一种双检查模式探测器

技术领域

本发明涉及X射线探测器技术领域，具体涉及一种双检查模式探测器。

背景技术

背散射成像，是用一定能量的X射线照射物体，收集从物体反向散射的X射线，并进行采集分析，得到物体表层的图像的技术。对于常规成像安全检查，通常使用高能X射线透射探测器检查设备；对于放射性物质的监测，通常使用专用的辐射探测器。对于海关检验检疫部门而言，一方面对进出口货物和人员的随身旅行箱包要进行全面辐射检查，确保没有放射性物质；另一方面，对其中可能夹带的诸如种子、器官、药品和野生动植物制品等违禁有机物质，又要进行卫生检验检疫方面的查验，而高能X射线探测器设备对量少的低密度有机物检测，漏检的机率较大。面对这种需求，通常需要采购两种或多种检测设备依次分别检查，还必须建设多处固定场地及相关建筑设施，占用空间多、成本高昂，而且检测灵活性、适用性较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种双检查模式探测器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双检查模式探测器，包括前屏组件、箱体组件和光电倍增管组件，所述前屏组件安装在箱体组件的前端，所述光电倍增管组件安装在所述箱体组件的后端，所述光电倍增管组件的入射端位于箱体组件内，引脚端位于箱体组件外；所述前屏组件包括前屏面板、闪烁晶体和玻璃；前屏面板包括有正方形外框以及设于正方形外框内的固定孔阵列，固定孔阵列中每个固定孔内均从前往后依次固定有闪烁晶体和玻璃；所述闪烁晶体的外周缘通过反射胶和所述固定孔的内周缘连接，所述玻璃和闪烁晶体之间填充有耦合胶，玻璃的外周缘和固定孔的内周缘之间填充有耦合胶。

进一步地，所述闪烁晶体为碘化钠晶体或碘化铯晶体。

进一步地，所述箱体组件包括内壁侧反射膜、外侧铅板、内壁端反射膜和外端铅板，外侧铅板围成中空的箱体主体，所述外端铅板设于所述箱体主体的后端，所述外侧铅板的内侧壁设有内壁侧反射膜，所述外端铅板朝向箱体主体内部的一侧设有内壁端反射膜；所述箱体主体的前端固定连接于所述前屏面板；所述光电倍增管组件固定于所述箱体主体的后端，与所述外端铅板固定连接，其入射端位于所述箱体主体内，引脚端位于所述箱体主体外。

更进一步地，所述箱体主体呈从前往后逐渐缩小的四棱台结构。

更进一步地，所述光电倍增管组件包括光电倍增管、管座和光反射层，所述光电倍增管固定连接于所述箱体组件的后端，其入射端的侧表面设有所述光反射层，引脚端连接于所述管座。

进一步地，所述前屏面板上设置有图像数据采集卡和放射性信号采集卡，所述图像数据采集卡和放射性信号采集卡分别与所述光电倍增管组件通过信号线通讯连接，并通讯连接于工作站，所述工作站还控制连接有X射线发生器。

进一步地，所述正方形外框的四边分别开设有若干圆孔，部分圆孔用于与箱体组件固定，部分圆孔用于外部设备或支撑结构连接。

进一步地，所述固定孔为三层阶梯孔，所述三层阶梯的内周缘的边长从前往后逐渐增大，所述闪烁晶体固定在三层阶梯孔的最前方的阶梯内，所述玻璃固定在三层阶梯孔的最后方的阶梯内，并且玻璃的前端嵌合在三层阶梯孔的中间层阶梯内。

进一步地，闪烁晶体采用折射率为1.8的碘化钠晶体或碘化铯晶体制成。

进一步地，前屏面板采用碳纤维板制成。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明探测器中，通过固定孔阵列的方式安装闪烁晶体，可以使得前屏面板上能够安装的闪烁晶体尺寸增大，使得探测器入射面上晶体面积占比率高。

(2)本发明探测器中，通过采用三层阶梯孔作为固定孔，三层阶梯孔的每层阶梯保证孔内依次安装定位闪烁晶体和光学玻璃，设计预留胶封结构，晶体的密封效果好，且不易潮解、老化和变形。

