专利名称：康普顿背散射扫描机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种康普顿背散射扫描机(CBS-Compton BackscatterScanning)，它是基于光子与物质相互作用中康普顿散射效应的射线成象装置。它广泛应用于工业产品的无损检测和无损评价，民航机场、铁路车站和各口岸、海关的炸药与毒品的自动检测。
透射型工业计算机断层扫描成象(TICT-Transmission IndustrialComputed Tomography)装置在实际应用中遇到许多问题，而CBS具有很多特点能弥补TICT之不足(1).TICT检测物体缺陷的对比度与缺陷大小有关，而CBS检测近似地与缺陷大小无关，因而CBS检测缺陷的对比度比TICT的对比度高得多。
(2).TICT装置由于源系统与探测器布放在被测物体的两侧，因此难以检测大型物体。而CBS装置的源系统与探测器位于被测物的同一侧，因此不受被测物大小的限制。
(3).对于轻而薄的物体，CHS的灵敏度比TICT的灵敏度高得多。因此，CBS能探测非常薄的平面缺陷，甚至与薄板方向平行的那些缺陷。
(4).TICT多适用于对称性物体的检测，用有限投影(例如有限角或有限视)图象重建算法可以处理非对称性物体的数据，但该算法在实际应用中尚有很多问题。而CBS是点或线列扫描，既可以垂直于物体断面扫描又可以平行于断面扫描，因此，CBS适用于多层的或几何形状复杂的物体的检测。
(5).TICT技术适宜于高原子序数Z物质的检测，CHS尤其适宜于低原子序数Z物质的检测。
(6)TICT图象重建须藉助于图象重建算法，对图象矩阵即投影数和射线和数有要求。而CBS不须经过图象重建阶段，可以直接把检测的散射光子计数排列起来即得到图象。
目前，国际上现有的工业应用的CBS装置或系统，存在的共同问题是(1)、采用X射线源的CBS系统，装置的体积和重量大，配套设备庞杂，成本高，有效检测深度受到很大限制。
(2)、采用γ射线源的CBS系统，装置的信噪比低，检测速度慢，数据处理技术复杂。为了提高信噪比，国外的都用很强的γ射线源(例如25居里的137Cs源和10居里以上的60Co源，50～100居里的192Ir源)，很厚的屏蔽层，孔尺寸大的准直器、多路的能量分辩率高的探测器(例如须工作在低温下的高纯锗)，须具有很多配套设备的探测采传装置以及阵列处理机等，以致装置大，重量重，辐射安全性较差，价格昂贵，而空间和密度分辩率并不高。这样，国外至今尚未能生产出可供实用的小型的γ射线康普顿背散射扫描机。
本实用新型的目的是提供一种能检测大型的、轻的、薄的、多层的、几何形状复杂的物体的实用的康普顿背散射扫描机。
本实用新型的又一目的是提供性能价格比好的、使用γ射线源的、高精度便携式康普背散射扫描机。
本实用新型实现上述目的技术解决方案为康普顿背散射扫描机，主要由γ射线源及其屏蔽容器、探测采传系统、扫描机械装置、自动控制、计算机系统和图象处理、显示系统等组成。其具体特征为(1)前准直孔的方向(即初级射束前进方向)与后准直孔的方向(即散射射束进入探测器的方向)之间的夹角为康普顿散射角，当θ≥90°时，称为康普顿背散射角。本实用新型采用康普顿背散射角为θ＝135°。这样，γ辐射源和探测器均在被测物的同一侧。
(2)采用中等能量的低活度γ辐射源1居里的137Cs和35居里的192Ir。
