基于X射线线阵扫描的便携式面阵成像系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104020183 A (43)申请公布日 2014.09.03 CN 104020183 A (21)申请号 201410290552.0 (22)申请日 2014.06.25 G01N 23/04(2006.01) (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923 号 (72)发明人 李振华 徐胜男 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 王吉勇 (54) 发明名称 基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统 (57) 摘要 本发明公开了一种基于 X 射线线阵扫描的便 携式面阵成像系统。系统主要由。

2、电源模块、 X 射线 源模块、 X 射线探测模块、 控制主板模块和机械扫 描装置组成， 系统采用基于 GigE 协议的网络传输 模式， 可实现远距离的数据高速传输和采集图像 实时显示。系统以体积小巧的 X 射线线阵探测芯 片为基础设计而来， 结构紧凑， 成本低廉， 方便携 带， 配合移动式 X 射线源和手提式电脑， 可以应对 大部分工业施工现场的射线成像检测需求。相比 于传统的基于非晶硅面阵探测器的成像方式， 发 明的基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统 具有抗 X 射线散射影响的特点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家。

3、知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104020183 A CN 104020183 A 1/3 页 2 1. 一种基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 其特征是， 包括 ： 与 X 射线发生装置相对应的安装于机械扫描装置上的 X 射线探测模块， X 射线探测模 块用于接收X射线发生装置产生的X射线透过被测物体后的信息， 其中， 透过被测物体后的 X 射线强度分布携带了被测物体的信息 ； X 射线探测模块包括相连的信号探测电路和信号采集电路， 信号探测电路包括集成一 体的 X 射线线阵探测芯片组和信号调理电路 ； 信号采集电。

4、路包括信号转换电路和采集控制 电路 ； 所述 X 射线线阵探测芯片组是由多个单个 X 射线线阵探测芯片首尾依次串接而成 ； X 射线线阵探测芯片组外部由遮光薄膜包覆， 遮光薄膜内部由上至下依次设置闪烁体和光敏 单元， 光敏单元和信号调理电路相连， 闪烁体将接收到的 X 射线转换为微弱的可见光， 再通 过光敏单元转换为弱电流信号， 实现光电转换， 再通过信号调理电路将弱电流信号放大为 模拟电压信号输出， 信号转换电路将前一级信号探测电路输出的模拟电压信号转为数字电 压信号， 并传输给采集控制电路， 采集控制电路经传输控制电路将数字电压信号传输给控 制主板 ； 控制主板， 与 X 射线探测模块相连。

5、， 接收处理 X 射线探测模块传输的数字电压信号， 并 将接收处理的信号传输给控制 X 射线发生装置产生 X 射线的上位机 ； 电源管理模块， 用于为机械扫描装置、 X 射线探测模块和控制主板提供电源 ； 壳体， 用于放置 X 射线探测模块和控制主板 ； 所述机械扫描装置包括一平面扫描框架， 所述框架上设有两根平行设置的直线导轨， 两直线导轨之间设有一根与所述两直线导轨平行的丝杠， 丝杠一端与步进电机的输出轴相 连， X 射线探测模块固定在直线导轨和丝杠的运动滑块上， 丝杠和直线导轨的运动滑块通过 固定连杆相连， 步进电机产生驱动力带动丝杠上的运动滑块移动， 从而使 X 射线探测模块 沿着直线。

6、导轨运动完成平面移动扫描。 2. 一种基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 其特征是， 包括 ： 与 X 射线发生装置相对应的安装于机械扫描装置上的 X 射线探测模块， X 射线探测模 块用于接收X射线发生装置产生的X射线透过被测物体后的信息， 其中， 透过被测物体后的 X 射线强度分布携带了被测物体的信息 ； X 射线探测模块包括相连的信号探测电路和信号采集电路， 信号探测电路包括集成一 体的 X 射线线阵探测芯片组和信号调理电路 ； 信号采集电路包括信号转换电路和采集控制 电路 ； 所述 X 射线线阵探测芯片组是由多个单个 X 射线线阵探测芯片首尾依次串接而成 ； X 射线线阵探测。

7、芯片组外部由遮光薄膜包覆， 遮光薄膜内部由上至下依次设置闪烁体和光敏 单元， 光敏单元和信号调理电路相连， 闪烁体将接收到的 X 射线转换为微弱的可见光， 再通 过光敏单元转换为弱电流信号， 实现光电转换， 再通过信号调理电路将弱电流信号放大为 模拟电压信号输出， 信号转换电路将前一级信号探测电路输出的模拟电压信号转为数字电 压信号， 并传输给采集控制电路， 采集控制电路经传输控制电路将数字电压信号传输给控 制主板 ； 控制主板， 与 X 射线探测模块相连， 接收处理 X 射线探测模块传输的数字电压信号， 并 将接收处理的信号传输给控制 X 射线发生装置产生 X 射线的上位机 ； 电源管理模块。

