本發(fā)明涉及一種探測模塊，尤其涉及一種對背散射x射線進行探測的背散射探測模塊。

背景技術：

目前已有的背散射探測器，均是采用閃爍體材料將背散射x射線轉換成熒光光子，熒光光子再經(jīng)過光傳感器收集并轉換成電信號輸出?？紤]到背散射x射線的特點，若想提高背散射x射線的探測效率和靈敏度，就要求背散射探測器必須有足夠大的靈敏面積，一般方式是在掃描成像系統(tǒng)的筆形束兩側配備若干大面積背散射探測器。

為了提高背散射x射線系統(tǒng)的性能指標，產(chǎn)生熒光光子的閃爍體材料必須余暉低、x射線吸收率高以及光轉換效率高，其發(fā)光光譜與光傳感器的光譜響應相匹配。目前滿足條件的背散射探測器用的閃爍體材料一般分兩類，即粉屏類(如gos、氟氯化鋇等)或透明晶體類。粉屏類的閃爍體一般余暉低、光轉換效率高，但密度低，導致對背散射x射線的吸收效率也低，同時因其透光率低，所以粉屏類閃爍體只能采用薄層結構；透明晶體類的閃爍體一般光轉換效率高，對背散射x射線的吸收效率也高，但其價格高、做成大面積工藝難，這些都是限制其在背散中使用的原因。

除背散射探測器所用閃爍體材料外，目前背散探測器主要采用閃爍體膜，再用光電倍增管作為光電轉換器件；此種背散探測器體積大，裝配不方便且抗震性能差，而且探測效率低。

在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本發(fā)明的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種探測效率高、結構緊湊的背散射探測模塊。

本發(fā)明的額外方面和優(yōu)點將部分地在下面的描述中闡述，并且部分地將從描述中變得顯然，或者可以通過本發(fā)明的實踐而習得。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種背散射探測模塊，包括板狀的透光載體、兩層閃爍體及光傳感器；透光載體由可供熒光光子透過的材料制作，具有兩個相對的透光平面以及至少一個出光端面，所述出光端面位于兩個所述透光平面之間；兩層閃爍體分別固定貼合于兩個所述透光平面；光傳感器耦合于所述出光端面。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述透光載體層疊設置有多個，每個所述透光載體的兩個透光平面上均貼合有一層所述閃爍體。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述透光載體為整體的矩形板。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述透光載體包括兩個三棱鏡，兩個所述三棱鏡各自具有一全反射面以及一出光端面，兩個所述全反射面相互粘結以使兩個所述三棱鏡組成長方體結構，兩個所述出光端面上各設置有一個光傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述透光載體包括包括多個并排設置的圓形或方形的光纖，所述光纖與所述閃爍體光學粘接，所述光纖的端面與所述光傳感器光學粘接。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，每個所述光纖的端面各連接有一個所述光傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述光纖拉伸融合為一體并形成所述出光端面。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，多個所述光纖捆成一個光纖束，所述光纖束的端面進行修正后形成所述出光端面并與所述光傳感器相連接。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述光纖為移波光纖。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，還包括下部開口的金屬外殼以及用于封蓋所述開口的pcb板，所述pcb板上設有對位于底層的閃爍體進行支撐的硬支撐結構，所述金屬外殼的內(nèi)表面的頂部位置設有用于對位于頂層的閃爍體進行壓接的彈性材料，所述pcb板與金屬外殼之間設有密封圈。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述密封圈與硬支撐結構為同一結構。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述硬支撐結構與所述閃爍體之間設有對閃爍體進行輔助支撐的輔助支撐機構。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述金屬外殼的內(nèi)表面經(jīng)過避光處理或涂有反射層。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述光傳感器為光電倍增管或硅光電二極管。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述閃爍體和透光載體的所有暴露表面均鏡面拋光或者涂有反射層。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，兩層所述閃爍體為不同材質的閃爍體。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，每個所述透光載體上的閃爍體的材質不同。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，相鄰兩個所述透光載體之間設置有濾波片。

