專利名稱：一種爆炸物及毒品的聯(lián)合在線檢測儀及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于安檢分析儀，具體地說是一種臺式x光掃描初選/離子遷移譜爆炸物(毒品)聯(lián)合在線檢測儀，本裝置使用X光透視掃描篩選可疑物品，離子遷移譜精確測量相結合快速的對物品進行安全檢查。
技術背景多年來毒品走私和爆炸恐怖活動一直成為海關、航空、交通運輸打擊 犯罪、安全防范的重點。由于犯罪分子的犯罪手段越來越先進，使傳統(tǒng)的檢 測手段無能為力。如何提高鑒別精度,在高速流動的人群、貨物群中快速、 準確地將隱藏的毒品或炸藥檢測出來已成為一項十分緊迫和有待解決的技 術難題。形式的發(fā)展促使世界各國都在探索更加先進的安全檢查新技術、 新設備，例如中子探測器、毫米波安全檢査攝像機、微波全息攝影檢査法、核磁共振探測技術、Y射線檢査系統(tǒng)等。在各種已大量投入使用和趨于成熟 的安全檢査技術中，低成本，低劑量，可成像X射線安全檢查設備的應用最 為普遍。該設備是一種利用X射線的穿透能力，通過對監(jiān)視器上顯示的X光 透視物體的圖像來分辨物體的類型實現(xiàn)，對行李、貨物進行快速不開箱檢 查的系統(tǒng)。它能提供組成物體的物質的一些重要特性,其中最有用的信息就是物體的密度(P)和有效原子序數(shù)(Zeff)。從理論上來講,已知物體的密度和有效原子序數(shù)就可以準確的確定物質的類型，X射線檢測裝置已被看作是 安全防御的第一道防線。目前，雙能量穿透技術，多視角系統(tǒng)，非連續(xù)性散射等多種X射線技 術可以應用于違禁品探測領域,然而沒有任何一種技術可以單獨提供準確識 別物體的物質類型所需的兩個參數(shù)即密度和有效原子序數(shù)。由于各類技術 均有特定的使用環(huán)境和針對性,尤其在目前各種恐怖活動與違法犯罪行為更 具有一定的隱蔽性,單一使用任何一種技術設備都難以滿足安全防范技術及 反恐防爆的要求。所以有必要采用數(shù)據(jù)融合技術,所有的信息被結合在一起 以提高探測水平。離子遷移譜(Ion Mobility Spectrometry, IMS)技術是20世紀70年代出現(xiàn)的一種分析檢測技術，80年代該技術被應用于現(xiàn)場分析檢測，它的基本原理是在大氣壓條件下，待測樣品被電離形成離子，生成的離子在外加電場力作用下運動。在弱電場(小于1000V/cm)的范圍內，離子運動的 速度正比于電場強度，v=KE，這里v為離子的速度，E為電場強度，K為 離子遷移率，離子的遷移率在弱電場的范圍內為常數(shù)，其數(shù)值主要取決于 離子的結構、質量、電荷數(shù)和尾吹氣的種類等因素，不同的離子其遷移率3的數(shù)值有所不同。這樣，根據(jù)測量得到的遷移時間就可以推斷出樣品的成 分。離子遷移譜依據(jù)離子遷移率Ko來對不同化合物進行識別，K。是歸一化 后的約化遷移率，^,-《x^x^1，它是與離子的質量和結構以及漂移氣體分子的性質有關的常數(shù)，是離子遷移譜中用來識別物種的特征量。商品化儀器的分辨率在30左右。常見的小分子化合物K。的值一般在1.5 2.0 cm2v'、-之間。不同的化合物的K。值差別很小，如VUV光電離甲醛、乙 醛、丙酮和丁酮得到離子的K。的最大差別只有1%。單一電離源的離子遷 移譜的可分辨的化合物容量只有20—30。為解決這種低分辨引起峰重疊， 我們最近研制了 VUV光電離、放射性"Ni和尖端放電(CD)的離子遷移 譜儀，對常見的有機化合物，如甲醛、乙醛、丙酮和丁酮、苯系物、H2S 和HC1等化合物進行測量時發(fā)現(xiàn)，同一種化合物在不同的電離方式下可以 產(chǎn)生不同的離子，對應不同的遷移率；正負離子遷移譜也有很大的差別。 因此我們提出組合電離模式的離子遷移譜分析儀，拓寬了離子遷移譜測量 的化合物種類，同時極大地提高了離子遷移譜對樣品的快速識別與解析能 力。