ПОДСИСТЕМА СКАНИРОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ РЕНТГЕНОВСКОГО КОНТРОЛЯ

Подсистема сканирования излучения для системы рентгеновского контроля относится к области регистрации рентгеновского излучения и может быть использована как в медицинской рентгенографии, так и для досмотра людей в целях безопасности для обнаружения спрятанных на(в) теле, в одежде опасных и скрываемых предметов и веществ.
Известна система рентгеновского контроля, например патент RU на полезную модель №73601, МПК A61B 6/00 от 27.08.2008. Бюл. №15, которая состоит из устройства рентгеновского питающего, излучателя рентгеновского, коллиматора, детектора рентгеновского излучения и электропривода, причем излучатель, коллиматор и детектор расположены на подвижной балке, на одном конце которой установлена каретка с детектором с возможностью вертикального перемещения по неподвижной стойке, а на другом конце подвижной балки установлены излучатель с коллиматором, при этом каретка детектора связана кинематически с валом электропривода через систему роликов посредством первого каната, а второй конец подвижной балки выполнен с возможностью перемещения за счет канатной кинематической связи с дополнительной кареткой, установленной на качающемся в вертикальной плоскости двукратном полиспасте.
Недостатком данной системы является раскачивание балки в направлениях, перпендикулярных ее движению и повороту, отчего в детекторе рентгеновского излучения возникает дополнительная информация, являющаяся помехой при дальнейшем преобразовании рентгеновского излучения в электрический сигнал.
Наиболее близким решением к предлагаемой полезной модели является решение, описанное в патенте RU на полезную модель №102483, МПК A61B 6/00. Система рентгеновского контроля по данному патенту состоит из устройства рентгеновского питающего, излучателя рентгеновского, коллиматора, детектора рентгеновского излучения, электропривода, неподвижной балки и вертикальной стойки с размещенной на ней кареткой излучателя с возможностью ее вертикального перемещения, причем излучатель, коллиматор и детектор расположены на подвижной серпообразной балке, на одном конце которой установлена каретка с детектором с возможностью вертикального перемещения по неподвижной стойке, а на другом конце подвижной балки установлены излучатель с коллиматором, при этом каретка детектора и детектор связаны кинематически с редуктором электропривода через систему роликов посредством первого каната, а каретка излучателя кинематически связана со вторым концом подвижной балки через двухшарнирный рычаг, при этом электропривод расположен в верхней части системы на неподвижной горизонтально установленной балке со смещением относительно центра балки таким образом, что его ось расположена под углом к поперечному сечению указанной балки, а редуктор электропривода выполнен двухступенчатым, причем первая ступень с помощью первого каната связана через балансир с детектором рентгеновского излучения, а вторая ступень с помощью второго каната связана с балансиром, закрепленным на подвижной балке вблизи излучателя. При этом подвижная балка с расположенными на ней излучателем, коллиматором и детектором в процессе движения в вертикальной плоскости выполнена с возможностью дополнительного поворота в этой плоскости в двух направлениях по часовой и против часовой стрелки. Данное решение принято за прототип.
Недостатком указанной системы является то, что подвижная серпообразная балка с излучателем и детектором на концах в процессе вертикального перемещения и поворота изменяет свой центр тяжести, тем самым изменяются усилия, прикладываемые через двухшарнирный рычаг к подвижной каретке со стороны излучателя и через шарнир к подвижной каретке со стороны детектора. Обе каретки за счет трения о стойки при их вертикальном перемещении по стойкам создают дополнительные вибрации серпообразной подвижной балки. Это приводит к раскачиванию подвижной серпообразной балки в горизонтальном направлении, а также к рывкам (отсутствие плавности) поворота концов подвижной балки в вертикальном направлении в процессе ее перемещения, отчего в детекторе возникает дополнительная (ложная) информация, искажающая результаты системы рентгеновского контроля.
Техническая задача состоит в уменьшении раскачивания подвижной балки в горизонтальном направлении, а также в обеспечении плавного поворота концов подвижной балки в вертикальном направлении при ее вертикальном перемещении.
Решение технической задачи заключается в том, что подсистема сканирования излучения для системы рентгеновского контроля, содержащая электропривод с двухступенчатым редуктором, расположенные в верхней части подсистемы на неподвижной балке, закрепленной в каркасе подсистемы, излучатель рентгеновского излучения, коллиматор и детектор рентгеновского излучения, жестко закрепленные на подвижной серпообразной балке, причем излучатель и детектор расположены на противоположных концах подвижной балки, при этом детектор через первый шарнир связан с кареткой детектора с возможностью ее перемещения в вертикальном направлении и через балансир связан с первой ступенью редуктора электропривода посредством первого каната, а вторая ступень редуктора электропривода связана со вторым концом подвижной балки со стороны излучателя посредством второго каната и соответствующего балансира, при этом подсистема содержит второй шарнир на детекторе, связывающий его с кареткой, причем первый и второй шарниры расположены на детекторе по разные стороны относительно балансира, а на концах каретки детектора закреплены роликовые узлы, установленные в пазах вертикальных направляющих, которые жестко скреплены с каркасом подсистемы, при этом расстояния между балансиром и шарнирами детектора выбраны из условия, определяемого соотношением
r1:r2=m2:m1,
где …r1 - расстояние от балансира детектора до первого шарнира;
.r2 - расстояние от балансира детектора до второго шарнира;
m1 - масса подвижной части подсистемы, приведенная к балансиру детектора со стороны первого шарнира;
m2 - масса подвижной части подсистемы, приведенная к балансиру детектора со стороны второго шарнира,
а каркас и вертикальные направляющие выполнены из алюминиевого профиля соответствующей конфигурации.
