專利名稱：輻射成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輻射成像，具體涉及一種能夠?qū)Ω咚傩羞M(jìn)的車輛進(jìn)行 輻射成像并獲得清晰的圖像的輻射成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在掃描成像過程中，加速器產(chǎn)生高能x射線脈沖，穿透被成像物 體。高靈敏度探測器陣列接收x射線并將之轉(zhuǎn)換成輸出電信號，由圖
像獲取分系統(tǒng)實(shí)時生成一列列的數(shù)字圖像。當(dāng)整個掃描過程結(jié)束時， 在系統(tǒng)控制站上會得到掃描物體的完整圖像。
在成像系統(tǒng)中，加速器主要功能是受控產(chǎn)生x射線脈沖。探測器 將透過被掃描物體的x射線轉(zhuǎn)換成模擬電信號，并發(fā)送到圖像獲取系
統(tǒng)。圖像獲取系統(tǒng)把從探測器系統(tǒng)獲取的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 圖像采集站完成數(shù)字信號的圖像的建立。
在以往的掃描成像中，掃描的速度一般不是很快，大約在4km/h 左右，隨著檢査需求的提高，迫切需要一種能實(shí)現(xiàn)高速掃描成像的系 統(tǒng)，使用于不停車的安全檢査，比如陸路口岸的車輛、各種卡口的不 停車檢查、火車的低速檢查等。
具體來說，當(dāng)車輛的速度很快，例如在30km/小時速度下運(yùn)行時， 如何能夠完成數(shù)據(jù)的高速采集是主要面臨的問題。由于在同領(lǐng)域應(yīng)用 在射線源的檢査系統(tǒng)中，較常采用的數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)有兩種，具體如 下l)根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計專用的傳輸數(shù)據(jù)總線；2)利用現(xiàn)場總線技術(shù) 來傳輸數(shù)據(jù)。分析這兩種方式，對于高速采集的檢查系統(tǒng)來說，設(shè)計 專門的數(shù)據(jù)傳輸總線不利于擴(kuò)展，當(dāng)探測單元的數(shù)目增加時，原總線 的傳輸數(shù)據(jù)量將無法滿足要求，需要重新設(shè)計系統(tǒng)。而目前應(yīng)用在射 線檢査系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線技術(shù)傳輸速率較低，例如CAN總線，其最
高傳輸速率為lMbps，無法滿足實(shí)時高速采集和大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)娜蝿?wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高速輻射成像系統(tǒng)，用于對鐵路車輛進(jìn) 行檢查，允許當(dāng)被檢測物高速通過掃描通道時，能夠高速穩(wěn)定的采集 數(shù)據(jù)和變換數(shù)據(jù)，并正確可靠地傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)探測單元的數(shù)目增加時， 通過擴(kuò)展此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就可以滿足要求。
在本發(fā)明的一個方面，提出了一種輻射成像系統(tǒng)，包括加速器， 用于產(chǎn)生透射待檢查物體的射線和同步信號；探測設(shè)備，用于探測射 線；信號處理裝置，根據(jù)同步信號產(chǎn)生選擇信號，以選擇一個探測設(shè) 備對射線進(jìn)行探測；數(shù)據(jù)變換裝置，將所述探測設(shè)備所探測的信號變 換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并緩存在所述信號處理裝置中；以及通訊控制裝置， 與圖像處理設(shè)備連接，并將所述信號處理裝置中緩存的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過 所述連接傳輸?shù)剿鰣D像處理設(shè)備。
優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)變換裝置和所述信號處理裝置之間通過并行總 線連接的。
優(yōu)選地，所述信號處理裝置和所述通信裝置之間并行總線連接的。
優(yōu)選地，所述通信裝置裝置和所述圖像處理設(shè)備之間，是通過高 速串行總線連接的。
優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是可擴(kuò)展的。
優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的擴(kuò)展，是通過所述信號處理裝置的
擴(kuò)展總線實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)選地，所述通信裝置是基于RISC處理器而實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)選地，所述檢査系統(tǒng)的掃描頻率高于40Hz。
優(yōu)選地，所述待檢查物體的運(yùn)動速度大于4km/h。 優(yōu)選地，所述探測設(shè)備所包含的探測單元的數(shù)目是可擴(kuò)展的。 根據(jù)本發(fā)明，提高了X射線檢査系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的速度，因為其 擴(kuò)展性能具有了廣泛的適應(yīng)性，可適應(yīng)諸如30km/h或更高工作速率、 更大數(shù)據(jù)量的鐵路車輛檢查系統(tǒng)，而且也可以應(yīng)用到其他無損檢測領(lǐng)
域產(chǎn)品中。


