专利名称：便携式检测装置的制作方法
技术领域：
本发明的方面通常涉及扫描设备，及更具体地涉及配置成扫描可疑对象以确定它们是否含有爆炸物或其它威胁或非法材料的便携式多平面检测装置。
背景技术：
一般而言，增加的恐怖活动(包括9/11袭击、伦敦和马德里公交系统爆炸、孟买市区袭击的悲惨事件及类似事件)的目前趋势连同致幻毒品和其它禁止物质(比如放射性材料)的非法交易的增长对施行更严格和更有效的安全解决方案的所有政府、私营部门及其它相关机构施加了巨大的压力。另外，当前水平的国际旅游和交易的庞大的量进一步复杂化了已经与在进入和离开的港口处检查货物相关的问题。货物的有效移动及公共运输、航空及旅游的保证在很大程度上依赖于快速并准确地识别及传达不利于旅客、员工、客人、交通工具及设施的威胁的能力。公共运输系统、运输终端、机场、酒店、商业中心及其它大的公共场所尤其易受恐怖主义者袭击，这将整个社区甚至国家安全置于危险当中。巨大的经济损失及关键服务的中断可由甚至短期的破坏造成。例如由可疑的或无人管理的包裹引起的服务中断的单一事件具有扩展到国家的重要基础设施的其它关键部门的大的操作、心理学(在公众信心方面)及经济影响。目前，隐蔽的违禁品的检测主要基于技术比如X-射线、蒸汽检测及嗅探狗的使用。通常认为这些是“异常”检测器，因为它们根据内含物、密度、形状或热来推断对象或所包含的物质可能是爆炸物、非法物质或其它违禁品。然而，虽然异常检测器对于标记“可疑”物品是有用的，但是它们不能毫无疑问地确定被怀疑的对象或内容物是否真的是爆炸物、非法物质或生物试剂，或仅仅是一些无害的物质。做出这个确定的唯一方法是使对象或其内容物经受补充的检查或二级“确认”检测方法，比如化学分析。作为例子，X-射线广泛用于大块包裹的监视，因为它们具有很多优势X-射线检测技术的产生是先进且相对便宜的；机器具有合理的尺寸；以及它们在公共场所的出现是可接受的。然而，X-射线遭受了具有与组成有机材料——包括大多数的爆炸物和非法药品——的低电子密度元素的低相互作用概率的主要缺点。因此，所有这些物质具有不显著的X-射线吸收或不相干散射特征。另夕卜，尽管一些X-射线扫描仪可产生清晰图像及所探寻的对象的密度相关的阴影，爆炸物、非法物质及其它违禁品可被塑造或包装成任何形状以通过系统。此外，因为不能看透通常用以隐蔽违禁品和威胁材料的相对密实的屏蔽或掩蔽，X-射线尤其易受伪阴性的影响。而且，X-射线系统强烈依赖于操作者对所捕获的图像的解释。即使一些较新的X-射线机器包含自动图像识别以确定图像是否指示了可疑对象而不是依赖于操作者，它们也不能决定性地识别内容物，因此可疑目标仍然必须被打开并人工检查。这使得通过异常检测器比如X-射线的检测在很多情况下是不可靠和不安全的，且倾向于产生不可接受的假警报率。因此，全球的环境与对更准确和快速的筛选的需要及由异常检测器比如X-射线所造成的局限性和负担刺激了开发并采用更为精细和新颖的技术的需要，这种技术可提供确认的筛选。这些可选的方法之一包括借助于高度穿透快中子和伽马能谱学的中子活化分析。这种“确认”技术可用于检测隐藏在大小范围从小的邮政物品到大的货物容器的包装中的且即使被屏蔽或掩蔽的违禁品及其它威胁材料，包括爆炸物、放射性核素、金属(表明屏蔽的或可能的榴散弹)及某些化学制剂。中子探寻技术比如快中子活化分析通常依赖于用中子轰击所探寻的对象中的原子核，使它们发射出特征伽马射线或改变探寻的中子的能量。这种辐射以这些元素的每一 个的特有的非常特定的能量产生。高分辨率检测器收集这种辐射并通过专门的电子设备和软件产生所检测的辐射的光谱。这种光谱仅仅是在每一个能量仓(energy bin)的计数率。通过将这些光谱与各种元素的已知光谱相关联，可作出对象成分的化学鉴定。因此，这个过程揭示了在对象内的可疑物质的存在及数量(或缺乏)。在大多数实际情况下，背景成分是重要的；因此，快中子活化分析方法的灵敏性与特异性通常取决于其清楚地区分开所隐藏的可疑物质的伽马能量特征与背景的能力。因此，为了以高选择性区分开可疑物质的特征与来自绝大多数可能围绕它的无害物质的信号，必须小心地扫描对象。此外，目前中子活化/伽马能谱学技术比如快中子活化分析缺乏定向性和范围。作为结果，较大的面积需要很多次扫描，这些扫描又需要大量的时间和计算机处理来使对象被完全探寻。因此，基于中子活化的扫描存在许多问题。首先，使用当前已知的快中心活化分析技术准确地扫描整个对象对于在某些情况下的实际使用例如在机场筛选行李来说可能太慢。在存在爆炸物的情况下，需要尽快地识别爆炸物以促进有效的响应。其次，快中子活化分析设备扫描对象的时间越多，释放到邻近环境中的中子辐射就越多，因此给附近的人员产生了辐射暴露增加的潜在的有害情况。另外，从装置的立场看，中子发生器和高分辨率检测器都由于对中子辐射的增加的暴露而磨损。第三，为了进行更大对象的多次扫描，基于典型的中子活化的扫描仪必须被关闭或停用以重新定位，接着在连续的扫描之间被重新启动或再次开动，因此增加了完全探寻对象的时间量及使用者在重新定位时在对象附近或在危险的邻近区域中花费的时间。现有技术方法的又一缺点是中子活化分析扫描设备大且通常是固定的。