8、， 用于为机械扫描装置、 X 射线探测模块和控制主板提供电源 ； 壳体， 用于放置 X 射线探测模块和控制主板 ； 权 利 要 求 书 CN 104020183 A 2 2/3 页 3 所述机械扫描装置包括坦克链、 驱动齿轮、 传动链条和步进电机， X 射线探测模块固定 在坦克链两端的传动链条上， 步进电机的输出轴上安装与传动链条啮合的驱动齿轮， 当步 进电机驱动齿轮带动传动链条运动时， X 射线探测模块随之运动， 完成曲面扫描， 通过控制 步进电机的正反转就能实现 X 射线探测模块的沿曲面的往复运动。 3. 一种基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 其特征是， 包括 ： 与 X 射线。

9、发生装置相对应的安装于机械扫描装置上的 X 射线探测模块， X 射线探测模 块用于接收X射线发生装置产生的X射线透过被测物体后的信息， 其中， 透过被测物体后的 X 射线强度分布携带了被测物体的信息 ； X 射线探测模块包括相连的信号探测电路和信号采集电路， 信号探测电路包括集成一 体的 X 射线线阵探测芯片组和信号调理电路 ； 信号采集电路包括信号转换电路和采集控制 电路 ； 所述 X 射线线阵探测芯片组是由多个单个 X 射线线阵探测芯片首尾依次串接而成 ； X 射线线阵探测芯片组外部由遮光薄膜包覆， 遮光薄膜内部由上至下依次设置闪烁体和光敏 单元， 光敏单元和信号调理电路相连， 闪烁体将接。

10、收到的 X 射线转换为微弱的可见光， 再通 过光敏单元转换为弱电流信号， 实现光电转换， 再通过信号调理电路将弱电流信号放大为 模拟电压信号输出， 信号转换电路将前一级信号探测电路输出的模拟电压信号转为数字电 压信号， 并传输给采集控制电路， 采集控制电路经传输控制电路将数字电压信号传输给控 制主板 ； 控制主板， 与 X 射线探测模块相连， 接收处理 X 射线探测模块传输的数字电压信号， 并 将接收处理的信号传输给控制 X 射线发生装置产生 X 射线的上位机 ； 电源管理模块， 用于为机械扫描装置、 X 射线探测模块和控制主板提供电源 ； 壳体， 用于放置 X 射线探测模块和控制主板 ； 所。

11、述机械扫描装置包爬行小车， 爬行小车的底部设有磁性车轮， 爬行小车的磁性车轮 使其能够吸附在被测工件的内表面或外表面， X 射线探测模块、 控制主板以及电源管理模块 全部集成在小车上 ； 小车在接受上位机的扫描命令后能沿被测工件表面平稳运动， 完成扫 描成像。 4.如权利要求1或2或3所述的系统， 其特征是， 所述控制主板包括FPGA功能单元、 基 于GigE协议的高速网络通信模块和扩展存储模块， 其中FPGA功能单元作为控制核心， 既负 责实现信号探测电路和信号转换电路的时序驱动， 又负责完成量化后的数字图像缓存 ； 数 字图像信息能够直接存储在 SD 卡移动存储设备中， 便于对其进行管理和。

12、后续处理 ； 控制主 板和上位机的通信利用控制主板上集成的 GigE 协议高速网络通信模块。 5. 如权利要求 4 所述的系统， 其特征是， 所述 FPGA 功能单元通过内部的时序驱动模 块和 A/D 控制器模块分别控制 X 射线探测模块和信号转换电路的 A/D 转换器的工作时序 ； FPGA在上电初始阶段通过内部的A/D控制器模块对外部A/D转换器进行相应转换参数的配 置并提供其工作所需的控制时序， 然后 X 射线探测模块在时序驱动模块的时序驱动下逐行 输出像元模拟信号， 同时 A/D 转换器在 A/D 控制器模块的同步时序下将相应的像元模拟信 号转换成数字信号 ； FPGA 内部的乒乓控制。

13、逻辑通过 A/D 转换器将数字信号读取出来， 利用 乒乓缓存原理， 即判断双口RAM1和RAM2的读状态， 将读取过来的数字信号写入到读空闲的 双口 RAM 中， 同时将写入双口 RAM 中的数据通过传输速率高达 1Gb/s 的 GigE 协议高速网络 通信模块发送至上位机。 权 利 要 求 书 CN 104020183 A 3 3/3 页 4 6. 如权利要求 4 所述的系统， 其特征是， GigE 协议高速网络通信模块配备有 Camlink 接口和 RJ-45 型以太网接口， 灵活方便地实现与上位机之间的数据传输。 7. 如权利要求 4 所述的系统， 其特征是， 控制主板上配备有移动存储外。

