Стационарный инспекционно-досмотровый комплекс

Полезная модель относится к области технических средств бесконтактного рентгеновского контроля объектов и может использоваться для обнаружения в них незаконных скрытых вложений на таможенных и полицейских пунктах пропуска. Целью полезной модели является сокращение времени досмотра объектов контроля, расширение спектра объектов контроля (от малогабаритных до крупногабаритных) и возможность оперативного изменения оператором алгоритма досмотра до его полного окончания. В комплексе применяется один источник рентгеновского излучения (ИРИ), который может перемещаться по жесткой направляющей дуге длиной, равной четверти окружности, с фиксированным шагом 30° в диапазоне 0°-90°. В каждом выбранном на направляющей фиксированном положении ИРИ (0°, 30°, 60° или 90°) осуществляется сканирование рентгеновским излучением движущегося с постоянной скоростью объекта контроля. При каждом сканировании осуществляется регистрация пройденного через объект контроля излучения, преобразование его в аналоговые электрические сигналы, а затем преобразование этих сигналов в цифровые коды, адекватные плоским изображениям объекта контроля, с последующим их запоминанием, компьютерной обработкой и представлением на экране монитора плоских или объемных (в зависимости от ситуации) изображений объектов контроля. Регистрация пройденного через объект контроля рентгеновского излучения осуществляется детекторами, расположенными на линейке в форме части окружности.

Полезная модель относится к области интроскопических технических средств для неразрушающего рентгеновского контроля объектов и может использоваться для обнаружения в них незаконных скрытых вложений, например, наркотиков, оружия и др. в таможенных и полицейских пунктах пропуска: на границе, в вокзалах, в аэропортах и т.п.

Известен способ однопроекционного сканирования объектов веерообразным пучком рентгеновских лучей [1, с. 43-48]. Этот способ имеет высокую производительность контроля, обеспечивает простой способ записи рентгеновских изображений в цифровой форме, обеспечивает максимальную радиационную безопасность людей и контролируемых объектов, позволяет досматривать крупногабаритные грузы и транспортные средства, а также имеет высокие разрешающую способность и контрастную чувствительность. Устройства, реализующие этот способ [1, с. 142-147] и [2, 3], включают в себя конвейерную систему (основание), обеспечивающую равномерное перемещение объекта контроля (ОК) относительно одного источника рентгеновского излучения (ИРИ), специальную диафрагму (коллиматор) для формирования веерообразного пучка, детекторную линейку для регистрации прошедшего через объект рентгеновского луча, а также аппаратуру для преобразования рентгеновского излучения в цифровой код и представления изображения ОК на экран монитора.

При всех своих достоинствах устройства, выполненные по данному способу, имеют существенный недостаток - позволяют получать только одно, причем, двухмерное (плоское), рентгеновское изображение ОК. Такие изображения обладают низкой информативностью. Этот недостаток не позволяет оператору качественно проводить анализ полученного рентгеновского изображения ОК и выявлять незаконные скрытые вложения, что может привести к нарушению Законодательства.

Известен способ двухпроекционного сканирования [1, с. 48-50]. В установку, выполненную по данному способу, вводится второй ИРИ с соответствующей детекторной линейкой, а управляющая аппаратура позволяет отображать и обрабатывать два рентгеновских изображения одного объекта. Причем, источники излучения для наибольшего эффекта должны располагаться друг относительно друга под углом не менее 60°. Такая компоновка ИРИ существенно повышает вероятность распознавания оператором предметов, находящихся в ОК.

Недостатками таких устройств является: возможность получения опять же плоских рентгеновских изображений; по двум изображениям, хотя и полученным под разными углами, не всегда можно различить некоторые детали объекта контроля, т.е. они имеют также недостаточно высокую информативность; по двум изображениям трудно получить качественное объемное изображения ОК; из-за наличия двух источников излучения устройство в целом заметно усложняется и становится намного дороже.

Известен досмотровый рентгеновский комплекс [4]. В комплексе вместо двух используется один ИРИ, перемещающийся по жесткой направляющей в форме четверти окружности с произвольно выбранным шагом от 0° до 90°. В центре комплекса находится конвейерная система с расположенным на ней ОК, который перемещается на ней равномерно, линейно и реверсивно относительно ИРИ. Аппаратура управления комплексом позволяет получать в цифровых кодах плоские изображения объекта контроля, сделанные под разными ракурсами (углами) расположения источника излучения относительно ОК через выбранный случайным образом оператором шаг. В досмотровом комплексе напротив направляющей дуги расположена детекторная линейка также в форме части окружности. Длина детекторной линейки и ее расположение в досмотровом тоннеле таковы, что она фиксирует весь рентгеновский пучок в любом положении ИРИ на направляющей дуге.