它们一般被配置为支撑车辆的系统，所述系统由于其尺寸而不能进入内部空间比如中转站、轨道车或宾馆大厅，或被配置为固定的入口，其要求将受验对象被带到它们用于扫描，而不是扫描设备本身移动至对象。例如，在机场行李筛选的背景下，通常将行李置于使行李穿过静止的扫描装置移动的传送带上。虽然这在机场行李筛选的背景下及类似背景下可能是有效的，但是在身体搬运或移动可疑对象本身是危险的其它背景下并非有效，比如当对象是在公共场所、在飞机的行李架中或在其它具有有限入口的空间中被保持无人管理或遗弃的包裹或袋子时。当对象已经被标为可疑并具有较高的威胁性质的时候，这特别适用。另外，在使用者不知道所发现的爆炸物的破坏范围或他们对所发现的爆炸物的接近度的情况下，对于使用者和附近的公众都有极大的危险。因此，在操作这样的扫描设备时，在爆炸物或可能的污染区域的情况下，在放射性核素的情况下，有必要远程完成设备的操作，包括传感器在较大区域上的移动，允许操作人员保持与可疑对象间隔开安全的距离并在可能的爆炸半径之外。以下技术定义了这个领域的当前状态Fenne等人在1983年6月7日发布的美国专利号4，387，468通常目的在于移动X-射线装置，其包括底座和在底座上并可绕着纵轴旋转的柱。在柱上安装用于向上和向下移动的托架并在托架上安装用于随之运动的臂。在臂的一端上是可与柱一起绕着其纵轴在整个180度内旋转的X-射线管头组件。通过X-射线胶片暗盒箱加上用于操作X-射线管的 控制电路连同控制电路的外壳来使管头组件平衡。管头组件可放置在存储和运输位置上，其中管头完全在单元的底座的边界内，从而有助于单元的稳定。Gomberg等人在1990年4月17日发布的美国专利号4，918，315通常目的在于用于检查和/或搜索隐藏对象的系统和方法，其使单能量中子束撞击对象，记录从对象散射的中子的能量分布并使所散射的中子的能量/强度分布与特定元素的存在或缺乏相关联。本发明可用于获得关于经受探寻的对象的成分的定性或定量数据。Pellegrino等人在1996年3月12日发布的美国专利号5，499，284通常目的在于改进的移动X-射线单元，其具有允许所连接的X-射线管垂直定位而不需要移动支撑托架的平衡式铰接X-射线管支撑臂。改进的移动X-射线单元还允许在移动的过程中X-射线管被锁定到支撑托架，且铰接的X-射线臂包括能在预定的位置上锁定铰接的X-射线臂的几个电磁驱动的盘式制动器。在需要托架移动的情况下，可通过在通过两个应变计组件与拖架接合的力感测把手上施加力来移动托架。应变计组件向电动机驱动控制电路提供信号，电动机驱动控制电路又在方向上推动两个从动轮且与相对于托架应用到把手上的力成比例。Vourvopoulos分别于1999年11月9日和2003年5月13日发布的美国专利号5，982，838和6，563，898通常目的在于用于通过中子辐射检测物质比如爆炸物和药品的方法和便携式装置。装置具有便携式的中子发生探针及相应的控制器和数据收集计算机。为了探寻对象，探针发射中子。探针还含有用于从快中子、热中子和中子活化反应中收集伽马射线的伽马射线检测器。从这些检测器所收集到的数据被发送至计算机用于数据去卷积，接着用于对象识别，以便确定正被探寻的对象是否含有爆炸物或非法违禁品。Ergun等人在1999年12月28日发布的美国专利号6，007，243通常目的在于采用 手推车的紧凑的移动X-射线C-臂系统，手推车支撑顶部架子上的视频监视器及从手推车的前面打开的下部架子上的其它成像设备。C-臂通过连接到平台下方的手推车的侧面的枢轴来支撑，允许C-臂向前延伸而不妨碍架子或视频监视器并还提供平衡操作，允许手推车的占地面积较小。C-臂作为X-射线源的散热部件及允许额外的旋转轴的转动脚轮的使用允许产生更紧凑的结构。Lasiuk等人于2008年I月15日发布的美国专利号7，319，738通常目的在于用于检查管道及类似物的移动射线照相设备，其包括连接到移动托架运载工具的铰接空中吊杆。枢轴支架可旋转地连接到空中吊杆的远端。具有滑道的平台操作地连接到枢轴支架。安装夹件可旋转地安装到吊架，吊架又连接到平台的滑道。辐射源和辐射检测器安装在夹件的直径相对侧，以便用辐射照亮管道或其它对象的外表面。第一定位装置设置成相对于管道粗略地定位扫描装置。第二定位装置设置成相对于管道精细地定位扫描装置。当辐射源用辐射照亮管道时，第二定位装置可从远距离场所操作。第一和第二定位装置为了定位扫描装置而提供多个自由度。上文所描述的现有技术教导了各 种类型的移动的和/或便携式的扫描设备，其配置成检测所探寻的对象是否含有特定的元素，包括爆炸物或非法违禁品。然而，现有技术未能教导具有�？樯杓频恼庋谋阈郊觳庾爸茫米爸貌唤鲈市硐喽匀菀椎拇娣藕筒渴穑一鼓芄淮佣喔霾煌恢谩⒎较蚝徒嵌燃霸诓煌母叨仍冻痰囟员浠叽绲亩韵蠼猩瑁词拐庑┒韵笪挥谙喽杂邢薜目占渲�。本发明的方面满足了这些需要且还提供如在以下概述中所描述的相关优势。本发明的公开本发明的方面教导产生以下所述的示例性优势的在构建和使用方面的某些益处。