Модификации и классификация рентгенотелевизионных аппаратов сканирующего типа

4. Разрешающие характеристики:

• диаметр обнаруживаемого медного провода 0,1 – 0,15 мм;
• проникающая способность 20-30 мм стали;
• число уровней яркости 256.

5. Скорость ленточного транспортера 20 см/с.

6. Грузоподъемность ленточного транспортера определяется задачами конкретной модели РТА и может достигать 400 кг и более.

7. Все РТА (интроскопы) не оказывают воздействия на фотопленку, находящуюся в проверяемом объекте, чувствительностью до 1600 ISО (33 DIN).

Применяемые для досмотра интроскопы работают при небольших интенсивностях пучка излучения. Наиболее подходящими для них являются сцинтилляционные счетчики (от латинского scintillatio - мерцание). Основой счетчика служит сцинтиллятор (люминофор) - вещество, в котором под действием рентгеновских квантов возникают вспышки оптического излучения.

О сцинтилляции будет рассказано далее.

3. Примерная конструкция блок-схемы  РТА сканирующего типа

3.1. Структура РТА

Структурно РТА состоит из четырех основных систем: Рис.5.

1. Рентгеновская система;
2. Система управления и контроля;
3. Система получения изображения;
4. Система перемещения багажа.

 

 

 

 

Рис. 5. Структурная схема РТА

3.2. Основные элементы конструкции

Основными элементами конструкции  интроскопа являются (рис. 6): ленточный транспортер 7; детекторная линия 2; веерный рентгеновский

луч 3; коллиматор, формирующий веерный луч 4; рентгеновский генератор 5. Ленточный транспортер перемещает досматриваемый объект в горизонтальной плоскости с постоянной скоростью относительно веерного луча и детекторной линии. Скорость перемещения (порядка 0,2 м/с) поддерживается постоянной с помощью электронной следящей системы.

 

Рис.6. Элементы конструкции  РТА

Детекторная линия расположена  в вертикальной плоскости и состоит из нескольких сотен миниатюрных сцинтилляционных датчиков. Датчики могут размещаться либо вертикально, либо Г-образно. Во втором варианте габариты интроскопа получаются несколько меньше.

Каждый датчик состоит из пластинки сцинтиллятора, фотодиода и усилителя тока диода (фототока), выполненного, например, по схеме преобразователя ток-напряжение на операционном усилителе.

Веерный рентгеновский  луч формируется коллиматором, который исключает распространение излучения вне пределов плоского сектора.

Рентгеновский генератор работает только в течение времени перемещения досматриваемого объекта в инспекционном туннеле. Такой режим позволяет значительно сократить общее время рентгеновского излучения, т. е. повышает радиационную безопасность.

3.3. Обобщенная электрическая функциональная схема рентгеновского интроскопа

Электрическая и  электронная часть интроскопа содержит следующие системы (рис. 7):

 перемещения багажа СПБ; управления и контроля СУК; рентгеновской PC; построения изображения СПИ.

Рис. 7. Блок – схема интроскопа

 

Структурные элементы:

 

СПБ	система перемещения багажа;
СУК	система управления и контроля;
PC	рентгеновская система;
СПИ	система построения изображения.

 

Функциональные элементы:

 

ДДЛТ	датчик движения ленты транспортера;
БУД	-блок управления двигателем;
ЭД	- электродвигатель;
ЛТ	- лента транспортера;
УБ	управляющий блок;
СБ	световые барьеры;
БКИ	блок контроля и индикации;
БУГ	блок управления генератором;
РГ	рентгеновский генератор;
БПГ	блок питания генератора;
ДЛ	детекторная линия;
AM	аналоговый мультиплексор;
АЦП	аналого-цифровой преобразователь;
СП	сигнальный процессор;
ВП	видеопамять;
ЦАП	цифроаналоговый преобразователь;
М	монитор.

Система перемещения багажа предназначена для поддержания заданной скорости движения ленты транспортера вперед и движения назад. Она состоит из датчиков движения ленты транспортера ДДЛТ, блока управления двигателем БУД, электродвигателя ЭД и ленты транспортера ЛТ. Петля следящей системы замыкается через управляющий блок УБ.

Система управления и контроля управляет функционированием всех систем интроскопа и контролирует их нормальную работу. На входе и выходе инспекционного туннеля установлены световые барьеры. При пересечении объектом досмотра входного светового барьера в управляющем блоке формируется команда включения рентгеновского генератора, а при пересечении выходного светового барьера - команда выключения. Блок контроля и индикации управляет работой монитора. С его помощью можно изменять масштаб изображения, яркость и контрастность. Управляющий блок синхронизирует считывание сигналов датчиков детекторной линии и запись в видеопамять, а также задает тактовую частоту аналого-цифрового преобразователя АЦП.

Управляющий блок контролирует интенсивность рентгеновского излучения и в случае превышения допустимого уровня выдает команду отключения генератора.

Рентгеновская система содержит блок управления генератором, собственно рентгеновский генератор и блок питания генератора. Генератор и блок питания конструктивно объединены с целью уменьшения длины высоковольтных проводов и обеспечения их надежной изоляции (напомним, что анодное напряжение рентгеновской трубки порядка 150 кВ). Управление блоком питания генератора производится через управляющий блок.