(3)本发明探测器采用能量分辨率高、可探测到全能峰的碘化钠晶体作为闪烁晶体，既能满足X射线背散射信号灵敏度高的性能要求，又能实现放射性辐射信号采集分析报警的功能，在两种工作模式下，可分别进行背散射成像检查和放射性监测报警。

(4)本发明探测器结构简洁模块化设计，整体拆装方便，可以按用途组合多个探测器得到所需探测面积，适用性强，能广泛应用于固定式或者车载式安全检查设备上。

(5)本发明探测器采用碳纤维板材料制作前屏面板，密度低、强度高，射线入射衰减小。

(6)本发明探测器中，前屏面板上布置闪烁晶体的区域内，没有任何金属材料，也没有螺纹(孔)等结构。此设计极大地降低了金属铝材和螺纹(孔)结构对反向入射信号的不利影响，具有二次散射小的优点，提高了背散射图像再生和放射性监测的信噪比。

附图说明

图1为本发明实施例1中的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1中的截面示意图；

图3为本发明实施例1中的前屏面板结构示意图；

图4为图3的局部放大示意图；

图5为本发明实施例1中闪烁晶体的结构示意图；

图6为本发明实施例1中前屏面板、闪烁晶体和玻璃的封装示意图；

图7为本发明实施例1中双检查模式探测器和图像数据采集卡、放射性信号采集卡的连接示意图；

图8为本发明实施例2中的前屏面板结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

本实施例提供一种双检查模式探测器，如图1-7所示，包括前屏组件1、箱体组件2和光电倍增管组件3；所述前屏组件1包括前屏面板11、闪烁晶体12和玻璃13，所述闪烁晶体12和玻璃13均固定在所述前屏面板11上，所述玻璃13位于闪烁晶体12的后方；所述箱体组件2包括内壁侧反射膜22、外侧铅板23、内壁端反射膜24和外端铅板25，外侧铅板23围成中空的箱体主体21，所述外端铅板25设于所述箱体主体21的后端，所述外侧铅板23的内侧壁设有内壁侧反射膜22，所述外端铅板25朝向箱体主体21内的一侧设有内壁端反射膜24；所述箱体主体21的前端固定连接于所述前屏面板11；所述光电倍增管组件3固定于所述箱体主体的后端，与所述外端铅板25固定连接，其入射端位于所述箱体主体内，引脚端位于所述箱体主体21外；所述前屏面板11上设置有图像数据采集卡4和放射性信号采集卡5，所述图像数据采集卡4、放射性信号采集卡5分别与所述光电倍增管组件通过信号线通讯连接。

进一步地，还包括有工作站，图像数据采集卡4、放射性信号采集卡5和所述工作站通讯连接；所述工作站还控制连接有X射线发生器。

上述双检查模式探测器在工作时，光电倍增管组件将采集到的信号接入图像数据采集卡或放射性信号采集卡，图像数据采集卡和放射性信号采集卡与工作站互联。当探测器处于背散射工作模式时，工作站根据图像数据采集卡采集的数据得到再生图像并通过显示器实时显示；当探测器处于放射性监测报警模式时，工作站根据放射性信号采集卡采集的信号进行判断，如果监测区域的采集信号超过的正常阈值，工作站触发声光报警指令，从而可以实现双检查模式探测。

光电倍增管组件的工作原理在于将其入射端接收到的微弱光信号，在其内部先转变为微小的电信号，然后再经过多级放大输出给图像数据采集卡或放射性信号采集卡。前屏组件1的作用是将接收到的X射线信号转化成光信号，箱体组件2的作用是提供封闭的空间来聚合光子，让光电倍增管的入射端尽量接收到较多的光子。箱体组件2的内部设置的反射膜是为使要跑出箱体的光子经过多次反射后最终进入光电倍增管。X射线扫描被检区域或者物品后，部分被散射回来的X射线，通过前屏组件进入到箱体组件(也就是探测器接收部分的主体里)，而X射线本身是不可见光，光电倍增管只能接受可见光，因此需要用前屏组件1的闪烁晶体接收X射线并将其转为可见光。

