Сканирующая рентгенографическая досмотровая установка

Полезная модель относится к области транспортной безопасности и может использоваться для досмотра людей с целью обнаружения спрятанных на теле, или в теле, или в одежде опасных предметов или веществ, запрещенных к провозу воздушным транспортом. Заявляется сканирующая рентгенографическая досмотровая установка, включающая рентгенозащитную кабину, в которой на общей платформе установлены последовательно расположенные в плоскости сканирования источник рентгеновского излучения, щелевой коллиматор и рентгеновский приемник, соединенный с устройством обработки данных и построения изображения. Новым является то, что платформа выполнена в виде вертикально установленной сканирующей рамы в форме многоугольника с двумя параллельными вертикально ориентированными сторонами, образующими вертикальные стойки платформы, на которых соответственно закреплены источник и приемник рентгеновского излучения, при этом рама установлена с возможностью секторного вращения вокруг вертикальной оси, совпадающей с вертикальной стойкой рамы, на которой установлен источник рентгеновского излучения, выполненный в виде одного или нескольких распределенных вдоль стойки рентгеновских излучателей, сопряженных с одним или несколькими рентгеновскими линейными приемниками, установленными на противоположной вертикальной стойке рамы. Полезная модель включает 4 зависимых пункта формулы, 12 рисунков.

Полезная модель относится к области транспортной безопасности и может использоваться для досмотра людей с целью обнаружения спрятанных на теле, или в теле, или в одежде опасных предметов или веществ, запрещенных к провозу воздушным транспортом.

Известно, что транспортные средства, например, самолеты, являются наиболее уязвимыми как для террористических атак, так и для возникновения техногенных ситуаций, связанных с самовоспламенением имеющихся в багаже горючих жидкостей или газов. Для обеспечения безопасности полетов во всех аэропортах проводится инструментальный досмотр пассажира и его багажа. На проведение указанной процедуры необходимо время (до 2-3 часов), а также наличие специальных технических досмотровых средств и значительное количество хорошо обученного и технически грамотного обслуживающего персонала. Таким образом, проведение сложного многоэтапного досмотрового контроля пассажиров существенно удорожает стоимость самой перевозки пассажира, увеличивает время его нахождения в аэропорту и требует от него дополнительных усилий на снятие верхней одежды и обуви, прохождения через контрольные проходы и т.п.

Также известно, что наиболее информативными системами обнаружения, позволяющими обнаруживать скрытые объекты на теле человека или внутри его, являются рентгенографические установки, просвечивающие объект рентгеновским излучением, причем не обычным расходящимся пучком, а тонким веерным сканирующим лучом, обеспечивающим максимальное разрешение при минимальной облучающей дозе на объекте. Следовательно, для производительного контроля в аэропортах необходима такая досмотровая система, которая могла бы проводить быстрый досмотровый контроль пассажира, обеспечивая при минимальной дозе облучения объекта, высокую вероятность обнаружения запрещенных для провоза объектов, размещенных на теле/в теле пассажира или в его одежде.

Известна рентгенографическая установка сканирующего типа для контроля тела человека, предназначенная для досмотрового контроля пассажиров (см. патент РФ 2261465, МКИ G03B 42/02, 2005 г.), содержащая платформу с ограждением для размещения и перемещения тела в вертикальном положении через П-образную рамку, источник рентгеновского излучения малой мощности с плоским вертикальным коллиматором, который размещен в ближайшей к источнику стойке П-образной рамки, и вертикальным приемником рентгеновского излучения, расположенным в другой стойке П-образной рамки, соединенным с устройством обработки и получения изображения. Для проведения контроля, пассажира ставят на платформу с вертикальным ограждением, за которое он придерживается, чтобы не упасть, и перемещают через П-образную рамку. За счет перемещения платформы, тело пассажира сканируется плоским веерным вертикальным пучком рентгеновского излучения, а полученное изображение выводится на экран монитора.

Основным недостатком известной установки является задача получения качественного изображения. Это связано со спецификой сканирования объекта - вертикально стоящего на подвижной платформе человека. Для получения качественного изображения, платформа должна двигаться равномерно, а размещенный на ней объект контроля должен находиться неподвижно. Поскольку на платформе находится не жестко зафиксированный предмет, а живой человек, он может при движении раскачиваться. Для исключения раскачивания предусмотрено вертикальное ограждение. Сильный и здоровый человек, взявшись за ограждение, за счет своих мышечных усилий действительно может практически исключить раскачивание. Однако контроль проходят различные категории людей, в том числе инвалиды, дети, люди пользующиеся тростью и т.п. Вероятность пропуска мелких и не очень контрастных для рентгеновского излучения предметов, например, проглоченных капсул с наркотиками, становится особенно велика.

