掃描方法和掃描設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開適于掃描管道或加工容器的掃描方法和設(shè)備，其中，從源發(fā)射的一束伽馬輻射穿過要被成陣列的檢測器檢測的容器，檢測器均是準(zhǔn)直的以檢測相對于發(fā)射的輻射束的寬度在小角度范圍內(nèi)的輻射。
【專利說明】掃描方法和掃描設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及掃描一結(jié)構(gòu)的方法，以便通過利用輻射檢測器來檢測輻射源所發(fā)射的 輻射從而檢測密度變化。

【背景技術(shù)】
[0002] 通過X射線斷層照相術(shù)和正電子發(fā)射斷層照相術(shù)對物體和動物進(jìn)行成像的方法 是眾所周知的，尤其是在用于診斷用途的醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域。US4338521描述了一種用于計算 機(jī)斷層照相的X射線掃描儀，其具有包括成陣列的檢測器模塊（包括多個二極管和多個閃 爍晶體以及向閃爍晶體引導(dǎo)準(zhǔn)直的輻射的輻射束準(zhǔn)直器）的檢測器。來自X射線源的扇形 束的X射線被引導(dǎo)通過被檢測器檢測的患者。源和檢測器圍繞患者旋轉(zhuǎn)以提供可構(gòu)成斷層 照相圖像的數(shù)據(jù)。在正電子發(fā)射斷層照相術(shù)（PET)中，由放射性核素衰減發(fā)射的正電子在 與合適的電子接觸時消滅，從而導(dǎo)致發(fā)射沿相反方向的兩個511keV的伽馬光子。檢測伽馬 光子的方向能夠估計消滅發(fā)生的位置并由此估計患者體內(nèi)的放射性核素的位置。因此，PET 掃描儀包括能夠檢測位于患者身體周圍的伽馬光子的成陣列的檢測器?？筛鶕?jù)每個檢測器 檢測到的光子數(shù)量構(gòu)造關(guān)于體內(nèi)放射性核素的相對濃度的圖像。
[0003] 盡管這些掃描方法發(fā)展完善并且常用于醫(yī)學(xué)掃描，但是在掃描諸如管道的致密結(jié) 構(gòu)時存在困難，因為管道材料的密度使得必須利用伽馬輻射進(jìn)行斷層照相掃描，伽馬輻射 具有充足的能量以穿入和穿過結(jié)構(gòu)，從而使得在束已經(jīng)穿過結(jié)構(gòu)之后能檢測到至少一些輻 射。諸如蒸餾塔的結(jié)構(gòu)的伽馬掃描是用于測量結(jié)構(gòu)的不同部分處的密度變化的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)診 斷方法，例如用以確定塔板或塔內(nèi)其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置和完整性。通常，利用鄰近塔放置的 發(fā)射一束通過塔的輻射的單個伽馬源和位于塔的相反部分上以便與已經(jīng)橫穿源和檢測器 之間的塔的輻射相交并測量該輻射的輻射檢測器，來執(zhí)行這類掃描。源和檢測器通常被移 動，從而能掃描塔的不同部分。使用許多不同的位置和多于一個源或檢測器能提供用于產(chǎn) 生經(jīng)掃描的結(jié)構(gòu)的密度圖或斷層圖的充足數(shù)據(jù)，但是分辨率通常相當(dāng)?shù)?。為了產(chǎn)生較高分 辨率的密度圖，相比當(dāng)前利用常規(guī)塔掃描方法獲得的信息，必須使用來自通過結(jié)構(gòu)的更多 輻射路徑的信息。
[0004] 檢查管道以發(fā)現(xiàn)諸如壁脫落、裂縫或侵蝕點的缺陷是需要使用輻射掃描的應(yīng)用。 油氣生產(chǎn)工業(yè)的已知問題是檢查位于水下尤其是海床上的管道。利用清管器檢查管道內(nèi)部 不總是可行的，例如當(dāng)管道具有變化的直徑時。可通過超聲法執(zhí)行從外側(cè)檢查管，但是這不 適于具有隔離件或涂層的管道。伽馬掃描能產(chǎn)生關(guān)于穿過管剖面的密度的有用信息。為了 產(chǎn)生關(guān)于管的壁厚的分辨率足夠高的信息，以識別可能存在于管壁中的小缺陷，需要經(jīng)過 管的大量輻射路徑被掃描。此外，如果使用扇形輻射束掃描管，則輻射路徑中的許多路徑穿 過管剖面的弦并因此穿過相對大量的管道壁材料，從而需要能量相對高的伽馬源。為了檢 測已經(jīng)穿過結(jié)構(gòu)的伽馬輻射，需要使用尺寸和密度足夠大的檢測器以阻攔伽馬光子，使得 伽馬光子不會穿過檢測器而未被檢測到。為了保持高分辨率，檢測器的準(zhǔn)直度必須足夠，以 顯著減少檢測到從除指向特定檢測器的直接路徑之外的路徑散射的伽馬光子。檢測器需要 足夠小以提供良好的空間分辨率。需要大量檢測器以實現(xiàn)合理的測量時間。在大量檢測器 上使用沉重的準(zhǔn)直裝置必然使掃描設(shè)備很重，并且因此設(shè)備以受控的且精確的方式圍繞大 型管道旋轉(zhuǎn)變得很難。當(dāng)管道水平時，必須在管周圍挖溝，以便允許有移動掃描設(shè)備的充足 空間，因此使用大型設(shè)備變得昂貴，尤其是當(dāng)管道位于海底時。所有這些考慮都為應(yīng)用高分 辨率X射線斷層照相法以便利用高能伽馬輻射掃描管道或其它大型結(jié)構(gòu)帶來了特定的問 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供這樣一種方法，但是本發(fā)明的方法可用于掃描除管道之外的 結(jié)構(gòu)并在包括干燥位置和海底位置的位置使用。
[0006] 本發(fā)明涉及掃描一結(jié)構(gòu)以檢測其物理性質(zhì)的方法。具體地，本發(fā)明涉及掃描細(xì)長 結(jié)構(gòu)（諸如管道）的掃描方法，以檢測可指示由侵蝕或腐蝕導(dǎo)致的壁厚變化的其材料密度 變化，或推斷出關(guān)于管道內(nèi)容物的信息，諸如管道內(nèi)的沉積物積累或流體流動性質(zhì)。通常， 所述方法和設(shè)備涉及通過經(jīng)由輻射檢測器來檢測輻射源所發(fā)射的輻射從而測量結(jié)構(gòu)的密 度。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種掃描方法，其掃描一結(jié)構(gòu)以檢測結(jié)構(gòu)的不同部分之間的密 度變化，所述方法包括步驟：
[0008] a)提供至少一個伽馬輻射源和能夠檢測所述伽馬輻射的多個檢測器單元，
[0009] 每個所述檢測器單元包括：
[0010] i.包括閃爍體的輻射檢測器，閃爍體包括閃爍材料并具有由其厚度t和高度h限 定的檢測表面，其中在檢測表面處t < h并且具有至少為2t的垂直于檢測表面的深度d，以 及
[0011] ii.用于響應(yīng)于伽馬輻射檢測閃爍體發(fā)射的光的光電檢測器，以及
[0012] iii.位于閃爍體和輻射源之間的準(zhǔn)直器；
[0013] b)使所述源單元沿朝向所述檢測器沿著預(yù)定輻射路徑發(fā)射伽馬輻射，其中，所述 路徑穿過所述結(jié)構(gòu)的至少一部分；
[0014] c)測量所述檢測器中的每個檢測到的伽馬輻射的光子數(shù)量；
[0015] d)根據(jù)與各個路徑相關(guān)的檢測器檢測到的光子的測量結(jié)果計算每個路徑的密度 值。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種掃描設(shè)備，其掃描一結(jié)構(gòu)以檢測結(jié)構(gòu)的不同部分之間的密 度變化，所述設(shè)備包括：