14、设接口， 能将图 像数据写到 SD 卡移动存储设备里存档。 权 利 要 求 书 CN 104020183 A 4 1/8 页 5 基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统 技术领域 0001 本发明涉及一种辐射成像技术， 具体涉及一种利用 X 射线线阵扫描成像技术实现 便携式面阵成像的 X 射线检测系统， 适合工业施工现场的 X 射线检测。 背景技术 0002 近年来， X 射线数字成像系统已经逐步取代传统的胶片检测成像成为无损检测领 域发展的新趋势。 目前， 常用的数字射线扫描成像系统以平板探测器为主， 其体积与重量较 大， 不适宜在条件复杂的工业施工现场使用。 发明内容 0003 本发明。

15、的目的是为克服上述现有技术的不足， 提供一种基于 X 射线线阵扫描的便 携式面阵成像系统， 该系统结构紧凑， 方便携带。 0004 为实现上述目的， 本发明的基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统如下 ： 0005 一种基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 包括 ： 0006 与 X 射线发生装置相对应的安装于机械扫描装置上的 X 射线探测模块， X 射线探 测模块用于接收X射线发生装置产生的X射线透过被测物体后的信息， 其中， 透过被测物体 后的 X 射线强度分布携带了被测物体的内部结构信息 ； 0007 X 射线探测模块包括相连的信号探测电路和信号采集电路， 信号探测电路包括集。

16、 成一体的 X 射线线阵探测芯片组和信号调理电路 ； 信号采集电路包括信号转换电路和采集 控制电路 ； 所述 X 射线线阵探测芯片组是由多个 X 射线线阵探测芯片首尾依次串接而成 ； X 射线线阵探测芯片组外部由遮光薄膜包覆， 遮光薄膜内部由上至下依次设置闪烁体和光敏 单元， 光敏单元和信号调理电路相连， 闪烁体将接收到的 X 射线转换为微弱的可见光， 再通 过光敏单元转换为弱电流信号， 实现光电转换， 再通过信号调理电路将弱电流信号放大为 模拟电压信号输出， 信号转换电路将前一级信号探测电路输出的模拟电压信号转为数字电 压信号， 并传输给采集控制电路， 采集控制电路经传输控制电路将数字电压信。

17、号传输给控 制主板。单个 X 射线线阵探测芯片的长度在 50mm 左右， 首尾相接组成探测器芯片组， X 射 线探测模块的电路板上的集成电路芯片使用SMT(表面贴装技术)贴片封装， 以上措施使得 X 射线探测模块体积小、 重量轻， 同时也减轻了机械扫描装置的重量 ； 0008 控制主板， 与 X 射线探测模块相连， 接收处理 X 射线探测模块传输的数字电压信 号， 并将接收处理的信号传输给控制 X 射线发生装置产生 X 射线的上位机 ； 0009 电源管理模块， 用于为机械扫描装置、 X 射线探测模块和控制主板提供电源， 考虑 到本系统的便携性， 再加之某些工业场所无市电的特殊情况， 因此整个。

18、成像系统设计为可 使用内置可充电电池直流供电。可充电电池经稳压后给 X 射线探测模块和控制主板供电， 一次充电， 系统可连续工作 3 小时以上， 在有市电供应的场所可边充电边使用 ； 0010 壳体， 用于放置 X 射线探测模块和控制主板 ； 0011 所述机械扫描装置包括一平面扫描框架， 所述框架上设有两根平行设置的直线导 说 明 书 CN 104020183 A 5 2/8 页 6 轨， 两直线导轨之间设有一根与所述两直线导轨平行的丝杠， 考虑到机械扫描装置的便携 性， 丝杠采用直径为 8mm 的不锈钢材质微型丝杠， 这种微型丝杠体积小、 重量轻， 微型丝杠 一端与步进电机的输出轴相连， 。

19、X 射线探测模块固定在直线导轨和丝杠的运动滑块上， 微型 丝杠和直线导轨的运动滑块通过固定连杆相连， 步进电机产生驱动力带动丝杠上的运动滑 块移动， 从而使 X 射线探测模块沿着直线导轨运动完成平面移动扫描。 0012 一种基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 包括 ： 0013 与 X 射线发生装置相对应的安装于机械扫描装置上的 X 射线探测模块， X 射线探 测模块用于接收X射线发生装置产生的X射线透过被测物体后的信息， 其中， 透过被测物体 后的 X 射线强度分布携带了被测物体的信息 ； 0014 X 射线探测模块包括相连的信号探测电路和信号采集电路， 信号探测电路包括集 成一体。

