專利名稱：康普頓背散射掃描機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種康普頓背散射掃描機(jī)(CBS-Compton BackscatterScanning)，它是基于光子與物質(zhì)相互作用中康普頓散射效應(yīng)的射線成象裝置。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的無損檢測(cè)和無損評(píng)價(jià)，民航機(jī)場(chǎng)、鐵路車站和各口岸、海關(guān)的炸藥與毒品的自動(dòng)檢測(cè)。
透射型工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描成象(TICT-Transmission IndustrialComputed Tomography)裝置在實(shí)際應(yīng)用中遇到許多問題，而CBS具有很多特點(diǎn)能彌補(bǔ)TICT之不足(1).TICT檢測(cè)物體缺陷的對(duì)比度與缺陷大小有關(guān)，而CBS檢測(cè)近似地與缺陷大小無關(guān)，因而CBS檢測(cè)缺陷的對(duì)比度比TICT的對(duì)比度高得多。
(2).TICT裝置由于源系統(tǒng)與探測(cè)器布放在被測(cè)物體的兩側(cè)，因此難以檢測(cè)大型物體。而CBS裝置的源系統(tǒng)與探測(cè)器位于被測(cè)物的同一側(cè)，因此不受被測(cè)物大小的限制。
(3).對(duì)于輕而薄的物體，CHS的靈敏度比TICT的靈敏度高得多。因此，CBS能探測(cè)非常薄的平面缺陷，甚至與薄板方向平行的那些缺陷。
(4).TICT多適用于對(duì)稱性物體的檢測(cè)，用有限投影(例如有限角或有限視)圖象重建算法可以處理非對(duì)稱性物體的數(shù)據(jù)，但該算法在實(shí)際應(yīng)用中尚有很多問題。而CBS是點(diǎn)或線列掃描，既可以垂直于物體斷面掃描又可以平行于斷面掃描，因此，CBS適用于多層的或幾何形狀復(fù)雜的物體的檢測(cè)。
(5).TICT技術(shù)適宜于高原子序數(shù)Z物質(zhì)的檢測(cè)，CHS尤其適宜于低原子序數(shù)Z物質(zhì)的檢測(cè)。
(6)TICT圖象重建須藉助于圖象重建算法，對(duì)圖象矩陣即投影數(shù)和射線和數(shù)有要求。而CBS不須經(jīng)過圖象重建階段，可以直接把檢測(cè)的散射光子計(jì)數(shù)排列起來即得到圖象。
目前，國(guó)際上現(xiàn)有的工業(yè)應(yīng)用的CBS裝置或系統(tǒng)，存在的共同問題是(1)、采用X射線源的CBS系統(tǒng)，裝置的體積和重量大，配套設(shè)備龐雜，成本高，有效檢測(cè)深度受到很大限制。
(2)、采用γ射線源的CBS系統(tǒng)，裝置的信噪比低，檢測(cè)速度慢，數(shù)據(jù)處理技術(shù)復(fù)雜。為了提高信噪比，國(guó)外的都用很強(qiáng)的γ射線源(例如25居里的137Cs源和10居里以上的60Co源，50～100居里的192Ir源)，很厚的屏蔽層，孔尺寸大的準(zhǔn)直器、多路的能量分辯率高的探測(cè)器(例如須工作在低溫下的高純鍺)，須具有很多配套設(shè)備的探測(cè)采傳裝置以及陣列處理機(jī)等，以致裝置大，重量重，輻射安全性較差，價(jià)格昂貴，而空間和密度分辯率并不高。這樣，國(guó)外至今尚未能生產(chǎn)出可供實(shí)用的小型的γ射線康普頓背散射掃描機(jī)。
本實(shí)用新型的目的是提供一種能檢測(cè)大型的、輕的、薄的、多層的、幾何形狀復(fù)雜的物體的實(shí)用的康普頓背散射掃描機(jī)。
本實(shí)用新型的又一目的是提供性能價(jià)格比好的、使用γ射線源的、高精度便攜式康普背散射掃描機(jī)。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)解決方案為康普頓背散射掃描機(jī)，主要由γ射線源及其屏蔽容器、探測(cè)采傳系統(tǒng)、掃描機(jī)械裝置、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和圖象處理、顯示系統(tǒng)等組成。其具體特征為(1)前準(zhǔn)直孔的方向(即初級(jí)射束前進(jìn)方向)與后準(zhǔn)直孔的方向(即散射射束進(jìn)入探測(cè)器的方向)之間的夾角為康普頓散射角，當(dāng)θ≥90°時(shí)，稱為康普頓背散射角。本實(shí)用新型采用康普頓背散射角為θ＝135°。這樣，γ輻射源和探測(cè)器均在被測(cè)物的同一側(cè)。