[0017] 至少一個源單元，其包括伽馬輻射源和被布置用以限制從源單元發(fā)射伽馬輻射的 屏蔽材料；能夠檢測所述伽馬輻射的多個檢測器單元，每個所述檢測器單元包括：
[0018] i.包括閃爍體的輻射檢測器，閃爍體包括閃爍材料并具有由其厚度t和高度h限 定的檢測表面，其中在檢測表面處t < h并且具有至少為2t的垂直于檢測表面的深度d，以 及
[0019] ii.用于響應(yīng)于伽馬輻射檢測閃爍體發(fā)射的光的光電檢測器，以及
[0020] iii.位于閃爍體和輻射源之間的準(zhǔn)直器；
[0021] 以及數(shù)據(jù)處理裝置，其用于根據(jù)與各個路徑相關(guān)的檢測器檢測到的光子的測量結(jié) 果計算每個路徑的密度值。
[0022] 本發(fā)明的設(shè)備適于用于本發(fā)明的掃描方法，其中，掃描目標(biāo)結(jié)構(gòu)以通過使輻射源 發(fā)射的輻射穿過結(jié)構(gòu)并檢測已經(jīng)穿過結(jié)構(gòu)之后的輻射來檢測結(jié)構(gòu)的形狀或組成的變化。所 述方法基于眾所周知的原理，即，被物體衰減或散射的輻射量與輻射所穿過的材料的質(zhì)量 相關(guān)。經(jīng)由測量穿過目標(biāo)結(jié)構(gòu)的通過每個選定路徑而檢測到的輻射量，能計算和/或比較 沿一個輻射路徑的結(jié)構(gòu)密度與沿不同的輻射路徑的結(jié)構(gòu)密度。"密度值"指的是處于從源到 特定檢測器的特定路徑上的結(jié)構(gòu)的實際或相對密度。密度值可呈伽馬光子計數(shù)數(shù)量或標(biāo)準(zhǔn) 化的、平滑的或相對的伽馬光子計數(shù)數(shù)量的形式。替代性地，密度值可以是根據(jù)伽馬光子的 計數(shù)數(shù)量計算出的值?？梢杂脠D表表示密度值，包括圖像或其一部分。本發(fā)明的輻射檢測 器的閃爍體的相對大小允許多個閃爍體緊鄰放置，以便獲得被檢測輻射的高空間分辨率， 從而以高精度檢測結(jié)構(gòu)的小部分的特征。所述方法對掃描諸如管的規(guī)則結(jié)構(gòu)尤其有用，但 是該方法和設(shè)備可用于掃描其它類型的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的特定實施例中，掃描方法是檢測 管道壁的密度變化的方法。使用此方法能夠檢測出空隙、裂縫、剝落、氣體水合物或變薄等 缺陷?？梢詸z測到相對于管壁的相鄰部分或相對于根據(jù)模型管道產(chǎn)生的參考值或計算值的 密度變化。
[0023] 在本發(fā)明的方法中，成陣列的檢測器單元與至少一個伽馬輻射源相對地安裝，以 便輻射沿檢測表面方向發(fā)射。待掃描的目標(biāo)結(jié)構(gòu)能夠插置在源和檢測器單元之間，以便源 發(fā)射的輻射能夠沿多個路徑穿過結(jié)構(gòu)的一部分并撞擊在檢測表面上。源和檢測器單元可相 對于目標(biāo)結(jié)構(gòu)移動（反之亦然），以便掃描結(jié)構(gòu)的不同部分。利用成陣列的檢測器的主要益 處在于可同時掃描通過結(jié)構(gòu)的不同路徑。每個路徑具有截錐形狀，源在頂端并且檢測器的 檢測表面在底部處。陣列中的每個檢測器限定通過結(jié)構(gòu)的不同路徑，以便可同時掃描的路 徑的數(shù)量等于陣列中檢測器的數(shù)量。根據(jù)掃描方法被使用的應(yīng)用，檢測器陣列中的檢測器 的數(shù)量可從少于10個變化到多于100個，例如，多達(dá)150個。實際上，屏蔽和使大量檢測器 準(zhǔn)直所需的屏蔽材料的質(zhì)量可為能夠使用的數(shù)量提供實際上限。
[0024] 源單元和檢測器單元可被以彼此固定的關(guān)系安裝在支撐件上，或者檢測器單元可 相對于源單元移動。非常優(yōu)選的是，當(dāng)設(shè)備正在操作時源單元和檢測器單元被安裝為成固 定關(guān)系。這使得本發(fā)明的設(shè)備能夠提供源和檢測器單元的精確固定對準(zhǔn)，以便由檢測器所 測量的計數(shù)的調(diào)節(jié)僅歸因于源和輻射路徑所通過的檢測器之間的材料。以此方式，能檢測 到這類材料的很小的密度差異，允許檢測到管道壁的厚度的變化或小的缺陷或厚的小的變 化。源和檢測器單元優(yōu)選被安裝為使得每個檢測器的檢測表面與以源為其原點的圓弧相 切。多個檢測器單元彼此緊鄰布置。優(yōu)選的是，成陣列的檢測器單元被布置為圓弧形式，該 圓弧的半徑以待掃描的物體或結(jié)構(gòu)的中心為圓心。檢測器單元的設(shè)計優(yōu)選使經(jīng)過每個檢測 器單元的的每個檢測路徑上的總距離最小化，以使得該陣列檢測器單元盡可能緊湊，同時 保持準(zhǔn)直裝置和檢測器的足夠大的深度，以便有效地檢測每個路徑上的伽馬光子。
[0025] 在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，源單元和檢測器單元被安裝在支撐件上，支撐件為待掃 描的結(jié)構(gòu)或其一部分提供了被放置在源單元和檢測器單元之間的裝置。支撐件以分隔開的 固定關(guān)系保持源單元和檢測器單元。因此，支撐件包括用于安裝至少一個源單元的裝置和 用于將多個檢測器單元安裝在支撐件上的裝置。支撐件可包括具有相對的第一和第二端的 細(xì)長部分或"臂"，所述檢測器單元和支撐單元可安裝或接合到相對的第一和第二端。用于 安裝檢測器單元的裝置包括與支撐件接合的檢測器外殼。支撐件、源單元和/或檢測器外 殼可形成為單個部件或形成為接合在一起的分開的部件。支撐件必須足夠堅固以能夠在不 變形的情況下支撐和移動檢測器和源單元，并且具有足夠剛性以保持源單元和檢測器外殼 (包括容納在其中的任何檢測器單元）之間的精確固定關(guān)系。支撐件的一種合適的材料包 括鋁合金，其可經(jīng)已知方法機(jī)加工以形成支撐件所需的形狀。
[0026] 檢測器外殼被成形為容納一個或多個檢測器單元并緊固這些單元，以便它們不會 在設(shè)備操作期間意外移動。優(yōu)選設(shè)備的一個重要特征是在在掃描方法中被使用期間檢測 器單元能以固定關(guān)系被保持到源。檢測器外殼可具有同時容納若干個檢測器單元（例如 2-100個單元）的尺寸和形狀。檢測器外殼可包括將檢測器單元容納在外殼內(nèi)的多于一個 位置處的裝置。該裝置可僅包括檢測器外殼，該檢測器外殼具有將檢測器單元容納在外殼 內(nèi)的多于一個位置處的足夠空間。如引導(dǎo)軌道或馬達(dá)的裝置也可被包括，以將一個或多個 檢測器單元從外殼內(nèi)的第一位置移動到外殼內(nèi)的第二位置。對利用成陣列的檢測器的掃描 方法的分辨率的實際限制是各個檢測器之間的間隔必須足夠大以允許最小需要量的屏蔽， 從而確保適當(dāng)?shù)仄帘蚊總€檢測器，防止光子撞擊到相鄰檢測器上。即使當(dāng)高密度的合金被 用于屏蔽檢測器時，也發(fā)現(xiàn)了檢測器間隔的實際限制是約Γ的圓弧。在設(shè)備的一個實施例 中，檢測器外殼具有這樣的尺寸，即，允許檢測器被容納在至少兩個位置處，彼此偏移一距 離，該距離是檢測器之間的距離的一部分。當(dāng)該部分是檢測器間隔距離的〇. 5倍（0. 5s)時， 通過當(dāng)檢測器陣列處于外殼中的第一位置時執(zhí)行第一掃描，然后當(dāng)檢測器陣列處于外殼中 的與第一位置偏移〇. 5s的第二位置時重復(fù)掃描可使設(shè)備分辨率加倍。如果設(shè)置額外的位 置，和或它們之間的角距離減小，則額外的掃描能提供額外的數(shù)據(jù)以提高掃描分辨率。例如 通過操作經(jīng)由螺線管進(jìn)行操作的動力開關(guān)，檢測器可以在至少兩個位置中的任何位置之間 移動。非常優(yōu)選的是提供在掃描時將檢測器陣列牢固地鎖定在單個位置的裝置。這種裝置 可包括與每個期望位置中的分度孔接合的彈簧銷或凸臺。