由上述技術方案可知，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于：

本發(fā)明的背散射探測模塊，采用兩層閃爍體以及透光載體來吸收x射線，極大地提高了探測效率，本探測模塊利用透光載體作為導光材料，并在端面設置光傳感器，透光載體不僅能夠傳輸熒光光子，還能夠改變光路，極大地減小了背散射探測器的厚度。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述其示例實施方式，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點將變得更加明顯。

圖1是本發(fā)明實施方式一所示的背散射探測模塊的結構示意圖；

圖2是圖1所示的背散射探測模塊的封裝完畢后的結構示意圖；

圖3是圖1所示的背散射探測模塊的使用示意圖；

圖4是本發(fā)明實施方式二所示的背散射探測模塊的結構示意圖；

圖5至圖10是本發(fā)明實施方式三所示的背散射探測模塊的結構示意圖。

圖中附圖標記：

1、211、212：閃爍體；

2、透光載體；

221、222：三棱鏡；

3、231、232：光傳感器；

4、彈性材料；

5、硬支撐結構；

6、pcb板；

7、密封圈；

8、金屬外殼；

9、保護套；

10、背散射探測模塊；

11、x光源；

12、物體；

13、x光束；

14、背散射x射線。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發(fā)明將全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。

實施方式一

如圖1至圖3所示，本發(fā)明實施方式公開了一種背散射探測模塊，其包括透光載體2、兩層閃爍體1以及光傳感器3。兩層閃爍體1在接收到x射線之后會發(fā)出熒光光子，該閃爍體1的結構形式為大面積的薄板狀，其厚度約為0.2mm～0.8mm，優(yōu)選為0.3mm～0.5mm。透光載體2同樣成板狀，更具體而言，該透光載體2為整體的矩形板，其上表面和下表面均為大平面，整體厚度大致可在5mm左右，其由相對于閃爍體1產(chǎn)生的熒光光子而言為透明的材料制作，也就是說，透光載體2選用的材料對熒光光子具有良好的光導性，具體材料例如pc、pmma、石英玻璃或聚苯乙烯等。

該透光載體2具有兩個相對的透光平面以及至少一個出光端面，出光端面位于這兩個透光平面之間。在圖1中，透光載體1的上表面和下表面為透光平面，其右側的端面為出光端面。兩層閃爍體1分別固定貼合在兩個透光平面上，光傳感器3耦合于出光端面，該光傳感器3的光敏面的邊長與閃爍體1以及透光載體2的側面厚度之和相等，以便能夠接收更多的熒光光子。在圖1中，該光傳感器3直接貼合在出光端面上，因而該光傳感器3是直接耦合于出光端面上，而在后面敘述的本發(fā)明其他實施方式中，該光傳感器3也可以間接地耦合于出光端面上。閃爍體1和透光載體2之間進行連接時，可以直接壓接，也可以采用透光率很好的粘膠進行光學粘接。

光傳感器3用于光電轉換，將熒光光子轉變?yōu)殡娦盘?，其具體類型并不限制，例如可以選用光電倍增管(pmt)或者硅光電倍增管(sipm)，其中優(yōu)選采用硅光電倍增管。硅光電倍增管一般光電二極管相比，有約10⁵的放大倍數(shù)、納秒量級的信號響應。和同樣具有高放大倍數(shù)、快速響應的傳統(tǒng)光電倍增管相比，硅光電倍增管的負反饋蓋革模式對強光脈沖更加安全，操作也更加簡單。高的輸出信號水平不但有利于提高探測器的靈敏度，還有利于增加探測器的抗干擾和抗環(huán)境變化能力。另外，硅光電倍增管比傳統(tǒng)的光電倍增管體積小很多，由此實現(xiàn)了整個背散探測器緊湊的結構，且硅光電倍增管體積小，安裝在閃爍體1和透光載體2的側面，也不會對盲區(qū)(多個探測器并排安裝時，沒有被閃爍體1覆蓋的區(qū)域)造成大的改變。

