Was inspizieren wir?

Published on July 09, 2017

Was inspizieren wir?

Hallo Giktayms!



Im Zusammenhang mit der weit verbreiteten Einführung von Inspektionssystemen stellen sich viele diese Frage. In diesem Beitrag möchte der Autor einen Artikelzyklus zu verschiedenen Inspektionssystemen, zu den Prinzipien der Erkennung gefährlicher Objekte und zur Konstruktion von Inspektionsgeräten bis hin zu „Eisen“ starten.


Betrachten Sie zunächst die Röntgeninspektionssysteme.


Am häufigsten wird in Röntgeninspektionssystemen oder durch Speichern von Fernsehsystemen, wie beispielsweise "Suchen", eine Röntgenröhre in der MOUTH (Röntgenfernsehinstallation) verwendet. Ja, diejenige, die von Kondrad X-ray erfunden wurde und meist ohne rotationsgekühlte Anode.




Das Bildaufnahmeschema war anfangs einfach: Es wurde unter Röntgenstrahlung auf eine Lumineszenzplatte projiziert .


Wie finde ich Sprengstoffe mit Röntgeninspektionssystemen?


Die Geschichte der Entwicklung von Inspektionssystemen zur Gepäckkontrolle.


Lassen Sie uns die Geschichte der Entwicklung von Röntgeninspektionssystemen erzählen.
Zunächst einige erläuternde Zeichnungen.


Grundlegende Röntgengeometrie für die Fluorographie




Dieses Bild zeigt, wie der Röntgenstrahl auf eine fluoreszierende Leinwand projiziert wird. Anfangs unterschieden sich Röntgeninspektionssysteme kaum von Röntgengeräten. Das Funktionsprinzip war einfach.


Röntgenstrahlung von der Quelle durchdringt ein geregeltes (durchscheinendes) Objekt, wird auf einem speziellen Leuchtschirm in ein dem Röntgenbild des Objekts entsprechendes Lichtrelief (das sogenannte "Schattenbild") umgewandelt und vom Bediener durch das Schutzglas visuell wahrgenommen.


Fluoroskopie mit direkter Bildgebung:


Bild

Später dachten sie zum Schutz vor Strahlung daran, die Strahlung in einer bleihaltigen Schachtel zu verschließen und das resultierende Bild durch Spiegel und optische Systeme mit der Möglichkeit der Vergrößerung zu beobachten.


Bildverbesserung mit einer Fernsehkamera



Die weitere Entwicklung erfolgte auf dem Weg der Verstärkung des entstandenen Bildes mit Hilfe von fotoelektronischen Verstärkern und der Umwandlung in ein auf einem Monitor gesehenes Fernsehsignal.


Aber bald kam die "digitale Revolution", die die Prinzipien des Scannens radikal veränderte.


Moderne Röntgeninspektionsanlagen verwenden oft andere Prinzipien, die das Nebenstudium reduziert und stark verbessert haben:


  1. Bildqualität
  2. Sichtbarkeit von Materialien

Die Bildqualität hat sich durch die Verwendung von hochempfindlichen Halbleiterdetektoren (Photodioden) mit einer darauf abgelagerten Schicht aus Lumineszenzsubstanz (üblicherweise Cäsiumiodid) sowie durch die digitale Verarbeitung auf einem Computer verbessert.


Der Röntgenstrahl wird als Streifen genau auf die Detektorlinie projiziert, an der sich das gescannte Objekt (Gepäck) entlang eines Förderbands bewegt. Die Fenster des Tunnels, in dem der Scan stattfindet, sind am Ein- und Ausgang mit Bleivorhängen verschlossen. Dies geschieht zum Schutz vor Streustrahlung.


Als nächstes wird das empfangene Signal von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) gelesen und umgewandelt, ausgerichtet und an den Computer übertragen, um die "aufeinanderfolgenden Schichten" des Objekts zu einem einzigen Bild zu verarbeiten und hinzuzufügen.