通過下面結(jié)合附圖對發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的上述特 征和優(yōu)點(diǎn)更加明顯，其中
圖1是用來說明本發(fā)明的快觸發(fā)掃描和現(xiàn)有技術(shù)的滿觸發(fā)掃描的 示意圖2是用來說明本發(fā)明的面積加倍探測器和現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)探測 器的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于以太網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的 原理框圖4是如圖3所示的以太網(wǎng)模塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖；以及 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于鐵路車輛檢查系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采 集分系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。在附圖中，相 同的參考標(biāo)記在不同的附圖中表示相同的或相似的組件。為了清楚和 簡明，包含在這里的已知功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述將被省略，以避免它 們使本發(fā)明的主題不清楚。
圖1是用來說明本發(fā)明的快觸發(fā)掃描和現(xiàn)有技術(shù)的慢觸發(fā)掃描的 示意圖。如圖1中的(A)和(B)所示，依賴于加速器受控產(chǎn)生高頻 的X射線，頻率為每秒幾百Hz，每一個脈沖射線可進(jìn)行一次成像。 因此，單位時間的脈沖射線越多，在單位時間形成的列圖像也越多， 從而提高了掃描成像的速度。也就是說，通過提高加速器產(chǎn)生掃描脈 沖的頻率，可以提高成像的速度。
圖2是用來說明本發(fā)明的面積加倍探測器和現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)探測 器的示意圖。每次脈沖物體被掃描成像的一個寬度和探測器的成像面 積有關(guān)。如圖2中的(A)和(B)所示，如果探測器的面積越大，單 次被掃描成像的物體面積就大。如果提高探測器的截面積，就可以提高掃描成像的速度。因此，如果增加探測器的截面積，就可以提高單 次掃描的距離長度，從而提高掃描速度。也就是說，通過加倍的探測 器， 一次脈沖射線可以獲得加倍的多列數(shù)據(jù)，從而提高了掃描的效率 和速度。
但是，無論是增加掃描速度和加倍探測器面積，都需要對現(xiàn)有的 基于單排探測器或者低掃描速度的數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，因為隨
著成像速度的提高，單位時間內(nèi)采集的數(shù)據(jù)量也成倍增加。
以太網(wǎng)通訊是目前應(yīng)用最多的高速串行總線，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)
網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，可以達(dá)到很高的通訊速率。基于TCP/IP協(xié)議的傳輸可保
證數(shù)據(jù)的高可靠性，有廣泛的技術(shù)支持，較低的系統(tǒng)開發(fā)、培訓(xùn)和維 護(hù)費(fèi)用的優(yōu)勢。將標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)實(shí)時采集控制，可以解 決大數(shù)據(jù)量可靠傳輸?shù)碾y題。對于要求高速大數(shù)據(jù)量采集的輻射成像 檢查系統(tǒng)來說，采用基于以太網(wǎng)通訊的方式設(shè)計高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 是一個非常合適的選擇。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于以太網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原 理框圖。
如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括具備多個探 測模塊的探測設(shè)備IO、數(shù)據(jù)采集部分20A、上位計算機(jī)30、同步信號 源40和探測設(shè)備控制器50。數(shù)據(jù)采集部分20A包括與探測設(shè)備10 連接的數(shù)據(jù)變換模塊21A、通過并行總線B與數(shù)據(jù)變換模塊21A連接 的信號處理模塊22A、通過并行總線A與信號處理模塊22A連接的通 訊控制模塊23A。并且，通訊控制模塊23A通過以太網(wǎng)連接到上位計 算機(jī)30。
探測設(shè)備10產(chǎn)生的模擬信號輸入到數(shù)據(jù)變換模塊21A，它主要完 成模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的功能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，數(shù)據(jù)變換 模塊工作受信號處理模塊的控制，分時地對探測器筆的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D 變換，并將所得到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給信號處理模塊22A，緩存在信號 處理模塊22A。
數(shù)據(jù)緩存的操作受信號處理模塊22A的控制，因為系統(tǒng)中有若干 個數(shù)據(jù)變換模塊，信號處理模塊22A通過并行總線B的地址總線向數(shù)
