一种箱装军械物资数量检测方法及检测系统

摘要

本发明公开了一种箱装军械物资数量检测方法及其检测系统。该方法包括以下步骤：1)测量标准箱各截面标准等效密度；2)测量样品箱各截面等效密度分布数据；3)比较样品箱各截面等效密度分布数据与标准等效密度分布数据，当样品箱某一截面的等效密度与标准箱等效密度差大于一设定值时，给出报警信号。该系统包括一γ放射源、一探测器及数据采集处理装置。采用本发明的检测方法和检测系统可以用便携式设备实现对箱装军械物资的数量检测，其检测速度快、检测方便。

说明书

技术领域

本发明属于箱装物资检测领域，具体地涉及一种不需要开箱即可对箱装军械物资数量进行检测的方法及检测系统。

背景技术

同位素应用在国内外已有很长时间的历史了，主要有“三大计”(密度计、厚度计、料位计)。西方国家在20世纪60年代末和70年代初已普及同位素仪表，应用总量已超过60万台套，产值占国民经济总产值的万分之四五，产值利润比超过1:0.5，投资效益比达到1:9。我国同位素仪表也有较大发展，特别是集装箱检测技术居国际领先水平。

最常见是X光机，我们到医院做X光透视时，X光穿透衣服、皮肤和肌肉，把人体内部的骨骼和内脏清晰地显示在荧光屏上，医生根据X光透视图像能够发现我们的身体是否有某些病变。同理，如果X射线穿过密实的、无缺陷的金属层时，强度就大大减弱了，如果金属零部件的内部有裂缝、气孔、沙眼和疏松的地方，X射线比较容易通过，穿过来的射线强度就比较强一些。如果我们在金属零部件的背面放上照相底片，就可以形象直观地检查出金属零部件内部的各种缺陷和损伤。这就是X探伤机和工业CT测量的原理。

这种方法已经在许多领域得到了广泛的应用。人们用它检查船体、管道、桥梁和机器零部件中的各种损伤和缺陷。考古学家还用它查明岩石中是否有动植物化石而无需把岩石破碎。机场、车站、海关边防等处的工作人员用它检查行李箱包中是否有武器弹药、毒品和其它各种走私违禁物品，既方便又快捷。

但这些系统应用于箱装军械物资数量检测存在以下问题：

1、价格较高。最便宜一台X射线成像仪需要30万元，一套集装箱检测系统价值将达到5000万元以上。

2、体积大，重量大。采用X射线发生器时，需要防护室，体积大，无法移动。而且X射线探伤设备比较复杂，使用起来不够方便。

发明内容

本发明的一个目的在于针对上述问题，提供一种箱装军械物资数量检测方法，其可以用便携式设备实现对箱装军械物资的数量检测，其检测速度快、检测方便。

本发明的另一个目的在于提供一种采用上述检测方法对箱装军械物资进行检测的检测系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种箱装军械物资数量检测方法，其包括以下步骤：1)将军械物资的标准箱匀速穿过一由γ放射源和探测器组成的探测装置，并连续接收该探测装置在标准箱各截面所测量的射线强度信号，换算出各截面等效密度，得出标准箱各截面基准等效密度分布数据；2)将待测军械物资样品箱以同样速度匀速穿过上述探测装置，连续接收该探测装置在样品箱各截面所测量的射线强度信号，换算出各截面的等效密度，得出样品箱各截面等效密度分布数据；3)比较样品箱各截面等效密度分布数据与基准等效密度分布数据，当样品箱某一截面的等效密度与标准箱等效密度相差大于测量误差至一设定值时，给出报警信号。

所述设定值可为1％-2％。

由于测量位置方式固定，样品箱各截面等效密度与探测器输出的计数率是相关的，即测量计数率就可得到样品箱的等效密度值，如果样品箱某一截面的等效密度与标准箱等效密度相差大于测量误差2％以上时，即得出样品箱物资缺失，并给出报警信号。

所检测的军械物资包装箱的规格为500mm×400mm×200mm，检测时将包装箱厚度方向在所述γ放射源和探测器之间穿过，所述γ放射源和探测器间距为300mm，所述γ放射源采用¹³⁷Cs活度0.1mCi放射源。由于铯源能量为0.662MeV，穿透力相对较小，容易防护，而半衰期为30.27年，一般情况下，仪器使用期内，不需要更换放射源。

进一步地，所述步骤1)还包括先将检测各种标准箱所得到的基准等效密度分布数据存储于数据库，检测时根据样品箱的种类从该数据库中选择相应的基准等效密度分布数据。

本发明的方法还包括一根据放射源衰减、探测器效率或系统误差等修正基准等效密度数据的步骤。

为了利用本发明的检测方法检测箱装军械物资，本发明提供了一种用于检测军械物资包装箱内军械物资的检测系统，包括一γ放射源、一探测器及数据采集处理装置，所述γ放射源和探测器相对设置并且在二者之间设有一用于放置包装箱的承载装置，该承载装置与所述γ放射源和探测器之间可相对移动，所述数据采集处理装置用于存储、采集和处理来自所述探测器的检测数据。

