X射線檢查系統的製作方法
2023-11-01 01:48:22 1
專利名稱：X射線檢查系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及的領域是X射線檢查系統，更確地說涉及那些利用相干散射的X射線檢測容器中存在的易爆、易燃物品、違禁藥品或其它非法運送品(以下統稱為「目標物」)，以及檢測物品或物體中存在的缺陷或雜質或者對物體進行非破壞性空間解析化學分析的檢查系統。
由於下面將要討論的與已有檢查系統有關的問題對於容器、物體和物品檢測系統而言是等效的，所以對這些系統的討論將只涉及容器檢查系統。術語「容器」在下文中既指容器又指容器內的物品。
目前已經開發出了很多利用X射線檢查諸如行李和包裹等容器的系統。這些系統包括雙能傳輸成象器、背散射成象器和計算機輔助層析X射線攝影(CAT)掃描器，所有這些器件基本上都產生兩維或三維的有效原子序數和強度信息。然而，這些系統本質在化學上是非特有的，並在對容器內物品的空間分布進行目視檢查時強烈地依賴於操作者的觀察和判斷且在有易爆目標物的情況下依賴於諸如指示是否存在起爆裝置之類的顯示器。在此出現的問題是，由於各種目標物容易壓在或包在容器中的其它物品內從而掩蓋了它們的存在，所以不容易通過這些目標物的形狀對其進行識別。此外，起爆裝置常常被容器中相鄰的雜物所掩蓋。因此，用這些系統不能迅速檢測出這些物品，特別是起爆裝置。
US專利4751722(EP0,153,786)中描述了一種能夠克服這一問題的公知系統。該專利公開了一種分析X射線強度的系統，所述X射線在穿過容器時通過不同的小角度產生相干散射。然後用此信息產生角度色散X射線譜，該射線譜是對散射起決定作用的材料的有序分子結構所特有的。然後可以將X射線送入數據處理系統，在數據處理系統中與存儲的感興趣的目標物的光譜特性進行自動比較，從而判斷在容器中是否存在這些目標物。
然而，這種系統存在的問題是只能在垂直於非散射X射線傳播方向的平面中的兩維散射元素(體元素)內分辨容器內物品，而忽略了經由容器厚度的非散射光束方向上的第三個尺寸。在容器或目標物的第三尺寸大於幾個釐米的情況下，需要藉助厚度解析度來明顯識別目標物的存在。這是由於無法把由以任何有意義角度固定的目標物引起的散射與在容器中不同厚度處的非目標物散射角範圍內產生的相干散射區分開來，因此使所產生的X射線譜變得模糊不清和很難識別目標物。
這個先有系統的另一個問題是，由目前現有的單色光源產生的低X射線通量會導致花費過多的檢查時間，這使得該系統在需要迅速檢查大量大尺寸物體例如檢查機場中的容器時很不實用。然而如果使用高強度多色光源則會降低該系統對物品的識別力。
UK專利1463054提供了一種檢查身體例如人頭的裝置，其中為了確定體內散射中心的位置而按包括縱向尺寸在內的兩維尺寸映出了人體。儘管該設備能夠對被檢人體的整個高度進行掃描，但是其為檢測物體而使用的錐形準直儀或環形檢測器卻以明顯不利的方式限制了系統的靈活性，這是因為該系統不能布置成用單一X射線源同時檢查多於一個間隔很小的體元素。該方法本身不能夠提供與本發明有關的那種類型的檢測系統所需的在化學上是特有的信息。
另一個公知的檢測系統示於US專利4956856的
圖1-圖4中。該系統使用了長薄式檢測器，為了在三維方向上測量來自物體中小體積的散射光譜，檢測器必須比待檢物長。這個專利認為，用這樣長的檢測器檢查行李不會達到精確確定散射光譜所需的足夠空間解析度。這會導致較差的物品解析度。用這些檢測器檢查任何中等尺寸的物體會得到類似的結果，儘管這些物體的尺寸明顯小於標準行李。此外，由於所使用的以閃爍器為基礎的X射線檢測器沒有足夠的能量分辨力，所以這種設備無法用例如X射線管之類的多色X射線光源以良好的物體解析度進行工作。對要想在多次檢查中得到與上述US專利4751722具有類似結論的較好解析度來說，需要一個單色光源。