Schlitzkollimationsschema





Mikrodosierter digitaler Röntgenscan




Bald wurde, um die Größe der Röntgeninspektionsanlage zu verringern, eine l-förmige Detektoranordnung erfunden, wie in der Figur zu sehen ist.


Die Vorteile der L-förmigen Detektormatrix.



Moderne Röntgenprüfsysteme unterscheiden Materialien anhand des Compton-Effekts und bestimmen zwei Röntgenenergien, hoch und niedrig.


Wirkung von Compton (Compton-Effekt, Compton-Streuung)


Im Jahr 1923 A. Compton untersuchte die Streuung von Röntgenstrahlen (hochenergetische Photonen) durch verschiedene Substanzen (hauptsächlich Licht: Graphit, Paraffin usw.), die freie oder schwach gebundene Elektronen enthielten, und stellte fest, dass in den gestreuten Strahlen neben der Emission der ursprünglichen Wellenlänge l auch Strahlen mit einer Wellenlänge l ¢ größer l (l ¢> l). Darüber hinaus stellte sich heraus, dass die Differenz Dl = l [-l] unabhängig von l und der Art der Streusubstanz war und vollständig durch den Streuwinkel bestimmt wurde. Die folgende Regelmäßigkeit wurde experimentell festgestellt:



wobei q der Winkel ist, der durch die Richtung der gestreuten Strahlung mit der Richtung des Primärstrahls gebildet wird; 10 ist eine Konstante für alle Substanzen, ein Wert von 10 = 0,0242 = 2,42 × 10-12 m.


DEFINITION: Die Streuung elektromagnetischer Strahlung an einem freien oder schwach gebundenen Elektron, bei der ein einzelnes Photon infolge eines elastischen Aufpralls auf ein Elektron einen Teil seines Impulses (einen Teil der Energie) auf dieses überträgt, wird als Effekt- oder Compton-Phänomen bezeichnet.


In einfachen Worten geschieht Folgendes:


Wenn ein Röntgenquant kollidiert, wird Energie auf das Elektron übertragen. Ein angeregtes Elektron gibt die von einem Quant in Form eines Röntgenphotons empfangene Energie ab, eine niedrigere Energie.


Es ist wichtig zu verstehen:


Wenn Strahlung von Substanzen mit kleinen Atomzahlen gestreut wird, hat praktisch die gesamte gestreute Strahlung eine versetzte Wellenlänge. Somit erscheinen im Röntgenspektrum zwei Energien: niedrig und anfänglich - hoch.


Das ursprüngliche Röntgenspektrum ist hochenergetisch.



 


Röntgenspektrum nach Ursprung durch organische Materie.



 


Röntgenprüfkomplexe werden von verschiedenen Firmen hergestellt. In Russland ist hauptsächlich die Ausrüstung der Firmen Nuctech, Smits Detection, Rapiscan, L3 Communication, Astrophysics, Medrentech, Berg und viele andere vorhanden. Diese Firmen kommen aus verschiedenen Ländern: Russland, China, Amerika, Großbritannien, Deutschland.


Betrachten Sie das übliche Design des Röntgeninspektionssystems für die Inspektion von Handgepäck.


Röntgenprüfsystem.



Ein Röntgengenerator (Röntgenquelle), eine L-förmige Anordnung von Detektoren mit gefalteten Detektoren und ein Computer sind in der Abbildung deutlich zu sehen.


Funktionsprinzipien des Röntgenprüfsystems:


Wenn das inspizierte Objekt in den Tunnel eintritt und den photoelektrischen Sensor überlappt, gelangt das Signal vom Sensor in die Steuereinheit, die den Röntgengenerator startet.
Röntgenstrahlung tritt aus dem Kollimator aus, durchdringt das abzutastende Objekt und trifft auf den Detektor.