[0027] 在特別優(yōu)選的形式中，包括支撐件、檢測器外殼（包括其中的任何檢測器單元）和 源單元的設(shè)備可相對于結(jié)構(gòu)橫向地和/或旋轉(zhuǎn)地移動，并且提供實現(xiàn)這種移動的裝置。優(yōu) 選地，源單元和檢測器單元可圍繞結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，以便旋轉(zhuǎn)半徑的原點在結(jié)構(gòu)內(nèi)，例如，原點可 近似位于結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)平面中的幾何中心處。用于所述移動的裝置可包括機(jī)動或手動的推進(jìn) 和引導(dǎo)裝置，諸如軌道、軌部件、引導(dǎo)通道或定位指示器，以引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)路徑。優(yōu)選地，設(shè)備設(shè) 置有被成形為符合待掃描結(jié)構(gòu)的至少一部分的至少一個軌部件或軌道。對于管道掃描，例 如，可設(shè)置一個或多個弧形軌部件，以便設(shè)備可以例如通過渦輪驅(qū)動器或步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動花 鍵驅(qū)動輪、齒輪或嵌齒輪而沿軌部件移動，以圍繞結(jié)構(gòu)的圓周旋轉(zhuǎn)檢測器外殼和源。在優(yōu)選 形式中，引導(dǎo)裝置是分度的（indexed)，例如，通過提供驅(qū)動嵌齒輪的齒可接合到其中的缺 口，以使掃描設(shè)備移動。提供分度的移動可提供在圍繞結(jié)構(gòu)的已知角位置處的預(yù)定數(shù)量的 掃描位置。優(yōu)選地，提供使檢測器單元和源圍繞待掃描的結(jié)構(gòu)的圓周旋轉(zhuǎn)的裝置。對于圓 柱形物體，諸如管道，檢測器單元和源圍繞管道的圓周旋轉(zhuǎn)。在圍繞結(jié)構(gòu)的多個徑向偏移位 置處執(zhí)行掃描方法，從而可獲得穿過結(jié)構(gòu)的各個角度處的密度數(shù)據(jù)。
[0028] 引導(dǎo)裝置，例如軌部件，可部分地或完整地圍繞管道延伸。優(yōu)選圍繞結(jié)構(gòu)連續(xù)地移 動源和檢測器單元，以便避免與使設(shè)備相繼地加速和制動相關(guān)的諸如設(shè)備損壞或掃描系統(tǒng) 滑動的問題?？梢筮M(jìn)行多于一次的掃描以搜集足夠多的數(shù)據(jù)來確定結(jié)構(gòu)性質(zhì)，但是掃描 數(shù)量和掃描時間取決于從源前進(jìn)到檢測器單元的輻射必須通過的材料的密度和質(zhì)量。優(yōu)選 地，在掃描操作期間，保持以相對低的rpm，例如約1至約20rpm，尤其是l-10rpm，圍繞結(jié)構(gòu) 連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動。因此，在優(yōu)選設(shè)備中，設(shè)置諸如連續(xù)軌部件的裝置以能夠進(jìn)行這種移動。引 導(dǎo)裝置可以設(shè)置在多于一個部分中，遵循設(shè)備的布置，引導(dǎo)裝置被放在一起并選擇性地接 合，以形成用于掃描的期望長度的軌部件。源單元、檢測器單元、支撐和引導(dǎo)裝置可全部容 納在能夠包圍結(jié)構(gòu)的至少一部分的封裝件內(nèi)。封裝件可具有打開位置和閉合位置，在打開 位置，封裝件可定位成圍繞結(jié)構(gòu)，在閉合位置能夠掃描結(jié)構(gòu)。封裝件可采用鉸接的一對或成 組的卡爪的形式，卡爪可被夾緊到待掃描的結(jié)構(gòu)。
[0029] 可利用發(fā)電機(jī)或類似裝置從設(shè)備的移動重新獲得電力，然后該電力可用于幫助為 檢測器或設(shè)備的其它操作系統(tǒng)提供動力。
[0030] 設(shè)備的移動還可涉及手動地或通過機(jī)械裝置，例如通過遙控操作裝置（R0V)，使設(shè) 備升降和/或滑動。當(dāng)設(shè)備被布置在遠(yuǎn)程或水下位置時，R0V可是優(yōu)選的以便布置設(shè)備和使 設(shè)備移動。例如平行于管道或容器的軸線的線性移動可通過履帶機(jī)構(gòu)或利用軌部件或軌道 或替代性地通過諸如升降設(shè)備或R0V的外部裝置來實現(xiàn)。移動裝置可包括例如以特定的角 間距進(jìn)行分度（indexing)，以便提供在圍繞結(jié)構(gòu)的已知位置處的預(yù)定數(shù)量的掃描位置。對 于諸如掃描管道的應(yīng)用，可通過經(jīng)編程的電子控制單元控制該移動，例如執(zhí)行源和檢測器 單元相對于管道的預(yù)定定時的移動或成組的移動。移動可以是圍繞管道的圓周旋轉(zhuǎn)掃描和 /或沿管道軸向的橫向移動。
[0031] 設(shè)備可包括在待掃描結(jié)構(gòu)附近支撐設(shè)備的裝置。這種裝置可包括夾持件，其能夠 與結(jié)構(gòu)接合并將掃描設(shè)備支撐在結(jié)構(gòu)上的一個或多個位置?？墒謩硬僮鲓A持件，但優(yōu)選機(jī) 械地操作夾持件。
[0032] 根據(jù)待檢測的輻射的性質(zhì)和布置檢測器的環(huán)境選擇閃爍材料。原則上，可選擇任 何合適的閃爍材料，并且許多材料是已知的且以檢測輻射用途被售賣。在指定體積下，密度 高的材料提供更好的攔截輻射的能力，并因此閃爍體能形成為小于較低密度材料的可能情 形。小的閃爍體更穩(wěn)定，例如，它不太可能在晶體的不同部分之間具有溫差。較小的晶體更 有效地傳輸光，從而需要使用低功耗光電檢測器。對于本應(yīng)用重要的是，小的閃爍體能具有 小的檢測表面并因此能檢測到沿窄路徑行進(jìn)的輻射，而不存在來自背景的大量入射輻射或 來自相同或不同路徑的散射輻射。對于檢測伽馬輻射，優(yōu)選使用致密的無機(jī)材料，從而可利 用盡可能小的檢測器攔截入射光子。密度>5且具有高Z序數(shù)（原子序數(shù)）的閃爍材料是 優(yōu)選的。閃爍體優(yōu)選具有能夠攔截能量為662keV的伽馬光子的80%的深度和密度。為了 在需要抵抗環(huán)境條件，尤其是濕氣的應(yīng)用中使用，應(yīng)該選擇不吸潮的晶體閃爍體。用于伽馬 輻射的尤其優(yōu)選的檢測器包括BG0 (鍺酸鉍）、CdW04、LaBr3 (Ce)、LYS0 (硅酸釔镥，摻雜鈰）、 LS0(硅酸镥，摻雜鈰）和CeF3(氟化鈰）。當(dāng)需要機(jī)械強(qiáng)度高的檢測器時，優(yōu)選使用不具有 解理面的晶體，以便增加其對隨后的熱或機(jī)械沖擊的破碎的抵抗性。