(2)采用中等能量的低活度γ輻射源1居里的137Cs和35居里的192Ir。
(3)整個(gè)掃描運(yùn)動(dòng)機(jī)械裝置分為掃描頭和組合式升降裝置兩個(gè)部分。掃描頭包括γ輻射源及其屏蔽容器，前準(zhǔn)直器和后準(zhǔn)直器，探測(cè)器及其屏蔽套，分為上、下兩層的拖板、導(dǎo)軌和絲杠。在掃描頭中，γ輻射源置于源屏蔽容器的中心，源屏蔽容器與前準(zhǔn)直器連接在一起安裝在下拖板上，下拖板支撐在下層導(dǎo)軌上，并與下層絲杠連接，下層絲杠配有步進(jìn)電機(jī)，組成下層運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)。把探測(cè)器插在探頭屏蔽套中，探頭屏蔽套與后準(zhǔn)直器連接在一起安裝在上拖板上，上拖板支撐在上層導(dǎo)軌上，并與上層絲杠連接，上層絲杠配有步進(jìn)電機(jī)，組成上層運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)。上、下兩層運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)共同組成結(jié)構(gòu)緊湊的、小型化的掃描頭，可作深度方向和橫向這樣二維掃描運(yùn)動(dòng)裝有前準(zhǔn)直器的源屏蔽容器及其安裝在一起的下拖板、下導(dǎo)軌和絲杠即下層運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)保持不動(dòng)，而插有探測(cè)器的探頭屏蔽套以及與其連接在一起的后準(zhǔn)直器由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠和上拖板沿上導(dǎo)軌動(dòng)動(dòng)，即只有上層運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)深度方向掃描運(yùn)動(dòng)；裝有前準(zhǔn)直器的源屏蔽容器與插有探測(cè)器的探頭屏蔽套一起由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠和下拖板沿下導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，即只有下層運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)橫向掃描運(yùn)動(dòng)。
(4)掃描頭藉助于組合式升降裝置的懸梁組件和導(dǎo)套掛在兩根平行的導(dǎo)柱上，兩根平行導(dǎo)柱由組合式升降裝置的底座和上橫梁固定，由后支撐腳輔助支撐，絲杠的一端安裝在懸梁組件上，另一端垂直地通過固定在中橫梁上的螺母。掃描頭藉助于中橫梁和絲杠由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿兩根平行導(dǎo)柱作第三維掃描即升降運(yùn)動(dòng)。
(5)藉助于可切換的微機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)CBS系統(tǒng)的三維掃描運(yùn)動(dòng)。
(6)探測(cè)采傳系統(tǒng)的特征是單路或多路碘化鈉〔NaI(tl)〕探測(cè)器和自動(dòng)的能譜測(cè)量分析系統(tǒng)即微機(jī)控制的多道脈沖幅度分析器。能譜測(cè)量分析系統(tǒng)主要由線性放大器、上、下閾甄別器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、微機(jī)接口等組成。
本實(shí)用新型可靠性好，分辨率高，能對(duì)大型的、輕的、薄的、多層的、幾何形狀復(fù)雜的物體進(jìn)行無損評(píng)價(jià)。