20、的 X 射线线阵探测芯片组和信号调理电路 ； 信号采集电路包括信号转换电路和采集 控制电路 ； 所述 X 射线线阵探测芯片组是由多个 X 射线线阵探测芯片首尾依次串接而成 ； X 射线线阵探测芯片组外部由遮光薄膜包覆， 遮光薄膜内部由上至下依次设置闪烁体和光敏 单元， 光敏单元和信号调理电路相连， 闪烁体将接收到的 X 射线转换为微弱的可见光， 再通 过光敏单元转换为弱电流信号， 实现光电转换， 再通过信号调理电路将弱电流信号放大为 模拟电压信号输出， 信号转换电路将前一级信号探测电路输出的模拟电压信号转为数字电 压信号， 并传输给采集控制电路， 采集控制电路经传输控制电路将数字电压信号传输给。

21、控 制主板 ； 单个 X 射线线阵探测芯片的长度在 50mm 左右， 首尾相接组成探测器芯片组， X 射线 探测模块的电路板上的集成电路芯片使用 SMT( 表面贴装技术 ) 贴片封装， 以上措施使得 X 射线探测模块体积小、 重量轻， 同时也减轻了机械扫描装置的重量 ； 0015 控制主板， 与 X 射线探测模块相连， 接收处理 X 射线探测模块传输的数字电压信 号， 并将接收处理的信号传输给控制 X 射线发生装置产生 X 射线的上位机 ； 0016 电源管理模块， 用于为机械扫描装置、 X 射线探测模块和控制主板提供电源， 考虑 到本系统的便携性， 再加之某些工业场所无市电的特殊情况， 因此。

22、整个成像系统设计为可 使用内置可充电电池直流供电。可充电电池经稳压后给 X 射线探测模块和控制主板供电。 一次充电， 系统可连续工作 3 小时以上， 在有市电供应的场所可边充电边使用 ； 0017 壳体， 用于放置 X 射线探测模块和控制主板 ； 0018 所述机械扫描装置包括拖链、 驱动齿轮和步进电机， X 射线探测模块固定在坦克链 两端的传动链条上， 步进电机的输出轴上安装与传动链条啮合的驱动齿轮， 当步进电机驱 动齿轮带动传动链条运动时， X 射线探测模块随之运动， 完成曲面扫描， 通过控制步进电机 的正反转就能实现 X 射线探测模块的沿曲面的往复运动。坦克链的单元链节由左右链板和 上下。

23、盖板组成 ； 坦克链具有良好的韧性、 高弹性和耐磨性， 安装方便， 使用可靠， 易拆装， 其 弯曲半径和单元链节的数量可根据被测工件的外形进行更改。 在施工现场使用这种机械装 置， 只需最少两名施工人员通过手工即可完成安装固定， 无需大型动力机械设备辅助。 0019 一种基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 包括 ： 0020 与 X 射线发生装置相对应的安装于机械扫描装置上的 X 射线探测模块， X 射线探 测模块用于接收X射线发生装置产生的X射线透过被测物体后的信息， 其中， 透过被测物体 后的 X 射线强度分布携带了被测物体的信息 ； 0021 X 射线探测模块包括相连的信号探测。

24、电路和信号采集电路， 信号探测电路包括集 说 明 书 CN 104020183 A 6 3/8 页 7 成一体的 X 射线线阵探测芯片组和信号调理电路 ； 信号采集电路包括信号转换电路和采集 控制电路 ； 所述 X 射线线阵探测芯片组是由多个 X 射线线阵探测芯片首尾依次串接而成 ； X 射线线阵探测芯片组外部由遮光薄膜包覆， 遮光薄膜内部由上至下依次设置闪烁体和光敏 单元， 光敏单元和信号调理电路相连， 闪烁体将接收到的 X 射线转换为微弱的可见光， 再通 过光敏单元转换为弱电流信号， 实现光电转换， 再通过信号调理电路将弱电流信号放大为 模拟电压信号输出， 信号转换电路将前一级信号探测电路。

25、输出的模拟电压信号转为数字电 压信号， 并传输给采集控制电路， 采集控制电路经传输控制电路将数字电压信号传输给控 制主板 ； 单个 X 射线线阵探测芯片的长度在 50mm 左右， 首尾相接组成探测器芯片组， X 射线 探测模块的电路板上的集成电路芯片使用 SMT( 表面贴装技术 ) 贴片封装， 以上措施使得 X 射线探测模块体积小、 重量轻， 同时也减轻了机械扫描装置的重量 ； 0022 控制主板， 与 X 射线探测模块相连， 接收处理 X 射线探测模块传输的数字电压信 号， 并将接收处理的信号传输给控制 X 射线发生装置产生 X 射线的上位机 ； 0023 电源管理模块， 用于为机械扫描装置。