[0033] 每個閃爍體具有檢測表面，檢測表明在使用時被布置為與輻射路徑交叉，以便輻 射撞擊在檢測表面上。未被布置作為檢測表面的檢測器的其它表面將被稱作非檢測表面。 盡管通常閃爍體的任何部分都能夠檢測光子，但在本說明書中檢測表面和非檢測表面的指 定涉及在用于檢測來自源的輻射的檢測器單元中閃爍體的布置。閃爍體還具有一表面，閃 爍體響應(yīng)于撞擊在檢測表面上的光子而產(chǎn)生的光通過該表面離開閃爍體。此表面在本文中 被稱作收集表面。收集表面被布置為與光電檢測器光通信。收集表面能接觸光電檢測器或 可通過一個或多個光發(fā)射器與光電檢測器分開，光發(fā)射器是由將閃爍體產(chǎn)生的光傳輸?shù)焦?電檢測器的材料制成的呈窗口、透鏡、光纖、光管或光學(xué)聯(lián)接材料等的形式。檢測器的收集 表面可具有與光電檢測器窗口類似的橫截面和形狀，或者可以不同。檢測器自身可用作光 導(dǎo)，以使閃爍體中產(chǎn)生的光中的相當(dāng)大比例傳輸?shù)焦怆姍z測器。在此上下文中，短語"相當(dāng) 大比例"的使用表示閃爍體中產(chǎn)生的所有光都傳輸?shù)焦怆姍z測器，除了由于光傳輸效率小 于100%而無意中損失的一部分光。
[0034] 每個檢測器包括閃爍體，閃爍體通常被支撐在合適的位置，以便檢測表面在距輻 射源特定距離和與輻射源成特定角度的位置處與源發(fā)射的輻射的路徑交叉。本發(fā)明的一個 特別的特征是，檢測器能顯著減少檢測到散射的輻射并增加檢測到源發(fā)射的沿特定直線路 徑的輻射的精確度。在檢測表面處設(shè)置t < h，更優(yōu)選地< 0. 5h，的細(xì)長形狀的檢測器使得 檢測器可以緊鄰放置，以便每個檢測器的空間分辨率高。檢測器的深度有助于檢測器的攔 截效率，因此優(yōu)選使用具有垂直于檢測表面的至少為2t (更優(yōu)選至少5t，特別是> 10t)的 深度d的檢測器，以便攔截和測量高能光子。
[0035] 閃爍體的檢測表面的最小尺寸優(yōu)選在約1mm和約l〇mm之間。最小尺寸被定義為 材料的厚度t。更優(yōu)選地，1mm < t < 5mm，并且在優(yōu)選實施例中，t為約5mm。優(yōu)選地，檢測 表面是大體矩形的，以便表面的面積被定義為tXh，其中，h在5-100_的范圍內(nèi)。更優(yōu)選 地，10mm < h < 50mm,并且在優(yōu)選實施例中，h為約25_40mm。閃爍體的深度d在10-100mm 的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，25mm < d < 75mm，并且在優(yōu)選實施例中，d為約40-60mm。
[0036] 輻射不可透過的材料可覆蓋閃爍體的檢測表面的一部分，以界定輻射可撞擊在其 上的檢測表面部分。準(zhǔn)直器可重疊和覆蓋晶體的一個或多個邊緣至約5_。
[0037] 優(yōu)選通過防止可檢測的輻射撞擊在非檢測表面的檢測器表面上來進(jìn)一步減少檢 測到散射光子。這通?？赏ㄟ^用防止輻射傳輸?shù)椒菣z測表面上的材料覆蓋除與光電檢測器 光通信的收集表面部分之外的非檢測表面來實現(xiàn)。在優(yōu)選實施例中，檢測器被屏蔽材料圍 繞，從而保護(hù)除與光電檢測器光通信的收集表面部分之外全部非檢測表面不受輻射。屏蔽 材料指的是高度衰減檢測器將檢測到的輻射的材料。通常，用于阻止諸如伽馬輻射的電磁 輻射的屏蔽材料包括鉛和重金屬合金。這類材料是設(shè)計輻射檢測器和核儀器領(lǐng)域的技術(shù)人 員眾所周知的。
[0038] 當(dāng)閃爍體薄時，由于伽馬光子與閃爍材料的相互作用而產(chǎn)生的閃爍光在進(jìn)入光電 檢測器之前可能進(jìn)行了若干次內(nèi)部反射。由于每次反射的效率小于100%，因此多次反射的 能力提供了多次光損失機(jī)會并因此降低檢測器的檢測效率。因此，優(yōu)選為非檢測表面設(shè)置 使得光在檢測器內(nèi)部反射的裝置。優(yōu)選地，非檢測表面涂覆有超反射涂層，能夠反射閃爍體 內(nèi)至少95 %的光，更優(yōu)選地，至少98 %的光。
[0039] 當(dāng)檢測器單元包括多于一個檢測器時，被布置為成陣列的檢測器的形式，本發(fā)明 的優(yōu)選實施例包括一塊屏蔽材料（"檢測器擋塊"），屏蔽材料具有從擋塊表面向內(nèi)延伸的 開口，每個開口包含檢測器，擋塊外側(cè)的輻射可接近檢測表面。檢測表面的一部分可被覆蓋 以屏蔽材料，以便界定檢測表面區(qū)域或機(jī)械地將檢測器保留在開口內(nèi)。檢測器的非檢測表 面可選擇性地被部分地或整個地封裝在開口內(nèi)并覆蓋以屏蔽材料。檢測器擋塊包括使閃爍 體的收集表面可與光電檢測器或光發(fā)射器接觸的裝置。這類裝置可采取閃爍體可延伸通過 的開口通路的形式，以便收集表面可接近光電檢測器或光發(fā)射器。
[0040] 通過提供用于限制輻射可行進(jìn)到檢測表面所沿的路徑的準(zhǔn)直裝置提高檢測器的 精確度。準(zhǔn)直裝置包括準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器由屏蔽材料形成并且被布置為使得從選定方向朝 向檢測表面前進(jìn)的輻射可與檢測表面接觸，而來自非選定方向的輻射被排除在檢測表面之 夕卜。以此方式，僅沿選定方向從輻射源前進(jìn)到檢測器的輻射可被檢測到。準(zhǔn)直器可被布置 為使得來自一個或多個選定輻射源的輻射被檢測到。準(zhǔn)直器的合適的設(shè)計能顯著減少檢測 到通常從源發(fā)射的光子所沿的路徑偏離的散射光子。替代性地，準(zhǔn)直器可被設(shè)計為使得優(yōu) 先檢測到散射光子和其它二次輻射。在優(yōu)選實施例中，準(zhǔn)直裝置包括一塊屏蔽材料，使得通 道，優(yōu)選是多個通道，延伸通過該屏蔽材料。準(zhǔn)直器擋塊包括多個通道，每個通常形成為通 過擋塊并且位置對應(yīng)于所述陣列中的檢測器之一。每個通道被成形為限定將被每個閃爍體 檢測到的輻射的路徑。每個通道在接近閃爍體的端部處具有開口，開口優(yōu)選安裝在閃爍體 的檢測表面之上，以便檢測表面或其一部分位于通道的開口內(nèi)。遠(yuǎn)離閃爍體的通道端部是 開放的，以允許輻射進(jìn)入通道并前進(jìn)到閃爍體。開口優(yōu)選位于與以源為原點的圓的切線的 平面上。遠(yuǎn)端開口的面積限定輻射能通過其到達(dá)檢測表面的最大有用面積。通道壁通常是 平直的。根據(jù)檢測器的要求和源發(fā)射的輻射的能量確定通道的長度。相比較短的通道，較長 的通道更多地減少檢測到散射或反射的輻射，因此對特定路徑的輻射的檢測分辨率更高。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)待校準(zhǔn)的輻射類型根據(jù)已知的物理原理確定準(zhǔn)直通道的長度。一 般而言，對于來自銫源（其是在本發(fā)明的方法和設(shè)備中使用的優(yōu)選源）的準(zhǔn)直輻射，應(yīng)該使 用至少50mm的準(zhǔn)直深度。鈷源需要更高的準(zhǔn)直性并且通常應(yīng)該使用至少75-80mm的深度。 镅發(fā)射較少能量的伽馬輻射并且僅需要約20mm的準(zhǔn)直深度。镅可用于一些應(yīng)用，但不適合 用于掃描鋼管道，其是優(yōu)選應(yīng)用。準(zhǔn)直器通道的深度d優(yōu)選在30-150mm的范圍內(nèi)。更優(yōu)選 地，50 < d < 150,并且當(dāng)與適于掃描大型管道的銫源一起使用時，d最優(yōu)選為約80-120mm。