Кроме того, известно, что в процессе облучения объекта рентгеновским излучением, часть излучения, так называемое вторичное излучение, переотражается от объекта в окружающее его пространство. Вторичное излучения на порядок слабее основного излучения рентгеновской трубки, но при длительном времени воздействия, радиационная доза, например, для оператора и обслуживающего персонала может накапливаться. Следовательно, операторы и другие технические специалисты должны быть надежно защищены специальными рентгенозащитными ограждениями. Это не только значительно усложняет эксплуатацию известной установки и повышает размеры требуемой площади для ее размещения. В ряде случаев, особенно в зданиях старых аэровокзалов, это может потребовать полной перестройки всего досмотрового комплекса аэропорта.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является, взятая в качестве прототипа, рентгенографическая установка сканирующего типа, включающая рентгенозащитную кабину, в которой на общей платформе, выполненной с возможностью вертикального перемещения, установлены последовательно расположенные в плоскости сканирования источник рентгеновского излучения, щелевой коллиматор и линейный рентгеновский приемник, соединенный с устройством обработки данных и построения изображения (см. патент РФ 2257639, МКИ H01J 47/02, 2005 г.).

В отличие от вышеприведенного аналога, установка позволяет получать качественные изображения за счет примененной системы сканирования при одновременном сохранении малой дозы облучения объекта.

Основным недостатком известной установки является низкая скорость сканирования объекта. Если в предыдущем аналоге, зона сканирования составляла всего 0.7 м (максимальная ширина человеческого тела), то в данном случае она составляет более 2 м (максимальная высота человеческого тела). Поскольку вертикально перемещаемая сканирующая платформа с трубкой и приемным устройством имеет значительную массу (не менее 100 кг), то обеспечение равномерного перемещения такой платформы, в силу ее инерции, особенно на начальном участке сканирования, становится сложной технической задачей. При этом на саму рентгеновскую трубку начинают воздействовать существенные механические усилия, которые, могут, при возникающих ускорениях, привести к выходу трубки из строя. Единственным разумным выходом из сложившейся ситуации, является снижение скорости сканирования с одновременным увеличением досмотрового времени, затрачиваемого на одного пассажира. В результате этого, может возникнуть ситуация, которая потребуем увеличения количества используемых досмотровых кабин и обслуживающего их технического персонала.

Еще одним недостатком известной установки является высокая вероятность пропуска запрещенных к провозу малоконтрастных предметов, находящихся в зоне неустойчивого сканирования (начальный участок зоны сканирования), связанных с вибрациями, которые испытывает перемещаемая массивная платформа в момент возникновения ускорений.

Кроме того, в ряде случает изображение объекта, особенно на начальном участке сканирования, может не обеспечивать надежное обнаружение малоконтрастных предметов.

Задачей заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно, повышение скорости сканирования при одновременном повышении равномерности сканирования, а также улучшение качества получаемого изображения, достаточного для надежного обнаружения малоконтрастных запрещенных к перевозке предметов вне зависимости от места их нахождения на теле человека.

Указанная задача в сканирующей рентгенографической досмотровой установке, включающей рентгенозащитную кабину, в которой на общей платформе установлены последовательно расположенные в плоскости сканирования источник рентгеновского излучения, щелевой коллиматор и рентгеновский приемник, соединенный с устройством обработки данных и построения изображения, решена тем, что платформа выполнена в виде вертикально установленной сканирующей рамы в форме многоугольника с двумя параллельными вертикально ориентированными сторонами, образующими вертикальные стойки платформы, на которых соответственно закреплены источник и приемник рентгеновского излучения, при этом рама установлена с возможностью секторного вращения вокруг вертикальной оси, совпадающей с вертикальной стойкой рамы, на которой установлен источник рентгеновского излучения, выполненный в виде одного или нескольких распределенных вдоль стойки излучателей, сопряженных с одним или несколькими линейными приемниками, установленными на противоположной вертикальной стойке рамы.

