An Explosive Detection System

Case 3: An Explosive Detection System (爆炸物偵測系統, EDS)

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掃描系統: 以X-ray system來辨識"爆炸性"與否

曝光檢查的X-ray需激發性電壓 150~500 KeV

X-ray光束: 由13個偵測器收集&導向; 每30ms轉移給13個數位訊號處理器(DSP)

並(結合neural network)以DSP來表現良性or可疑的電磁波



Table 10.4 - 技術性(運作規格)資料

Figure 10.7 - 六個關鍵子系統



*Collimator(光準直器): 協助光線前進達到近乎平行直進的程度, 以避免光傳播的發散導致光能量損失





1. Tower:

以鋼管焊接, 確保最小靈活性+強化支架; 行李處理系統產生振動時, 並不影響它及其餘子系統 



2. The X-ray Generator:

主要工作是產生150~200 KeV電壓 (有效直線範圍不超過0.8mm偏誤!?)

旋轉真空正極管, 可連續產生160 KeV的X-ray

正極為環狀的鎢(W)包覆於半徑200mm的鉬(Mo)圓盤之上, 轉速達10000rpm幾乎沒摩擦力,

熱傳導液態金屬軸承 (需伴隨連續冷卻系統), X-ray產生器關閉後, 冷卻系統需持續運作30min

是故, 使用不斷電系統, 於電源失效時啟動循環式幫浦



3. The Incident Beam Collimators:

上接收X-ray連續放射線, 下為可動式狹縫, 以垂直伸縮的鏡頭包覆

大部分內部元件以鋼製, 但跟X-ray接觸的元件以鎢(10%)和銅合金製成

鎢對X-ray吸收性極佳, 配合5~10mm狹縫以達成有效遮罩



4. The Scattered Beam Collimators:

將收集而來的X-ray導向合適的偵測器

為達到高解析力, 須控制散射光"水平"和"切線"偏移 (分別靠4放射狀+12星狀準直器)

水平: 測量平面上系統中心及繞射點, 控制偏移角度;  切線: 控制平面上垂直位置

若光線偏移到任一位置, 則降低解析能力



5. The Detector System:

主要元件為"低溫冷卻器", 鍺結晶的X-ray偵測器

X-ray被晶體吸收, 產生大量的電洞(electron-hole pairs), 與X-ray強度(E)成比例

加1000V偏壓通過晶體內任一電極的光誘導電荷, 並產生電流脈衝, 與光誘導電荷(或X-ray吸收量)成比例

外部電子優先發揮與形成電流脈衝

根據靜電荷(X-ray能量)和光子能增加量, 以"多頻分析器(multichannel analyzer)"區別電流脈衝



6. System Controls & Electronics

以電腦監控(每隔30ms)由13個偵測器獲得的X-ray電磁波

主要流程為讀取來自偵測器的能量資料, 分類後建構於RAM內

將電磁波除去干擾後, 轉移至13個DSP, 進而辨識良性or可疑的電磁波

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Reference:

Elsayed, A.E., Reliability Engineering, Addison Wesley, 1996.