专利名称：微型γ射线工业计算机断层扫描成像装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是基于γ光子与物质相互作用原理的透射式计算机断层扫描成像装置，更具体地说是一种微型的γ射线ICT装置。
背景技术：
目前，国内外现有的工业计算机断层扫描成像装置(简称ICT装置)，都是利用X射线源的大、中型CT机，其重量重，体积大，结构复杂，使用X射线源的能谱硬化效应较严重，修正麻烦。又不方便对小工件进行检测，价格昂贵，不宜推广使用。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种性能/价格比高的、使用γ射线源的、分辨率高、可靠性好、适于中小型物体检测的微型工业计算机断层扫描成像装置。
本实用新型的技术方案如下一种微型γ射线工业计算机断层扫描成像装置，有γ射线源、源屏蔽容器、前准直器构成的源系统，后准直器、探测器阵列、探测器阵列支架构成的探测系统，其特征在于有一底座，底座上安装有一中空的平台，平台两端安装有二组由步进电机—丝杠—导轨—拖板构成的水平方向运动机构，所述的源系统、探测系统分别安装在两组由步进电机—丝杠—导轨—拖板构成的水平方向运动机构的拖板上；后准直器为二块扇形屏蔽材料板条，二块扇形屏蔽材料板条之间安装有探测器阵列；底座中央安装有一升降/旋转工作台，工作台上安装有固定测量物件用的夹具或磁铁吸具或真空吸盘，升降/旋转工作台的升降部分是由步进电机—丝杠—导轨—顶板构成的，顶板上安装有旋转盘，旋转盘由步进电机驱动。
γ射线源芯、升降/旋转工作台固定的测量物件、探测器阵列的中心点这三者须保持在一条水平直线上。
前准直器的准直孔为扁平扇形孔，从扁平扇形准直孔出射的扁平扇形射束的高度等于后准直器准直孔的高度或探测器单元的高度。
探测器阵列由128路或256路或512路小探测器组成，探测器类型为闪烁体和与之光耦合的硅光电二极管。
γ射线源选择137Cs射线源。
闪烁体为钨酸镉CdWO4或碘化铯CsI(TL)。
本实用新型采用γ射线透射式计算机断层扫描成像技术(CT)，γ射线源和探测器分别位于被测物的两侧，而且它们的相互距离可调节，以改变扫描视野，适应大小不同的被测物。
利用前准直器把γ射线整形为扁平扇形束。
探测采传电子学系统主要由探测器阵列(例如CsI(TL)或CdWO4闪烁体和硅光电二极管类型的探测器)、专用集成电路、微分放大器、模数转换器、中央处理模块、各种接口、数据I/O卡或帧数据采集卡等组成。
为减小边缘效应的影响，前准直器扁平扇形准直孔的张角须稍大些，保证出射的扁平扇形射束能覆盖圆弧形探测器阵列两端的外边缘。
为了减少插值带来的影响，环形探测器阵列由多路(例如128路或256路或512路)、小探测器元组成。
所选取的γ射线源为单能的、半衰期较长的、活性区尺寸较小的、活度适当的放射性同位素源，例如0.1～1.0居里的137Cs。
γ射线源屏蔽照射容器带有源自动启闭装置，与前准直器连接在一起，构成源系统，安装在由丝杆、导轨、步进电机、拖板等组成的水平运动机构的拖板上，步进电机推动丝杆使源系统和拖板沿两根导轨前后平移，两根导轨的支撑板固定在平台的一端。环形后准直器阵列和环形探测器阵列(均以γ射线源的源芯为圆心)连接在一起构成探测系统，安装在拖板上，步进电机推动丝杆使探测系统沿着两个导轨前后平移，两个导轨的支撑板固定在平台的另一端。通过平台把射线源系统与探测系统连成一体，保证前准直孔与后准直孔、探测器阵列在同一水平面上，通过底座把升降/旋转工作台与射线源系统、探测系统连成一体，保证升降/旋转工作台的旋转轴线上的相应高度上的点与射线源芯和探测器阵列中心点在同一条水平直线上。升降/旋转工作台由升降运动机构(包括丝杆、步进电机、导杆、顶板等)和底座、旋转盘、旋转机构等组成，位于平台的中空部分。旋转盘底面固定安装有一个传动轮，传动轮内安装有轴承，顶板上固定有一根轴，轴承和轴固定连接，传动轮由步进电机驱动。射线源系统、探测系统和升降/旋转工作台三者又可独立运动。旋转机构整体安装在升降运动机构的丝杆上，升降电机推动升降丝杆连同旋转机构一起升降。为了使被测物在旋转时平稳，在旋转盘上安装夹具或吸具(磁性吸具或真空吸盘)，固定被测物。
