СИСТЕМА ИНТРОСКОПИЧЕСКОГО СКАНИРОВАНИЯ ИНСПЕКЦИОННО-ДОСМОТРОВОГО КОМПЛЕКСА И СПОСОБ, ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫЙ В ТАКОЙ СИСТЕМЕ Российский патент 2015 года по МПК G01T1/00 

Изобретение относится к системе интроскопического сканирования инспекционно-досмотрового комплекса (ИДК), включающей в себя линейный ускоритель электронов, являющийся источником излучения для сканирования объектов, и детекторный узел для сбора данных сканирования. Изобретение относится также к способу интроскопического сканирования, осуществляемому в такой системе.

Уровень техники

Системы интроскопического сканирования используются, в частности, для таможенного контроля и предназначены для получения информации о внутреннем устройстве и содержимом досматриваемого объекта с целью предотвращения несанкционированного провоза оружия, наркотических веществ и контрабанды.

Современные системы интроскопии, предназначенные для досмотра крупногабаритных объектов таможенного контроля, являются основным компонентом инспекционно-досмотровых комплексов (ИДК) и позволяют быстро и эффективно осмотреть содержимое интересующего объекта, без вскрытия последнего.

В основе известных систем интроскопии, в частности ИДК, лежит принцип сканирования досматриваемого объекта с использованием ионизирующего излучения, в частности высокоэнергетического фотонного излучения (например, рентгеновского или гамма-излучения), создаваемого ускорителем электронов, или гамма-излучения радиоактивных изотопов. При прохождении через предметы и вещества, содержащиеся внутри досматриваемого объекта, ионизирующее излучение подвергается ослаблению, и по изменению его интенсивности определяют характеристики просвечиваемых предметов, с последующим преобразованием данных сканирования в радиоскопическое изображение содержимого объекта. Подобные системы описаны, например, в документах RU 2430424, RU 2284511, RU 2305855.

ИДК, работающий по вышеупомянутому принципу, обычно содержит источник ионизирующего излучения, детекторный узел, предназначенный для сбора данных сканирования, средство перемещения детекторного узла вдоль объекта сканирования (либо средство перемещения самого объекта сканирования относительно детекторного узла), систему обработки и визуализации данных, полученных в результате сканирования, а также систему управления всеми элементами комплекса и систему обеспечения радиационной безопасности. В качестве примера подобного комплекса можно привести ИДК HCVG-6040 компании Смите Хайманн (Smiths Heimann), описанный в источнике информации, размещенном на сайте http://www.smithsdetection.com/imaqes/Product%20Datasheets/95591879.pdf.

На сегодняшний день мировым трендом является применение ИДК на базе линейных ускорителей электронов с поимпульсным переключением энергии. Среди таких ускорителей можно отметить ускорители Mi6 и Mi9 американской компании Varian, а также ускорители компании Nuctech. Для формирования изображения с поимпульсным переключением энергии ускоритель должен работать в режиме так называемого чересстрочного сканирования, в котором при каждом четном импульсе генерируется тормозное излучение с высокой энергией, а при каждом нечетном - с низкой.

При этом во всех известных ускорителях подобного рода используется схема переключения энергии с эквидистантным межимпульсным интервалом. ИДК, оснащенные такими ускорителями, позволяют получать радиоскопическое изображение содержимого объекта сканирования с разделением материалов по критерию органика-неорганика за один проход сканирования.

Схема работы известного из уровня техники линейного ускорителя с эквидистантным интервалом между импульсами низкой и высокой энергии показана на фиг. 1, где τ - длительность импульсов, а Т - интервал между импульсами.

Отечественными специалистами был предложен способ генерации тормозного излучения с дуальной энергией, в основе которого лежит поимпульсное переключение величины энергии ускоренного пучка электронов на одной и той же частоте, позволяющий получать радиоскопические изображения с разделением материалов по критерию органика-неорганика и распознаванием групп материалов по эффективному атомному номеру Z, а также с осуществлением их цветовой визуализации. Благодаря тому, что такой способ позволяет оценивать атомный номер объекта со сравнительно высокой точностью, появляется возможность эффективного распознавания в сканируемых объектах взрывчатых веществ, большинство из которых имеет эффективный атомный номер близкий к 7. Такой способ был впервые описан в источнике: Ogorodnikov, S.; Petrunin, V. (2002). "Processing of interlaced images in 4-10 MeV dual energy customs system for material recognition". Physical Review Special Topics - Accelerators and Beams 5 (104701) и получил свое дальнейшее развитие в решении, раскрытом в патенте RU 2452143.

