專利名稱：用于識別物體之材料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于識別物體之材料的方法和裝置。對行李中的違禁物質(zhì)的檢測構(gòu)成日常生活中的一個(gè)重要的安全因素。反恐的目標(biāo)在于防止放置在行李中的爆炸物或危險(xiǎn)化學(xué)品被帶上飛機(jī)或隱藏在包裹中留在火車站、地下，或機(jī)場之類的公共場所。在機(jī)場及邊境，海關(guān)官員也搜查藥品或走私煙草。
背景技術(shù)：
迄今已開發(fā)的用于識別物體之材料的化學(xué)成分的裝置利用穿透欲檢驗(yàn)物體的X 輻射的吸收作用。然而，在大量物體或包裝件靠墻放置的某些情況下，這些通過透射起作用的裝置并不適用，這是因?yàn)橛麢z驗(yàn)物體必須放置在χ光子源與檢測透射χ光子的檢測器之間。其他裝置以反向散射為基礎(chǔ)。此技術(shù)只需要接近欲檢驗(yàn)的可疑物體的一端。在此情況下，X光子源和檢測器位于物體的同一側(cè)。X光子將不只是穿過物體而且還被它彈回。對檢測和識別爆炸物，即原子數(shù)低，例如小于10的材料而言，此技術(shù)成為一好的檢驗(yàn)工具。實(shí)際上，它們是由碳、氧、氫、氮構(gòu)成的。在此情況下，康普頓效應(yīng)散射現(xiàn)象與因吸收而產(chǎn)生光電效應(yīng)的現(xiàn)象相比，在50到200keV左右的慣用能量占有優(yōu)勢?，F(xiàn)在將描述一種用于使用“Z BaCkSCatter”技術(shù)和“Flying Spot”技術(shù)來識別物體之材料的裝置，此裝置已由美國科學(xué)工程公司(American Science and Engineering Inc company)投向市場?？焖賿呙柘到y(tǒng)(Rapiscan)，或者說PCO公司已開發(fā)出其他類似的
直ο參閱

圖1。多色X光子源1向欲檢驗(yàn)物體3輸送細(xì)長的X光子束2。X光子束由能量不同的光子組成。假定欲檢驗(yàn)物體3是裝有塑料爆炸物引信的行李。X光子檢測器4被描繪為在欲檢驗(yàn)物體3的下游，且一對X光子檢測器5在欲檢驗(yàn)物體3的上游，X光子束2 的兩側(cè)。因此，有些X光子將由欲檢驗(yàn)物體3的原子來傳送并被下游的X光子檢測器4檢測到，且其他X光子將被欲檢驗(yàn)物體3的原子反向散射并被上游的一對X光子檢測器5檢測到。X光子束2隨著掃描欲檢驗(yàn)物體3的移動而被提供，使得X光子束3的位置時(shí)刻被界定，且對一檢測器檢測到的信號的每次測量與欲檢驗(yàn)物體3的一特定區(qū)域相關(guān)。結(jié)果易于并能較快解讀。除此之外，由于是細(xì)長掃描X光子束，輻射劑量可能遠(yuǎn)低于利用一扇形X 光子束的常見檢驗(yàn)裝置中所檢測到的輻射劑量。應(yīng)指出的是，美國科學(xué)工程公司用注冊商標(biāo)名“Z BaCkSCatter Van ”將集成在能檢驗(yàn)移動車輛和貨物的卡車中、僅用反向散射的一固定的檢驗(yàn)系統(tǒng)投向市場。剛剛所描述的裝置的缺點(diǎn)在于X光子檢測器在電荷累積模式中運(yùn)作。到達(dá)檢測器的X光子被轉(zhuǎn)換成電荷，且在檢測器的一特定像素中產(chǎn)生的電荷在暴露時(shí)間中累積。在此暴露時(shí)間中，X光子的總能量是已知的且可以取得唯一的信息，即與特定像素相對應(yīng)的檢驗(yàn)材料在輻射譜的不同能量上的平均衰減，原因在于X光子束是多色的。此平均衰減是由檢驗(yàn)材料的密度P引起的。但是，積分信號并不能區(qū)分平均衰減相同的兩種材料。要區(qū)分， 將必須有可用的額外信息，即檢驗(yàn)材料的原子數(shù)Z。此額外信息難以用積分信號取得。