УСТАНОВКА ДЛЯ ДОСМОТРА ОБЪЕКТОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ
INSTALLATION FOR EXAMINATION OF OBJECTS, MAINLY RAILWAY CARS

Предложенное техническое решение задачи относится к области контроля железнодорожных вагонов открытого типа, без проникновения в грузовое пространство и может быть использовано для досмотра с целью обнаружения скрытых предметов, веществ и материалов, а также экспресс-измерения массы металлического лома и количества немагнитных материалов находящегося в транспортном средстве.
Зачастую качество вторичного металлического лома, поступающего на переработку в металлургические производства, не соответствует максимально допустимой засоренности металлического лома, которая по всем категориям не должна превышать 5% от общей массы металлолома.
Многие поставщики металлолома, отгружающие его железнодорожным транспортом, нарушают эти нормы, что приводит к финансовым потерям металлоперерабатывающих организации.
Известен способ досмотра и досмотровой комплекс (см. патент №2512679 от 10.04.2014 г.). В данном досмотровом комплексе выполняется двустороннее сканирование досматриваемого человека тонкими пучками рентгеновского излучения из двух, размещенных по разные стороны досматриваемого человека, источников рентгеновского излучения. При этом источники излучения осуществляют вертикальное перемещение с помощью электроприводных кареток. Оба источника рентгеновского излучения перемещаются одновременно и асинхронно с задержкой начала сканирования одного относительно другого, а рассеянное рентгеновское излучение, прошедшее от противоположного источника рентгеновского излучения, поглощают посредством защитных экранов на каждом из приемных детекторов.
К недостатку данного досмотрового комплекса следует отнести использование двух источников излучения, что ведет к его удорожанию. Указанный досмотровой комплекс реализует сложную кинематику механизма возвратно- поступательного перемещения источников излучения, что может приводить к его быстрому выходу из строя. Кроме того, данный досмотровой комплекс не может быть использован для досмотра крупногабаритных объектов, таких как железнодорожные вагоны.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является «Способ радиометрического контроля крупногабаритных объектов» (см. патент №2284511 от 20.06.2014 г.). Способ заключается в просвечивании объекта веерным пучком проникающего излучения, регистрации прошедшего сквозь объект излучения детекторной линейкой, сканировании объекта с последующим восстановлением изображения путем соответствующей обработки результатов измерений. Веерные пучки формируют несколькими источниками импульсного тормозного излучения, например, бетатронами, фокусы которых располагают по горизонтали на одной линии, при этом оси пучков каждого источника направлены таким образом, чтобы охватывалось все поперечное сечение объекта. Излучение регистрируют детекторными линейками, расположенными в плоскости пучка соответствующего источника излучения в пределах угла половинной мощности дозы, и моменты генерации излучения источников сдвигают во времени, чтобы обеспечить их раздельную регистрацию.
В результате использования нескольких источников излучения, фокусы которых расположены на одной линии по горизонтали, и формирующих суммарный пучок излучения с необходимым углом расходимости и энергией, обеспечивающей контроль материалов больших толщин и плотности.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит два или более импульсных источника с одинаковыми параметрами, фокусы которых располагают на одной линии по горизонтали, при этом оси пучков каждого источника излучения должны быть направлены таким образом, чтобы суммарный веерный пучок охватил все поперечное сечение объекта. Веерообразный пучок формируется системой коллиматоров излучателей. Расстояние между источниками излучения определяется их конструктивными размерами. Источники излучения можно располагать, например, сбоку от объекта контроля или снизу (см. фиг. 2.1, патент №2284511).
Расположение источников излучения снизу объекта по одной линии в поперечном направлении позволяет обеспечить достаточно большой суммарный угол расходимости при небольшом фокусном расстоянии и небольшой мощности дозы излучения. Детекторные линейки располагаются в плоскости луча соответствующего источника в пределах угла половинной мощности дозы. Число детекторных линеек соответствует числу источников излучения.
