專利名稱：自掃描式大型物體輻射檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自掃描式大型物體輻射檢測(cè)系統(tǒng)，屬輻射檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
為在不開箱情況下即可檢查集裝箱中的貨物，90年代初開始有拖動(dòng)式集裝箱檢測(cè)系統(tǒng)問世。如中國(guó)九龍海關(guān)1992年分別從德國(guó)海曼公司(Heimann)和英國(guó)宇航公司(British Aerospace)定購了兩套大型集裝箱檢測(cè)系統(tǒng)，分別裝于深圳文錦渡海關(guān)和皇崗海關(guān)，目前正在試運(yùn)行。其基本原理如圖1所示，在一幢能屏蔽射線的檢測(cè)通道內(nèi)，裝有固定不動(dòng)的、能產(chǎn)生高能X-射線的輻射源S和能接收穿過集裝箱的X-射線的陣列探測(cè)器D，專用的拖動(dòng)系統(tǒng)將裝有集裝箱的車輛(司機(jī)離車)拖過檢測(cè)通道，集裝箱在射線束中通過時(shí)，透過集裝箱而到達(dá)探測(cè)器的射線強(qiáng)度變化，反映箱中所裝物體的密度分布，將射線強(qiáng)度變換成圖象灰度，即可獲得箱內(nèi)所裝物體的透視圖象。
大型集裝箱長(zhǎng)達(dá)20米，連其運(yùn)輸車高達(dá)4米，寬2.5米，重達(dá)50噸。上述英國(guó)的系統(tǒng)在檢測(cè)時(shí)，先把載有集裝箱的車輛開上一個(gè)長(zhǎng)達(dá)20多米的機(jī)動(dòng)平板拖車，司機(jī)離車。然后開啟檢測(cè)通道入口的射線防擴(kuò)門，機(jī)動(dòng)平板拖車將集裝箱車送入檢測(cè)通道，關(guān)閉通道防擴(kuò)門。平板拖車隨后啟動(dòng)，加速到所需速度并通過已開放的X-射線。顯示器上就顯示出集裝箱內(nèi)所裝貨物的透視圖象。全車通過后關(guān)閉X-射線，機(jī)動(dòng)平板車減速直到停止。然后開通道門，將集裝箱車拖出通道，司機(jī)上車開走。從上述檢測(cè)原理可知，檢測(cè)通道長(zhǎng)度至少要60米，外部?jī)啥苏嫉亻L(zhǎng)度至少各40米。機(jī)動(dòng)平板車還須經(jīng)返回路軌回到入口。為達(dá)到二、三分鐘檢測(cè)一車集裝箱車的速度，需三輛機(jī)動(dòng)大平板車循環(huán)運(yùn)行。是一個(gè)十分龐大的拖動(dòng)系統(tǒng)，占地面積相當(dāng)于一個(gè)足球場(chǎng)。僅拖動(dòng)系統(tǒng)和有關(guān)建筑物就須耗資近1500萬元。而且此種戶內(nèi)外運(yùn)行的系統(tǒng)容易出故障，維修費(fèi)用每年達(dá)百萬元。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種自掃描式大型物體輻射檢測(cè)系統(tǒng)，將被測(cè)物體置于系統(tǒng)內(nèi)，使輻射源和探測(cè)系統(tǒng)相對(duì)被測(cè)物體作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到檢測(cè)目的，從而大大減小檢測(cè)場(chǎng)地，降低檢測(cè)系統(tǒng)成本，而且系統(tǒng)處于室內(nèi)，易于維護(hù)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的自掃描式大型物體輻射檢測(cè)系統(tǒng)，包括輻射源、準(zhǔn)直塔、探測(cè)塔、輻射源軌道、準(zhǔn)直塔軌道、探測(cè)塔軌道和掃描龍門。輻射源置于輻射源軌道上，準(zhǔn)直塔置于準(zhǔn)直塔軌道上，探測(cè)塔置于探測(cè)塔軌道上，掃描龍門支撐探測(cè)塔和準(zhǔn)直塔。被測(cè)物體置于探測(cè)塔軌道和準(zhǔn)直塔軌道之間，輻射源和掃描龍門同步移動(dòng)。準(zhǔn)直塔上有一準(zhǔn)直狹縫，探測(cè)塔上也有一準(zhǔn)直狹縫并有陣列探測(cè)器—信號(hào)處理器插件。


圖1是已有技術(shù)示意圖。
