DE112006001584T5

DE112006001584T5 - Energie unterscheidendes Streuabbildungssystem

Info

Publication number: DE112006001584T5
Application number: DE112006001584T
Authority: DE
Inventors: David S. Rundle
Original assignee: II VI Inc
Current assignee: Endicott Interconnect Technologies Inc
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2008-05-29
Also published as: US7738631B2; US20080267353A1; WO2006138521A3; WO2006138521A2; CN101198860A; JP2008544256A; IS8706A

Abstract

Probenprüfsystem mit:
Mitteln zur Ausgabe von Photonen entlang einem Übertragungsweg,
Mitteln zum vollständigen Durchführen einer Probe durch den Übertragungsweg, in Bezug auf den Übertragungsweg versetzten Mitteln zur Erfassung von Photonen, die aus dem Übertragungsweg als Reaktion auf eine Wechselwirkung mit der durch diesen durchlaufenden Probe gestreut werden, und
Mitteln zum Bestimmen aus den erfassten gestreuten Photonen, dass ein erstes Material in der Probe vorhanden ist, wobei:
die Probe aus einer Mehrzahl von Materialien besteht, zumindest zwei der Mehrzahl von Materialien, einschließlich des ersten Materials, den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg in ungefähr demselben Maß blockieren, woraufhin eine Unterscheidung zwischen den zumindest zwei Materialien, basierend auf Photonen, die die Probe aus dem Übertragungsweg verlassen, verhindert wird, und die erfassten, gestreuten Photonen in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit dem ersten Material gestreut werden.

Description

Querverweis auf zugehörige Anmeldung
Die Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Anmeldung Nr. 60/691,045, eingereicht am 16. Juni 2005, deren Inhalt durch Bezug aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Probenprüfsystem und genauer auf ein Probenprüfsystem, das zwischen Materialien mit ähnlichen Dichten unterscheiden kann.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Die Lebensmittelüberwachungsbranche benutzt gegenwärtig röntgenstrahlungsbasierte Systeme, die lineare Szintillator-/Photodiodenanordnungen einsetzen, um Portionen und Füllhöhe zu verifizieren, Lebensmittel und Packungsqualitäten zu inspizieren, Lebensmittelverschmutzungen zu identifizieren und/oder eine Verfahrensüberwachung vorzusehen. Diese Systeme basieren auf der Fähigkeit, Unterschiede in der Röntgenstrahldurchlässigkeit zwischen Lebensmitteln, Verpackung und vorliegenden Verschmutzung(en) zu erfassen. Diese Systeme sind wirksam für die Überwachung von Produkten, die signifikant unterschiedliche Dichten zwischen dem Lebensmittelprodukt und der Verpackung oder Verschmutzung(en) aufweisen. Wenn jedoch die Verschmutzung(en) und/oder die Verpackung in ihrer Dichte ähnlich zu dem zu inspizierenden Lebensmittel sind, ist die Genauigkeit des Systems beim Erfassen von Unterschieden beeinträchtigt.
Dementsprechend wird ein Röntgensystem und Verfahren seiner Benutzung für den Einsatz in der Lebensmittelprüfbranche benötigt, das die Unterschiede zwischen den geprüften Lebensmitteln und irgendwelchen in den Lebensmitteln vorhandener Verschmutzung(en) und/oder Lebensmittelverpackung(en) erfassen können, insbesondere wenn die Verschmutzung(en) und/oder Verpackung(en) in der Dichte ähnlich zu den geprüften Lebensmitteln sind.
Beispiele für die Verwendung von Röntgenstrahlung zur Erfassung von Unterschieden zwischen zwei oder mehr Bestandteilen eines Gegenstandes können in den folgenden Artikeln gefunden werden: „The Potential for Compton Scattered X-rays in Food Inspection: The Effect of Multiple Scatter and Sample Inhomogencity" von N.J.B. McFarlane, C. R. Bull, R. D. Tillett, R. D. Speller, G. J. Royle und K.R.A. Johnson, in J. agric Engng Res. (2000) 75, 265-274; „Energy-dispersive x-ray diffraction tomography" von G. Harding, M. Newton und J. Kosanetzky, in Phys, Med. Biol., 1990, Band 35, Nr. 1, 33-41; „Time Constraints an Glass Detection in Food Materials using Compton Scattered X-rays" von N.J.B. McFarlane, C. R. Bull, R. D. Tillett, R. D. Speller und G. J. Royle, in J. agric. Engng. Res. (2001) 79(4), 407-418; und „Energy Dispersive X-ray Scatter for measurement of oil/water ratios", University of Surrey, Department of Physics Radiation Imaging, http://www.ph.surrey.ac.uk/rmm/imaging/xray_scatter/index.html.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist ein Probenprüfsystem. Das System umfasst Mittel für die Aussendung von Photonen entlang einem Übertragungsweg und Mittel zum vollständigen Durchführen einer Proben durch den Übertragungsweg. Mittel zum Erfassen von Photonen, die aus dem Übertragungsweg in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit der durchgeführten Probe gestreut werden, sind versetzt in Bezug auf den Übertragungsweg angeordnet. Zuletzt umfasst das System Mittel, um aus den erfassten gestreuten Photonen zu bestimmen, dass ein erstes Material in der Probe vorhanden ist. Die Probe ist aufgebaut aus einer Mehrzahl von Materialien, von denen zumindest zwei einschließlich des ersten Materials den Durchgang von Photonen auf den Übertragungsweg ungefähr im selben Ausmaß blockieren, woraufhin eine Unterscheidung zwischen den zumindest zwei Materialien basierend auf Photonen, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen, verhindert wird. Die erfassten gestreuten Photonen werden in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit dem ersten Material gestreut.
