車輛輻射成像檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車上人員無需下車、車輛快速通過檢測通道的車輛輻射成像檢測系統(tǒng)，包括機架，機架上安裝有射線源、前準直器、陣列探測器，前準直器與陣列探測器之間形成檢測通道，其中大準直比的前準直器將射線準直成半影區(qū)寬度很小的扇形射線束，同時使其全影區(qū)寬度與陣列探測器射線入射窗寬度相匹配，既有效利用了全影區(qū)射線進行掃描成像，提高了圖像質(zhì)量，又減少了半影區(qū)射線和散射線對車上人員的照射，大大降低了乘員輻射劑量。該系統(tǒng)檢測劑量低，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，輻射安全控制區(qū)小，適合普通道路卡口、安檢口、海關(guān)通道和重要場所車輛出入口等處的高通過率車輛快速安全檢查。
【專利說明】車輛輻射成像檢測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種用透射式輻射成像方法對車輛進行非接觸式檢查的系統(tǒng)，更具體地涉及一種乘員無需下車，司機直接駕車以一定速度直接通過檢查設(shè)備進行輻射成像檢查的超低劑量、直通式車輛檢查系統(tǒng)。該方法采用低活度同位素g射線源或低強度X射線源，借助特殊設(shè)計的大準直比前準直器，使到達陣列探測器射線入射窗的射線寬度均勻并與入射窗寬度相適應(yīng)，射線半影區(qū)小，從而在降低車內(nèi)乘員受照劑量的前提下，提高圖像質(zhì)量。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于公安、安全、海關(guān)、交通、邊防等領(lǐng)域的道路卡口及重要場所的車輛直通式檢查，既能滿足ANSI N43.17標準對乘員和公眾的輻射安全要求，又提高了車輛檢查效率和通過率，不會造成交通擁堵。

【背景技術(shù)】
[0002]作為一種安檢手段，輻射成像檢測系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于海關(guān)、機場、碼頭、車站的貨物、貨車、集裝箱等的安全檢測中。這種檢測系統(tǒng)工作時，車上人員需下車從檢測通道外經(jīng)過，車輛由牽引機構(gòu)或拖動裝置拖過檢測通道，或車輛不動，檢測門架橫跨在車輛上，掃過被檢車輛，檢測速度一般為6?18m/min,即0.36?1.08km/h,通過率約10?30輛車,檢測效率較低，且需要拖動裝置或門架導軌，設(shè)備復(fù)雜。
[0003]隨著安保要求的提高，以載人為主的小客車、小轎車等車輛也被納入安檢范圍。針對交通流量遠大于貨車、集裝箱車的小型車，如果仍按檢測貨車的方式進行檢測，將因檢測效率低而大大降低車輛的通過率，造成交通擁堵。
[0004] 申請人:早先在CN101349657A專利申請中提出了一種轎車輻射成像檢測系統(tǒng)，為了提高檢測效率，其中曾提到可以由司機直接將被檢轎車開過檢測通道，但該系統(tǒng)的設(shè)計理念仍然以人車分過為主，由司機將車開過檢測通道只是臨時采取的應(yīng)急措施，而并非該系統(tǒng)的工作常態(tài)。
[0005]因此，設(shè)計出既滿足人體直接受到射線照射時的輻射安全標準要求，又能保證檢測圖像質(zhì)量，同時滿足車輛通行效率的輻射成像檢測系統(tǒng)成為擺在科研人員面前的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的需求，本發(fā)明的目的在于提供一種直通式車輛輻射成像檢測系統(tǒng)，當該系統(tǒng)檢測車輛時，車輛無需?？?，車上的司機和乘員無需下車，車輛以一定速度直接通過檢測通道，獲得包括司乘人員在內(nèi)的全車輻射掃描圖像。該系統(tǒng)在保證車上人員輻射安全的前提下，大大提高了車輛的檢測效率和通過率，且圖像質(zhì)量滿足檢測要求。