專利名稱:二組分物質(zhì)各組分含量的聯(lián)合在線測(cè)量方法及所用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種對(duì)薄形帶狀兩組分或近似兩組分的合成物質(zhì)各組分含量的聯(lián)合在線測(cè)量方法及所用裝置。
薄形物質(zhì)如紙張中纖維與填料各自的含量,鋁薄紙中鋁膜與紙各自的含量,樹(shù)脂膠中樹(shù)脂與膠各自的含量等,均對(duì)合成物質(zhì)的性能影響很大,對(duì)于紙張來(lái)說(shuō),灰分含量是很重要的物理指標(biāo),很多高檔紙,尤其是卷煙紙、幣紙等對(duì)灰塵含量的要求很苛刻,測(cè)出灰分含量是鑒別幣紙真?zhèn)蔚闹匾侄?,它也影響紙的透氣度等指?biāo),因此需要在造紙過(guò)程中實(shí)時(shí)地對(duì)各組分含量進(jìn)行在線檢測(cè)和調(diào)整,現(xiàn)有儀表其測(cè)量紙的定量(單位面積內(nèi)纖維、水及填料的總重量)與灰分含量是由兩個(gè)儀表分別檢測(cè)的,分別測(cè)量存在著原理性的定量灰分相互影響,使測(cè)量精度受到很大影響,目前造紙工業(yè)所使用的定量、灰分檢測(cè)儀表,均采用電離室作為接收器,通過(guò)入射電離室的放射性物質(zhì)使電離室內(nèi)的氣體電離,在電場(chǎng)作用下形成電離電流,用該電流的大小來(lái)反映入射量,用于測(cè)量,但電離電流的數(shù)量級(jí)一般在10-14—10-10A左右,信號(hào)太小,檢測(cè)困難,所用放射源的活度較強(qiáng),一般在幾百毫居里—幾居里,這就要求有好的防護(hù)措施,否則對(duì)人體健康是非常有害的;由于電離電流太小,需用低漂移、高增益的電荷放大器,而這種放大器又極易受環(huán)境溫度及周?chē)艌?chǎng)變化的影響,采用這種傳感器,精度很難提高;為提高儀表的靈敏度,需增大電離室體積,室內(nèi)充高壓稀有氣體,導(dǎo)致成本高;為提高儀表的穩(wěn)定性,要對(duì)電離室做密封及屏蔽外磁場(chǎng)處理,這些都給儀表的制做增加了難度;由于電離室的時(shí)間分辯率較差(10-2—10-5S),一般做成電流式,其不足是響應(yīng)速度慢,其模擬信號(hào)易受干擾,微機(jī)處理需要模數(shù)轉(zhuǎn)換等弊端。
目前測(cè)量帶狀樹(shù)脂膠中膠的薄厚,還是由人工通過(guò)觀察、感覺(jué)來(lái)檢測(cè)質(zhì)量是否合格,再由人工調(diào)整,這種檢測(cè)方法很難生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的在于,為克服已有技術(shù)的不足,而提供一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩組分物質(zhì)或近似兩組分物質(zhì),各組分含量的實(shí)時(shí)聯(lián)合在線測(cè)量的方法及所用裝置。
放射線與物質(zhì)的相互作用,依放射源的性質(zhì)及放射線的能量而有所不同,但無(wú)論是β射線還是γ射線,其穿過(guò)物質(zhì)時(shí)的穿透量,隨著穿過(guò)物質(zhì)的質(zhì)量厚度Xm(指片狀或薄型帶狀物質(zhì)的密度與厚度的乘積,重力場(chǎng)下便為單位面積的重量)的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減I=I0l-UmXm----(1)]]>式中I0—射入吸收物質(zhì)前的輻射量
I—穿過(guò)Xm厚的物質(zhì)后的射線輻射量μm—質(zhì)量吸收系數(shù)(Cm2/g)Xm—物質(zhì)的質(zhì)量厚度(g/Cm2)其吸收系數(shù)μm與射線的性質(zhì)、能量、穿過(guò)物質(zhì)的組成成分及各成分的原子序數(shù)等有關(guān),對(duì)于兩組分物質(zhì),應(yīng)滿足I=I0l-(Um1Xm1+Um2Xm2)----(2)]]>其中μm1、μm2為兩種物質(zhì)各自的吸收系數(shù),Xm1、Xm2為兩種物質(zhì)各自的質(zhì)量厚度,Xm1=a1Xm,Xm2=a2Xm(2)式可寫(xiě)成I=I0l-XmUm1·l-Xm(Um2-Um1)a2(a1+a2=1)]]>由上式可見(jiàn),若用單一的β射線測(cè)量?jī)x測(cè)量Xm,由于μm2≠μm2,故a2的變化將影響Xm的測(cè)量,在現(xiàn)有技術(shù)中采用單一γ源測(cè)灰分含量a1或a2,是首先認(rèn)為μm1>>μm2或μm2>>μm1,忽略小者而測(cè)得的a1或a2,而實(shí)際應(yīng)用中,μm1并非遠(yuǎn)大于μm2或相反,因此這種假設(shè)將不可避免地帶來(lái)測(cè)量誤差。