Das System kann auch Mittel umfassen, die in dem Übertragungsweg für die Erfassung von Photonen angeordnet sind, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen.
Die Mehrzahl von Materialien kann ein zweites Material umfassen, das den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg in einem größeren Ausmaß als das erste Material blockiert. Die Bestimmungsmittel können aus den erfassten Photonen, die das Proben auf dem Übertragungsweg verlassen, bestimmen, dass das zweite Material in den Proben vorhanden ist.
Die Mittel für die Aussendung von Photonen können eine Röntgenstrahlungsquelle sein. Das erste Material kann Kunststoff sein. Das zweite Material kann Metall sein.
Die Erfassungsmittel können zumindest entweder kohärent gestreute Photonen oder Compton-gestreute Photonen erfassen.
Die Erfassungsmittel können einen ersten Photonendetektor umfassen, der in einem ersten Winkel in Bezug auf den Übertragungsweg angeordnet ist. Die Erfassungsmittel können auch einen zweiten Photonendetektor umfassen, der in einem zweiten Winkel in Bezug auf den Übertragungsweg angeordnet ist. Die ersten und zweiten Detektoren können so angeordnet sein, um jeweils koheränt- und Compton-gestreute Photonen zu erfassen.
Die Erfassungsmittel können eine lineare Anordnung von Photonendetektoren umfassen, die bei Raumtemperatur funktionieren. Die lineare Anordnung von Photonendetektoren kann ein Kernmaterial enthalten, das Elektronen-Loch-Paare in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit einfallenden Photonen erzeugt, eine erste auf einer Oberfläche des Kernmaterials angeordneten Elektrode und einer Mehrzahl von zweiten Elektronen, die auf einer anderen Fläche des Kernmaterials gegenüberliegend zu der ersten Elektrode angeordnet sind.
Das Kernmaterial kann Cadmiumtellurid oder Cadmium-Zink-Tellurid umfassen.
Die Erfindung besteht auch aus einem Verfahren zur Probenprüfung mit (a) Aussenden von Photonen entlang einem Übertragungsweg, (b) vollständiges Durchführen einer Probe durch den Übertragungsweg, (c) Erfassen von Photonen, die aus dem Übertragungsweg in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit der durch diesen hindurchgeführten Probe gestreut werden und (d) Bestimmen aus den erfassten, gestreuten Photonen, dass ein erstes Material in der Probe vorhanden ist. Die Probe besteht aus zumindest zwei Materialien, die den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg im ungefähr demselben Ausmaß blockieren, woraufhin eine Unterscheidung zwischen den zumindest zwei Materialien auf Photonen basierend verhindert wird, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen. Die erfassten, gestreuten Photonen werden in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit dem ersten Material der zumindest zwei Materialien gestreut.
Das Verfahren kann weiterhin das Erfassen von Photonen aufweisen, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen, und das Bestimmen aus den erfassten Photonen, die das Proben auf dem Übertragungsweg verlassen, dass das zweite Material der zumindest zwei Materialien in der Probe vorhanden ist, das den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg in einem größeren Ausmaß als das erste Material blockiert.
Schritt (c) kann das Erfassen kohärent gestreuter Photonen und/oder Compton-gestreuter Photonen umfassen.
Letztlich ist die Erfindung ein Probenprüfsystem. Das System umfasst eine Kombination aus Strahlungsquelle und Kollimator für die Aussendung von Photonen entlang einem fächerförmigen Übertragungsweg und einen Photonendetektor, der versetzt in Bezug auf den Übertragungsweg angeordnet ist, um Photonen zu erfassen, die auf dem Übertragungsweg in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit einer Scheibe einer Probe gestreut werden, die bestimmt wird durch und vollständig in dem Übertragungsweg angeordnet ist. Mittel sind vorgesehen, um aus den erfassten, gestreuten Photonen zu bestimmen, dass ein erstes Material in der Probe vorhanden ist, die aus dem ersten Material und einem zweiten Material besteht, die den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg ungefähr in demselben Maß blockieren, woraufhin eine Unterscheidung zwischen den ersten und zweiten Materialien basierend auf Photonen, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen, verhindert wird. Die erfassten, gestreuten Photonen werden in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit dem ersten Material gestreut.
