专利名称：二组分物质各组分含量的联合在线测量方法及所用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对薄形带状两组分或近似两组分的合成物质各组分含量的联合在线测量方法及所用装置。
薄形物质如纸张中纤维与填料各自的含量，铝薄纸中铝膜与纸各自的含量，树脂胶中树脂与胶各自的含量等，均对合成物质的性能影响很大，对于纸张来说，灰分含量是很重要的物理指标，很多高档纸，尤其是卷烟纸、币纸等对灰尘含量的要求很苛刻，测出灰分含量是鉴别币纸真伪的重要手段，它也影响纸的透气度等指标，因此需要在造纸过程中实时地对各组分含量进行在线检测和调整，现有仪表其测量纸的定量(单位面积内纤维、水及填料的总重量)与灰分含量是由两个仪表分别检测的，分别测量存在着原理性的定量灰分相互影响，使测量精度受到很大影响，目前造纸工业所使用的定量、灰分检测仪表，均采用电离室作为接收器，通过入射电离室的放射性物质使电离室内的气体电离，在电场作用下形成电离电流，用该电流的大小来反映入射量，用于测量，但电离电流的数量级一般在10-14—10-10A左右，信号太小，检测困难，所用放射源的活度较强，一般在几百毫居里—几居里，这就要求有好的防护措施，否则对人体健康是非常有害的；由于电离电流太小，需用低漂移、高增益的电荷放大器，而这种放大器又极易受环境温度及周围磁场变化的影响，采用这种传感器，精度很难提高；为提高仪表的灵敏度，需增大电离室体积，室内充高压稀有气体，导致成本高；为提高仪表的稳定性，要对电离室做密封及屏蔽外磁场处理，这些都给仪表的制做增加了难度；由于电离室的时间分辩率较差(10-2—10-5S)，一般做成电流式，其不足是响应速度慢，其模拟信号易受干扰，微机处理需要模数转换等弊端。
目前测量带状树脂胶中胶的薄厚，还是由人工通过观察、感觉来检测质量是否合格，再由人工调整，这种检测方法很难生产出高质量的产品。
本发明的目的在于，为克服已有技术的不足，而提供一种能同时实现两组分物质或近似两组分物质，各组分含量的实时联合在线测量的方法及所用装置。
放射线与物质的相互作用，依放射源的性质及放射线的能量而有所不同，但无论是β射线还是γ射线，其穿过物质时的穿透量，随着穿过物质的质量厚度Xm(指片状或薄型带状物质的密度与厚度的乘积，重力场下便为单位面积的重量)的增加而按指数规律衰减I=I0l-UmXm----(1)]]>式中I0—射入吸收物质前的辐射量
I—穿过Xm厚的物质后的射线辐射量μm—质量吸收系数(Cm2/g)Xm—物质的质量厚度(g/Cm2)其吸收系数μm与射线的性质、能量、穿过物质的组成成分及各成分的原子序数等有关，对于两组分物质，应满足I=I0l-(Um1Xm1+Um2Xm2)----(2)]]>其中μm1、μm2为两种物质各自的吸收系数，Xm1、Xm2为两种物质各自的质量厚度，Xm1＝a1Xm，Xm2＝a2Xm(2)式可写成I=I0l-XmUm1·l-Xm(Um2-Um1)a2(a1+a2=1)]]>由上式可见，若用单一的β射线测量仪测量Xm，由于μm2≠μm2，故a2的变化将影响Xm的测量，在现有技术中采用单一γ源测灰分含量a1或a2，是首先认为μm1＞＞μm2或μm2＞＞μm1，忽略小者而测得的a1或a2，而实际应用中，μm1并非远大于μm2或相反，因此这种假设将不可避免地带来测量误差。