由于在密度P方面，爆炸物的化學(xué)成分與可能展現(xiàn)相同特征的大量日常材料的化學(xué)成分類似，因此，用于識別材料的裝置導(dǎo)致無數(shù)誤報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種用于識別物體形成所用的被埋置在物體中或在物體表面上的材料的方法，以及一種用于識別材料的裝置，所述方法和裝置沒有上述限制和難處。本發(fā)明目的之一在于提出一種用于識別裝在行李中的違禁液體或固體物質(zhì)來提高機(jī)場安全性的可靠方法。不管行李是何種類，不管行李中的物質(zhì)在何位置，都能進(jìn)行識別。本發(fā)明的另一目的在于提出一種可以輕易區(qū)分水與爆炸性液體的方法。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明建議利用受一入射X光子束照射的物體所反向散射的光譜特征，所述光譜特征由一光譜檢測器來表達(dá)。本發(fā)明標(biāo)的物方法提出使物體相對于X 光子源-光譜檢測器組件定位在兩個(gè)不同位置，對它進(jìn)行至少兩次照射。更具體而言，本發(fā)明提出一種用以識別物體之材料的方法，所述材料被賦予一層級i (i為整數(shù))，若它在表面，則i等于一，且若它被埋置在i-Ι層下，則i大于一，其中a)以一準(zhǔn)直X光子源所產(chǎn)生的一入射X光子束來照射物體的一大體上，至少局部為平面的表面，b)使用一準(zhǔn)直光譜檢測器沿一特定的散射角θ測量在入射X光子束于第i層材料的第一檢驗(yàn)體積中散射之后所產(chǎn)生的一反向散射X光子束的第一通量，c)使用所述準(zhǔn)直光譜檢測器沿同一個(gè)特定的散射角θ測量在入射X光子束于第 i層材料的第二檢驗(yàn)體積中散射之后所產(chǎn)生的一反向散射X光子束的第二通量，d)使用X光子的兩個(gè)通量測量值(Xil(E1), Xi2 (E1))來計(jì)算一組合衰減系數(shù) μ，— i (E。，E1, ε )，其中Etl是入射X光子束中X光子的能量，且E1是沿特定散射角反向散射的X光子束中X光子的能量，且ε = li’ 1/lil = li’ 2/1 2, Iil與li2分別是入射 X光子束在第i層材料中直到第一檢驗(yàn)體積和第二檢驗(yàn)體積的傳播距離，li’ 1與li’ 2分別是反向散射X光子束自第一檢驗(yàn)體積和第二檢驗(yàn)體積起在第i層材料中的傳播距離，組合衰減系數(shù)包含兩個(gè)通量Xil (E1)、Xi2 (E1)之比率的自然對數(shù)；e)定義組合衰減系數(shù)μ，mattoiau. i ( ，E1, ε )在反向散射X光子束中X光子的一特定能量范圍上的一平均值；f)由組合衰減系數(shù)的平均值來估計(jì)第i層材料的密度。組合衰減系數(shù)滿足以下公式更好
權(quán)利要求
1.一種用于識別物體之材料的方法，所述材料被賦予一層級i (i為整數(shù))，若材料在表面，則i等于一，且若它被埋置在i-Ι層下，則i大于一，其中a)以一準(zhǔn)直X光子源(10)所產(chǎn)生的一入射X光子束(1 來照射物體(100)的一大體上，至少局部為平面的表面；b)使用一準(zhǔn)直光譜檢測器(11)沿一特定散射角(θ)測量在該入射X光子束于第i層材料的第一檢驗(yàn)體積中散射之后所產(chǎn)生的一反向散射X光子束(1 中的X光子的第一通量，該第一檢驗(yàn)體積位于第i層材料中的第一深度；c)使用所述準(zhǔn)直光譜檢測器沿同一特定散射角測量在該入射X光子束于第i層材料的第二檢驗(yàn)體積中散射之后所產(chǎn)生的一反向散射X光子束中的X光子的第二通量，該第二檢驗(yàn)體積位于第i層材料中的第二深度；d)使用X光子的兩個(gè)通量測量值(Xil(E1),Xi2 (E1))來計(jì)算組合衰減系數(shù)μ，mat0rlm. i (E0, E1, O，其中是入射X光子束中X光子的能量，且E1是沿特定散射角的反向散射X 