扇形角的X射线源和L形透射探测器阵列，透射测量与康普顿前散射、背散射测量共用一台X射线源，，全部测量与控制共用一台工控机。在康普顿背散射探测器阵列、康普顿前散射探测器阵列与L形透射探测器阵列之间设置较厚的辐射屏蔽层。工控机安装在装置底座的一侧后方。

非对称宽扇形角的X射线源及其扇形前准直器安装在安检通道外一侧的中间并高于传送带，L形透射探测器阵列及其后准直器安装在安检通道的正上方和通道的左右两侧上端，L形透射探测器阵列与X射线源经过前准直器的非对称扇形透射光子束构成透射测量及成像的几何学结构。康普顿背散射探测器阵列安装在通道传送带的下面，康普顿背散射探测器阵列与被测物品上射出的康普顿背散射平行光子束构成康普顿背散射测量及成像的几何学结构。与康普顿背散射探测器阵列上下平行的康普顿前散射探测器阵列安装在安检通道的正上方，康普顿前散射探测器阵列与被测物品上射出的康普顿前散射平行光子束构成康普顿前散射测量及成像的几何学结构。

工控机安装在装置底座的左侧后方。

L形透射探测器阵列的高度和宽度、康普顿背散射与前散射探测器阵列的长度根据实际需要变化而不同。

X射线源采用体积小、稳定性高、扇形角宽的200W X射线机。

康普顿背散射探测器阵列和康普顿前散射探测器阵列是采用硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成的，具有国际标准接口；L形透射探测器阵列是采用硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成的探测器组件，具有国际标准接口。

康普顿散射测量数据采传***是由16路低噪声前置放大器、主放大器、多路模拟信号采集模块、模数变换器、可编程数据处理电路组成，设置USB接口输出；透射测量采用64路数据采传***，设置USB接口输出。

本发明的优点是：

1．L形结构的单源安检装置充分利用X射线透射（TR – Transmission Scanning）和康普顿散射（CS – Compton Scatter Scanning)的特点，利用X射线透射（TR）扫描技术获得行李包裹中各种物品的形状大小、密度厚度信息，显示为不同等级的灰度，由此测得清晰的透射图像而检测出金属武器、刀具等违禁品；进一步利用X射线康普顿背散射(CBS – Compton Backscatter Scanning) 与前散射（CFS – Compton Fontscatter Scanning)扫描技术获得行李包裹中各种物品的密度、有效原子系数信息，经过康普顿背散射数据处理和成像，由此测出***、毒品、汽油等违禁品，实现了采用一台X射线机同时实现全面安检的目的。

2．L形结构的单源安检装置全部测量与控制共用1台工控机。在康普顿背散射探测器、康普顿前散射探测器与X射线透射探测器之间设置较厚的辐射屏蔽层，屏蔽透射光子对康普顿光子测量的干扰和影响，使其透射测量与康普顿前散射、背散射测量共用1台X射线源。这种装置结构更简单、体积更小、控制通讯***更简化、检测速度更快、灵敏度更高、操作运行更便捷。

3．L形结构的透射探测器阵列更便于测得被测物品垂直方向的高度、违禁品上下遮挡层及高原子序数干扰物的密度厚度信息，有利于剔除这些遮挡层和干扰物对违禁品检测结果的影响，提高检测的准确性；上下平行的康普顿散射探测器阵列更便于测得被测物品水平方向的形状大小及位置，有利于提高违禁品检测的可靠性和安检质量。同时，L形结构的透射探测器阵列高度和宽度、上下平行的康普顿散射探测器阵列的长度可根据大、中、小型安检装置的变化而变化，更适应各类检测场所的需要。

4.通过X射线透射检测获得行李包裹中各种物品的清晰图像，由被测物的密度厚度信息，显示为灰度图像，并根据被测物中不同材料属性、原子序数范围，将图像着成蓝、绿、橙三种颜色，易于分辨其中隐藏的金属武器、刀具等违禁品；通过X射线康普顿前散射与背散射检测获得行李包裹中各种物品的密度、有效原子系数信息，用康普顿散射与透射测量相结合图像软件进行数据处理和成像，进一步将有效原子系数Z_eff<10的低系数有效原子，其密度又比织物、塑料等日常用品大而显橙色的***、毒品等违禁品显示成红色、黄色，再根据水、饮料等食品与汽油、酒精等易燃品的密度、等效原子系数差异将其汽油等易燃品显示为粉红色；这样，通过被测物品的一次透射与康普顿散射扫描测量就能同时检测出其中隐藏的金属武器、刀具、***、毒品、汽油等违禁品，大幅度提高了安检质量。这种装置最适用于机场、大型会场、涉外会议等高等级、重点防范的公共安全场所。