采用以下方法及裝置可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明本方法采用兩個(gè)放射源,第1步根據(jù)不同種物質(zhì),尤其是構(gòu)成元素原子序數(shù)相差較大的兩種物質(zhì),對(duì)射線的質(zhì)量衰減系數(shù)不同,選擇出兩組射線,即β射線、γ射線或雙γ射線第2步確定放射源強(qiáng)度,它是依據(jù)被測(cè)合成物質(zhì)的質(zhì)量厚度及放射源與接收器距離決定的,該強(qiáng)度可在幾毫居里—幾十毫居里;第3步把被測(cè)片狀或薄型帶狀合成物質(zhì)置于兩個(gè)放射源和兩個(gè)探測(cè)器之間,定好相互間的距離不變,穿過(guò)被測(cè)物質(zhì)的射線使探測(cè)器的閃爍體產(chǎn)生熒光,再經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換成電脈沖,最后由計(jì)算機(jī)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)、處理,測(cè)量中采用如下的測(cè)量公式Iβ=I0βl-(Um1βXm1+Um2βXm2)]]>Iγ=I0γl-(Um1γXm1+Um2γXm2)]]>或Iγ1=I0γ1l-(Um1γ1Xm1+Um2γ1Xm2)]]>Iγ2=I0γ2l-(Um1γ2Xm1+Um2γ2Xm2)]]>其中 Xm=Xm1+Xm2a1=Xm1/(Xm1+Xm2)a2=Xm2/(Xm1+Xm2)式中I0—射入吸收物質(zhì)前的射線輻射量I—穿過(guò)被測(cè)物質(zhì)后的射線輻射量μm—質(zhì)量吸收系數(shù),單位為cm2/gXm—物質(zhì)的質(zhì)量厚度,單位為g/Cm2a1、a2分別為兩種物質(zhì)在總的質(zhì)量厚度中所占比重, Iβ、Iγ或 等參數(shù)值可通過(guò)實(shí)測(cè)、查表或標(biāo)定得出。
二組分物質(zhì)各組分含量的聯(lián)合在線測(cè)量裝置,包括探頭部分、儀表部分和電源部分,其探頭部分裝有兩組放射源和兩組探測(cè)器,被測(cè)薄型帶狀物質(zhì)置于兩組放射源和兩組探測(cè)器之間。
本發(fā)明的積極效果本發(fā)明可同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩組分物質(zhì)或近似兩組分物質(zhì),各組分含量的實(shí)時(shí)聯(lián)合在線測(cè)量,從原理上克服了已有技術(shù)中分立測(cè)量方法各組分含量的相互影響,真實(shí)地反映各組分含量,也使測(cè)量實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制,提高了測(cè)量精度,閃爍探測(cè)器對(duì)放射線粒子的探測(cè)率較高,時(shí)間分辯率好(一般ns級(jí)),因而它的響應(yīng)速度快,靈敏度高,放射源的強(qiáng)度較弱,只要求幾毫居里—幾十毫居里,源的活度也較弱,防護(hù)容易,不會(huì)對(duì)人體造成傷害,本發(fā)明是用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量的,故有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
圖1是探頭部分結(jié)構(gòu)原理圖;圖2是閃爍探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)原理圖。