以下結(jié)合附圖和一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例(LBD101型高精度便攜式CBS掃描機(jī))對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述，使公眾進(jìn)一步理解本實(shí)用新型的上述目的和所能達(dá)到的效果，以便公眾更好地掌握本實(shí)用新型的技術(shù)手段，但本實(shí)用新型不受所述實(shí)施例限制。


圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施方案的總體方框圖；圖2為本實(shí)用新型一種實(shí)施方案的具體掃描頭結(jié)構(gòu)與二維掃描運(yùn)動(dòng)示意圖；圖3為本實(shí)用新型一種實(shí)施方案的總體結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實(shí)用新型一種實(shí)施方案的組合式升降裝置的側(cè)視圖。
各圖中的標(biāo)號(hào)表示的部件如下1.輻射源2.源屏蔽容器3.前準(zhǔn)直器4.后準(zhǔn)直器5.NaI(TL)探測(cè)器6.探頭屏蔽套7.線性放大器8.微機(jī)多道分析器9.微機(jī)接口10.微機(jī)11.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器12.打印機(jī)13.顯示器
14、高低壓電源15、被檢測(cè)物體16、掃描頭17、組合式升降裝置18、升降運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)19、深度方向運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌即上導(dǎo)軌20、橫向運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌即下導(dǎo)軌21、升降裝置的底座22、升降裝置的導(dǎo)柱23、升降裝置的懸梁組件24、升降裝置的導(dǎo)套25、升降裝置的中橫梁26、升降裝置的絲杠27、升降裝置的上橫梁28、升降裝置的后支撐腳29、深度方向運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)30、橫向運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)31、被測(cè)物中的檢測(cè)體積32、螺母33、上拖板34、下拖板35、上層絲杠36、下層絲杠實(shí)施例參見圖1，在CBS掃描系統(tǒng)中，裝在源屏蔽容器2中心的γ射線源1發(fā)出γ射線經(jīng)前準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直后入射到檢測(cè)物體15內(nèi)某個(gè)小體積31發(fā)生康普頓背散射。散射射線經(jīng)過后準(zhǔn)直器4到達(dá)插在探頭屏蔽套6中的探測(cè)器5被接收。探測(cè)器5輸出的信號(hào)經(jīng)過線性放大器7后由微機(jī)多道分析器8作分析，再經(jīng)微機(jī)接口9送至便攜式微機(jī)10進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果由打印機(jī)12打印或由顯示器13顯示。
參見圖2，裝有前準(zhǔn)直器3和γ輻射源1的源屏蔽容器2和與后準(zhǔn)直器4末端緊貼的、插在探頭屏蔽套6中的探測(cè)器5均在被測(cè)物體的同一側(cè)。裝有前準(zhǔn)直器3的源屏蔽容器2及其安裝在一起的下拖板34、下導(dǎo)軌20和下層絲杠36保持不動(dòng)，而插有探測(cè)器5的探頭屏蔽套6以及與其連接在一起的后準(zhǔn)直器4由步進(jìn)電機(jī)29驅(qū)動(dòng)上層絲杠35和上拖板33沿上導(dǎo)軌19運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)深度方向掃描運(yùn)動(dòng)。裝有前準(zhǔn)直器3的源屏蔽容器2和插有探測(cè)器5并與后準(zhǔn)直器4相接的探頭屏蔽套6一起由步進(jìn)電機(jī)30驅(qū)動(dòng)下層絲杠36和下拖板34沿下導(dǎo)軌20運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)橫向掃描運(yùn)動(dòng)。