5.本装置可根据实际需要配置不同大小的探测器阵列，使用更加方便可靠，且价格更便宜、更实惠，更适合中国国情和发展中国家需求。

四、附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是使用本检测装置进行检测时的正视图，其中被检测物包括水等非违禁品及***、汽油等违禁品。

图3是图2的侧视图。

图4是L形结构的单源X射线安检装置康普顿散射探测采传***组件图。

图5是L形结构的单源X射线透射与康普顿散射安检装置检测软件流程图。

图中，1.工控机，2.装置底座，3.康普顿背散射探测器阵列，4.传动机支架，5.背散射探测后准直器，6.背散射探测器辐射屏蔽层，7.传送带，8.X射线源，9.非对称扇形透射光子束，10. 康普顿背散射平行光子束，11. L形透射探测器阵列，12.安检通道，13.透射探测后准直器，14. X射线源扇形前准直器，15.前散射探测后准直器，16. 康普顿前散射平行光子束，17.康普顿前散射探测器阵列，18.前散射探测器辐射屏蔽层，19.侧盖板，20.顶盖板，21.被测物，22.被测物中的***等违禁品，23.水、织物等非违禁品，24.汽油等易燃品。

图中，康普顿背散射探测器阵列3、康普顿前散射探测器阵列17，透射探测器阵列11安装在DH控制板上，设有USB通用接口。

五、具体实施方式

附图给出了本发明的实施例。

在本实施例中，发明的L形结构的单源X 射线安检装置的结构参见附图1。

全部测量与控制共用1台工控机1，工控机安装在安检通道12下方、装置底座2的后侧。X射线源8作为透射测量与康普顿前散射、背散射测量的共用射线源。本例选用一台国产的体积较小、稳定性高、非对称宽扇形角的200W X射线机为共用1台射线源。X射线源8及其X射线源扇形前准直器14安装在安检通道外一侧的中间并高于传送带。

L形透射探测器阵列11及其后准直器13安装在安检通道12外的正上方和通道外的左右两侧上端，L形透射探测器阵列11与X射线源8经过扇形前准直器的非对称扇形透射光子束9构成透射测量及成像的几何学结构。

康普顿背散射探测器阵列3与康普顿前散射探测器阵列17上下平行。康普顿背散射探测器阵列3及其后准直器5安装在通道传送带的下面，康普顿背散射探测器阵列3与被测物品上射出的康普顿背散射平行光子束10构成康普顿背散射测量及成像的几何学结构。康普顿前散射探测器阵列17及其后准直器15安装在安检通道外的正上方，康普顿前散射探测器阵列17与被测物品上射出的康普顿前散射平行光子束16构成康普顿前散射测量及成像的几何学结构。

在背散射探测器、前散射探测器与透射探测器之间分别设置较厚的辐射屏蔽层6和18，屏蔽透射光子对康普顿光子测量的干扰和影响，用以解决透射检测与康普顿背散射、前散射检测过程中共用1台X射线源互相干扰的问题。

本发明的安检过程参见附图2、3、5。

被检测物在经过检测传送带时，本检测装置将分别进行X射线透射和康普顿散射检测，采用X射线透射检测出武器、刀具等金属违禁品，采用康普顿散射检测毒品、***等违禁品，且确保两种检测互不干扰、测量准确。

检测过程如图5所示。当被检测物进入安检通道后，本装置启动光机和传送控制，在检测软件的控制下，进行透射TR检测数据和康普顿散CS射数据的采集，采集的数据将进行图像显示、TR轮廓提取、图像特征提取和刻度库数据的比对，最后，将结果着成彩色图像输出，如没有发现违禁品直接放行，如有违禁品则报警。

参见附图2、3。

透射测量：当隐藏有金属武器、刀具、***、毒品的被测物21放到安检通道12的入口的传送带7上后，传送到通道透射测量区域时，X射线源8并经过前准直器14的非对称扇形光子束穿过被测物后发出的透射光子束9，由L形透射探测器阵列11进行透射扫描测量，获得被测物21中各种物品的形状大小及其密度厚度信息，由此测出清晰的透射图像，显示为灰度图像。根据被测物中不同材料属性、原子序数范围，将图像着成蓝、绿、橙三种颜色，由此测出被测物21中隐藏的金属武器、刀具等违禁品。