当探测器处于背散射检查模式时，X射线发生器需开启；当探测器处于辐射探测报警模式时，射线发生器不得开启。X射线发生器是X射线源，和工作站通讯连接。射线发生器作为X射线的发生装置，其开启与否实际是由工作站(工控机)来控制的，而探测器是处于背散射探测状态还是辐射探测状态，也是由工作站(工控机)来控制的。当探测器处于背散射状态时，工控机需同时控制射线发生器开启。X射线发生器开启后，探测器同步开始采集信号，比如被检区域没有任何物体时，探测器能接收到的信号为一个本底信号，从显示器上看，一片被检区域都是黑色背景图像；当有物体进入被检区时，X射线扫描物体后会有X射线从物体散射后再进入探测器，经光电倍增管收集后采集的信号值也有变化，从显示器上看，被检物的轮廓就以偏白色显示了出来，由此达到背散射检查的目的。而对于辐射探测，一个典型的场景就是进口洋垃圾，不确定里面是否含有对人有害的放射性物体等成分，这种检查场景下，就不再需要X射线发生器。如果真有放射性的物质存在，它所发出的射线，会激发碘化钠，产生光子，探测器收集到信号。碘化钠这种闪烁体，在被不同性质的放射性物质射线照射时，被激发出的不同波段的光的强度和比例分布都不一样，通过将采集到的信号与工作站中辐射探测数据库中的情况进行比对，就能够得知被检环境中存在哪种或者哪几种放射性物质。

在本实施例中，所述光电倍增管组件3包括光电倍增管31、管座32、方法兰33、锁紧环34和光反射层35，所述光电倍增管31通过方法兰33和锁紧环34固定连接于所述外端铅板25，其入射端的侧表面设有所述光反射层35，引脚端连接于所述管座32。

具体地，所述方法兰33上开四个圆孔，外端铅板25上设有相应的四个螺柱，方法兰上的四个圆孔安装到外端铅板25上的四个螺柱处。光电倍增管采用端窗式，伸入方法兰内，与方法兰的内筒间隙之间涂抹黑色的避光胶，再通过锁紧环34，用螺钉紧固并限位在方法兰上。光电倍增管的入射端(即前部端窗)在圆柱状筒体侧面一定长度范围内，粘贴有光反射层。光电倍增管的尾部，用管座来保护引脚，管座采用尼龙材质。光反射层的材料是厚度介于0.02mm到0.08mm的铝箔。

在本实施例中，所述箱体主体呈从前往后逐渐缩小的四棱台结构，由外侧铅板23通过钣金折弯与焊接成型。外侧铅板23和外端铅板25一体成型。

在本实施例中，前屏面板11包括有正方形外框以及设于正方形外框内的固定孔阵列，每个固定孔16内均从前往后依次固定有闪烁晶体12和玻璃13；所述正方形外框的四角为倒圆角，其四边分别开6个圆孔，其中每边上的第一、三、四、六个圆孔用于与箱体组件2的箱体主体前端固定，第二个和第五个圆孔用于将双检查模式探测器整体安装在其它支撑设备或结构上。

进一步地，所述固定孔16为三层阶梯孔，在本实施例中，前屏面板11的外框内均布有5x 5共25个三层阶梯孔。三层阶梯孔中各层阶梯的四个角均为倒圆角；三层阶梯的内周缘的边长从前往后逐渐增大，相邻阶梯之间的内周缘的边长的差不大于1.8毫米；所述三层阶梯孔的正面距前屏面板11的进光面的距离为1.5毫米-2毫米；每个三层阶梯孔内均固定有闪烁晶体12，所述闪烁晶体12固定在三层阶梯孔内最前方的阶梯内，所述玻璃13固定在三层阶梯孔的最后方的阶梯内，并且其前端嵌合在三层阶梯孔的中间层阶梯内。

进一步地，在本实施例中，前屏面板11的厚度为13毫米，采用碳纤维板制成，截面尺寸为430毫米x 430毫米。前屏面板11具体可采用切削成型或者模具成型的方式加工制成。用于作为入射面的正面不得附亮膜。

进一步地，在本实施例中，所述三层阶梯孔的三层阶梯从前往后的尺寸依次为长72x高72x宽7、长73.3x高73.3x宽0.5和长75x高75x宽4，单位为mm。

进一步地，在本实施例中，所述闪烁晶体12呈薄片状正方体，其外周缘的边长小于三层阶梯孔中最前方的阶梯的边长，两者的差不大于1.5毫米；闪烁晶体12的厚度小于三层阶梯孔中最前方的阶梯的宽度；所述闪烁晶体12的四个角为倒圆角。

