Рентгеновский способ определения вещества вложения в инспектируемом объекте по значениям плотности и эффективности атомного номера

Авторы патента:

G01N23/083 - рентгеновского излучения (G01N 23/10-G01N 23/18 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2484451:

Открытое акционерное общество "Московский радиотехнический институт Российской академии наук" (ОАО "МРТИ РАН") (RU)

Использование: для проверки багажа, ручной клади и других объектов контроля во время таможенного и специального досмотра. Сущность: заключается в том, что выполняют двухспектральный режим просвечивания с выделением отдельно сигналов, обусловленных поглощением излучения в фоновом веществе, и сигналов, обусловленных поглощением излучения в перекрывающихся слоях фонового вещества и вещества вложения, при этом процедура рентгеновского просвечивания производится не в одной, а в двух взаимно-перпендикулярных геометрических проекциях, позволяющих осуществить взаимное количественное сопоставление массовой толщины вложения в одной из проекций со значением линейного размера этого вложения в другой проекции и по их отношению определить плотность вещества вложения. Технический результат: повышение вероятности обнаружения опасных вложений и существенное снижение вероятности ложных тревог. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области рентгенографической техники и может быть использовано при проверке багажа, ручной клади и других объектов контроля во время таможенного и специального досмотра.

Основной задачей досмотра является надежное выявление и обнаружение в багаже материалов и предметов, запрещенных к перевозке воздушным транспортом и при пересечении границы.

Для решения этой задачи используются рентгеновский способ контроля, включающий просвечивание движущегося на транспортерной ленте багажа поперечным веерным пучком излучения, регистрацию прошедшего через багаж излучения с помощью детекторной линейки, усиление сигналов детекторов, их оцифровку и преобразование оцифрованных сигналов в системе обработки данных в черно-белое теневое рентгенографическое изображение контролируемого багажа.

В данном случае распознавание вложения в багаже происходит по их теневому рентгеновскому изображению. При этом тип вещества, из которого состоят вложения, не определяется и поэтому невозможно отличить опасные вещества от обычных веществ.

Наиболее близким к предлагаемому является рентгеновский способ определения вещества вложения по значению эффективного атомного номера, включающий просвечивание инспектируемого объекта рентгеновским излучением и регистрацию прошедшего через объект излучения в спектральных областях с различной эффективной энергией. При этом выделяют отдельно сигналы, соответствующие излучению, прошедшему через фоновое вещество, и сигналы, обусловленные поглощением излучения в перекрывающихся слоях фонового вещества и вещества вложения (Патент RU 2095795 С1 "Рентгеновский способ обнаружения вещества по значению его эффективного атомного номера").

Разделение исходного спектра излучения на два спектра с разной эффективной энергией осуществляется, в основном, двумя способами фильтрации. Первый - регистрация излучения, прошедшего через контролируемый объект, осуществляется двумя детекторами, расположенными друг за другом вдоль рентгеновского луча и разделенными фильтром (Рекламный проспект фирмы HEIMANN "System HI-SCAN 10050 EDS"). Второй способ состоит в использовании пластинчатых фильтров, которые размещены перед каждым вторым элементарным детектором (Патент RU 2115914 С1 "Рентгено-телевизионное устройство").

Недостатком способа определения вещества вложения по эффективному атомному номеру является невозможность обнаружения опасных веществ по эффективному атомному номеру среди множества других веществ того же класса с близкими значениями эффективного атомного номера. Например, такие бытовые органические вещества, как вода, сахар, кожа и опасные вещества, например взрывчатые, имеют чрезвычайно близкие значения эффективного атомного номера.

Кроме того, значение эффективного атомного номера рассчитывается в целом для суперпозиции всех веществ вдоль пути прохождения рентгеновских лучей через объект от фокуса рентгеновского источника до соответствующего детектора. При процедуре выделения сигналов, соответствующих излучению, прошедшему через фоновое вещество и через совокупность фонового и идентифицируемого веществ и при расчете эффективного атомного номера вещества вложения возрастает погрешность его определения, что вносит дополнительные затруднения при идентификации вещества вложения.

При проведении инспекции багажа с помощью одноракурсных рентгенографических установок процедура обнаружения опасных веществ способом определения вещества вложения по эффективному атомному номеру оказалась малоэффективной и приводящей к большому количеству ложных тревог.

Цель изобретения заключается в устранении данных недостатков.