В качестве примера инспекционно-досмотрового комплекса (ИДК), содержащего систему интроскопического сканирования, в которой применяется метод дуальной энергии тормозного излучения, можно привести инспекционно-досмотровый комплекс "Эфаскан", описанный, в частности, в источнике информации, размещенном на сайте http://www.niiefa.spb.su/site/left/complexes/custom/efascan/?lang=ru. Система интроскопического сканирования, описанная в данном источнике информации, выбрана заявителем в качестве ближайшего аналога предложенного изобретения.

Тем не менее, всем известным на сегодняшний день ИДК и системам интроскопического сканирования на базе линейных ускорителей электронов с поимпульсным переключением энергии, присущи некоторые недостатки. Так, в ИДК, предназначенных для объектов, перемещающихся с достаточно высокими скоростями (от 1 км/ч до 35 км/ч), как, например, в ИДК для досмотра автотранспортных средств, необходимо принимать меры по обеспечению точного совмещения данных сканирования с высокой и низкой энергиями.

При эквидистантном расстоянии между импульсами с высокой и низкой энергиями высокая скорость перемещения тракта пучка приводит к эффекту алиасинга при распознавании материалов в объектах с тонкой структурой за счет появления ошибки пространственного смещения слоев сканирования. В результате на радиоскопических изображениях имеет место ложная расцветка для границ объектов и малых объектов, что значительно ухудшает качество изображения и приводит к невозможности распознавания материалов на основании оценки эффективного атомного номера объектов сканирования.

В известных из уровня техники системах интроскопии эта проблема может быть решена только за счет уменьшения скорости перемещения объекта при сканировании, т.е. собственно скорости сканирования, что неприемлемо для коммерческих продуктов, где скорость сканирования и общая пропускная способность установки являются одними из ключевых параметров, определяющих конкурентоспособность продукта.

Таким образом, существует потребность в системе интроскопии, позволяющей устранить эффекты алиасинга при сохранении достаточно высокой скорости сканирования.

Раскрытие изобретения

Исходя из вышеизложенного, задачей изобретения является создание системы интроскопии, позволяющей устранить явление алиасинга при сохранении достаточно высокой скорости сканирования.

Указанная задача решена посредством создания системы интроскопического сканирования инспекционно-досмотрового комплекса, содержащей: линейный ускоритель электронов для генерации излучения для сканирования объектов, выполненный с возможностью работы в режиме генерации импульсов с переключением энергии между двумя соседними импульсами, отстоящими друг от друга на малый временной интервал t, при этом один из указанных импульсов имеет низкую энергию, а второй - высокую энергию; и

детекторный узел для сбора данных сканирования, включающий в себя детекторные модули, содержащие чувствительные элементы со сцинтилляционными кристаллами, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и каналы детектирования, каждый из которых содержит два интегратора для обработки сигналов одного детекторного модуля и группу переключателей для попеременного подключения интеграторов к детекторному модулю и к АЦП, причем промежуток времени t1, в течение которого происходит сбор фотонов от одного импульса излучения, не превышает интервал t между импульсами, равный или превышающий время высвечивания материала сцинтилляционных кристаллов.

В основе настоящего изобретения лежит идея минимизации временного интервала между генерируемыми импульсами низкой и высокой энергии с отходом, таким образом, от эквидистантного межимпульсного интервала, то есть по существу переход к генерации и детектированию импульсного дуплета. Указанная идея реализована в изобретении в виде комплексного технического решения, заключающегося в комбинации линейного ускорителя, способного генерировать импульсы низкой и высокой энергии, отстоящие друг от друга на малый временной интервал, и системы детектирования, выполненной таким образом, чтобы обеспечить качественное детектирование импульсов, следующих друг за другом с минимальным временным интервалом.