據(jù)變換模塊21A發(fā)出尋址信號。數(shù)據(jù)變換模塊21A對接收到的地址信 號進(jìn)行比較，確認(rèn)是否被選中。當(dāng)確認(rèn)被選通時，數(shù)據(jù)變換模塊21A 發(fā)出選通信號并占用并行總線B的數(shù)據(jù)總線，依次將變換數(shù)據(jù)送入信 號處理模塊22A。
信號處理模塊22A的主要作用是通過通訊控制模塊23A接受來自 上位計算機(jī)30的各種控制命令和工作參數(shù)，按照上位計算機(jī)30命令 配置系統(tǒng)的工作參數(shù)并執(zhí)行相應(yīng)的操作，控制數(shù)據(jù)變換模塊21A進(jìn)行 A/D變換、數(shù)據(jù)緩存及發(fā)送，控制其它模塊按照同一個采集頻率同步 工作，同時通過擴(kuò)展總線實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可擴(kuò)展功能。
信號處理模塊22A的工作過程分為兩部分， 一是配置參數(shù)，在數(shù) 據(jù)釆集之前，上位計算機(jī)30通過以太網(wǎng)與通訊控制模塊23A通訊， 再通過并行總線A對信號處理模塊22A進(jìn)行參數(shù)配置。二是數(shù)據(jù)采集， 參數(shù)配置完成之后，收到啟動數(shù)據(jù)采集的控制啟動命令就開始采集數(shù) 據(jù)，停止命令就停止采集。信號處理模塊22A為探測設(shè)備輸出采樣保 持信號和地址選擇信號，使得探測設(shè)備在輸出模擬信號最大時進(jìn)行信 號保持，并在信號保持后通過地址選擇控制信號選擇指定的探測設(shè)備 的信號輸出給數(shù)據(jù)變換模塊21A。
重復(fù)以上步驟直至完成從變換數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)緩存的控制過程，然后 通過并行總線A向通訊控制模塊23A發(fā)出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒信號，請求通 過通訊控制模塊23A向上位計算機(jī)30傳輸數(shù)據(jù)。
圖4是如圖3所示的通訊控制模塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖。如圖4所示， 通訊控制模塊23A基于Ubicom公司的RISC處理器231A，通過TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位計算機(jī)30通訊。通訊控制模塊23A接收上位計算機(jī) 30發(fā)送的命令并執(zhí)行相應(yīng)操作，同時響應(yīng)信號處理模塊22A發(fā)送來的 中斷信號，將采集數(shù)據(jù)按照TCP/IP協(xié)議的格式發(fā)送給上位計算機(jī)30， 其中通訊時的數(shù)據(jù)格式和控制命令均在基于TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上做 了事先約定，設(shè)計規(guī)范了通訊容錯性機(jī)制，能夠保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。
RISC處理器231A采用IP2022-120，速度可達(dá)120MIPS，片內(nèi)雙 工通信模塊可以采用軟件來實(shí)現(xiàn)各種常見的通信接口。配置電路242A 用以設(shè)置通訊控制模塊23A的配置信息，如IP地址、協(xié)議種類等。
外部RAM電路234A用以擴(kuò)展系統(tǒng)存儲空間，例如協(xié)議棧等。通訊控 制模塊23A與上位計算機(jī)30通過以太網(wǎng)連接，以太網(wǎng)接口電路245A 作用是驅(qū)動和隔離傳輸信號。通訊控制模塊23A與信號處理模塊22A 采用并行總線方式連接。上位計算機(jī)30和通訊控制模塊23A的通訊 采用服務(wù)器/客戶端方式，上位計算機(jī)30作為服務(wù)器，通訊控制模塊 23A作為客戶端，通過遵循嚴(yán)格的TCP/IP通訊接口協(xié)議來保證通訊的 可靠性，并且約定了通訊異常的處理機(jī)制。當(dāng)通訊控制模塊23A在上 電或者復(fù)位時，主動向上位計算機(jī)30發(fā)送連接請求。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常 時，通訊控制模塊23A會主動斷開與上位計算機(jī)30的網(wǎng)絡(luò)連接，并 通過復(fù)位電路233A自動復(fù)位。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖。如圖5所 示，可以對如圖3所示的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足更高速 度的數(shù)據(jù)采集的需要。例如，在這個檢査系統(tǒng)中，通過擴(kuò)展了3個上 述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，來滿足高速采集需求。各單元之間的工作同步是 通過信號處理模塊22A通過擴(kuò)展總線傳遞的啟動采集信號和同步脈沖 來保證的。
如圖5所示，當(dāng)信號處理模塊22A發(fā)出命令選中探測設(shè)備時，同 時發(fā)出同步脈沖/啟動信號給信號處理模塊22B。在這種情況下，探測 設(shè)備輸出的模擬信號輸入到數(shù)據(jù)變換模塊21B。數(shù)據(jù)變換模塊21B將 輸入的模擬信號變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且緩存在信號處理模塊22B的 RAM中。通訊控制模塊23B通過交換機(jī)60與上位計算機(jī)30建立起 連接后，其工作狀態(tài)受上位機(jī)控制，在完成1次采集變換后實(shí)時地將 所采集的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔挥嬎銠C(jī)中。