Для повышения вероятности обнаружения опасных вложений и существенного снижения вероятности ложных тревог было необходимо найти возможность получения дополнительной информации о свойствах веществ, из которых изготовлены вложения в багаже. Такой дополнительной информацией является данные о величине плотности вещества вложения.

Метод вычисления плотности вещества вложения основан на процедуре рентгеновского просвечивания в двух взаимно-перпендикулярных проекциях. На фиг.1 изображена схема двухпроекционной установки с двумя источниками рентгеновского излучения 1 и ортогональными детекторными линейками 3. Вложение в инспектируемом объекте 2. При реализации метода определения плотности вещества вложения независимыми способами определяются массовая толщина вложения Х и линейная толщина вложения L (геометрический размер) вдоль одного и того же направления, задаваемого геометрией системы рентгеновский источник-детектор. На основе рентгенографических данных, полученных в вертикальной проекции ("вид сбоку"), находится массовая толщина X. По данным в горизонтальной проекции ("вид сверху") определяется линейный размер L. Плотность вещества вложения вычисляется по формуле ρ=X/L.

Сущность изобретения заключается в том, что определение вещества вложения осуществляется по совокупности двух физических параметров: эффективному атомному номеру и плотности вещества вложения. Для конкретного вложения процедура идентификации состоит в следующем: пара измеренных физических параметров (эффективный атомный номер и плотность) автоматически сопоставляется с базой данных этих физических параметров для целого ряда бытовых и опасных веществ и, в случае соответствия, происходит вывод на экран монитора названия вещества, значения его эффективного атомного номера и величины плотности.

При таком способе определения вещества вложения в инспектируемом багаже достаточно надежно выделяются вложения из наиболее распространенных взрывчатых веществ, что является следствием более высокого значения плотности взрывчатых веществ по сравнению со значениями плотностей большинства бытовых органических веществ. Так, например, если эффективные атомные номера бытовых органических веществ и взрывчатых веществ весьма близки (~7), то значения плотности таких бытовых органических веществ, как пластмассы, кожа, мыло, вещи из шерстяных, хлопковых, синтетических тканей, составляют не более 1.2 г/см³, когда как у большинства распространенных взрывчатых веществ значение плотности превышает 1.4 г/см³.

Таким образом, способ обнаружения опасных веществ в багаже, основанный на определении эффективного атомного номера и плотности вещества вложения, значительно более эффективен по сравнению с известным способом обнаружения веществ по значению эффективного атомного номера [1].

Заявляемый способ не имеет аналогов в рентгеновской интроскопии и, следовательно, удовлетворяет требованию "изобретательский уровень".

Принцип действия двухспектральной двухпроекционной рентгенографической установки для реализации заявляемого способа основан на следующей схеме.

С помощью двух источников рентгеновского излучения совместно с системой коллиматоров в вертикальной плоскости формируются два узких веерообразных пучка рентгеновского излучения. На некотором расстоянии от излучателя, которое зависит от выбранной геометрии просвечивания и размеров апертуры просмотрового тоннеля, в зоне действия двух веерообразных пучков установлено многоканальное устройство регистрации рентгеновского излучения. Оно состоит из двух детекторных линеек (вертикальной и горизонтальной проекций), предназначенных для регистрации излучения внутри инспекционной камеры, усиления и формирования аналоговых сигналов. Каждая линейка состоит из детекторных блоков, каждый из которых включает в себя детекторные модули. Детекторный модуль представляет собой набор элементарных детекторов рентгеновского излучения, каждый из которых представляет собой оптоэлектронную пару сцинтиллятор + фотодиод. Между излучателем и детекторной линейкой размещается транспортная система для перемещения контролируемых объектов. После включения транспортной системы и пересечения переднего края контролируемого объекта линии фотобарьеров измеряются и запоминаются темновые токи всех детекторов, а после включения экспозиции рентгеновских генераторов измеряются и запоминаются токи всех детекторов в отсутствии контролируемого объекта, которые используются для нормировки сигналов детекторов.

При прохождении контролируемого объекта через плоскость просвечивания происходит усиление аналоговых сигналов детекторов, их оцифровка и преобразование оцифрованных сигналов в системе обработки данных в теневые и цветные матричные изображения контролируемого багажа с представлением их на экранах видеомониторов в режиме «on-line». Черно-белое теневое изображение выводится на экран левого монитора. На экран правого монитора выводится цветное изображение. Вертикальная проекция (вид сбоку) инспектируемого объекта помещается в верхней части рабочего экрана. Горизонтальная проекция (вид сверху) инспектируемого объекта помещается в нижней части рабочего экрана.