(3)整个扫描运动机械装置分为扫描头和组合式升降装置两个部分。扫描头包括γ辐射源及其屏蔽容器，前准直器和后准直器，探测器及其屏蔽套，分为上、下两层的拖板、导轨和丝杠。在扫描头中，γ辐射源置于源屏蔽容器的中心，源屏蔽容器与前准直器连接在一起安装在下拖板上，下拖板支撑在下层导轨上，并与下层丝杠连接，下层丝杠配有步进电机，组成下层运动机械结构。把探测器插在探头屏蔽套中，探头屏蔽套与后准直器连接在一起安装在上拖板上，上拖板支撑在上层导轨上，并与上层丝杠连接，上层丝杠配有步进电机，组成上层运动机械结构。上、下两层运动机械结构共同组成结构紧凑的、小型化的扫描头，可作深度方向和横向这样二维扫描运动装有前准直器的源屏蔽容器及其安装在一起的下拖板、下导轨和丝杠即下层运动机械结构保持不动，而插有探测器的探头屏蔽套以及与其连接在一起的后准直器由步进电机驱动丝杠和上拖板沿上导轨动动，即只有上层运动机械结构就可实现深度方向扫描运动；装有前准直器的源屏蔽容器与插有探测器的探头屏蔽套一起由步进电机驱动丝杠和下拖板沿下导轨运动，即只有下层运动机械结构就可实现横向扫描运动。
(4)扫描头藉助于组合式升降装置的悬梁组件和导套挂在两根平行的导柱上，两根平行导柱由组合式升降装置的底座和上横梁固定，由后支撑脚辅助支撑，丝杠的一端安装在悬梁组件上，另一端垂直地通过固定在中横梁上的螺母。扫描头藉助于中横梁和丝杠由步进电机驱动沿两根平行导柱作第三维扫描即升降运动。
(5)藉助于可切换的微机控制的步进电机驱动系统，实现CBS系统的三维扫描运动。
(6)探测采传系统的特征是单路或多路碘化钠〔NaI(tl)〕探测器和自动的能谱测量分析系统即微机控制的多道脉冲幅度分析器。能谱测量分析系统主要由线性放大器、上、下阈甄别器、模数转换器(ADC)、微机接口等组成。
本实用新型可靠性好，分辨率高，能对大型的、轻的、薄的、多层的、几何形状复杂的物体进行无损评价。
以下结合附图和一个优选实施例(LBD101型高精度便携式CBS扫描机)对本实用新型作进一步详细描述，使公众进一步理解本实用新型的上述目的和所能达到的效果，以便公众更好地掌握本实用新型的技术手段，但本实用新型不受所述实施例限制。
图1为本实用新型一种实施方案的总体方框图；图2为本实用新型一种实施方案的具体扫描头结构与二维扫描运动示意图；图3为本实用新型一种实施方案的总体结构图；图4为本实用新型一种实施方案的组合式升降装置的侧视图。
各图中的标号表示的部件如下1.辐射源2.源屏蔽容器3.前准直器4.后准直器5.NaI(TL)探测器6.探头屏蔽套7.线性放大器8.微机多道分析器9.微机接口10.微机11.步进电机驱动器12.打印机13.显示器
14、高低压电源15、被检测物体16、扫描头17、组合式升降装置18、升降运动的步进电机19、深度方向运动传动机构的导轨即上导轨20、横向运动传动机构的导轨即下导轨21、升降装置的底座22、升降装置的导柱23、升降装置的悬梁组件24、升降装置的导套25、升降装置的中横梁26、升降装置的丝杠27、升降装置的上横梁28、升降装置的后支撑脚29、深度方向运动的步进电机30、横向运动的步进电机31、被测物中的检测体积32、螺母33、上拖板34、下拖板35、上层丝杠36、下层丝杠实施例参见图1，在CBS扫描系统中，装在源屏蔽容器2中心的γ射线源1发出γ射线经前准直器3准直后入射到检测物体15内某个小体积31发生康普顿背散射。散射射线经过后准直器4到达插在探头屏蔽套6中的探测器5被接收。探测器5输出的信号经过线性放大器7后由微机多道分析器8作分析，再经微机接口9送至便携式微机10进行数据处理，其结果由打印机12打印或由显示器13显示。