如單一遷移譜的分辨能力為10，三電離源的分辨能力可以達到103，考 慮單一電離源改變遷移管的正負極性，理論分辨能力可以達到106。 發(fā)明內容結合X射線掃描和離子遷移譜的優(yōu)點，本發(fā)明設計了 X光掃描初選/ 離子遷移譜爆炸物在線檢測儀；同時使用兩種爆炸物的探測技術，提高爆 炸物和毒品的檢出率以及檢測準確度。一種爆炸物及毒品的聯(lián)合在線檢測儀，由X射線安全檢查儀和離子遷 移譜儀組合而成。所述X射線安全檢杳儀為常規(guī)的臺式雙視角雙能量X射線安全檢査儀， 其包括行李運輸帶，X射線檢測儀雙視角成90度， 一個射線源設置在行 李運輸帶的上方，另外一個射線源設置在行李運輸帶側面的機架上。所述離子遷移譜儀為復合陣列型離子遷移譜儀，由正負離子檢測模 式、至少二種電離方式相組合，構成復合陣列型離子遷移譜儀，來實現(xiàn)對 復雜樣品的快速識別與解析。檢測儀應用時1) 將被測物品置于臺式雙視角雙能量X射線安全檢查儀的行李運輸 帶，由式的X射線檢測儀使用兩個角度、兩種能量的X射線對被測物品 進行掃描，使用臺式X光掃描初選確認是否為可疑物；2) 采用離子遷移譜進行可疑物質分析，對物品進行確認。 ^述正、負離子檢測模式采用同一套離子遷移管及其信號采集系統(tǒng)，所述電離方式為光離子化電離(VUV)、放射性"Ni電離、尖端放電電 離或電噴霧電離；所述復合陣列型離子遷移譜儀，指正、負離子檢測模式與二種電離方 式相組合，構成的同時檢測四路信號的復合陣列型離子遷移譜儀；所述至少二種電離方式相組合，是指復合陣列型離子遷移譜儀同時使 用兩種、三種或者四種以上所述的電離方式。所述二種電離方式組合分別由配有同一種電離源的離子遷移管及其 信號采集系統(tǒng)，或者配有另外一種不同電離源的離子遷移管及其信號采集 系統(tǒng)構成。本發(fā)明公開了一種臺式X光掃描初選/離子遷移譜爆炸物在線檢測儀。x射線檢測儀采用雙視角雙能量安檢儀，使用兩個角度，兩種能量的x射線進行掃描，提高圖像的清晰度，利于危險品的鑒定。離子遷移譜采用一 種復合陣列型離子遷移譜儀，由正、負離子檢測模式，至少兩種電離方式 相組合，構成復合陣列型離子遷移譜儀，來拓寬離子遷移譜測量的化合物種類，同時極大地提高離子遷移譜對樣品的快速識別與解析能力。x射線儀可以快速的進行行李的掃描，離子遷移譜能夠對可疑物進行精確的測量， 二者結合，縮短了行李檢測速度，提高了危險品的檢測準確度。


圖1為常規(guī)的雙視角X射線安檢示意圖；圖2復合陣列型離子遷移譜儀示意圖(VUV光電離源、放射性63Ni電 離源和放電電離源組合)；圖3苯乙烯在VUV光電離、放電電離和放射性63Ni電離，正離子檢 測模式下的遷移譜圖。圖中l(wèi)為滾軸電機，2為電源適配器，3為光障，4為傳送帶，5為探測 器與控制器，6為通迅數(shù)據(jù)接口， 7為射線源，8為錐形射線，9為準置器， IO為離子遷移譜陣列；ll為樣品，12為進樣系統(tǒng)，13為樣品前處理模塊， 14為VUV光電離源，15為放射源，16為尖端放電源，17為數(shù)據(jù)采集卡，18為 謹5。
具體實施方式
本發(fā)明公開了一種臺式X光掃描初選/離子遷移譜爆炸物在線檢測儀。X射線檢測儀采用雙視角安檢儀，使用兩個角度的x射線進行掃描，提高圖像 的清晰度，利于危險品的鑒定。被測的行李通過無極變速的傳送帶進入到x 射線檢測儀中，通過一光觸發(fā)器控制x射線的開關，在傳送帶的上端具有一 x射線源，該射線通過準置器后從行李物品的上方進行照射，與x射線相對 的位置上具有一探測器逐行采集穿過物體的x射線，通過晶體材料將x射線轉換成可見光，然后硅光電二極管對可見光進行探測和精確測量從而實現(xiàn)對x射線的探測，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)通訊接口進入到計算機中并轉化成一個二維灰度圖像。