該系統(tǒng)被檢車輛通過檢測通道的速度一般為例如6?20km/h,速度低于6km/h時,車上人員受照劑量會高于有關(guān)人體安檢劑量限值標準，速度高于20km/h時，圖像質(zhì)量差，不能滿足檢測要求。以該速度進行檢測時，車輛通過率可達500輛車/h，可滿足繁忙的公路安檢卡口、海關(guān)通關(guān)通道等的車輛通行率要求，不會造成交通擁堵。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明車輛輻射成像檢測系統(tǒng)包括機架，機架上安裝固定有射線源、前準直器、陣列探測器，前準直器與陣列探測器之間形成供車輛通過的檢測通道，其中，所述前準直器將射線源發(fā)出的射線準直成片狀扇形束，所述扇形束到達對應(yīng)所述陣列探測器中每個探測器入射窗時的全影區(qū)寬度都與該探測器射線入射窗的寬度相匹配。
[0008]進一步，所述扇形束全影區(qū)的張角跟所述陣列探測器與所述射線源圍成的包絡(luò)角相匹配。
[0009]進一步，所述扇形束全影區(qū)的張角等于或略大于由陣列探測器與射線源圍成的包絡(luò)角。
[0010]進一步，所述扇形束到達對應(yīng)所述陣列探測器中每個探測器入射窗時的全影區(qū)寬度等于或略大于該探測器射線入射窗的寬度。
[0011]進一步，所述前準直器的準直比為100?200。
[0012]進一步，所述探測器的入射窗寬度為5?30_。
[0013]進一步，所述射線源為活度0.8?8居里的鈷-60放射源，或225?450keV的X射線源。
[0014]進一步，所述機架為剛性框架結(jié)構(gòu)，包括上橫梁、下橫梁、左立柱、右立柱，所述射線源及所述前準直器安裝固定在上橫梁中，所述陣列探測器排布在左立柱、下橫梁、右立柱中并整體呈U形排布，陣列探測器在左、右立柱中的排列長度根據(jù)待檢測車輛的高度確定，左立柱、右立柱在各自所設(shè)置探測器的背部均設(shè)置有射線捕集器。
[0015]進一步，所述機架為剛性框架結(jié)構(gòu)，包括上橫梁、下橫梁、左立柱、右立柱，所述射線源及所述前準直器安裝固定在下橫梁中，所述陣列探測器排布在左立柱、上橫梁、右立柱中并整體呈倒U形排布，陣列探測器在左、右立柱中的排列長度根據(jù)待檢測車輛的高度確定，左立柱、右立柱在各自所設(shè)置探測器的背部均設(shè)置有射線捕集器。
[0016]進一步，所述左立柱、下橫梁或上橫梁、右立柱均為中空的箱型結(jié)構(gòu)，所述陣列探測器設(shè)置在左立柱、下橫梁或上橫梁、右立柱的空腔中，左立柱、下橫梁或上橫梁、右立柱面向所述檢測通道的側(cè)壁上，均設(shè)置有與其內(nèi)排布的探測器相對應(yīng)的狹縫。
[0017]進一步，所述狹縫上封蓋有薄板或薄膜。
[0018]進一步，所述前準直器上的射線出射口的輪廓形狀為與所述陣列探測器中探測器的排列形狀相對應(yīng)的相似的形狀。
[0019]進一步，所述檢測系統(tǒng)還包括基座，該基座上設(shè)置有下沉槽，所述機架通過其支腳固定在所述下沉槽中，并在支腳處設(shè)置減震裝置；機架的下橫梁位于下沉槽中，下橫梁的上方設(shè)置有供車輛駛過的路面結(jié)構(gòu)，該路面結(jié)構(gòu)與機架相分隔，并相對機架單獨支撐在基座上或基座之外的基礎(chǔ)上。
[0020]進一步，所述路面結(jié)構(gòu)支撐在所述下沉槽中設(shè)置的支架上。
[0021]本發(fā)明通過采用大準直比的前準直器，將扇形射線束準直成使其半影區(qū)寬度盡可能小，同時使其全影區(qū)寬度與探測器射線入射窗寬度相匹配，既滿足了盡可能利用全影區(qū)的有用射線用于掃描成像，提高輻射成像的圖像質(zhì)量，又盡可能減少了半影區(qū)的無用射線照射人體，同時減少散射射線照射人體，從而盡可能降低車上人員在檢測過程中受到的輻射劑量，為人車同檢提供了技術(shù)保障。