В данном комплексе с помощью всего одного ИРИ можно получать большое количество многоракурсных рентгеновских изображений ОК, что существенно упрощает и удешевляет досмотровый комплекс, а также существенно повышает информативность получаемых изображений. Однако недостатком комплекса является то, что выбор местонахождения ИРИ на направляющей является случайным и зависит, в основном, от квалификации оператора.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемой полезной модели является способ и установка (варианты) для досмотра объектов, содержащих жидкости [5]. В прототипе ОК устанавливается на вращающемся и перемещающемся вверх-вниз основании, расположенном между неподвижным источником излучения и устройством измерения и сбора данных (детекторной линейкой). Управляющее устройство (УУ) связано: с источником излучения (для его включения-выключения), с приводом основания (для перемещения соответствующим образом ОК), с детекторной линейкой (для считывания информации и подачи ее в устройство компьютерной обработки данных (УКОД)). Полученная на мониторе информация анализируется оператором, который воздействует на управляющее устройство.

В прототипе вращение и перемещение по вертикали объекта контроля осуществляется не случайным образом, а с фиксированным шагом, что позволяет более целенаправленно и детально проводить досмотр контролируемых объектов. Кроме того, прототип позволяет получать объемные изображения контролируемых объектов, т.е. имеет высокую информативность изображений. Однако прототип обладает некоторыми недостатками.

1. Прототип, относящийся к установкам компьютерной томографии, предполагает получение большого количества изображений (срезов) ОК через фиксированный и очень небольшой шаг смещения объекта. Очевидно, что от количества шагов зависит общее время полного досмотра объекта: чем больше шагов, тем дольше процесс полного досмотра ОК. Анализ работы прототипа показал, что объект в нем при досмотре поворачивается на 360°. Кроме того, происходят соответствующие смещения объекта и по вертикали. В результате получается десятки (а может быть, и сотни) шагов. Такой длительный досмотр ОК не всегда удобен и приемлем. Например, на таможенной границе такой досмотр приведет к неизбежному существенному увеличению очередей, что, в свою очередь, вызовет целый ряд других, в том числе и государственных, проблем.

2. Для досмотра среднегабаритных и, тем более, крупногабаритных объектов с геометрическими размерами в несколько метров (порой и десятки метров, например, железнодорожные или авиационные контейнеры, автомобильные трейлеры, автопоезда и т.п.), к тому же имеющие соответствующий вес (до нескольких десятков тонн), изготовить такое основание проблематично и не рационально.

Целью полезной модели является сокращение времени досмотра объектов контроля, расширение спектра объектов контроля (от малогабаритных до крупногабаритных) и возможность оперативного изменения оператором алгоритма досмотра до его полного окончания.

Для достижения поставленной цели целесообразно:

а) существенно уменьшить количество шагов перемещения ИРИ относительно ОК (или наоборот - количество шагов перемещения ОК относительно ИРИ) и увеличить величину самого шага (без снижения качества досмотра);

б) использовать основание, позволяющее разместить и выдержать вес среднегабаритного или крупногабаритного объекта. Таким основанием могут быть различные конвейерные системы, платформы с соответствующим приводом для перемещения на них контейнеров или автопоездов и т.п. Причем, целесообразно использовать не вращающееся основание, а только линейно перемещающееся относительно ИРИ;

в) перемещать под разными углами в различных направлениях источник излучения относительно объекта контроля;

г) оператору соответствующим образом в зависимости от условий и задач досмотра ОК оперативно управлять выбором количества шагов перемещения ИРИ относительно объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в стационарный инспекционно-досмотровый комплекс, содержащий объект контроля, размещенный на линейно, равномерно и реверсивно перемещающемся относительно источника рентгеновского излучения основании, расположенном между находящимися в одной плоскости источником излучения с коллиматором и детекторной линейкой в форме части окружности, управляющее устройство, связанное с приводом основания и с первым входом устройства компьютерной обработки данных, второй вход которого связан с выходами детекторов линейки, причем, выходная информация УКОД с монитора поступает оператору, дополнительно введены жесткая направляющая в форме дуги длиной в четверть окружности для перемещения по ней ИРИ с коллиматором по и против часовой стрелки с фиксированным шагом в 30° с помощью электропривода, причем, длина детекторной линейки позволяет регистрировать рентгеновское излучение в любом из четырех фиксированных положений источника (0°, 30°, 60° или 90°) на направляющей, а оператор через УУ может выбирать удобное для досмотра положение ИРИ на направляющей и управлять реверсом движения основания.