圖2-1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)的平面布置圖。
圖2-2是檢測(cè)系統(tǒng)的正視圖。
圖3-1、3-2、3-3分別是檢測(cè)系統(tǒng)中的探測(cè)塔的正視圖、側(cè)視圖和俯視圖。
圖4-1和圖4-2分別是檢測(cè)系統(tǒng)中的準(zhǔn)直塔的正視圖和俯視圖。
圖5-1和圖5-2分別是本發(fā)明所用的輕型電子直線加速器結(jié)構(gòu)的正視圖和俯視圖。
圖6是本探測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)探測(cè)器-信號(hào)處理器插件的實(shí)施例。
圖7是激光對(duì)位示意圖。
圖8是檢測(cè)系統(tǒng)的另一種平面布置圖。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
圖2-1和圖2-2是檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1是檢測(cè)通道入口，2是入口防護(hù)門，3是準(zhǔn)直塔軌道，4是輻射源軌道，5是輻射源，6是高能X射線(開門時(shí)關(guān)斷)，7是出口防護(hù)門，8是檢測(cè)通道出口，9是準(zhǔn)直塔，10是掃描龍門，11是探測(cè)塔，12是探測(cè)塔軌道，13是被測(cè)集裝箱，14是防護(hù)墻。
上述全部部件安裝在圖2的建筑物內(nèi)。掃描龍門10內(nèi)左邊是重約2.5噸的探測(cè)塔11，由六、七米高的陣列探測(cè)器和鉛合金做的射線準(zhǔn)直器(稱為后準(zhǔn)直器)組成，右邊是準(zhǔn)直塔9，為前準(zhǔn)直器；其余為鋼結(jié)構(gòu)件。圖2中右邊是能產(chǎn)生射線的輻射源5。射線通過準(zhǔn)直塔9的前準(zhǔn)直器狹縫，透射集裝箱后，通過后準(zhǔn)直器狹縫進(jìn)入陣列探測(cè)器。前、后準(zhǔn)直器使直射集裝箱的射線進(jìn)入探測(cè)器而阻擋散射射線對(duì)圖象的干擾。探測(cè)器吸收射線而輸出電荷，由信號(hào)處理電路變換成數(shù)碼，傳輸?shù)綀D象工作站。檢測(cè)時(shí)，在關(guān)閉射線后，開啟檢測(cè)通道進(jìn)出口的防護(hù)門。載有集裝箱的車輛直接開入檢測(cè)通道，司機(jī)下車離開檢測(cè)通道。關(guān)閉檢測(cè)通道進(jìn)出口的防護(hù)門，然后開通射線。輻射源和掃描龍門同步移動(dòng)，自行掃描集裝箱而獲得箱內(nèi)物體的透視圖象。檢測(cè)完畢，關(guān)斷射線，開通道門，司機(jī)將車開走。由此可知，本發(fā)明僅需建造一個(gè)30米長(zhǎng)的檢測(cè)通道。包括掃描系統(tǒng)在內(nèi)的建筑物寬度20米。
圖3-1、3-2、3-3是探測(cè)塔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，31是鉛合金塊做的后準(zhǔn)直器，二個(gè)合金塊之間是后準(zhǔn)直狹縫，32是絕緣支架，33是探測(cè)器-信號(hào)處理器插件，34是探測(cè)塔結(jié)構(gòu)鋼材。圖4-1、4-2是準(zhǔn)直塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，41是鉛合金塊做的前準(zhǔn)直器，二個(gè)合金塊之間是前準(zhǔn)直狹縫，42是準(zhǔn)直塔結(jié)構(gòu)鋼材。
本發(fā)明采用一套使輻射源5和掃描龍門10同步掃描的系統(tǒng)。又采用多項(xiàng)最新技術(shù)，使輻射源和掃描龍門的總重量?jī)H為4.5噸左右，并采用數(shù)控驅(qū)動(dòng)和激光掩模對(duì)位的分體同步掃描系統(tǒng)，從而使自行掃描成為可能。而且全部室內(nèi)運(yùn)動(dòng)，機(jī)電系統(tǒng)易于做到精密、可靠。
