CN1224495A - 跨式检查系统 - Google Patents

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    • G01V5/234—
    • G01V5/281—

Abstract

一种用于大的箱子、车辆和其他物体的射线照相检查设备(11),它有一可移动框架(27),该框架能横跨在箱子(15)或被检查的物体之上方。跨式框架具有彼此平行的相对的两侧,其上携带有一穿透性射线源(71)和一探测器列(75)。射线源和诸探测器沿着箱子的长度方向移动,并接着记录射线照相成像数据。随着跨式框架的移动,通过在一箱子的长度内的数据的叠加或收集,可获得该箱子的一个全两维的射线照相影像。通过使跨式框架匀速移动或测量不均匀移动并补偿该射线影像的相应区域,可使射线影像得以增强。

Description

跨式检查系统
技术领域
本发明涉及用于大物体，如货物箱，特别是国际装运箱的X射线检查系统。
发明背景
现在，对于能够无危害地检查如汽车、卡车、铁路车辆等这样的大物体和在海港和机场使用的国际装运箱的内容物的需求日益增长。这种检查的任务是变化的，包括在入口处对禁运品的检查、在大楼的入口处或对行李和容器内爆炸物的探测，以及，出于商业原因，如验证报关单和货运单的准确性。
尤其是，本发明针对将偷到的车辆运到别的国家重新出售这一日益增长的问题。美国国家保险犯罪局估计在美国每年150万辆被盗车辆中有20万辆被运往国外。这样每年使保险公司和用户耗费分别为10亿和40亿美元。将这些车辆外运的主要方法是将它们隐藏在长达44英尺的国际远洋货运箱内。由于一只箱子能容纳四辆汽车，有些船能装大约4,000只箱子，潜在的损失较大，探测问题相当严峻。装箱和关箱是在它们的发出地点进行的。由美国海关工作人员按较高比例对其中的大部分箱子作检查实际上是不实际的办法。估计15个人时才能对一只箱子作卸货和检查工作。除了实际检查的直接开支外，还拖晚了箱子的发送，这样的检查破坏了发货人的信任，并令运货人的保险无效，又开辟了被要求对遗失和损坏的赔偿的可能性。
迈阿密港提供了一个实例。每年有大约10,000只货船在迈阿密停靠，卸掉3,500万吨货物。在港的吨位每年以10％的比例增长。近来，美国海关对每年进入迈阿密港的共20万只远洋货箱中能作检查的比例少于3％。另外，海关检查人员重视的是入关的箱子，而只对出关箱子中的小部分作检查。迈阿密机场处理对美国与中南美洲的大部分涉及大量空运事务的空运箱子，尽管箱子太小而不能藏汽车，但有其他的禁运品出现，尤其是在向美国进口时。
应用X射线束的无危害检查将箱子和车辆和铁路车辆的内容物成像，对于禁运品检查和货单验证，被认为是最实际的手段之一。许多国家正在实施某种方式的X射线成像。在美国，分析系统工程公司的一种用于检查箱子的原型系统在塔科马港作了评估。美国海关在美国-墨西哥边境正使用美国科学和技术公司的X射线检查系统，以搜索在汽车和卡车里的禁运品。在欧洲，在欧洲隧道(海峡隧道)的两头安装了由法国Europscan公司提供的X射线系统，以探测车辆上的炸药。在香港-中国的边境安装了两种X射线系统(一种为Heimann公司的产品，一种为英国航空航天公司的产品)，以验证卡车和卡车装的货运箱子的内容。在法国LaHavre港(Europscan)和德国汉堡港(Heimann)也安装了大X射线系统。
有几个公布的专利覆盖了多种固定地点的检查手段。例如，Kotowski的申请号为4,366,382的美国专利揭示了一个固定地点行李检查系统，该系统使用一传送带以将行李通过一X射线束与一列探测器之间。
同样，Yoshida的申请号为4,430,568的美国专利显示了一种检查包括大货运箱在内的包裹用的X射线系统。该系统也是安装在一固定地点，并使用了一传送带以将包裹或箱子通过一X射线源与探测器列之间。