[0022]在對射線進行嚴格準直的基礎(chǔ)上，進一步將限定射線源的活度為0.8?8Ci，或低強度的X光機，則進一步降低了輻射劑量，保證了被檢車輛中司乘人員的輻射安全。
[0023]由于要求射線經(jīng)前準直器準直后的全影區(qū)寬度與探測器射線入射窗寬度相同或略寬，因此，為保證有效檢測，陣列探測器的每一個探測單元的射線入射窗都必須與扇形射線束嚴格對準。采用剛性框架結(jié)構(gòu)的機架為射線源、前準直器、陣列探測器相對位置的穩(wěn)定性提供了保障。
[0024]使扇形束全影區(qū)的張角跟陣列探測器與射線源圍成的包絡(luò)角相匹配，有助于減少散射射線，減少防護結(jié)構(gòu)。
[0025]另外，將路面結(jié)構(gòu)單獨支撐在基礎(chǔ)上而不與機架相連，可避免車輛經(jīng)過時的振動直接傳遞給固定在機架中的陣列探測器，而影響檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。在機架支腳處設(shè)置減震裝置，則可進一步降低外界振動對整個檢測門架的振動影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明車輛輻射成像檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中A-A視圖；
圖3為射線經(jīng)過前準直器準直后形成全影區(qū)和半影區(qū)的原理示意圖。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行說明。
[0028]圖1、圖2所示為本發(fā)明車輛輻射成像檢測系統(tǒng)的優(yōu)選實施例。
[0029]如圖1所示，該檢測系統(tǒng)包括機架、射線源、前準直器、陣列探測器、安裝基座。機架為剛性框架結(jié)構(gòu)，由上橫梁1、右立柱2、下橫梁3、左立柱4連接而成，上橫梁1、右立柱2、下橫梁3、左立柱4均為箱型結(jié)構(gòu)。射線源5、前準直器6安裝固定在上橫梁I上，并與上橫梁I對中。陣列探測器由若干個探測器8組成，每個探測器8中可以包含若干個探測器單元也可僅包含一個探測器單元；這些探測器8沿左立柱4、下橫梁3、右立柱2緊密排布，使組成的陣列探測器整體呈U形；各探測器8分別安裝在左立柱4、下橫梁3、右立柱2內(nèi)的空腔中。
[0030]當然亦可采用射線源5位于下橫梁3的中部，探測器8在左立柱4、上橫梁1、右立柱2中緊密排布呈倒U形的結(jié)構(gòu)形式，此時射線由下而上呈扇形，可獲得被檢車輛的仰視掃描輻射圖像。還可以采用將射線源5和陣列探測器分列在檢測通道的左右兩側(cè)，射線源5位于其中一個立柱下端，陣列探測器布設(shè)在另一個立柱和上橫梁中，整體呈倒L形，采用水平投影成像方式。
[0031]機架通過其兩個支腳11安裝固定在基座13上設(shè)置的下沉槽14中，支腳11與下沉槽14支撐面之間設(shè)置有減震墊12。機架的下橫梁3位于下沉槽14中，下橫梁3上方設(shè)置有供被檢測車輛通過的路面結(jié)構(gòu)16，該路面結(jié)構(gòu)16支撐在支架15上，支架15安裝固定在下沉槽14中，路面結(jié)構(gòu)16和支架15均與機架相分隔，避免車輛通過時的振動傳遞到機架上，影響檢測系統(tǒng)的工作。射線源5發(fā)出的射線經(jīng)前準直器6準直后由探測器8接收，前準直器6與由若干個探測器8組成的陣列探測器之間形成供被檢車輛通過的檢測通道，為此，探測器8沿左立柱4和右立柱2由下而上排列的長度根據(jù)待檢車輛的高度來確定，使得射線源5與陣列探測器形成的扇形掃描區(qū)涵蓋被檢車輛的橫斷面。左立柱4、下橫梁3、右立柱2面向檢測通道的側(cè)壁上均設(shè)置有供射線穿過的開口縫17，開口縫17的位置和寬度與探測器8的射線入射窗的位置和寬度相對應(yīng)，開口縫17外封蓋有薄板或薄膜(圖中未示出)。為了防止射線穿過左立柱4和右立柱2的外側(cè)，以減小門架兩側(cè)的輻射防護安全區(qū)，左立柱4和右立柱2的外側(cè)壁處還分別設(shè)置有射線捕集器7，其高度略大于兩側(cè)立柱中陣列探測器的長度。