如下面在本文中所述的，通过提供配置成扫描可疑对象以确定它们是否含有爆炸物或其它威胁或非法材料的便携式检测装置，本发明解决了上述问题。在一个示例性实施方式中，装置包括塔单元、传感器单元和电子设备单元，每一个单元配置成可移除地彼此接合，用于在运输和存放过程中相对快速的拆卸及在使用过程中重新组装。另外，每一个单元依尺寸制造并配置成能够在相对有限的空间中操作。塔单元包括具有相对垂直定向的塔柱的塔底座，塔轴环与塔柱可滑动及可旋转地接合。因此，塔轴环能够在塔柱的长度上来回移动，及能够绕着塔柱水平地旋转360度。臂支架与塔轴环枢轴转动地接合并提供可滑动地安装的延伸臂。这种配置允许延伸臂相对于塔轴环垂直地旋转360度。另外，延伸臂提供配置成选择性地接纳传感器单元的传感器插座的传感器支架。传感器单元还提供用于扫描目标对象的装置。因此，由于传感器单元与塔单元这样接合，传感器单元能够关节式运动到大范围的位置上以便选择性地定位成邻近目标对象，事实上不管目标对象的位置。电子设备单元也与塔单元选择性地接合，并提供配置成在远离目标对象的安全距离处远程地操作传感器单元的便携式计算设备。在使用中，操作者将塔单元、传感器单元和电子设备单元的每个运送至目标扫描对象所位于的位置。然后，将塔单元定位成邻近目标对象，且电子设备单元与塔底座接合用于稳定并向塔单元提供足够的平衡力。根据目标对象的位置和方向，传感器单元在实质上水平或垂直的扫描方向的任一个上与延伸臂选择性地接合。接着，选择性地使延伸臂关节式运动，使得用于扫描目标对象的装置定位成实质上邻近目标对象。最后，便携式计算设备重新定位在远离目标对象的安全距离处并用于远程地操作传感器以扫描目标对象。在上述的装置和使用的方法中内在的主要目的是提供现有技术未教导的优势。另一个目的是提供具有模块设计的这样一种装置，该装置不仅允许相对容易的存放和部署，而且还使扫描能够从多个不同位置、方向和角度及在不同的高度在对象上进行，即使这些对象位于相对有限的空间中。又一目的是提供这样一种装置，其能够从安全距离远程地操作。又一目的是提供这样一种装置，其能够确定操作者必须远离装置和目标对象多远是安全的。从结合附图理解的以下更详细的描述中，本发明的方面的其它特征和优势将变得明显，附图作为例子说明本发明的方面的原理。附图的简要说明
了本发明的方面。在这样的图中图I是本发明的一个示例性实施方式的侧正视图，其显示了在组装状态和拆卸状态中的本发明。图2是其前正视图；图3是其侧正视图； 图4是其后正视图；图5是与本发明的一个示例性实施方式的塔单元接合的一对稳定腿的详细视图；图6是塔单元的序列图，其示出了塔单元的延伸臂能够旋转的位置的宽范围；图7是在展开状态和运输状态之间转换时的塔单元的序列图；图8是本发明的序列图，其示出了电子设备单元和塔单元之间的接合；图9是本发明的示例性实施方式的详细视图，其示出了用于扫描目标对象的传感器单元的各种定位能力；图10和图11是本发明的又一实施方式的侧正视图，第二支架与塔单元的延伸臂接合；图12是电子设备单元的透视图；图13和图14是其侧正视图；图15是其详细的透视图；图16是本发明的示例性实施方式的部分分解透视图；图17是本发明的又一实施方式的序列图，其示出了当安装在第二支架上时传感器单元绕着延伸臂旋转完整的360度的能力；及图18是其透视图。用于实现本发明的模式上述附图示出了本发明在其至少一个示例性实施方式中的方面，其进一步在以下说明书中被详细定义。现在转到图1，显示了便携式检测装置20的一个示例性实施方式的侧正视图。在示例性实施方式中，装置20包括塔单元22，传感器单元24和电子设备单元26，如在图1_4中最佳示出的，每一个单元均配置成可移除地相互接合。因此，这三个�？榈ピ�22、24和26能够被快速拆卸用于运输和存放，并在部署到目标场所后被重新组装以进行扫描。另外，每一个单元22、24和26足够紧凑和狭窄以允许装置20安装在相对有限的空间比如商用飞机的通道中。继续参考图1-4，在示例性实施方式中，塔单元22包括具有一组相对的塔轮30和相对垂直定向的线性驱动的塔柱32的塔底座28。塔轴环34与塔柱32可滑动且可旋转地接合，从而允许塔轴环34在塔柱32的长度上来回移动，及绕着塔柱32水平旋转360度。另夕卜，臂支架36与塔轴环34枢轴转动地接合并提供配置成与传感器单元24可移除地接合的可滑动地安装的延伸臂38，这样的接合在下文中被详细解释。在图6中示出的序列示出了延伸臂38能够旋转的位置的宽范围。给出它到塔轴环34的连接，延伸臂38还能够在塔柱32的长度上来回移动，及绕着塔柱32水平地旋转360度。而且，延伸臂38能够通过臂支架36垂直地枢轴转动360度，及在臂支架36的长度上来回移动。在一个实施方式中，塔轴环34和延伸臂38的移动和定位都是手动完成的，比如用锁定销40或现在已知的或以后开发的任何其它装置。在另一实施方式中，塔轴环34和延伸臂38的移动和定位是通过机械化来完成的，比如用线性致动器或现在已知的或以后开发的任何其它装置。如在图5中最佳示出的，一对相对的稳定腿42与塔底座28枢轴转动地接合，并配置成选择性地在展开状态(其中稳定腿被延长42以在使用的过程中稳定塔单元22)和缩回状态(其中稳定腿42在塔单元22的运输过程中向内折叠)之间移动。