US專利4956856的圖5-圖7所示的實施例中使用了以伽瑪(或Anger)攝影機為基礎的X射線檢測器，由於該檢測器同樣是以閃爍器為基礎的，所以它不具備進行良好的物品識別所需的足夠的光子能量解析度。在這個發明中，在檢查期間還需要沿著兩個垂直軸移動物體(或交替地移動光源、準直系統和檢測器)，或者沿一個軸移動物體而沿另一個垂直軸移動光源、準直系統和檢測器，以便對物體進行完整的三維檢查。這在機械結構上是複雜的而且需花費時間。另一個難點是，非散射的X射線束穿過單獨受檢的物體時的路徑的區域數將受伽瑪攝影機的直徑和空間解析度的限制。
US專利5007072(EP0354045)描述了另一種X射線檢查系統，這種系統也只能在兩維方向上檢查物體，因此其具有上述US4751772中提及的缺陷，此外，該系統僅能按設定的角度進行檢測而且只能測量以該角度散射的輻射波長譜。為此還需要使用在低溫下工作的昂貴和複雜的固態鍺或矽檢測器陣列。同樣，US專利5265144中公開的檢測器是以測量按固定散射角散射的輻射能為基礎。而且，就這種檢測器而言，使檢測器聚焦在被測物體內的小區域上並且通過移動檢測器、準直系統和物體的相對位置，只能檢查整個物體一維方向上置的體元素。用這個系統進行完整的三維檢查需要使物體或光源、檢測器和準直系統在總數為2的其它垂直方向上移動。這種設備在行李檢查系統的範圍內不是一種實用的設備。
最後，另一個US專利4754469公開了一種檢測設備，為了得到較好的物品解析度，這種設備使用了需要較長檢查時間的單色X射線源，或者使用了昂貴和複雜的固態低溫冷卻鍺或矽檢測器半導體陣列。對於兩維分析來說，還需要受檢物體或X射線源、準直系統和檢測器陣列在相互垂直的兩個軸向上移動。只有通過另外移動物體或縮短的檢測器準直器的相對位置才能進行三維檢查。
本發明的目的是提供一種至少能緩解某些上述問題的X射線檢查系統。
眾所周知，射入晶體材料中的X射線能夠從晶格上產生相干散射。相對於穿過光源和散射中心的軸線測得的X射線相干散射的角度2θ與入射的X射線波長λ和晶格間隔d有關，並滿足公式nλ＝2dSinθ(1)其中n是正整數。這樣，通過檢測是否存在已按已知角度2θ產生相散射並具有公知波長λ(或其倍數)且滿足上述公式(1)的入射X光即可識別出引起散射的晶體目標物。
然而，從公開出版的例如Harding和Kosanetzky(J Opt Soc AmA，Vol.4，No.5，p933-944，May 1987)的著作中可以知道，該技術並不只是局限於辨別和分析純粹的晶體材料，而且適用於非晶體材料或者諸如聚合物和有機材料等無序材料。同樣還可以識別各種易爆品，這些易爆品是晶體材料和非晶體材料的混合物，晶體材料通常是高能爆炸組份，非晶體材料通常是非爆炸材料。
按照本發明，提供一種X射線檢查系統，該系統包括一準直X射線光源，它設置成能用從光源射出並穿過待檢物體的X射線束照射待檢物體，所說X射線束在與X射線散射平面相垂直的平面內成扇形；檢測裝置，它能對穿過物體以不同角度產生相干散射的X射線的強度進行判斷以便根據以每個角度散射的X射線的強度產生輸出信號；準直裝置，它設置在檢測裝置和物體之間，且只允許以不同角度從有限的體元素厚度和扇形光束的有限圓弧上產生相干散射的X射線通過；以及，分析裝置，它可控制地接在檢測裝置上以便處理輸出信號進而確定是否存在以一個或多個預定角度產生相干散射的X射線，其中，準直和檢測裝置適用於檢測橫跨扇形光束寬度或散布距離的X射線。
應注意的是，本文中使用的術語「扇形光束」包括連續的扇形形式或不連續的扇形形式的光束，也就是說，在後一種情況下，不連續扇形光束是其中有一個或多個小圓弧全部衰減掉的另一種連續扇形。在此將這種不連續的光束稱為「間斷式扇形光束」。
