МОБИЛЬНОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к области рентгеновской техники и к области автотранспортных средств и может применяться в смонтированных на автомобильном шасси устройствах для дистанционного контроля (досмотра) объектов, преимущественно автотранспортных средств, с использованием рентгеновского излучения.
Для досмотра объектов, в том числе транспортных средств, используются устройства, работающие преимущественно с использованием обратно рассеянного рентгеновского излучения и позволяющие обнаруживать оружие, наркотические и психотропные вещества, взрывчатые вещества, незаконно хранимые и перемещаемые товары и ценности, при этом обеспечивая достаточные характеристики радиационной безопасности.
Известно, например, рентгеновское устройство для досмотра, содержащее процессор с подключенным к его выходу монитором, рентгеновский блок и досмотровый модуль, включающий снабженную электроприводом поворотную каретку, на которой размещены снабженный коллиматором источник рентгеновского излучения и связанный с процессором по крайне мере один выполненный на основе сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя приемный детектор обратно рассеянного рентгеновского излучения (RU 134385 U1, 2013).
Однако это устройство, обеспечивая высокую степень радиационной безопасности и высокую достоверность контроля, является стационарным и не приспособлено для дистанционного контроля объектов, в том числе транспортных средств, что ограничивает его эксплуатационные возможности.
Известно, например, мобильное рентгеновское устройство дистанционного контроля, смонтированное на автомобильном шасси и содержащая источник рентгеновского излучения, блок коллимации для формирования тонкого сканирующего пучка рентгеновского излучения и по крайней мере один приемный детектор для регистрации прошедшего или рассеянного рентгеновского излучения, при этом устройство снабжено стрелой, выдвигаемой в направлении выхода рентгеновского излучения и позволяющую размещать детектор за объектом контроля (US 6292533 B1, 2001).
Это устройство позволяет формировать два изображения - с помощью прошедшего излучения и с помощью рассеянного, при досмотре транспортных средств. Однако оно не обеспечивает скрытого контроля, а радиационная безопасность при его работе ограничена временем контроля.
Известны и другие рентгеновские устройства, которые могут использоваться для досмотра транспортных средств (например, US 6252929 B1, 2001; US 6453007 B2, 2002). Однако все они, имея конструктивные различия и те или иные преимущества, недостаточно эффективны в эксплуатации при досмотре транспортных средств.
2
2
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является мобильное рентгеновское устройство дистанционного контроля, содержащее размещенные на шасси автотранспортного средства в его кузове связанные между собой источник рентгеновского излучения, пространственный модулятор, выполненный на основе снабженного электроприводом вращающегося коллиматора с обеспечением возможности формирования рентгеновского излучения в виде циклически сканирующего рабочего пучка, детекторный блок, выполненный с обеспечением возможности регистрации обратно рассеянного рентгеновского излучения, и соединенный с ним снабженный дисплеем блок обработки данных (WO 2004/043740, 2004). Устройство содержит котроллер для выявления характеристик досматриваемого объекта на основе сигнала рассеяния и датчик относительного перемещения устройства относительно объекта контроля для коррекции изображения в процессе его формирования. Для регистрации рассеянного рентгеновского излучения используются сцинтилляторы GdOS.
Это устройство выполнено мобильным и позволяет дистанционно досматривать транспортные средства. Однако используемое регулирование скорости движения в процессе сканирования и динамическая коррекция изображения не обеспечивают высокой достоверности контроля. Оператор практически не имеет возможности скорректировать пропорции сформированного изображения при его просмотре. Не обеспечивается точная привязка сигнала детектора к положению рабочего пучка по вертикали, при этом возникающие на изображении искажения формы предметов затрудняют распознавание их на изображении. Выделение контроллером определенных характеристик содержимого досматриваемого объекта менее информативно, чем это имело бы место непосредственно при анализе оператором рентгеновского изображения. Необходимость учета скорости движения усложняет процесс контроля. Затруднено также обеспечение скрытности контроля. Это в целом не позволяет обеспечить высокую эксплуатационную эффективность мобильного рентгеновского устройства дистанционного контроля.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании мобильного рентгеновского устройства дистанционного контроля, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности мобильного рентгеновского устройства, в том числе за счет повышения объективности контроля при одновременном упрощении процесса контроля.