實(shí)施例以測(cè)量紙張為例,紙頁(yè)的主要成份含纖維素、水、填料(caco3)由于紙頁(yè)中纖維素與水的質(zhì)量吸收系數(shù)相對(duì)填料非常接近,可認(rèn)為紙頁(yè)是由兩組分物質(zhì)組成,選擇β、γ兩種放射源即14Cβ源,55Feγ源,依據(jù)測(cè)量方法有I=I0l-(Um1Xm1+Um2Xm2)]]>上式可寫(xiě)成Iβ=I0βl-(Um1βXm1+Um2βXm2)]]>Iγ=I0γl-(Um1γXm1+Um2γXm2)]]>式中Xm1—纖維素與水的質(zhì)量厚度Xm2—碳酸鈣的質(zhì)量厚度 —β源纖維與水的質(zhì)量吸收系數(shù) —β源碳酸鈣的質(zhì)量吸收系 —γ源纖維與水的質(zhì)量吸收系數(shù) —γ源碳酸鈣的質(zhì)量吸收系數(shù)μm1β=242.6Cm2/g]]>μm2β=280.4Cm2/g]]>μm1γ=21.5Cm2/g]]>μm2γ=151.8Cm2/g]]>對(duì)于Iγ、Iβ、Iγ0、Iβ0值,在放射源能量、強(qiáng)度確定之后,放射源與接收器距離不變的條件下,由實(shí)驗(yàn)均可測(cè)出Iγ、Iβ、Iγ0、Iβ0值,這樣,依據(jù)上述兩方程(1)、(2)就可計(jì)算出Xm1、Xm2,紙頁(yè)總的質(zhì)量厚度Xm=Xm1+Xm2纖維與水在紙頁(yè)中所占的比重a1=Xm1/(Xm1+Xm2)碳酸鈣在紙頁(yè)中所占的比重a2=Xm2/(Xm1+Xm2)這樣在一臺(tái)測(cè)試設(shè)備中就可測(cè)出兩種組分兩個(gè)方面的測(cè)試結(jié)果,即質(zhì)量厚度和物質(zhì)含量。
這種兩組分測(cè)量裝置,可采用β、γ源或兩種γ源,常用的放射源有14C、85Kr、90Sr、147Pm、80Co、137Cs、170Tm、241Am、55Fe等,兩組射線的選擇依據(jù)被測(cè)物不同而有所區(qū)別,使 和 或 , 和 差別較大,以提高分辨率,本實(shí)施例放射源選用14Cβ源和55Feγ源,兩種放射源的強(qiáng)度選為5毫居里(mci),在接收β射線的探測(cè)器上,采用有機(jī)閃爍體—塑料閃爍體、ST—401,通常是由基質(zhì)閃爍物質(zhì)及移波劑組成,其閃爍衰減時(shí)間短,光轉(zhuǎn)輸性能好,耐輻照性能居各種閃爍體之首,在接收55Feγ源的探測(cè)器上,選用無(wú)機(jī)閃爍晶體碘化鈉[NaI(T1)],它是由密度為3.67g/Cm2的的碘化鈉加入(0.1—0.5%)T1組成,發(fā)光效率高,能量分辨率高,碘化鈉對(duì)γ射線的探測(cè)效率高,閃爍體的作用是把粒子轉(zhuǎn)換成光子,然后光子由光電倍增管再轉(zhuǎn)換成脈沖式電子流,探測(cè)器結(jié)構(gòu)在光電倍增管8—1、8—2的接收窗口,涂上一層光耦合劑—硅油,將閃爍體5—1、5—2貼在其上,用鋁薄4—1、4—2將閃爍體5—1、5—2表面包嚴(yán),鋁薄起到光反射層作用,使光電倍增管8—1、8—2不漏光,將先電倍增管8—1、8—2、閃爍體5—1、5—2、電脈沖放大鑒別電路分別放在二個(gè)圓柱形的暗盒內(nèi),即是探測(cè)器,探測(cè)器II結(jié)構(gòu)與探測(cè)器I結(jié)構(gòu)基本相同。
本裝置的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示,將待測(cè)紙頁(yè)3置于14Cβ、55Feγ兩組放射源和兩組探測(cè)器之間,射線穿過(guò)紙頁(yè)3在閃爍體5—1、5—2上把粒子轉(zhuǎn)換成光子,光子再由光電倍增管8—1、8—2再轉(zhuǎn)換成脈沖式電子流,再經(jīng)放大鑒別電路10—1、10—2分別輸出給整形電路12,整形后的脈沖送給80C552單片機(jī)進(jìn)行濾波、軟件算法處理,得出真實(shí)的物質(zhì)含量,并通過(guò)80C552的I2C總線送給顯示電路16顯示出來(lái)。
由于該裝置是用于在線測(cè)量,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣,為提高儀表的穩(wěn)定性、可靠性,提高儀表的測(cè)量精度,本裝置中采用了測(cè)溫、控溫電路,溫度傳感器9—1、9—2的輸出送給測(cè)溫電路13,經(jīng)與設(shè)定值比較后送給控溫電路14,控溫電路14是通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷器11—1、11—2的電流大小來(lái)調(diào)節(jié)的,熱管6—1、6—2是為保持儀表內(nèi)具有一個(gè)恒定的溫度起到傳熱作用,高壓變換器是為光電倍增管8—1、8—2提供高壓源,串行通訊19是為在線實(shí)時(shí)測(cè)量實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)過(guò)程控制自動(dòng)化與上位計(jì)算機(jī)通訊用,圖3中17是溫度設(shè)定值,18是校正參數(shù),1是電源,7—1、7—2是高壓電源,供給光電倍增管8—1、8—2的倍增極。