[0041] 通道的剖面可具有任何方便的形狀，但是通道優(yōu)選具有與檢測表面相同的形狀和 取向。通常，通道具有大體矩形剖面。通道剖面的形狀和/或尺寸可沿通道的長度改變，或 者它們可保持基本恒定。在優(yōu)選實施例中，至少一個準(zhǔn)直器通道具有中少一個壁，所述至少 一個壁限定與以源為原點的圓的半徑對準(zhǔn)的通道。優(yōu)選地，通道的每個壁都與所述圓的不 同半徑對準(zhǔn)，以便通道的開口對準(zhǔn)為直接面向源。優(yōu)選地，在這種布置中，遠(yuǎn)離閃爍體的準(zhǔn) 直器的端部具有位于以源作為原點的圓的切線的平面上的開口。以此方式，對于檢測器表 面的任何給定面積可最大化光子的檢測，所述光子沿直線從源通過目標(biāo)結(jié)構(gòu)沿準(zhǔn)直通道前 進(jìn)到檢測器。更優(yōu)選地，所有準(zhǔn)直器通道的至少一個壁，優(yōu)選它們的所有壁，與以源為原點 的圓的半徑對準(zhǔn)。在這種布置中，準(zhǔn)直器通道的壁互相不平行，并且所有通道都面對源方 向。當(dāng)采用準(zhǔn)直器通道的這種對準(zhǔn)方式并且成陣列的檢測器單元被布置為不以源為原點的 圓弧時，準(zhǔn)直器通道中的至少一些不沿垂于該圓弧的切線的方向延伸。對于掃描諸如管道 的圓柱結(jié)構(gòu)這是優(yōu)選的布置。為了生產(chǎn)具有此優(yōu)選對準(zhǔn)方式的準(zhǔn)直器通道，優(yōu)選通過機(jī)加 工方法在一塊屏蔽材料中形成每個通道。為此，不優(yōu)選使用在X射線斷層照相設(shè)備（例如 在US-A-4338521中所述的）的檢測器單元中出現(xiàn)的那類屏蔽材料板，例如，鋼板。
[0042] 在本發(fā)明的設(shè)備的一個實施例中，檢測器單元包括準(zhǔn)直器擋塊和檢測器擋塊，它 們接合在一起，以便每個通道的近端與檢測器的檢測表面對準(zhǔn)。準(zhǔn)直器擋塊和檢測器擋塊 接合在一起，以便它們之間的連接不允許未前進(jìn)通過與檢測表面對準(zhǔn)的通道的輻射撞擊在 檢測器的檢測表面上?？衫脝纹帘尾牧闲纬蓹z測器擋塊和準(zhǔn)直器擋塊，但通常更容易 的是，單獨地制造它們，然后將它們接合在一起。
[0043] 準(zhǔn)直器擋塊可由諸如鉛或重金屬合金的衰減伽馬輻射的致密屏蔽材料形成。替代 性地，準(zhǔn)直器擋塊可至少部分地由不那么致密的材料形成，例如鋼，其提供較少的屏蔽，但 是不像諸如鉛或重合金的更致密屏蔽材料那樣重。在這種準(zhǔn)直器的一個類型中，準(zhǔn)直器通 道由諸如鋼的第一材料形成，并且屏蔽能力大于第一材料的諸如重合金的第二材料層位于 檢測器單元的至少一個外表面之上。以此方式，可更好地保護(hù)檢測器單元不受來自選定方 向而非來自其它方向的散射輻射的影響。實際上，能通過計算和/或模擬來確定從特定角 度散射的伽馬輻射將撞擊在檢測器單元上的可能性。然后，此信息可用于對散射的伽馬光 子更可能接觸檢測單元的那些檢測單元表面提供更多的屏蔽?？赏ㄟ^使用更致密的材料或 通過增加屏蔽材料的厚度來提供更多的屏蔽。在檢測器單元的不同部分處提供不同的屏蔽 或用不同材料形成檢測器單元的一個優(yōu)點是，能降低檢測器單元的重量，同時基本保持檢 測器的屏蔽和準(zhǔn)直。如果材料具有大于傳統(tǒng)致密屏蔽材料（諸如鉛或重合金）的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 使得必須使用更少的結(jié)構(gòu)支撐件來支撐準(zhǔn)直器擋塊，則可獲得利用諸如鋼的材料形成準(zhǔn)直 器的至少一部分的另一個優(yōu)點。
[0044] 光電檢測器可以是光電二極管、光電倍增管（PMT)或其它合適的光檢測裝置。目 前，PMT是優(yōu)選的光電二極管，因為它們對相當(dāng)?shù)退降墓飧舾?，但是隨著技術(shù)發(fā)展其它 光電檢測器（諸如，硅光電倍增器或雪崩光電二極管）的使用可能會變得更優(yōu)選。光電檢 測器響應(yīng)于通過光學(xué)窗口進(jìn)入其中的光產(chǎn)生電信號。光電檢測器檢測到的波長應(yīng)該盡可能 匹配閃爍體產(chǎn)生的波長，以使檢測效率最大化。通常，為每個閃爍體設(shè)置光電檢測器，以便 每個閃爍體檢測的輻射量可與其它閃爍體相獨立地被測量。
[0045] 光電檢測器通過諸如夾持件或底座的附接裝置被保持就位。當(dāng)存在多于一個光電 檢測器時，它們可以被安裝在底座擋塊內(nèi)的固定位置處。底座擋塊由不可透過光且不可透 過可能影響光電檢測器產(chǎn)生的信號的任何其它輻射的材料形成。光電檢測器被安裝為其光 學(xué)窗口光學(xué)地聯(lián)接到閃爍體的收集表面。可利用光學(xué)聯(lián)接粘合劑聯(lián)接光電檢測器。選擇合 適的光學(xué)聯(lián)接材料，諸如具有一些彈性的粘合劑，能使檢測器單元具有對振動或沖擊振動 的影響的抗性。通常，光電檢測器與閃爍體相鄰，但是如果設(shè)置將光從閃爍體傳輸?shù)焦怆姍z 測器的光傳輸裝置的話，則光電檢測器可以與閃爍體在物理上分離。在該情形中，重要的是 光傳輸效率越高越好。
[0046] 光電檢測器可以與其相應(yīng)的閃爍體和準(zhǔn)直器成同軸關(guān)系。替代性地，光電檢測器 可被安裝為與準(zhǔn)直器和閃爍體的軸線成角度，例如，與該軸線成在約45和100度之間的角 度，尤其是約90°。與閃爍體和準(zhǔn)直器的軸線成角度地安裝光電檢測器的一個優(yōu)點是，與其 中同軸地安裝光電檢測器的檢測單元相比可減小檢測器單元的總深度。減小檢測器單元的 深度有助于使在目標(biāo)結(jié)構(gòu)周圍執(zhí)行掃描所需的空間最小化，并且這能允許在受限的空間中 進(jìn)行掃描和/或使在掃描之前在管道周圍挖槽的需要最小化。
[0047] 在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，提供成陣列的η個檢測器單元，包括成陣列的η個輻射 檢測器，其包括：
[0048] η個閃爍體，
[0049] η個光電檢測器，每個光電檢測器與相應(yīng)的閃爍體光學(xué)聯(lián)接，由高度衰減材料制成 的檢測器擋塊包含通過檢測器擋塊從第一表面延伸到第二表面的η個通道，每個通道的大 小形成為容納單個閃爍體，以及
[0050] 閃爍體擋塊，其包括具有貫穿其延伸的η個通道的一塊屏蔽材料，并且其中，閃爍 體擋塊接合到檢測器擋塊，使得每個通道與閃爍體對準(zhǔn)。
[0051] 其中，每個閃爍體位于檢測器擋塊中的通道內(nèi)，
[0052] 其中，η = 2-150范圍內(nèi)的整數(shù)。
[0053] 每個檢測表面優(yōu)選形成以輻射源作為原點的圓弧的切線。在一個實施例中，每個 檢測器表面形成以輻射源為原點的部分球面的切線。
[0054] 源單元包括貫穿輻射源、源支架和準(zhǔn)直器。準(zhǔn)直器和源支架可結(jié)合。準(zhǔn)直器由高 度衰減源發(fā)射的輻射的材料形成，并且通常由已知類型的常用于屏蔽合適能量和類型的輻 射的重合金材料形成。準(zhǔn)直器被布置且適于將源單元發(fā)射的輻射限制為預(yù)定的束形狀和方 向。優(yōu)選地，輻射束通過準(zhǔn)直器被成形為以形成扇形、錐形、截錐形或扇區(qū)，在每種情形中都 以源為原點（origin)。優(yōu)選的束形狀是圓柱形扇區(qū)，S卩，具有厚度而非平面的扇區(qū)。優(yōu)選 地，使束準(zhǔn)直以在檢測器位置處提供總體形狀和面積與該陣列檢測器的組合的檢測表面相 同的束區(qū)域。在設(shè)備的優(yōu)選形式中，源單元被安裝在支撐件上，優(yōu)選在細(xì)長支撐件的端部區(qū) 域中。