在示例性实施方式中，每一个稳定腿42通过弹簧加载的万向接头44固定到塔底座28，并包括枢轴转动地相互连接的至少两个延长腿部分46。因此，如图5所示，为了在使用的过程中充分地稳定并补偿装置20的重量分布，稳定腿42能够移动到大范围的位置上，这可取决于许多因素，包、括装置20所定位的表面等级及传感器单元24的定位。应注意，在可选的实施方式中，装置20还可提供用于在使用的过程中稳定本发明的稳定腿或其它装置。在一个实施方式中，稳定腿42的移动和定位是手动完成的。在另一实施方式中，它是自动完成的。稳定腿42还优选地提供一组选择性地可延长的稳定脚48，如在图5中最佳示出的，其配置成当装置20位于不均匀表面上时将所需要的高度添加到稳定腿42。在一个实施方式中，稳定脚48是手动延长的。在另一实施方式中，稳定脚48是自动延长的，比如用弹簧加载的自锁机构，或现在已知的或以后开发的任何其它装置。而且，虽然稳定脚48显示为橡胶或其它这样的衬垫，一个或多于一个的脚48可替代地配置成小脚轮，以便于塔单元22的支撑和移动，尤其是在其孤立状态下(无传感器单元24和/或电子设备单元26)。继续参考图5，塔单元22还优选地提供一对可缩回的塔把手50，该把手与塔柱32的上端52接合并配置成帮助塔单元22的运输。如在图7的序列中最佳示出的，为了运输塔单元22，简单延伸塔把手50，及塔单元22倾斜回到塔轮30上，从而允许使用者将塔单元22推动到用于部署或存放的位置。如在图I中最佳示出的，塔底座28还提供配置成与电子设备单元26可移除地接合的底座钩54，这样的接合在下文被详细解释。再次继续参考图1，在示例性实施方式中，传感器单元24包括提供中子发生器58和高分辨率检测器60(图9)的传感器外壳56。如在图9中最佳示出的，中子发生器58和检测器60优选地位于传感器外壳56的同一侧上，使得当传感器单元24邻近目标对象62时，中子发生器58和检测器60都能在目标对象62的同一部分上操作而不必重新定位传感器单元24。应注意，虽然传感器单元24的示例性实施方式提供中子发生器58和检测器60用于执行核扫描方法比如快中子活化分析，但是在可选的实施方式中传感器单元24可提供其它类型的扫描硬件以便实现其它类型的扫描方法，比如X-射线扫描。因此，应理解，本发明不以任何方式限制到仅仅快中子活化分析扫描等，而是相反可结合现在已知的或以后开发的任何扫描或检测技术来使用。在例性实施方式中，传感器外壳56还提供水平传感器插座64和垂直传感器插座66，每个插座实质上相互间隔开90度并配置成与位于延伸臂38上的传感器支架68可移除地接合。在一个实施方式中，如在图9中最佳示出的，传感器支架68配置成对偶销，水平传感器插座64和垂直传感器插座66每个配置成相应的对偶销插座。在可选的实施方式中，传感器支架68可以是可在延伸臂38上操作来与传感器外壳56可移除地接合的现在已知的或后期开发的任何其它装置。继续参考图9，当传感器支架68与水平传感器插座64接合时，传感器单元24因此在“外视(Looking Out)”位置上且能够在水平方向上扫描目标对象62。可选地，当传感器支架68与垂直传感器插座66接合时，传感器单元24因此在“仰视”或“俯视”位置上，且能够在垂直方向上，即，从目标对象62的上面或下面扫描目标对象62。此外，如上所述，因为传感器单元24可移除地安装到延伸臂38，因此传感器单元24能够在塔柱32的长度上来回移动，及除了通过臂支架36垂直地枢轴旋转360度外，还绕着塔柱32水平地旋转360度。因此，传感器单元24能够从很多不同的位置/方向和角度及在各种高度、甚至在相对有限的空间中扫描目标对象62。在又一实施方式中，传感器支架68与延伸臂38可滑动地接合，允许传感器单元24也在延伸臂38的长度上来回移动，从而增加传感器单元 24能够扫描的最大高度。如图10和图11所示，第二“竖板”支架70可与延伸臂38的端部72接合。因此，由于延伸臂38相对垂直地定向且传感器单元24与第二支架70接合，传感器单元24能够在甚至更高的高度处扫描，不管是水平地还是垂直地，即，“外视”或“仰视”。参考图17和图18，在又一实施方式中，第二支架70包括与延伸臂38的端部72枢轴转动地接合的旋转板71，因此使得传感器单元24在安装在第二支架70上时能够绕着延伸臂38的端部旋转完整的360度，如在图18中最佳示出的。因此，旋转板71增加了在传感器单元24的堆置位置上的旋转能力，使得甚至在最大高度处操作扫描装置20时水平旋转也不失去。最后，在这个又一可选实施方式中根据本发明的方面，传感器单元24能够进入到紧密范围内的位置，甚至在相对广泛变化的高度处，尤其是考虑到这样的挑战性空间作为商用飞机的旅客舱内的行李存放架。再一次，本领域的技术人员将认识到，虽然竖旋转板71在特定机械结构的背景下被显示和描述，可采用现在已知的或以后开发的其它这样的结构元件，而不偏离本发明的精神和范围。传感器单元24还优选地提供配置成在装置20的使用过程中确定传感器单元24的当前方向的陀螺仪(未显示)。