康普顿散射测量：当被测物21在传送带7上传送到通道紧靠着透射测量区域的康普顿散射测量区域时，从被测物品上射出的康普顿背散射光子束10经背散射探测后准直器5由背散射探测器阵列3进行背散射扫描测量；同时，从被测物品上射出的前散射平行光子束16经前散射探测后准直器15由康普顿前散射探测器阵列17)进行前散射扫描测量。由背散射与前散射测量结果获得被测物21中隐藏***22、毒品、汽油24等违禁品的密度、有效原子系数信息，用康普顿背散射、前散射测量与透射测量相结合进行数据处理成像，进一步将Z_eff<10的有效原子系数低，其密度又比织物、塑料等日常用品大而显橙色的物质显示成红色、黄色，如***、毒品等危险品；又根据水、饮料等非违禁品23与汽油、酒精等易燃品24的密度、等效原子系数差异将其汽油24等易燃品显示为粉红色。

测试结果： X射线透射安检装置只能检查出用金属武器、刀具等，难于分辨织物、塑料、***、毒品等有效原子系数低的物质。用本发明的L形结构的单源X射线透射与背散射安检装置能同时检测出金属武器、刀具、***、毒品、汽油等有效原子系数低的违禁品，可以大幅度提高安检质量。

本实施例中，L形结构的单源X 射线安检装置的L形透射探测器阵列11采用象数尺寸为1.6×2.0mm²微型硅光电二极管(Si-PIN)和碘化铯(CsI(Tl))闪烁晶体制成的具有国际标准接口的探测器组件。康普顿背散射探测器阵列3和前散射探测器阵列17是自行研制的象数尺寸为5.8×5.8mm²小型硅光电二极管(Si-PIN)和碘化铯(CsI(Tl))闪烁晶体制成具有国际标准接口的探测器组件。

参见附图4。透射和康普顿散射测量数据采传***分别由64、16路低噪声前置放大器、主放大器、多路模拟信号采集模块、模数变换器、可编程数据处理电路、USB接口、低噪声电源等组成，结构简单、采集、传输可靠。

Claims

1.一种L形结构的单源X射线透射与康普顿散射安检装置，安装在行李安检机上，行李安检机包括机架、装置底座（2）、左右侧壁、顶盖板（20）、安检通道（12）、传送带（7），其特征在于：采用非对称宽扇形角的X射线源（8）和L形透射探测器阵列（11），透射测量与康普顿前散射、背散射测量共用一台X射线源（8），全部测量与控制共用一台工控机（1）；工控机（1）安装在底座（2）的一侧后方；在康普顿背散射探测器阵列（3）、康普顿前散射探测器阵列（17）与L形透射探测器阵列（11）之间设置较厚的辐射屏蔽层（6、18）；

非对称宽扇形角的X射线源（8）及其扇形前准直器（14）安装在安检通道外一侧的中间并高于传送带（7），L形透射探测器阵列（11）及其透射探测后准直器（13）安装在安检通道的正上方和通道的左右两侧上端，L形透射探测器阵列（11）与X射线源经过扇形前准直器（14）的非对称扇形透射光子束（9）构成透射测量及成像的几何学结构；康普顿背散射探测器阵列（3）安装在通道传送带的下面，康普顿背散射探测器阵列（3）与被测物品上射出的康普顿背散射平行光子束（10）构成康普顿背散射测量及成像的几何学结构；与康普顿背散射探测器阵列（3）上下平行的康普顿前散射探测器阵列（17）安装在安检通道的正上方，康普顿前散射探测器阵列（17）与被测物品上射出的康普顿前散射平行光子束（16）构成康普顿前散射测量及成像的几何学结构。

2.如权利要求1所述的安检装置，其特征在于：所述L形透射探测器阵列(11)的高度和宽度、上下平行的康普顿背散射与前散射探测器阵列（3、17）的长度根据实际需要变化而不同的。

3.如权利要求1所述的安检装置，其特征在于：X射线源（8）采用体积小、稳定性高、扇形角宽的200W X射线机。

4.如权利要求1所述的安检装置，其特征在于：工控机安装在装置底座（2）的左侧后方。

5.如权利要求1所述的安检装置，其特征在于：康普顿背探测器阵列（3）、康普顿前散射探测器阵列（17）是采用硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成的，具有国际标准接口；L形透射探测器阵列（11）是采用硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成的探测器组件，具有国际标准接口。

6.如权利要求1所述的安检装置，其特征在于：康普顿散射测量数据采传***是由16路低噪声前置放大器、主放大器、多路模拟信号采集模块、模数变换器、可编程数据处理电路组成，设置USB接口输出；透射测量数据由64路低噪声前置放大器、主放大器、多路模拟信号采集模块、模数变换器、可编程数据处理电路组成，设置USB接口输出。

7.如权利要求5所述的安检装置，其特征在于：所述康普顿探测器阵列（3、17）采用成象数尺寸为5.8×5.8mm²的小型硅光电二极管和碘化铯闪烁晶体制成具有国际标准接口的小型探测器组件。