С одной стороны, интервал времени, в течение которого происходит измерение сигнала детектора, должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить сбор фотонов со сцинтиллятора. В то же время он должен быть достаточно малым, чтобы обеспечить отсутствие искажений в полученном изображении.

Поскольку время работы АЦП составляет, величину сравнимую или большую по сравнению с величиной интервала между импульсами, то канал детектирования необходимо построить так, чтобы сбор фотонов сцинтиллятора, вызванных импульсами излучения, происходил в течение двух промежутков времени, следующих один за другим, с оцифровкой двух сигналов с разной энергией в промежутке между импульсными дуплетами.

Для выполнения всех выше перечисленных условий, в соответствии с изобретением промежуток времени, в течение которого происходит сбор фотонов от одного импульса излучения, выбирают так, что он не превышает интервал между импульсами, а интервал между импульсами, выбирают равным или превышающим время высвечивания материала сцинтилляционных кристаллов детектора. Такой режим работы обеспечивается за счет организации канала детектирования с двумя интеграторами, как подробно показано ниже.

Таким образом, в предложенной системе интроскопического сканирования, обеспечивается возможность генерации и качественного детектирования двух импульсов разной энергии, следующих друг за другом на минимальном временном интервале, что позволяет минимизировать ошибку пространственного смещения в режиме таможенного сканирования при сравнительно высоких скоростях перемещения объекта сканирования, и обеспечить возможность с высокой точностью разделять и визуализировать на радиоскопических изображениях группы материалов по их атомному номеру, и даже идентифицировать материалы внутри таких групп.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения линейный ускоритель электронов выполнен с возможностью работы в следующих дополнительных режимах:

- генерации импульсов низкой энергии, в котором ускоритель генерирует только импульсы низкой энергии с одинаковым временным интервалом между импульсами;

- генерации импульсов высокой энергии, в котором ускоритель генерирует только импульсы высокой энергии с одинаковым временным интервалом между импульсами.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения временной интервал t между импульсами в дуплете является постоянным или варьируемым.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения в системе предусмотрено по меньшей мере два переключателя для попеременного подключения интеграторов к детекторному модулю и по меньшей мере два переключателя для попеременного подключения интеграторов к АЦП.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения линейный ускоритель выполнен с возможностью местного управления и дистанционного управления.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения в режиме местного управления ускоритель выполняет команды оператора, вводимые с панели управления ускорителя.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения ускоритель, в режиме местного управления, выполнен с возможностью работать в двух режимах синхронизации:

- режиме внутренней синхронизации, в котором сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, вырабатываются системой управления ускорителя, при этом синхроимпульс вырабатывается самим ускорителем, а режим энергии вводится с панели управления ускорителя, и

- режиме внешней синхронизации, в котором сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, вырабатываются внешним устройством синхронизации, входящим в состав ИДК.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения в режиме дистанционного управления, ускоритель выполняет команды, поступающие от системы контроля и управления инспекционного-досмотрового комплекса, при этом сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, поступает от внешнего устройства синхронизации, входящего в состав ИДК.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения ускоритель, в режиме дистанционного управления, выполнен с возможностью работать в двух режимах синхронизации:

- режиме внутренней синхронизации, в котором сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, вырабатываются системой управления ускорителя, при этом синхроимпульс вырабатывается самим ускорителем, а режим энергии вводится с панели управления ускорителя, и

- режиме внешней синхронизации, в котором сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, вырабатываются внешним устройством синхронизации, входящим в состав ИДК.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения внешнее устройство синхронизации является компонентом системы управления детекторного узла.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ интроскопического сканирования, осуществляемый в инспекционно-досмотровом комплексе, включающий в себя этапы, на которых:

посредством линейного ускорителя электронов в направлении сканируемого объекта генерируют тормозное излучение в виде последовательности импульсов с переключением энергии между двумя соседними импульсами, отстоящими друг от друга на малый временной интервал t, при этом один из указанных импульсов имеет низкую энергию, а второй - высокую энергию;