光子束中X光子的能量，組合衰減系數(shù)包含兩個(gè)通量(Xil(E1), Xi2 (E1))之比率的自然對數(shù)，ε是使得ε = li’ 1/lil = li’ 2/1 2的比率，Iil與li2分別是入射X光子束在第i 層材料中直到第一檢驗(yàn)體積和第二檢驗(yàn)體積的傳播距離，li’ 1與li’ 2分別是反向散射X 光子束自第一檢驗(yàn)體積和第二檢驗(yàn)體積起在第i層材料中的傳播距離；e)定義組合衰減系數(shù)μ’E1, ε )在反向散射X光子束中X光子的一特定能量范圍上的一平均值μ，mean ；f)由組合衰減系數(shù)的平均值來估計(jì)第i層材料的密度P。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于識別材料的方法，其中組合衰減系數(shù)由下式表示1 , (Xil(El)) μ' ,. .(Εη,Ε,,ε) ^--In ——l^1μ ‘ 0 1 7 &1- &2 [Χ 2(Ε,) Jο
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的任一權(quán)利要求所述的用于識別材料的方法，其中使用X 光子的兩個(gè)通量測量值(Xil(E1), Xi2 (E1))來計(jì)算描述第i層材料中的散射現(xiàn)象的參數(shù) β (E15Materiau. i, θ )，參數(shù)由下式表示:UlΧ 2(Ε、(α1_ι 2) PfE1，Materiau. /, Θ)=——“mXil(E1)j^且比率β (E15Materiau. i, e)/(k(E0, θ) ρ的變化被用作為密度的一函數(shù)，以確定第 i層材料的化學(xué)性質(zhì)，HEtl, Θ)是與第i層材料無關(guān)但視入射X光子束的能量、散射角，和X 光子源與光譜檢測器相對于檢驗(yàn)體積的位置而定的參數(shù)，所述比率基本上等于材料的有效原子數(shù)Zrff與標(biāo)準(zhǔn)化摩爾質(zhì)量Anmi的比率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的用于識別材料的方法，其中距離lil、 1士2、1廠1、1廠2根據(jù)乂光子源(10)、光譜檢測器(11)與物體(100)的相對位置來計(jì)算，且若i不等于1，還根據(jù)入射X光子束在第1層到第i_l層的一或多種材料中的每一種材料中的傳播距離Ij和反向散射X光子束沿散射角(θ )在第1層到第i-Ι層的一或多種材料中的每一種材料中的傳播距離1’ j來計(jì)算，其中1)對于離表面層越來越深且相間隔一步階(P)的檢驗(yàn)體積，連續(xù)測量反向散射X光子束中X光子的通量，散射角在逐次測量之間維持基本不變，2)對于反向散射X光子束的第一通量(X1(E1)K第二通量和第三通量OC2(E1),A(E1)),計(jì)算第一組合衰減系數(shù)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于識別材料的方法，其中因數(shù)Fi由
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的用于識別材料的方法，其中參數(shù)HEtl,θ )由
7.根據(jù)前面的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于識別材料的方法，其中參數(shù)HEtl,Θ)通過模型化或通過在標(biāo)準(zhǔn)材料中測量而獲得。