该信息有助于更准确地进行目标对象62的扫描，及保证在扫描开始前装置20被正确地稳定。类似于塔单元22，传感器单元24提供一对传感器轮74和可缩回的传感器把手76 (图9)，允许传感器单元24在装置20被拆卸时易于被运输到期望的目的地。如图12-15所示，在示例性实施方式中，传感器单元26包括在细长的外壳轴80上可滑动地接合的电子设备外壳78,并配置成在展开状态(其中电子设备外壳78移向外壳轴80的远端82，暴露外壳轴80的近端84 (图14和图15))和缩回状态(其中电子设备外壳78移向近端84 (图12和图13))之间移动。类似于稳定腿42,电子设备外壳78的展开状态配置成在使用的过程中充分稳定和补偿装置20的重量分布。如在图15中最佳不出的,夕卜壳轴80的远端82提供外壳制动器86,该制动器正确地定位电子设备外壳78并限制其在外壳轴80上的移动。近端84提供接合棒88，其配置成在装置20的使用过程中与塔单元22的底座钩54 (图I)可移除地接合。近端84还提供制动踏板90，其配置成当制动踏板向下旋转到锁定位置时选择性地锁定在展开状态中的电子设备外壳78。制动踏板90还装配有一组轮锁92，其配置成当制动踏板90在锁定位置上时接合并旋转地锁定塔轮30。因此，制动踏板90保证了当装置20在使用中时电子设备外壳78保持在展开状态中且塔单兀22保持固定。此外，类似于塔单元22和传感器单元24，电子设备单元26提供一对电子设备轮94和电子设备把手96 (图14)，允许电子设备单元26在装置20被拆卸时易于运输到期望的目的地。电子设备单元26与传感器单元24通信，以便实现其间的数据和命令的交换。该通信可通过现在已知的或以后开发的任何类型的有线或无线通信协议来实现。如图12所示，电子设备外壳78优选地提供配置成存放便携式计算设备100比如膝上型计算机的隔间98。在优选的实施方式中，通过便携式计算设备100上的图形用户界面(“⑶T”)来控制装置20。在装置20的存放和运输过程中，便携式计算设备100存放在隔间98中；及当装置20被部署并在使用中时，便携式计算设备被移动并被带到远距离场所，以使使用者安全地操作装置20，如下文更详细地描述的。在图16最佳示出的示例性实施方式中，电子设备单元26还提供具有使便携式计 算设备100和电子设备单元26相互连接的一段电缆的以太卷轴102，其在示例性实施方式中大致为75-150英尺(75-150’)，但基本上可以是适合于环境的任何长度。电动以太卷轴102具有增量式编码器(未显示)，其配置成跟踪从以太卷轴102放出的电缆104的量，及作为扩展跟踪便携式计算设备100距电子设备单元26的其余部分有多远。根据本发明的方面，该信息不仅允许证实在允许扫描过程开始之前使用者是在距装置20的安全距离处，而且还可用于警告使用者他们是否在距所发现的爆炸物的安全距离处，如下文更详细地描述的。在可选的无线实施方式中，其中电子设备单元26和便携式计算设备100被连接并通过蜂窝、RF、红外或现在已知的或以后开发的其它无线传输技术进行通信，将认识到，电子设备单元26的空间位置及实际上邻近的目标对象62的空间位置可使用GPS或现在已知的或以后开发的其它这样的技术来确定，及在此基础上确定便携式计算设备100和目标对象62之间的距离。作为另一安全机制，可以有在邻近便携式计算设备100的电缆104内硬连线的切断开关105，以便使操作者能够根据需要即时关闭装置20，及在示例性实施方式中特别是中子发生器58，其中传感器单元24涉及核扫描，比如快中子活化分析。如上所述，塔单元22、传感器单元24和电子设备单元26的每个都配置成可移除地相互接合，并可被快速拆卸用于运输和存放且在部署到目标场所后被重新组装以进行扫描。因此，当装置20在使用中时，塔单元22、传感器单元24和电子设备单元26的每个都被手动地运输到目标对象62所位于的目标场所。接着，电子设备单元26与塔单元22接合并移动到其展开状态中，如图8所示；此外，制动踏板90移动到锁定位置上，如图15所示。接着，传感器单元24与延伸臂38适当地接合，且稳定腿42适当地定位成根据装置20所位于的表面等级以及传感器单元24的定位来补偿装置20的重量分布。接着，通过调整塔轴环34、延伸臂38和/或旋转板71，传感器单元24移动到邻近目标对象62的适当位置。如上所述，在一个实施方式中这些调整是手动进行的，及在可选的实施方式中是机电地进行的。在调整是机电进行的情况下，电子设备单元26优选地提供触觉控制杆(未显示)，其配置成允许使用者精确地控制塔轴环34、塔轮30、稳定腿42、延伸臂38、旋转板71和传感器单元24中的至少一个。应注意，当目标对象62位于对于塔单元22的行进来说太小的有限空间中时，本发明可在没有塔单元22的情况下使用。在这样的情况下，传感器单元24和电子设备单元26被手动运送且定位成邻近目标对象62。还应注意，每一个上述实施方式的各种特征可包括手动和自动/电动部件的任何逻辑组合，这样的组合预期包括在本发明的范围内。一旦传感器单元24正确地定位成邻近目标对象，使用者就从电子设备单元26的隔间98移除便携式计算设备100并将其运送至远离目标对象62的安全距离处。