與此類似，當(dāng)信號處理模塊22A發(fā)出命令選中探測設(shè)備時，同時 發(fā)出同步脈沖/啟動信號給信號處理模塊22C。在這種情況下，探測設(shè) 備模塊輸出的模擬信號輸入到數(shù)據(jù)變換模塊21C。數(shù)據(jù)變換模塊21C 將輸入的模擬信號變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且緩存在信號處理模塊22C的 RAM中。通訊控制模塊23C通過交換機(jī)60與上位計算機(jī)30建立連 接后，將在完成1次采集變換后實(shí)時地將所采集的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)缴?位計算機(jī)中。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，這樣的數(shù)據(jù)采集單元可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò) 展，對于大數(shù)據(jù)量高速采集都有很好的兼容性和適應(yīng)性，通過擴(kuò)展采 集單元就能夠夠方便和快速地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求。
上面的描述僅用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的任何修改或局部替換，均應(yīng)該屬于 本發(fā)明的權(quán)利要求來限定的范圍，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán) 利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種輻射成像系統(tǒng)，包括加速器，用于產(chǎn)生透射待檢查物體的射線和同步信號；探測設(shè)備，用于探測射線；信號處理裝置，根據(jù)同步信號產(chǎn)生選擇信號，以選擇一個探測設(shè)備對射線進(jìn)行探測；數(shù)據(jù)變換裝置，將所述探測設(shè)備所探測的信號變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并緩存在所述信號處理裝置中；以及通訊控制裝置，與圖像處理設(shè)備連接，并將所述信號處理裝置中緩存的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過所述連接傳輸?shù)剿鰣D像處理設(shè)備。
2. 如權(quán)利要求l所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)變 換裝置和所述信號處理裝置之間通過并行總線連接的。
3. 如權(quán)利要求l所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處 理裝置和所述通信裝置之間并行總線連接的。
4. 如權(quán)利要求l所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述通信裝 置裝置和所述圖像處理設(shè)備之間，是通過高速串行總線連接的。
5. 如權(quán)利要求l所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)是可擴(kuò)展的。
6. 如權(quán)利要求l所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)的擴(kuò)展，是通過所述信號處理裝置的擴(kuò)展總線實(shí)現(xiàn)的。
7. 如權(quán)利要求l所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述通信裝 置是基于RISC處理器而實(shí)現(xiàn)的。
8. 如權(quán)利要求l所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的檢查 系統(tǒng)的掃描頻率高于40Hz。
9. 如權(quán)利要求l所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述待檢查 物體的運(yùn)動速度大于4km/h。
10. 如權(quán)利要求l所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于，所述探測 設(shè)備所包含的探測單元的數(shù)目是可擴(kuò)展的。
全文摘要
公開了一種輻射成像系統(tǒng)，包括加速器，用于產(chǎn)生透射待檢查物體的射線和同步信號；具備多個探測模塊的探測設(shè)備，用于探測射線；信號處理裝置，根據(jù)同步信號產(chǎn)生選擇信號，以選擇一個探測模塊對射線進(jìn)行探測；數(shù)據(jù)變換裝置，將所述探測模塊所探測的信號變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并緩存在所述信號處理裝置中；以及通訊控制裝置，與圖像處理設(shè)備連接，并將所述信號處理裝置中緩存的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過所述連接傳輸?shù)剿鰣D像處理設(shè)備。本發(fā)明的系統(tǒng)允許當(dāng)數(shù)據(jù)量很大時時，都能夠高速穩(wěn)定的采集數(shù)據(jù)和變換數(shù)據(jù)，并正確可靠地傳輸數(shù)據(jù)。
文檔編號H04L12/28GK101339147SQ200710118200
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月2日
發(fā)明者劉以農(nóng), 劉文國, 劉耀紅, 吳玉成, 孫尚民, 康克軍, 麗 張, 張清軍, 李元景, 光 楊, 梁思遠(yuǎn), 王利明, 斌 胡, 鄧艷麗, 郭振斌, 陳志強(qiáng) 申請人:清華大學(xué);同方威視技術(shù)股份有限公司