Цветное изображение выводится на экран с использованием палитры из 3 цветов, каждый цвет присваивается определенному диапазону значений эффективного атомного номера и соответственно своей группе веществ:

оранжевый цвет соответствует группе органических веществ,

зеленый цвет соответствует группе легких металлов (типа алюминия),

синий цвет соответствует группе металлов типа железа и меди.

Разработанная функция идентификации предназначена для анализа объектов, которые в ходе визуального анализа черно-белого и цветного изображений были признаны оператором потенциально опасными.

Процедура использования функции идентификации: с помощью курсора на теневом изображении вертикальной проекции объекта выбирается область фона рядом с подозрительным вложением; перемещая курсор с верхней границы вложения к нижней, выбирается область прямоугольной формы на изображении вертикальной проекции вложения; на экране появляются две вертикальные линии, пересекающие обе проекции инспектируемого объекта; с помощью курсора на теневом изображении горизонтальной проекции выбирается область фона рядом с подозрительным вложением; перемещая курсор с верхней границы изображения вложения в горизонтальной проекции к нижней, выбирается область прямоугольной формы; после этих манипуляций функция автоматически рассчитывает средние значения плотности и эффективного атомного номера выбранного вложения, а также погрешности вычислений.

В результате применения функции идентификации измеренные эффективный атомный номер и плотность вещества вложения автоматически сопоставляется с базой данных этих физических параметров для целого ряда бытовых и опасных веществ и, в случае соответствия, происходит вывод на экран монитора табло с названием вещества, величин его эффективного атомного номера и плотности, а также значений погрешности вычислений.

Использование предлагаемого способа позволит обнаруживать запрещенные и опасные вещества в багаже при рентгеновской инспекции во время таможенного или специального досмотра, что существенно повысит безопасность авиационных перевозок.

1. Рентгеновский способ обнаружения по величине эффективного атомного номера типа вещества отдельных вложений в инспектируемом объекте, основанный на использовании двухспектрального режима просвечивания с выделением отдельно сигналов, обусловленных поглощением излучения в фоновом веществе, и сигналов, обусловленных поглощением излучения в перекрывающихся слоях фонового вещества и вещества вложения, отличающийся тем, что процедура рентгеновского просвечивания производится не в одной, а в двух взаимно перпендикулярных геометрических проекциях, позволяющих осуществить взаимное количественное сопоставление массовой толщины вложения в одной из проекций со значением линейного размера этого вложения в другой проекции и по их отношению определить плотность вещества вложения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что селекция вложений осуществляется по совокупности двух физических параметров: плотности и эффективному атомному номеру.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для конкретного вложения процедура идентификации осуществляется путем автоматического сопоставления пары найденных физических параметров, т.е. эффективного атомного номера и плотности, с элементами банка данных, полученных в тех же условиях рентгеновской инспекции и характеризующих многообразие бытовых и несанкционированных веществ.

Широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения // 2474813

Изобретение относится к устройствам для определения пространственно-спектральных характеристик рентгеновского излучения, генерируемого плазменными образованиями, источниками рентгена с широким спектральным диапазоном, и может быть использовано в научных и прикладных задачах, например в области термоядерных исследований или при разработке источников рентгеновского излучения для литографических систем и т.п.

Способ определения пространственного распределения и концентрации компонента в поровом пространстве пористого материала // 2467316

Изобретение относится к способам неразрушающего анализа образцов пористых материалов, в частности, оно может быть использовано для анализа распределения остаточной нефти, а также определения концентрации естественной глины в образце керна или глины, проникшей в керн в ходе закачки бурового раствора.

Способ определения пространственного распределения и концентрации глины в образце керна // 2467315

Изобретение относится к способам определения концентрации естественной глины в образце керна или глины, проникшей в керн в ходе закачки бурового раствора. .

Способ получения рентгеновского изображения рыб // 2460994

Способ радиационной дефектоскопии полых тел // 2436075

Изобретение относится к области технической физики, а именно к дефектоскопии с использованием ионизирующего излучения, и наиболее эффективно может быть использовано для определения внутренних дефектов тел сложной конфигурации.

Рентгеновский спектрометр // 2419088

Изобретение относится к области рентгеновского спектрального анализа и может быть использовано для контроля спектров излучения рентгеновских источников, а также для анализа элементного состава и атомарной структуры исследуемых образцов по спектрам их поглощения.

Способ реконструкции изображений для высокоэнергетической двухэнергетической системы компьютерной томографии // 2413207

Устройство для контроля гранулометрического состава кусковых материалов // 2404426

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Определение размеров зерен в ультрамелкодисперсной среде // 2386582

Изобретение относится к области рентгеновской техники. .