接着，便携式计算设备100用于远程地操作装置20并开始扫描过程。在又一实施方式中，传感器单元24提供照相机或激光器或安装到传感器外壳56并配置成在装置20在使用中时允许使用者远程地观看目标对象62或指示其方位符合扫描的目标平面的其它这样的装置(未显示)。激光器或飞行时间照相机(未显示 )的使用还可允许系统自动地向操作者报告目标对象62的形状和距离。激光器和/或照相机与便携 式计算设备100通信并提供在操作者控制台中整合的数据，从而减少了使用者必须进行互动的图形界面的数量。根据目标对象62的大�。爸�20能够在单次扫描中或在多次扫描中探寻目标对象62，其中装置20且尤其是传感器单元24在连续扫描之间被手动地重新定位或机电地/自动地重新定位，直到整个目标对象62被探寻，这样的重新定位是通过装置如控制杆或嵌在电子设备单元26中的预编程算法或通过便携式计算设备100的GUI界面来完成的。在传感器单元24提供中子发生器58和检测器60的示例性实施方式中，装置20能够执行双扫描方法，当目标对象62的大小防止传感器单元24在单次扫描中探寻整个目标对象62时，该方法在很大程度上解决了早些时候描述的定向性和范围局限性并减少了识别爆炸物或其它非法材料所需要的时间。例如在电子地或空间地“标记”目标对象62的右上角和左下角后，电子设备单元26计算待扫描的表面积并生成允许传感器单元24通过一系列扫描来扫过整个目标对象62的扫描图案。接着，传感器单元24进行初步的密度扫描，其中中子发生器58被启动且检测器60用于仅仅读取入射伽马射线上的计数率。伽马计数率与正好在中子发生器58和检测器60前面的物质的密度成比例。再次手动地或自动地沿着之前所生成的扫描图案移动传感器单元24，在这过程中，传感器单元24以最小的重叠在每一个位置上暂停。在每一个位置上所获得的计数率数据被记录并绘制在密度图上，这在便携式计算设备100上显示目标对象62的图，不同密度的位置以不同的颜色显示。该密度信息可由使用者手动地使用或由电子设备单元26以编程方式使用，以选择与危险材料的密度相匹配的密度区域。在手动模式中，使用者可使用便携式计算设备100来选择他们想要探寻的位置，并且那些位置被记录。在自动模式中，记录在使用者定义的阀值之上或在使用者所定义的范围内记下的位置。接着，传感单元24自动地移至目标对象62上的所选择或所记录的每一个位置，并进行彻底的化学分析探寻。尽管有可被合并和稀释以制成数百种变形的很多基本类型的爆炸物和非法药物，但是大多数几乎无一例外地由元素氢(H)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氯(Cl)和钾(K)组成。而且，这些物质在一个或多于一个的元素特征方面幸运地完全与大多数普通材料区分开。例如，基于氮的爆炸物以相对更高比例的氮和氧为特征。另一方面，非法药物通常富含氢和碳且氮和氧的数量少。另外，与大多数日常的HCNO物质相比，大多数的爆炸物具有更大的密度。这些特征可用于识别藏在目标对象62内的其它材料之间的爆炸物、非法药物和其它违禁品的存在。在又一实施方式中，使用已知的或待开发的硬件的X-射线、静止图像或其它光学或视觉筛选过程用作在上文所讨论的密度扫描上的进一步叠加和额外的或不同的预筛选装置，尽管优选的实施方式将作为额外的预筛选装置，很可能首先连续出现，接着是以从X-射线或其它扫描初步检测到的异常现象为基础的密度扫描，及接着是以密度扫描的结果为基础的完整的化学探寻。所有这样的筛选数据将进入处理器用于通过TCP/IP分析，以便以组合的方式被无缝地采用。由于在示例性实施方式中装置20只在目标对象62的可疑部分上进行完整的化学分析探寻，因此使用当前的实施方式极大地减少了扫描的总次数。扫描的这种减少可导致爆炸物和非法材料的明显更快的识别，以及指示它们在目标对象62内的位置。作为扩展，由于中子发生器58在较少的时间内是活动的，所释放的中子的总量也可明显减少，这也延 长了装置20的寿命。关于安全，以这种方式限制扫描的次数和频率的能力将减少环境中的辐射量，及消除使用者反复接近目标对象62的需要，因此允许使用者花更少的时间接近潜在的危险材料并导致对电离辐射的较低暴露。从扫描数据和扫描体积的已知几何结构及到目标对象62的距离中，可估计在扫描下的体积。使用该信息和从化学分析扫描的结果检测到的材料的知识，结合已知的公式和这些材料的密度，估计对象内的爆炸物(如果有)的质量是可能的。由于在确定所扫描的区域的体积时的较高准确度，这种方法比先前的方法准确得多；甚至非常小的体积将被检测到。如上所述，当便携式计算设备100被运送到远距离场所时，通过跟踪从以太卷轴102放出来的电缆104的量，以太卷轴102能够确定电子设备单元26和便携式计算设备100之间的距离。在使用者不知道目标对象62的破坏范围或他们对目标对象62的接近度的情况下，对于使用者和附近的公众来说有极大的危险。在传感器单元24包含中子发生器58和检测器60且装置20进行目标对象62的化学分析探寻的示例性实施方式中，电子设备单元26识别可能的爆炸物或其它威胁或非法材料的存在，如上文所讨论的。