X光系统如何发现污染物？

X射线是多种自然产生的辐射源之一，是一种不可见的电磁辐射形式，如无线电波。

所有类型的电磁辐射都属于一个称为电磁谱的连续谱，该连续谱按频率和波长排列。它从一端的无线电波（波长较长）到另一端的伽马射线（波长较短）延伸。

X射线的短波长使它们能够穿透对可见光不透明的材料，但它们并不能像所有材料一样轻松穿透。材料对X射线的透明度与其密度密切相关——材料越密，通过的X射线越少。隐藏的污染物，包括玻璃、钙化的骨骼和金属，是因为它们吸收的X射线比周围的产品多。

简单来说，X射线系统使用X射线发生器将低能X射线束投射到传感器或探测器上。

X射线检测涉及在产品或包材到达探测器之前通过X射线束。束流穿过产品时吸收的X射线能量量会受到产品的厚度、密度和原子序数的影响。

当产物通过X射线束时，只有残余能量到达探测器。测量产品与污染物吸收差异是X光检测异物检测的基础。

X光检测系统有三个关键组成部分：

• X射线发生器
• 探测器
• 一个控制面板

X射线束由包裹在X射线发生器内的X射线管产生。它通过出口窗离开，沿直线穿过准直器（一种将X射线流压缩到更小扇形束的装置）。X射线束随后穿过被检验的产品或包体，最终到达探测器。到达探测器后，二极管将光束的电平转换为电信号，再发送回控制面板。控制面板随后生成“灰度”X光图像，X光软件对其进行检查和分析，进而决定是否接受或拒绝被检产品。

X射线发生器内含一根X射线管，产生X射线束。

现代X射线管由玻璃包层、细丝阴极、铜阳极和钨靶组成。电子的阴极是钨丝，通过电流加热至白炽。通过在阳极和阴极之间施加高电压，将电子加速到靶材。当电子撞击铜阳极内的钨靶时，它们会迅速减速，这种减速产生X射线辐射。

用于食品和药品检测的X光管有两种类型。区别在于用于X射线束的过滤材料。这可能是玻璃/铝滤网（最常见的）或铍滤网。铍过滤可增强图像对比度，提高对玻璃、石头和骨头等低密度污染物的敏感度，但其益处仅限于较薄的包装和散装产品。

选择合适的系统是X射线检测成功的关键，因为系统无法最佳检测污染物，除非从光束角度到排除机制的每个元件都被选为最合适的应用。X射线系统分为三类：垂直束、水平束以及两者结合的系统。

大多数X射线系统使用发生器发射的垂直X射线束扫描产品通过X射线系统。快速移动的消费品通常在深度上比宽度和长度小，因此通过垂直截面检查，在产品深度最小处进行检测，能获得最佳的灵敏度。密封包装机，包括流包、袋装、复合纸箱或托盘中的产品，通常采用垂直光束系统。

水平系统使用侧面安装的X射线发生器扫描输送带上的产品，主要用于高度大于宽度的包装产品。由于检测灵敏度的关键因素是X射线必须穿透的产品深度，水平系统通常能更好地检测这些产品，因为它们可以扫描容器侧面。

X射线检测系统本质上是一种扫描设备。当产品以恒定速度通过系统时，内部传感器会捕捉到产品的“灰度”图像，该图像通过测量到达探测器的X射线能量生成。

每张图像由像素组成，每个像素都有一个值，表示灰度（从黑色0到白色255）上的值。当产品或电池包经过探测器时，每行灰度数据都会被重建，以提供完整的产品图像。

X光系统中的软件会分析图像，并将其与预设的可接受标准进行比较。基于此比较，系统要么接受图像，要么拒绝图像，若被拒绝，软件会向自动拒绝系统发送信号，自动拒绝系统随后将产品从生产线移除。

二极管（探测器的单个元件）有不同尺寸可选，以提供不同的图像分辨率。较小的二极管需要更高的毫安（mA）电量来维持图像质量，因此这通常是该领域的权衡。

X光检测在全球食品和制药行业迅速普及的关键原因之一是，各种物理污染物（包括金属和非金属）吸收的X射线比周围产品多，因此在X光图像上能清晰显示。

污染检测与产品和污染物的密度直接相关。大多数食品的密度与水相似，水的比重（SG）为1.0。一般来说，如果潜在污染物漂浮在水中，通常很难通过X光检测发现。

X射线检测能够检测多种污染物，包括玻璃、矿石、钙化骨骼以及高密度塑料和橡胶化合物。污染物在产品中的形状、大小和位置，或所用包装类型都会影响敏感度。X射线检测还能对不锈钢、有色金属和有色金属提供卓越的检测能力，即使是罐装、金属化薄膜或箔纸包装的产品。

X射线系统可用于检测生产过程中不同阶段的污染物，应用范围广泛，从散装原料到包装即食食品，再到管道泵送的产品到玻璃罐、瓶子或金属罐装产品。

X射线系统可以检测不同尺寸的污染物，检测概率会因多种因素而异，包括产品的厚度、均匀性、密度和大小。例如，X射线检测系统通常在均质产品（如奶酪）上具有更好的检测率，因为它们能产生更清晰的图像，而非均质产品（如含有不同密度成分的谷物盒，如薄片、坚果和干果）则更为清晰。