采用以下方法及装置可实现本发明本方法采用两个放射源，第1步根据不同种物质，尤其是构成元素原子序数相差较大的两种物质，对射线的质量衰减系数不同，选择出两组射线，即β射线、γ射线或双γ射线第2步确定放射源强度，它是依据被测合成物质的质量厚度及放射源与接收器距离决定的，该强度可在几毫居里—几十毫居里；第3步把被测片状或薄型带状合成物质置于两个放射源和两个探测器之间，定好相互间的距离不变，穿过被测物质的射线使探测器的闪烁体产生荧光，再经光电倍增管转换成电脉冲，最后由计算机对脉冲计数、处理，测量中采用如下的测量公式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—射入吸收物质前的射线辐射量I—穿过被测物质后的射线辐射量μm—质量吸收系数，单位为cm2/gXm—物质的质量厚度，单位为g/Cm2a1、a2分别为两种物质在总的质量厚度中所占比重， Iβ、Iγ或 等参数值可通过实测、查表或标定得出。
二组分物质各组分含量的联合在线测量装置，包括探头部分、仪表部分和电源部分，其探头部分装有两组放射源和两组探测器，被测薄型带状物质置于两组放射源和两组探测器之间。
本发明的积极效果本发明可同时实现两组分物质或近似两组分物质，各组分含量的实时联合在线测量，从原理上克服了已有技术中分立测量方法各组分含量的相互影响，真实地反映各组分含量，也使测量实现了计算机控制，提高了测量精度，闪烁探测器对放射线粒子的探测率较高，时间分辩率好(一般ns级)，因而它的响应速度快，灵敏度高，放射源的强度较弱，只要求几毫居里—几十毫居里，源的活度也较弱，防护容易，不会对人体造成伤害，本发明是用于生产现场进行实时在线测量的，故有效地保证了产品质量。
图1是探头部分结构原理图；图2是闪烁探测器结构示意图；图3是本发明整体结构原理图。
实施例以测量纸张为例，纸页的主要成份含纤维素、水、填料(caco3)由于纸页中纤维素与水的质量吸收系数相对填料非常接近，可认为纸页是由两组分物质组成，选择β、γ两种放射源即14Cβ源，55Feγ源，依据测量方法有I=I0l-(Um1Xm1+Um2Xm2)]]>上式可写成Iβ=I0βl-(Um1βXm1+Um2βXm2)]]>Iγ=I0γl-(Um1γXm1+Um2γXm2)]]>式中Xm1—纤维素与水的质量厚度Xm2—碳酸钙的质量厚度 —β源纤维与水的质量吸收系数 —β源碳酸钙的质量吸收系 —γ源纤维与水的质量吸收系数 —γ源碳酸钙的质量吸收系数μm1β=242.6Cm2/g]]>μm2β=280.4Cm2/g]]>μm1γ=21.5Cm2/g]]>μm2γ=151.8Cm2/g]]>对于Iγ、Iβ、Iγ0、Iβ0值，在放射源能量、强度确定之后，放射源与接收器距离不变的条件下，由实验均可测出Iγ、Iβ、Iγ0、Iβ0值，这样，依据上述两方程(1)、(2)就可计算出Xm1、Xm2，纸页总的质量厚度Xm＝Xm1＋Xm2纤维与水在纸页中所占的比重a1＝Xm1/(Xm1＋Xm2)碳酸钙在纸页中所占的比重a2＝Xm2/(Xm1＋Xm2)这样在一台测试设备中就可测出两种组分两个方面的测试结果，即质量厚度和物质含量。
这种两组分测量装置，可采用β、γ源或两种γ源，常用的放射源有14C、85Kr、90Sr、147Pm、80Co、137Cs、170Tm、241Am、55Fe等，两组射线的选择依据被测物不同而有所区别，使 和 或 ， 和 差别较大，以提高分辨率，本实施例放射源选用14Cβ源和55Feγ源，两种放射源的强度选为5毫居里(mci)，在接收β射线的探测器上，采用有机闪烁体—塑料闪烁体、ST—401，通常是由基质闪烁物质及移波剂组成，其闪烁衰减时间短，光转输性能好，耐辐照性能居各种闪烁体之首，在接收55Feγ源的探测器上，选用无机闪烁晶体碘化钠[NaI(T1)]，它是由密度为3.67g/Cm2的的碘化钠加入(0.1—0.5％)T1组成，发光效率高，能量分辨率高，碘化钠对γ射线的探测效率高，闪烁体的作用是把粒子转换成光子，然后光子由光电倍增管再转换成脉冲式电子流，探测器结构在光电倍增管8—1、8—2的接收窗口，涂上一层光耦合剂—硅油，将闪烁体5—1、5—2贴在其上，用铝薄4—1、4—2将闪烁体5—1、5—2表面包严，铝薄起到光反射层作用，使光电倍增管8—1、8—2不漏光，将先电倍增管8—1、8—2、闪烁体5—1、5—2、电脉冲放大鉴别电路分别放在二个圆柱形的暗盒内，即是探测器，探测器II结构与探测器I结构基本相同。