Предлагается следующее обоснование выбора оптимального количества фиксированных положений ИРИ на направляющей дуге. Известно, что для получения качественного объемного изображения ОК можно иметь всего 3-4 его плоских изображения. Кроме того, рекомендуемый угол между двумя источниками излучения равен примерно 60° [1, с. 49]. Тогда в предлагаемом комплексе для бокового положения ИРИ на направляющей это будут точки 0° и 60°, а для верхнего положения ИРИ это будут точки 90° и 30°. Из этого следует, что целесообразно выбрать следующие четыре фиксированных положения на направляющей дуге: 0°, 30°, 60° и 90°, т.е. шаг электропривода в этом случае должен быть также фиксированным и равным 30°.

Принцип действия стационарного инспекционно-досмотрового комплекса поясняется фиг. 1, на которой изображена его конструкция (вид с торца комплекса) и структурная схема. На фиг. 2 приведен внешний вид предлагаемого комплекса на примере досмотра крупногабаритного объекта.

Стационарный инспекционно-досмотровый комплекс состоит из детекторной линейки 1 в форме части окружности. Напротив детекторной линейки установлена жесткая направляющая 2 также в форме дуги длиной в четверть окружности, по которой с помощью реверсивного электрического привода 3 может перемещаться с фиксированным шагом в 30° ИРИ 4 с коллиматором (щелевой диафрагмой). В центре дуги располагается линейно, равномерно и реверсивно перемещающееся основание 5 с расположенным на нем объектом контроля 6. Длина направляющей 2 в четверть окружности позволяет ИРИ перемещаться от 0° до 90° и обратно с фиксацией в четырех положениях. Например, при движении по часовой стрелки: при угле 0° источник располагается строго сбоку от ОК (положение «1»), при угле 30° (один шаг) - положение «2», при угле 60° (два шага) - положение «3», при угле 90° (три шага) - положение «4». При движении против часовой стрелки: при начальном угле 90° источник излучения располагается строго сверху от ОК (положение «4»), при перемещении на один шаг - положение «3», при перемещении на два шага - положение «2», при перемещении на три шага - положение «1». Длина детекторной линейки и ее расположение в комплексе таковы, что она должна фиксировать веерный рентгеновский пучок в любом положении источника излучения 4 на дуге 2.

Оператор 7, управляющий работой комплекса, связан с управляющим устройством 8, которое, в свою очередь, подключено к шаговому электроприводу 3, приводу основания 5 и к первому входу устройства компьютерной обработки данных 9. Второй выход УКОД 9 связан с выходами детекторов линейки 1, а информацию с монитора УКОД о досмотре ОК анализирует оператор 7.

Детекторная линейка 1 состоит из множества элементарных детекторов рентгеновского излучения, которые служат для регистрации прошедшего через объект контроля рентгеновского излучения и преобразования его в аналоговый электрический сигнал (например, в напряжение).

Положения электропривода 3 на дуге и основания 5 регистрируются, например, с помощью концевых контактов (на рисунке на показаны), сигналы с которых поступают в УУ 8.

Источник излучения 4 включается только при непосредственном просвечивании ОК 6. Сигналы на включение и выключение ИРИ поступают, например, от системы световых барьеров (на рисунке не показаны). При движении основания 5 объект контроля последовательно пересекает лучи световых барьеров, обеспечивая таким образом «логику работы» досмотрового комплекса: включение и выключение ИРИ, начало и конец считывания информации с детекторной линейки, реверс движения основания 5 и т.д.

Комплекс работает следующим образом.

В исходном положении ИРИ 4 находится в положении «1», т.е. строго сбоку от ОК 6. По команде оператора с УУ поступает сигнал на электропривод основания 5 для начала равномерного движения объекта. При пересечении объектом контроля первого луча светового барьера включается ИРИ 4 и процесс сканирования начинается. Веерообразный пучок рентгеновских лучей попадает на ОК и пересекает его по линии. Прошедший объект пучок, несущий в себе информацию о поглощении рентгеновских лучей вдоль этой линии, попадает на детекторную линейку. Ширина веерообразного пучка, падающего на детекторную линейку, обычно составляет 23 мм. Преобразование рентгеновского изображения в аналоговый электрический сигнал на всех детекторах происходит одновременно. По команде с УУ аналоговые сигналы последовательно преобразуются в УКОД в цифровые коды. Полученные коды соответствуют интенсивностям рентгеновского излучения вдоль линии рентгеновского пучка после прохождения им через ОК, т.е. в УКОД в кодах формируется один столбец теневого изображения объекта. При дальнейшем перемещении объекта аналогично сканируются следующие его участки (линии) и в результате в УКОД формируется двумерная матрица, соответствующая изображению всего просвечиваемого объекта. Это изображение в кодах, полученное при угле 0°, хранится в памяти. Затем данное двухмерное изображение представляется на мониторе и оператор приступает к его анализу.