Благодаря наличию вертикально установленной рамы, установка может совершать секторное вращение, тем самым сканируя вертикально стоящего в рентгенозащитной кабине человека. Поскольку сканирование осуществляется по ширине тела человека, зона сканирования практически в три раза меньше чем в прототипе, при этом сам человек, проходящий досмотр, как и в прототипе находится в кабине в состоянии покоя, не испытывая при этом каких-либо физических нагрузок.

Кроме того, поскольку основная масса сканирующей рамы заявляемого устройства приходится на стойку, на которой закреплены излучатели, а сама стойка опирается на опорный подшипник, рентгеновские трубки источников излучения практически не испытывают механических нагрузок, т.к. во время сканирования совершают всего незначительный угловой поворот в пределах 15-25 угловых градусов, что позволяет дополнительно повысить скорость сканирования.

Для повышения информативности изображения, несколько распределенных вдоль вертикальной стойки излучателей оптически сопряжены с одним линейным приемником. Указанное выполнение установки позволяет в случае необходимости оперативно изменить ракурс просмотра объекта, который может быть вторично просканирован при реверсивном возврате рамы в исходное положение, а значит, оператор может получить более достоверную информацию об объекте.

Наличие на вертикальной стойке рамы не менее двух установленных неподвижно установленных рентгеновских излучателей, а на противоположной стойке рамы не менее двух оптически сопряженных с ними параллельно установленных линейных приемников позволяет за одно сканирование объекта получить одновременно два изображения, сделанных под разными ракурсами.

С целью достижения максимальной информативности изображения при минимальном количестве используемых рентгеновских излучающих и принимающих устройств, вертикальная стойка рамы оборудована механизмом вертикального перемещения рентгеновского излучателя по криволинейной или прямолинейной направляющей. При наличии всего одного рентгеновского излучателя и одного рентгеновского линейного приемника появляется возможность получать изображения объекта с различных ракурсов.

Для упрощения механизма сканирования, привод сканирующей рамы выполнен в виде линейного реверсивного электродвигателя, соединенного поводком с рамой.

На фиг. 1 представлен рисунок вида сбоку заявляемой установки, поясняющий принцип получения многоракурсного изображения объекта с использованием нескольких излучателей и одного линейного приемника, установленных на сканирующей прямоугольной раме.

На фиг. 2 представлен рисунок вида сверху заявляемой установки, представленной на фиг. 1, поясняющий принцип сканирования объекта.

На фиг. 3 представлен рисунок вида сбоку заявляемой установки, поясняющий принцип получения двухракурсного изображения объекта с использованием двух излучателей и двух линейных приемников, установленных на сканирующей прямоугольной раме.

На фиг. 4 представлен рисунок вида сверху заявляемой установки, представленной на фиг. 3, поясняющий принцип одновременного получения двухракурсного изображения.

На фиг. 5 представлен рисунок вида сбоку заявляемой установки, поясняющий принцип получения многоракурсного изображения объекта с использованием одного излучателя, установленного с возможностью перемещения по криволинейной направляющей на подвижной каретке. Установка содержит один излучатель и один линейный приемник, которые закреплены на трапецеидальной сканирующей раме.

На фиг. 6 представлен рисунок поперечного разреза подвижной каретки, осуществляющей перемещение излучателя по криволинейной направляющей.

На фиг. 7 представлен рисунок вида сверху направляющей, по которой перемещается подвижная каретка.

На фиг. 8 представлен рисунок поперечного сечения направляющей с ведомыми опорными катками и ведущим зубчатым колесом.

На фиг. 9 представлен рисунок вида сбоку заявляемой установки, поясняющий принцип получения многоракурсного изображения объекта с использованием одного излучателя, установленного с возможностью перемещения по прямолинейной направляющей на подвижной каретке. Установка содержит один излучатель и один линейный приемник, которые закреплены на трапецеидальной сканирующей раме.

На фиг. 10 представлен рисунок поперечного разреза подвижной каретки, осуществляющей перемещение излучателя по прямолинейной направляющей (конструкция прямолинейной направляющей аналогична конструкции криволинейной направляющей, представленной на фиг. 7 и 8).

На фиг. 11 представлен рисунок поворотной платформы, осуществляющей поворот излучателя в вертикальной плоскости.

На фиг. 12 представлен рисунок поворотной платформы, поясняющий принцип выполнения поворота излучателя против часовой стрелки.