- принимают излучение, прошедшее через сканируемый объект, посредством детекторного узла, включающего в себя детекторные модули, содержащие сцинтилляционные кристаллы и фотодиоды, которые преобразуют принятое излучение в электрический сигнал, причем сбор фотонов от одного импульса излучения осуществляют во временном интервале t, равном интервалу между двумя соседними импульсами, равном или превышающем время высвечивания материала сцинтилляционных кристаллов;

- подают электрические сигналы, полученные от двух соседних импульсов в каждом детекторном модуле, в соответствующий канал детектирования детекторного узла, содержащий два интегратора, с попеременным подключением интеграторов к детекторному модулю; и

- подают сигналы с выхода интеграторов в каждом канале детектирования на соответствующий АЦП, с попеременным подключением интеграторов к АЦП, причем упомянутое попеременное подключение интеграторов к АЦП осуществляют согласованно с упомянутым попеременным подключением интеграторов к детекторному модулю.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения каждый канал детектирования содержит первый переключатель и второй переключатель для попеременного подключения интеграторов к детекторному модулю, а также третий переключатель и четвертый переключатель для попеременного подключения интеграторов к АЦП, причем в исходном состоянии первый переключатель и второй переключатель разомкнуты, а интеграторы находятся в состоянии сброс, при этом подачу электрических сигналов, полученных от двух соседних импульсов, в канале детектирования от детекторного модуля к интеграторам и от интеграторов к АЦП выполняют следующим образом:

- подключают детекторный модуль к первому интегратору, замыкая первый переключатель, при этом первый интегратор выходит из состояния сброс;

- через промежуток времени t1, равный времени сбора фотонов, подключают детекторный модуль ко второму интегратору, размыкая первый переключатель и замыкая второй переключатель, при этом АЦП начинает обработку сигнала, поступающего с выхода первого интегратора через третий переключатель;

- через промежуток времени t2, равный разнице интервала t между импульсами ускорителя и времени t1, второй интегратор выходит из состояния сброс;

- через промежуток времени t1 размыкают второй переключатель, при этом второй интегратор переходит в режим ожидания;

- после окончания обработки сигнала первого интегратора размыкают третий переключатель и замыкают четвертый переключатель, подавая сигнал с выхода интегратора на АЦП, при этом первый интегратор переходит в состояние сброс; и

- после окончания обработки сигнала второго интегратора замыкают третий переключатель и размыкают четвертый переключатель, при этом второй интегратор переходит в состояние сброс.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описано более подробно со ссылками на чертежи, на которых:

на фиг. 1 показана схема работы известного из уровня техники линейного ускорителя с эквидистантным интервалом между импульсами низкой и высокой энергии;

на фиг. 2 показана схема работы линейного ускорителя в соответствии с изобретением, в режиме генерации импульсов с переключением энергии между двумя соседними импульсами, отстоящими друг от друга на малый временной интервал;

на фиг. 3 показана блок-схема канала детектирования в детекторном узле системы интроскопического сканирования согласно изобретению.

Осуществление изобретения

Далее описан пример осуществления предложенной системы интроскопического сканирования инспекционно-досмотрового комплекса.

Система включает в себя линейный ускоритель для генерации излучения для сканирования досматриваемых объектов. В состав ИДК также входит электрический шкаф (шкаф управления), содержащий программируемый логический контроллер (ПЛК), управляющий логикой дискретных сигналов управления ускорителя, а также других устройств и подсистем ИДК.

В качестве линейного ускорителя может использоваться любой известный ускоритель, предусматривающий возможность работы в режиме генерации импульсов с переключением энергии между двумя соседними импульсами, отстоящими друг от друга на малый временной интервал t, при этом один из указанных импульсов имеет низкую энергию, а второй - высокую энергию. В частности, в качестве ускорителя может использоваться ускоритель УЭРЛ-6-1-Д-4-01, выпускаемый компанией "Скантроник Системс".

Ускоритель может работать в трех основных режимах:

режим низкой энергии (все импульсы низкой энергии);

режим высокой энергии (все импульсы высокой энергии);

режим дуальной энергии (т.е. режим с переключением энергии между двумя соседними импульсами) (все нечетные импульсы низкой энергии, все четные импульсы высокой энергии).

