談安檢探測(cè)器碘化銫輕度受潮后的可逆恢復(fù)

劉棟

摘 要：安檢機(jī)接收X光進(jìn)行圖像生成中通用的是碘化銫晶體（CsI），通過(guò)對(duì)CsI的特性以及結(jié)合圖像采集原理和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例分析出在輕度受潮情況下可以進(jìn)行逆向恢復(fù)。

關(guān)鍵詞：碘化銫；潮解；可逆恢復(fù)；節(jié)約成本

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.214

0 引言

碘化銫晶體CsI（Na）易潮解，需密封使用。特點(diǎn)是密度大、平均原子序數(shù)高，因而對(duì)X射線有較高的探測(cè)效率。碘化銫晶體沒(méi)有解理面、較軟且有一定的可塑性，所以晶體可以制成各種各樣形狀的探測(cè)器。安檢機(jī)是火車(chē)站、汽車(chē)站、機(jī)場(chǎng)、海關(guān)等各個(gè)重要關(guān)口的旅客隨身行李檢查設(shè)備，只有確保了旅客隨身物品不包括不應(yīng)出現(xiàn)在各種交通工具上的危險(xiǎn)物品，才能保證各種交通路線上的安全，因此對(duì)于交通運(yùn)輸過(guò)程中尤其是鐵路列車(chē)這種大、長(zhǎng)、遠(yuǎn)交通性質(zhì)工具上的安全重要性不言而喻。因?yàn)榈饣C晶體潮解后肯定會(huì)對(duì)其本身功能產(chǎn)生影響或完全不能再使用，一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致安檢機(jī)失去原有的檢測(cè)功能，交通運(yùn)輸過(guò)程中的危險(xiǎn)性也會(huì)隨之提高。而由于制作工藝的問(wèn)題，再加所需材料的稀缺性，導(dǎo)致碘化銫晶體制成的探測(cè)器板價(jià)格不菲，如若出現(xiàn)探測(cè)器板故障，目前的維修流程都是找出哪幾塊受損或受潮，直接進(jìn)行更換，從而產(chǎn)生大量成本。本文在這里要探討的是安檢機(jī)的接受信號(hào)模塊用到摻鈉的碘化銫晶體的探測(cè)器在輕度受潮后通過(guò)細(xì)心處理或還可恢復(fù)正常。

1 碘化銫（CsI）將X射線轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)圖像原理

碘化銫（CsI）是目前探測(cè)器的主要的閃爍材料。閃爍體或熒光體層經(jīng)X射線曝光后，將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，而后由具有光電二極管作用的非晶硅層變?yōu)閳D像電信號(hào)，最后獲得數(shù)字圖像。這里以同方威視生產(chǎn)的CX100100TI為例介紹，探測(cè)器里的數(shù)據(jù)傳輸模塊為XDAS V2模塊，其作用是將探測(cè)器輸出的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成16bit的數(shù)字圖像信號(hào)，然后通過(guò)外界通信模塊將數(shù)據(jù)送到上位計(jì)算機(jī)。整個(gè)模塊由兩部分組成：模擬板和XDAS-SP2-01數(shù)字板。模塊的輸入為：+7v直流電源、探測(cè)器信號(hào)、USB格式的控制命令；模塊的輸出為：USB格式的16位圖像數(shù)據(jù)。

由工作原理圖可見(jiàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)共由探測(cè)器（核心為碘化銫晶體）、模擬板將接收到的X射線經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為極其微弱的電流信號(hào)，并將此電流信號(hào)傳輸至與探測(cè)器直接插接的模擬板，并由模擬板的放大電路將電流信號(hào)放大后傳輸至數(shù)字板，由數(shù)字板上A/D轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)L型盒內(nèi)與其連接的USB CO2模塊直接傳輸至計(jì)算機(jī)USB接口，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)的圖像處理。