进一步地，闪烁晶体12采用折射率为1.8的碘化钠晶体制成，其正面作为反射面需要抛光。碘化钠晶体中可以通过加入铊元素，让闪烁晶体更好的接收X射线，进而产生光子。另外，闪烁晶体还可以采用碘化铯晶体。

进一步地，闪烁晶体12的尺寸为长71x高71x厚3.5，单位为mm。

在本实施例中，三层阶梯孔的尺寸的确定过程是：前屏面板11的正方形外框需要和箱体组件前端的四周的翻边相适配，因此先用前屏面板11的横向长度430毫米减去箱体组件正面的左右两侧翻边的横向长度(25mm)，并用前屏面板11的纵向宽度减去箱体组件正面的上下两侧的纵向长度(25mm)，从而得到正方形外框内可以布设闪烁晶体的空间的截面大小为380X380毫米。闪烁晶体加工出来都是圆柱体型棒材，受制于晶体的特性和成本的考虑，棒料直径大概在70mm左右。加工时候，把圆柱形棒材先锻造成正方体(本实施例中截面大小为71X71mm)，然后按切成薄片3.5mm厚。如果记前屏面板的边长记为X，把闪烁晶体的边长记为Y，那么三层阶梯孔的数量就是(X-2*翻边长度)/Y，取整数部分，可得本实施例的5x5个。从闪烁晶体的尺寸71X71X3.5mm出发，根据安装过程中的胶的特性和间隙需求，分别扩大一点，得到三层阶梯的规格，本实施例中从前往后依次为72x高72x宽7、长73.3x高73.3x宽0.5和长75x高75x宽4，前屏面板上余下的边长则均分为各个三层阶梯孔之间的间隔。在确定固定孔的大小和数量时，应该尽量使得翻边以及三层阶梯孔之间的间隔尽量地小，从而尽可能增大前屏面板上闪烁晶体的安装面积。

进一步地，玻璃13由K9光学玻璃制成。玻璃13的厚度和三层阶梯孔中最后方阶梯的宽度之间的差值不超过1毫米。

在本实施例中，玻璃13的尺寸为长73x高73x厚5，单位为mm，玻璃13的四个角呈倒圆角。

需要说明的是，前屏面板组件1在封装过程中，操作步骤如下：

(1)将前屏面板11平置，正面朝下；

(2)依次在各个三层阶梯孔的最前方阶梯内安装闪烁晶体12，安装前先在最前方阶梯的内周缘上均匀涂抹反射胶14，然后放入闪烁晶体12，确保其反射面朝前，并且排尽其与反射胶14间的空气，使四边空隙内的反射胶14均匀；

(3)将安装好闪烁晶体12的前屏面板11放入真空箱内静置24小时，待反射胶14几近固化后，在闪烁晶体12的背面均匀涂抹耦合胶15，将玻璃13放入三层阶梯孔中的最后方阶梯内，并将玻璃13的前端嵌合在三层阶梯孔的中间层阶梯内。此过程中需确保玻璃13与闪烁晶体12之间的间隙内无气泡；

(4)在玻璃13与三层阶梯孔中中间层阶梯和最后方阶梯的间隙内使用耦合胶15将空隙填满，调整间隙一致并施加适当压力。待耦合胶15固化后，卸除压力并清除表面残留的溢胶。

进一步地，反射胶14由环氧树脂和粒径为0.3微米的钛白粉混合制成，两者体积比为1：1。

进一步地，耦合胶15由环氧树脂和固化剂混合制成，两者重量比为10：3。

上述探测器中，闪烁晶体12的总面积，在前屏组件1入射面上晶体排布区域所占面积比可达到87％，该探测器可用于较大面积的探测，灵敏度高。

实施例2

本实施例和实施例1基本相同，主要区别在于，在本实施例中，如图8所示，前屏面板11的厚度为9mm，正方形外框内设有6x6共36个正交的三层阶梯孔。此种规格的优点在于可以使用尺寸更小的闪烁晶体，小尺寸闪烁体的易得性好，成品率高，可进一步节约成本。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。