Кроме того, предложенная система интроскопического сканирования включает в себя детекторный узел для сбора данных сканирования.

Детекторный узел содержит детекторные модули, содержащие чувствительные элементы, представляющие собой сцинтилляционные кристаллы, связанные с малошумящими фотодиодами (например, p-i-n фотодиодами, фотодиодами на основе двойной гетероструктуры и т.д.).

Детекторные модули связаны с электронными платами, содержащими многоканальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), которые могут принимать сигналы от нескольких детекторных модулей.

Сцинтилляционные кристаллы детекторных модулей под действием дошедшего до них через объект сканирования ионизирующего излучения испускают микрочастицы видимого света, который затем в фотодиодах преобразуется в электрический сигнал. При этом, величина электрического сигнала пропорциональна количеству попавших в чувствительный элемент фотонов (то есть интенсивности дошедшего до чувствительного элемента излучения). Аналого-цифровые преобразователи осуществляют преобразование полученных от фотодиодов сигналов, их буферизацию и передачу в блок управления.

Детекторный узел согласно изобретению включает в себя каналы детектирования, каждый из которых содержит два интегратора для обработки сигналов одного детекторного модуля и группу переключателей для попеременного подключения интеграторов к детекторному модулю и к АЦП.

Блок-схема канала детектирования, входящего в детекторный узел и выполненного в соответствии с изобретением, показана на фиг. 3.

Каждый канал детектирования содержит первый переключатель 2 и второй переключатель 3 для попеременного подключения интеграторов 4, 5 к детекторному модулю 1, а также третий переключатель 6 и четвертый переключатель 7 для попеременного подключения интеграторов к АЦП 8. В исходном состоянии первый переключатель 2 и второй переключатель 3 разомкнуты, третий переключатель 6 замкнут, четвертый переключатель 7 разомкнут, а интеграторы 4, 5 находятся в состоянии сброс.

Предусмотрено два режима работы ускорителя по управлению: режим удаленного управления и режим местного управления. При этом питание ускорителя в обоих случаях осуществляется от электрического шкафа, входящего в комплект оборудования ИДК.

В режиме удаленного управления система контроля и управления ускорителя (СКУУ) выполняет команды, поступающие от системы контроля и управления ИДК (СКУ ИДК). При этом ускоритель управляется пулом дискретных сигналов (команды и сигналы статуса, например, перевести ускоритель в состояние "Готов" или "Включить излучение"), поступающих от электрического шкафа ИДК. При этом ввод команд с панели управления ускорителя заблокирован.

В режиме местного управления СКУУ выполняет команды оператора, вводимые с панели управления ускорителем.

Как в режиме местного управления, так и в режиме удаленного управления ускоритель может работать в режиме внешней или внутренней синхронизации.

Режим внутренней синхронизации предусматривает, что сигналы "Запуск" (сигнал синхронизации) и "Энергия" (сигнал, определяющий энергию пучка) вырабатываются системой СКУУ.

В режиме внешней синхронизации сигналы "Запуск" и "Энергия" поступают от внешнего устройства синхронизации. Это устройство может быть выполнено в виде отдельного блока, входящего в состав ИДК, или являться компонентом системы детектирования.

Согласно показанному на фиг. 2 варианту работы линейного ускорителя по изобретению, время поступления импульсов сигнала «Запуск» определяет время генерации ускорителем импульсов тормозного излучения в импульсном дуплете. В отличие от сигнала «Запуск» импульс сигнала «Энергия» для настройки ускорителя подается один раз на дуплет, причем длительность и время прихода импульса «Энергия» выбирают так, что его начало опережает первый импульс «Запуск» (первый импульс тормозного излучения в дуплете) на величину t_Iead, а конец - опережает второй импульс «Запуск» на величину t_Iead.

Ниже описана работа системы интроскопического сканирования, предложенной в соответствии с настоящим изобретением, согласно способу интроскопического сканирования, также являющемуся объектом настоящего изобретения.