Das System verwendet zwei Energiedetektoren. Die Anzahl der Detektormodule ist doppelt so hoch wie in einem Energiesystem. Zwei Detektorsätze mit einer Empfindlichkeit für Röntgenstrahlen mit niedriger und hoher Energie werden zusammen angeordnet, um Röntgenstrahlen zu empfangen.


Abhängig von den Signalen, die von beiden Detektoren empfangen werden, kann das Bildverarbeitungssystem die Arten von Materialien (hauptsächlich organische, anorganische und Gemische) des inspizierten Objekts erkennen.
Die Module der Detektoren des Systems sind in geschützten Feldern in Form von G angeordnet und diagonal vom Röntgengenerator installiert, um Röntgenstrahlen des gesamten Tunnelabschnitts abzutasten.


In dieser Anordnung sind "blinde" Zonen ausgeschlossen und die Inspektion eines Teils der Objekte, die den Tunnel passieren, ist zulässig.


Zusätzliches Bild des Röntgeninspektionssystems



Ein hocheffizienter Detektor wandelt Röntgenstrahlen in Schwachstromsignale um, die verstärkt und dem ADC zugeführt werden.


Diese analogen Signale werden in 16-Bit-Digitalsignale umgewandelt, die an den Computer übertragen werden.


Der Computer korrigiert zuerst die Diskrepanz und den Versatz des digitalen Signals von jedem Pixel, klassifiziert dann organische und anorganische Materialien gemäß den korrigierten Hoch- und Niedrigenergiesignalen und führt grundlegende Bildverarbeitungsfunktionen aus, beispielsweise die Verbesserung der Bildränder und die Korrektur von 16-Bit-Hoch- und Niedrigenergiesignalen.


Das Signal jedes Röntgengrafikobjekt-Schnitts wird auf dem Bildschirm zu einer „Linie“ des Bildes.


Die Graustufe des Bildes gibt den Grad der Röntgenabsorption im untersuchten Objekt an.


Da das Objekt mit einer konstanten Geschwindigkeit durch einen Tunnel mit einem Förderer transportiert wird, scannt das System mit seinen aufeinanderfolgenden "Röntgengrafikschnitten". Die verarbeiteten Röntgenbilder des Objekts werden zur Betrachtung nacheinander auf dem Display angezeigt.


Alle Röntgenbilder des gescannten Objekts werden zu einem vollständigen Röntgenbild zusammengefasst.


Damit die Inspektoren die Details des Bildes besser verstehen und die richtige Entscheidung treffen können, stellt das System ihnen eine Reihe von Funktionen zur Analyse und Bewertung des Bildes zur Verfügung.


Die Verwendung dieser Funktionen ändert die Bilddaten selbst nicht. Durch Deaktivieren dieser Funktionen wird das Originalbild wiederhergestellt.


Testbeutel für gescannte Röntgenprüfgeräte wie folgt:



In diesem Fall handelt es sich um das Terroristen-Kit eines ganzen Gentlemans - einen Revolver, eine Granate, eine Bombe mit Timer, einen Schlüsselsatz eines Boeing-Flugzeugs, ein Mobiltelefon und ein Samsung Galaxy Note 7.
Das resultierende Bild ist in verschiedenen Farben dargestellt.


Unterschiedliche Materialien entsprechen unterschiedlichen Farben von Objekten gemäß der Tabelle:


Kategorie


Wirksame Ordnungszahl Z eff


Farbe


Typisches Material


Organische Materie


Unter 10



Verbindungen mit leichten Elementen wie Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, einschließlich der meisten Sprengstoffe (z. B. Nitroglycerin), Kunststoffe (z. B. Polypropylen), Papier, Stoff, Lebensmittel, Holz und Wasser


Gemischtes Material


Zwischen 10 und 18



 


Metallische Elemente von mittlerem Gewicht (zum Beispiel Aluminium) und Salze.