本發(fā)明系統(tǒng)中的輻射源采用可移動(dòng)輕型電子直線加速器。其結(jié)構(gòu)如圖5-1和5-2所示。圖中51是駐波加速管，52是電子槍，53是波導(dǎo)，54是磁控管微波源，55是調(diào)制器，56是聚焦線圈，57是靶材，58是鉛錐狹縫準(zhǔn)直器，59是準(zhǔn)直器支架，60是防震平臺(tái)，60’是加速管支架。駐波加速管51在幾十厘米的加速長(zhǎng)度內(nèi)就可將電子槍52發(fā)出的電子加速到6兆電子伏，并具有較大流強(qiáng)。加速功率由調(diào)制器55調(diào)制磁控管微波源54以脈沖方式經(jīng)波導(dǎo)53注入加速管。加速后的并經(jīng)過聚焦線圈57聚焦的電子進(jìn)入靶室轟擊鎢靶57，產(chǎn)生的X射線通過鉛錐準(zhǔn)直器58的狹縫成為垂直的扇形薄束射出。射線劑量可達(dá)800拉德/分·米，輻射源重量不超過300公斤；并且設(shè)計(jì)了防震系統(tǒng)，移動(dòng)距離可達(dá)100米。檢測(cè)速度要求不高時(shí)，輻射源也可采用放射性同位素，重量也僅為200公斤左右。
系統(tǒng)中的探測(cè)器可以采用各種類型的陣列探測(cè)器。輕巧的“閃爍體-光電二極管-用戶集成電路”一體化全固體陣列探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)，可以減輕探測(cè)塔的重量，這種陣列探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)的總重量不超過300公斤。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖中，61是閃爍探測(cè)器晶體，62是光電二極管，63是模擬信號(hào)處理器，64是16選1模擬多路開關(guān)，65是16位模擬數(shù)字變換器，66是編碼器與總線接口。
固體陣列探測(cè)器做成插件形式，一個(gè)插件包含16個(gè)或更多個(gè)閃爍晶體61和光電二極管62，射線在閃爍晶體中激發(fā)的熒光強(qiáng)度和入射的射線強(qiáng)度成正比。光電二極管將熒光變換成電荷，再由16通道信號(hào)處理器63變換成信號(hào)電壓，并進(jìn)形采樣保持。多路開關(guān)64依次將16路通道的電壓選送到模擬-數(shù)字變換器65變換成數(shù)碼，這些數(shù)碼經(jīng)編碼器66編碼后經(jīng)總線傳送到圖象工作站，形成一列一列的對(duì)集裝箱掃描后所產(chǎn)生的圖象。
本發(fā)明采用了先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，掃描龍門坐落在裝有標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)體的四條軌道上；探測(cè)塔和準(zhǔn)直塔分別由伺服電機(jī)傳動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)保證它們的同步，調(diào)節(jié)量每步0.2mm，起動(dòng)后在1m內(nèi)即可達(dá)到土5％的勻速，震動(dòng)幅度小于0.2mm。輻射源放在減震的運(yùn)載平臺(tái)上，運(yùn)載平臺(tái)由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，在滑軌上運(yùn)動(dòng)，并與掃描龍門嚴(yán)格同步。
為了在初始對(duì)位時(shí)和運(yùn)動(dòng)中保持輻射源與探測(cè)器對(duì)準(zhǔn)，使用了激光掩模圖象對(duì)位技術(shù)。其工作原理如圖7所示，圖中71是激光器，72是圖象接收器。掃描龍門上的激光器71發(fā)射一種掩模圖象(例如一個(gè)“十”字形圖案)到輻射源平臺(tái)的CCD圖象接收器72，發(fā)生位置偏差時(shí)，接收到的“十”字形激光圖象就發(fā)生位置偏差，產(chǎn)生校正碼給數(shù)控系統(tǒng)，隨時(shí)保持輻射源的源點(diǎn)和掃描龍門對(duì)準(zhǔn)。