26、、 X 射线探测模块和控制主板提供电源 ； 0024 壳体， 用于放置 X 射线探测模块和控制主板 ； 0025 所述机械扫描装置为一爬行小车， 爬行小车的底部设有磁性车轮， 爬行小车的磁 性车轮使其能够吸附在被测工件的内表面或外表面， X 射线探测模块、 控制主板以及电源管 理模块都采用模块化的结构框架， 经过精心的布局设计后全部集成在小车上， 保证小车结 构紧凑 ； 小车在接受上位机的扫描命令后能沿被测工件表面平稳运动， 完成扫描成像， 爬行 小车由内置电池供电， 无需市电， 移动方便， 对施工现场的适应性好， 可单人携带和操作。 0026 基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 所。

27、述控制主板包括 FPGA 功能单元、 基于GigE协议的高速网络通信模块和扩展存储模块， 其中FPGA功能单元作为控制核心， 既 负责实现信号探测电路和信号转换电路的时序驱动， 又负责完成量化后的数字图像缓存 ； 数字图像信息能够直接存储在 SD 卡移动存储设备中， 便于对其进行管理和后续处理 ； 控制 主板和上位机的通信利用控制主板上集成的 GigE 协议高速网络通信模块。 0027 基于X射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 所述FPGA功能单元通过内部的时序 驱动模块和 A/D 控制器模块分别控制 X 射线探测模块和信号转换电路的 A/D 转换器的工作 时序 ； FPGA 在上电初始阶段通。

28、过内部的 A/D 控制器对外部 A/D 转换器进行相应转换参数的 配置并提供其工作所需的控制时序， 然后 X 射线探测模块在时序驱动模块的时序驱动下逐 行输出像元模拟信号， 同时 A/D 转换器在 A/D 控制器模块的同步时序下将相应的像元模拟 信号转换成数字信号 ； FPGA 内部的乒乓控制逻辑通过 A/D 转换器将数字信号读取出来， 利 用乒乓缓存原理， 即判断双口RAM1和RAM2的读状态， 将读取过来的数字信号写入到读空闲 的双口 RAM 中， 同时将写入双口 RAM 中的数据通过传输速率高达 1Gb/s 的 GigE 协议高速网 络通信模块发送至上位机。 0028 基于 X 射线线阵。

29、扫描的便携式面阵成像系统， 高速网络通信模块配备有 Camlink 接口和 RJ-45 型以太网接口， 灵活方便地实现与上位机之间的数据传输。 0029 基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 控制主板上配备有移动存储外设接 口， 能将图像数据写到 SD 卡移动存储设备里存档。 0030 本发明中各部件及单元的功能及作用如下 ： 0031 1.X 射线发生装置 ： X 射线源控制器控制射线源产生 X 射线， X 射线透过物体后其 说 明 书 CN 104020183 A 7 4/8 页 8 强度分布携带了被测物体的信息， 透过物件的 X 射线到达 X 射线探测模块。 0032 2.X 射。

30、线探测模块 ： 其系统框图如附图 6 所示， 包括信号探测电路、 信号转换电路、 采集控制电路。信号探测电路用来实现光电转换， 由 X 射线线阵探测芯片组和信号调理电 路构成， X 射线线阵探测芯片组外部由遮光薄膜包覆， 将接收的 X 射线信号专为为弱电流信 号， 再通过信号调理电路将弱电流信号放大为电压信号输出。信号转换电路主要由高速高 精度 A/D 转换芯片及其外围电路组成， 负责将前一级信号探测电路输出的模拟电压信号转 为数字电压信号， 并传输给采集控制电路， 采集控制电路经传输控制电路将数字电压信号 传输给控制主板。 X射线探测模块放置在壳体内， 以便可以将其安装在机械扫描装置上完成 。

31、运动扫描。 0033 3.控制主板由FPGA和其外围电路组成， 其中FPGA作为控制核心， 既负责控制电路 实现信号探测电路和信号转换电路的时序驱动， 又负责完成量化后的数字图像缓存。数字 图像信息可以直接存储在 SD 卡等移动存储设备中， 便于对其进行管理和后续处理。控制主 板和上位机的通信利用主板上集成的 GigE 协议高速网络通信模块。上位机上配套的显示 软件完成图像的实时显示和保存。 0034 4.机械扫描装置。 本发明将X射线探测模块通过工装固定于机械扫描装置的运动 滑块上， 实现 X 射线探测模块的平面移动和曲面移动， 进而实现多种类型工件的射线检测。 这种方法的优点在于 X 射线。