在行李前進方向的側面同樣有一個x射線發(fā)射裝置，該裝置與 上述x射線裝置相同，在垂直方向上進行掃描。離子遷移譜中，樣品經(jīng)過進樣紙(液體樣品可以把進樣紙浸入采集，固體樣品可以在樣品的表面進行擦拭取樣)進入到進樣系統(tǒng)中，進樣系統(tǒng) 加熱，樣品揮發(fā)后通過載氣吹入到電離系統(tǒng)，電離后，離子經(jīng)過離子門進 入到一均勻電場，該均勻電場是由高壓源通過串聯(lián)的電阻使得各不銹鋼金 屬環(huán)具有一定的電壓，聚四氟乙烯主要用來使各不銹鋼金屬環(huán)絕緣開，這 樣在離子遷移譜的內部腔體中便形成一定程度上相當均勻的軸向電場。離 子在電場力的作用下沿軸向向前運動。離子門用來控制離子以脈沖的方式 進入后面的遷移管中，不同的離子由于其遷移率的不同因而具有不同的漂 移速度，從而到達法拉第接收盤的時間不同，便形成了離子遷移譜圖。通 過電源極性變化，在同一臺離子遷移譜上我們可以實現(xiàn)正負離子檢測。
離子遷移譜采用一種復合陣列型離子遷移譜儀，由正、負離子檢測模式， 至少兩種電離方式相組合，構成復合陣列型離子遷移譜儀，來拓寬離子遷 移譜測量的化合物種類，同時極大地提高離子遷移譜對樣品的快速識別與 解析能力。X射線儀可以快速的進行行李的掃描，離子遷移譜能夠對可疑 物進行精確的測量，二者結合，縮短了行李檢測速度，提高了危險品的檢 測準確度。
為了提高離子遷移譜對樣品的分析識別能力，本發(fā)明將至少兩種電離方
式(這里以VUV光電離和放射性^Ni電離為例)，正、負離子兩種檢測模 式相結合，構成一種復合陣列型離子遷移譜儀如圖2所示。圖2給出的是 三種電離模式(如VUV光電離、放射性"Ni電離和放電電離)相組合所構 成的復合陣列型離子遷移譜儀的示意圖。各個遷移管可以單獨工作、同時 工作和組合工作，同時每套遷移管均可以進行正、負離子檢測模式切換。 這三套離子遷移譜儀共享漂移氣體的凈化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和保溫系統(tǒng)。離 子信號用微電流放大器分別放大后，進入多通道數(shù)據(jù)采集卡采集，計算機 對數(shù)據(jù)進行分析得到待測樣品的種類和濃度。 本發(fā)明裝置是按如下過程操作的
行李等物品通過傳送帶進入到X射線檢査系統(tǒng)中，如圖1所示，在檢
查區(qū)共有兩束x射線，這兩束x射線相互垂直，同時掃描，具有兩個探測 器，而且，發(fā)出的x射線具有高低兩個波段的能量，這樣通過雙重的掃描，
加上雙視角掃描，所得的兩路數(shù)據(jù)在計算機中經(jīng)過算法的計算，可以對隱
藏在其他覆蓋物中的物體得到更加清楚的三維圖像；
在雙能量X射線安檢系統(tǒng)中，X射線穿透物體，在探測器上分別得 到高能衰減和低能衰減。材料識別是利用特定物質對高能X射線和低能X 射線的衰減不同來確定，通常用高能X射線的衰減比上低能X射線的衰減， 或低能X射線的衰減比上高能X射線的衰減來區(qū)分材料，并用K值來表 示。K值與物質原子序數(shù)有著密切關系。由物質有效原子序數(shù)與K值關系 分析可知,Zeff與K值表達相同的物理特性，K值可由表征物質X射線衰 減特性的高能灰度值Gh和低能灰度值d計算得到，定義K二G,/Gh。對于連續(xù) 能譜、夾心探測結構的雙能量X射線安檢機，物質的X射線衰減特性還與物質的密度和厚度有關。在連續(xù)能譜下,G^I。e—"V^Grloe—u、dQ。這里"、 L,分別為連續(xù)能譜下的平均衰減系數(shù),d為物體厚度,Q為物質密度。對于單 一的Gh或G,，Lh或L,不反映材料識別特性，只有K:G,/Gh才反映材料識別 特性。這樣Gh或G,可看作是d和Q的函數(shù)，即f(Q,d)。如果將K值與f(Q,d) 做為兩個平面的相互垂直的坐標軸，就構成了一個材料識別平面。 根據(jù)炸藥、毒品探測的要求和圖象處理的特點，探測算法采用了機器智能與 人的智能相結合的技術路線。對一般包裹的電子剝離采用實時的剔除算法, 對特別背景材料采用人機交互的方式完成。