準直裝置在X射線束的方向上提供厚度解析度，這樣設置的優點在於，當對來自不同厚度的目標物不同角度散射進行判斷時，由於在任何時間只檢查物體的有限厚度，所以能提高對來自目標物的散射和來自其它材料的散射的判斷力。
有用的是，將準直裝置和受檢物體的一方或兩方設置成能沿(非散射的)X射線束方向彼此相對運動，以改變體元素在物體整個厚度上的位置。用這種方式基本上可以檢出物體的整個厚度，為了簡化結構，最好只使準直裝置產生這樣的運動。然而，在準直裝置可移動的情況下，更有益的是設置一個能與準直裝置同時運動的檢測裝置，以便保持兩者之間的相對獨立。其優點在於，可在檢測裝置上基本相同的位置處檢測在任何給定角度上的散射，而與體元素在物體整個厚度上的位置無關。
準直裝置可以包括多個X射線衰減材料薄片，每個薄片均沿圓的不同半徑延伸，所述圓的中心與給定的兩維體元素的中心重合，而且每個圓和相應的體元素都處於一個平面內，該平面垂直於檢測散射光束用的扇形光束的平面。合適的是使每一個薄片與相鄰薄片之間相對於上述圓的中心隔開一個通常為0.5°的小角度。橫切扇形束有限弧度的多個相互平行且彼此靠近的兩維散射體元素的中心最好是處於一條直線上，該直線垂直於一個平面，此平面本身垂直於扇形束的平面。如果這種小角度分隔保持恆定，那麼準直裝置將會提供非散射X射線束方向上的小散射體元素厚度，該厚度與散射角度有關。
代替上述間隔恆定的薄片，在準直裝置的需要設定與散射角2θ無關的恆定體元素厚度的第二實施例中，可以按照下列公式計算薄片的徑向間隔ss＝(C×tan(2θ))+w (2)其中C是與所需體元素厚度和儀器尺寸有關的常數，w與儀器尺寸和薄片寬度有關。
在前述具有恆定或可變薄片間隔的準直裝置實施例中，如果用固定的準直裝置來獲取散射圖形，則將會使以一定角度散射的X射線束出現周期性總衰減。在捕獲散射分布圖形的過程中通過使準直裝置相對於相應的兩維散射體元素中心轉動一個小角度(通常等於薄片的間隔角)，便可避免這些實施例中的離散散射角處的總衰減，所述兩維散射體元素處於與扇形束垂直但與兩維散射體元素共面的一個平面內。與捕獲散射分布圖形的時間相比，旋轉運動的時間可以短一些或是基本上與其相同。
然而，準直裝置的第三優選實施例可以在不需要準直裝置轉動的情況下避免以任何散射角散射的X射線束的總體衰減。該第三實施例在原理上與前兩個實施例相同，並且，在需要時，該實施例可以象上述那樣採用按恆定的角度間隔或角間距設置的準直片。然而，在該實施例中，在以光束中點為中心的扇形光束小園弧上，不是將薄片沿上述以其中心在一條直線上的平行兩維散射體元素的中心為半徑的平面放置，而是使薄片從該位置圍繞從兩維散射體元素的中心延伸到小圓弧中點的軸轉過一定角度，對於具有恆定間隔的薄片來說，該角度一般為5-25°，更優選的是約15°。因此，當在與扇形光束相交的小圓弧內從中心在一條直線上的平行兩維散射體元素的所有部分穿過準直裝置的累加信號積累起來時，通過適當地選擇各薄片的轉角，可使散射X射線束的衰減減小和使其在所有散射角下都近乎相等。
有利的是，每個薄片圍繞兩維散射體元素的中心軸轉過的角度可以沿該軸線隨離散射體元素中心的距離而變化，所述兩維散射體元素的中心與橫切扇形光束的小圓弧中心半徑共面，而扇形光束則與小圓弧的中點有關。最佳的是，所述轉角與離開散射體元素中心的距離成線性比例關係。
在一個優選實施例中，X射線源包括多色X射發生器和相配合的平衡濾波系統。這種X射線源的優點是，與使用由單色X射線發生器構成的X射線源時所需的檢查時間相比，可以減少對物體的檢查時間。多色X射線發生器提供了可對物體進行快速檢查的較大光通量，同時，按照Cooper(J.Phys.E，1985，Vol 18，P354)等人的方法而使用的平衡濾波系統提供了有效的帶通X射線光子能量濾波器，並且可以產生基本上等同於用單色X射線源產生的那種視角色散X射線譜。此外，通過將每個濾波器設置成自動地放置在光路中，不再需要操作者親自介入。