Cable的申请号为4,599,740的美国专利揭示了固定地点检查手段的另一种变型，特别提出了如国际货运箱的大件的检查。尽管该专利的系统还是在一固定地点并用一传送器将箱子通过X射线源与诸探测器之间，该发明涉及一要求比前面提到的直的探测器列的高度低的“折叠”的传感器屏或装置。
Albert的申请号为5,237,598的美国专利揭示了一种用于如飞机、船身或长管道的大物体的移动式系统。这一专利不使用一小的X射线源和一大探测器列以对大物体成像，而是采用了一大面积源和一单个X射线探测器，或多个间隔分布在该物体之上的单个的探测器，它的X射线感测区较小。使用之一“逆几何”手段，可获得物体面积近似等于X射线源的面积的成像。通过将该源移动到另一探测器的位置，或相对于该源移动物体，便可顺序检查该物体的其他区域。该手段的主要优点是在该源与探测器之间不要求精确的对准，所以，该源和探测器不必彼此相对固定。
除了Albert专利外，这些系统有一与本发明的任务有关的任务--对大物体如车辆和国际货运箱的无损害的X射线检查。但是，在几个基本途径方面它们均与本发明不同。至今安装的所有系统是“汽车冲洗”型，即，它们固定安装在大的屏蔽结构里，从而要求被侧物体(箱子、卡车、小汽车等)进入该设备。一旦到了该设备上，采用某种形式的传送装置以使该箱子或车辆通过固定的X射线源与各探测器之间。然后，该传送装置必须返回到起始点以载取另一箱子或汽车。这是一个费时的操作。该“汽车冲洗”检查设备有许多限制其使用的问题，特别在通常散布在许多地域的拥挤的并带有大量分离的卸货码头的港口。举一实例，在塔科马港作评估的原型X射线照相检查设备必须设在离码头几哩远的地方，它占据了6英亩地并采用了一个长242英尺的X射线照相检查楼。另外，该检查系统的通过能力只是每小时4至6辆(只)车或箱子。如此，很明显，开支和后勤的问题妨碍了在即便不是所有也是大多数的港口使用固定地点的X射线照相检查设备。另一方面，Albert的专利涉及一种移动系统，在该系统中所需的大面积X射线源限于低能量的。如此，这种设备主要用于薄壁的飞机或船身，而不适用于衰减很高的车辆或货运箱。
发明概要
本发明的一目的是提供一种用于大货运箱和可能的话是车辆和铁路车辆的X射线试验检查系统，主要用来探测如被盗的汽车和毒品，但也适用于验证货运单的准确性。
本发明提供一种X射线图象检查系统，该系统是：可移动的；通过使射线源和诸探测器通过被检查物体的方式而达到自扫描；以及，不用接触或移动一箱子或车辆就可对其内容成像。因此，它不会受阻于固定地点系统的一些问题和限制。它不要求任何专用的空间，并不要求箱子或车辆移到一固定的检查地点。本发明不要求用任何运输设备将物体移过X射线束。另外，对于呈几排的箱子，其检查速度预计是汽车冲洗型系统的速度的十倍。另外，对于港口设备来说，该整装系统能靠其自身的动力移到各个港口区，这就意味着一个(或很少几个)系统能满足在一个大港口进行检查的任务的需求。还有，该系统能使用多种商用“点”X射线源中的任何一种，它可根据该用途所需的能量和强度选择。
本发明的特点是一种自行推进的、“跨置”(依靠在每一侧的一组轮子在物体的上方通过)在被检查物体(国际货运箱、车辆、铁路车辆或其他大物体)之上的带轮车辆。在该车的一侧安装一具有穿透性的放射线源，如一X射线源，在该车的另一侧设置一列沿直线排列的探测器，使当该车跨在该物体之上并通过该物体时X射线束穿透该物体。由于照射的X射线而在诸探测器上产生的电信号被传送到一与该探测器列有联系的“成像计算机”，在此将数字信号处理并显示在一工作台或一些其他的显示屏或记录器上。一货箱被跨置并使该车移动，同时沿着该货箱的长度扫描一束经准直的X射线。照此，在每一时间增量产生的垂直列成像数据随时间被加在一起，以产生一完整的X射线像。对诸像可由一操作者/分析者实时作出评估，并能被打印或照相以提供硬拷贝证据，或能将其记录下来以作数据传送或此后对其作出评估，以及用于存档。一遥测系统也能用来将检查数据传送给一控制中心。