Ein weiterer Photonendetektor kann in dem Übertragungsweg für die Erfassung von Photonen angeordnet werden, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen.
Das zweite Material blockiert den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg in einem größeren Ausmaß als das erste Material und die Bestimmungsmittel bestimmen aus den erfassten Photonen, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen, dass das zweite Material in der Probe vorhanden ist.
Der Photonendetektor kann unter einem ersten Winkel mit Bezug auf den Übertragungsweg für die Erfassung von zumindest entweder kohärent gestreuten Photonen oder Compton-gestreuten Photonen angeordnet sein. Das System kann auch einen weiteren Photonendetektor umfassen, der in einem zweiten Winkel in Bezug auf den Übertragungsweg angeordnet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Seitenansicht eines Probenprüfsystems entsprechend der vorliegenden Erfindung,
2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in 1,
3 ist eine Aufsicht der Anodenseite einer beispielhaften Detektoranordnung, dargestellt in 1 und 2, und
4 ist eine Seitenansicht einer beispielhaften Detektoranordnung, verbunden mit einem Blockdiagramm einer Schaltung, die dazu benutzt wird, um an die Detektoranordnung eine Spannung anzulegen und um Ereignisse von bestimmten Energieniveaus von Photonen zu erfassen und zu speichern, die mit einem Kernmaterial der Detektoranordnung Wechselwirken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Elementen entsprechen.
Mit Bezug auf 1 ist die vorliegende Erfindung ein Probenprüfsystem 2, das ein Förderband 4 zum Durchführen einer Probe, wie etwa verpackte oder unverpackte Lebensmittelprodukte 6, durch eine Prüfstation 8 umfasst. Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf Proben, die Lebensmittelprodukte 6 sind, beschrieben. Jedoch soll dies nicht als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden.
Mit Bezug auf 2 und weiterhin Bezug auf 1 umfasst die Prüfstation 8 eine Hochenergiephotonenquelle 10, wie z.B. ohne Beschränkung hierauf eine Röntgenstrahlquelle, und zumindest eine lineare Photonendetektoranordnung 12, angeordnet auf der gegenüberliegenden Seite des Förderbands 4. In der 1 sind die Photonenquelle 10 und die Detektoranordnung 12 jeweils oberhalb und unterhalb des Förderbands 4 angeordnet dargestellt. Jedoch soll dies nicht als die Erfindung begrenzend angesehen werden, da die Anordnungen der Photonenquelle 10 und der Detektoranordnung 12 verändert werden können, falls gewünscht.
Die Detektoranordnung 12 ist bevorzugt im Übertragungsweg 14 der durch die Photonenquelle 10 ausgestrahlten Photonen angeordnet. Für Zwecke der Lebensmittelkontrolle ist der Übertragungsweg 14 bevorzugt fächerförmig (am besten dargestellt in 2), wobei jeder Teil eines Lebensmittelprodukts 6, das durch das Transportband 4 durchgeführt wird, vollständig durch den Übertragungsweg 14 während der Prüfung des Lebensmittelproduktes 6 hindurch wandert. Genauer definiert die Wechselwirkung zwischen dem Übertragungsweg 14 und jedem Teil des Lebensmittelprodukts 6, das durch diesen hindurchgeführt wird, eine Scheibe des getesteten Lebensmittelprodukts 6. Wie zu erkennen ist, definiert ein kontinuierliches vollständiges Durchführen des Lebensmittelprodukts 6 durch den Übertragungsweg 14 eine Abfolge von kontinuierlichen Scheiben des getesteten Lebensmittelprodukts 6. Das Lebensmittelprodukt 6 kann entweder in Form von einer oder mehreren diskreten Massen von Lebensmittelprodukt, wie dargestellt in 1, oder aus einer kontinuierlichen Masse an Lebensmittelprodukt 6 auf dem Förderband 4 bestehen.
Um den Übertragungsweg 14 zu formen und zu fokussieren, kann die Prüfstation 8 Kollimatormittel 16 umfassen, die zwischen der Photonenquelle 10 und dem Förderband 4 zum Ausrichten des Übertragungsweges 14 angeordnet sind, bevor dieser für die Prüfung von Lebensmittelprodukten 6 auf dem Förderband 4 eingesetzt wird.