帶有基本上只對接近平衡濾波系統帶通區的那些X射線能量敏感的中度X射線光子能量判斷器的檢測器(例如包括一個與X射線閃爍器材料相連的位置敏感式電子倍增管的檢測器)，可以與多色X射線發生器和平衡濾波系統有效地結合使用，以便減少在感興趣的X射線光子能量區外部產生的大量的軔致輻射。由此可增加所產生的光譜的信噪比，從而進一步減少檢查所需的時間。
有利的是，檢測裝置還能夠例如使用成象檢測系統或多個設置成能按不同的分立角度或窄角度分布範圍進行檢測的分離檢測元件，同時檢測在包含感興趣的預定角度的角度範圍內散射的X射線，以產生角色散X射線光譜。其優點是，由於可以並行地收集用於所有感興趣的散射角範圍的數據，所以可以減少對每個物體的檢查時間。
優選的是，使檢測裝置和準直裝置能夠獨立地檢測從扇形光束的小圓弧橫切扇形光束的X射線，小圓弧的角度一般小於1°。這樣做能進一步減少了對每個物體的檢查時間並能沿扇形光束的最長軸對物品進行分辨。
最有用的是還設置了諸如傳送帶之類用於輸送待檢物體通過扇形光束的裝置。
如上所述，傳送裝置的作用是通過上述準直器的運動而使所設置的兩維檢查薄片產生平移，並使扇形光束、準直和檢測裝置的高度充滿物體的整個長度。在獲取信號期間最好是利用物體在傳送裝置上的運動以在寬角度散射範圍內傳播散射體元素之外但在散射的輻射圓弧之內的材料衰減效應，否則將會使從散射體元素的內容中得到的散射圖形產生畸變。這是通過在物體於傳送帶上移動足夠的距離且穿過扇形光束的過程中捕獲散射圖形而實現的。然而，物體在該期間的位移應小於待測目標物在傳送帶運動方向上的體積寬度，或者，從包含物品而不是目標物的區域得到的散射影響可能會支配組合的散射圖形並且會搞亂與最終的物品識別失真相匹配的圖形。
最有利的是X射線檢查系統可以另外包括以可控方式連接到分析裝置上的報警裝置，以便當在一個或多個預定的檢測角度上出現某種較強的散射X射線時產生聲覺，視覺或聲-視報警信號。這樣可以提醒操作者已在物體中檢測出目標物或類似物。
為了增大信噪比從而提高系統的可靠性，優選的是，分析裝置還適合於處理由一些體元素形成的代表來自受檢物體固定檢測區的總信號的信號，以便確定其中在一個或多個預定角度處是否存在以一定的相對強度散射的X射線區。
考慮到對諸如行李之類的大物體進行相干X射線散射檢查所預計的有限檢查速率，以及設備的可能成本和例如雙能級X射線傳輸和CATX射線檢查設備之類的現有設備的能力，建議這樣利用所說明的發明，其中，以諸如上述已有技術方法之類的初級的、解析度較低但速度較快的技術來檢查局限在檢查方向上的物體整個體積的一部分，以便檢驗例如可能包含在飛機行李中的危險物品的或是更概括地說值得進一步分析的固定物品。就飛機行李而言，通過提供能描述目標物的晶體學結構或化學結構的第四獨立信息，這種第二級的相干散射設備就能夠補充從傳統的第一級設備上獲得的密度、平均原子序數和空間信息。然而，僅在用第一級信息進行分析之後，在給定的提包內的材料中的危險品仍無法辨認時才使用第二級的設備。
這種直接相干X射線散射設備可以用本文所述的發明來實現並需要一個在檢查完整的行李時所需的一部分儀器。例如，可以將覆蓋10cm高度的有限扇形X射線束與檢測60cm高×90cm長的標準全尺寸箱所需的準直和檢測系統檢測的1/6一道使用，以便在檢測整個箱子的1/9時間內遍訪箱子上10×10cm面積內的整個厚度。
本發明的X射線系統比對來自單個體元素的散射光子進行環形檢測的X射線檢查系統更適合於行李和很多其它容器檢查的情況。在後一種設備的結構中，設置檢測器陣列以便在三維方向上對行李和/或準直系統進行部分控制是不可行的。此外，不利的是接受三維控制的機械複雜性，因為來自單個體元素的信號計數率在以環形檢測為基礎的三維系統中將保持與本文中所述的兩維控制和扇形束分布相當。這是因為，通常為了保持光譜解析度，原級光子束沿光譜測量軸的寬度必須很小，通常為1mm。在本發明中，這個要求已經滿足，而且，為了得到較強的信號，在不明顯降低光譜解析度的情況下還可以把記錄單個體元素散射情況的原級光束的高度和記錄有單個體元素散射情況的檢測區的高度增大成大於上述距離，一般約為10mm。
