核子测量仪及核子测量仪的配置和校准方法

专利名称：核子测量仪及核子测量仪的配置和校准方法
技术领域：
本主题总体上涉及确定材料密度和/或湿度的仪器及方法，且更确切地涉及用于 测量施工材料的密度和/或湿度的核子测量仪。
背景技术：
在对土壤和浙青材料或其他施工材料的密度和湿度的测定中，核辐射测量仪被广 泛使用。如本文所使用的，施工材料是指用于修建道路或基础工程的任何材料，包括但不限 于土壤、浙青、浙青类材料、混凝土、复合材料或其他类似材料。这种测量仪一般包括伽马 射线源和辐射探测器，伽马射线源向测试材料发送伽马射线，辐射探测器则靠近测试材料 表面，以探测散射回表面的辐射。根据探测器上的读数可确定材料的湿度和密度。这些测量仪一般都被设计成在“反向散射”模式下运行，或被设计成在反向散射 和直接透射两种模式下运行。直接透射模式下运行的测量仪中，辐射源能从反向散射位置 (在这里，它处于测量仪外壳内部)竖直移动到一系列的直接透射位置上(在这里，它被插 入到测试样品上的小洞和小孔中)。许多常用来测定土壤、浙青和其他材料的密度的测量仪，在测定厚度大概为3-12 英寸的材料的密度时，最有效。但是，由于铺路材料成本的上升，在维护和重铺路基时，则是 使用较薄的铺设层或覆盖层，其厚度为1-3英寸。对于此厚度范围内的铺设层，许多密度测 量仪在铺设层的密度测定上都是无效的，因为测量仪上的密度读数不仅反映了薄铺设层的 密度，也反映了下层的基底材料的密度。薄层材料密度核子测量仪是由北卡来罗纳州三角研究园区的Troxler电子实验 室公司开发的。例如，薄铺设层密度测量仪的公开美国专利号为4，525，854、4，701，868、 4，641，030,6, 310, 936和6，442，232，这些专利号全部以提述方式纳入本文之中。一些属于 上述专利范围内的测量仪被称作“反向散射”测量仪，因为辐射源不会移动到测量仪外壳的 外面，而在直接透射模式下进行测量，辐射源必须移至外面。在一些属于上述专利范围内的 测量仪中，其辐射源能延伸到测量仪外壳的外面，并能进入直接透射模式下被测量的材料 中。一般情况下，中子源棒能延伸到大约12英寸。如以上专利所公开的，测量薄层材料(如浙青)密度的首选方法是非破坏性的，而 且使用反向散射模式。一种测量方法要求有两种独立的密度测量系统。这两种测量系统的 几何结构必须按照相互之间的关系和被测量的物质来配置，两种系统测量同一种物质时， 所使用的测量方式必须是用于测量不同体积物质的两种方式。在两种体积部分重叠的情况 下，它们并不互斥。一种测量系统所测量的物质的体积(位于测量仪的下方，处于深处)比另一种测量系统所测量的物质的体积大时，测量精确度会有保障。要做到这一点，可将两个 辐射探测系统放置在离辐射源远近不同的位置上。另一种体积比率测量方法一般被用在土 壤中，并且要求在被测量物质上打一个小洞，这种方法被称为直接透射模式。要在测量仪运转时确定中子源棒的位置，必须对中子源棒相对于指数棒和/或中 子源棒伸出测量仪外壳的部分做目视检查。这种位置确定方法可能会产生问题并且不准 确。自身阻力随所处位置不同而变化的接触片也被用来探测中子源棒所移动的距离。这些 接触片常常会有磨损。配置测量仪很耗时间。如果是过去使用过的测量仪，则应对每一种测量仪作不同 的配置，以使测量仪有多种配置方案。因此，每一种测量仪都有各自的配置方案。另外，此项技术中众所周知的一点是，核子测量仪的校准(如12位的核子测量仪) 是非常耗时的，而且许多质量控制检验都需要实施。例如，这些年来，已开发出一种方案，这 种方案能分析校准曲线以找出测量仪中的统计变化。例如，每个测量仪的一般校准常数、计 数率、精度和作为密度函数的斜率，以及它们的标准差，都已经被确定下来。这些参数对诊 断测量仪是否处于良好状态是非常重要的。目前只有在工厂才能进行这种诊断。在工厂内 部，外部计算机网络被连接到每个校准台上，这种网络连接将数据从测量仪上传输到外部 计算机上，外部计算机上的计算机程序(本领域中已知的计算机程序)被用来进行曲线拟 合，传送系数，保存系数至测量仪中，并对每个测量值进行质量控制检验以检查是否有超出 标准预期值的偏差。此项技术需要一能在反向散射模式和/或直接透射模式下运行的核子 测量仪，此测量仪必须能有效测量施工材料的密度和湿度。

发明内容
根据本专利公开的内容，确定材料密度和/或湿度的核子测量仪和核子测量仪的 配置校准方法都已提供。因此，本专利公开的一个目的就是提供测量施工材料密度和/或 湿度的核子测量仪，并提供测量仪的配置和校准方法。本目的和其他目的在本专利公开中 显而易见，并且已部分或全部地在本文件所描述的主题中实现。本公开主题的目的之一已在上述文字中予以阐明，并且此目的已在本公开主题中 部分或全部地实现了。其他目的在下面的描述文字和所附的图纸(已对其作了最好的描 述)中会有更明确。


