Сканирующий интроскоп Советский патент 1990 года по МПК G01N23/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, а именно к радиационной интроскопии, и может быть использовано для контроля материалов и изделий, например багажа при таможенном досмотре, где требуется оценить химический состав внутренних неоднородных областей контролируемых объектов в процессе их перемещения.

Цель изобретения - повышение информативности за счет выявления областей и элементов контролируемого объекта с различным химическим сое- тавом.

На фиг. 1 представлена функциональная схема сканирующего интро- скопа; на фиг. 2 - вариант функциональной схемы блока управления; на фиг. 3 - пример зависимости интенсивности рентгеновского- излучения от времени.

Сканирующий интроскоп содержит (фиг.1) излучатель 1, механизм 2 сканирования контролируемого объекта, одномерный матричный детектор 3 излучения, мультиплексор 4, аналого- цифровой преобразователь (11АП) 5 с с нормализатором на входе, блок 6 видеопамяти5 блок 7 памяти, видеоконтрольный блок (ВКБ) 8, блок 9 управленияs логарифматор 10, блоки 11 и 12 буферной памяти, компаратор 13 и блок 14 цветового кодирования. Механизм 2 сканирования перемещает контролируемый объект 15.

Выходы одномерного матричного детектора 3 излучения соединены с соответствующими информационными входами мультиплексора 4, выход которо- рого подсоединен к информационному входу АДП 5, подключенного выходом к входу логарифматора 10 и к информационному входу блока 6 видеопамяти. Блок б видеопамяти соединен с информационным входом блока 14 цветового кодирования, подключенного входом функционального преобразования к выходу блока 7 памяти и выходом - к входу видеоконтрогьного блока 8. Выход логарифматора 10 соединен с информационными входами блоков 11 и 12 буферной памяти, выходы которых подключены соответственно к первому I и второму информационным входам компаратора 13, подсоединенного выходо к информационному входу блока 7 памяти. Блок 9 управления подключен

первым выходом к управляющим входам излучателя 1 и механизма 2 сканирования, вторым выходом - к адресным входам мультиплексора 4 и А1Ш 5, к адресным входам блоков 11 и 12 буферной памяти, третьим выходом - к синхровходам блока 6 видеопамяти и блока 7 памяти, а четвертым и пятым

выходами - к входам записи соответственно блоков 11 и 2 буферной памяти.

Блок 9 управления содержцт (фиг.2) программируемый контроллер 16, тактовый генератор 17, контроллер 18 памяти и счетчик 19 импульсов. Тактовый генератор 17, вход которого является входом пуска интроскопа, подключен первым, вторым и третьим

Q выходами соответственно к входу программируемого контроллера 16,первый выход которого является первым выходом блока, к одному входу контроллера 18 памяти и к информационному

5 входу счетчика 19 импульсов, выход которого является вторым выходом блока. Выход переполнения счетчика 19 импульсов соединен с другим входом контроллера 18 памяти, выход

Q которого является третьим выходом блока. Второй выход программируемого контроллера 16, являющийся четвертым выходом блока, соединен с обнуляющим входом счетчика 19 импульсов, а третий выход программируемого контроллера 16 является пятым выходом блока, на котором формируется импульс записи блока буферной 12 памяти.

На фиг. 3 обозначены: I- интенсивQ ность излучения во времени Т;, U, напряжения на излучателе 1; Tt и Т- - моменты опроса детекторов 3 излучения.

Сканирующий интроскоп работает сле- 5 дующим образом.

В момент Т0(фиг.З) при пуске интроскопа блок 9 управления -вырабатывает импульс, включающий излучатель 1 и механизм 2 сканирования. В момент -. Т1, соответствующий напряжению И на излучателе 1, мультиплексор 4 осуществляет опрос одномерного матрич- «ного детектора 3 излучения, сигнал с выхода которого нормализуется и оцифровывается в А1Ш 5. Выходной сигнал АЦП 5 записывается в блок 6 видеопамяти и через логарифматор 10 заносится в блок буферной 11 памяти. Логарифматор 10 формирует сигнал, пропорцио5