在以環形檢測為基礎的X射線檢查系統中，記錄單個體元素散射情況的原級光束的高度必須保持與其寬度(即原則上應使用圓形原級光束的橫截面)相等，或者，使沿高度軸的光譜解析度降低，這種情況將降低整個散射圖形解析度。同樣的考慮也適用於可在不降低光譜解析度的情況下加以使用的X射線管的焦點的最大尺寸。就以環形檢測為基礎的X射線系統而言，在同樣光束寬度的情況下，焦點是一個圓，該圓的直徑應設計成不會明顯降低沿任何信號測量軸的光譜解析度。在本發明中，沿測量軸方向有同樣的限制，但沿垂直軸則無此限制，在垂直軸方向上焦點可以大得多，這樣可以給出解析度損失很小的高信號計數率。在本發明中，X射線管焦點一般為1×3mm。
更有利的是，可以用使用物體在X射線光子能量方面的衰減的三維圖形，即，層析X射線攝影信息，來修正物品在未散射的原級光束和散射光子弧中的衰減效應。在用平衡濾光器產生單色X射線衍射的情況下，應在小的X射線能量的帶通範圍(即57.49-59.38Kev)內獲得衰減的信息。用例如在US專利4,730,350中描述的公知層析X射線攝影法能夠獲得這種信息。
下面將參照附圖描述本發明的X射線檢查系統在用於檢查容器時的實施例，其中圖1是從X射線檢查系統的上部觀察到的局部剖面圖；圖2A是顯示扇形光束的同一系統的側視圖；圖2B是同一系統的側視圖，但其中X射線是間斷的扇形光束。
圖3是分析裝置的第一實施例的示意圖4是分析裝置的第二實施例的示意圖；圖5示出了(A)一般的散射圖和(B)從該圖中產生的信息減少了的散射圖形；圖6示出了用不同的爆炸物得到的典型的散射圖形；圖7是與先前所示不同的準直器實施例的示意圖，該實施例是從光源的方向來看的並設置在垂直於扇形光束平面的位置上；以及圖8說明了實現低解析度層析X射線攝影衰減校正的方法。
現在參照圖1和圖2A，它們是本發明同一個實施例的相互垂直的視圖，來自多色X射線源1的X射線被狹縫式準直器2準直成狹窄連續或間斷的扇形光束。該扇形光束(從圖2A中能更清楚地看出)穿過平衡濾波系統3中的濾波器後投射到置於傳送帶5沿方向22以恆定速度移動的箱子4上。平衡濾波系統3具有兩個濾波器，這兩個濾波器在使用時順序地起單級窄光子能量範圍的帶通濾波器的作用。第一濾波器由銩構成，第二濾波器由鉺構成，有利的是它們都具有K吸收限，該吸收限把鎢Kα1和Kα2限定為鎢陽極X射線源的螢光線。
穿過容器4並在容器4內因目標物而在角度2θ範圍內彈性散射的X射線在圖1所示的平面內被一排金屬薄片23(一般是0.3mm的鋼片)準直，所述金屬薄片23被設置成垂直於附圖所在的平面並且沿著以容器4中的點P為中心的圓半徑排列，從而，能夠檢測到在感興趣的角度範圍內(通常為1-10°)僅來自以P點為中心的有限體元素厚度(通常為2-3mm)處的散射光。
用公式(2)可計算出相鄰薄片的徑向間隔，其中C＝2.08的值是在體元素厚度總是為2cm的情況下得到的；點P和薄片上離其最近的邊緣之間的距離為25cm，薄片的長度為25cm，而且，在這些尺寸條件下，當薄片寬度為0.3mm時，w值為0.12。
為了檢查容器4的整個厚度，可以使薄片23同時沿非散射X射線束(如圖1中的虛線所示)的方向移動(如箭頭27所示)以便使檢測中心P移動一個與薄片23的移動相同的量。