[0055] 通過被測量材料（例如，容器和/或其內(nèi)容物）對輻射的透明度（即，介質(zhì)的衰減 系數(shù)）以及合適的源和檢測器的實用性來選擇輻射源。為了掃描大型實心結(jié)構(gòu)，諸如加工 容器和管道，合適的伽馬源包括 6°Co和37&、3%&、21 111、24似和8^1，但是能使用穿透能量足夠 的任何伽馬發(fā)射同位素，并且許多這種伽馬發(fā)射同位素已經(jīng)常規(guī)地用于密度計，諸如用作 液位測量裝置的那些。通常，所使用的放射性同位素的半衰期為至少2年，并最好為至少10 年。上述放射性同位素的半衰期為： 37Cs伽馬射線30年、33Ba約10年以及24Am約430年。 合適的源通常發(fā)射能量在約40和1500keV之間的輻射。
[0056] 源單元可包括一個或多于一個源。掃描方法可根據(jù)需要采用多于一個源。
[0057] 設(shè)備進(jìn)一步包括用于根據(jù)來自檢測器單元中的檢測器的電信號進(jìn)行操作的信號/ 數(shù)據(jù)處理器和控制設(shè)備的操作的控制器。代表閃爍體檢測到的光子計數(shù)的信號被數(shù)據(jù)處理 器處理。信號可進(jìn)行濾波或穩(wěn)定算法、求平均或根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實踐進(jìn)行其它操作。數(shù)據(jù)處理器可 基于來自輻射檢測器或來自信號處理器（如果存在的話）的信號進(jìn)行計算。數(shù)據(jù)處理器可 輸出關(guān)于在一段時間間隔內(nèi)測量的輻射量的信息，或者它可進(jìn)一步計算被掃描結(jié)構(gòu)的派生 特性，通常是在通過結(jié)構(gòu)的輻射路徑之間的體積密度或體積密度變化的形式。在圍繞結(jié)構(gòu) 的多個徑向偏移位置處執(zhí)行掃描方法，從而在通過結(jié)構(gòu)的多個角度處獲得密度數(shù)據(jù)，并且 斷層照相算法可用于提供關(guān)于通過結(jié)構(gòu)的不同路徑處的密度變化的信息。在優(yōu)選形式中， 通過數(shù)據(jù)處理單元利用斷層照相算法操作來自檢測器的數(shù)據(jù)，以便產(chǎn)生沿不同路徑的結(jié)構(gòu) 的密度或組成的圖示。數(shù)據(jù)處理器可包含關(guān)于輻射源的標(biāo)度或信息。數(shù)據(jù)處理器輸出可連 接到顯示器或（可選地，無線的）傳輸裝置，從而能將信號從設(shè)備發(fā)送到遠(yuǎn)程位置。替代性 地，可發(fā)送包括來自輻射檢測器自身的數(shù)據(jù)的信號，以便在遠(yuǎn)程位置處進(jìn)行處理。提供電源 以向光電檢測器、數(shù)據(jù)處理器和控制電子元件提供動力并且還向用于使設(shè)備移動的馬達(dá)提 供動力。
[0058] 在本發(fā)明的掃描方法的應(yīng)用時，設(shè)備被布置為使得源單元和檢測器單元被布置為 與待掃描結(jié)構(gòu)相關(guān)，以便從源到檢測器單元中的檢測器的一個或多個輻射路徑穿過結(jié)構(gòu)的 期望部分。通過布置在設(shè)備中的每個檢測器單元中的檢測器來測量計數(shù)形式的輻射量。在 圍繞結(jié)構(gòu)的多個徑向偏移位置處執(zhí)行掃描方法，從而可以在通過結(jié)構(gòu)的多個角度處獲得密 度數(shù)據(jù)。然后，可將設(shè)備移動到相對于結(jié)構(gòu)的不同位置或取向處，并且重復(fù)測量。以此方 式，對通過每個穿過結(jié)構(gòu)的輻射路徑的輻射的衰減的記錄被搜集并用于計算變化的位置或 用于建立結(jié)構(gòu)及其內(nèi)容物的表現(xiàn)。例如可突出結(jié)構(gòu)內(nèi)的缺陷或其它特征的密度的變化的信 息能利用已知用于斷層照相法的數(shù)據(jù)分析工具從檢測器收集的數(shù)據(jù)獲得。
[0059] 對于水下操作，優(yōu)選通過浮力塊增加設(shè)備的浮力。如果使用，則浮力塊可通過彈性 附接件附接到設(shè)備，以便在移動設(shè)備期間能使產(chǎn)生的浮力平衡。額外地或替代性地，設(shè)備內(nèi) 的空間可包含泡沫材料，以向設(shè)備提供正浮力。設(shè)備的一部分可涂覆有彈性泡沫材料，同樣 是為了提供浮力并保護(hù)設(shè)備不會受到物理損壞，諸如碰撞損壞以及環(huán)境誘發(fā)的損壞，諸如 侵蝕。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0060] 將參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，附圖為：
[0061] 圖1是適合用于本發(fā)明的掃描方法和設(shè)備的閃爍體的示意圖。
[0062] 圖1A是從方向A觀看的圖1的閃爍體的視圖。
[0063] 圖1B是適合用于本發(fā)明的掃描方法和設(shè)備的替代性閃爍體的示意圖。
[0064] 圖2是經(jīng)過檢測器單元的剖面的示意圖。
[0065] 圖3是經(jīng)過檢測器單元的縱向剖面的示意圖。
[0066] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的形成輻射檢測器的一部分的檢測器擋塊的示意圖。
[0067] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的形成輻射檢測器的一部分的光電倍增器安裝擋塊的示意圖。
[0068] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的形成輻射檢測器的一部分的準(zhǔn)直器擋塊的示意圖。
[0069] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的輻射檢測器的示意性剖視圖。
[0070] 圖7是經(jīng)過替代性檢測器單元的剖面的示意圖。
[0071] 圖8是圖7的檢測器單元的正視圖。
[0072] 圖9是設(shè)備的優(yōu)選布置的示意圖。
[0073] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的用于設(shè)備的成陣列的檢測器單元的示意圖。
[0074] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一部分的示意圖。
[0075] 圖12是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備示意性正視圖。
[0076] 圖13是圖12中所示的設(shè)備的示意性立體圖。
[0077] 圖14是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意性正視圖，以及
[0078] 圖15是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意性正視圖。

【具體實施方式】