Сканирование осуществляют путем перемещения досматриваемого объекта относительно источника ионизирующего излучения, то есть линейного ускорителя, либо путем перемещения линейного ускорителя относительно подлежащего досмотру объекта. Прошедшее через сканируемый объект излучение попадает на сцинтилляционные кристаллы чувствительных элементов детекторного узла и посредством фотодиодов преобразуется в электрический сигнал, который затем оцифровывается путем обработки в аналого-цифровых преобразователях. Полученные цифровые данные передают на удаленный компьютер, на котором происходит их окончательная обработка и визуализация на мониторе компьютера.

При этом, в соответствии с изобретением, сканирование осуществляют в режиме поимпульсного переключения энергии, в котором посредством линейного ускорителя электронов в направлении сканируемого объекта генерируют тормозное излучение в виде последовательности импульсов с переключением энергии между двумя соседними импульсами, отстоящими друг от друга на малый временной интервал t, при этом один из указанных импульсов имеет низкую энергию, а второй - высокую энергию.

Значения низкой и высокой энергии ускорителя выбираются фиксированными и могут составлять, например, 6 МэВ и 3,5 МэВ.

Излучение, прошедшее через сканируемый объект, принимают посредством детекторного узла, включающего в себя детекторные модули 1, содержащие сцинтилляционные кристаллы и фотодиоды, которые преобразуют принятое излучение в электрический сигнал.

В соответствии с изобретением, промежуток времени, в течение которого происходит сбор фотонов от одного импульса излучения, меньше или равен интервалу t между импульсами, который, в свою очередь равен или превышает время высвечивания материала сцинтилляционных кристаллов детекторных модулей.

Так, для такого материала сцинтилляционных кристаллов, как вольфрамат кадмия, время высвечивания составляет порядка 50 мкс. Длительность импульса ускорителя составляет несколько микросекунд. Тогда при условии генерации двух импульсов тормозного излучения с временным интервалом 50 мкс ошибка пространственного смещения при скорости сканирования 60 см/с составляет 30 мкм, то есть, является пренебрежимо малой.

Электрические сигналы, полученные от двух соседних импульсов в каждом детекторном модуле, подают в соответствующий канал детектирования детекторного узла, содержащий два интегратора.

Как уже отмечалось, в исходном состоянии первый переключатель 2, второй переключатель 3 и четвертый переключатель 7 разомкнуты, третий переключатель 6 замкнут, а интеграторы 4, 5 находятся в состоянии сброс. Далее, один цикл обработки электрических сигналов, полученных от двух соседних импульсов тормозного излучения, в канале детектирования, ведущем от детекторного модуля к интеграторам и от интеграторов к АЦП, содержит следующие операции.

Подключают детекторный модуль 1 к первому интегратору 4, замыкая первый переключатель 2, при этом первый интегратор выходит из состояния сброс. Через промежуток времени t1, равный времени сбора фотонов одного импульса излучения с детекторного модуля, подключают детекторный модуль 1 ко второму интегратору 5, размыкая первый переключатель 2 и замыкая второй переключатель 3, при этом АЦП 8 начинает обработку сигнала, поступающего с выхода первого интегратора 4 через замкнутый третий переключатель 6.

Через промежуток времени t2, равный разнице сдвига между импульсами ускорителя t и времени t1, второй интегратор выходит из состояния сброс.

Через промежуток времени t1 размыкают второй переключатель 3, при этом второй интегратор переходит в режим ожидания.

После окончания обработки сигнала первого интегратора размыкают третий переключатель 6 и замыкают четвертый переключатель 7, подавая сигнал с выхода интегратора на АЦП 8, при этом первый интегратор 4 переходит в состояние сброс.

После окончания обработки сигнала второго интегратора размыкают третий переключатель 6 и замыкают четвертый переключатель 7, подавая сигнал интегратора 5 на АЦП 8, при этом первый интегратор 4 переходит в состояние сброс.

После окончания обработки сигнала второго интегратора замыкают третий переключатель 6 и размыкают четвертый переключатель 7, при этом второй интегратор 5 переходит в состояние сброс и цикл обработки сигналов завершается.

