一種新型的輕便移動式ct-cbs兩用機的結構的製作方法

2023-04-25 15:28:06 3

專利名稱：一種新型的輕便移動式ct-cbs兩用機的結構的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種新型的CT-CBS兩用機,更具體地說是基於X射線工業計 算機斷層掃描成像技術(ICT—Industrial Computer Tomography)和X射線康普 頓背散射掃描技術(CBS—ComptonBackscatter Scanning)的兩用掃描檢測機結 構，在工業上、軍事上和安全上具有廣闊的應用前景。
背景技術：
在工業上，例如建築核材料混凝土的研究中，需定量檢測混凝土在受載情況 下的特性。我們知道，其材料的強度、變形和破壞性能都與其內部結構及裂縫的 擴展有關。在混凝土內部結構的三個層次(從材料顆粒尺度上大致分為宏觀層次、 細觀層次和微觀層次)上， 一般用X射線CT機進行細觀層次的研究掃描混凝 土試件斷面，獲得混凝土CT圖像，通過CT圖像的影像特徵，分析混凝土細觀 結構及其變化過程，解釋宏觀強度變化和變形的機理，發現裂紋演化的規律性， 並為細觀尺度混凝土力學數值模型的建立提供數據。但是，目前國內外在加載狀 態下的混凝土 CT試驗，均採用醫用CT，例如GE Lightspeed 16、 SOMATOM」plus 和Marconi M8000等螺旋CT機，而使用現有的醫用CT和通用的工業CT機無 法完全符合混凝土研究關於掃描速度快、獲得的CT圖像解析度高和掃描不影響 用加載設備加載過程的進行等要求。因此，建築材料研究急需專用混凝土研究的 CT機。
建築材料研究中還需要定量測定混凝土各部分密度值及其變化，定量測定土 壤試樣的幹密度和含水量。目前，採用的方法主要是使用放射性同位素Y射線源 的雙源法，其輻射安全性較差，測量準確度較差，操作也不方便。
在軍事上，例如在炮彈的檢測中，CT機能準確測定引信和裝藥的情況，但 是目前沒有實際可行的檢測其含水率的無損檢測手段。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種新型輕便移動式CT-CBS兩用機結構，性能/ 價格比高，使用X射線源，既有能獲得被測物內部結構高質量圖像的CT功能， 又有能精確測定密度和含水率的CBS功能的兩用掃描機結構。其功能齊全，結 構輕便，操作方便，可以移動，精度高，完全適用於工業上、軍事上和安全上的 多種實際應用。
本實用新型的技術方案如下
新型輕便移動式CT-CBS兩用機結構，其特徵在於包括兩部分 一個部分是 掃描系統，包括圓形旋轉軌道，其底面轉動安裝在帶有支撐柱的固定環上，在圓 形旋轉軌道上的一端安裝可攜式X射線源，X射線機前端安裝有前準直器，在X 射線機的兩側的圓形旋轉軌道上分別安裝有用於康普頓背散射的探測器陣列及 其前方的後準直器陣列，構成康普頓背散射幾何學結構；在X射線機的正對面 的圓形旋轉軌道上安裝有弧狀用於CT的探測器陣列及其前方的後準直器陣列， 構成CT幾何學結構；另一個部分是被測物工作檯，是在圓形旋轉軌道中間沿徑 向放置的安裝被測物的升降工作檯。
X射線機採用的是平面扇形束X射線，由X射線機出束口與其正對面的用 於CT的探測器陣列構成的扇形角a範圍為25。 45° 。
X射線機前方的前準直器的方向與用於康普頓背散射的探測器前方的後準 直孔的方向之間的夾角即康普頓背散射角e為120。 150°範圍。
用於CT的探測器陣列為弧狀線陣多路碘化銫(Csl (Tl))閃爍晶體和矽光 電二極體，用於康普頓背散射的探測器陣列為碘化鈉(Nd (Tl))閃爍晶體和光 電倍增管。
所述的圓形旋轉軌道其底面通過環形排列的軸承安裝在帶有四個可升降支 撐柱的固定環上。
所述的圓形旋轉軌道上還安裝有採傳電子學系統。