В системе построения изображения аналоговый мультиплексор последовательно во времени подключает датчики детекторной линии к входу АЦП. Цифровые сигналы с выхода АЦП поступают в сигнальный процессор, обрабатывающий их по определенной программе. В частности, корректируются геометрические искажения, которые возникают из-за Г-образного расположения датчиков детекторной линии. Из сигнального процессора обработанные цифровые сигналы записываются в видеопамять, а из нее считываются в ЦАП и поступают в монитор.

С помощью  управляющего блока через блок контроля и индикации производится регулировка контрастности изображения, увеличение сектора изображения, выделение отдельных деталей изображения.

Защита  обслуживающего персонала и пассажиров от рентгеновского излучения обеспечивается в интроскопах свинцовыми экранами, предотвращающими утечку и рассеивание излучения в окружающем пространстве. Дополнительными мерами защиты служит дублируемый контроль интенсивности излучения и автоматическое выключение генератора в критических ситуациях.

 

Рис. 8. Внешний вид интроскопа HI-SCAN 85120

Пример внешнего вида германского  интроскопа Smith Heimann HI-SCAN 85120- приведен на рис. 8, где: 1 - ленточный транспортер; 2 - свинцовые шторки, закрывающие вход инспекционного туннеля; 3 - корпус инспекционного туннеля; 4 - клавиатура управления работой интроскопа; 5- цветной монитор. (Основные технические характеристики интроскопа приведены в Приложении 1).

4. Общие принципы формирования изображения в интроскопах сканирующего типа

Одними из основных средств радиационной интроскопии являются сканирующие  системы, в основе которых заложен  принцип цифровой радиографии, заключающийся  в прямом преобразовании распределения  радиационного поля в цифровой вид  с помощью детекторов ионизирующего  излучения.

Согласно модификации  сканирующих РТА известны два основных метода, реализующих процедуру получения изображения внутренней структуры объекта контроля,- путем его последовательного сканирования тонким «бегущим» и «веерным» рентгеновским лучом, с последующей регистрацией прошедшего излучения высокоэффективным протяженным детектором. Такой протяженный детектор может быть монолитным кристаллом, газоразрядной пропорциональной камерой, многоэлементной полупроводниковой или комбинированной системой. Идея использования техники «бегущего» луча для формирования радиационного изображения осуществляется путем формирования и направления на объект контроля пучка рентгеновского излучения механическим коллиматором, представляющим собой, как правило, совокупность узких щелей, одна из которых неподвижна относительно излучателя, а другие расположены на вращающемся диске. Регистрируется излучение протяженным сцинтилляционным детектором. Для получения изображения объект контроля перемещается относительно системы излучатель-детектор. В ряде случаев перемещается система детектирования относительно объекта. ( На таком принципе построены одни из первых, широко применяемых систем контроля серии MICRODOSE).

При реализации режима «веерного» луча коллимируется  излучатель и детектор, который представляет собой протяженную матрицу, состоящую из отдельных детектирующих модулей. В этом случае в качестве детектирующих элементов применяют устройства типа сцинтиллятор-фотоприемник, полупроводниковый детектор или линейку газонаполненных пропорциональных детекторов. Количество и геометрические размеры элементов протяженного многоэлементного детектора определяются требуемой величиной пространственного разрешения, конвертируемой энергий, габаритными размерами объекта контроля.

Преимущество протяженных многоэлементных  детекторов заключено в высокоэффективной  регистрации излучения, что приводит к значительному снижению радиационного  воздействия на объект контроля. Так, использование детекторов, эффективность которых превышает 30%, не менее чем на два порядка снижает дозу облучения по сравнению с контролем на основе флюороскопического метода с использованием экрана (объект находится между источником рентгеновского излучения и флюоресцирующем экраном). Кроме того, типичное значение количества градаций светотеневого изображения, полученного с помощью экрана, составляет 30-60, а количество градаций уровней серого светотеневого изображения, полученного с помощью протяженного детектора, лежит в пределах от 100 до 1000 и более.

Чувствительность  сканирующей аппаратуры за счет относительно малого вклада рассеянного излучения при формировании радиационного изображения контролируемого объекта и практически полного поглощения энергии излучения детектирующей системой значительно превосходит аналогичные характеристики традиционных средств радиационного контроля. Однако следует отметить, что стремление к получению приемлемой производительности контроля при последовательном сканировании «бегущим» лучом, как правило, требует уменьшения времени единичного измерения, а это влечет за собой снижение чувствительности контроля. С целью увеличения времени единичного измерения при сохранении заданной производительности используют сканирование не «бегущим», а «веерным» лучом, что дает увеличение времени накопления в десятки и даже сотни раз при незначительном увеличении вклада рассеянного излучения. С учетом принципа построения и функционирования сканирующих систем, очевидно, что они наиболее эффективны при контроле больших рабочих полей при относительно небольшом ослаблении излучения контролируемым объектом.

В системе получения изображения  рентгеновское излучение «визуализируется», т.е. превращается в видимый свет, благодаря специальным детекторным линейкам, состоящих из миниатюрных сцинтилляционных кристаллов, фотодиодов и электронных усилителей. Обычно они (линейки) выполняются в виде ячеек, объединенных в специальный модуль.

Сцинтилляция – свойство определенных веществ светиться  под воздействием ионизирующих излучений, к которым относится и рентгеновское  излучение. Возникновение сцинтилляции связано с тем, что при взаимодействии электронов, образованных ионизирующим излучением, с веществом сцинтиллятора его возбуждённые и ионизированные атомы возвращаются в нормальное состояние с испусканием частиц видимого света.