由圖1可知，在本實施方式中，該閃爍體1和透光載體2組成“三明治”的夾心結構，從被掃描物體反射回來的背散射x射線與位于圖1中的位于上部部位的第一層閃爍體1相互作用后，產(chǎn)生的熒光光子穿透閃爍體1和透光載體2相交的界面進入到透光載體2中，并在透光載體2經(jīng)過若干次反射后最終被光傳感器3的光敏面收集。在圖1中的箭頭表示了x射線與熒光光子的行進路徑。由圖1中可以看出，部分的x光并未被圖1上層的閃爍體吸收的情況下，這些x射線穿透透光載體2后到達圖1中位于下部部位的位于透光載體2下方的第二層閃爍體，并與該第二層的閃爍體相互作用并產(chǎn)生熒光光子。如此一來，就能夠顯著地提高x射線的吸收效率，提高了對x射線的探測效率。

進一步而言，在本實施方式中的閃爍體1和透光載體2還可以制成“五明治”、“七明治”等這樣的更多層的結構，也就是說，透光載體2可以層疊設置有多個，在每個透光載體2的兩個透光平面上均貼合有一層閃爍體。這里所說的多個透光載體2，表示的是透光載體2的數(shù)量為兩個或兩個以上，隨著透光載體2的數(shù)量的增加，這樣就能夠使得一部分的x射線穿出一個透光載體后，會再進入另一個透光載體中，由此更進一步提高對x射線的吸收探測效率。此外，在透光載體2兩側的兩層閃爍體1可以選擇不同的材質，例如上層閃爍體選用gos膜，下層為塑料閃爍體，這樣可以利用不同種類的閃爍體來探測x射線的低能和高能部分。

更優(yōu)選的方式是采用上述的多組“三明治”結構，即在層疊設置多個透光載體的基礎上，將每個透光載體的閃爍體設置為不同材質，例如，第一個透光載體的閃爍體為gos膜，第二個透光載體上的閃爍體為塑料閃爍體。設置不同材質的閃爍體后，上面一組或多組探測背散射x射線中的低能部分，下面一組或多組探測背散x射線中的高能部分，形成雙能探測器。也可多組進行分配，形成多能探測器，以進行物質識別。多個透光載體之間可以壓合貼實，也可以相互留有一定的間隙。

更進一步而言，還可以在相鄰兩個透光載體之間進一步設置濾波片，使得特定的x射線能夠進入透光載體中，由此可以用以更好的進行物質識別。濾波片和透光載體之間可以壓合貼實，也可以相互留有一定的間隙。

參見圖2及圖3，在本實施方式中，該背散射探測模塊還包括金屬外殼8和pcb板6。金屬外殼8是由拉伸工藝制造的，能夠防止外部射線(如宇宙射線、多次散射的散射射線等)的射入，它的下部具有開口，pcb板6用于封蓋該開口。閃爍體1和透光載體2被放置在金屬外殼8的內(nèi)部。金屬外殼8的內(nèi)表面經(jīng)過避光處理或者涂有反射層，以盡可能地避免非背散射x射線的干擾。在金屬外殼8的內(nèi)表面的頂部位置設置有用于對頂層的閃爍體進行壓接的彈性材料4，在pcb板6上設有對位于底層的閃爍體進行支撐的硬支撐結構5。在pcb板6與金屬外殼8之間還設置有密封圈7。裝上pcb板6后，該pcb板6和金屬外殼8對上下兩側的閃爍體進行擠壓，這樣能夠保證閃爍體1和透光載體2的穩(wěn)定性，避免兩者發(fā)生晃動。密封圈7也可與硬支撐結構5作為同一結構，即該硬支撐結構5同時具有支撐和密封的雙重作用。該硬支撐結構5大體上支撐閃爍體1的兩端，在硬支撐結構5與閃爍體1之間還可以設有對閃爍體1進行輔助支撐的輔助支撐機構。該輔助支撐機構能夠對閃爍體的中部位置提供支撐，使得閃爍體更加穩(wěn)定。在使用時，還可以根據(jù)背散射x射線能量高低選擇入射面。當背散射x射線能量較高時，可以選擇金屬外殼8作為入射面，這樣能夠有效保護閃爍體、透光載體等探測器元件，當背散射x射線能量較低時，選用pcb板作為入射面，能夠提高探測效率。在閃爍體和透光載體的所有暴露表面均鏡面拋光或者涂有反射層，使得熒光光子的路徑盡可能被限制在閃爍體、透光載體和光傳感器內(nèi)。