參照圖2A，通過一排檢測器6a…n中的一個檢測器可以同時在所有2θ角範圍內檢測到準直X射線，所述檢測器6a…n設置成橫跨扇形寬度。每個檢測器6a…n均包括大尺寸光子計數攝相機，例如X射線圖象增強管和低噪聲攝相機的組合或閃爍器和增強的CCD攝相機，這種攝象機的空間解析度為幾百微米數量級且具有幾平方釐米或更大一些的敏感區，在該敏感區上可檢測到投射的X射線。各檢測器6a…n均設置成能產生一輸出，此輸出代表投射到檢測器上的散射X射線的強度和位置。如圖2A所示，在垂直於扇形光束的平面內使每個檢測器排成一排，以便使每個檢測器記錄僅來自扇形光束有限弧度上的散射。
圖2B除了用準直板24代替上述結構中兩個原級光束準直器中的第二個準直器之外，其餘部分與圖1和圖2A中所示的基本結構相同，在該準直板中，把以前用來產生連續扇形光束的單個連續狹縫分成多個短狹縫。由此產生了不連續的(或「間斷的」)原級扇形光束。這種光束具有準直效果，除了在垂直於扇形光束的平面內取得的準直效果之外，還可以利用這種光束使每個檢測器記錄僅來自上述扇形光束有限弧度上的散射。
現在參照圖3，把從每個檢測器6a…n輸出的信號送入用虛線表示的分析裝置8，分析裝置8包括一排差分圖象計算器9a…n，每個計算器均對應於一個檢測器6a…n；一排散射圖形發生器10a…n，每個發生器均對應於一個計算器9a…n；一個光譜特性曲線發生器11；以及，一個光譜特性曲線比較器12。
把來自每個檢測器6a…n的輸出信號採集進相關的差分圖象計算器9a…n以產生散射圖象。然後利用相關的散射形狀發生器10a…n處理每個圖象，以便通過去除某些部分的圖象信息來減少送入光譜特性曲線發生器11中的數據量，按照公式(1)，這些部分的圖象信息與檢測器區域有關，而該檢測器區域對應於不希望X射線穿過而被感興趣的目標物相干散射的散射位置。然後將那些在剩餘區域中代表特定散射角的信息進行平均以便進一步減少送入光譜特性曲線發生器11中的數據。再把減少了信息的散射圖形送入光譜特性曲線發生器11中，在此發生器中，確定圖形中相關散射特徵的角位置和強度。然後把在各圖形中測得特性曲線送入光譜特性曲線比較器12中，在此比較器中，通過把這些特性曲線與存儲在比較器12中的曲線相比較來判斷在容器4中是否存在目標物。如果判斷結果是存在目標物，則從比較器向報警器13發出一個提醒操作者存在目標物的激勵信號。
如圖4所示，在本發明的另一個實施例中，分析裝置8除了在圖形發生器10a…n與光譜特性曲線發生器11之間包括了一個圖形加法器20外，其餘部分均與上一實施例相同。如上所述，通常或是當從單個圖形中判斷出存在目標物時，把來自比較器12的第一激勵信號轉送到加法器20中，加法器20進行運算，把來自少量的圖形發生器10a…n的圖形相加以產生一個單一的圖形，該圖形代表從容器的固定區域彈性散射的X射線。然後把這個單一圖形送到光譜特性曲線發生器11並進行如上所述的處理。當比較器12從累加的圖形中判斷出存在目標物時，就把來自比較器12的第二激勵信號轉送到報警器13。這樣就可因該圖形的信噪比大於各個部分圖形的信噪比而防止對是否存在目標物作出的錯誤判斷。此外，與上述同樣的方式還適用於在只有檢測出一個或多個相鄰的容積內充有給定目標物時才報警的場合。
很顯然，對於熟悉本領域的技術人員來說，用一個合適的程序化的計算機可以完成上述分析裝置各部分的所有功能。
在從特定體元素上捕獲散射光束期間，可以使所有薄片23均繞P點轉離扇形光束平面一個小角度，該角度一般是薄片23的最小間隔。這樣可隨時間移動薄片的徑向距離並避免因以離散散射角散射的X射線的總衰減而導致的信息丟失，所述離散散射角是薄片靜止時的定向角度。可以使薄片回到它們的原始位置，並相對每個受檢查的體元素重複相同的移動或者使薄片相對於交錯的體元素在相反方向上交替地移動相同的量。