32、成像不受制于被检测物体的体积， 即使是体积庞大， 无法移动 的工件也可对其进行 X 射线扫描成像， 大大拓宽了应用领域。 0035 扫描传动装置将 X 射线探测模块通过工装固定于运动滑块上， 可实现平面移动扫 描或曲面移动扫描。 应对不同工业场合的成像要求， 设计了三种类型的扫描传动装置， 附图 3、 附图 4、 附图 5 分别是它们的结构示意图。 0036 实现平面移动扫描的机械装置结构示意图如附图 3 所示， 整个扫描装置主要包括 扫描框架、 步进电机、 丝杠、 直线导轨等部分。 X射线探测模块固定在直线导轨和微型丝杠的 运动滑块上， 微型丝杠的运动滑块和直线导轨的运动滑块通过固定连杆相连。

33、， 步进电机产 生驱动力带动丝杠上的运动滑块移动， 从而使 X 射线探测模块沿着直线导轨运动完成平面 移动扫描。 在上位机发出扫描控制命令后， 控制主板通过改变输出给步进电机的脉冲频率， 即可达到控制步进电机转速的目的， 进而实现控制 X 射线探测模块的扫描速度。 0037 完成曲面移动扫描的机械装置有两种结构。 第一种曲面移动扫描的机械装置如附 图 4 所示， 整个扫描装置包括坦克 ) 结构、 驱动齿轮、 传动链条等部分。坦克链结构可根据 被测物体的外形进行相应的弯曲定型， X 射线探测模块固定在坦克链两端的传动链条上， 步 进电机的输出轴上安装与传动链条啮合的驱动齿轮， 当步进电机驱动齿轮。

34、带动传动链条运 动时， X 射线探测模块随之运动， 完成曲面扫描， 通过控制步进电机的正反转就能实现 X 射 线探测模块的沿曲面的往复运动。 0038 第二种曲面移动扫描的机械装置如附图 5 所示， 它采用爬行小车结构， 小车的磁 性小轮使其可以吸附在被测工件的内表面或外表面， X 射线探测模块、 控制主板以及供电电 源全部集成在小车上。小车在接受上位机的扫描命令后可沿被测工件表面平稳运动， 完成 扫描成像。 这种小车结构式扫描装置自身结构小巧轻便， 不受被测工件的大小限制， 对各种 工业施工现场有更好的适应性。 0039 本发明的基于X射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 结构紧凑， 方便维护。

35、和X射 说 明 书 CN 104020183 A 8 5/8 页 9 线探测模块尺寸扩展。由于不同工业场合对 X 射线探测模块尺寸要求可能有所不同， 本发 明设计的 X 射线探测模块预留多路 X 射线线阵探测芯片通道， 可根据工业现场的实际需求 灵活增添 X 射线线阵探测芯片。此外， 根据被检测工件的差异， 与 X 射线探测模块配套的扫 描装置可以进行平面运动扫描、 曲面运动扫描。 系统还允许上位机灵活修改各项参数， 方便 调试， 适用于不同强度的 X 射线探测系统。相比于传统的非晶硅面阵成像方式， 发明的基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系还统具有抗 X 射线散射影响的特点。 附图说明 。

36、0040 图 1 为面阵成像系统结构示意图 ； 0041 图 2 为 X 射线线阵探测芯片结构示意图 ； 0042 图 3 为平面扫描机械装置结构示意图 ； 0043 图 4 为第一种曲面扫描机械装置结构示意图 ； 0044 图 5 为第二种曲面扫描机械装置结构示意图 ； 0045 图 6 为 X 射线探测模块系统框图 ； 0046 图 7 为系统控制流程图 ； 0047 其中 1.X 射线， 2. 遮光薄膜， 3. 光敏单元， 4. 闪烁体， 5. 信号调理电路， 6. 扫描框 架， 7. 直线导轨， 8.X 射线探测模块， 9. 步进电机， 10. 丝杠， 11. 被测物体， 12. 驱动。

37、齿轮， 13. 传动链条， 14. 坦克链， 15. 爬行小车， 16. 控制主板及供电电源， 17. 磁性车轮。 具体实施方式 0048 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0049 实施例 1 ： 0050 如图 1、 2 所示， 基于 X 射线线阵扫描的便携式面阵成像系统， 包括 ： 0051 与 X 射线发生装置相对应的安装于机械扫描装置上的 X 射线探测模块 8， X 射线探 测模块 8 用于接收 X 射线发生装置产生的 X 射线 1 透过被测物体 11 后的信息， 其中， 透过 被测物体 11 后的 X 射线 1 强度分布携带了被测物体 11 的信息。 0052 实现平面移动。