參見圖3，本實施方式的背散射探測模塊使用過程如下。x光源11發(fā)射出x光束13，該x光束13射向物體12，并在物體12上產(chǎn)生背散射，背散射x射線14從物體的表面向四周發(fā)射，在x光源11的兩側布置了兩個本實用新型的背散射探測模塊10，這兩個背散射探測模塊10將背散射x射線14轉換為電信號，以供后續(xù)的電子設備對電信號進行分析處理。

本發(fā)明的背散射探測模塊，采用至少兩層閃爍體1以及透光載體2來吸收x射線，極大地提高了探測效率，并結合多層閃爍體組合，可以更大幅度提高探測效率，或實現(xiàn)雙能探測(多能探測)以用于物質識別。本探測模塊利用透光載體作為導光材料，并在端面設置光傳感器，透光載體不僅能夠傳輸熒光光子，還能夠改變光路，極大地減小了背散射探測器的厚度。本探測模塊進一步利用硅光電倍增管sipm作為光傳感器后，能夠進一步減小體積，減小探測死區(qū)。本探測模塊采用模塊化結構，在結構和抗震性上均為模塊化設計，結構緊湊、安裝方便、抗震性強，還能夠有效地阻擋外部干擾和可見光。本探測模塊可以根據(jù)背散射x射線能量高低選擇不同的入射面，既能夠有效保護探測器元件，也能夠盡量大的增大背散穿透深度。

實施方式二

如圖4所示，本發(fā)明實施方式公開的背散射探測模塊與實施方式一的結構基本相同，同樣包括透光載體、兩層閃爍體以及光傳感器，其與實施方式一的不同之處在于，透光載體包括兩個三棱鏡221和222，三棱鏡221和三棱鏡222各自具有一個全反射面以及一出光端面。這兩個全反射面相互粘結，以使這兩個三棱鏡221和222組成長方體結構。在三棱鏡221的出光端面上設置有光傳感器231，在三棱鏡222的出光端面上設有光傳感器232。閃爍體211產(chǎn)生的熒光光子經(jīng)過三棱鏡221的全反射面反射后，到達光傳感器231。在閃爍體212上產(chǎn)生的熒光光子經(jīng)過三棱鏡222的全反射面反射后，到達光傳感器232。

實施方式三

參見圖5至圖10，本實施方式的背散射探測模塊與實施方式一和二相同的地方不再贅述，其不同之處在于，在本實施方式中的透光載體2包括多個并排設置的圓形或方形的光纖。其中圖5顯示的是圓形光纖的排列方式的主視圖，圖6顯示的是方形的光纖的排列方式的主視圖，圖7顯示的是圖5及圖6所示的光纖在排列時的左視圖。在本實施方式中，光纖排列為板狀的結構。光纖與閃爍體1進行光學粘接，光纖的端面與光傳感器3的光敏面進行光學粘接。光纖的其余表面可以涂反射層，使得熒光光子只能從光纖到達光傳感器。

圖8顯示的是對光纖進行處理的示意圖。如圖8所示，每個光纖可以獨立連接光傳感器3，也可將光纖拉伸融合為一體并形成整體的出光端面，然后在與光傳感器3進行連接。此外，圖9是對光纖進行捆綁的示意圖。如圖9所示，還可以將透光載體2中的各個光纖捆成一個光纖束，對光纖束的端面進行修正后，在遠離閃爍體1的一端與光傳感器3連接。圖10是將光纖固定于金屬殼體的示意圖。如圖10所示，當光纖位于金屬外殼8內(nèi)時，可以在pcb板6上設置相應的保護套9，用來對光傳感器3進行保護和限位，防止其晃動。

當透光載體2采用光纖時，可以利用多個光纖進行拼接，因而透光載體2在實現(xiàn)大面積的同時，能夠顯著地降低成本。光纖還可以選用移波光纖，使得閃爍體產(chǎn)生的熒光光譜與光傳感器的光譜響應相匹配。

以上具體地示出和描述了本發(fā)明的示例性實施方式。應該理解，本發(fā)明不限于所公開的實施方式，相反，本發(fā)明意圖涵蓋包含在所附權利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。