对本主题所作的完全而充分的揭露(揭露中包括对在该领域具有一般技能的人 士来说最佳的模式)在本说明的剩余部分被予以了更具体的阐述，本说明中还包括对附图 的提及，在附图中图1展示了根据本主题的核子测量仪实例的透视图；图2展示了图1中核子测量仪的竖直横截面图；图3展示了图1中核子测量仪一部分的透视图；图4A展示了根据本主题在核子测量仪中使用的支持架或中子源棒外壳的实例的 透视图；图4B展示了图4A中支持架的水平横截面图5展示了图4A中支持架的近摄透视图；图6展示了图4A中支持架的透视图；图7A展示了图4A中支持架的端面透视图；图7B展示了根据本主题的图4A中支持架的透视图，以及插入支持架的管垫片实 例；图7C展示了根据本主题的插入支持架或中子源棒外壳中的中子源棒轴承的实例 透视图；图8展示了根据本主题的支持架或中子源棒外壳实例透视图，以及测量仪外壳底 座实例透视图；图9展示了根据本主题的深度条实例的平面图，深度条能使核子测量仪进行非接 触测量；图10展示了根据本主题的支持架或中子源棒外壳实例透视图，以及深度条实例 透视图；图11展示了图10中深度条及支持架的端面透视图；图12展示了根据本主题的支持架和测量仪外壳底座的实例透视图；图13A-13C展示了根据本主题的用于核子测量仪的把手实例的部件分解图；图13D展示了图13A中把手的水平横截面图；图14展示了根据本主题的中子源棒和把手实例的部件分解图；图15展示了根据本主题的插入支持架或中子源棒外壳的中子源棒实例透视图；图16展示了根据本主题的核子测量仪实例的透视图；图17展示了根据本主题的核子测量仪实例的部分分解仰视图；图18A-18C展示了根据本主题的用于核子测量仪中的可替换滑动导板实例的不 同视图；图19-24展示了根据本主题的核子测量仪和辐射屏蔽装置部件的实例的部分透 视仰视图；图25A-25C展示了根据本主题的核子测量仪实例的部分透视图；图26展示了根据本主题的可用于核子测量仪的电路的实例的示意图；图27展示了根据本主题的与核子测量仪配置系统保持通信联系的核子测量仪实 例示意图；图28展示了根据本主题的核子测量仪配置方法的实例的流程图；图29展示了根据本主题的与核子测量仪校准系统保持通信联系的核子测量仪实 例示意图；图30展示了根据本主题的核子测量仪校准方法的实例的流程图；图31展示了根据本主题的核子测量仪校准方法的实例的流程图；图32展示了根据本主题的核子测量仪校准方法的部分实例的流程图；图33展示了根据本主题的密度跟踪图表的实例，此密度跟踪图表能应用于核子 测量仪校准方法的实例中；并且图34展示了根据本主题的湿度跟踪图表的实例，此湿度跟踪图表能应用于核子 测量仪校准方法的实例中。
具体实施例方式现将详细参考本主题的说明，其中在附图中示出了一个或多个例子。每个例子都 用来阐释主题，而且不起限制作用。事实上，作为某个实例的部分而被展示或描述的特征能 被用于另一个实例中，进一步推导出另外一个实例。希望本主题能涵盖这些修改和变化。核子测量仪装置图1和图2展示了大致被标示为10的测量仪。本文件对测量仪10的不同方面和 部件作简要描述，对不同元件的更多细节说明将在下文进一步进行描述。核子测量仪可以 是密度测量仪、堆积密度测量仪、薄覆盖层测量仪、薄铺设层测量仪或其结合。通过例子来阐释本主题，图中的测量仪10是薄铺设层测量仪。但是，如上所述，测 量仪10可以是核子测量仪的其他配置。通过利用辐射探测器所探测到的散射辐射，测量仪 10能够准确测量材料密度，如浙青等材料薄层。测量仪10能够在反向散射和直接透射模式 下运行。测量仪10包括测量仪外壳12和支持架，或中子源棒外壳30。测量仪外壳12和支 持架30能够组成竖直管道32，此管道能延伸穿过测量仪外壳12和支持架30。例如，测量 仪外壳12在其中可以含有竖直腔14，支持架30在其中可以含有竖直通道34，可以将竖直 腔14与竖直通道34对齐以形成竖直管道32。例如，测量仪外壳12可以包括顶盖12A和底 座12B。底座12B可以包含穿过它的竖直腔14。顶盖可包括开口 15，支持架30可以穿过开 口 15。支持架30能被放置在测量仪外壳12的底座12B上，以使竖直管道32与竖直腔14 对齐，这样则能形成穿过支持架30和测量仪外壳12的竖直管道34。测量仪10可包括在测量仪外壳12的顶盖12A上的用户界面13。用户界面13与 计算系统、如中央处理单元(CPU) 17进行通信，用户界面13控制测量仪10并负责进行相关 试验。例如，用户界面13可以包括屏幕13A和键盘13B，利用键盘13B可以输入要在核子测 量仪10上进行的试验的参数。测量仪10能包括可竖直移动的中子源棒20，此中子源棒在其远端包含辐射源22。 如图14所示，中子源棒20包括垫片24、环向焊缝25、源弹簧26和源栓塞28。辐射源22可 能是任何合适的辐射源，如137Cs辐射源或6tlCo辐射源。中子源棒20可以处在竖直管道32 内部，竖直管道32由支持架30内部的竖直通道34和测量仪外壳12内部的竖直腔14联合 形成。测量仪10可包含至少一个密度测量系统，密度测量系统利用至少一个辐射探测 器。例如，如图2所示，测量仪10包含两个单独的密度测量系统。