另一方面，如圖7所示(圖7示出了遮切扇形光束的一個小圓弧並與扇形光束的平面相垂直設置的準直裝置的一個部件)，準直器23的第三優選實施例在不需要轉動準直器的情況下可避免以任何散射角散射的X射線的總衰減。在該實施例中，準直器23可以採用按公式(2)確定的如圖1所示的平面中具有恆定角間隔的準直片或在按一定角間隔範圍設置的準直片。然而，在其中心位於圖1所示平面上的扇形光束的一小段圓弧上(一般，在受檢物體處其最大尺寸約為1cm)，薄片可以圍繞一個軸從垂直於圖1所示的平面轉動一定角度，該角度一般為5-25°，更具體地是15°，所說的軸與中心位於P點且處於圖1所示平面內的圓的半徑相重合。當對來自受扇形光束的小圓弧照射的所有目標物體積且通過準直器的總信號進行累加時，利用上述裝置可使散射X射線束的衰減很小且使所有散射角上的衰減幾乎相等。
最佳的是，每個薄片的角位置是這樣的當從準直器的前面或後面觀察時，每個薄片的最近表面在各點之間延伸，在這些點處，如圖7所示，相鄰薄片的最近表面會在準直器前面或背面的平面內碰到扇形光束的小圓弧的邊界。標號28一般性地示出了用於準直片定向和定位的支承結構。
由於準直片23在離開光源朝向檢測器的方向上是擴散的，有益的是，所以每個薄片在中心位於圖1平面中的扇形光束的小圓弧上圍繞圖1平面中P點上的軸線轉動的角度隨著沿該軸離開P點的距離而變化，換句話說，薄片實際上沿其長度方向轉動。最優選的是使每個薄片上任何給定點處的轉角與該點離開散射體元素中心的距離成線性比例。
圖5A中示出了由差分圖象計算器9a…n產生的散射圖象，其中散射帶14對應於一部分由目標體元素所相干散射的X射線光子同心環。用標號16表示受未散射的X射線照射的檢測器6a…n的區域，用虛線17表示用於產生圖5B中信息減少了的散射圖形的區域。如圖5B中所示，散射X射線強度的峰值對應於散射帶14。
圖8表示另一個實施例，其中，在上述裝置中增加了兩個或多個呈直線排列的X射線檢測器25和相應數量的準直狹縫26。利用排成直線的檢測器陣列25中的每個檢測器檢測狹窄扇形光束對於物體以明顯不同的角度沿明顯不同的路徑通過受檢物體的傳輸情況。在一個優選實施例中，每個線性檢測器陣列都平行於用於測量相干X射線散射譜的扇形光束中最長弧兩端之間的弦，並且因而以垂直於圖8平面的方式延伸。當物體在傳送帶上通過相關的扇形光束時，每個線性檢測器陣列將記錄整個受檢物體的完整行掃描兩維透射投影圖。然後採用例如US專利4730350中指出的層析X射線攝影法，用來自多個線性檢測器陣列的行掃描圖象重建受檢物體的三維衰減模型。最好是利用上述銩和鉺平衡的濾波器技術並在與用來確定同一物體的相干射線散射譜基本相同的X射線光子能量的小範圍內獲取這種信息。然後可以用物體的三維衰減模型來修正角色散X射線譜並消除非散射原級光束及散射光子束的圓弧中從散射體元素之外的物品的衰減效應。
實際上，為了進行相干X射線散射光譜的衰減修正，可以僅需要低空間解析度的層析X射線攝影圖象，從而，可以使用這種僅在以各種角度通過提包的少量徑跡上進行較少量X射線透射測量的儀器。這對在沿運動的軸線獲取信號期間箱子在傳送帶上的運動將會提高散射體元素和受檢物體內的任何物品的有效尺寸的優選實施例而言，情況特別是如此。
圖6示出了用圖1和2的實施例從厚度為13mm的樣品上得到的散射圖形，所說的樣品為(a)HMX爆炸物；(b)基於RDX的塑料爆炸物；(c)基於PETN的片形爆炸物；(d)火藥(e)硝酸銨/燃料混合物
權利要求
1.一種X射線檢查系統，該系統包括準直X射線源，該射線源設置成能用從光源射出並穿過物體的X射線束照射待檢物體；檢測裝置，它能夠對穿過物體以不同角度產生相干散射的X射線的強度進行判斷以便根據以每個角度散射的X射線的強度產生輸出信號；準直裝置，它設置在檢測裝置和物體之間，且只允許以不同角度從有限的體元素厚度和從扇形光束的有限圓弧上產生相干散射的X射線通過；以及，分析裝置，它可控制地連接到檢測裝置上以便處理輸出信號進而確定是否存在以一個或多個預定角度產生相干散射的X射線，其中，所說的X射線呈現出位於某個平面內扇形形式，所說的平面垂直於X射線的散射平面，而且，準直裝置和檢測裝置適合於檢測跨越扇形光束寬度的X射線。