另外，在没有使用者输入的情况下，具有与存在的爆炸物的类型和质量相关的所获得的信息的电子设备单元26可因此有效地自动且实时地计算可能的爆炸半径。这是使用爆炸物成分性质——包括能量特征和爆炸特征——的预编程数据库由电子设备单元26完成的。如果电子设备单元26基于与所计算的爆炸半径比较的由以太卷轴102所传达的距离等值确定使用者在这个可能的爆炸范围内，那么装置20将产生警报以适当地告知使用者。电子设备单元26也能够通过便携式计算设备100计算和显示使用者必须远离装置20和目标对象62多远是安全的。这个“安全距离”信息还可用于计算公众应被疏散多远，以便保证他们的安全。应注意，装置20借助于快中子活化分析通过探寻也可确定存在的任何其它威胁材料比如金属(其可指示榴霰弹或屏蔽物的存在)或放射性核素(其可指示结合“脏弹”的爆炸物的存在)的类型和质量。因此，装置20通过电子设备单元26所进行的爆炸半径计算考虑在金属存在的情况下的榴霰弹的发射距离及危险放射性核素存在的情况下的较广阔的污染区域的危险后果。还应注意，每一个上述实施方式的各种特征可以用任何逻辑方式组合并被规定为包括在本发明的范围之内。虽然本发明的方面已经参考至少一个示例性实施方式被描述，本领域的技术人员将清楚地理解，本发明并不限于此。更确切地，本发明的范围应只结合所附权利要求来解释，且这里很清楚，发明人认为所主 张的主题是本发明。
权利要求
1.一种便携式检测装置，其用于扫描目标对象以确定其是否含有爆炸物或其它威胁或非法材料，所述装置包括 塔単元，其包括 塔底座，其具有相对垂直定向的塔柱； 塔轴环，其与所述塔柱可滑动且可旋转地接合，允许所述塔轴环在所述塔柱的长度上来回移动，以及绕着所述塔柱水平旋转； 臂支架，其与所述塔轴环枢轴转动地接合并提供可滑动地安装的延伸臂，允许所述延伸臂相对于所述塔轴环垂直旋转；以及 传感器支架，其位于所述延伸臂上； 传感器単元，其与所述塔单元选择性地接合，且包括 传感器外壳，其提供用于扫描所述目标对象的装置；以及 至少ー个传感器插座，其位于所述传感器外壳上且配置成与所述传感器支架选择性地接合；以及 电子设备单元，其与所述塔单元选择性地接合且配置成操作所述传感器単元； 其中，所述塔单元、所述传感器単元和所述电子设备单元依尺寸制造并配置成能够在相对有限的空间中操作，且能够相对容易地被拆卸用于运输和存放并被重新组装以在部署后进行扫描。
2.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中所述电子设备单元包括电子设备外売，所述电子设备外壳可滑动地接合在细长的外壳轴上并配置成在使用过程中稳定并补偿所述装置的重量分布。
3.如权利要求2所述的便携式检测装置，其中所述塔底座提供配置成与所述外壳轴的接合棒可移除地接合的底座钩。
4.如权利要求2所述的便携式检测装置，其中所述电子设备外壳提供配置成存放用于操作所述传感器単元的便携式计算设备的隔间。
5.如权利要求4所述的便携式检测装置，其中所述电子设备外壳还提供具有使所述便携式计算设备和所述电子设备单元相互连接的一段电缆的以太卷轴，所述以太卷轴配置成当所述便携式计算设备被运送到远距离场所时通过跟踪从所述以太卷轴放出来的电缆的量来确定所述电子设备单元和所述便携式计算设备之间的距离。
6.如权利要求5所述的便携式检测装置，其中切断开关在邻近所述便携式计算设备的所述电缆内被硬连线，使得操作者能够根据需要即时关闭所述传感器単元。
7.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中一对相对的稳定腿与所述塔底座枢轴转动地接合并配置成选择性地在展开状态和缩回状态之间移动，在所述展开状态中，在使用的过程中，所述稳定腿为了稳定所述塔单元而延伸，而在所述缩回状态中，在所述塔单元的运输过程中所述稳定腿向内折叠。
8.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中用于扫描所述目标对象的所述装置包括中子发生器及高分辨率检测器。
9.如权利要求8所述的便携式检测装置，其中所述中子发生器和所述检测器定位成彼此相邻，使得在使用的过程中每个都能够对所述目标对象的同一部分操作而不必重新定位所述传感器単元。
10.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中所述传感器支架配置成对偶销，且所述至少ー个传感器插座配置成相应的对偶销插座。
11.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中所述至少一个传感器插座是配置成使所述传感器単元能够在实质上水平的方向上扫描所述目标对象的水平传感器插座，以及配置成使所述传感器単元能够在实质上垂直的方向上扫描所述目标对象的垂直传感器插座。