К недостатку данного способа и реализующего его устройства следует отнести наличие двух источников излучения, настройка суммарного угла расходимости которых представляет определенные трудности. Также наличие двух источников не позволяет достаточно корректно получить пространственное 3D изображение транспортируемого объектом груза, поскольку сканирование происходит в заданном положении источника излучения. Кроме этого в данном способе не реализуется конкретизация положения объекта в заданный момент времени, что не позволяет обеспечить точное определение объема и атомного веса неметаллических включений в металлоломе, поставляемом на переработку.
Техническим результатом предложенного технического решения задачи является повышение эффективности досмотра транспортируемого груза, преимущественно в железнодорожных вагонах путем получения 3D изображения и более точного определения объема, и атомного веса неметаллических включении в поставляемом на переработку металлоломе.
Вариант 1
Технический результат достигается тем, что в установке для досмотра объектов, преимущественно железнодорожных вагонов, включающей размещенный под объектом источник излучения с коллиматором, детекторное регистрирующее устройство, блок обработки данных и монитор, источник излучения и коллиматор установлены с угловой степенью свободы вдоль продольной оси объекта, при этом источник излучения связан с приводом возвратно - поступательного движения обеспечивающим его двойной цикл колебаний за период прохождения объекта над источником излучения, а коллиматор связан с вибровозбудителем размещенным на источнике излучения.
Преимущественно чтобы, привод возвратно-поступательного движения был электромеханического, гидравлического, пневматического и прочего типа.
Преимущественно чтобы, привод возвратно-поступательного движения имел варьируемую скорость движения.
Преимущественно чтобы, вибровозбудитель имел варьируемую частоту колебаний.
Преимущественно чтобы, в качестве детекторного регистрирующего устройства была использована детекторная матрица.
Преимущественно чтобы, детекторная матрица имела в своем сечении дугообразную форму.
Преимущественно чтобы, в качестве источника излучения был использован рентгеновский генератор с линейным ускорителем.
Преимущественно чтобы, источник излучения выдавал рентгеновское излучение с энергией в диапазоне от 150 до 500 кэВ, и в диапазоне от 1 до 10 МэВ.
На фиг. 1 - изображен общий вид на установку.
На фиг. 2 - показан вид А на фиг. 1
На фиг. 3 - показан разрез по Б-Б на фиг. 1.
На фиг. 4 - показан общий вид на установку при сканировании груза объекта снизу-спереди.
На фиг. 5 - показан общий вид на установку при сканировании груза объекта снизу.
На фиг. 6 - показан общий вид на установку при сканировании груза объекта снизу-сзади.
На фиг. 7 - показано место С на фиг. 5.
На фиг. 8 - показано место Д на фиг. 5.
Предложенное техническое решение задачи состоит из источника излучения 1 размещенного под объектом 2, например, железнодорожным вагоном (фиг. 1). В качестве источника излучения 1 используется рентгеновский генератор с линейным ускорителем с энергией рентгеновского излучения в диапазоне от 150 до 500 кэВ, и в диапазоне от 1 до 10 МэВ.
Источник излучения 1 и его коллиматор 4 установлены с угловой степенью свободы по продольной оси Z-Z, объекта 2 (фиг. 2). Это позволяет изменять направление веерного пучка рентгеновского излучения по обе стороны от вертикали в направлении движения объекта 2. При этом источник излучения 1 связан с приводом возвратно- поступательного движения 3 имеющем варьируемую скорость движения. В качестве привода возвратно-поступательного движения 3 может быть использован привод электромеханического, гидравлического, пневматического и прочего типов. Коллиматор 4 размещен на источнике излучения 1 и приводится в колебательное движение вибровозбудителем 5 имеющем варьируемую частоту колебаний.
Детекторное регистрирующее устройство 6, принимающее просканированные данные транспортируемого объектом 2 груза, размещено над объектом 2 и закреплено на Г-образных фермах 7.
В качестве детекторного регистрирующего устройства 6 используется детекторная матрица, имеющая в своем сечении дугообразную форму (фиг. 3).
Предложенное техническое решение задачи работает следующим образом.