Die Kollimatormittel 16 können jede geeignete oder gewünschte Form einnehmen. Beispielsweise können die Kollimatormittel 16 einen oder mehrere vollständige Kollimatoren umfassen, einen oder mehrere vollständige Kollimatoren in Verbindung mit einem oder mehreren Halbkollimatoren und ähnlichem umfassen. Die Auswahl eines oder mehrerer Kollimatoren, um die Kollimatormittel 16 zu bilden, kann durch ein mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann, basierend auf dem gewünschten Grad der erforderlichen Kollimation, getroffen werden.
Verwendungsabhängig hat die lineare Detektoranordnung 12 eine Länge D zwischen 5,08 cm (2 Inch) und 25,4 cm (10 Inch). Jedoch soll dies nicht als Beschränkung der Erfindung angesehen werden, da die Länge D der Detektoranordnung 12 von einem mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann so gewählt werden kann, dass sie geeignet und/oder die wünschenswerte Länge für den Verwendungszweck darstellt.
Eine teilweise schwierig festzustellende Verunreinigung 18 in Lebensmittelprodukten 6 stellt Kunststoff dar. Beispielsweise ist es teilweise schwierig, ein Stück Kunststoffverunreinigung 18 in einem Volumen eines Lebensmittelproduktes, z.B. Fleisch, basierend auf Photonen, die sich entlang dem Übertragungsweg 14 ausbreiten und durch die Detektoranordnung 12 empfangen werden, festzustellen. Jedoch kann Photonenstreuung als Grundlage zur Erfassung von Verunreinigungen 18 in Lebensmittelprodukten 6 verwendet werden.
Photonenstreuung kann grundsätzlich in zwei allgemeine Kategorien eingeteilt werden, nämlich (1) kohärente oder elastische Streuung und (2) Compton- oder inelastische Streuung. Mit Bezug auf die Richtung des Übertragungsweges 14 tritt kohärente Streuung von Elektronen bei Energien zwischen 10-40 keV in der Wechselwirkung mit Verunreinigungen 18 typischerweise unter Winkeln 20 kleiner als oder gleich 10° in Bezug auf den Übertragungsweg 14 auf. Im Gegensatz hierzu tritt Comptonstreuung unter Energien zwischen 10-40 keV typischerweise unter Winkeln 20 größer als 40° in Bezug auf den Übertragungsweg 14 auf. Photonenstreuung unter einem Winkel 20 zwischen 10° und 40° in Bezug auf den Übertragungsweg 14 wird als Kombination aus kohärenter und Comptonstreuung betrachtet. Insofern als der Winkel, um den jedes gestreute Photon gestreut wird, von der Einfallenergie des Photons abhängt, sind die vorgenannten Winkel nicht als Begrenzung der Erfindung anzusehen.
Erfindungsgemäß kann das Vorhandensein einer Verschmutzung 18 in dem Lebensmittelprodukt 6 durch eine oder mehr lineare Detektoranordnungen 24, wie die lineare Detektoranordnung 12, erfasst werden, die unter einem oder mehreren unterschiedlichen Winkeln 20 in Bezug auf den Übertragungsweg 14 angeordnet sind, um kohärente Streuung, Comptonstreuung und/oder Kombinationen aus diesen zu erfassen, die durch Wechselwirkung zwischen den auf dem Übertragungsweg 14 durchlaufenden Photonen und einer Verschmutzung 18 in dem Lebensmittelprodukt 6 hervorgerufen werden.
Beispielsweise kann zusätzlich zu der Detektoranordnung 12 eine weitere einzelne Detektoranordnung 24 angeordnet werden, um kohärente Streuung oder Comptonstreuung zu erfassen. Alternativ kann anstatt einer einzelnen Detektoranordnung 24 ein Paar von Detektoranordnungen 24 vorgesehen werden, wobei eine von diesem Paar aus Detektoranordnungen 24 so angeordnet ist, dass sie kohärente Streuung erfasst, und mit der anderen des Paares von Detektoranordnungen 24 so angeordnet, dass sie Comptonstreuung erfasst. Alternativ können mehr als zwei Detektoranordnungen 24 vorgesehen werden, um irgendeine Kombination aus kohärenter Streuung, Comptonstreuung und/oder Compton-/kohärenter Streuung zu erfassen.