本實用新型輕便移動式CT-CBS兩用機的結構，包括兩個部分， 一部分是掃 描系統，含有圓形旋轉軌道及軸承，安裝在帶有4個支撐柱的固定環上，在旋轉 軌道的一端安裝可攜式X射線源及其前準直器，在X射線機兩側的圓形旋轉軌 道上安裝有CBS探測器陣列及其後準直器，構成CBS幾何學，在X射線源正對面的圓形旋轉軌道上安裝有弧狀CT探測器陣列及其後準直器陣列，構成CT幾 何學；另一部分是被測物工作檯，在圓形軌道所包圍的區域內，沿徑向放置安裝 被測物的工作檯和升降裝置，供作多個層面掃描。同時，固定環的4個支撐柱可 拉伸輔助調節高度，以適應不同高度的被測物。各種探測器前的準直器均為準直孔，使得進入探測器端頭靈敏區的射線均為 細射線束。探測器陣列是由多個探測器排成的陣列，這種陣列可以按1排、2排、4排、 16排或64排等構成為陣列。本實用新型的主要技術特徵是-1、 本實用新型採用的是具有CT與CBS兩種功能的結構。在掃描檢測時， 圓形旋轉軌道上安裝的掃描系統所包括的X射線源、CT探測採傳系統、CBS 探測採傳系統一起同步轉動，各部分的相對位置保持不變。2、 掃描檢測分解為兩個運動 一個是掃描系統的X射線源與兩個探測器陣 列沿著圓形旋轉軌道轉動，得到一個掃描層面的CT圖像和一組CBS檢測數據； 另一個是工作檯上的被測物隨著升降裝置上下移動得到多個不同掃描層面的CT 圖像和多組CBS檢測數據。3、 圓形旋轉軌道上的各個CBS探測器安裝的(徑向)前後位置不同且可根 據需要作調整移動，這樣可以得到被測物同一掃描層面內部不同深度處的CBS 數據即密度值和含水量值。4、 本實用新型的CT採用的是平面扇形束X射線，由X射線機出束口與 CT探測器陣列構成的扇形角範圍為25。 45° 。5、 本實用新型固定環的4個支撐柱可以拉伸，改變固定環的高度，也即改 變圓形旋轉軌道掃描系統的高度，這樣可以適應對各種高度的被檢測物進行掃描 檢測。6、 本實用新型的X射線康普頓背散射掃描技術(CBS)， X射線機前準直孔 的方向(即初級束前進方向)與CBS後準直孔方向(即散射束進入CBS探測器陣列的方向)之間的夾角e為康普頓散射角，當e》90。時，稱為康普頓背散射。本實用新型採用的康普頓背散射角e在120。 150°範圍內選擇。7、 本實用新型CT用的弧狀線性探測器陣列為多路碘化銫(Csl (Tl))閃爍晶體和矽光電二極體。本實用新型CBS用的探測器陣列為多路碘化鈉(Nal (Tl)) 閃爍晶體和光電倍增管。
8、 採傳電子學系統主要由多路模擬信號調理電路、模數變換電路ADC、可 編程門陣列FPGA、嵌入式系統(ARMIO)、接口電路、電源等組成。
9、 本實用新型釆用無線遠程控制和無線傳輸數據。
本實用新型的優點是
(1) 在一臺簡單的結構上，既有高精度檢測物體內部結構缺陷的CT功能， 又有能檢測物體密度和含水率的康普頓背散射功能。
(2) 本結構簡單、輕便、可移動、實用性強。
(3) 高度智能，無線遠程控制和傳輸數據圖像。
(4) 可以適應高度相差很大的不同物體的檢測。
(5) 所使用的X射線源是可攜式的、自帶直流電源的、 一體化的X射線機。 操作方便、輻射安全性好。


圖1為本實用新型總體結構示意圖。
圖2為本實用新型探測採傳電子學系統方框圖。
圖中的標號表示的部件如下
1、 可攜式X射線機(自帶直流電源)
2、 X射線機用的前準直器
3、 X射線機安裝座
4、 CT後準直器陣列
5、 CT弧狀線性探測器陣列
6、 CT採傳電子學系統
7、 CT探測採傳系統安裝座
8、 CBS探測器陣列(可前後移動)
9、 CBS後準直器
10、 CBS採傳電子學系統11、CBS探測器陣列安裝座12、被檢測物13、CT掃描層面14、工作檯和夾具15、升降裝置16、底座17、旋轉軌道及軸承18、旋轉馬達19、帶4個支撐柱的固定環20、4個支撐柱(可拉伸的)21、4個輪子22、多路模擬信號調理電路23、模數轉換器ADC24、可編程門陣列FPGA25、嵌入式系統(ARM10)26、接口電路27、PC機或筆記本電腦28、無線遙控模塊29、電機控制模塊30、CT掃描用的平面扇形X射線束31、CBS掃描用的背散射X射線束具體實施方式
