УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ СЕМЯН

Полезная модель относится к области анализа материалов с помощью рентгеновского излучения, предназначена для обнаружения дефектов в зернах и семенах с целью контроля их качества, относится к устройствам калибровки зерна по комплексу физико-механических свойств и может быть использована для сепарации семян в сельском хозяйстве.
Известно (Архипов М.В., Потрахов Н.Н. Микрофокусная рентгенография растений. СПб.: «Технолит» / Изд-во «Технолит», 2008. 194 с), что существенную роль в ухудшении посевных и технологических качеств семян играет наличие в них различных типов скрытых (внутренних) дефектов, например, скрытая заселенность, поврежденность насекомыми, скрытое прорастание, внутренняя трещиноватость и др.
Для решения задачи контроля партий семян по всем основным внутренним дефектам может быть использован рентгеновский способ контроля качества семян и, соответственно, устройства, его реализующие.
Из уровня техники известно устройство для сортировки продуктов, в частности семян, зерен (DE 102009051641 A1, дата публ. 05.05.2011). Устройство содержит регулируемую систему подачи семян, источник рентгеновского излучения, систему визуализации рентгеновского изображения, расположенную напротив источника, систему отбраковки семян, с помощью которой отделяются кондиционные и некондиционные семена. Система отбраковки семян, источник излучения, детектор и система подачи семян управляются с помощью средства обработки и анализа, при этом поток семян облучается «на просвет».
Также известно устройство для сортировки семян растений в соответствии с их плотностью (DD 255097 A1, дата публ.23.03.1998), включающее источник подачи семян, канал, по которому движутся семена, источник рентгеновского излучения, детектор, устройство обработки и анализа полученных изображений.
Другое известное устройство для рентгенодиагностических исследований зерна и семян (RU85292 U1, дата публ. 10.08.2009) содержит низковольтный микрофокусный источник рентгеновского излучения, установленный в потоке излучения держатель исследуемых образцов и расположенное за ним средство визуализации рентгеновского изображения в виде запоминающего экрана с фотостимулируемым люминофором, заключенные в рентгенозащитную камеру.
В описании заявленных устройств не оговариваются ни резкость, ни контраст получаемых рентгеновских изображений или разрешающая способность и чувствительность контроля при обнаружении конкретных видов дефектов семян. Однако размеры конкретных дефектов имеют принципиальное значение в процессе сепарации, и вероятность обнаружения дефектов определяется именно характеристиками по разрешающей способности и чувствительности.
Представляется важным, что интроскопический подход при анализе проблемы неоднородности семян позволяет по-новому сформулировать понятие биологической полноценности семени с учетом как внешних, так и внутренних его структурных особенностей.
На сегодняшний день представляется крайне актуальным получение партий семян с минимальным уровнем скрытых дефектов, такие партии семян могут использоваться для формирования ботанических коллекций и т.д.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели устройством является устройство для получения рентгенографического изображения контролируемых семян, раскрытое в RU 2352922 C1 (дата публ. 20.04.2009), в котором имеется перестраиваемый микрофокусный источник рентгеновского излучения, устройство перемещения источника излучения, установленный в потоке излучения держатель исследуемых образцов и расположенный за ним приемник рентгеновского излучения, заключенные в рентгенозащитную камеру. В качестве источника рентгеновского излучения использован микрофокусный рентгеновский аппарат семейства «ПАРДУС» с диапазоном напряжения питания рентгеновской трубки 10÷50 кВ и фокусным пятном не более 0,01 мм, а в качестве средства визуализации рентгеновского изображения (приемника изображения) - рентгеновская пленка с собственной нерезкостью не более 0,2 мм. Это позволяет получать высококачественные снимки отдельных семян с увеличением в 20 раз при геометрической нерезкости 0,2 мм или группы до 100 семян с увеличением в 3,5 раз при качестве изображения, приемлемом для диагностирования дефектов семян.
Однако данное устройство позволяет реализовать контроль семян только на рентгеновскую пленку, что обеспечивает низкую производительность работ по диагностике зерна. Также не оговаривается изменение размеров фокусного пятна при изменении анодного напряжения рентгеновской трубки. Изменение анодного напряжения трубки может быть необходимо при диагностике различных типов семян, так как они могут иметь различный размер и плотность. Увеличение размеров фокусного пятна значительно ухудшает качество получаемых изображений.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение выявляемое™ дефектов в семенах сельскохозяйственных культур, лекарственных растений и масличных культур.
Технический результат предлагаемой полезной модели - повышение эффективности рентгенографического контроля семян.
Технический результат достигается тем, что в устройство для получения рентгенографических изображений семян, состоящее из рентгенозащитной камеры, в которой установлены перестраиваемый микрофокусный источник рентгеновского излучения, система перемещения источника, приемник рентгеновского излучения, держатель семян, расположенный между источником и приемником излучения, дополнительно введена магнитная фокусирующая система, с возможностью перемещения по аноду рентгеновской трубки, блок обработки и управления, вход которого соединен с приемником излучения, а выход с источником излучения и магнитной фокусирующей системой, при этом приемник рентгеновского излучения выполнен в виде сцинтиллятора и матрицы фоточувствительных транзисторов.