2
Это достигается тем, что в мобильное рентгеновское устройство дистанционного контроля, содержащее размещенные на шасси автотранспортного средства в его кузове связанные между собой источник рентгеновского излучения, пространственный модулятор, выполненный на основе снабженного электроприводом вращающегося коллиматора с обеспечением возможности формирования рентгеновского излучения в виде циклически сканирующего рабочего пучка, детекторный блок, выполненный с обеспечением возможности регистрации обратно рассеянного рентгеновского излучения, и соединенный с ним снабженный дисплеем блок обработки данных, введены датчик положения вращающегося коллиматора, связанный с ним генератор синхроимпульсов, соединенный с соответствующим входом блока обработки данных, и неподвижный щелевой коллиматор, установленный с обеспечением возможности ограничения движения рабочего пучка рентгеновского излучения в вертикальной плоскости от -60° до -35° в его нижнем положении и от +30° до +60° в его верхнем положении относительно горизонтали. Датчик положения вращающегося коллиматора может быть выполнен в виде обращенных один к другому инфракрасного светодиода и инфракрасного фотодиода, установленные по разные стороны от плоскости вращения вращающегося коллиматора. Вращающийся коллиматор может быть выполнен в виде диска, снабженного четырьмя полыми спицами. Источник рентгеновского излучения может включать связанные между собой силовой блок, высоковольтный генератор, рентгеновскую трубку с блоком охлаждения и блок управления, соединенный с вращающимся коллиматором. Детекторный блок может включать по меньшей мере один узел детектирования, содержащий сцинтиллятор и по меньшей мере один фотоэлектронный умножитель, при этом суммарная площадь чувствительности поверхности сцинтилляторов выбрана от 0,05 до 2 м. Сцинтиллятор может быть выполнен пластиковым. Мобильное рентгеновское устройство может быть снабжено защитными свинцовыми экранами, установленными на источнике рентгеновского излучения и бортах кузова.
Заявляемый технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков в рамках реализации назначения, при этом все блоки и узлы, характеризуемые существенными признаками, находятся в конструктивном единстве и функционально взаимосвязаны. Все блоки и узлы объединены в единую конструкцию, размещенную в замкнутом пространстве - корпусе (кузове) автотранспортного средства и при изготовлении устройства соединяются между собой сборочными операциями.
На фиг. 1 показана конструкция в разрезе мобильного рентгеновского устройства на базе шасси автотранспортного средства. На фиг. 2 показана его структурная электронная блок-схема.
Мобильное рентгеновское устройство дистанционного контроля содержит размещенные на шасси 1 автотранспортного средства в его кузове 2 связанные между собой источник 3 рентгеновского излучения, пространственный модулятор 4 (блок развертки), детекторный блок 5 и соединенный с ним снабженный дисплеем 6 блок 7 обработки данных. Источник 3 рентгеновского излучения и детекторный блок 5 размещены преимущественно вдоль правой части кузова 2. Пространственный модулятор 4 выполнен на основе снабженного электроприводом 8 вращающегося коллиматора 9 с обеспечением возможности формирования рентгеновского излучения в виде циклически сканирующего рабочего пучка. Детекторный блок 5 выполнен с обеспечением возможности регистрации обратно рассеянного рентгеновского излучения. Устройство содержит также датчик 10 положения вращающегося коллиматора 9, связанный с ним генератор И синхроимпульсов, соединенный с соответствующим входом блока 7 обработки данных, и неподвижный щелевой коллиматор 12. Неподвижный щелевой коллиматор 12 установлен с обеспечением возможности ограничения движения рабочего пучка рентгеновского излучения в вертикальной плоскости от -60° до -35° в его нижней положении и от +30° до +60° в его верхнем положении относительно горизонтали в зависимости от высоты шасси 1 автотранспортного средства, а также практически возможных размеров досматриваемого объекта и расстояния до него. Преимущественно величины этих углов составляют -55° и +35° соответственно. Датчик 10 положения вращающегося коллиматора 9 выполнен, например, в виде обращенных один к другому инфракрасного светодиода и инфракрасного фотодиода, установленные по разные стороны от плоскости вращения вращающегося коллиматора 9. Вращающийся коллиматор 9 выполнен, например, в виде диска 13, снабженного четырьмя полыми спицами 14. Его электропривод 8 выполнен, например, в виде асинхронного электродвигателя Источник 3 рентгеновского излучения, например, включает связанные между собой силовой блок, высоковольтный генератор, рентгеновскую трубку с блоком охлаждения (на чертежах не показаны) и блок управления 15, соединенный с вращающимся коллиматором 9. Детекторный блок 5, например, включает по меньшей мере один узел детектирования, содержащий сцинтиллятор, и по меньшей мере один фотоэлектронный умножитель (на чертежах не показаны), при этом суммарная площадь чувствительной поверхности сцинтилляторов выбрана от 0,05 до 2 м. Количество узлов детектирования составляет преимущественно шесть. Общее количество фотоэлектронных умножителей может составлять от одного до тридцати. Сцинтиллятор выполнен преимущественно пластиковым, он может содержать добавки тяжелых металлов, например, свинца и олова. Мобильное устройство может быть снабжено защитными свинцовыми экранами (на чертежах не показаны), установленными на источнике 3 рентгеновского излучения и бортах кузова 2.
Соединение блоков и узлов при изготовлении осуществляется соответствующими сборочными операциями с образованием единого устройства.