38、扫描的机械装置结构示意图如附图 3 所示， 整个扫描装置主要包括 扫描框架 6、 步进电机 9、 丝杠 10、 直线导轨 7 等部分。X 射线探测模块 8 固定在直线导轨 7 的运动滑块和丝杠 10 的运动滑块上， 丝杠 10 的运动滑块和直线导轨 7 的运动滑块通过固 定连杆相连， 步进电机 9 产生驱动力带动丝杠 10 上的运动滑块移动， 从而使 X 射线探测模 块 8 沿着直线导轨 7 运动完成平面移动扫描。在上位机发出扫描控制命令后， 控制主板通 过改变输出给步进电机9的脉冲频率， 即可达到控制步进电机9转速的目的， 进而实现控制 X 射线探测模块 8 的扫描速度。 0053 X 射线。

39、发生装置 ： X 射线源控制器控制射线源产生 X 射线 1， 透过被测物体 11 的 X 射线到达 X 射线探测模块 8。 0054 X射线探测模块8 ： 包括信号探测电路、 信号转换电路、 采集控制电路。 信号探测电 路用来实现光电转换， 由 X 射线线阵探测芯片和信号调理电路构成， X 射线线阵探测芯片将 接收的 X 射线信号专为为弱电流信号， 再通过信号调理电路将弱电流信号放大为电压信号 输出。信号转换电路将前一级信号探测电路输出的模拟电压信号转为数字信号， 主要由高 说 明 书 CN 104020183 A 9 6/8 页 10 速高精度A/D转换芯片及其外围电路组成。 X射线探测模块。

40、8放置于保护壳中， 并加装遮光 薄膜 2 和正面保护装置， 以便可以将其安装在机械扫描装置上完成运动扫描。 0055 其系统框图如附图 6 所示， X 射线探测模块包括相连的信号探测电路和信号采集 电路， 信号探测电路包括集成一体的 X 射线线阵探测芯片组和信号调理电路 ； 信号采集电 路包括相连的信号转换电路和采集控制电路 ； 所述 X 射线线阵探测芯片组是由多个单个 X 射线线阵探测芯片首尾依次串接而成 ； X 射线线阵探测芯片组外部由遮光薄膜 2 包覆， 遮光 薄膜 2 内部由上至下依次设置闪烁体 4 和光敏单元 3， 光敏单元 3 和信号调理电路 5 相连， 闪烁体 4 将接收到的 X。

41、 射线 1 转换为微弱的可见光， 再通过光敏单元 3 转换为弱电流信号， 实现光电转换， 再通过信号调理电路 5 将弱电流信号放大为模拟电压信号输出， 信号转换 电路将前一级信号探测电路输出的模拟电压信号转为数字电压信号， 并传输给采集控制电 路， 采集控制电路经传输控制电路将数字电压信号传输给控制主板。 0056 控制主板， 与 X 射线探测模块 8 相连， 接收处理 X 射线探测模块传输的数字电压信 号， 并将接收处理的信号传输给控制 X 射线发生装置产生 X 射线的上位机 ； 0057 控制主板包括 FPGA 功能单元、 基于 GigE 协议的高速网络通信模块和扩展存储模 块， 其中 F。

42、PGA 功能单元作为控制核心， 既负责实现信号探测电路和信号转换电路的时序驱 动， 又负责完成量化后的数字图像缓存 ； 数字图像信息能够直接存储在 SD 卡移动存储设备 中， 便于对其进行管理和后续处理 ； 控制主板和上位机的通信利用控制主板上集成的高速 网络通信模块。 0058 FPGA 功能单元通过内部的时序驱动模块和 A/D 控制器模块分别控制 X 射线探测 模块和信号转换电路的 A/D 转换器的工作时序 ； FPGA 在上电初始阶段通过内部的 A/D 控制 器模块对外部 A/D 转换器进行相应转换参数的配置并提供其工作所需的控制时序， 然后 X 射线探测模块在时序驱动模块的时序驱动下逐。

43、行输出像元模拟信号， 同时 A/D 转换器在 A/ D 控制器模块的同步时序下将相应的像元模拟信号转换成数字信号 ； FPGA 内部的乒乓控制 逻辑通过 A/D 转换器将数字信号读取出来， 利用乒乓缓存原理， 即判断双口 RAM1 和 RAM2 的 读状态， 将读取过来的数字信号写入到读空闲的双口RAM中， 同时将写入双口RAM中的数据 通过传输速率高达 1Gb/s 的 GigE 协议高速网络通信模块发送至上位机。 0059 高速网络通信模块配备有 Camlink 接口和 RJ-45 型以太网接口， 灵活方便地实现 与上位机之间的数据传输。 0060 控制主板上配备有移动存储外设接口， 能将图。