8.一種用于識別物體(100)之材料的裝置，它包含一準(zhǔn)直X光子源(10)、一準(zhǔn)直光譜檢測器(11)，X光子源是要以一入射X光子束(1 照射物體的一大體上、至少局部為平面的表面，光譜檢測器(11)是要測量在入射X光子束在材料中直到檢驗(yàn)體積(SV)散射之后所產(chǎn)生的一反向散射光子束(1 中X光子的通量，入射光子束和反向散射X光子束形成一散射角(θ)，其頂點(diǎn)是檢驗(yàn)體積，此外，其特征還在于其包含-用于調(diào)整X光子源、光譜檢測器與物體之間的相對位置以使檢驗(yàn)體積位于材料中深度不同的至少兩個(gè)位置，同時(shí)維持散射角(Θ)基本不變的裝置(101)，-用于處理光譜檢測器在至少兩個(gè)位置所測量的反向散射X光子束的兩個(gè)通量且借助于這兩個(gè)X光子通量來計(jì)算一組合衰減系數(shù)μ，matirlau(E0, E1, ε )的裝置(102. a)，-用于根據(jù)在反向散射X光子束中X光子的一特定能量范圍上求平均的組合衰減系數(shù) μ，fflatfaiau(E0, E1, ε )來估計(jì)材料密度(P )的裝置(102. b)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于識別材料的裝置，其中處理與計(jì)算裝置(102.a)可以計(jì)算描述第i層材料中的散射現(xiàn)象的參數(shù)β (E1, Materiau, θ )。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于識別材料的裝置，此外它還包含用于使用參數(shù)β(E1, Materiau, θ )、組合衰減系數(shù)μ，mattoiau(EQ，E1, O和密度來確定材料的化學(xué)性質(zhì)的裝置 (102. c)，所述確定裝置使用比率MEnMatSriau, e)/(k(E0, θ) ρ的變化作為密度的一函數(shù)，HEtl, Θ)是與材料無關(guān)但視入射X光子束之能量、散射角，和X光子源與光譜檢測器相對于檢驗(yàn)體積的位置而定的參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一權(quán)利要求所述的用于識別材料的裝置，其中散射角對兩次連續(xù)測量而言基本不變。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一權(quán)利要求所述的用于識別材料的裝置，其中調(diào)整裝置 (101)使X光子源-光譜檢測器組件相對于物體靠近及/或遠(yuǎn)離且使X光子源與光譜檢測器彼此靠近及/或彼此遠(yuǎn)離。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于識別材料的裝置，其中調(diào)整裝置(101)逐步階進(jìn)行，同時(shí)使X光子源-光譜檢測器組件相對于物體靠近及/或遠(yuǎn)離，步階小于物體中一材料層的厚度，使得檢驗(yàn)體積可占據(jù)材料層中的至少兩個(gè)位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于識別物體之材料的裝置，它包含X光子源(10)和光譜檢測器(11)，光子源以入射光束(12)來照射物體(100)，且檢測器測量在入射光束在材料的一體積(δV)中散射之后所產(chǎn)生的一反向散射光束(13)的量值和反向散射光束中X光子的能量，入射光束和反向散射光束形成一散射角(θ)；用于調(diào)整光子源、檢測器與物體之間的位置以使體積處于不同的深度但角度不變的裝置(101)，用于處理兩個(gè)位置中的兩個(gè)量值和一個(gè)位置中的能量并計(jì)算衰減因數(shù)(μmatériau(E0，E1，ε))的裝置(102.a)，用于估計(jì)材料密度(p)的裝置(102.b)。
文檔編號G01N23/203GK102549413SQ201080041742
公開日2012年7月4日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者珍·林基爾, 珍-馬克·汀坦, 艾麗紗·法比尼, 裘琴·塔貝瑞 申請人:原子能與替代能源委員會