權(quán)利要求
1.一種二組分物質(zhì)各組分含量的聯(lián)合在線測(cè)量方法采用兩個(gè)放射源,第1步根據(jù)不同種物質(zhì),尤其是構(gòu)成元素原子序數(shù)相差較大的兩種物質(zhì),對(duì)射線的質(zhì)量衰減系數(shù)不同,選擇出兩組射線,即β射線、γ射線或雙γ射線;第2步確定放射源強(qiáng)度,它是依據(jù)被測(cè)合成物質(zhì)的質(zhì)量厚度及放射源與接收器距離決定的,該強(qiáng)度可在幾毫居里—幾十毫居里;第3步把被測(cè)片狀或薄型帶狀合成物質(zhì)置于兩個(gè)放射源和兩個(gè)探測(cè)器之間,定好相互間的距離不變,穿過(guò)被測(cè)物質(zhì)的射線使探測(cè)器的閃爍體產(chǎn)生熒光,再經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換成電脈沖,最后由計(jì)算機(jī)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)、處理,測(cè)量中采用如下的測(cè)量公式Iβ=I0βl-(Um1βXm1+Um2βXm2)]]>Iγ=I0γl-(Um1γXm1+Um2γXm2)]]>或Iγ1=I0γ1l-(Um1γ1Xm1+Um2γ1Xm2)]]>Iγ1=I0γ2l-(Um1γ2Xm1+Um2γ2Xm2)]]>其中Xm=Xm1+Xm2a1=Xm1/(Xm1+Xm2)a2=Xm2/(Xm1+Xm2)式中I0—射入吸收物質(zhì)前的射線輻射量I—穿過(guò)被測(cè)物質(zhì)后的射線輻射量μm—質(zhì)量吸收系數(shù),單位為cm2/gXm—物質(zhì)的質(zhì)量厚度,單位為g/Cm2a1、a2分別為兩種物質(zhì)在總的質(zhì)量厚度中所占比重, Iβ、Iγ或 等參數(shù)值可通過(guò)實(shí)測(cè)、查表或標(biāo)定得出。
2.一種二組分物質(zhì)各組分含量的聯(lián)合在線測(cè)量裝置,包括探頭部分、儀表部分和電源部分,其特征是所述的探頭部分裝有兩組放射源和兩組探測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置,其特征是所述的探測(cè)器是閃爍探測(cè)器,閃爍體對(duì)應(yīng)放射源選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置,其特征是它還包括兩個(gè)溫度傳感器、兩個(gè)熱管和兩個(gè)半導(dǎo)體致冷器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置,其特征是儀表部分的放大鑒別電路的輸出進(jìn)入整形電路,整形電路和測(cè)溫電路的輸出進(jìn)入微機(jī)處理,微機(jī)的輸出信號(hào)進(jìn)入顯示器。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于在線測(cè)量薄型帶狀兩組分物質(zhì)中各組分含量的測(cè)量方法及其所用裝置,它采用兩個(gè)不同的放射源,設(shè)置兩個(gè)探測(cè)器,還包括單片機(jī)及顯示電路,待檢測(cè)的物質(zhì)置于兩個(gè)放射源和兩個(gè)探測(cè)器之間,借助于不同種物質(zhì)對(duì)射線,特別是γ射線的質(zhì)量衰減系數(shù)不同的特點(diǎn),選擇兩組射線,測(cè)出射線穿過(guò)被測(cè)物質(zhì)的衰減率,經(jīng)軟件處理即可得出各組分含量,本發(fā)明適用于造紙工業(yè)、冶金工業(yè)、輕工或航空航天復(fù)合材料制做等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N23/02GK1126316SQ95107508
公開(kāi)日1996年7月10日 申請(qǐng)日期1995年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月23日
發(fā)明者沈毅, 王艷 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)