Можно предложить следующий алгоритм дальнейших действий оператора.

Если после анализа первого плоского изображения оператор не обнаружил в ОК, например, запрещенных скрытых вложений, то процесс анализа рентгеновского изображения и досмотра ОК на этом заканчивается.

Если у оператора возникли подозрения, то по его команде через УУ источник излучения шаговым двигателем перемещается по дуге на одно из фиксированных положений («2», «3» или «4»), например, сразу в «4», соответствующее 90°. После этого аналогично проводится второе сканирование ОК при движении основания 5 назад. Если после анализа второго плоского изображения оператор не обнаружил в ОК скрытых вложений, то процесс анализа и досмотра на этом заканчивается.

Если у оператора вновь возникли подозрения, то по его команде источник излучения шаговым двигателем перемещается по дуге в другое фиксированное положение, например, в положение «2», соответствующее 30°. После чего аналогично проводится третье сканирование ОК при движении основания опять вперед и на мониторе формируется третье плоское изображение ОК. Далее оператор вновь проводит анализ полученного изображения и т.д.

Просмотр рентгеновских изображений одного и того же ОК, полученных под четырьмя разными углами (ракурсами) безусловно позволит выявить все детали, необходимые оператору. Увеличивать количество углов просмотра ОК просто нет необходимости.

Как указывалось выше, по полученным плоским изображениям УКОД может сформировать качественное объемное изображение ОК. Следует отметить, что современная аппаратура обработки информации может работать по алгоритму, позволяющему получать объемное изображение не всего OK, а лишь какой-то его части, вызвавшей у оператора подозрение. Очевидно, что в результате таких операций с объектом контроля оператор с большой вероятностью проведет правильный анализ его рентгеновского изображения.

Как указывалось выше, общее время полного досмотра ОК зависит от количества шагов смещения ОК относительно ИРИ (или наоборот). В предлагаемом комплексе количество шагов может быть всего от одного до трех. Известно, что время одного сканирования даже крупногабаритного объекта занимает всего порядка 1 минуты. Это означает, что общее время досмотра любых ОК будет существенно меньше по сравнению с прототипом.

Размещение ИРИ на направляющей в виде части окружности и его перемещение по ней позволило использовать такие основания, которые позволяют устанавливать на них любые по габаритным размерам и весу объекты контроля.

Таким образом, предложенный стационарный инспекционно-досмотровый комплекс имеет:

- высокую информативность рентгеновских изображений;

- относительно простое техническое решение;

- достаточно малое время проведения досмотра любых ОК;

- широкие функциональные возможности, т.е. позволяет контролировать ОК, существенно отличающиеся друг от друга массогабаритными параметрами.

Источники информации

1. Кошелев В.Е. Рентгеновские методы и технические средства таможенного контроля: Учебное пособие. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2003.

2. Рентгенографическая установка сканирующего типа (варианты). Патент РФ на изобретение 2257639, 2005.

3. Комплекс рентгенографической инспекции. Патент РФ на изобретение 2256905, 2005.

4. Досмотровый рентгеновский комплекс. Патент РФ на изобретение 2497104, 2013.

5. Способ и установка (варианты) для досмотра объектов, содержащих жидкости. Патент РФ на изобретение 2445609, 2012 (прототип).

Стационарный инспекционно-досмотровый комплекс, содержащий объект контроля, размещённый на линейно, равномерно и реверсивно перемещающемся относительно источника рентгеновского излучения (ИРИ) основании, расположенном между находящимися в одной плоскости ИРИ с коллиматором и детекторной линейкой в форме части окружности, управляющее устройство (УУ), связанное с приводом основания и с первым входом устройства компьютерной обработки данных (УКОД), второй вход которого связан с выходами детекторов линейки, причём выходная информация УКОД с монитора поступает оператору, отличающийся тем, что в него дополнительно введены жёсткая направляющая в форме дуги длиной в четверть окружности для перемещения по ней ИРИ с коллиматором по и против часовой стрелки с фиксированным шагом в 30° с помощью электропривода, установленная в одной плоскости с детекторной линейкой по другую сторону от объекта контроля, причём длина окружности детекторной линейки позволяет регистрировать рентгеновское излучение в любом из четырех фиксированных положений источника излучения (0°, 30°, 60° или 90°) на направляющей, а оператор через УУ с помощью шагового электропривода может выбирать удобное для досмотра положение ИРИ на направляющей и управлять реверсом движения основания.