從人機交互拿到的樣品，由于包內物質不確定，那么可以通過與之相 聯(lián)用的陣列式離子遷移譜來進行進一步的鑒定。圖2給出的是三種電離模式 (如VUV光電離、放射性"Ni電離和放電電離)相組合所構成的復合陣列型 離子遷移譜儀的示意圖。如果是液體樣品，那么，可以把采樣紙直接的浸 入到液體樣品中，拿出進樣紙，直接加入到離子遷移譜中進行分析，比如 說是易燃物質苯乙烯，采用VUV光電離、放電電離和放射性"Ni電離，正離 子檢測模式下的遷移譜圖。從圖三中可以看出，苯乙烯在三種電離方式下 正離子的響應(無論是響應時間，還是響應強度)均不同。利用軟件對三 種電離方式的譜圖進行解析，可以為離子遷移譜識別樣品提供了更加豐富 的信息，提高了分析的準確性。固體樣品可以采用進樣紙在行李表面進行 擦拭的方法收集危險化學品，然后把進樣紙插進離子遷移譜進行分析。
權利要求
1.一種爆炸物及毒品的聯(lián)合在線檢測儀，其特征在于由X射線安全檢查儀和離子遷移譜儀組合而成。
2. 根據(jù)權利要求1所述檢測儀，其特征在于所述X射線安全檢喪儀 為常規(guī)的臺式雙視角雙能量X射線安全檢査儀，其包括行李運輸帶，X射線檢測儀雙視角成90度， 一個射線源設置在行李運輸帶的上方，另外一個射線源設置在行李運輸帶側面的機架上。
3. 根據(jù)權利要求1所述檢測儀，其特征在于所述離子遷移譜儀為 復合陣列型離子遷移譜儀，由正負離子檢測模式、至少二種電離方式相組 合，構成復合陣列型離子遷移譜儀，來實現(xiàn)對復雜樣品的快速識別與解析。
4. 一種權利要求l所述檢測儀的應用，其特征在于- 1) 將被測物品置于臺式雙視角雙能量x射線安全檢査儀的行李運輸 帶，由式的X射線檢測儀使用兩個角度、兩種能量的X射線對被測物品進行掃描，使用臺式X光掃描初選確認是否為可疑物；2) 采用離子遷移譜進行可疑物質分析，對物品進行確認。
5. 根據(jù)權利要求4所述檢測儀的應用，其特征在于所述正、負離子檢測模式采用同一套離子遷移管及其信號采集系統(tǒng)，通過采取正、負離 子檢測模式切換的方法來完成檢測。
6. 根據(jù)權利要求4所述檢測儀的應用，其特征在于所述電離方式為光離子化電離(VUV)、放射性"Ni電離、尖端放電電離或電噴霧電離； 所述復合陣列型離子遷移譜儀，指正、負離子檢測模式與二種電離方式相組合，構成的同時檢測四路信號的復合陣列型離子遷移譜儀；所述至少二種電離方式相組合，是指復合陣列型離子遷移譜儀同時使用兩種、三種或者四種以上所述的電離方式。
7. 根據(jù)權利要求4所述檢測儀的應用，其特征在于所述二種電離 方式組合分別由配有同一種電離源的離子遷移管及其信號采集系統(tǒng)，或者 配有另外一種不同電離源的離子遷移管及其信號采集系統(tǒng)構成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種臺式X光掃描初選/離子遷移譜爆炸物在線檢測儀。X射線檢測儀采用雙視角雙能量安檢儀，使用兩個角度，兩種能量的X射線進行掃描，提高圖像的清晰度，利于危險品的鑒定。離子遷移譜采用一種復合陣列型離子遷移譜儀，由正、負離子檢測模式，至少兩種電離方式相組合，構成復合陣列型離子遷移譜儀，來拓寬離子遷移譜測量的化合物種類，同時極大地提高離子遷移譜對樣品的快速識別與解析能力。X射線儀可以快速的進行行李的掃描，離子遷移譜能夠對可疑物進行精確的測量，二者結合，縮短了行李檢測速度，提高了危險品的檢測準確度。
文檔編號G01N23/02GK101644686SQ20081001273
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月8日 優(yōu)先權日2008年8月8日
發(fā)明者李海洋 申請人:李海洋