Функционирование устройства основано на регистрации обратно рассеянного рентгеновского излучения, при этом тонкий (игольчатый) рабочий пучок рентгеновского излучения сканирует поверхность объекта контроля, а интенсивность рассеянного излучения регистрируется детекторным блоком 5. Изображение формируется путем горизонтальной развертки с фиксированной шириной столбцов, соответствующей скорости сканирования. При вращении с постоянной скоростью коллиматора 9 сканирующий пучок рентгеновского излучения, формируемый одной из его полых спиц 14, равномерно разворачивается в вертикальной плоскости от своего начального положения, например, на угол -55°, до конечного, например, на угол +35° относительно горизонтали. Значения углов могут составлять от -60° до -35° и от +30° до +60° соответственно, при этом указанные предельные значения обусловлены реально возможными величинами высоты шасси 1, размерами досматриваемого объекта и расстоянием от него до мобильного рентгеновского устройства, с обеспечением высокой скорости контроля. Так, например, в мобильном рентгеновском устройстве на базе шасси 1 Ford Transit 460 нижнее положение сканирующего пучка -55° соответствует оптимальным условиям досмотра автомобилей на расстоянии 0,5 м с захватом обзора их порогов на высоте 20-30 см от уровня земли. Например, верхнее положение +35° соответствует амплитуде движения сканирующего пучка 90°, высота зоны контроля при этом на расстоянии 0,5 м составляет 2,3 м. Ширина столбцов соответствует скорости сканирования, оптимальной для данных условий эксплуатации устройства. Для компенсации отклонения реальной скорости, при которой было выполнено сканирование, от этой оптимальной скорости, оператор, с использованием соответствующей программной обработки изображения может вручную скорректировать пропорции (растянуть или сжать по горизонтали) уже сформированное изображение при его просмотре. Поскольку колебания скорости в процессе одного сканирования невелики и практически не оказывают влияния на восприятие информации, не требуется регулирования скорости движения в процессе сканирования и динамическая коррекция изображения. Рентгеновское изображение дает оператору объективную информацию о форме, размерах и материале подозрительных предметов в досматриваемом объекте. При этом у оператора имеется возможность правильно интерпретировать информацию о форме и размерах предметов с учетом ракурса, под которым они видны. Режим синхронизации обеспечивает точную привязку сигнала детекторного блока 5 к положению рабочего пучка по вертикали. Поэтому при построении столбцов изображения уровень яркости, соответствующий детектированному сигналу, присваивается именно тому пикселю, который соответствует данному положению рабочего пучка. При этом соседние столбцы «сшиваются» и на изображении отсутствуют искажения формы предметов, что повышает возможности обнаружения и распознавания предметов на изображении. Таким образом, обеспечивается высокая объективность контроля и его простота при эксплуатации устройства. Выполнение сцинтилляторов в детекторном блоке 5 пластиковыми позволяет дополнительно повысить эффективность контроля за счет повышения эффективности регистрации обратно рассеянного рентгеновского излучения, что также дает возможность использования детекторного блока 5 с меньшей площадью чувствительности поверхности для получения того же качества изображения, что в свою очередь упрощает конструкцию детекторного блока 5 и его настройку.
Пример реализации. Мобильное рентгеновское устройство реализовано в виде образца «МРК-1» в автомобильном фургоне на базе шасси 1 Ford Transit 460. В качестве источника 3 рентгеновского излучения использован рентгеновский аппарат MG226 с напряжением 225 кВ и анодным током 15 мА, питаемый дизель-генератором 15 кВА. Фургон обшит внутри свинцовыми экранами толщиной 1 мм. Детекторный блок 5 содержит шесть пластиковых сцинтилляторов и двенадцать фотоэлектронных умножителей. Вращающийся коллиматор 9 выполнен в виде четырех трубок с восемью вольфрамовыми кольцами. Один оборот вращающегося коллиматора 9 формирует последовательно четыре игольчатых луча рентгеновского излучения. Размер зоны контроля составляет от 0 до 3,1 м от уровня земли.
Геометрическое разрешение составляет не хуже 5 мм при скорости движения 2,5 км/час и 20 мм при скорости движения 10 км/ч. Согласно экспертному заключению НИИ радиационной гигиены им. П.В. Рамзаева (г. Санкт-Петербург) при использовании мобильного устройства, когда сканирование осуществляется за счет его движения, не требуется выделения зон безопасности и ограничений на время работы. Радиационная нагрузка на объект контроля за одно сканирование не превышает 0,3 мкЗв, что позволяет сканировать транспортные средства с пассажирами, а также проводить дистанционный досмотр людей. Устройство МРК-1 апробировано в условиях реальной работы в морском порту г. Сочи на пункте пропуска Круизной гавани во время проведения XXII зимних олимпийских игр 2014 г. Устройство позволило эффективно обнаруживать предметы, находящиеся в скрытых полостях и внутри автотранспортных средств любых типов.
Мобильное рентгеновское устройство дистанционного контроля, выполненное в соответствии с полезной моделью, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с аналогичными известными. Оно удобно и просто в эксплуатации, позволяет объективно и оперативно выявлять и оценивать характер подозрительных предметов в досматриваемых транспортных средствах и других объектах, при этом обеспечивая высокую степень радиационной безопасности.