这两种测量系统的几何 结构必须按照相互之间的关系和被测量的物质来配置，使得两种系统测量两种不同体积材 料。在两种体积部分重叠的情况下，它们并不互斥。测量精度取决于与由另一种测量系统 所测量体积相比的由一种测量系统所测量分布在测量仪下面更低深度的体积的较大部分。 将两个辐射探测系统放置在离辐射源空间上远近不同的位置上即可达到这一目的。为了做 到这一点，测量仪10包含第一辐射探测器18A和第二对辐射探测器18B1 ；其中第一辐射探 测器18A在空间上比另外一对辐射探测器18B1空间上更靠近辐射源22。辐射探测器，比方 说18A和18B，可以是任何类型的伽马射线辐射探测器。例如，辐射探测器18A和18B可优 选地包括盖革-缪勒(Geiger-Mueller)管，但也可以包括闪烁检测器或正比计数器。辐射 探测器18A和18B可放置在毗邻测量仪外壳12底座12B的位置上。测量仪10还可以包括湿度探测器16，湿度探测器16可用于测量这种施工材料的湿度。测量仪10还可以包括紧固在中子源棒20上的把手50，此把手用于对中子源棒20 进行竖直延伸和收缩。把手50以及导轨和密封系统70可利于引导中子源棒20在竖直管 道32内的移动；竖直管道32由支持架30内部的竖直通道34和测量仪外壳12底座12B内 部的竖直腔14联合产生。用把手50可将中子源棒移动到多个预定的中子源棒位置，从而 改变辐射源和至少一个辐射探测器之间的空间关系。把手50包括粗调装置52和微调元件 54，用于调整中子源棒20的高度，以对辐射源22与辐射探测器18A、18B的相对位置作调 节，从而在不同的中子源棒预定位置作正确的测量。尤其要注意的是，反向散射下的中子源 棒位置极其重要且此位置必须相当精确。为了提供中子源棒预定位置，可提供分度机构。例如，如图2-6所示，分度定位带 80可被放置在支持架30上，分度定位带80可与把手50啮合，以将中子源棒20固定在中 子源棒预定位置。分度定位带80中可包含分度孔82。分度孔82可用作能与把手52啮合 的凹口，关于这一点将在将在下面内容中予以更详细的阐述。分度孔82之间可被均勻地隔 开。例如，分度孔82之间的间隔距离可以是约1英寸、约2英寸或约3英寸。支持架30能包括分度槽36，分度槽36毗邻竖直通道34，并与之相通。分度定位 带80可被紧固在分度槽36上。分度定位带80上有空隙84，可用于安插紧固件84，如螺丝 钉、铆钉或类似物质，这些紧固件能与支持架30啮合。在其中包含了分度孔82的分度定位 带80可被紧固在支持架30竖直通道34内部的指定位置，从而创建凹口。而且，分度定位 带80在支持架30内可调整。如图9-12所示，深度条100可被放置在支持架30上，并且深度条100能对中子源 棒位置进行非接触测量。深度条能用光学传感器，如光学测距传感器、声学传感器、磁传感 器和其他类似传感器等，来对中子源棒的位置进行非接触测量。例如，深度条能包含多个霍 尔效应深度传感器102。每个深度传感器都能与至少一个中子源棒位置相关联。将中子源 棒20放置在某个中子源棒位置上时，检测中子源棒20的中子源棒位置的霍尔效应深度传 感器102中的某一个就会被激活。深度条100包括中子源棒位置检测电路装置104，此电路 装置适于对深度传感器的激活情况作检测，从而确定中子源棒20的当前位置。该位置可以 是相对于彼此的相对位置，或优选的是绝对指标。深度条100可包括分模线100A，深度条100沿着分模线100A能从12英寸的单元 转换到8英寸的单元。还能将其它分模线安装进深度条中，所形成的深度条能被用在只能 使用反向散射模式的测量仪上。为了容置深度条100，支持架30可包含测量隔区38。测量 隔区38可以是用于容置深度条的单独通道或通路，由深度条100的类型决定。一旦核子测量仪10被组装起来，则可以配置计算系统(如CPU17)以多个选项操 作。因此，可以将核子测量仪10配置成能在多种设置下运行。可以配置计算系统17以启 用或禁用核子测量仪10的设置。与核子测量仪10计算系统有通信联系的核子测量仪配置 系统也能被提供。在核子测量仪配置系统中，指令能被传输到核子测量仪10的计算系统17 中，以启用或禁用核子测量仪10的设置。还为了确保测量仪10能进行准确的测量，特公开了一种校准核子测量仪的方法。 本方法包括提供核子测量仪10，所述核子测量仪适于通过加密校准通信进行远程校准。核 子测量仪10上包括命令行解释功能，它适于接收校准命令。而且，本方法可包括核子测量仪校准系统，此系统与核子测量仪10的计算系统17保持通信联系。核子测量仪校准系统 适于查询核子测量仪的校准信息。本方法包括将加密指令从核子测量仪校准系统传输到核 子测量仪中，从而对核子测量仪作校准。测量仪10还包括一辐射屏蔽装置90 (如图2和图17-24所示)。辐射屏蔽装置90 含有防护屏92，防护屏92被同轴安装在测量仪外壳的底座12B上。防护屏92有助于限定 在测量仪外壳12的底座12B上的竖直腔14。