При прохождении объектом 2 досмотровой зоны установки, срабатывает датчик скорости 8 движения объекта 2 (фиг. 2) и подает сигнал в блок обработки данных 9, где сигнал обрабатывается и на основе его анализа задается скорость привода возвратно - поступательного движения 3 (фиг. 1). В результате источник излучения 1 размещенный на шарнирной опоре 10 имеющей угловую степень свободы по продольной оси Z-Z объекта 2, совершает колебательные движения с заданной частотой в пределах (0.1-1) Гц, изменяя направление веерного пучка рентгеновских излучения. При этом щелевой коллиматор 4 установки установлен таким образом, чтобы веерный пучок рентгеновского излучения, угол которого составляет (40-45) градусов, пронизывал все поперечное сечение объекта 2 (фиг. 3). А блоком обработки данных 9 задается такая скорость приводу возвратно-поступательного движения 3, при которой источник излучения 1 совершает за время продвижения объекта 2 над источником излучения 1 не менее двух колебаний.
На фиг. 4 представлена точка - К, патрубка 11. В момент начала движения источника излучения 1, точка - К фиксируется детекторным регистрирующим устройством 6 и представляет регистрацию груза (его ракурс) в данном случае патрубка 11 снизу и спереди. При дальнейшем продвижении объекта 2, точка - К оказывается над источником излучения 1 (фиг. 5). За это время источник излучения 1 двигаясь слева направо и совершив пол цикла колебаний, движется в обратную сторону (справа налево), и в момент нахождения точки - К над источником излучения 1, совершает сканирование точки К в положении снизу. Завершив один цикл колебаний, источник излучения 1 начинает новый цикл и нагнав точку - К сканирует ее снизу и с сзади (фиг. 6). Далее источник излучения 1 продолжая сканировать объект 2 возвращается в исходное положение (наклон влево, фиг. 4). Таким образом, за два цикла колебательного движения веерным пучком рентгеновского излучения совершается сканирование груза объекта 2 в трех ракурсах.
1. Снизу и спереди.
2. Снизу.
3. Снизу и сзади.
Полученные ракурсы транспортируемого объектом 2 груза позволяют получить его пространственное 3D изображение, что увеличивает эффективность установки.
При этом необходимым условием является, чтобы за время продвижения объекта 2 над источником излучения 1, веерный пучок рентгеновского излучения успел совершить не менее двух циклов колебательного движения.
Следует отметить, что сканирование груза объекта 2 может быть осуществлено за полцикла колебаний источника излучения 1, но тогда невозможно будет получить 3D изображение.
Коллиматор 4 источника излучения 1 связанный с вибровозбудителем 5 также осуществляет колебания по продольной оси Z-Z объекта 2 (фиг. 7). Данные колебания носят высокочастотный характер. Эти колебания позволяют осуществить сканирование, например, точка - К грузу объекта 2 в более узком ракурсе, определяемом углом α (фиг. 8). То есть, точка К за пройденное ей расстояние - L успевает быть просканирована в нескольких микроракурсах. Это позволяет конкретизировать информационные данные по грузу, в частности его плотности и атомному весу. Вибровозбудитель 5 имеет варьируемую частоту колебаний, которая задается через информативную связь: датчик скорости 8 объекта 2 - блок обработки данных 9 - вибровозбудитель 5. Данная связь аналогична вышеприведенной связи по изменению скорости привода возвратно-поступательного движения 3, но отличается высокочастотным характером колебаний вибровозбудителя 5.
Сканирование груза коллиматорной вибрацией позволяет конкретизировать (уточнить) его изображение на мониторе 12. Эта конкретизация груза, транспортируемого объектом 2, позволяет более точно определить объем неметаллических включений и их атомный вес.
Вариант 2
Технический результат достигается тем, что в установке для досмотра объектов, преимущественно железнодорожных вагонов, включающей размещенный под объектом источник излучения с коллиматором, детекторное регистрирующее устройство, блок обработки данных и монитор, источник излучения и коллиматор установлены с угловой степенью свободы в вертикальной плоскости перпендикулярной продольной оси объекта, при этом источник излучения связан с приводом возвратно - поступательного движения обеспечивающим его двойной цикл колебаний за период прохождения объекта над источником излучения, а коллиматор связан с вибровозбудителем размещенным на источнике излучения.