丝杆、步进电机、导杆、拖板构成的水平运动机构是丝杆上安装有滑块，导杆上有滑槽，滑块和导杆上的滑槽配合，滑块上固定有拖板，步进电机驱动丝杆转动，滑块沿滑槽移动时，拖板也随着移动。此类机构均是属于公知技术范围。
升降/旋转工作台的升降运动机构和顶部的旋转盘可以有其它的结构形式，均是属于公知的机械技术的范围。
本实用新型连接采传电子学系统、自动控制、计算机系统和图像处理、分析和显示系统，即可对被测物作CT扫描测量。它广泛应用于航空、航天、军工、机械、汽车、钢铁、石油、化工等领域的无损检测和无损评价。
本实用新型所涉及的微型γ射线ICT装置，运动机械结构轻便灵活，体积小，使用单能γ射线源，辐射安全性好，适于中小型物体检测。分辨率高，性能/价格比好，推广使用，前景很好。
本实用新型可靠性好、分辨率高、轻便灵活、体积小、安全性能好、性能/价格比高，适于对中小型物体作精度CT扫描检测。


图1为本实用新型工作原理图；图2为本实用新型一体化机械结构正视图；图3为本实用新型一体化机械结构俯视图；图4为本实用新型升降/旋转工作台结构示意图。
图5为另一种升降/旋转工作台结构示意图。
各图中的标号的部件如下1.γ射线扇形射束2.扇形排列的探测器阵列(128路、256路或512路)
3.专用集成电路(ASIC)4.微分放大器5.模数转换器(A/D)6.中央处理模块(现场可编程门阵列FPGA)7.复位8.用户设置9.静态RAM10.控制接口(RS485)11.控制12.图像数据存储13.数据14.源系统水平运动步进电机驱动15.探测系统水平运动步进电机驱动16.计算机接口(差分)17.旋转运动步进电机驱动18.局部接口19.升降运动步进电机驱动20.电源21.数据I/O卡或标准帧数据采集卡22.PC机23.γ射线源屏蔽容器24.γ射线源25.前准直器26.源自动启闭装置27.前准直器的扁平准直孔28.后准直器29.探测器阵列架30.源容器安装拖板31.探测器阵列安装拖板
32.源容器水平移动用的导轨33.探测器水平阵列移动用的导轨34.平台35.支架36.支架37.丝杆38.步进电机39.丝杆40.步进电机41.源容器锁固钥匙孔42.夹具或吸具43.旋转盘44.轴承45.旋转用电机46.导杆47.升降丝杆48.升降用步进电机49.升降运动机构支柱50.升降/旋转工作台底座51.底板52.支撑脚(4个)53.被测工件54.步进电机55.滑槽56.滑块57.顶板58.旋转盘59.轴承60.传动轮
61.轴62.步进电机63.丝杆具体实施方式
参见图1，开启源自动启闭装置26后，装在源屏蔽照射容器23中心的γ射线源24发出γ射线经前准直器25的扁平准直孔27整形为扁平扇形射束1，穿透被测物53某横断层后，进入后准直器28，到达探测器阵列2，探测器阵列2由闪烁体及与之光耦合的硅光电二极管组成，探测器阵列2中的硅光电二极管输出的电流经专用集成电路3(含多路电荷灵敏放大器和多路器的微电子电路)积分，该微电子电路提供两个连续的对应放大器开始和信号积分后输出电压的模拟输出。这些模拟信号经一个消除模式噪声的微分放大器4后送给一个14bit的模数(A/D)转换器5。转换后的数字信号送入现场可编程门阵列(FPGA)6，这个门阵列6提供中央智能控制，并为系统运动提供控制信号和定时。当采样达到一定数目子样时，系统将子样数据送入24bit的图像数据存储器12存储。积分时间的控制、子采样和更新率的设置与系统结构信息一起经RS485接口10传输，并存储在静态RAM9中。
与PC机22对接的是数据I/O卡(例如EPP、PCI-7300A)或帧数据采集卡21。
参见图2和图3，源屏蔽容器23、装在源容器中心的γ射线源24与前准直器25、源自动启闭装置26连接在一起构成源系统，安装在平台34的一端拖板30上，与步进电机38、丝杆37、导轨32一起构成源系统运动机械结构，当需要调节时，由步进电机38推动丝杆37使源系统及其拖板30沿着导轨32前后平移。以射线源为圆心的圆弧形后准直器28与探测器阵列29、探测器阵列2构成探测系统，探测器阵列架29安装在后准直器28的二块扇形钨合金板条之间，探测器阵列2安装在探测器阵列架29上，探测系统安装在拖板31上，与步进电机40、丝杆39、导轨33一起构成探测系统运动机械结构，当需要调节时，由步进电机40推动丝杆39使探测系统及其拖板31沿着导轨33前后移动。升降/旋转工作台位于平台34的中空位置。源系统水平运动机械结构和探测系统水平运动机械结构分别固定在平台34上，平台34固定在支架35和36上，这两付支架固定在底板51上。升降/旋转运动机械结构也固定在底板51上。底板下方有4个轮子和止动螺栓52，将整个装置移动到某处后可以固定在某个地方。