На чертежах (фиг.1a, 1b, 2, 3, 4, 5) приведены элементы конструкции подсистемы сканирования излучения для системы рентгеновского контроля, при этом на фиг.1а показан основной вид конструкции с подвижной балкой 4, находящейся в верхнем крайнем положении, на фиг.1b - с подвижной балкой 4, находящейся в нижнем крайнем положении; на фиг.2 вид конструкции в плане со снятой крышкой корпуса, на фиг.3 - вид с боку фиг.1 по стрелке В, на фиг.4 - сечение А-А фиг.3, на фиг.5 - роликовые узлы, укрепленные на концах каретки детектора и установленные в ее направляющих, где обозначены:
1 - излучатель рентгеновских лучей; 2 - коллиматор; 3 - детектор рентгеновского излучения; 4 - серпообразная подвижная балка с расположенными на ней элементами 1, 2, 3; 5 - каретка детектора, связанная с детектором 3 его шарнирами 5' и 5''; 6 - направляющие каретки 5 детектора 3; 7 - электропривод, расположенный в верхней части системы на неподвижной горизонтально расположенной балке 10 с редуктором первой ступени 14 и второй ступени 15, а сам привод на неподвижной балке расположен со смещением относительно центра балки; 8' и 8'' - ролики, связывающие первый и второй канаты 9' и 9'' с соответствующими ступенями редуктора 14, 15 и балансирами 16' и 16'' детектора и излучателя соответственно; 11 - каркас подсистемы; 12 - зона расположения объекта контроля (человека); 13 - человек, 17 - роликовый узел каретки детектора; 18'; 19' и 19'' - крепежные винты соответственно направляющих 6 каретки 5 детектора 3 с каркасом 11 и самой каретки 5 детектора с роликовыми узлами 17. Подвижная балка 4 с расположенными на ней излучателем 1, коллиматором 2 и детектором 3 в процессе вертикального перемещения имеет возможность осуществлять поворот в вертикальной плоскости на угол ±α, при этом каркас 11 и вертикальные направляющие 6 каретки 5 выполнены из алюминиевого профиля соответствующей конфигурации, а
r1, r2 - расстояния от балансира 16' детектора соответственно до первого 5' и второго 5'' шарниров (фиг.5);
m1, m2 - массы подвижной части подсистемы, приведенные к балансиру 16' детектора соответственно со стороны первого и второго шарниров.
Работа системы рентгеновского контроля осуществляется следующим образом. После размещения человека 13 в зоне расположения объекта контроля 12 и включения электропитания включается в работу устройство рентгеновского питания (на чертежах не показано) и электропривод 7, отчего приходит в движение в вертикальном направлении балка 4, а на выходе излучателя 1 формируется рентгеновское излучение, которое через коллиматор 2 пронизывает тело человека 13 и попадает в детектор 3, где и происходит предварительная обработка полученной информации. За счет кинематической схемы балка 4 перемещается в вертикальном направлении с нижнего крайнего положения (фиг.1b) в верхнее крайнее положение (фиг.1а) и одновременно осуществляется ее поворот в вертикальной плоскости против часовой стрелки на угол α за счет разных скоростей первой 14 и второй 15 ступеней редуктора электропривода 7. При одинаковых скоростях ступеней редуктора балка 4 будет перемещаться параллельно самой себе без поворота. Шарниры 5' и 5'' детектора 3, связанные с кареткой 5, позволяют осуществлять перемещение каретки в вертикальном направлении, а роликовые узлы 17 каретки 5 в направляющих 6 обеспечивают плавность перемещения конца подвижной балки 4 с детектором 3. При обратном движении балки 4 ее поворот изменяется по часовой стрелке на угол α.
Отсутствие стойки, каретки и двухшарнирного рычага со стороны излучателя обеспечивают свободное перемещение и поворот этого конца подвижной балки, а наличие двух шарниров на детекторе, расположенных по разные стороны от балансира, позволяют без рывков осуществлять поворот второго конца подвижной балки с детектором в вертикальном направлении при ее движении и поддерживать ее центр тяжести на одном уровне. При этом роликовые узлы, закрепленные на концах каретки детектора и установленные в пазах соответствующих направляющих, жестко скрепленных с каркасом подсистемы, сводит к минимуму процесс раскачивания подвижной балки в горизонтальном направлении, то есть система более надежна при функционировании. Данная система с приведенными параметрами с излучателем с малодозным рентгеновским излучением изготовлена в ЗАО «НАУЧПРИБОР» г.Орел и проходит лабораторные испытания.