Der Winkel 20, unter dem eine einzelne Detektoranordnung 24 oder jede aus einer Mehrzahl von Detektoranordnungen 24 in Bezug auf den Übertragungsweg 14 angeordnet ist, kann für einen bestimmten Typ von Verschmutzung 18 für die Erfassung und die Photonenenergie optimiert werden. Beispielsweise kann bei Photonenenergien zwischen 10 und 40 keV eine einzelne Detektoranordnung 24 in einem Winkel 20 zwischen 10 und 20°, bevorzugt zwischen 5° und 10°, zu dem Übertragungsweg 14 für die Erfassung kohärenter Streuung, kann zwischen 40° und 60°, bevorzugt zwischen 45° und 55°, zu dem Übertragungsweg 14 für die Erfassung von Comptonstreuung angeordnet werden, oder kann zwischen 20° und 40°, bevorzugt zwischen 25° und 30°, zu dem Übertragungsweg 14 für die Erfassung einer Kombination aus Compton- und kohärenter Streuung angeordnet werden. Alternativ kann eine erste Detektoranordnung 24 unter einem Winkel 20 zwischen 1° und 20°, bevorzugt zwischen 5° und 10°, zu dem Übertragungsweg 14 für die Erfassung kohärenter Streuung angeordnet werden, während eine zweite Detektoranordnung 24 unter einem Winkel 20 zwischen 40° und 60°, bevorzugt zwischen 45° und 55°, zu dem Übertragungsweg 14 für die Erfassung von Comptonstreuung angeordnet werden kann. Zusätzlich kann, falls gewünscht, eine dritte Detektoranordnung 24 in einem Winkel 20 zwischen 20° und 40°, bevorzugt zwischen 25° und 30°, zu dem Übertragungsweg 14 für die Erfassung der Kombination aus Compton← und kohärenter Streuung angeordnet werden.
Die Anzahl von Detektoranordnungen und der Winkel 20, unter dem jede Detektoranordnung in Bezug auf den Übertragungsweg 14 angeordnet ist, kann wie für die Erfassung der Verschmutzung 18 in dem Lebensmittelprodukt 6 ausgewählt werden, basierend auf der Verschmutzung 18, die erfasst wird, und/oder der Photonenenergie der durch die Photonenquelle 16 des Übertragungswegs 14 erzeugten Photonen. Entsprechend ist die Anzahl der Detektoranordnungen 24 und die Anordnung einer jeden Detektoranordnung 24 unter einem geeigneten Winkel 20, wie oben beschrieben, nicht als die Erfindung einschränkend anzusehen.
Mit Bezug auf 3 und 4 ist jede Detektoranordnung 12 und 24 bevorzugt eine lineare Raumtemperaturhalbleiteranordnung. Jede Detektoranordnung 12 und 24 umfasst ein Kernmaterial 26, gebildet aus einem Material, wie etwa Cadmiumtellurid (CT) oder Cadmium-Zink-Tellurid (CZT), die Elektronen-Loch-Paare in Reaktion auf ein mit einer Kristallgitterstruktur wechselwirkendes hochenergetisches Photon erzeugen. Jede De tektoranordnung 12 und 24 umfasst eine durchgehende Kathode 28, auf der Photoneneintrittsseite und eine Mehrzahl von segmentierten Anoden 30 auf einer der Kathode 28 des Kernmaterial 26 gegenüberliegenden Seite. Die Kathode 28 ist mit einer Spannungsquelle 32 verbunden, die an die Kathode 28 ein geeignetes Potential anlegt in Bezug auf die Anoden 30, woraufhin in dem Kernmaterial 26 erzeugte Löcher zu der Kathode 28 gezogen werden und in dem Kernmaterial 26 erzeugte Elektronen 36 zu einer oder mehreren Anoden 30 gezogen werden.
3 umfasst Abmessungen einer beispielhaften Detektoranordnung 12 oder 24. Die in 3 dargestellten Abmessungen können jedoch nicht als die Erfindung beschränkend angesehen werden.
Jede Anode 30 stellt ein Bildelement (oder Pixel) der Detektoranordnung 12 oder 24 dar. Jede Anode ist mit einem ladungsempfindlichen Verstärker 38 verbunden. Der Ausgabewert jedes Verstärkers 38 ist ein halb-gaussförmiges Signal mit einer Höhe, die proportional zu der einfallenden Photonenenergie ist. Das Ausgabesignal jedes Verstärkers 38 ist mit einem oder mehreren Komparatoren verbunden, von denen jeder einen voreingestellten Schwellwert hat, um die Energie des einfallenden Photons zu bestimmen. Die Ausgabe jedes Komparators ist mit einer Steuerung 42 verbunden, die so funktioniert, dass sie die Ausgabe jedes Komparators 40 abtastet und daraus die Energie des einfallenden Photons bestimmt.