探测器阵列由256路或512路小探测器组成，探测器类型为闪烁体[例如钨酸镉CdWO4或碘化铯CsI(TL)]和硅光电二极管连接。
γ射线源选择0.1～1.0居里的137Cs射线源。
后准直器由钨合金制成。
参见图4，升降/旋转工作台结构采用上、中、下三层分列式结构上层，为旋转运动结构，由夹具42、旋转盘43、轴承44、导杆46和步进电机45组成，中层，为升降运动机构，由丝杆47、步进电机48和支柱49组成。下层为底盘50，上面安装升降运动机构，下面与底板51连接固定。旋转运动机构旋转一周(360°)，作一个切片(横断层)扫描，升降运动机构供作不同高度的切片扫描用。旋转步进电机45推动旋转盘43及其固定用的3～4根导杆46一起旋转运动，作一个切片(二维)扫描。当需要作三维扫描时，升降步进电机48推动丝杆47和支柱49一起作升降运动，推动旋转运动机械结构运动到各个不同的高度上作二维的断层扫描，然后通过图像处理重建出三维CT图像。
图5是另一种升降/旋转工作台的结构。整个升降机构安装在底座50上，包括有带有滑槽55的圆筒，滑槽55内有滑块56配合，滑块56的中间安装有丝杆63，丝杆63由步进电机54驱动，滑块56的上部是顶板57。当步进电机54转动时，丝杆63也转动，进而带动滑块56在滑槽55内向上或向下移动，实现升降功能。顶板57上安装有轴61，旋转盘58底面安装有传动轮60，传动轮60内安装有轴承59，轴承59和轴61配合固定，顶板57上还安装有步进电机，驱动传动轮60，实现旋转功能。
权利要求1.一种微型γ射线工业计算机断层扫描成像装置，有γ射线源、源屏蔽容器、前准直器构成的源系统，后准直器、探测器阵列、探测器阵列支架构成的探测系统，其特征在于有一底座，底座上安装有一中空的平台，平台两端安装有二组由步进电机—丝杠—导轨—拖板构成的水平方向运动机构，所述的源系统、探测系统分别安装在两组由步进电机—丝杠—导轨—拖板构成的水平方向运动机构的拖板上；后准直器为二块扇形屏蔽材料板条，二块扇形屏蔽材料板条之间安装有扇形探测器阵列；底座中央安装有一升降/旋转工作台，工作台上安装有固定测量物件用的夹具或磁铁吸具或真空吸盘，升降/旋转工作台的升降部分是由步进电机—丝杠—导轨—顶板构成的，顶板上安装有旋转盘，旋转盘由步进电机驱动。
2.根据权利要求1所述的扫描成像装置，其特征在于γ射线源芯、升降/旋转工作台固定的测量物件、探测器阵列的中心点这三者须保持在一条水平直线上。
3.根据权利要求1所述的扫描成像装置，其特征在于前准直器的准直孔为扁平扇形孔，从扁平扇形准直孔出射的扁平扇形射束的高度等于后准直器准直孔的高度或探测器单元的高度。
4.根据权利要求1所述的扫描成像装置，其特征在于探测器阵列由128路或256路或512路小探测器组成，探测器类型为闪烁体和与之光耦合的硅光电二极管。
5.根据权利要求1所述的扫描成像装置，其特征在于γ射线源选择137Cs射线源。
6.根据权利要求4所述的扫描成像装置，其特征在于闪烁体为钨酸镉CdWO4或碘化铯CsI(TL)。
专利摘要本实用新型公开了一种微型γ射线工业计算机断层扫描成像装置，有γ射线源、源屏蔽容器、前准直器构成的源系统，后准直器、探测器阵列、探测器阵列支架构成的探测系统，源系统、探测系统分别安装在两组由步进电机—丝杠—导轨—拖板构成的水平方向运动机构的拖板上；源系统、探测系统之间安装有一升降/旋转工作台，工作台上安装有固定物件用的夹具或磁铁吸具。本实用新型将ICT装置微型化，轻便灵活，分辨率高，可靠性好，能方便地对各种小型物体进行CT扫描测量。
文档编号G01N23/04GK2711727SQ20042006266
公开日2005年7月20日 申请日期2004年7月13日 优先权日2004年7月13日
发明者丁厚本, 丁莉, 汪子明 申请人:丁莉