[0032]如圖3所示，由于射線源5發(fā)出射線的區(qū)域，例如放射源的活性區(qū)或X光管的焦斑，均具有一定的空間形狀和尺度，因而射線源5發(fā)出的X或g射線經(jīng)前準直器6準直后會形成全影區(qū)18和半影區(qū)19，其中全影區(qū)18的射線強度均勻，是全強度射線，而半影區(qū)19的射線強度不均勻，且越靠近邊緣越低，是部分強度的射線。利用探測器來探測全影區(qū)射線穿透被檢物后的射線，可獲得良好的圖像質(zhì)量。雖然半影區(qū)的透射射線和所有的散射射線對成像都沒有貢獻，甚至影響圖像質(zhì)量，但這些射線同樣會照射到被檢物體上，也就會照射到被檢車輛中的司乘人員身上，無謂地增加乘員的輻射劑量。為此，本發(fā)明利用前準直器6將射線源5發(fā)出的射線準直成對應(yīng)每個探測器8的全影區(qū)寬度都與該探測器8的射線入射窗寬度相同或略寬。
[0033]在X或g射線輻射成像領(lǐng)域，射線源通常封閉在屏蔽金屬容器中，僅有一扁平扇形通道或錐形通道供射線出射，并緊貼出射口設(shè)置前準直器，然后緊貼前準直器設(shè)置快門(二者也可以交換位置)，其中快門用于開關(guān)射線，前準直器用于準直射線。前準直器的準直縫長度與寬度之比稱為準直比。由圖3可見，準直比越大，半影區(qū)19越小。在本發(fā)明中，為了盡可能減小半影區(qū)，進一步降低人體受照劑量，采用準直比為100?200的前準直器。準直比太小，半影區(qū)面積太大；準直比太大，前準直器就太長太重，既不經(jīng)濟、不美觀，也增加了門架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
[0034]由于陣列探測器在門架內(nèi)整體排布呈U形，為了使得經(jīng)準直后到達陣列探測器射線入射窗的扇形射線束的寬度一致，并與每個探測器8的射線入射窗寬度相匹配，前準直器6射線出射口的外輪廓形狀為與陣列探測器的排列形狀相對應(yīng)的相似的U形。
[0035]通過使射線的全影區(qū)寬度與探測器8的射線入射窗寬度相同或略寬，既保證了成像質(zhì)量，又盡最大可能減少了穿過檢測通道的射線的數(shù)量，從而將通過檢測通道的人員的照射劑量控制在安全范圍之內(nèi)，為人車同檢創(chuàng)造了條件。
[0036]因要求經(jīng)前準直器6準直后的射線的全影區(qū)寬度與探測器8的射線入射窗寬度相匹配，故機架需具有足夠的剛性，以保證射線源5、前準直器6、陣列探測器三者相對位置的穩(wěn)定性。
[0037]射線源5可采用活度為0.8?8Ci的鈷-60或銫-137等放射性同位素，或225?450keV的X光機。探測器8的射線入射窗寬度為5?30mm。
[0038]上述車輛輻射成像檢測系統(tǒng)工作時，人員從其檢測通道經(jīng)過一次檢測所受到的照射劑量可低至0.lmSv，僅相當于乘飛機I分鐘人體所接受的宇宙射線劑量，或一次牙科X光片劑量的1/100，滿足國際上最嚴苛的美國標準ANSI N43.17中人體安檢劑量￡0.25mSv的安全標準要求。
[0039]上述實施例中，射線源5位于檢測通道上方的上橫梁上，陣列探測器位于檢測通道兩側(cè)立柱和下橫梁中，整體呈U形，采用俯視成像方式。實際應(yīng)用中，射線源5也可以設(shè)置在檢測通道下方的下橫梁上，而將陣列探測器設(shè)置在檢測通道兩側(cè)立柱和上橫梁中，整體呈倒U形，采用仰視成像方式。當然，也可以將射線源5和陣列探測器分列在檢測通道的左右兩側(cè)，射線源5位于其中一個立柱下端，陣列探測器布設(shè)在另一個立柱和上橫梁中，整體呈倒L形，采用水平投影成像方式。
[0040]另外，在保證門架具有足夠剛性的情況下，也可采用其它結(jié)構(gòu)形式的機架。