In Funktion, wenn ein Photon 44 mit dem Kernmaterial 26 wechselwirkt, wird eine Mehrzahl von Elektronen-Lochpaaren erzeugt, die proportional zur Energie des Photons 44 ist. Unter dem Einfluss eines elektrischen Felds 46, das in dem Kernmaterial als Reaktion auf das Anlegen einer geeigneten elektrischen Spannung zwischen Kathode 28 und jeder Anode 30 durch die Spannungsquelle 32 erzeugt wird, wandern Elektronen 36 und Löcher 34 zu den Anoden 30 und jeweils der Kathode 28. Die die Anode 30 erreichenden Elektronen werden durch die entsprechenden Verstärker 38 verstärkt, um halb-gaussförmige Signale zu erzeugen. Dieses Signal wird in einen oder mehrere Komparatoren 40 eingegeben, von denen jeder einen unterschiedlichen voreingestellten Schwellwert 48 hat. Jeder Komparator ist so aufgebaut, dass er ein Signal mit einer Dauer entsprechend zu der Zeit ausgibt, wenn das halb-gaussförmige Signal den entsprechenden Schwellwert 48 überschreitet, das durch den zugeordneten Verstärker 38 ausgegeben wird. Zu geeigneten Zeitpunkten tastet die Steuerung die Ausgabe jedes Komparators 40 ab und bestimmt daraus die Energie des einfallenden Photons auf nach dem Stand der Technik bekannte Art und Weise.
Die Steuerung 42 kann so funktionieren, dass sie Ereignisse von einfallenden Photonen, die eine Anzahl von verschiedenen Energieniveaus haben, sammelt. Beispielsweise kann so, wenn die Ausgabe jedes Verstärkers 38 mit den Eingaben einer Mehrzahl von Komparatoren 40 verbunden ist, von denen jeder einen unterschiedlichen Schwellwert entsprechend einer unterschiedlichen Energie eines einfallenden Photons hat, in Reaktion auf die Erfassung, dass die Signalausgabe bei einem der Verstärker 38 einen ersten Schwellwert überschreitet, aber jedoch nicht einen zweiten Schwellwert, die Steuerung 42 einen mit dem ersten Schwellwert verbundenen Zähler als Aufzeichnung der Energie des einfallenden Photons hochzählen. So kann die Steuerung, wenn drei Komparatoren ihre jeweiligen Schwellwerte so eingestellt haben, dass sie Signalamplituden erfassen, die entsprechend die Photonenergieniveaus von 15 keV, 30 keV und 40 keV überschreiten, die Ereignisse für jede Signalamplitude als Funktion des Photonenergieniveaus, das es darstellt, sammeln. Wenn beispielsweise eine Signalamplitude den Schwellwert 48, entsprechend zu 15 keV, überschreitet, jedoch nicht den Schwellwert 48 entsprechend zu 30 keV überschreitet, zählt die Steuerung 42 den Wert eines ersten Zählers hoch, der eingerichtet ist, um ein Signalamplitudenereignis zu speichern, das den Schwellwert 48 entsprechend zu 15 keV, jedoch nicht den Schwellwert 48 entsprechend zu 30 keV überschreitet. Ähnlich bringt jede Signalamplitude, die den Schwellwert 48 entsprechend zu 30 keV überschreitet, die Steuerung 42 dazu, lediglich den Wert eines Zählers, eingerichtet für die Speicherung der Signalamplitudenereignisse, die den Schwellwert 48 entsprechend zu 30 keV jedoch nicht den Schwellwert 48 entsprechend zu 40 keV überschreiten, hoch zu zählen. Wenn die Signalamplitude den Schwellwert 48 entsprechend 30 keV überschreitet, funktioniert die Steuerung 42 so, dass sie den Wert eines Zählers für die Speicherung der Signalamplitudenereignisse, die den Schwellwert 48 entsprechend 15 keV überschreiten, nicht hoch zählt, auch wenn die Ausgabe des entsprechenden Komparators 40 anzeigt, dass dessen entsprechender Schwellwert 48 überschritten wurde. Letztlich zählt die Steuerung 42 für jede Signalamplitude, die den Schwellwert 48 entsprechend 40 keV überschreitet, lediglich den Wert eines Zählers hoch, eingerichtet, um die Anzahl von Signalamplituden, die den Schwellwert 48 entsprechend 40 keV überschreiten, zu speichern. Wenn eine Signalamplitude den Schwellwert 48 entsprechend 40 keV überschreitet, funktioniert die Steuerung 42 so, dass sie den Wert der für die Speicherung der Anzahl von Signalamplituden, die den Schwellwert 48 entsprechend 15 und 30 keV überschreiten, eingerichteten Zähler nicht hoch zählt, auch wenn die Ausgabe der entsprechenden Komparatoren 40 anzeigt, dass deren entsprechende Schwellwerte 48 überschritten wurden.
Offensichtlich können, falls eine größere Auflösung gewünscht wird, einer oder mehrere zusätzliche Komparatoren 40 mit unterschiedlichen Schwellwerten 48 vorgesehen werden.
Sobald eine geeignete Anzahl von Ereignissen für eine geeignete Zeitdauer gespeichert wurden, kann die Steuerung 42 diese Ereignisse an ein Bildbearbeitungssystem (nicht dargestellt) für eine Bearbeitung nach bekanntem Stand der Technik ausgeben.