本装置的电路结构框图如图3所示，将待测纸页3置于14Cβ、55Feγ两组放射源和两组探测器之间，射线穿过纸页3在闪烁体5—1、5—2上把粒子转换成光子，光子再由光电倍增管8—1、8—2再转换成脉冲式电子流，再经放大鉴别电路10—1、10—2分别输出给整形电路12，整形后的脉冲送给80C552单片机进行滤波、软件算法处理，得出真实的物质含量，并通过80C552的I2C总线送给显示电路16显示出来。
由于该装置是用于在线测量，工业现场环境比较恶劣，为提高仪表的稳定性、可靠性，提高仪表的测量精度，本装置中采用了测温、控温电路，温度传感器9—1、9—2的输出送给测温电路13，经与设定值比较后送给控温电路14，控温电路14是通过调节半导体制冷器11—1、11—2的电流大小来调节的，热管6—1、6—2是为保持仪表内具有一个恒定的温度起到传热作用，高压变换器是为光电倍增管8—1、8—2提供高压源，串行通讯19是为在线实时测量实现计算机过程控制自动化与上位计算机通讯用，图3中17是温度设定值，18是校正参数，1是电源，7—1、7—2是高压电源，供给光电倍增管8—1、8—2的倍增极。
权利要求
1.一种二组分物质各组分含量的联合在线测量方法采用两个放射源，第1步根据不同种物质，尤其是构成元素原子序数相差较大的两种物质，对射线的质量衰减系数不同，选择出两组射线，即β射线、γ射线或双γ射线；第2步确定放射源强度，它是依据被测合成物质的质量厚度及放射源与接收器距离决定的，该强度可在几毫居里—几十毫居里；第3步把被测片状或薄型带状合成物质置于两个放射源和两个探测器之间，定好相互间的距离不变，穿过被测物质的射线使探测器的闪烁体产生荧光，再经光电倍增管转换成电脉冲，最后由计算机对脉冲计数、处理，测量中采用如下的测量公式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—射入吸收物质前的射线辐射量I—穿过被测物质后的射线辐射量μm—质量吸收系数，单位为cm2/gXm—物质的质量厚度，单位为g/Cm2a1、a2分别为两种物质在总的质量厚度中所占比重， Iβ、Iγ或 等参数值可通过实测、查表或标定得出。
2.一种二组分物质各组分含量的联合在线测量装置，包括探头部分、仪表部分和电源部分，其特征是所述的探头部分装有两组放射源和两组探测器。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征是所述的探测器是闪烁探测器，闪烁体对应放射源选择。
4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征是它还包括两个温度传感器、两个热管和两个半导体致冷器。
5.根据权利要求2所述的测量装置，其特征是仪表部分的放大鉴别电路的输出进入整形电路，整形电路和测温电路的输出进入微机处理，微机的输出信号进入显示器。
全文摘要
本发明是一种用于在线测量薄型带状两组分物质中各组分含量的测量方法及其所用装置，它采用两个不同的放射源，设置两个探测器，还包括单片机及显示电路，待检测的物质置于两个放射源和两个探测器之间，借助于不同种物质对射线，特别是γ射线的质量衰减系数不同的特点，选择两组射线，测出射线穿过被测物质的衰减率，经软件处理即可得出各组分含量，本发明适用于造纸工业、冶金工业、轻工或航空航天复合材料制做等领域。
文档编号G01N23/02GK1126316SQ95107508
公开日1996年7月10日 申请日期1995年6月23日 优先权日1995年6月23日
发明者沈毅, 王艳 申请人:哈尔滨工业大学