例如，底座12B形成为产生护屏外壳12D，开 口穿过护屏外壳12D。防护屏92上有从其穿过的通道92A。防护屏92能配合到护屏外壳 12D中，使得护屏外壳12D上的开口与防护屏92上的通道92A对齐。通过将紧定螺丝93在 螺孔93A(位于护屏外壳12D中)内部拧紧，可以将防护屏92固定到位。对齐的开口(位 于护屏外壳12D中)和通道92A(在防护屏92内部穿过)能联合形成竖直腔14。辐射屏蔽装置90还包括滑块94，滑块94布置成可相对于防护屏92在两个相对位 置之间作横向移动。滑块94可位于第一位置上，以堵塞竖直腔14的远端，从而阻止辐射离 开竖直腔。滑块94也可位于第二位置上，此位置毗邻竖直腔。在第二位置上，中子源棒20 能竖直移动于辐射屏蔽装置90和测量仪外壳12的底座12B之中。测量仪外壳12的底座 12B和防护屏92能限定轨道96 ；轨道96配置成接收滑块94并能引导滑块94的运动。例 如，护屏轨道段92B能被限定在防护屏92之内，护屏轨道段92B至少构成了轨道96的一部 分。护屏轨道段92B和通道92A在防护屏92的下端交叉融合，如图21所示。测量仪外壳12的底座12B可含有底座轨道段12C。将底座轨道段12C和护屏轨道 段92B对齐，则可形成轨道96。可将滑块94放置在由底座轨道段12C和护屏轨道段12B联 合形成的轨道96上。在滑块94的第一位置，滑块94延伸经过护屏轨道段92B，使得滑块的 一端94A紧靠防护屏92的内壁92C，如图22所示。内壁92C中紧靠滑块94的部分可含有 硬化材料，如淬火钢，这将会在下面予以更详细的解释。在第一位置上，竖直腔14和竖直管 道32 (由竖直腔14部分组成)被滑块94所堵塞。在滑块94的第二位置上时，滑块94的 一端94A已从防护屏92的内壁92C上移开，使得竖直腔14和竖直管道32 (由竖直腔14部 分组成)会被打开，从而会露出中子源棒20。在该位置处，滑块94与竖直腔14毗邻。弹簧98与滑块94接合以将滑块94推向第一位置。弹簧98能接合滑块94的一 端94B。而且，底座12可含有弹簧导块98A。弹簧98位于弹簧导块98A和滑块94的一端 94B之间。如图2所示，防护屏90和辐射屏蔽装置90上的滑块94都被可操作地放置，以在 中子源棒20处在安全位置上时使使用者受到的辐射照射量最小化。防护屏90由铅或钨构 造成。但是，还可以使用其他辐射屏蔽材料。滑块94也可含有辐射屏蔽材料，如钨。除了测量仪外壳12上的用户界面13外，测量仪10还可包括远程用户界面，其可 用来启动测量仪10进行测量。例如，远程用户界面可以是遥控键盘120 (如图1-3和图25B 所示)。遥控键盘120可位于支持架30的顶端，并且远离测量仪外壳12。遥控键盘120可 含有多种开关状态。开关状态包括启动开关122和逃逸开关124。一旦测量仪10和中子源 棒20处在合适的位置上，启动开关122就可以用来启动测量仪计数功能或其他试验。逃逸 开关124可用来中止这些试验。支持架30可包括布线隔区39，布线隔区39可将第二键盘 120上的电气布线引导进测量仪外壳12中，如此则可以与CPU 17相连接。布线隔区39可 以是支持架30内的单独通道或通路。可备选地，遥控键盘也可以是无线控制装置(例如怀表状物)，与测量仪10相分离，并且与测量仪10处于无线通信状态。测量仪10可包括计数电路装置，此电路装置可用来对脉冲进行计数。例如，测量 仪10可包括脉冲计数电路组件160，如图26所示。电路组件160可包括多个相同的计数电 路，如162和164。电路162用于密度测量，电路164用于湿度测量。每个电路(162和164) 都可包括4位二进制纹波计数器166和168，使得电路组件160能有双重4位二进制纹波计 数器166和168。在组件160中，通过将一个4位计数器的输出连通到另一个计数器的时钟 输入中，就可以将计数器166和计数器168设计成以8位计数(255)。在一个实例中，输入 A上的每个负缘变迁都会导致计数器数量被增加一个。用于密度电路的范例传感器可以是 盖革-米勒计数器、正比探测器、雪崩探测器、固体探测器、闪烁探测器。湿度电路的传感器 可以是He3正比传感器，或者甚至是电磁性质的传感器。CPU 17上的两条控制线可以重置和启动计数器166和计数器168，这两条控制线 分别为启动控制线170(CNT_EN)和重置控制线172(CNT_RESET)。当控制线170带有高信号 (CNT_EN)时，计数器166和计数器168就会被关闭。此时线174上的或门178的输出会设 置成高输出，线176上的或门180的输出也会设置成高输出，G-M脉冲和He3脉冲也会被关 闭。当来自于重置控制线172的信号(CNT_RESET)为高时，计数器166和计数器168就会被 重置为零。信号(CNT_EN)和信号(CNT_RESET)是逻辑1，能将计数器166和计数器168重 置为零，并关闭计数功能。