參見圖l，在四個支撐柱20上安裝固定環19，在其上安裝旋轉軌道及軸承 17，通過軸承將X射線機1和前準直器2安裝在旋轉軌道的一端，在X射線機 1的兩側安裝CBS後準直器9、 CBS探測器陣列8和採傳電子學系統10，在X 射線機正對的另一側安裝CT後準直器陣列4、 CT探測器陣列5和採傳電子學系 統6。在底座16上安裝升降裝置15，再安裝夾具14，將被檢測物12裝進夾具 14，升降裝置15運行到適當的高度，再將四個支撐柱20的高度調節到位。掃描 系統通電、預熱後，通過無線遙控模塊28和電機控制模塊29開啟旋轉馬達18，旋轉軌道17進行轉動，同時X射線機1發射的X射線經過前準直器2形成平面 扇形X射線束30， 一部分穿透某一個掃描層面13，經CT後準直器陣列4到達 CT弧狀線性探測器陣列5，另一部分在與被測物某區域發生康普頓散射效應後 形成背散射X射線束31經CBS後準直器9到達CBS探測器陣列8。探測器陣 列5和8輸出的信號送到採傳電子學系統6和10，得到一個掃描層面CT圖像和 一組CBS數據。接著，升降裝置15運行到另一個高度，重複上述掃描過程，直 至掃描檢測完被檢測物所要求的整個高度，得到多個掃描層面CT圖像和多組 CBS數據。
參見圖2，平面扇形X射線束30和背散射束31分別通過後準直器4和9進 入CT探測器陣列5和CBS探測器陣列8，輸出的信號分別送入兩個多路模擬信 號調理電路22，將探測器輸出的電信號進行放大、低頻高頻噪聲抑制和電平轉 換。經調理電路處理後，由模數變換器ADC23，完成模擬信號的模擬/數字變換， 變換後輸出12位 16位解析度的數位訊號，進行多道脈衝幅度分析。然後，送 入可編程門陣列FPGA控制處理電路24，根據所測得的能譜的形狀控制放大器 的增益及上下閾值，確定所需要的能譜中某範圍內的計數，並完成相應的其他控 制處理功能。接著，經過上述處理的數據通過專用總線送給嵌入式系統25，嵌 入式系統25獲取由採傳電子學系統提供的數組格式文件，運行相關算法得到重 建後的CT圖像、密度和含水率值。最後通過接口電路26將數據和圖像傳輸給 PC機或筆記本電腦27，進行數據和圖像後處理、顯示和生成報告。
權利要求1、新型輕便移動式CT-CBS兩用機結構，其特徵在於包括兩部分一個部分是掃描系統，包括圓形旋轉軌道，其底面轉動安裝在帶有支撐柱的固定環上，在圓形旋轉軌道上的一端安裝可攜式X射線源，X射線機前端安裝有前準直器，在X射線機的兩側的圓形旋轉軌道上分別安裝有用於康普頓背散射的探測器陣列及其前方的後準直器陣列，構成康普頓背散射幾何學結構；在X射線機的正對面的圓形旋轉軌道上安裝有弧狀用於CT的探測器陣列及其前方的後準直器陣列，構成CT幾何學結構；另一個部分是被測物工作檯，是在圓形旋轉軌道中間沿徑向放置的安裝被測物的升降工作檯。
2、 根據權利要求1所述的新型輕便移動式CT-CBS兩用機結構，其特 徵在於X射線機採用的是平面扇形束X射線，由X射線機出束口 與其正對面的用於CT的探測器陣列構成的扇形角a範圍為25° 45° 。
3、 根據權利要求1所述的新型輕便移動式CT-CBS兩用機結構，其特 徵在於X射線機前方的前準直器的方向與用於康普頓背散射的探測 器前方的後準直孔的方向之間的夾角即康普頓背散射角6為120' 150°範圍。
4、 根據權利要求1所述的新型輕便移動式CT-CBS兩用機結構，其特 徵在於用於CT的探測器陣列為弧狀線陣多路碘化銫閃爍晶體和矽 光電二極體，用於康普頓背散射的探測器陣列為碘化鈉閃爍晶體和 光電倍增管。
5、 根據權利要求1所述的新型輕便移動式CT-CBS兩用機結構，其特 徵在於所述的圓形旋轉軌道其底面通過環形排列的軸承安裝在帶有 四個可升降支撐柱的固定環上。
6、 根據權利要求1所述的新型輕便移動式CT-CBS兩用機結構，其特 徵在於所述的圓形旋轉軌道上還安裝有採傳電子學系統。
專利摘要本實用新型是一種新型輕便移動式CT-CBS兩用機結構，包括兩個部分，一部分是掃描系統，含有圓形旋轉軌道及軸承，安裝在帶有4個支撐柱的固定環上，在旋轉軌道的一端安裝可攜式X射線源及其前準直器，在X射線機兩側的圓形旋轉軌道上安裝有CBS探測器陣列及其後準直器，構成CBS幾何學，在X射線源正對面的圓形旋轉軌道上安裝有弧狀CT探測器陣列及其後準直器陣列，構成CT幾何學；另一部分是被測物工作檯，在圓形軌道所包圍的區域內，沿徑向放置安裝被測物的工作檯和升降裝置，供作多個層面掃描。同時，固定環的4個支撐柱可拉伸輔助調節高度，以適應不同高度的被測物。在工業上、軍事上和安全上具有廣闊的應用前景。
文檔編號G01N23/20GK201218802SQ20082011618
公開日2009年4月8日 申請日期2008年5月12日 優先權日2008年5月12日
發明者莉 丁, 青 丁, 丁厚本, 汪子明 申請人:青 丁