Im Wesentlichen kann erfindungsgemäß die Energieeinteilung für Photonen, die sich auf dem Übertragungsweg 14 ausbreiten und durch die Detektoranordnung 12 erfasst werden, ebenso wie für gestreute Photonen durchgeführt werden, die durch eine oder mehrere Detektoranordnungen 24 erfasst werden, von denen jede unter einem geeigneten Winkel 20 in Bezug auf den Übertragungsweg 14 angeordnet ist.
Die Fähigkeit, die Energie der mit dem Kernmaterial 26 einer Detektoranordnung 24 wechselwirkenden gestreuten Photonen zu klassifizieren, ermöglicht die genaue Identifizierung einer oder mehrerer Verschmutzungen 18 in dem Lebensmittelprodukt 6.
Wie zu sehen ist, kann die Detektoranordnung 24 bei richtiger Anordnung einer Detektoranordnung 24 unter einem geeigneten Winkel 20 in Bezug auf den Übertragungsweg 14 das Vorhandensein von einer oder mehrerer Verschmutzungen in einem Lebensmittelprodukt erfassen. Die Energie von gestreuten Photonen, die in die Detektoranordnung 24 einschlagen, kann bestimmt werden und in Kategorien eingeordnet werden, die zur weiteren Ermöglichung der Identifizierung der einen oder mehreren Verschmutzungen in dem Lebensmittelprodukt genutzt werden können. Eine Mehrzahl von Detektoranordnungen 24, von denen jede unter einem unterschiedlichen Winkel 20 in Bezug auf den Übertragungsweg 14 angeordnet ist, kann auch dazu genutzt werden, um das Vorhandensein von einer oder mehr Verschmutzungen in Lebensmittelprodukten zu erfassen.
Jede Detektoranordnung 24 kann in Kombination mit der Detektoranordnung 12 benutzt werden, die im Übertragungsweg 14 angeordnet ist. Jedoch soll dies nicht als die Erfindung einschränkend angesehen werden, da die Detektoranordnung 12 weggelassen werden kann und eine oder mehrere Detektoranordnungen 24, wie oben dargelegt, angeordnet werden können, um gestreute Photonen zu erfassen.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, offensichtliche Modifizierungen und Änderungen können beim Lesen und Verstehen der vorausgehenden detaillierten Beschreibung auftreten. Es versteht sich, dass die Erfindung insoweit beschränkt ist, als sie all solche Modifikationen und Änderungen insoweit umfasst, als sie innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente auftreten.
Zusammenfassung
ENERGIE UNTERSCHEIDENDES STREUABBILDUNGSSYSTEM
Ein Probenprüfsystem umfasst eine Photonenquelle zur Ausgabe von Photonen entlang eines Übertragungswegs und eine Förderanlage zum vollständigen Durchführen einer Probe durch den Übertragungsweg. Ein Strahlungsdetektor ist in Bezug auf den Übertragungsweg versetztet angeordnet, um Photonen zu erfassen, die aus dem Übertragungsweg als Reaktion auf eine Wechselwirkung mit der durch diesen durchlaufenden Probe gestreut werden. Eine Steuerung bestimmt aus den erfassten gestreuten Photonen, dass ein erstes Material in der Probe vorhanden ist.

Claims

Probenprüfsystem mit: Mitteln zur Ausgabe von Photonen entlang einem Übertragungsweg, Mitteln zum vollständigen Durchführen einer Probe durch den Übertragungsweg, in Bezug auf den Übertragungsweg versetzten Mitteln zur Erfassung von Photonen, die aus dem Übertragungsweg als Reaktion auf eine Wechselwirkung mit der durch diesen durchlaufenden Probe gestreut werden, und Mitteln zum Bestimmen aus den erfassten gestreuten Photonen, dass ein erstes Material in der Probe vorhanden ist, wobei: die Probe aus einer Mehrzahl von Materialien besteht, zumindest zwei der Mehrzahl von Materialien, einschließlich des ersten Materials, den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg in ungefähr demselben Maß blockieren, woraufhin eine Unterscheidung zwischen den zumindest zwei Materialien, basierend auf Photonen, die die Probe aus dem Übertragungsweg verlassen, verhindert wird, und die erfassten, gestreuten Photonen in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit dem ersten Material gestreut werden.
System nach Anspruch 1, weiter Mittel in dem Übertragungsweg für die Erfassung von Photonen umfassend, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen.
System nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Materialien ein zweites Material aufweist, das den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg in größerem Ausmaß als das erste Material blockiert, und die Mittel zur Bestimmung aus den erfassten Photonen, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen, bestimmen, dass das zweite Material in der Probe vorhanden ist.