Способ количественного определения насыщенности образцов горной породы с использованием значений начальной и конечной водонасыщенности // 2505802

Использование: для количественного определения насыщенности образцов горной породы. Сущность: заключается в том, что выполняют приготовление образца керна, моделирование пластовых условий в образце керна, совместную фильтрацию минерализованной воды и нефти через образец керна, измерение в процессе фильтрации промежуточной интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через образец, и установление по математическим формулам водонасыщенности, при этом измеряют интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через образец с начальной и конечной водонасыщенностью, получают опорный сигнал, значение остаточной водонасыщенности получают после фильтрационного эксперимента выпариванием воды из образца при температуре 110-160°C, значения начальной, остаточной водонасыщенности и опорного сигнала используют для определения промежуточной водонасыщенности по определенной математической зависимости. Технический результат: уменьшение времени на проведение измерения водонасыщенности пород керна, а также увеличение точности определения значений водонасыщенности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ диагностики остеопороза, методом определения динамики закрытия полостных образований для оценки эффективности применения различных остеопротекторов // 2511430

Изобретение относится к медицине, диагностике, оценке эффективности препаратов для лечения остеопороза. Диагностику остеопороза и контроль его динамики проводят рентгенабсорбционным методом на остеометре, причем за диагностический критерий остеопороза принимают наличие полостных образований в трабекулярных отделах костей, по динамике закрытия которых судят об эффективности препарата или препаратов. Способ обеспечивает объективную диагностику остеопороза и оценку эффективности действия препарата или препаратов-остеопротекторов, определение тяжести заболевания не по минеральной плотности, а по наличию полостей в трабекулярных отделах костей. 3 ил., 3 пр.

Способ исследования стойкости стекловолокна к воздействию агрессивной среды // 2547579

Изобретение относится к строительству, а именно к способу исследования процесса дисперсного армирования и микроармирования бетонов для повышения их трещиностойкости. Для этого изучают взаимодействие стекловолокна с цементным камнем в течение заданного времени. Предварительно стекловолокно наклеивают на пластиковую пластинку, вкладывают ее в форму для приготовления цементных образцов и заливают цементным тестом. Пластиковую пластинку с приклеенным стекловолокном вкладывают таким образом, чтобы стекловолокно соприкасалось с цементным тестом. После отвердения цементные образцы извлекают из формы и отделяют волокно от пластинки. Затем волокно исследуют с помощью рентгеноспектрального анализа и электронной микроскопии. Способ позволяет определить элементный состав, структуру продуктов взаимодействия волокна с цементным камнем. Кроме того, оценивают стойкость стекловолокна по сравнению диаметра стекловолокна после испытания с диаметром исходного волокна. Изобретение позволяет сравнивать применение стекловолокон различного состава в качестве армирующих материалов. 7 ил.

Способ определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства // 2548605

Использование: для определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства. Сущность изобретения заключается в том, что в образец керна закачивают контрастное рентгеновское вещество, сканируют образец посредством рентгеновской томографии, получают гистограммы. Способ отличается тем, что в качестве контрастного рентгеновского вещества в образец керна закачивают смесь желатина и йодосодержащего вещества в концентрации не менее 10 процентов по массе приготовляемого раствора. Технический результат: повышение точности определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства, а также обеспечение возможности изучения структурных особенностей керна после химических или физических воздействий. 2 ил.

Способ и устройство для оценки уровня зольности биологического материала // 2550755

Использование: для измерения уровня зольности биологического материала автоматическим или полуавтоматическим способом. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает этапы сканирования биологического материала электромагнитным излучением на по меньшей мере двух уровнях энергии; определения объема излучения, переданного через указанный образец биологического материала на указанных уровнях энергии и оценки уровня влажности биологического материала на основе соотношения между указанным определенным объемом излучения, переданного через биологический материал на указанных уровнях энергии. Затем оценивается уровень зольности биологического материала на основе указанной оценки уровня влажности биологического материала и средних коэффициентов ослабления для биологического материала в отсутствие влажности, коэффициентов ослабления для горючей части биологического материала и коэффициентов ослабления для золы в биологическом материале при указанных уровнях энергии. Также раскрывается соответствующее устройство. Технический результат: обеспечение точной оценки уровня влажности образца материала в широком диапазоне значений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения компонентного состава и криолитового отношения твердых проб калийсодержащего электролита алюминиевого производства методом рфа // 2550861