Представленная на фиг. 1 и 2 заявляемая установка, включает: рентгенозащитную кабину 1 с объектом досмотра 2, стоящим на досмотровой площадке 3; сканирующую раму (подвижную платформу) 4, с установленными на ней рентгеновскими излучателями 5а, 5б, 5n с коллиматорами 6а, 6б, 6n, вертикальными веерными пучками 7а, 7б, 7n и линейным рентгеновским приемником 8; линейный электродвигатель 9, поводок 10 которого осуществляет реверсивный поворот рамы 4 в пределах зоны сканирования.

Представленная на фиг. 3 и 4 установка, включает два непересекающихся веерных луча 11а и 11б, каждый из которых принимается своим линейным приемником - 12а и 12б.

Представленная на фиг. 5 установка, включает криволинейную направляющую 13, по которой в вертикальном направлении на подвижной каретке 14 перемещается излучатель 15.

Представленный на фиг. 6 рисунок поясняет принцип перемещения подвижной каретки 14 по направляющей 13. Каретка включает восемь ведомых катков, которые четко позиционируют положение каретки на направляющей 13: четыре подпружиненных катка 16 с одной стороны направляющей 13 и четыре жестко закрепленных катка 17 с другой стороны направляющей 13. Перемещение каретки 14 выполняет ведущая зубчатая шестерня 18, приводимая в действие своим мотор-редуктором (на рисунке он условно не показан).

Представленная на фиг. 7 и 8 направляющая 13 включает: четыре продольных паза 19, по которым перемещаются ведомые катки 16 и 17; один продольный паз 20, с установленным в нем зубчатой рейкой 21, с которой взаимодействует зубчатое колесо 18.

Представленная на фиг. 9 установка, включает: прямолинейную направляющую 22, по которой в вертикальном направлении на подвижной каретке 23 и поворотной платформе 24 перемещается излучатель 15.

Представленный на фиг. 10 рисунок поясняет принцип перемещения подвижной каретки 23 с поворотной платформой 24 по направляющей 22.

Представленные на фиг. 11 и 12 рисунки поясняют принцип поворота излучателя 15, установленного на поворотной платформе 24. Поворотная платформа включает: неподвижное нижнее основание 25, подвижное верхнее основание 26, центральный эксцентриковый вал 27 и четыре подпружиненных опоры 28, прижимающих верхнее основание 26 к неподвижному нижнему основанию 25.

Рассмотрим работу устройства, представленного на фиг. 1 и 2. Перед началом досмотра пассажир заходит в кабину 1 и становится на досмотровую площадку 3 на специально отмеченное место. После этого кабина закрывается рентгенозащитной дверью (на рисунках она условно не показана) и оператор выбирает исходя из роста человека, его комплекции и т.п. необходимый ракурс съемки, который будем максимально информативным. Например, он выбрал рентгеновский излучатель 5а, который при помощи коллиматора 6а формирует веерный пучок 7а. Известно, что для съемки человека более грузной комплекции необходима большая энергия излучения. Различные излучатели могут быть настроены не только на определенные ракурсы, но и на различные энергии рентгеновского излучения.

Перед началом досмотра сканирующая рама 4 находится, например, в нижнем положении (см. фиг. 2). Одновременно с включение источника 5а, включается линейный электродвигатель 10 и сканирующая рама 4 начинает перемещаться против часовой стрелки в крайнее верхнее положение, где сканирование объекта 2 заканчивается, а источник 5а - выключается. Если рентгеновское изображение объекта не устраивает оператора по каким либо причинам, он может повторить сканирование, выбрав при этом другой источник излучения, например, 5б. Указанное повторное сканирование объекта может быть произведено в режиме реверса электродвигателя 9. Таким образом за прямой и обратный ход сканирующей рамы 4 может быть произведено два снимка с различных ракурсов. В процессе проводимого сканирования, линейный приемник 8 за один проход сканирующей рамы 4 (туда и обратно) формирует множество вертикальных строк изображения, из которых устройство обработки данных и построения изображения (на рисунке оно не показано) формирует непосредственно одно или два рентгеновских изображения объекта.

Аналогичным образом работает установка, представленная на фиг. 3 и 4. Отличием является то, что одновременно работают излучатели 5а и 5б, а устройство обработки данных и построения изображения одновременно формирует два независящих друг от друга изображения объекта 2, получая одновременно информацию с приемников 12а и 12б.