5

нальный показателю экспоненты функции ослабления в выражении (1). В момент Тг, соответствующий напряжению Uj на излучателе 1, детектор 3 излучения вновь опрашивается мультиплексором 4, и информация с их выходов поступает в блок 12 буферной памяти. Контролируемый объект 15 за это время практически не меняет своего местопо- ложения, и поэтому каждый его элемент оказывается просвеченным как бы дважды для двух энергий излучения, соответствующих напряжениям U1 и U7 питания излучателя. I. Выбор напряже- ния U определяется химсоставом и толщиной контролируемого объекта 15, и для большинства случаев можно принять U2 (1/2)U,. Блок 11 буферной памяти представляет собой статическую память объемом, равным числу детекторов 3 излучения. Блок 12 буферной памяти может быть выполнен аналогично блоку 11 буферной памяти или в виде регистра для фиксации сигнала лишь с одного детектора 3 излучения. В этом случае при втором опросе соответствующего детектора 3 излучения в момент Т сигнал 1-го детектора 3 излучения фиксируется в блоке 12 буферной памяти и в этот же момент на выходе блока 11 буферной памяти выставляется сигнал 1-го детектора 3 излучения, полученного в момент Т, (фиг.З). Эти сигналы сравниваются в компараторе 13.

Ослабление интенсивности рентгеновского излучения описывается известным экспоненциальным законом.

где

I « 1„

I0exp(- ),

(1)

f

-интенсивность падающего на контролируемый объект 1 5

и злуч ения,

-интенсивность прошедшего через контролируемый объект 15 излучения;

-коэффициент ослабления излучения материалом контролируемого объекта 15;

-плотность материала контролируемого объекта 15;

-толщина материала контролируемого объекта 15.

В зависимости от энергии излучения и химического состава материала контролируемого объекта 15 тот или иной процесс взаимодействия излучения с материалом контролируемого об екта 15 может преобладать. Так, например, характерный режим работы из лучения 1 при контроле багажа составляет 80-140 кВ. Это соответствует эффективным энергиям квантов излучения Е 50-100 кэВ. В этом диапазоне энергий, например для железа и более тяжелых элементов (с Z : 13 в процессе взаимодействия преобладает фотоэффект (м С), а для бо40

45

50

лее легких элементов (с Z 13) осКоэффицйент ослабления i/обуславли- 55 лабление излучения обусловлено, в т зависимость оплавления от няппя- основном, рассеянием ( и С) и

вает зависимость ослабления от напря жения U на излучателе 1 и химического состава материала контролируемого о объекта 15 в виде

слабо зависит как от энергии излуче ния, так и от химического состава материала контролируемого объекта 15

6

+ 6

K.

+ K2Z A

(2)

де С,

(У - коэффициенты ослабления излучения материалом контролируемого объекта 15, обусловленные соответственно фотоэффектом и рассеянием;, К2 - константы;

Z - атомный номер материала контролируемого объекта 15; А - атомный вес материала

контролируемого объекта 15. В интроскопе реализован алгоритм

вида

1т lexpC-Kfx)

К f

М2

(3 -т4 - ехрС- х)- рх

где I , I - интенсивность прошедшего

I 2

излучения в моменты Т и Тг соответственно; р, и (U2 - коэффициенты ослабления для энергий при U1 и tL ; Н - пороговый уровень,

определяемый Физическими свойствами выделяемых областей и Фона.

Влияние величины о в пределах, отграниченных габаритами контролируемого объекта )5, с одной стороны, и минимальной толщиной металлических включений в матери-ал контролируемого объекта, подлежащих выявлению, с другой, несущественно.

В зависимости от энергии излучения и химического состава материала контролируемого объекта 15 тот или иной процесс взаимодействия излучения с материалом контролируемого объекта 15 может преобладать. Так, например, характерный режим работы излучения 1 при контроле багажа составляет 80-140 кВ. Это соответствует эффективным энергиям квантов излучения Е 50-100 кэВ. В этом диапазоне энергий, например для железа и более тяжелых элементов (с Z : 13) в процессе взаимодействия преобладает фотоэффект (м С), а для бо

лее легких элементов (с Z 13) ослабление излучения обусловлено, в основном, рассеянием ( и С) и

слабо зависит как от энергии излучения, так и от химического состава материала контролируемого объекта 15.

Таким образом, для того, чтоы оценить химический состав материала контролируемого объекта 1 5 в указанном диапазоне энергий излучения необходимо оценить изменение величины ослабления при изменении энергии излучения, Так, для Е, 50 кэВ и 100 кэВ, коэффициент ослабления соответственно для железа (с Z 26) и воды (с Z э 7,8) составляют

.«„-

,93-0,37)cMV Нм(0,22-0,17)смгг- .