2.按照權利要求1所述的X射線檢查系統，其特徵在於，準直裝置包括多個X射線衰減材料片，每個薄片沿一圓的不同半徑延伸，所述圓的圓心與從其上可以測到散射的體元素的中心重合，每個圓和相應的體元素都處於與扇形光束的平面垂直的平面內。
3.按照權利要求2所述的X射線檢查系統，其特徵在於，多個薄片彼此隔開相同的小角度。
4.按照權利要求2所述的X射線檢查系統，其特徵在於，多個薄片彼此相隔不同的量以便限定體元素的厚度，對於使X射線產生相干散射的不同角度來說，該厚度是不變的。
5.按照權利要求2-4中任一項所述的X射線檢查系統，其特徵在於，每個薄片基本上完全位於與扇形光束的平面相垂直的平面內。
6.按照權利要求2-5中任一項所述的X射線檢查系統，其特徵在於，在其中心處於光束中部的扇形光束的小圓弧上，不是將薄片以完全垂直於使X射線產生散射的平面的方式設置，而是使每個薄片繞從兩維散射體元素中心延伸到所說小圓弧的中點的一個軸線轉離所說平面一定的角度，該角度不大於25°。
7.按照權利要求6所述的X射線檢查系統，其特徵在於，轉動角度在5°-25°的範圍內。
8.按照權利要求7所述的X射線檢查系統，其特徵在於，轉動的角度約為15°。
9.按照權利要求6-8中任一項所述的X射線檢查系統，其特徵在於，每個薄片的轉動角度沿所說軸線隨距散射體元素中心的距離而變化。
10.按照權利要求9所述的X射線檢查系統，其特徵在於，每個薄片上任何位置的轉角均與該位置離散射體元素中心的距離成線性比例。
11.按照權利要求1-5中任何一項所述的X射線檢查系統，其特徵在於，它還包括在捕獲散射圖形的過程中使準直裝置的薄片繞相應的兩維散射體元素的中心在一平面內轉動一定角度的裝置，所說的平面垂直於扇形光束但與兩維散射體共面，而所說的角度的量級為薄片的角間隔。
12.按照權利要求11所述的X射線檢查系統，其特徵在於，轉動裝置提供了不大於散射圖形捕獲時間的轉動時間。
13.按照上述任一權利要求所述的X射線檢查系統，其特徵在於，準直裝置在非散射X射線光束的方向上可相對於受檢物體移動，以便改變體元素在整個物體厚度上的體元素位置。
14.按照權利要求13所述的X射線檢查系統，其特徵在於，檢測裝置可以與準直裝置一起運動。
15.按照上述任一權利要求所述的X射線檢查系統，其特徵在於，檢測裝置能夠同時檢測在一個角度範圍內散射的X射線以產生角色散X射線光譜。
16.按照上述任一權利要求所述的X射線檢查系統，其特徵在於，X射線源包括多色X射線發生器和一個可配合工作的平衡濾波系統。
17.按照權利要求16所述的X射線檢查系統，其特徵在於，檢測系統包括基本上只對平衡濾波系統帶通區內的X射線能量敏感的檢測器。
全文摘要
一種X射線檢查系統包括:X射線源(1),該射線源設置成能用從光源(1)射出並穿過物體(4)的扇形X射線束照射待檢物體(4);檢測裝置(6),它能夠對穿過物體(4)以不同角度產生相干散射的X射線的強度進行判斷以便根據以每個角度散射的X射線的強度產生輸出信號;以及,分析裝置(未示出),它可控制地連接到檢測裝置(6)上以便處理輸出信號,進而確定是否在存以一個或多個預定角度產生相干散射的X射線的輸出信號。準直裝置(23)設置在檢測裝置(6)和物體(4)之間且只允許以不同角度從中心位於P點的有限體元素厚度上產生相干散射的X射線通過,準直器(23)沿光束方向的運動以及物體藉助例如傳送帶在一個方向(22)上的平移可以使物體(例如行李等物品)的整個體積受到掃描。
文檔編號G01N23/20GK1181133SQ9619311
公開日1998年5月6日 申請日期1996年1月30日 優先權日1995年2月8日
發明者S·P·比瓦爾 申請人:大不列顛及北愛爾蘭聯合王國國防大臣