附图的简要说明
图1是按照本发明的一横跨在一只货运箱的两旁的跨式检查车辆的立体图；
图2是按照本发明的一横跨在两只货运箱的两旁的、带有可外伸的支腿的跨式检查车辆的立体图；
图3是一其上安装了一按照本发明的检查系统的跨式吊车的立体图；
图4是按照本发明对一箱子作X射线检查的侧视图。
实施本发明的最佳模式
参阅图1和2，表示出：跨式运输车11作为一支撑结构，用于支承一X射线源13；一探测器列，在箱子15的相对侧看不到；相关的计算机和成像显示系统17；支撑、保护操作者/分析者和出于一般的操作安全性所需的屏蔽平台19；操作者/分析者房间21；以及，有关的供电电源、空调设备、发电设备和全部装在壳体23内的诸辐射传感器。该跨式运输车11有一在屏蔽平台19之下的发动机(图中看不见)，靠其自身的动力它可在一检查区内移到其他位置或移到另外的检查区。该车的运动一方面也提供了射线源13与诸探测器(彼此相对固定)之间的相对运动，另一方面当该跨式车通过物体的上方时由一束为提高清晰度而经准直的X射线连续照射该物体，以使此被测物体成像，而对箱子15或车辆作了检查。
该跨式运输车11可为近来用在海港以搬运远洋货运箱的那种运输车。这种跨式运输车的制造商包括Shuttlelift、Noell和其他单位。本发明的跨式运输车11与已有技术的商用设备之间的主要区别是：在本发明中没有一箱子“排布器”或“起重机”。恰恰是横越相对的支腿29设置了一放射线源外壳13和一安装外壳的探测器。在该车的顶部还增加了带支撑屏蔽的平台19、操作者/分析者舱21和前面提到的辅助设备。
该跨式车具有：四个轮子25；一重载刚性结构钢倒U形框架27；行驶警告报警器；一可用汽油或柴油的工业发动机；以及，所有操作所需的控制器。如图2所示，倒U形框架27具有若干可伸缩的支腿29和横梁31。如使用的话，使诸可伸缩的支腿29能伸展得使该跨式车能横跨在两个叠置的箱子，并使放射线源13能升到足够的高度，以使一束射线横穿通过一箱子的空间而射到在另一侧的诸探测器。该U形框架的纵向和横向均呈U形。横梁31和类似的支撑辐射屏蔽平台19的周边梁需固定，以当使用强射线源时携带附加的屏蔽。这样的强射线源可是产生电子束的线性加速器，该加速器轰击一通常为一金属膜的靶子，使放射出X射线。可用两个以上的射线源。尤其是，对于有些车/箱子，多个低能量管形X射线源或放出γ射线的同位素源放出的放射量足以被在支腿间的空间的相对侧的多个探测器所测到。射线源的类型及其强度的选择取决于诸探测器的灵敏度、在该射线源与诸探测器间的空间里的货运箱的X射线密度、对放射安全性的考虑以及操作要求，如检查速度。
特别当操作者/分析者的放射安全性或屏蔽的重量等成为所要考虑的问题时，可采用另一种可取的控制系统。在商用跨式运输车上目前已具有遥控操作特性，利用控制信号的无线电或电缆传送可在远达200码外的地点控制整个车的操作。这样可免除在该跨式车上使用操作人员舱21、显示器和一些控制器，减少屏蔽和功率消耗。在此情况下，能数字记录或传送成像数据以供在另一地点作分析。
在扫描一箱子时可使用一新的检查方法。一跨式运输车可相对于一固定箱子移动，在该箱子的长度范围内作一次或多次向前、后的来回移动。射线源和探测器阵列沿着该箱子的长度移动，随着被准直的射线束沿着该箱子扫射就连续记录了射线传送的像。为了探测在一箱子里的汽车，要固定射线源和诸探测器的位置。但是，对于其他检查任务，需要在垂直方向上调节射线源和探测器的位置高度，使在一个通道扫描一第一高度，而在另一通道则扫描另一高度。在许多情况下，一个单个的通道就足够了，但是为了从一单个通道验证数据，可使用第二通道。