X光系统在散装产品被包装或添加成品原料前，会对散装产品进行检查。典型应用包括坚果、挤压零食、 干果、 加工肉类以及谷物和谷物。

散装流产品的检测灵敏度通常优于最终封闭包装，因为产品深度通常较小。可以实现单层产品，或保持恒定深度的产品流动，从而提高检测灵敏度。

应考虑这些机器在生产线上的位置。例如，在工艺早期放置时，可以检测进货或原材料，从而从源头去除污染物，并立即追溯到供应商。进货中的污染物最大且最容易被检测，但在下游，它们可能在制造过程中被分解成更小、更难检测的碎片，更不用说可能对机械造成损害。在生产过程早期消除异物具有诸多优势，包括防止加工和包装带来的额外附加价值，从而最大限度地减少浪费和整体生产成本。

这些系统设计用于检测泵送产品，通常是液体、浆料和浆料，然后在最终包装和增值前进行。应用包括酱料、果酱、碎肉、家禽、巧克力、水果泥和乳制品酱。

一束光扫描产品通过管道，检测含污染物的产品，随后通过废弃分流阀将污染物从优质产品中引出。与散流机类似，X射线管道系统通常位于上游，以便在产品早期检查，且由于产品均匀，检测水平更佳。在管道系统中寻找污染物比在玻璃罐中发现要容易得多，尽管由于玻璃包装存在自身风险，生产线上可能需要多个关键控制点（CCP）。

零售包装产品可根据具体应用由多种X射线系统检测。这些X射线系统可分为三类（或三种机柜系统）：垂直束系统、水平束系统以及两者结合的系统。

包装产品用垂直束系统

使用垂直梁的X射线检测系统常用于散装和管道生产线以及零售包装产品。在垂直梁系统上检查的包装产品通常在深度（即高度）上小于宽度和长度。垂直梁系统通过垂直截面（产品深度最小）来检测产品，这使得内部组件的观察更为方便。利用该束流几何形状创建的图像是对该电池组的平面图，允许对该模块进行详细分析，最终实现高灵敏度和检测效果。

用于包装产品的水平束系统

水平束X射线系统主要用于包装中，包装高度大于宽度的产品（高且刚性容器）。由于检测灵敏性的关键因素是X射线必须通过的产物深度，水平扫描通常能使这种设计的包装检测率更高。水平梁系统根据具体应用，有单束或多束几何形状。

多束系统

虽然技术与水平束系统相同，但X射线系统可以根据特定应用进行调整，以优化玻璃罐及其他高大硬质容器等应用中的检测概率。

同一发生器发射的两束X射线（称为分流束）提高了污染物检测的概率，因为两张图像是从不同角度同时生成的。

这对包装如金属罐尤其有用，因为这些包装材料底部或侧壁难以检测污染。

通过击中两个独立的探测器，分流双束系统克服了这一挑战，因为每个罐子都会被成像两次，每张图像代表不同的视角，从而增加容器内部的覆盖范围和检测概率。

来自两个独立发生器的双X射线束同样通过提供两个相反角度的图像来提升探测效果。

装在玻璃瓶和罐子中的产品是最具挑战性的，因为底部、侧壁和瓶颈在单一X光束检查时可能形成“盲区”。通过使用多束X射线束——垂直和水平束的组合——可以提高探测概率。例如，一束垂直X射线和三束水平X射线束将同时扫描产品，从多个角度产生一系列图像，减少盲区并优化检测效果。光束的朝向也可以根据容器类型和产品类型在不同角度进行优化。

为特定应用选择合适的光束类型是一个复杂的决策，“一方案适用于所有人”的方案很少可行。因此，建议向经验丰富的产品检测专业人员咨询进一步建议，并在许多情况下完成个别产品测试。

制造商不仅仅用X光检测来检测污染物;X射线系统可以同时执行多种在线产品完整性和质量检查。

X光系统还能进行以下检查：

• 分区质量和总质量的测量
• 计数分量
• 识别缺失或损坏的产品
• 填充水位监测
• 检查密封完整性
• 检查产品和包装是否有损坏
• 检测香味和粉末块等凝聚体
• 测量头间隙

随着食品和药品安全法规的加强，产品生命周期各阶段的合规性和可追溯性日益重要，知名品牌制造商越来越多地使用X光检测来检测和拒绝受污染产品。

X射线检测系统可以在散装、散装、泵送和包装产品的生产各个阶段发现污染物，但该技术的有效性取决于产品的密度、厚度和均匀性。

X射线无法同样轻松穿透所有材料，测量产品与污染物吸收差异是X射线检测异体检测的基础。材料对X射线的透明度与其密度密切相关——产品越密实，吸收的X射线越多，而隐藏的污染物，包括玻璃、骨骼和金属等异物，会因吸收更多X射线而显现，因此在灰度图像中显得更暗。

虽然X射线检测的基本原理相同，但它是一项多功能技术，不同应用需要不同的X射线系统。选择合适的系统对X射线检测的成功至关重要，因为只有在从光束角度到排斥机制的每个元件都经过适配和产品时，污染物无法检测到。因此，理解各种格式及其对不同污染检测挑战的适用性，是系统规格和选择的基础。

然而，有一点是肯定的，成功通过X光检测系统的产品能增强食品和制药制造商对其产品质量和安全的信心，帮助他们符合包括全球食品安全倡议（GFSI）、英国零售联盟（BRC）、食品安全体系认证22000（FSSC 22000）、中国食品安全法以及国际食品特色标准（IFS）在内的行业标准。