当来自于重置控制线172的信号(CNT_RESET)和来自于控制线 170 CNT_ENABLE的信号(CNT_EN)都为低时，计数器166和计数器168会对来自于盖革-米 勒管和He3管等中的脉冲进行计数。因为计数器的最大计数量是255，CPU 17上的微控制器会定期读取来自于线182 和线184中的计数器输出QA、QB、QC、QD、QA1、QB1、QC1、QD1，以查看是否存在溢出。当计数 器输出QA、QB、QC、QD、QA1、QB1、QC1、QD1从低变成高并且又从高变为低时，软件会将其内部 计数器增加256。例如，每作两次计数，计数器输出QA就会从低变为高然后又从高变为低； 每作四次计数，计数器输出QB就会从低变为高然后又从高变为低，诸如此类。当计数时间 完成后，中央计数器17会读取来自于每个计数器的低阶位。而且，当计数时间停止时，CPU 17会将信号(CNT_EN)设置为高。CPU 17 一次只能读取来自于计数器166和计数器168的一个输出信号。电路162 中含有8:1多路复用器186，电路164中含有8:1多路复用器188。其中，每个8:1多路复 用器都被用于选择哪些计数器输出信号由CPU 17读取。由CPU 17中的三个控制线(SELA、 SELB、SELC)进行选择。当CPU 17监控输出信号QDl以检查是否存在溢出时，控制线(SELA、 SELB、SELC)处于高阶位。在计数时间之内，计数器输出会被监控，并且控制线SELA、SELB、 SELC均为1。在计数进行到末尾时，来自于控制线170的信号(CNT_EN)会变低，这时计数 会停止，然后选择线会从二进制000增加到二进制111，此时CPU 17会读取每个输出线路。测量仪10的主要功能就是在用户创建的项目上收集并存储信息。项目信息被保 存在测量仪10上的CPU 17中的电子存储器上。此信息能被传送到计算机上，如使用串行 电缆将自身通信端口与测量仪通信端口连接起来的个人计算机。于是，数据可以从测量仪 10传送到个人计算机上。该过程意味着用户必须将测量仪10带到靠近个人计算机的位 置(两者之间的距离必须在串行电缆的长度范围之内)，启动数据传送程序(主要使用终端 仿真程序)，然后指令测量仪10传送数据。
可备选地，也可以用可携式存储设备来传送数据。测量仪10的一些实例可利用基 于USB的大容量存储设备来传送该信息。在测量仪10内部可以安装USB存取装置，此装置 能支持USB大容量存储设备接口。此存取装置有USB端口(如图1所示)和串行端口(未 在图中显示)。测量仪10能通过串行端口与存取装置通信，存取装置能控制放置在USB端 口中的USB大容量存储设备。当USB大容量存储设备位于测量仪10上的USB端口 19中时， 项目信息能被传送到USB大容量存储设备中。然后可以移除USB大容量存储设备，并将之 带至计算机(如个人计算机)前，再将其插入个人计算机的USB端口中。此时，用户可以将 项目信息从USB大容量存储设备移动至个人计算机的内存中，以进一步使用，如起草报告、 打印项目文件、输入数据至电子表格程序中。测量仪10能含有全球定位系统(GPS)接收器17B(如图2所示)，此接收器与CPU 17保持通信。GPS接收器17B可被用来更新测量仪10中的时钟/日历。GPS接收器17B可 接收来自于卫星的时间信息。该信息可参照零经度线上的时间(格林尼治时间)来设置。 如果测量仪用户参照格林尼治时间为自己的当地时区设置时间偏移，测量仪只要收到GPS 信号，就会不断地更正自己的时钟/日历。测量仪只是将时间偏移简单添加至所提供的GPS 时间上、检查测量仪的时间/日历、并在需要的情况下更正读数。能自动更新时间/日期的 附加方法就是安装天线电路装置，此装置能接收由美国国家标准与技术研究院(NIST)通 过广播电台WffVB发送的60kHz超低频无线电时间信号，广播电台WffVB离美国科罗拉多州 博尔德镇的原子钟很近。也可以用同样的技术来更新所谓的“原子钟”。测量仪10能询问用户想要何种时区偏移(最高+/-12小时)，并能将时区偏移存 储在非易失性存储器中。水分-密度测量仪10中装有GPS接收器17B时，从GPS接收器 17B获得的数据可自动更新时间和/或日期。依赖于GPS接收器17B的NEMA(美国国家电 器制造商协会)模式，每个读数所包含的时间/日期戳能精确到十亿分之一秒。GPS接收器17B还能被用来提升测量仪10的读数质量。一些湿度_密度测量仪操 作员的实践是寻找“良好”或可接受的测量地点，并读取连续显示的读数，这些读数必须是 在浙青面层的多个地点上获得的。因为密度-湿度测量仪上的时间功能是可被操作员当前 调节的，在测量之前实际读数时间记录可被修改。如果测量仪操作员不能使用时间/日期 调节功能，并且时间/日期是通过收集GPS接收器17B上的信息来被自动调节的话，每个存 储在存储器中的读数都会有准确的时间/日期戳。另外，时间/日期信息可与位置信息相 关联，从而使所收集到的信息不可能被“篡改”或操纵。由此，通过减少报告错误测量地点 的可能性，测量仪10的读数质量就会提升。