[0041]本發(fā)明檢測系統(tǒng)不僅檢測劑量低，而且由于扇形束射線的張角和寬度都嚴格限定，并在兩側(cè)立柱背面設(shè)置捕集器，使其在橫向和縱向的輻射安全控制區(qū)都很小，且門架結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，適合普通道路卡口、安檢口、海關(guān)通道和重要場所車輛出入口等處的高通過率車輛快速安全檢查。
【權(quán)利要求】
1.一種車輛輻射成像檢測系統(tǒng)，包括機架，機架上安裝固定有射線源、前準直器、陣列探測器，前準直器與陣列探測器之間形成供車輛通過的檢測通道，其特征在于，所述前準直器將射線源發(fā)出的射線準直成片狀扇形束，所述扇形束到達對應(yīng)所述陣列探測器中每個探測器入射窗時的全影區(qū)寬度都與該探測器射線入射窗的寬度相匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述扇形束全影區(qū)的張角跟所述陣列探測器與所述射線源圍成的包絡(luò)角相匹配。
3.如權(quán)利要求2所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述扇形束全影區(qū)的張角等于或略大于由陣列探測器與射線源圍成的包絡(luò)角。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述扇形束到達對應(yīng)所述陣列探測器中每個探測器入射窗時的全影區(qū)寬度等于或略大于該探測器射線入射窗的寬度。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述前準直器的準直比為100?200。
6.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器的入射窗寬度為5?30mm。
7.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述射線源為活度0.8?8居里的鈷-60放射源，或225?450keV的X射線源。
8.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述機架為剛性框架結(jié)構(gòu)，包括上橫梁、下橫梁、左立柱、右立柱，所述射線源及所述前準直器安裝固定在上橫梁中，所述陣列探測器排布在左立柱、下橫梁、右立柱中并整體呈U形排布，陣列探測器在左、右立柱中的排列長度根據(jù)待檢測車輛的高度確定，左立柱、右立柱在各自所設(shè)置探測器的背部均設(shè)置有射線捕集器。
9.如權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述機架為剛性框架結(jié)構(gòu)，包括上橫梁、下橫梁、左立柱、右立柱，所述射線源及所述前準直器安裝固定在下橫梁中，所述陣列探測器排布在左立柱、上橫梁、右立柱中并整體呈倒U形排布，陣列探測器在左、右立柱中的排列長度根據(jù)待檢測車輛的高度確定，左立柱、右立柱在各自所設(shè)置探測器的背部均設(shè)置有射線捕集器。
10.如權(quán)利要求8或9所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述左立柱、下橫梁或上橫梁、右立柱均為中空的箱型結(jié)構(gòu)，所述陣列探測器設(shè)置在左立柱、下橫梁或上橫梁、右立柱的空腔中，左立柱、下橫梁或上橫梁、右立柱面向所述檢測通道的側(cè)壁上，均設(shè)置有與其內(nèi)排布的探測器相對應(yīng)的狹縫。
【文檔編號】G01N23/04GK104502377SQ201410818726
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】李立濤, 王立強, 談春明, 童建民, 黃毅斌, 劉金匯, 王振濤, 郭肖靜, 邢桂來, 鄭健 申請人:清華大學