Преимущественно чтобы привод возвратно-поступательного движения был электромеханического, гидравлического, пневматического и прочего типа.
Преимущественно чтобы, привод возвратно-поступательного движения имел варьируемую скорость движения.
Преимущественно чтобы, вибровозбудитель имел варьируемую частоту колебаний.
Преимущественно чтобы, в качестве детекторного регистрирующего устройства использовалась детекторная матрица.
Преимущественно чтобы, детекторная матрица в своем сечении имела дугообразную форму.
Преимущественно чтобы, в качестве источника излучения был использован рентгеновский генератор с линейным ускорителем.
Преимущественно чтобы, источник излучения выдавал рентгеновское излучение с энергией в диапазоне от 150 до 500 кэВ, и в диапазоне от 1 до 10 МэВ.
На фиг. 9 - показан вид сверху на установку.
На фиг. 10 - представлен вид спереди на установку.
На фиг. 11 - показан разрез по Е-Е на фиг. 10.
Данный вариант отличается от вышеприведенного тем, что источник излучения 1 и коллиматор 4 установлены с угловой степенью свободы в плоскости N-N перпендикулярной продольной оси объекта 2 (фиг. 9) позволяющей изменять направление веерного пучка рентгеновского излучения по обе стороны от вертикали перпендикулярно поперечному сечению объекта 2.
Предложенное техническое решение задачи работает следующим образом.
При прохождении объектом 2 досмотровой зоны установки, срабатывает датчик скорости 8 движения объекта 2 (фиг. 9) и подает сигнал в блок обработки данных 9, где сигнал обрабатывается и на основе его анализа задается скорость привода возвратно поступательного движения 3. В результате источник излучения 1 размещенный на шарнирной опоре 10 имеющей угловую степень свободы в вертикальной плоскости N-N перпендикулярной продольной оси объекта 2, совершает колебательные движения, с заданной частотой изменяя направление веерного пучка рентгеновских излучения от точки F до точки G, и обратно, детекторного регистрирующего устройства 6 (фиг. 10). При этом щелевой коллиматор 4 установки установлен таким образом, чтобы веерный пучок рентгеновских излучения, угол которого составляет (40-45) градусов, был параллелен направлению движения объекта 2 (фиг. 11).
В данном варианте сканирование объекта 2 осуществляется перпендикулярно его поперечному сечению (фиг. 10) и определено шириной объекта 2. Следовательно, амплитуда колебания источника излучения 1 меньше, что позволяет увеличить скорость привода возвратно-поступательного движения 3.
Здесь необходимым условием является, чтобы за время продвижения объекта 2 над источником излучения 1, последний успел совершить не менее двух циклов колебательного движения.
Следует отметить, что сканирование груза объекта 2 может быть осуществлено за полцикла колебаний источника излучения 1, но тогда невозможно будет получить 3D изображение.
Как и в варианте 1 колебательные движения источника излучения 1 позволяют получить 3D изображение груза объекта 2, однако угол ракурса в данном варианте меньше.
Коллиматор 4 размещенный на источнике излучения 1 связан с вибровозбудителем 5, осуществляет колебания в вертикальной плоскости N-N перпендикулярной продольной оси объекта 2 (фиг. 9). Данные колебания носят высокочастотный характер. Эти колебания позволяют осуществить сканирование груза объекта 2, как и в варианте 1, в микроракурсе, что позволяет конкретизировать информационные данные по его плотности и атомному весу.
К преимуществу данного варианта можно отнести меньшие габариты приямка для размещения источника излучения 1 под объектом 2, малые габариты детекторного регистрирующего устройства 6 и возможность задания более высокой скорости приводу возвратно-поступательного движения 3.
Предложенное техническое решение задачи позволяет:
- получить 3D изображение транспортируемого объектом груза.
- позволяет более точно определить атомный вес и процент содержания неметаллических включений в поставляемом на переработку металлоломе.
- увеличить количество ракурсов досмотра транспортируемого груза;
- повысить качество сканирования транспортных средств.
- позволяет обеспечить экспресс - взвешивание транспортируемой продукции, в частности металлолома;
- снизить потери металлоперерабатывающих организаций.