支持架30、把手50、辐射屏蔽装置90以及其他相关特征的实例将会在这里予以更 详细的描述。支持架或中子源棒外壳30(如图1-8所示)提供坚固而耐用性，从而保护中 子源棒20。支持架30能大致地包裹住中子源棒20。支持架30所产生的结构能支持中子 源棒20，并能限制因意外的顺时针或逆时针扭矩而产生在中子源棒20上的应力的量。当中 子源棒20处在安全位置上时，这种转矩会产生。因此，与没有支持架的测量仪相比，支持架 30能更牢固地将中子源棒20定位。支持架30的横截面可以是任何形状。例如，支持架30 的横截面可以是圆形、正方形、长方形或其他形状。而且，就像图中所示的，支持架30横截 面可以是三角形形状。支持架30可以由金属或固化塑料制成，例如，支持架30就可以由挤 压铝制成。
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支持架30中的通道34足够宽，能为中子源棒提供足够的间隙。例如，通道34的 圆形横截面直径D1使得通道中的中子源棒20能便利地移动(如图4B所示)。通道34有 入口 34A，由边缘30B形成，此入口与支持架30的侧面30A相通。与中子源棒20相连接的 把手50配置成与入口 34A可滑动式接合。把手25上有一夹持端50A (此夹持端从支持架 30向外延伸)、啮合端50B(此啮合端与中子源棒20可调式连接)和颈端50C(位于夹持端 50A和啮合端50B之间)。入口 34A的宽度W1可容纳颈端50C。入口 34A的宽度W1可以小 于中子源棒20的直径或宽度。啮合端50B能被配置成与通道34作可滑动式啮合。例如，把手50可包括一个滑 动块51C和/或至少一个滑动盘(如图13C所示)。在图13A-13D所示的实例中，顶部滑动 盘51A和底部滑动盘51B被分别放置在把手50的啮合端50B的两端。滑动盘51A和51B 的横截面(是与滑动盘51A和51B中的夹持端50A平行的横截面)可以比啮合端50B的横 截面大。例如，图13D展示的啮合端50B (位于夹持端50A和颈端50C的下方)的横截面视 图显示了底部滑动盘51A的外径S2，此外径大于啮合端50B的外径Sp顶部滑动盘51A和 底部滑动盘51B的横截面大小可以大约相等。例如，顶部滑动盘51A的外径和底部滑动盘 51B的外径可以相等。顶部滑动盘51A和底部滑动盘51B的外径大小可以与支持架30的 竖直通道34的直径D1大小相似。因此，滑动盘51A和51B可提高中子源棒20在竖直通道 34(位于支持架30中)中的稳定性，还可以帮助减少中子源棒20在末端(与把手50相接 合)的径向运动。滑动盘5IA和5IB可至少部分由减磨材料制成。例如，滑动盘5IA和5IB的外围可 以与支持架30内的竖直腔34相接合，并且滑动盘外围由减磨材料制成。例如，滑动盘51A 和51B可以是或可以含有低摩擦系数的聚合物。聚合物可以包括聚四氟乙烯、过氟烷氧基 和氟化乙丙烯中的至少一种。把手50可包括柱塞56和触发器58。通过启动触发器58，可以将柱塞56扩展以 与位于支持架30之内的分度定位带80上的分度孔82相啮合；可以将柱塞56缩回，以与分 度孔82脱离。触发器58可被放置在把手50的夹持端50A的底部。一对销钉58A和58B 可将触发器58固定在正确的位置上。触发器58的末端离把手50的颈端50C很远，而且触 发器58的末端可有支点槽58C，此支点槽与枢纽销58A相接合，从而为触发器58提供了枢 纽点。枢纽销58A可位于夹持端50A所限定的枢纽孔径53A中。触发器58含有一个竖直 扩展插槽58D，如图2和13C所示；竖直扩展插槽58D可与锁紧销58B相啮合。锁紧销58B 与插槽58D相啮合时，插槽58D可使触发器58上下移动。触发器弹簧59能与触发器58相 接合，接合点位于触发器上靠近插槽58D并远离支点槽58C的位置。触发器弹簧59能将触 发器58推离柱塞56。把手50还包括弹簧60，弹簧60在夹持端50A内与柱塞56和弹簧导 块62接合。弹簧60能将柱塞56推向延伸位置。触发器58上有至少一个突出体58E，突出体58E与柱塞56上的至少一个收缩槽 56A相接合。在所展示的实例中，触发器58上有两个突出体58E，柱塞56上有两个收缩槽 56A。但是应当理解的是，可能提供一个或多个突出体以及相对应的收缩槽。突出体58E可以被倾斜，以使其能与收缩槽56A的斜面匹配。突出体58E和收缩 槽56A必须被保持在某种倾斜状态，以在触发器58被往上挤时，使得突出体58E与收缩槽 56A接合，从而将柱塞56推至缩回位置。一旦中子源棒移动到与相应分度孔82对齐的预定中子源棒位置中的一个，触发器58就会被释放。触发器弹簧59能将触发器58推离柱塞 56 ；弹簧60能在柱塞56与相对应的分度孔82相啮合的情况下将柱塞56推向延伸位置。通过将中子源棒20保持在不同的位置(如图2-6所示)，分度定位带80上的分 度孔82能为中子源棒提供多个位置。