12.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中所述传感器支架与所述延伸臂可滑动地接合，允许所述传感器単元在所述延伸臂的长度上来回移动以增大所述传感器単元能够操作的最大范围，而不必重新定位所述塔单元。
13.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中所述延伸臂的一端提供第二支架，所述第二支架配置成在所述延伸臂实质上垂直地定向时选择性地接納所述传感器単元，从而增加所述传感器単元能够操作的最大高度。
14.如权利要求13所述的便携式检测装置，其中所述第二支架与所述延伸臂的所述端枢轴转动地接合，允许所述传感器単元在与所述第二支架接合时绕其水平旋转。
15.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中所述塔单元、所述传感器単元和所述电子设备单元的每个提供一对轮和可缩回的把手，以帮助运输和部署。
16.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中所述传感器单元还提供配置成在所述装置的使用过程中确定所述传感器単元的方向的陀螺仪。
17.如权利要求I所述的便携式检测装置，其中所述传感器单元还提供用于允许使用者在所述装置的使用的过程中远程地观看所述目标对象或指示其方位符合扫描的目标平面的装置。
18.一种便携式检测装置，其用于扫描目标对象以确定其是否含有爆炸物或其它威胁或非法材料，所述装置包括 塔単元，其包括 塔底座，其具有相对垂直定向的塔柱； 塔轴环，其与所述塔柱可滑动且可旋转地接合，允许所述塔轴环在所述塔柱的长度上来回移动，以及绕着所述塔柱水平旋转； 臂支架，其与所述塔轴环枢轴转动地接合并提供可滑动地安装的延伸臂，允许所述延伸臂相对于所述塔轴环垂直地旋转；以及 传感器支架，其位于所述延伸臂上； 传感器単元，其包括 传感器外壳，其提供用于扫描所述目标对象的装置； 水平传感器插座，其位于所述传感器外壳上且配置成与所述传感器支架选择性地接合，使所述传感器単元能够在实质上水平的方向上扫描所述目标对象；以及 垂直传感器插座，其位于所述传感器外売上，与所述水平传感器插座间隔开实质上90度，且配置成与所述传感器支架选择性地接合，使所述传感器単元能够在实质上垂直的方向上扫描所述目标对象；以及 电子设备单元，其与所述塔单元选择性接合并包括 电子设备外壳，其提供配置成存放用于操作所述传感器単元的便携式计算设备的隔间；以及用于确定所述便携式计算设备和所述电子设备外壳之间的空间距离的装置； 其中，所述塔单元、所述传感器単元和所述电子设备单元依尺寸制造并配置成能够在相对有限的空间中操作，且能够相对容易地被拆卸用于运输和存放并被重新组装以在部署后进行扫描。
19.一种用于扫描目标对象以确定其是否含有爆炸物或其它威胁或非法材料的方法，包括下列步骤 将塔单元、传感器単元和电子设备单元的每个运输至所述目标对象所位于的场所； 将所述塔単元定位成邻近所述目标对象； 使所述电子设备单元与所述塔单元的塔底座接合； 使所述传感器単元与可旋转地安装在塔轴环上的延伸臂接合，所述塔轴环本身可滑动及可旋转地安装在所述塔单元的塔柱上； 使所述延伸臂与所述塔轴环关节式运动，使得用于扫描所述目标对象的所述传感器单元的装置实质上定位成邻近所述目标对象； 在远离所述目标对象的安全距离处重新定位所述电子设备单元的便携式计算设备；以及 使用所述便携式计算设备远程地操作所述传感器単元，以便扫描所述目标对象。
20.如权利要求19所述的方法，还包括下列步骤 基于所述目标对象的表面积来生成扫描图案，以允许所述传感器単元通过ー序列扫描扫过整个目标对象； 沿着所述扫描图案对所述目标对象进行初歩密度扫描以生成密度图； 识别所述密度图中可能与已知的爆炸物或其它非法材料的密度相匹配的区域；以及对所述目标对象的所识别的区域进行彻底的化学分析探寻以确定住何爆炸物或其它非法材料的实际存在。
全文摘要
在示例性实施方式中，用于扫描目标对象的便携式检测装置包括塔单元、传感器单元和电子设备单元，每个单元配置成可移除地相互接合，用于在运输和存放过程中相对快速地拆卸及在使用过程中重新组装。此外，每一个单元依尺寸制造并配置成易于运输且能够在相对有限的空间中操作。传感器单元配置成与塔单元的垂直定向的塔柱选择性地接合，且不仅能够在塔柱的长度上来回移动，而且能够绕其水平及垂直地旋转，允许传感器单元关节式运动并选择性地定位成邻近目标对象而不管目标对象的位置。电子设备单元选择性地与塔单元接合并提供配置成在安全距离处远程操作传感器单元的便携式计算设备。
文档编号G01J1/00GK102686989SQ201080032434
公开日2012年9月19日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者大卫·F·莫里森二世, 布莱恩·李·斯莱克, 弗拉迪米尔·斯坦尼奇, 理查德·卡尔文·辛克莱, 罗杰·W·A·斯皮尔曼, 翠芬·庄 申请人:科利尔帕斯科技公司
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