Изобретение относится к способу определения компонентного состава и криолитового отношения калийсодержащего электролита и может быть использовано в цветной металлургии, а именно при технологическом контроле состава электролита методом количественного рентгенофазового анализа. Способ включает отбор пробы электролита из ванны, размол образца и добавление к размолотому образцу фторида натрия. Затем проводят спекание образца и определение криолитового отношения и концентрации фторидов в образце. После спекания образец подвергают дополнительной термической обработке до достижения равновесного фазового состава Na3AlF6, K2NaAlF6, CaF2, NaF, а определение криолитового отношения и концентрации фторидов в образце проводят количественным рентгенофазовым анализом. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении точности определения криолитового отношения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Поточный анализатор серы // 2573667

Использование: для измерения содержания серы в углеводородных жидкостях. Сущность изобретения заключается в том, что поточный анализатор серы содержит рентгеновскую трубку, измерительную кювету и детектор рентгеновского излучения, при этом между рентгеновской трубкой и измерительной кюветой установлен фильтр, выполненный из фольги, материал которой выбран из металлов с атомными номерами с 42 по 49, причем минимальная толщина bmin фильтра составляет не менее 50 мкм, а максимальная толщина bmax фильтра определяется из условия на 1 Вт мощности рентгеновской трубки, где I0 - интенсивность излучения рентгеновской трубки, I1 - интенсивность излучения, прошедшего через фильтр. Технический результат: обеспечение возможности снижения потерь интенсивности излучения при его поступлении от рентгеновской трубки на детектор и, соответственно, снижение времени экспозиции и увеличение скважности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения пористости образца породы // 2580174

Использование: для определения пористости образца породы. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения пористости образца породы предусматривает определение общего минералогического состава образца, определение относительного объемного содержания каждого минерала и определение коэффициентов ослабления рентгеновского излучения для каждого из этих минералов. Затем определяют первый коэффициент ослабления рентгеновского излучения для синтетического образца, состоящего из тех же минералов с тем же объемным содержанием, но без пор. Выполняют рентгеновское микро-/нанокомпьютерное сканирование образца и определяют второй коэффициент ослабления рентгеновского излучения для исследуемого образца породы. Значения пористости могут быть определены как для образца, заполненного газом, водой или легкими углеводородами, так и для образца, заполненного тяжелыми углеводородами или другими жидкостями/газами с коэффициентами ослабления рентгеновского излучения, сравнимыми с коэффициентами ослабления рентгеновского излучения образца породы или синтетического образца. Технический результат: обеспечение возможности за короткое время неразрушающим и не зависящим от исполнителя способом определить значение пористости образца породы. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения количественного содержания самородного золота в руде // 2595826

Использование: для определения количественного содержания самородного золота в руде. Сущность изобретения заключается в том, что монослой кусков в пробе руды с характерным линейным размером отдельных кусков Н, не большим десятикратного характерного линейного размера наименьшей подлежащей обнаружению и учету частицы золота h (H≤10h), размещают между приемником рентгеновского изображения и источником рентгеновского излучения с размером фокусного пятна d, не большим h (d≤h), формируют теневое рентгеновское изображение пробы руды, на котором характерный размер рентгеновского изображения наименьшей частицы золота имеет размер А, не меньший чем трехкратный линейный размер пикселя D приемника рентгеновского изображения (A≥3D). Технический результат: повышение точности и экспрессности процесса количественного определения содержания золота в руде. 5 ил.

Детекторное устройство, система компьютерной томографии с двумя уровнями энергии и способ детектирования, использующий эту систему // 2599276

Использование: для компьютерной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что каждая детекторная сборка содержит по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, и узел, имеющий вторую энергетическую характеристику, оба из которых расположены вдоль первого направления через интервалы, при этом каждый узел детектирующих кристаллов, имеющий первую/вторую энергетическую характеристику, включает в себя по меньшей мере один детектирующий кристалл, имеющий первую/вторую энергетическую характеристику, расположенный вдоль второго направления. По меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, и по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположены, по меньшей мере частично, чередующимся образом вдоль первого направления при просмотре со стороны направления падения рентгеновского луча. Настоящее изобретение также раскрывает систему КТ с двумя уровнями энергии, содержащую детекторное устройство, и способ КТ детектирования, использующий эту систему. Технический результат: обеспечение высокого пространственного разрешения для восстановления КТ изображения при оптимальном количестве узлов детектирующих кристаллов. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 8 ил.