该跨式车的替代物是任意一种移动式运输工具，该运输工具提供为射线源所必需的支撑、探测器阵列和辅助设备；使射线源和探测器对准；以及，使射线源和探测器以一均匀的速度同时在被检查的箱子或车辆的相对的两侧通过。特别是，图3所示的一跨式吊车51使用一自动操纵的夹持器55和一支撑在一轨道安装的滑座52的连接缆绳系统53，以保持射线源57与诸探测器(在箱子54后面，在图中看不到)在两侧彼此对准。根据来自操作者/分析者室61的指令诸电动机56将缆绳系统53上拉和下放。在外壳63内安装了相关的供电电源、空调设备和辐射传感器。在壳体65内安装了轮子和操纵动力发动机或电动机。还有通常在港口使用的一般类型的吊车，被称为“跨式吊车”或“跨式起重机”。在有些情况下，希望用滚动或安装在导轨上的轮子沿着一固定的路线操纵该跨式车或吊车。
已经发现了增强有一移动射线源和探测器所形成的射线图像的途径。在一实施例中，在跨式车通过和沿着被检查物体的侧面时的移动稳定并且速度恒定。该跨式车的任何不规则的移动将导致成像的破坏，所以，在第一实施例中使用已知的控制系统使移动尽可能规则、平稳和恒速。对于如隐藏在国际货运箱子内的被盗汽车的大的禁运品的检查，只要求粗略的空间分辨率，即，近似1英寸。在这种情况下，从程序上控制移动就足够了，即，在通过被检的箱子或铁路车辆之前通过用一速度控制器，即“巡航控制器”使跨式车的速度大致恒定，并通过使用该跨式车的离合器尽可能精确地保持那个速度。
在一第二实施例中，对于如毒品、暗藏的隔间、假壁的检查和货单的验证的应用方面，将要求有较高的分辨率。为此，测出移动的不规则性并相应修改射线图像。为实现这一点，在跨式车的一个轮子上可固定一个或多个移动编码器。例如，一个编码器测量该轮子的旋转速度并将一个相应的信号发送给成像系统的计算机。轮式编码器有时被认作为轴角度编码器。如果速度有了变化，在为那个位置校正探测器信号时计算机自动地包括一个相应的补偿，从而避免发生不均匀移动引发的像的形变。作为轮式编码器的一个代替物，能使用磁性附件带子或其它合适的手段将一条支撑诸均匀间隔开的杆的直板材连接于每只箱子的侧面。在成像过程中，该板材可由其中一个商业上现有的探测器“读出”。该直板材和编码器组成一光学编码器，该编码器产生一来自反射或散射光的信号，这样能用来修正由于移动引起的不规则性造成的像数据。能测得垂直向和水平向的移动，除了线性平移编码外，对于有些用途，希望编码其它系统移动，如该车的高跨比和左右摇摆。这两实施例被限定为一种射线成像增强装置。
由于箱子或汽车的尺寸较大以及货运箱衰减X射线束的可能性，可取的射线源是一种以几百万伏(MV)大小的加速电压操作的线性加速器(直线加速器)。这样的直线加速器有供应，其加速电压为2MV至15MV。射线源的能量越高，产生的X射线就越多。还有，在较高能量时，材料的物质衰减系数下降，这样，X射线就能穿透一种厚度较厚的材料。直线加速器源以一系列瞬时转换的脉冲产生高能量的韧致辐射的X射线。这种信号方式方便地有助于电子技术的使用，这些电子技术可修正探测器暗电流的偏移，修正放大器偏差，并使用一合适的参考探测器可修正射线源输出的变化。这些技术改善了噪音和线性度，如此，也改善了射线成像的质量。直线加速器的替代物可是一放射性同位素源或一X射线管。但是，来自同位素的辐射强度比来自直线加速器的辐射强度要低几个数量级，来自管子的强度较低，穿透力较差。在这两种情况下通常要限制成像质量和检查速度。