Таким образом, предложенные система и способ интроскопического сканирования обеспечивают возможность генерации и качественного детектирования двух импульсов тормозного излучения разной энергии, следующих друг за другом на минимальном временном интервале, что способствует устранению эффектов алиасинга в радиоскопических изображениях объекта сканирования при сохранении достаточно высокой скорости сканирования, необходимой в системах таможенного сканирования при высоких скоростях перемещения объекта сканирования, что позволяет с высокой точностью разделять и визуализировать на радиоскопических изображениях группы материалов по их атомному номеру, а также идентифицировать материалы внутри таких групп.

Описанные выше варианты осуществления компонентов ИДК, системы интроскопического сканирования и их работы, как и варианты реализации этапов способа интроскопического сканирования в предложенной системе, являются лишь примерными и не ограничивают объем патентной защиты настоящего изобретения, задаваемый формулой изобретения. После ознакомления с настоящим описанием, прилагаемыми чертежами и формулой изобретения специалист в данной области техники может предложить различные изменения, дополнения или улучшения описанных здесь вариантов осуществления изобретения или их элементов, которые не отходят от идеи и сущности изобретения и, соответственно, попадают в объем правовой охраны изобретения.

Изобретение относится к системе интроскопического сканирования инспекционно-досмотрового комплекса, содержащей линейный ускоритель электронов, генерирующий импульсы с чередованием низкой и высокой энергии с минимальным интервалом t между двумя соседними импульсами, и детекторный узел для сбора данных сканирования, включающий в себя детекторные модули, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и каналы детектирования, каждый из которых содержит два интегратора для обработки сигналов одного детекторного модуля. В соответствии с изобретением промежуток времени t1, в течение которого происходит сбор фотонов детекторного модуля от одного импульса излучения, не превышает интервал t между импульсами, равный или превышающий время высвечивания материала сцинтилляционных кристаллов. Также предложен способ интроскопического сканирования, осуществляемый в вышеуказанной системе. Изобретение позволяет устранить явление алиасинга при сохранении достаточно высокой скорости сканирования. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система интроскопического сканирования инспекционно-досмотрового комплекса, содержащая:
линейный ускоритель электронов для генерации излучения для сканирования объектов, выполненный с возможностью работы в режиме генерации импульсов с переключением энергии между двумя соседними импульсами, отстоящими друг от друга на малый временной интервал t, при этом один из указанных импульсов имеет низкую энергию, а второй - высокую энергию; и
детекторный узел для сбора данных сканирования, включающий в себя детекторные модули, содержащие чувствительные элементы со сцинтилляционными кристаллами, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и каналы детектирования, каждый из которых содержит два интегратора для обработки сигналов одного детекторного модуля и группу переключателей для попеременного подключения интеграторов к детекторному модулю и к АЦП, причем промежуток времени t1, в течение которого происходит сбор фотонов детекторного модуля от одного импульса излучения, не превышает интервал t между импульсами, равный или превышающий время высвечивания материала сцинтилляционных кристаллов.

2. Система по п. 1, в которой линейный ускоритель электронов выполнен с возможностью работы в следующих дополнительных режимах:
генерации импульсов низкой энергии, в котором ускоритель генерирует только импульсы низкой энергии с одинаковым временным интервалом между импульсами;
генерации импульсов высокой энергии, в котором ускоритель генерирует только импульсы высокой энергии с одинаковым временным интервалом между импульсами.

3. Система по п. 1 или 2, в которой временной интервал t является постоянным или варьируемым.

4. Система по п. 1 или 2, в которой предусмотрено по меньшей мере два переключателя для попеременного подключения интеграторов к детекторному модулю и по меньшей мере два переключателя для попеременного подключения интеграторов к АЦП.

5. Система по п. 4, в которой линейный ускоритель выполнен с возможностью местного управления и дистанционного управления.

6. Система по п. 5, в которой в режиме местного управления ускоритель выполняет команды оператора, вводимые с панели управления ускорителя.

7. Система по п. 6, в которой ускоритель, в режиме местного управления, выполнен с возможностью работать в двух режимах синхронизации:
режиме внутренней синхронизации, в котором сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, вырабатываются системой управления ускорителя, при этом синхроимпульс вырабатывается самим ускорителем, а режим энергии вводится с панели управления ускорителя, и
режиме внешней синхронизации, в котором сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, вырабатываются внешним устройством синхронизации, входящим в состав ИДК.