Anorganische Substanzen


Mehr als 18



Schwermetallelemente (z. B. Titan, Chrom, Silber, Nickel, Eisen, Kupfer, Zink und Blei).



Zeff ist das Atomgewicht von Materialien, die in einem bestimmten Bildbereich beleuchtet werden. Dieser Parameter wird durch den Compton-Effekt und energiearme und energiereiche Röntgendetektoren bestimmt.


Es gibt verschiedene Funktionen zum Verarbeiten des Bildes des gescannten Objekts. Der von Inspector bevorzugte Schwarzweißmodus wird zum Erkennen dünner, metallischer Objekte verwendet.


Zum Beispiel: Drähte, Messer in vertikaler Projektion oder Sprengstoff mit Drähten und Sicherungen.


Schwarzweißbild (s / w)



Zur Detektion von metallischen Objekten unter Verwendung der Eliminierungsmethode von organischen Materialien. Infolgedessen werden auf dem Bild in Blau metallische Objekte markiert. Wenn ich ein bisschen nach vorn schaue, kann ich Ihnen sagen, dass Leichtmetalle grün gestrichen sind - zum Beispiel Aluminium oder Metallsalze.


Beseitigung von organischen



Zur Bestimmung von Sprengstoffen aus Trotyl oder anderen Kunststoffen sowie von Arzneimitteln wird der Ausschlussmodus für anorganische Materialien - Metalle und Salze - verwendet. Infolgedessen sind organische Materialien wie Obst und Gemüse, Kunststoffe, einschließlich Kunststoffsprengstoffe und Betäubungsmittel, sichtbar.


Nur organische Stoffe ohne anorganische Stoffe anzeigen



Auch bei der Inspektion besteht die Möglichkeit, Werkstoffe nach Ordnungszahlen zu bestimmen - Z eff.


Die effektiven Atomzahlen (Zeff) von Sprengstoffen und Drogen liegen im Bereich [7,9], wie in der Tabelle gezeigt.


Tabelle Effektive Ordnungszahlen von Sprengstoffen und Drogen


Zeff


Material


7


Wasser und Plastiksprengstoff


8


Drogen oder Sprengstoff


9


Reine Betäubungsmittel



Mit der Z7 / Z8 / Z9-Funktion können Sie Materialien mit einem Zeff-Wert von 7, 8 oder 9. Mit dieser Funktion können Sie organische Materialien mit einem Zeff-Wert von 7, 8 oder 9 anzeigen. Die Bildbereiche mit organischen Materialien mit dem angegebenen Zeff werden rot und die übrigen Bereiche grau dargestellt. So ist es einfach, Sprengstoffe oder Drogen auszuwählen.


Z9 Funktionsanwendung



Die Abbildung zeigt deutlich die Amphetaminkörner in der Packung, die mit der Z9-Funktion dargestellt wurden.


Auch benutzter Modus "auto" - automatische Erkennung. In diesem Modus sind gefährliche Substanzen von farbigen, rechteckigen Konturen umgeben.


Das reale Bild des Gepäcks auf dem Monitor Röntgeninspektion und Inspektionsanlage.




Die gelben Rahmen umrandeten Objekte, die Sprengstoff ähnelten. In Pink Frames umgibst du Gegenstände wie Drogen. Die roten Rahmen weisen auf Objekte hin, die keiner Röntgenstrahlung ausgesetzt sind.


Infolgedessen kann sich hinter diesem Element etwas befinden, das für den Prüfer unsichtbar ist. Und wenn ein wesentlicher Teil des Gepäcks verborgen ist, ist der Inspektor verpflichtet, es zu inspizieren.


Es ist wichtig zu verstehen, dass dieser Rahmen eine Warnung für den Inspektor ist. Nicht so oft weisen Frames auf eine echte Bedrohung hin.


Im nächsten Artikel werden die Schulungsmethoden der Bediener, die Fähigkeiten und Funktionen der Software sowie das Design von Röntgeninspektionssystemen erörtert.