所述γ放射源采用¹³⁷Cs活度0.1mCi放射源，所述探测器为平行板电离室或移动式闪烁探测器，所述承载装置为一输送带，所述γ放射源与探测器之间的间距为300mm。所述承载装置也可为一固定承载台，而所述γ放射源与探测器相对于该固定承载台移动，来实现对样品箱各截面等效密度的检测。

所述数据采集处理装置包括多通道并行计数采集系统、光隔定时计数测频卡和计算机，该计算机通过所述多通道并行计数采集系统和光隔定时计数测频卡连接于所述探测器。多路探测器信号经放大、整形、归一化后输出，由计算机并行高速采集卡采集和计数，并计算出每路的计数率。根据样品箱传输位置，虚拟出各截面的等效密度。即核子秤的瞬态密度值，避免了速度不均匀性对测量结果的影响。

所述计算机还连接有用于控制所述输送带速度的控制装置和信号报警装置。

采用本发明的检测方法和检测系统由于采取先测量标准箱所装的军械物资数量数据，再测量需要检测的箱装军械物资数量数据，进行军械物资装箱数量数据的比较分析，给出准确的检测结果，对装箱数量不准确的军械物资发出报警信息。这就大大缩小系统结构，减小了设备体积；避免了系统信号漂移、电源涨落等误差的影响，提高了测量结果的准确性。

本发明采用γ放射源，由于γ射线穿透力比较强，比较适合箱装军械物资的检测，而将射线密度分析技术进行系统集成，又采用对比方式，因此采用的放射源活度可以大大降低，防护铅容器重量轻，容器表面辐射剂量非常小，安全性得到大大提高，确保了使用人员的安全和所检测军械物资的安全。

本发明的检测方法及检测系统尤其适用于对箱装弹药类军械物资的检测。

附图说明

图1为本发明检测系统的结构示意图。

图2所示是本发明检测系统控制框图。

图3所示是标准军械物资包装箱等效密度曲线。

图4所示是有数量缺失的军械物资包装箱等效密度曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

图1所示是用于检测军械物资包装箱内军械物资的检测系统，其包括一γ放射源3、一探测器2及数据采集处理装置5，所述γ放射源3和探测器2相对设置并且在二者之间设有一用于放置包装箱的承载装置，该承载装置与所述γ放射源和探测器之间可相对移动，所述数据采集处理装置用于存储、采集和处理来自所述探测器的检测数据。

在图1中所述承载装置是一输送带4，军械物质包装箱1放置在输送带4上，所述γ放射源3和探测器2相对设置在输送带4的上方和下方，在包装箱1经过放射源3和探测器2时，由探测器2接收探测信号并将其输送到数据采集处理装置5。所述数据采集处理装置5包括多通道并行计数采集系统、光隔定时计数测频卡和计算机，该计算机通过所述多通道并行计数采集系统和光隔定时计数测频卡连接于所述探测器2。

上述承载装置也可是一固定承载台(图略)，军械物资包装箱1放置在该固定承载台上，放射源3和探测器2相对于固定承载台移动扫描箱装军械物资，其探测原理与图1装置相同。

本发明检测箱装军械物资的原理如图2所示，军械物资标准箱1通过输送带4，经过放射源3和探测器2之间的测量狭缝，由探测器2接收探测信号，探测器信号经处理后，幅度和脉宽一致，因此测量各点等效密度只需要计数即可，故本发明采用多通道并行计数采集系统和一块光隔定时计数测频卡(8路高速光隔16位计数器)，分别测量每通道的计数率，由于多通道并行计数采集系统和光隔定时计数测频卡都是现有的，可放置于计算机内，在此不再详述。探测器2测量每一路信号，经计算机5进行放大、整形、归一化，并计算出脉冲的计数率，其计数率分布曲线参见图3所示的等效密度曲线，综合各路信号即可得到标准箱的基准等效密度分布数据，该基准等效密度分布数据可存入数据库，记录存档。检测时根据样品箱的种类从该数据库中选择相应的基准等效密度分布数据。检测其他同类箱装军械物质时，由于测量位置由同一位置传感器得到，其密度分布与基准等效密度有可比性，当测量结果误差大于2％以上时，就判断其为缺失军械物资，给出报警信号。计算机可以控制探测器2与包装箱1之间的相对移动速度。

放射源3在使用一端时间后，由于放射源衰减，对于同样的包装箱其检测结果也会出现偏差，因此需要在计算机中对基准等效密度数据进行修正。同样，在探测器不同时，探测器效率或系统误差等也发生变化，也需要修正基准等效密度数据。该修正数据可由本领域技术人员通过计算来事先确定。