Похожим образом работает установка, представленная на фиг. 5. Ее отличием является то, что для смены ракурса съемки используется один излучатель 15, который при необходимости смены ракурса может перемещается по криволинейной направляющей 13. Перед началом съемки объекта, устанавливают необходимый ракурс съемки, для чего излучатель 15 перемещают с помощью подвижной каретки 14 в заданное положение. Перемещение каретки (см. фиг. 6) осуществляется за счет ведущей зубчатой шестерни 18, которая входит в зацепление с зубчатой рейкой 21. Шестерня 18 приводится в движение мотор-редуктором (на рисунке он условно не показан). Наличие восьми ведомых катков (четырех катков 16 и четырех катков 17) позволяет надежно фиксировать положение каретки строго в вертикальной плоскости. За счет использования одного перемещаемого источника, можно значительно облегчить вес и габариты установки, что вполне пригодно для создания мобильной передвижной досмотровой кабины.

Аналогично описанной выше, работает установка, представленная на фиг. 9. Ее отличием является то, что для смены ракурса съемки используется также один излучатель 15, который может перемещается по прямолинейной направляющей 22. Для перемещения излучателя используется подвижная каретка 23, схематичная конструкция которой представлена на фиг. 10. Принцип действия каретки 23 аналогичен принципу действия каретки 14, перемещаемой по криволинейной направляющей 13. Особенность данной установки является наличие поворотной платформы 24. Принцип действия поворотной платформы поясняется рисунками на фиг. 11 и 12. В исходном положении нижнее основание 25 и подвижное верхнее основание 26, на котором закреплен излучатель 15, находятся параллельно друг другу. Указанное положение обеспечивается четырьмя подпружиненными опорами 28, стягивающими их между собой. При необходимости поворота излучателя 15, например, против часовой стрелки (см. фиг. 12), против часовой стрелки поворачивается эксцентриковый вал 27, приводимый в движение мотор-редуктором (на рисунке он условно не показан), чем и изменяет положение подвижного верхнего основания 26 относительно неподвижного нижнего основания 25. При этом изменяет свое положение в вертикальной плоскости излучатель 15 и его веерный луч, облучающий объект.

Был создан макет устройства, который полностью подтвердил преимущества заявляемого устройства перед прототипом.

Опытный экземпляр установки позволяет с разрешением 0,25 пар линий на мм проводить досмотр объекта, при этом установка имеет следующие характеристики:

- размеры сканирующей прямоугольной рамы - 2000×2000 мм;

- размер зоны сканирования - 2000×900 мм;

- обнаружительная способность - медная проволока 0,12 мм;

- проникающая способность - 22 мм стали;

- максимальное время сканирования - 5 с;

- пропускная способность - 3 чел/мин;

- доза за одно обследование - 0,25 микрозиверт, что эквивалентно дозе, получаемой пассажиром за 5 мин полета на высоте 10000 м.

Таким образом, заявляемое устройство позволяют создать новый класс сканирующих малодозовых рентгеновских установок для досмотрового контроля пассажиров.

1. Сканирующая рентгенографическая досмотровая установка, включающая рентгенозащитную кабину, в которой на общей платформе установлены последовательно расположенные в плоскости сканирования источник рентгеновского излучения, щелевой коллиматор и рентгеновский приемник, соединенный с устройством обработки данных и построения изображения, отличающаяся тем, что платформа выполнена в виде вертикально установленной сканирующей рамы в форме многоугольника с двумя параллельными вертикально ориентированными сторонами, образующими вертикальные стойки платформы, на которых соответственно закреплены источник и приемник рентгеновского излучения, при этом рама установлена с возможностью секторного вращения вокруг вертикальной оси, совпадающей с вертикальной стойкой рамы, на которой установлен источник рентгеновского излучения, выполненный в виде одного или нескольких распределенных вдоль стойки рентгеновских излучателей, сопряженных с одним или несколькими рентгеновскими линейными приемниками, установленными на противоположной вертикальной стойке рамы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что несколько распределенных вдоль вертикальной стойки излучателей оптически сопряжены с одним рентгеновским линейным приемником.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на вертикальной стойке рамы установлено не менее двух рентгеновских излучателей, а на противоположной стойке рамы не менее двух оптически сопряженных с ними параллельно установленных рентгеновских линейных приемников.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вертикальная стойка рамы оборудована механизмом вертикального перемещения рентгеновского излучателя по криволинейной или прямолинейной направляющей.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод сканирующей рамы выполнен в виде линейного реверсивного электродвигателя, соединенного поводком с рамой.

РИСУНКИ