44、像数据写到 SD 卡移动存储设备里 存档。 0061 电源管理模块， 用于为机械扫描装置、 X 射线探测模块 8 和控制主板提供电源 ； 0062 壳体， 用于放置 X 射线探测模块 8 和控制主板。 0063 下面结合附图 7 对本发明的工作流程进一步说明。本成像系统的工作流程大致可 以划分为 ： X 射线探测模块校准、 FPGA 上电初始化、 X 射线探测模块启动扫描、 采集转换、 数 据显示和保存等几个过程。 0064 在进行成像检测前， 需对 X 射线探测模块进行校准， 步骤是 ： 1)、 在关闭射线源的 情况下， 进行 X 射线探测模块位置校准， 调节 X 射线探测模块的位置， 使其。

45、扫描范围处于 X 射线源发出的锥形射线束的中心区域 ； 2) 根据具体应用， 设置 X 射线探测模块的数据采集 的行频和机械扫描的运动速度 ； 3) 开启射线源， 确保射线源与 X 射线探测模块之间无物体 说 明 书 CN 104020183 A 10 7/8 页 11 遮挡， 调节 X 射线源管电压和管电流使 X 射线探测模块的输出信号接近但不超过 X 射线探 测模块输出的饱和值。由于 X 射线探测模块必须有相对运动才能成像， 因此需要将 X 射线 探测模块的运动速度和其采样时的行频进行匹配。 0065 校准完毕后， 上位机发送启动扫描命令， X 射线源控制器控制射线源产生 X 射线， X 。

46、射线透过物体后其强度分布携带了被测物体的信息， 透过物件的 X 射线到达 X 射线探测模 块。 X射线探测模块是由多个单个X射线线阵探测芯片首尾依次串接并加装外壳而成， 因此 其尺寸可根据现场成像要求进行定制。 X射线线阵探测芯片集成了闪烁体、 光敏单元和信号 调理电路。闪烁体材料将接收到的 X 射线转换为微弱的可见光， 再通过光敏单元转换为弱 电流信号， 实现光电转换。 积分放大器将对应的弱电流信号进行同步积分放大， 转换为电压 信号， 再通过电压保持器和移位寄存器电路， 输出符合 A/D 量化要求的信号。16 位的高速 A/D 转换器对 X 射线探测模块的电压输出进行采样。A/D 转换器将。

47、模拟信号转换为 16 位数 字量， 每个 16 位数字量以两个 8 位宽的形式从 A/D 转换器输出， 通过数据总线传输至控制 主板的 FPGA 功能单元。 0066 FPGA 功能单元通过内部的时序驱动模块和 A/D 控制器模块分别控制 X 射线探测 模块和 A/D 转换器的工作时序。首先， FPGA 在上电初始阶段通过内部的 A/D 控制器对外部 A/D 转换器进行相应转换参数的配置并使其工作， 然后 X 射线探测模块在时序驱动模块的 时序驱动下逐行输出像元模拟信号， 同时 A/D 转换器在 A/D 控制器模块的同步时序下将相 应的像元模拟信号转换成数字信号输出。其次， FPGA 内部的乒。

48、乓控制逻辑通过 A/D 转换器 将数字信号读取出来， 利用乒乓缓存原理， 即判断双口 RAM1 和 RAM2 的读状态， 将读取过来 的数字信号写入到读空闲的双口 RAM 中， 同时将写入双口 RAM 中的数据通过传输速率高达 1Gb/s的GigE协议高速网络传输模块发送至上位机。 高速网络模块配备有Camlink接口和 RJ-45 型以太网接口， 灵活方便地实现与上位机之间的数据传输。同时， 控制主板上配备有 移动存储外设接口， 可将图像数据写到SD卡等移动存储设备里存档。 FPGA单元的各个模块 并行工作， 通过统一的全局时钟来实现各模块之间信号的同步和各接口之间的数据传输， 保证各个逻辑。

49、控制模块可靠高速运行， 而且由于 FPGA 的并行工作机制， 各个模块之间互不 影响， 提高了系统运行效率和可靠性。 0067 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述， 但并非对本发明保护范 围的限制， 所属领域技术人员应该明白， 在本发明的技术方案的基础上， 本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 0068 实施例 2 ： 0069 与实施例1不同的是， 完成曲面移动扫描的机械装置如附图4所示， 整个扫描装置 包括坦克链 14、 步进电机 9、 驱动齿轮 12、 传动链条 13 等部分。坦克链 14 可根据被测物体 11 的外形进行相应的弯曲定型， X 射线探测模块 8 固定在坦克链 14 两端的传动链条 13 上。 当步进电机 9 驱动齿轮 12 带动传动链条 13 运动时， X 射线探测模块 8 随之运动， 完成曲面 扫描。通过控制步进电机的正反转就可实现 X 射线探测模块 8 的沿曲面的往复运动。 0070 实施例 3 ： 0071 与实。