2 碘化銫晶體本質(zhì)分析

以CX100100TI為例，探測(cè)器晶體分為高、低能兩種，分別用于采集不同能譜的X射線，常規(guī)上從形狀上區(qū)分，中間凸起較高的探測(cè)器晶體為高能探測(cè)器晶體，凸起較低為低能探測(cè)器晶體。

當(dāng)有 X 射線入射到 CsI 閃爍發(fā)光晶體層時(shí)，X 射線光子能量轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光光子發(fā)射，可見(jiàn)光激發(fā)光電二極管產(chǎn)生電流， 這電流就在光電二極管自身的電容上積分形成儲(chǔ)存電荷. 每個(gè)象素的儲(chǔ)存電荷量和與之對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)的入射 X 射線光子能量與數(shù)量成正比。

如果是碘化銫晶體密度疏松、組織不規(guī)則，分辨率最高只能達(dá)到4～5Lp/mm，且圖像噪聲大，密度低，大多數(shù)X射線直接穿過(guò)而不能被晶體吸收產(chǎn)生光電效應(yīng)，使得熒光屏吸收系數(shù)降低。吸收系數(shù)是影響圖像增強(qiáng)器信噪比的主要因素，吸收系數(shù)越低，信噪比越低，所以高密度碘化銫晶體可有效提高圖像增強(qiáng)器的信噪比，減小圖像噪聲?？偠灾饣C在X射線接收轉(zhuǎn)換裝置中發(fā)揮轉(zhuǎn)換作用：是將不可見(jiàn)的X光轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光。如碘化銫晶體輕度受潮，接收X光后反饋給工控機(jī)處理后出來(lái)的圖像會(huì)全是模糊狀，無(wú)法分別各種物體，如重度受潮，則是根本無(wú)法將接收的X光轉(zhuǎn)換成信號(hào)再處理成可見(jiàn)圖片輸出。

3 碘化銫晶體潮解分析

筆者在廣州南站經(jīng)歷過(guò)一例典型的CX100100TI探測(cè)器內(nèi)里受潮故障，由于一顆螺絲釘脫落，導(dǎo)致密封圈失去效用，在圖像發(fā)生明顯衰減與模糊現(xiàn)象時(shí)，打開(kāi)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部已經(jīng)囤積大約20ml液體。根據(jù)絕對(duì)濕度的算法，其中的符號(hào)分別是 e - 蒸汽壓，單位是帕斯卡（Pa）。

Rw- 水的氣體常數(shù)=461.52J（kg K）

T - 溫度，單位是開(kāi)爾文（K）

m - 在空氣中溶解的水的質(zhì)量，單位是克（g）

V - 空氣的體積，單位是立方米（m?）

以廣州常溫為25℃為例，蒸汽壓大概為3301.1Pa[摘自《建筑設(shè)計(jì)資料集（第二版）》]，溫度T=25+273.13=298.13K，由此據(jù)公式可以計(jì)算出ρw=0.024Pa/kgK·K。

當(dāng)時(shí)根據(jù)圖像發(fā)生衰減的橫條把與之對(duì)應(yīng)的探測(cè)器板取下來(lái)，用電吹風(fēng)熱風(fēng)檔進(jìn)行遠(yuǎn)距離精心烘干，再晾置30min左右，重新裝入，

機(jī)器進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)包、卷軸，包裹圖像顯示恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

在這里沒(méi)有進(jìn)一步去實(shí)踐、討論碘化銫晶體到哪一程度受潮才不可恢復(fù)的界限值，因?yàn)檫@對(duì)各大交通站點(diǎn)入口檢查包裹的安檢設(shè)備來(lái)說(shuō)并不實(shí)用，但我們已經(jīng)得出了在輕度受潮情況下只要及時(shí)采取措施阻止進(jìn)一步受潮完全可以恢復(fù)正常使用從而節(jié)約因?yàn)楦鼡Q探測(cè)器板而產(chǎn)生不菲成本的結(jié)論。

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