System nach Anspruch 3, wobei die Mittel zur Ausgabe von Photonen eine Röntgenstrahlungsquelle sind, das erste Material ein Kunststoff und das zweite Material Metall ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Erfassung zumindest eines von beiden aus kohärent gestreuten Photonen und Compton-gestreuten Photonen erfassen.
System nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Erfassung einen ersten Photondetektor umfassen, der unter einem ersten Winkel in Bezug auf den Übertragungsweg angeordnet ist.
System nach Anspruch 6, wobei die Mittel zur Erfassung einen zweiten Photonendetektor umfassen, der unter einem zweiten Winkel in Bezug auf den Übertragungsweg angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Detektoren so angeordnet sind, um jeweils kohärente und Compton-gestreute Photonen zu erfassen.
System nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Erfassung eine lineare Anordnung von Photonendetektoren aufweisen, die bei Raumtemperatur funktionieren.
System nach Anspruch 9, wobei die lineare Anordnung von Photonendetektoren aufweist: ein Kernmaterial, das Elektronen-Loch-Paare in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit einfallenden Photonen erzeugt, eine erste auf einer Oberfläche des Kernmaterial angeordnete Elektrode, und eine Mehrzahl von zweiten, auf einer anderen Oberfläche des Kernmaterials gegenüberliegend zu der ersten Elektrode angeordnete Elektroden.
System nach Anspruch 10, wobei das Kernmaterial entweder aus Cadmiumtellurid oder Cadmium-Zink-Tellurid besteht.
Verfahren zur Probenprüfung mit (a) Aussenden von Photonen entlang einem Übertragungsweg, (b) vollständiges Durchführen einer Probe durch den Übertragungsweg, (c) Erfassen von Photonen, die aus dem Übertragungsweg in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit der durchlaufenden Probe gestreut werden, und (d) Bestimmen aus den erfassten, gestreuten Photonen, dass ein erstes Material in der Probe vorhanden ist, wobei: die Probe aus einer Mehrzahl von Materialien besteht, zumindest zwei der Mehrzahl von Materialien einschließlich des ersten Materials den Durchlass von Photonen auf dem Übertragungsweg ungefähr im selben Maß blockieren, wobei eine Unterscheidung zwischen den zumindest zwei Materialien, basierend auf Photonen, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen, verhindert wird, und die erfassten, gestreuten Photonen in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit dem ersten Material gestreut werden.
Verfahren nach Anspruch 12, weiter die Erfassung von Photonen, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen, umfassend.
Verfahren nach Anspruch 13, weiter die Bestimmung aus den erfassten Photonen umfassend, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen, dass ein zweites Material, das den Durchlass der Photonen auf dem Übertragungsweg in einem größeren Ausmaß als das erste Material blockiert, in der Probe vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Schritt (c) das Erfassen von kohärent gestreuten Photonen und/oder Compton-gestreuten Photonen umfasst.
Probenprüfsystem mit: einer Kombination aus Strahlungsquelle und Kollimator zur Ausgabe von Photonen entlang einem fächerförmigen Übertragungsweg, einen Photonendetektor, der in Bezug auf den Übertragungsweg versetzt angeordnet ist, um Photonen zu erfassen, die aus dem Übertragungsweg in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit einer Scheibe einer Probe gestreut werden, die definiert wird durch und vollständig in dem Übertragungsweg angeordnet ist, und Mittel zur Bestimmung aus den erfassten gestreuten Photonen, dass ein erstes Material in der Probe vorhanden ist, wobei: die Probe aus dem ersten und einem zweiten Material besteht, die den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg ungefähr im selben Ausmaß blockieren, wodurch eine Unterscheidung zwischen dem ersten und zweiten Material, basierend auf den die Probe auf dem Übertragungsweg verlassenden Photonen verhindert wird, und die erfassten gestreuten Photonen in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit dem ersten Material gestreut werden.
System nach Anspruch 16, weiter umfassend einen weiteren Photonendetektor, der in dem Übertragungsweg für die Erfindung von Photonen angeordnet ist, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen.
System nach Anspruch 17, wobei das zweite Material den Durchgang von Photonen auf dem Übertragungsweg in einem größeren Ausmaß blockiert als das erste Material, und die Mittel zur Bestimmung aus den erfassten Photonen, die die Probe auf dem Übertragungsweg verlassen, bestimmt, dass das zweite Material in der Probe vorhanden ist.
System nach Anspruch 16, wobei der Photonendetektor zumindest eines von beiden aus kohärent gestreuten Photonen und Compton-gestreuten Photonen erfasst.
System nach Anspruch 16, wobei der Photonendetektor unter einem ersten Winkel in Bezug auf den Übertragungsweg angeordnet ist, und das System einen weiteren Photonendetektor umfasst, der unter einem zweiten Winkel in Bezug auf den Übertragungsweg angeordnet ist.