参见图2，装有前准直器3和γ辐射源1的源屏蔽容器2和与后准直器4末端紧贴的、插在探头屏蔽套6中的探测器5均在被测物体的同一侧。装有前准直器3的源屏蔽容器2及其安装在一起的下拖板34、下导轨20和下层丝杠36保持不动，而插有探测器5的探头屏蔽套6以及与其连接在一起的后准直器4由步进电机29驱动上层丝杠35和上拖板33沿上导轨19运动，实现深度方向扫描运动。装有前准直器3的源屏蔽容器2和插有探测器5并与后准直器4相接的探头屏蔽套6一起由步进电机30驱动下层丝杠36和下拖板34沿下导轨20运动，实现横向扫描运动。
参见图3，扫描头16藉助于连接在一起的悬梁组件23和导套24挂在两根平行的导柱22上，两根平行导柱22由升降装置底座21和上横梁27固定，丝杠26的一端安装在悬梁组件上，另一端垂直通过固定在中横梁25上螺母32，步进电机18驱动丝杠26上下运动，带着扫描头16沿两根平行导柱22上下运动，实现升降扫描运动。
参见图4，当扫描头16在组合式升降装置上升到1米以上时，使用升降装置的后支撑脚28，以保持整机架高时的稳定性。
权利要求1.一种康普顿背散射扫描机，其扫描运动机械装置主要由扫描头(16)和组合式升降装置(17)组成，其前准直孔的方向与后准直孔的方向之同的夹角即康普顿散射角，大于90°时为背散射，其特征在于它把γ辐射源(1)置于源屏蔽容器(2)的中心，源屏蔽容器(2)与前准直器(3)连接在一起安装在下拖板(34)上，下拖板(34)支撑在下层导轨(20)上，并与下层丝杠(36)连接，下层丝杠(36)配有步进电机(30)，组成下层运动机械结构，把探测器(5)插在探头屏蔽套(6)中，探头屏蔽套(6)与后准直器(4)连接在一起，安装在上拖板(33)上，上拖板(33)支撑在上导轨(19)上，并与上层丝杠(35)连接，上层丝杠(35)配有步进电机(29)，组成上层运动机械结构，上、下两层运动机械结构共同组成结构紧凑的、小型化的扫描头(16)，可作深度方向和横向这样二维扫描运动，扫描头(16)藉助于组合式升降装置(17)的悬梁组件(23)和导套(24)挂在两根平行的导柱(22)上，两根平行导柱(22)由组合式升降装置的底座(21)和上横梁(27)固定，由后支撑脚(28)辅助支撑，丝杠(26)的一端安装在悬梁组件(23)上，另一端垂直地通过固定在中横梁(25)上的螺母(32)，扫描头(16)藉助于中横梁(25)和丝杠(26)由步进电机(18)驱动沿两根平行导柱(22)作第三维扫描即升降运动。
2.根据权利要求1所述的一种康普顿背散射扫描机，其特征在于所选取的康普顿背散射角为135°；所选取的辐射源(1)为中等能量的低活度γ辐射源1居里137Cs或35居里的192Ir。
专利摘要一种康普顿背散射扫描机，其扫描运动机械装置，主要由扫描头和组合式升降装置组成。其特征是它把源屏蔽容器、前准直器、后准直器、探测器、探头屏蔽套、步进电机、上下两层拖板、丝杠和导轨等组成结构紧凑的、小型化的扫描头，可作深度方向和横向这样二维扫描运动。将扫描头配以组合式升降装置、藉助于步进电机和丝杠等便可沿两根平行的导柱作第三维即升降扫描运动。本实用新型可靠性好，分辨率高，能对大型的、轻的、薄的、多层的、几何形状复杂的物体进行无损评价。
文档编号G01N23/02GK2262708SQ95240569
公开日1997年9月17日 申请日期1995年9月27日 优先权日1995年9月27日
发明者丁厚本, 王乃彦, 李虹, 汪伟, 戴传芳, 周永, 邱佩璋, 张兆田, 王耦龙, 王晓春, 范立, 黄岩, 刘军, 罗子产 申请人:丁厚本