參見圖3，掃描頭16藉助于連接在一起的懸梁組件23和導(dǎo)套24掛在兩根平行的導(dǎo)柱22上，兩根平行導(dǎo)柱22由升降裝置底座21和上橫梁27固定，絲杠26的一端安裝在懸梁組件上，另一端垂直通過固定在中橫梁25上螺母32，步進(jìn)電機(jī)18驅(qū)動(dòng)絲杠26上下運(yùn)動(dòng)，帶著掃描頭16沿兩根平行導(dǎo)柱22上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)升降掃描運(yùn)動(dòng)。
參見圖4，當(dāng)掃描頭16在組合式升降裝置上升到1米以上時(shí)，使用升降裝置的后支撐腳28，以保持整機(jī)架高時(shí)的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種康普頓背散射掃描機(jī)，其掃描運(yùn)動(dòng)機(jī)械裝置主要由掃描頭(16)和組合式升降裝置(17)組成，其前準(zhǔn)直孔的方向與后準(zhǔn)直孔的方向之同的夾角即康普頓散射角，大于90°時(shí)為背散射，其特征在于它把γ輻射源(1)置于源屏蔽容器(2)的中心，源屏蔽容器(2)與前準(zhǔn)直器(3)連接在一起安裝在下拖板(34)上，下拖板(34)支撐在下層導(dǎo)軌(20)上，并與下層絲杠(36)連接，下層絲杠(36)配有步進(jìn)電機(jī)(30)，組成下層運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，把探測(cè)器(5)插在探頭屏蔽套(6)中，探頭屏蔽套(6)與后準(zhǔn)直器(4)連接在一起，安裝在上拖板(33)上，上拖板(33)支撐在上導(dǎo)軌(19)上，并與上層絲杠(35)連接，上層絲杠(35)配有步進(jìn)電機(jī)(29)，組成上層運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，上、下兩層運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)共同組成結(jié)構(gòu)緊湊的、小型化的掃描頭(16)，可作深度方向和橫向這樣二維掃描運(yùn)動(dòng)，掃描頭(16)藉助于組合式升降裝置(17)的懸梁組件(23)和導(dǎo)套(24)掛在兩根平行的導(dǎo)柱(22)上，兩根平行導(dǎo)柱(22)由組合式升降裝置的底座(21)和上橫梁(27)固定，由后支撐腳(28)輔助支撐，絲杠(26)的一端安裝在懸梁組件(23)上，另一端垂直地通過固定在中橫梁(25)上的螺母(32)，掃描頭(16)藉助于中橫梁(25)和絲杠(26)由步進(jìn)電機(jī)(18)驅(qū)動(dòng)沿兩根平行導(dǎo)柱(22)作第三維掃描即升降運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種康普頓背散射掃描機(jī)，其特征在于所選取的康普頓背散射角為135°；所選取的輻射源(1)為中等能量的低活度γ輻射源1居里137Cs或35居里的192Ir。
專利摘要一種康普頓背散射掃描機(jī)，其掃描運(yùn)動(dòng)機(jī)械裝置，主要由掃描頭和組合式升降裝置組成。其特征是它把源屏蔽容器、前準(zhǔn)直器、后準(zhǔn)直器、探測(cè)器、探頭屏蔽套、步進(jìn)電機(jī)、上下兩層拖板、絲杠和導(dǎo)軌等組成結(jié)構(gòu)緊湊的、小型化的掃描頭，可作深度方向和橫向這樣二維掃描運(yùn)動(dòng)。將掃描頭配以組合式升降裝置、藉助于步進(jìn)電機(jī)和絲杠等便可沿兩根平行的導(dǎo)柱作第三維即升降掃描運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型可靠性好，分辨率高，能對(duì)大型的、輕的、薄的、多層的、幾何形狀復(fù)雜的物體進(jìn)行無損評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G01N23/02GK2262708SQ95240569
公開日1997年9月17日 申請(qǐng)日期1995年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月27日
發(fā)明者丁厚本, 王乃彥, 李虹, 汪偉, 戴傳芳, 周永, 邱佩璋, 張兆田, 王耦龍, 王曉春, 范立, 黃巖, 劉軍, 羅子產(chǎn) 申請(qǐng)人:丁厚本