这些位置包括图6中所示的分度孔82A，分度孔82A 与“安全”位置相对应，在“安全”位置内辐射源22被提升并且与试验物质相隔离。安全位 置被用来确定标准计数。另一个分度孔82B与反向散射模式相对应，在反向散射模式中辐 射源22的位置毗邻测试物质的表面，测试物质位于测量仪10的下方。其他分度孔82与多 个直接透射位置相对应。使用具有可调性的分度定位带80，可以使得制造公差的严格程度 降低些。因而，分度定位带80可增加本设计的变动性。所以，可以调节分度定位带80的位 置，以增加制造弹性。可以用不同的方式将分度定位带80固定。例如，支持架30上可包括 调整螺丝孔36A (见图2)，调整螺丝孔36A可与分度定位带80上的孔口 84对齐以使螺丝插 入。因此，可以利用调整螺丝孔36A和孔口 84将分度定位带80固定在支持架30上。分度 定位带80的长度可转换，可将分度定位带转换至某种长度，即，使其能与12英寸中子源棒 一起使用的8英寸，或者也可以将其转换至一定的长度，使其能被用在只能在反向散射模 式下运行的测量仪中。与分度孔82A相对应的安全位置可使中子源棒20的顶尖比底座12B (测量仪外壳 12中)的外表面至少高约2. 20英寸；辐射源22处在这个位置上时，辐射源对竖直位置上 轻微的定位变化的标准计数灵敏度会降低。具体来讲，当辐射源22处在安全位置上时，测 量仪10上的辐射源位置在竖直方向上每改变一密耳，辐射标准计数率只会作2到10个刻 度计数的变化。如图9-11所示，将深度条100放置在支持架50中，则可进行非接触测量，以确定 中子源棒20在使用中被放置的深度。例如，支持架50可包括测量隔区38，深度条100可被 放置在测量隔区38中。测量隔区38可以是通道也可以是凹槽。或者，测量隔区38也可以 是支持架30内部靠近竖直通道34的通路，中子源棒20处在竖直通道34内。如上所述，深 度条能用光学传感器，如光学测距传感器、声学传感器、磁传感器和其他类似传感器等，来 对中子源棒的放置位置进行非接触测量。如上所述，位于测量隔区38内的深度条100可以是传感器，此传感器使用磁驱动 低功率霍尔传感器102来确定中子源棒的位置。例如，深度条100中的霍尔效应传感器102 可以与分度定位带80上的分度孔82对齐。霍尔效应传感器102可被安装在中子源棒位置 检测电路装置104(如印刷电路板)上，这些霍尔效应传感器必须处在互不相连的位置上， 而且相互之间的距离为大概1英寸和/或大概2英寸。印刷电路板104上可以含有其他电 子电路以给霍尔效应传感器102供电，能决定启动哪个霍尔效应传感器102，并能将该信息 传送至测量仪CPU 17上，CPU 17与用户界面13处于通信状态。在这种配置下，可以对中 子源棒进行绝对定位，而不仅仅是相对于安全位置的定位。为了对中子源棒20的放置位置进行非接触检测，把手50上可含有磁体64，磁体 64可被霍尔效应传感器102检测到。霍尔效应传感器102可被放置在印刷电路板104上， 并使得其处在与磁体64对齐的位置，磁体64位于可移动中子源棒20的把手50上。此时 中子源棒20可以被“分度化”，以使其通过分度定位带80仅能被放置在互不相连的位置上。 这些位置之间的间隔可以是大约1英寸或2英寸。通过替换分度定位带，可以取得特殊分
14度。在这些互不相连的位置中的每个位置上，把手50上的磁体64可被直接放置在这些霍 尔效应传感器102中的某一个(位于印刷电路板102上)上面。因此，一次只有一个霍尔 效应传感器102启动。当用户启动对中子源棒位置敏感的测量仪操作时，CPU 17会与印刷 电路板104上的电子器件通信，以确定哪个霍尔效应传感器102被启动。CPU 17软件配置 成使得其可将所启动的霍尔效应传感器102与已知分度位置相关联。如果霍尔效应传感器 102没有被启动，CPU 17会告知测量仪使用者中子源棒20没有处在有效位置。如果霍尔效 应传感器102被启动，CPU 17会启动测量仪操作，并将分度位置传输给软件。这样，测量仪 使用者则无需手动输入中子源棒位置。通过包括沿着印刷电路板104的分模线100A，深度条100沿着此分模线就能从12 英寸单元转换到8英寸单元。在这种方式下，单独设计的深度条100可被用在不同的测量 仪10上，在这些测量仪上具有中子源棒20可延伸的两种不同长度。深度条100在分模线 100A上断开，则变成8英寸单元。如果不断开，深度条100则可被用作12英寸单元。深度 条100上可安装线路106，线路106能将深度条100与CPU 17相连接，并且/或者也能够将 深度条与测量仪10的电源连接。在将支持架30固定在测量仪外壳12的底座12B上之前，可将深度条100插入支 持架30的测量隔区38中，以使深度条能处在正确的位置来基于分度定位带80上的分度孔 82位置对中子源棒进行位置确定。如果隔区39是通路，深度条100可被插入支持架30底 部的测量隔区，以使深度条100的顶部延伸通过支持架30的顶部。定位销钉100B可被插 入深度条100上的孔口 100C。销钉100B被插入后，深度条100可被推回到支持架30中，这 样销钉100B会与支持架30的顶部接合，以使霍尔效应传感器102与分度定位带80上的分 度孔82对齐。例如，支持架中可含有底座，销钉100B可插入此底座。插入后，印刷电路板 104(位于深度条100中)上的集成电路或霍尔效应传感器102将会面向竖直腔34，中子源 棒100在被插入支架30中后，会处在竖直腔34内。支持架30上含有接线孔108，线路106 可穿过此接线孔牵拉(如图12所示)。这样线路106就能被正确地连接到测量仪10中。