и

В первом случае ослабление изменилось существенно (в 5 раз), а во втором случае несущественно.

Компаратор 1 3 должен быть настроен таким образом , чтобы выделять за- данные изменения в ослаблении излучения и управлять цветовым кодированием при формировании теневого изображения на ВКБ 8. Компаратор 13 представляет собой обычный цифровой компаратор, дополненный умножителем по одному входу. Обычно Н 2к, где К - натуральное число (К 0,1,2...), и поэтому перемножение достигается простой коммутацией разрядов на од- ном из входов. В общем случае ставится цифровой перёмножитель, на одном входе которого устанавливается порог Н. В зависимости от соотношения р, Н (t или nx,Hpt на выходе

компаратора 13 вырабатывается сигнал, который записывается в блок 7 памяти, представляющий собой однобитовую память размером, равным электронной памяти блока 6 видеопамяти. Таким об- разом, для каждого элемента изображения проверяется соотношение (Л , % Н |ц и в зависимости от него делается вывод о химическом составе материала контролируемого объекта 15. Блок 7 памяти управляет выбором функции преобразования в блоке 14 цветового кодирования. Таким образом, элементы контролируемого объекта 15, имеющие определенный химический состав, могут быть выделены на ВКБ 8.

Использование изобретения позволит повысить информативность изображения контролируемого объекта за счет выделения его областей и элементов, материал которых имеет определенный химический состав, например выявлять недозволенные вложения таможенном контроле.

в багаж-при

Q

5

5

0 30 35

40 , 50

„

Формула изобретения Сканирующий ийт.роскоп, содержащий излучатель, механизм сканирования контролируемого объекта, блок управления с входом пуска и с тремя выходами, одномерный матричный детектор излучения, мультиплексор, аналого- цифровой преобразователь с нормализатором на входе, блок видеопамяти, блок цветового кодирования с информационным входом и входом функционального преобразования и видеоконтрольный блок, вход которого соединен с выходом блока цветового кодирования, блок управления подключен первым выходом к управлявшим входам излучателя и механизма сканирования, вторым выходом - к адресным входам мультиплексора и аналого-цифрового преобразователя и третьим выходом - к син- хровходу блока видеопамяти, подсоединенного выходом к информационному входу блока цветового кодирования и информационным входом - к выходу аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого соединен с выходом мультиплексора, подключенного информационными входами к соответствующим выходам одномерного матричного детектора излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности за счет выявления областей и элементов контролируемого объекта с заданным химическим составом, в него введены логарифма- тор, два блока буферной памяти, компаратор и блок памяти, а блок управления снабжен четвертым и пятым выходами, соединенными с входами записи соответственно первого и второгсГ блоков буферной памяти, подключенных адресными входами к второму выходу блока управления, информационными входами - к выходу логарифматора и выходами - соответственно к первому и второму информационным входам компаратора, выход которого подсоединен к информационному входу блока памяти, подключенного синхро- входом к третьему выходу блока управления и выходом - к входу функционального преобразования блока цветового кодирования, а вход логарифматора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя.

Пуск

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, а именно к радиационной интроскопии, и может быть использовано для контроля материалов и изделий, например багажа при таможенном досмотре. Цель изобретения - повышение информативности за счет выявления областей контролируемого объекта с заданным химическим составом. В устройство, содержащее излучатель 1, блок 2 сканирования контролируемого объекта 15, одномерный матричный детектор 3 излучения, мультиплексор 4, аналого-цифровой преобразователь 5 с нормализатором на входе, блок 6 видеопамяти, блок 9 управления, видеоконтрольный блок 8 и блок 14 цветового кодирования, введены блок 7 памяти, логарифматор 10, блоки 11 и 12 буферной памяти и компаратор 13. Определение коэффициентов ослабления материала объекта контроля для двух различных энергий излучения, генерируемого излучателем 1, с помощью логарифматора 10, хранение этих значений в блоках 11 и 12 буферной памяти, анализ соотношения коэффициентов ослабления для каждой точки изображения посредством компаратора 13, изменения цвета областей теневой картины в зависимости от этого соотношения с помощью блока 7 памяти и блока 14 цветового кодирования позволяет выявлять области и элементы контролируемого объекта с заданным химическим составом. 3 ил.

Го

Редактор В. Бугренкова

Составитеть В. Костюхин

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Пожо

Заказ 2249

Тираж 499

ВНИИЦИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

. 2

Подписное