最佳的探测器设置包括一直线排列的晶体二极管型的固态探测器。典型的设置使用镉钨闪烁晶体管，以吸收穿过被测物体的X射线，并将此吸收的X射线转变为可见光的照片。还有可供选择的晶体如锗酸铋和碘化钠。这些晶体能直接连结于一合适的探测器，最好是使用光学光线管，以沿着一路径以相对于X射线束为一锐角的方向将光线带给诸探测器，使这些探测器屏蔽于直接的X射线和多数散射的X射线。最佳的探测器是一排沿直线排列的光电二极管，这种管子尽管是单一放大系数的装置，在操作范围、线性度和探测器与探测器的配比等方面比光电倍增管探测器优越。直线列的探测器的替代物是一种区域探测器。这样的一种区域探测器能是一闪烁条，如碘化铯或其它物，它们可由一合适的照相机看到或光学连接于一电荷耦合器件(CCD)。当使用一区域探测器时，诸光线管将来自直线型闪烁器的光线映射到该区域探测器的诸离散的区域上。在计算机中，来自该区域探测器的信号被再次映射回到一线性数据柱并贮存在存储器内。由于该射线束和诸探测器是随跨式车移动的，在为该跨式车通过被检查的箱子或其它物体所必需的时间内，通过诸多单个柱的串联形成一两维的像。
对于高分辨率用途，用于阅读探测器信号的电子器件通常以自动归零和双关联取样为特点，以达到超稳定的零位移动和低调整噪音数据采集。自动增益变化可用于适应在遇到大箱子和车辆时发生的宽衰减范围。
现在看图4，一X射线源71用来产生已被校准为一束其侧面基本上平行的窄射线束的X射线73。准直仪74用来产生一束扇形X射线或一圆锥束或一系列“铅笔束”射线。准直工作用来限制从被检物体散射到诸探测器75中，从而减小了影响对比度的X射线。准直工作还减少了为辐射保护所需的屏蔽。
用来确定可检查多少个箱子的诸探测器的高度是根据检查任务而选取的。例如，如检查任务是探测隐藏在国际货运箱77里的汽车，证明藏有汽车的特征标志是大的金属组件，如发动机组、传动箱和轴。在这种情况下，在箱子中心部位的检查高度可限于从地板高度起4或4英尺。其它可能有收藏的部位是隐藏在地板下面、天花板里和在箱子端部的假墙壁后面的暗室的检查。在图4中，探测器陈列大致等于箱子高度，在此情况下，为8英尺。这种设置方案使在箱子中心部位复盖从刚超出地面到6英尺处的范围以及后壁和侧壁的检查区。
除了使用与射线源相对并与之成一直线对齐的诸探测器测量穿透性的X射线外，另外在该跨式车的射线源一侧还采用一列探测器。这些探测器经对准以探测一部分的康普顿散射的，即“背散射”的X射线。同样，在该车的探测器一侧，但超出透射的X射线束之外，也可采用另一列探测器，以探测向前散射的X射线。这种散射的X射线可有效地证明存在有低原子序数的禁运品，藏在箱子、卡车等的壁内的如毒品和炸药。
借助于图4所示的几何学设置，可对一个箱子或大车辆的一部分成像。尽管没有必要探测浸在加油车等里的被盗的小汽车和药品，对于其它一些用途，如货单的验证方面，希望对汽车和箱子作彻底的检查。为满足这样的要求，可使用另一种可供选用的方案。例如，正如前面所讨论的，既然存在有带伸缩支腿的跨式运输车，就允许将射线源和探测器阵列安装得使它们能移到不同的高度位置。还有，射线源能安装在一倾斜设备的中平面的附近，它可向上或向下射出X射线，并能使用一列较高的探测器或能移到不同高度位置的一个探测器。

Claims (29)

1．一种用于车辆和大箱子的射线图象检查的设备，它包括：
一可移动的倒U形框架，它具有彼此平行且间隔一大于一被测箱子的间距的第一和第二侧；
使该框架相对于一被测箱子移动的装置；
一具有穿透性的放射源，它设置在该框架的第一侧，并发出一束射向第二侧的射线；
一探测器，它设置用来记录横穿两侧之间的空间的辐射，产生一能显示在该空间里的材料的射线图象信号；以及
用于沿着该箱子的一个方向叠加各射线图象信号、从而形成该箱子的内容物的一射线像的装置。
2．如权利要求1所述的设备，其特征在于，倒U形框架是一跨式运输车的框架，具有两对分开的轮子，每侧与一对轮子相连接。
3．如权利要求2所述的设备，其特征在于，使框架相对于箱子移动的装置包括一安装在该框架上的发动机。
4．如权利要求3所述的设备，其特征在于，用于移动框架的装置还包括一用于为所述框架导向的遥控装置。