Полезная модель поясняется следующими графическими материалами.
На Фиг. 1 представлена схема устройства для получения рентгенографических изображений семян.
На Фиг. 2 - рентгенооптическая схема получения рентгеновского изображения дефекта семян.
На Фиг. 3 - примеры рентгеновских изображений семян, полученные в процессе сепарации, при разных диаметрах фокусного пятна рентгеновской трубки. Фиг. 3 (а) - изображение полученное с помощью рентгеновской трубки с диаметром фокусного пятна 50 мкм, Фиг. 3 (б) - изображение, полученное с использованием рентгеновской трубки с диаметром фокусного пятна 150 мкм.
Схема устройства показана на фиг. 1. Устройство для получения рентгенографических изображений семян включает в себя рентгенозащитную камеру 1 перестраиваемый микрофокусный источник рентгеновского излучения 2, систему перемещения источника 3, приемник рентгеновского излучения 4, состоящий из сцинтиллятора 5 и матрицы фоточувствительных транзисторов 6, держатель семян 7, расположенный между источником и приемником излучения, магнитную фокусирующую систему 8, с возможностью перемещения по аноду рентгеновской трубки, блок обработки и управления 9, который соединен с приемником излучения, источником излучения и магнитной фокусирующей системой.
Магнитная фокусирующая система может быть выполнена, например, из кольцевых магнитов 10, жестко закрепленных с планкой 11, которая изменяет положение с помощью шагового двигателя 12. Шаговый двигатель управляется с помощью блок обработки и управления. При изменении оператором рабочего напряжения рентгеновской трубки программа отправляет сигнал на шаговый двигатель, в результате чего магнитная фокусирующая система устанавливается на таком расстоянии от выходного окна рентгеновской трубки, при котором обеспечивается минимальный диаметр фокусного пятна. Оптимальные положения фокусирующей системы для различных рабочих напряжений определяются с помощью калибровки.
Коэффициент увеличения изображения задается при указании оператором типа исследуемых семян. Он рассчитывается исходя из минимального размера дефектов, которые могут присутствовать в этих семенах, по следующим формулам:
1
2
где a - размер дефекта; A - размер изображения дефекта; H - нерезкость изображения дефекта; d - размер фокусного пятна микрофокусного источника рентгеновского излучения; ƒ - расстояние от фокусного пятна до семени; ƒ - расстояние от фокусного пятна до плоскости приемника излучения;
Устройство работает следующим образом.
Оператор задает тип исследуемых семян, автоматически устанавливаются рабочее напряжение и ток рентгеновской трубки. Магнитная фокусирующая система 8 перемещает магнит 10 по аноду рентгеновской трубки.
Рентгеновское излучение, генерируемое перестраиваемым микрофокусным источником рентгеновского излучения 2, проходит сквозь семена и неравномерно ослабляется элементами их структуры. Сформированное за семенем теневое рентгеновское изображение регистрируется и преобразуется в цифровой электрический сигнал приемника рентгеновского излучения 4, состоящего из сцинтиллятора 5 и матрицы фоточувствительных транзисторов 6. Блок обработки и управления 9 с помощью специального программного обеспечения обрабатывает цифровое изображение каждого семени и определяет качество семян. Для определения качества семян существует банк рентгеновских изображений семян (эталонных значений изображений семян), которые были получены при проведении рентгеновской «диспансеризации» партий семян различных сельскохозяйственных культур.
Рентгенооптическая схема получения рентгеновского изображения семян с дефектами представлена на фиг. 2.
Диагностируемое семя 14 с линейным размером дефекта «a» в находится на одной оси между фокусным пятном микрофокусного источника рентгеновского излучения 13 с диаметром фокусного пятна «d» и цифровым приемником рентгеновского излучения 4. Расстояние между точечным фокусным пятном 13 источника рентгеновского излучения и дефектом (трещиной) 15 составляет f1, расстояние между фокусным пятном и приемником излучения 4 - f2. Размер изображения «a» дефекта 15 определяется в соответствии с выражением (1).
На эпюре плотности почернения 16 изображения семени 14 с дефектом 15 нерезкость изображения H обусловлена конечными размерами фокусного пятна. Нерезкость изображения дефекта рассчитывается в соответствии с выражением (2).
При расчете основных параметров рентгенооптической схемы съемки семян задаются наиболее распространенные размеры дефектов для этих типов семян - «а», а также размер фокусного пятна «d» и расстояние. Численные значения «d» и «f1» определяются конструктивными особенностями используемых источника рентгеновского излучения и приемника рентгеновского изображения. Остальные параметры: расстояние f2, размер изображения семени «A» - вычисляются.
Рентгенографические исследования изображений семян позволят выявить основные типы дефектов семян: невыполненность, дефекты зародыша, травмированность, скрытую заселенность и поврежденность насекомыми, скрытое прорастание семян и др.