下面举例说明测量过程：

例1：该系统测量统一尺寸箱装密封物质，线状放射源和长闪烁探测器相对安装，距离300mm，放射源¹³⁷Cs活度0.1mCi，放射源和探测器均有铅质屏蔽准直孔，被测物体以1cm/s速度通过测量狭缝，测出其等效密度，绘制出整个物体等效密度分布图。先测量标准箱的图像，如图3所示，并保存到数据库，再测量样品箱，其等效密度和标准箱数据比较，若其等效密度超出1％以上误差，如图4所示，就可判断样品箱缺少物资。

例2、该系统测量统一尺寸箱装密封物质，线状放射源和长闪烁探测器相对安装，距离300mm，放射源¹³⁷Cs活度0.1mCi，放射源和探测器均有铅质屏蔽准直孔，固定在同一移动装置上，该装置以5cm/s速度通过包装箱，实时计算射线计数率，再计算其等效密度，绘制出整个物体等效密度分布图。先测量标准箱的图像，并保存到数据库，再测量样品箱，其等效密度和标准箱数据比较，若超出1％以上误差，就可判断样品箱缺少物资。

例3、该系统测量统一尺寸箱装密封物质，线状放射源和线性闪烁探测器矩阵相对安装，距离300mm，放射源¹³⁷Cs和探测器均有铅质屏蔽准直孔，被测物体以10cm/s速度通过测量狭缝，实时计算其等效密度，绘制出整个物体等效密度分布图。先测量标准箱的图像，并保存到数据库，再测量样品箱，其等效密度和标准箱数据比较，其等效密度超出1％以上误差，就可判断样品箱缺少物资。

下面以移动式闪烁探测器为例，使用铯-137，0.1mCi铯源进行测量误差的计算：

一般军械物资(特别是本系统的主要使用对象——枪弹)的包装箱的外形尺寸(L×W×H，mm)不超过500mm×400mm×200mm，重量(G，kg)不超过50kg，故其密度(ρ，g/cm²)不超过G/(L×W×H)＝50000/(50×40×20)＝1.25g/cm³。

放射源采用铯-137的线性吸收系数(μ)为0.052，介质密度与厚度的乘积(ρd)为1.25*20＝25。根据衰变规律公式I＝I₀e^-μρd有γ射线穿过包装箱衰减倍数为I/I₀＝e^-0.052*25＝3.67倍。

探测器选用移动式闪烁探测器。一般情况下其效率(η)为30％(闪烁探测器本身探测效率)，其探测晶体接受面积(S)为40×10＝400cm²(包装箱宽40cm，一般晶体宽度为10cm。由于包装箱是在传送装置上传送的，所以其完全可满足需要)，现取探测器距放射源(R)300mm(包装箱高20cm，再加上其他空隙10cm，此假设已能够完全满足要求)，则

探测晶体接受面积所占放射区域的比例(a)为：

a＝S/4πR²

＝400/(4×3.14×30×30)

≈0.035

射线的综合利用率(b)为：

b＝aηI₀/I

＝0.035×0.3/3.67

≈0.0029

设计测量时间(T)为20s(测量时间总时间)，根据我们对本系统的设计，取0.1mCi铯源来估算，其射线脉冲(ω)为3.7×10⁶粒子束/秒(本身参数，由于1mCi的铯源的活度即在1秒内发射的粒子束为3.7×10⁷个单位)，则穿过包装箱的粒子束计数(c)为：

c＝Tbω

＝20×3.7×10⁶×0.0029

＝214600

则统计涨落$\delta =1/c=\sqrt{214600},$测量误差为$1/\delta =1/\sqrt{118400}\approx 0.0022=0.22\%$所以在3倍标准方差内，其测量置信度为99.9％，测量误差为0.66％，符合测量误差要求(1％)。

注：0.1mCi铯源(铯源取值越大，误差越小，故本系统误差能完全满足要求)(取0.1mCi铯源计算的测量误差为0.66％，符合测量误差要求1％)。

辐射安全性分析：

0.1mCi铯源放射源完全裸露时不同距离接触1小时所受的有效剂量见表2

  表2  放射源完全裸露时不同距离接触1小时所受的有效剂量

 

距离m0.050.512510剂量mSv0.1120.00120.000280.000070.0000110.0000028

0.1mCi线源Cs-137放射源裸露时，不同距离接触1小时所收的有效剂量取其十分之一为参考值。放射源的容器为壁厚2.5cm铅质柱状体，其对放射源衰减倍数为4左右，即容器表面的剂量率小于0.0026mSv/h，每天测量按工作人员接触放射源容器表面1小时，1米处7小时计算，其操作仪器的人员所受的辐射剂量为0.002649mSv/h，每年工作300天，所接受的辐射剂量为0.79mSv。

根据国家辐射防护标准GB18871-2002有关规定，职业技术人员连续5年所受照射剂量平均不超过20mSv，一次受照射不超过50mSv。公众人员年有效剂量为1mSv。操作仪器的人员一年所受辐射剂量低于国家公众人员规定的限值，所以本系统辐射防护是安全的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。