5．如权利要求3所述的设备，其特征在于，用于移动框架的装置包括一用于为所述框架以恒速导向的控制装置。
6．如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述倒U形框架包括一跨式吊车。
7．如权利要求1所述的设备，其特征在于，放射线源包括一直线加速器。
8．如权利要求1所述的设备，其特征在于，放射线源包括一X线管。
9．如权利要求1所述的设备，其特征在于，放射线源包括一同位素。
10．如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括多个具有横穿所述空间的射线束的穿透性放射线源和多个设置用来拦截穿过所述空间的射线束的的探测器。
11．如权利要求1所述的设备，其特征在于，探测器包括一列沿直线排列的诸探测器。
12．如权利要求1所述的设备，其特征在于，探测器包括在一定面积里排列的诸探测器。
13．如权利要求1所述的设备，其特征在于，探测器包括在穿透的射线束的照射后发出可见光的荧光材料和一设置用来接收来自该荧光材料的光线的光学探测器。
14．如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述光学探测器包括一光电二极管探测器。
15．如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述光学探测器包括一光电倍增管探测器。
16．如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述光学探测器包括一区域(面积)探测器。
17．如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述区域(面积)探测器是一摄相机。
18．如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述区域(面积)探测器是一电荷耦合器件(CCD)之阵列。
19．如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述区域(面积)探测器是一光电二极管阵列。
20．如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述区域(面积)探测器是一光电倍增管阵列。
21．如权利要求16所述的设备，其特征在于，诸光线管将区域(面积)探测器连接于所述荧光材料制作的板条。
22．如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一射线束准直装置，用来产生一扇形射线束。
23．如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一射线束准直装置，用来产生多个铅笔形射线束。
24．如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一射线束准直装置，用来产生一圆锥形X射线束。
25．如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一射线影像增强装置，该装置可操作地关联于将诸射线图象信号累加的装置。
26．如权利要求25所述的设备，其特征在于，射线影像增强装置包括一供移动框架的装置用的速度控制器。
27．如权利要求25所述的设备，其特征在于，X射线影像增强装置包括若干移动编码器。
28．如权利要求27所述的设备，其特征在于，所述移动编码器是轮式编码器。
29．如权利要求27所述的设备，其特征在于，诸所述移动编码器是直线形条形光学编码器。
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