同位素輻射源射線張角大，還可采用對(duì)角線透射方式，將輻射源裝在掃描龍門準(zhǔn)直塔的右邊，組成的自掃描檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特別緊湊，如圖7所示，圖中部件標(biāo)號(hào)含義與圖2-1相同。這種系統(tǒng)成本更低，但所得圖象是扇形投影，實(shí)物和圖象的大小比例因距離輻射源的遠(yuǎn)近不同而不同。然而此系統(tǒng)的造價(jià)可降到現(xiàn)有系統(tǒng)的1/3以下，對(duì)有的用戶仍很適用。
權(quán)利要求
1.一種自掃描式大型物體輻射檢測(cè)系統(tǒng)，包括輻射源、準(zhǔn)直塔、探測(cè)塔，其特征在于該系統(tǒng)還包括輻射源軌道、準(zhǔn)直塔軌道、控測(cè)塔軌道和掃描龍門、所述的輻射源置于輻射源軌道上，準(zhǔn)直塔置于準(zhǔn)直塔軌道上，探測(cè)塔測(cè)于探測(cè)塔軌道上，掃描龍門支撐探測(cè)塔和準(zhǔn)直塔，被測(cè)物體置于探測(cè)塔軌道和準(zhǔn)直塔軌道之間，輻射塔和掃描龍門同步移動(dòng)；準(zhǔn)直塔上有一準(zhǔn)直狹縫，探測(cè)塔上有一準(zhǔn)直狹縫并有陣列探測(cè)器—信號(hào)處理器插件。
2.如權(quán)利要求1所述的輻射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的輻射源為輕型電子直線加速器，該加速器由駐波加速管、電子槍、波導(dǎo)、磁控管微波源、調(diào)制器、聚焦線圈、靶材和鉛錐狹縫準(zhǔn)直器組成，電子槍發(fā)出電子，經(jīng)駐波加速管加速并經(jīng)聚焦線圈聚焦后進(jìn)入靶室并轟擊靶材，產(chǎn)生的X射線通過鉛錐狹縫準(zhǔn)直器后射出。
3.如權(quán)利要求1所述的輻射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的探測(cè)器一信號(hào)處理器插件為閃爍體-光電二極管-用戶集成電路，由閃爍探測(cè)器晶體、光電二極管、模擬信號(hào)處理器、16選1模擬多路開關(guān)、16位模擬數(shù)字變換器和編碼器與總線接口組成；光電二極管將閃爍探測(cè)器晶體接收到的熒光變換成電荷，由模擬信號(hào)處理器作信號(hào)變換及采樣保持，16選1模擬多路開關(guān)將電壓信號(hào)選送到16位模擬數(shù)字變換器，該數(shù)碼經(jīng)編碼器和總線接口由光纜傳輸?shù)娇偪厥业膱D象工作站。
4.如權(quán)利要求1所述的輻射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的掃描龍門上設(shè)置有激光器，輻射源平臺(tái)上設(shè)置有圖象接收器，激光器發(fā)射圖象，由圖象接收器接收，掃描龍門和輻射源發(fā)生位置偏差時(shí)，接收器產(chǎn)生校正碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自掃描式大型物體輻射檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輻射源、準(zhǔn)直塔、探測(cè)塔、軌道和掃描龍門。輻射源置于軌道上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)直塔和探測(cè)塔置于另一組軌道上，并與輻射源一起，由伺服電機(jī)帶動(dòng)作同步運(yùn)動(dòng)。被測(cè)大型物體置于準(zhǔn)直塔軌道和探測(cè)塔軌道之間，來自輻射源的射線通過準(zhǔn)直塔，透射集裝箱后進(jìn)入探測(cè)塔的陣列探測(cè)器，探測(cè)器吸收射線而輸出電荷，變換成數(shù)碼后傳輸?shù)綀D象工作站。本系統(tǒng)占地小、成本低、處于室內(nèi)，易維護(hù)。
文檔編號(hào)G01T1/00GK1133440SQ9510304
公開日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1995年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月31日
發(fā)明者王經(jīng)瑾, 康克軍, 林郁正, 張靜懿, 錢永庚, 李春江, 沈樂年, 莊人遴, 張化一, 高文煥, 王俊明 申請(qǐng)人:清華大學(xué)