[0079] 圖1和1A不出厚度t為5_、高度h為30mm且深度d為75mm的BG0閃爍晶體10。 檢測表面12與收集表面14相反。除了檢測和收集表面之外，晶體的所有表面都涂覆有高 度反射涂層。圖1B示出替代性的閃爍晶體。
[0080] 圖2示出經(jīng)過檢測器單元30的橫向剖面，包括高度衰減輻射的重合金擋塊16,該 重合金擋塊16是用作伽馬輻射屏蔽材料類型的重合金。該擋塊具有從擋塊的正面延伸到 相反的背面的準(zhǔn)直通道18。在使用時，閃爍晶體10被擋塊容納，使得晶體的檢測表面位于 擋塊的正面處，并且收集表面24光學(xué)地連接到PMT20。PMT20A連接到相鄰的晶體10 (未示 出），并且被示出表示PMT封裝在檢測器單元內(nèi)。檢測器單元包括十九個檢測器，每個檢測 器包括晶體10和PMT20,并且被安裝為與檢測器單元擋塊中的準(zhǔn)直通道18對齊。
[0081] 圖3示出經(jīng)過包括準(zhǔn)直擋塊40、檢測器擋塊20和PMT安裝擋塊30 (分別在圖4-6 中示出）的組裝的輻射檢測器的縱剖面。擋塊被安裝在一起，從而使得通道46、36和26都 對齊，一起形成從準(zhǔn)直器擋塊的正面延伸到PMT安裝擋塊的背面的通道。閃爍體10被容納 在通道26內(nèi)，并且PMT50被容納在通道36內(nèi)。PMT可通過能從通道36的后面接近的連接 器連接到電子數(shù)據(jù)處理和控制設(shè)備。用虛線輪廓示出通道46a、36a和26a和閃爍體10a和 PMT50a，因為它們與實線輪廓的各個通道和部件不在同一平面內(nèi)。在所示實施例中，通道的 縱向軸線與擋塊20、30和40的縱向軸線51形成在Γ和2°之間的角度。
[0082] 圖4示出包括高度衰減輻射的矩形重合金擋塊21的檢測器擋塊，該重合金擋塊 21是用作伽馬輻射屏蔽材料類型的重合金。該擋塊具有從擋塊的正面22延伸到相反的背 面24的通道26。盲孔插槽（blind socket) 28被設(shè)置成用于放置和安裝準(zhǔn)直器擋塊。通道 26的尺寸被設(shè)置為容納閃爍晶體。在使用時，閃爍晶體被容納在每個通道26中，使得晶體 的檢測表面在擋塊的正面26處并且收集表面在背面24處。圖5示出光電倍增器安裝擋塊 30,其包括諸如polytetraf luoroethane的白色塑料材料的矩形擋塊。通道36從擋塊的正 面32延伸到相反的背面34。通道均具有合適的尺寸以容納小的光電倍增管。通道被布置 在擋塊中，使得當(dāng)檢測器擋塊的背面24放置為靠著PMT安裝擋塊的正面32時，在擋塊30 的正面處的每個開口抵靠安裝在相鄰檢測器擋塊中的閃爍晶體的收集表面14。盲孔插座 38被設(shè)置成用于放置和安裝檢測器擋塊。圖6示出包括矩形重合金擋塊40的準(zhǔn)直器擋塊， 重合金擋塊高度衰減輻射并且是用作伽馬輻射屏蔽材料類型的重合金。擋塊具有從擋塊的 正面42延伸到相反的背面44的通道46。盲孔插頭48被設(shè)置成用于放置和安裝檢測器擋 塊。通道46的寬度和高度略小于檢測器擋塊中的閃爍體容納通道的寬度和高度。在組裝 的輻射檢測器中，準(zhǔn)直器擋塊40的背面44被安裝位靠著檢測器擋塊20的正面22,從而使 得通道46與通道26對齊。在圖10中，示出了由19個準(zhǔn)直器通道、閃爍體和PMT構(gòu)成的檢 測器單元，其中，準(zhǔn)直器通道形成到單個擋塊中，彼此分隔開并成弧形上約1度的角度。
[0083] 圖7和8示出檢測器單元的替代性布置。在圖7中，形成準(zhǔn)直器62并保持準(zhǔn)直器 64和PMT66的擋塊60由不銹鋼形成。PMT被安裝為不與輻射方向?qū)?zhǔn)，以便減小檢測器單 元的總深度。輻射方向由箭頭指示。圖8示出從箭頭方向觀看的正視圖。由致密的重合金 屏蔽材料形成的層68和69被定位在鋼擋塊60的上方或下方。此材料為檢測器提供額外 的屏蔽，防止散射輻射撞擊在檢測器單元上。
[0084] 圖11示出在一端處剛性接合到大體弧形的檢測器外殼72上的支撐件70,支撐件 70完全由鋁合金形成，并且其另一端接合到源單元74。圖9示出了源和檢測器單元的布置。 圖示了三個準(zhǔn)直器通道的方向，以便示出它們與源方向?qū)?zhǔn)而非與結(jié)構(gòu)的半徑Rt對準(zhǔn)。源 和檢測器的外殼被布置為圍繞結(jié)構(gòu)上在具有半徑Rt的路徑上的中心點旋轉(zhuǎn)。源單元包括 被重合金屏蔽材料76包圍的伽馬輻射銫源78,重合金屏蔽材料76包括朝向檢測器外殼將 輻射準(zhǔn)直為扇形束80的狹槽。檢測器外殼包括鋁合金架，并且在所示實施例中，包含兩個 弧形陣列的檢測器單元30,每端一個。檢測器外殼包括軌道，沿該軌道檢測器單元可移動到 外殼內(nèi)的不同位置。如果需要，所示外殼可容納一個或多個額外的檢測器單元陣列。
[0085] 圖12和13示出用于掃描內(nèi)徑為約234mm且壁厚為約43mm的鋼管82的設(shè)備，以 檢測壁的變化和缺陷。管壁被隔離材料層84圍繞。支撐構(gòu)件86通過經(jīng)由臂90液壓操作 的夾持件88夾持到管道。支撐構(gòu)件還支撐軌道92,軌道92支撐支撐件70、檢測器外殼72 和源單元74。安裝在檢測器外殼上的馬達(dá)94沿軌道可操作以移動檢測器外殼和源單元并 由此圍繞管道旋轉(zhuǎn)源的位置和檢測器。在每個位置處，源朝向兩個檢測器單元中的每個檢 測器發(fā)射的輻射形成通過管壁和隔離件的數(shù)量等于檢測器的數(shù)量的多個輻射路徑，在本情 形中為（19X2) =38個能同時被掃描的單個路徑。當(dāng)設(shè)備沿軌道旋轉(zhuǎn)到不同的位置時，能 掃描另外38個路徑。通過容納在外殼96中被布置為朝向支撐件的頂部的數(shù)據(jù)處理器處理 和存儲被檢測器檢測到的數(shù)的形式的數(shù)據(jù)。檢測器單元在所示多個位置中的布置尤其適于 掃描管道壁和隔離件，以檢測管中不同位置之間的缺陷和變化。
[0086] 在所示的檢測器外殼中，在外殼的中心部分具有用于放置一個或多個檢測器單元 的空間。在該位置，檢測器單元將檢測穿過管的內(nèi)腔及其內(nèi)容物的輻射。因此，在這種位置 處使用檢測器單元適于對管和內(nèi)容物進(jìn)行斷層照相掃描。
[〇〇87] 圖14-15示出根據(jù)本發(fā)明的掃描設(shè)備的另一實施例。該設(shè)備包括兩部分式鉸接外 殼102,它們一起形成具有卡爪的夾持件，卡爪能通過液壓缸98的操作圍繞管82打開（圖 14)和閉合（圖15)。當(dāng)閉合時，鉸接外殼圍繞管但與管的表面分隔開。滾子100接觸管的 表面并維持管外殼與管的間隔。外殼102覆蓋和包含如上所述的用于一個或多個陣列的檢 測器單元和源單元的檢測器外殼。源和檢測器單元被安裝為彼此成固定關(guān)系并且被布置為 沿卡爪內(nèi)的軌道移動，從而圍繞管道的圓周旋轉(zhuǎn)?？烧{(diào)節(jié)的夾具104存在于管的每側(cè)，通過 液壓缸108夾具104可操作成夾緊管并使管處于卡爪和管之間的空間的中心處。當(dāng)鉸接外 殼借助夾具104圍繞管閉合并集中時，源單元和檢測器外殼圍繞管旋轉(zhuǎn)，從而使得處于圍 繞管的多個角位置處的檢測器能獲得密度信息。然后處理數(shù)據(jù)以產(chǎn)生在圍繞掃描操作路徑 的不同位置處的管的斷層照相圖像或管的一個或多個特性的指示。當(dāng)獲得了足夠的數(shù)據(jù) 時，外殼被打開并沿管道移動到不同的位置處以獲得新的掃描數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1. 