8. Система по п. 5, в которой в режиме дистанционного управления ускоритель выполняет команды, поступающие от системы контроля и управления инспекционного-досмотрового комплекса, при этом сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, поступают от внешнего устройства синхронизации, входящего в состав ИДК.

9. Система по п. 5, в которой ускоритель, в режиме дистанционного управления, выполнен с возможностью работать в двух режимах синхронизации:
режиме внутренней синхронизации, в котором сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, вырабатываются системой управления ускорителя, при этом синхроимпульс вырабатывается самим ускорителем, а режим энергии вводится с панели управления ускорителя, и
режиме внешней синхронизации, в котором сигнал синхронизации ("Запуск") и сигнал ("Энергия"), определяющий энергию пучка, вырабатываются внешним устройством синхронизации, входящим в состав ИДК.

10. Система по п. 8 или 9, в которой внешнее устройство синхронизации является компонентом системы управления детекторного узла.

11. Способ интроскопического сканирования, осуществляемый в инспекционно-досмотровом комплексе, включающий в себя этапы, на которых:
посредством линейного ускорителя электронов в направлении сканируемого объекта генерируют тормозное излучение в виде последовательности импульсов с переключением энергии между двумя соседними импульсами, отстоящими друг от друга на малый временной интервал t, при этом один из указанных импульсов имеет низкую энергию, а второй - высокую энергию;
принимают излучение, прошедшее через сканируемый объект, посредством детекторного узла, включающего в себя детекторные модули, содержащие сцинтилляционные кристаллы и фотодиоды, которые преобразуют принятое излучение в электрический сигнал, причем сбор фотонов детекторного модуля от одного импульса излучения осуществляют во временном интервале t, равном интервалу между двумя соседними импульсами, равном или превышающем время высвечивания материала сцинтилляционных кристаллов;
подают электрические сигналы, полученные от двух соседних импульсов в каждом детекторном модуле, в соответствующий канал детектирования детекторного узла, содержащий два интегратора, с попеременным подключением интеграторов к детекторному модулю;
подают сигналы с выхода интеграторов в каждом канале детектирования на соответствующий АЦП с попеременным подключением интеграторов к АЦП,
причем упомянутое попеременное подключение интеграторов к АЦП осуществляют согласованно с упомянутым попеременным подключением интеграторов к детекторному модулю.

12. Способ по п. 11, в котором каждый канал детектирования содержит первый переключатель (2) и второй переключатель (3) для попеременного подключения интеграторов к детекторному модулю (1), а также третий переключатель (6) и четвертый переключатель (7) для попеременного подключения интеграторов к АЦП (8), причем в исходном состоянии первый переключатель (2), второй переключатель (3) и четвертый переключатель (7) разомкнуты, третий переключатель (6) замкнут, а интеграторы находятся в состоянии сброс, при этом подачу электрических сигналов, полученных от двух соседних импульсов, в канале детектирования от детекторного модуля к интеграторам и от интеграторов к АЦП выполняют следующим образом:
подключают детекторный модуль (1) к первому интегратору (4), замыкая первый переключатель (2), при этом первый интегратор выходит из состояния сброс;
через промежуток времени t1, равный времени сбора фотонов, подключают детекторный модуль (1) ко второму интегратору (5), размыкая первый переключатель (2) и замыкая второй переключатель (3), при этом АЦП (8) начинает обработку сигнала, поступающего с выхода первого интегратора (4) через замкнутый третий переключатель (6);
через промежуток времени t2, равный разнице интервала t между импульсами ускорителя и времени t1, второй интегратор выходит из состояния сброс;
через промежуток времени t1 размыкают второй переключатель (3), при этом второй интегратор переходит в режим ожидания;
после окончания обработки сигнала первого интегратора размыкают третий переключатель (6) и замыкают четвертый переключатель (7), подавая сигнал с выхода интегратора (5) на АЦП (8), при этом первый интегратор (4) переходит в состояние сброс; и
после окончания обработки сигнала второго интегратора замыкают третий переключатель (6) и размыкают четвертый переключатель (7), при этом второй интегратор (5) переходит в состояние сброс.