包括閃爍體的輻射檢測器，閃爍體包括閃爍材料并具有由其厚度t和高度h限定的 檢測表面，其中在檢測表面處t < h并且具有至少為2t的垂直于檢測表面的深度d，以及 ii. 用于響應(yīng)于伽馬輻射檢測閃爍體發(fā)射的光的光電檢測器，以及 iii. 位于閃爍體和輻射源之間的準(zhǔn)直器； b) 使所述源單元沿朝向所述檢測器沿著預(yù)定輻射路徑發(fā)射伽馬輻射，其中，所述路徑 穿過所述結(jié)構(gòu)的至少一部分； c) 測量所述檢測器中的每個檢測器檢測到的伽馬輻射的光子數(shù)量； d) 根據(jù)與各個路徑相關(guān)的檢測器檢測到的光子的測量結(jié)果計算每個路徑的密度值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，多個檢測器單元被布置為彼此緊鄰的圓弧形式， 該圓弧具有以待掃描結(jié)構(gòu)的中心為圓心的半徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，源單元和檢測器單元被間隔開地安裝在支 撐件上，該支撐件提供了使得待掃描結(jié)構(gòu)的至少一部分位于源單元和檢測器單元之間的裝 置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中，源單元和檢測器單元圍繞結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)， 旋轉(zhuǎn)半徑的原點在結(jié)構(gòu)內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，提供引導(dǎo)裝置以沿預(yù)定路徑引導(dǎo)所述旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述引導(dǎo)裝置是分度的。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，1mm < t < 5mm、10mm < h < 50mm并 且 25mm < d < 75mm。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，每個檢測器單元的準(zhǔn)直器的深度在 50_150mm的范圍內(nèi)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，遠(yuǎn)離閃爍體的準(zhǔn)直器的端部具有開 口，該開口位于以源作為其原點的圓的切線的平面上。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，至少一個準(zhǔn)直器具有限定通道的至 少一個壁，該通道與以源作為其原點的圓的半徑對準(zhǔn)。 II. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，通道的每個壁與所述圓的不同半徑對準(zhǔn)并且 通道的開口對準(zhǔn)為直接面向源。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述光電檢測器被安裝為與準(zhǔn)直器 和閃爍體的軸線成一角度。
13. -種掃描設(shè)備，其掃描一結(jié)構(gòu)以檢測結(jié)構(gòu)的不同部分之間的密度變化，所述設(shè)備包 括：至少一個源單元，其包括伽馬輻射源和被布置用以限制從源單元發(fā)射伽馬輻射的屏蔽 材料；能夠檢測所述伽馬輻射的多個檢測器單元，每個所述檢測器單元包括： i.包括閃爍體的輻射檢測器，閃爍體包括閃爍材料并具有由其厚度t和高度h限定的 檢測表面，其中在檢測表面處t < h并且具有至少為2t的垂直于檢測表面的深度d，以及
11. 用于響應(yīng)于伽馬輻射檢測閃爍體發(fā)射的光的光電檢測器，以及 iii.位于閃爍體和輻射源之間的準(zhǔn)直器； 以及數(shù)據(jù)處理裝置，其用于根據(jù)與各個路徑相關(guān)的檢測器檢測到的光子的測量結(jié)果計 算每個路徑的密度值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述源單元和所述檢測器單元以固定間隔分 開的關(guān)系被安裝在支撐件上，該支撐件具有用于圍繞圓弧旋轉(zhuǎn)源單元和檢測器單元的裝 置，該圓弧的原點位于源單元和檢測器單元之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述裝置包括用于沿預(yù)定路徑引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)的引 導(dǎo)裝置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述引導(dǎo)裝置包括能夠移動以形成連續(xù)的引 導(dǎo)裝置的多于一個部分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13-16中任一項所述的設(shè)備，其中，所述準(zhǔn)直器至少部分地由具有屏 蔽伽馬福射的第一屏蔽能力的第一材料形成，并且屏蔽能力大于第一材料的第二材料層位 于檢測器單元的至少一個外表面上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13-17中任一項所述的設(shè)備，其中，多個檢測器單元被布置為彼此緊 鄰的圓弧形式，該圓弧具有位于源單元和檢測器單元之間的原點。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13-18中任一項所述的設(shè)備，其中，1mm < t < 5mm、10mm < h < 50mm 并且25mm < d < 75mm，并且每個檢測器單元的準(zhǔn)直器的深度在50-150mm的范圍內(nèi)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13-19中任一項所述的設(shè)備，其中，遠(yuǎn)離閃爍體的準(zhǔn)直器的端部具有 開口，該開口位于以源作為其原點的圓的切線的平面上。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13-20中任一項所述的設(shè)備，其中，至少一個準(zhǔn)直器具有限定通道的 至少一個壁，該通道與以源作為其原點的圓的半徑對準(zhǔn)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，通道的每個壁與所述圓的不同半徑對準(zhǔn)并且 通道的開口對準(zhǔn)為直接面向源。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13-22所述的設(shè)備，其中，所述光電檢測器被安裝為與準(zhǔn)直器和閃爍 體的軸線成一角度。
【文檔編號】G01T1/164GK104067112SQ201280062513
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月2日
【發(fā)明者】C·鮑登, P·D·費通比, J·S·霍斯坦, P·杰克森, K·詹姆斯, E·羅齊 申請人:莊信萬豐股份有限公司