为促使中子源棒20在竖直管道32 (由支持架30内的竖直通道34和测量仪外壳12 上的竖直腔14组成)内正确地移动，可以安装导轨和密封系统70。导轨和密封系统70(如 图1、2和图4至8所示)可与把手50上的至少一个滑动盘(如滑动盘5IA和滑动盘51B) 协同运行，以增加中子源棒20的稳定性和最大程度地减少中子源棒20的径向运动。导轨 和密封系统70中可包括支架72，支架72可被放置并固定在支持架内的竖直腔34上。
支架72可含有第一尾部72A，尾部72A可被设定成能平放在支持架30的凹槽36 内。第一尾部72A可被固定在分度定位带80的下面，与凹槽36内的分度定位带80对齐。 支架72还可以含有第二尾部72B，第二尾部72B配置成使其被放置在支持架30的竖直腔 34的外面。例如，如图4至6所示，第二尾部72B可比入口 34的宽度W1更宽。支持架30 上可含有槽30C，槽30C被切在每个边缘30B上，边缘30B位于通道34入口 34A的两边的每 一边上。第二尾部72B可配置成留置在沟槽30C中。第二尾部72B的延伸方位可与支架72 的第一尾部72A基本平行。支架72在第一尾部72A和第二尾部72B的中间还可含有中段 72C。中段72C可基本竖直于第一尾部72A和第二尾部72B，还可以基本竖直于竖直腔34而 抵接，中子源棒位于竖直腔34内。中段72C上含有支座孔径72D，中子源棒可穿过此孔径。 边缘30B还可含有切口 30D，支架72 (包括中段72)可穿过这些切口 30D，使得当支架72被固定在支持架30上时，第一尾部72A会处在凹槽36内，第二尾部72B会处在凹槽30C内， 中段72B会延伸穿过切口 30D并进入竖直腔34中，使得支座孔径72D会与竖直腔34对齐， 以使中子源棒20从中通过。导轨和密封系统70 (见图2)还可以包括上部密封垫74，密封垫74能被放置在支 架72下面的竖直腔34中，使得上部密封垫紧靠支架中段72C的底部。上部密封垫74的内 径可以小于支座孔径72D的直径，并且密封垫内径足够大刚好能使中子源棒20穿过。上部 密封垫74的外径可与竖直腔34的直径Dl基本相等。上部密封垫74被放置在紧靠支架72 的位置上后，带有润滑油嘴76A的管垫片76可被放置在紧靠上部密封垫74的位置。导轨 和密封系统70还可以包括源轴承78，源轴承78可在远离支架72和上部密封垫74位置的 一端处紧靠管垫片76固定。中子源棒轴承78可含有一密封刮件78A，密封刮件78A的作用 相当于下部密封垫。中子源棒轴承78可被放置在底座12B的护屏外壳12D中，且位于辐射 屏蔽装置90的上方。管垫片76可包括顶部垫圈76B和底部垫圈76C，这两个垫圈可被放置 在管垫片的任何一端。例如，顶部垫圈76B可被放置在管垫片76中靠近上部密封垫74的 远端，底部垫圈76C可被放置在管垫片76中靠近中子源棒轴承78的远端。中子源棒轴承78可以是轴衬。中子源棒轴承78可以引导中子源棒20穿过测量 仪外壳12中的竖直腔14，穿过时中子源棒20与竖直腔配合会很紧，以最大程度地减少辐 射源定位的变动性。具体来讲，中子源棒轴承78的外径可以是大约1. 1265英寸+/-约 0. 0005英寸，轴承内径可以是大约0. 6265英寸+/-约0. 0005英寸。另外，轴承套直径可以 是约1. 1265英寸+/-0. 0005英寸。中子源棒20的直径可以是约0. 625英寸+/-约0. 001 英寸。这样，标称轴承间隙将会是约0. 00025英寸，压入配合的轴承间隙范围是约0. 001英 寸。标称中子源棒间隙可以是约0. 00175英寸，中子源棒间隙范围可以是从约0. 0005英寸 到约0. 0030英寸。因而，中子源棒20径向运动的总范围在约0. 0005到约0. 0040英寸之 内。因为中子源棒20的期望位置位于中子源棒轴承78的真实中心线上，所以与真实中心 相分离的运动距离实际上就是径向间隙，径向间隙是直径间隙的二分之一。因此，与中子源 棒20真实中心相分离的最大运动距离为大约0. 0040英寸的一半，即0. 0020英寸。对中子源棒20的高度进行正确的校准是很重要的，正确的校准能保证在把手与 分度定位带80进行接合的时候，中子源棒20所处的深度正确。为对测量仪10进行校准， 装配技术员只需用扳手或螺丝刀及时对中子源棒的确切高度进行调整。可将螺丝刀或扳手 嵌入牢固固定在中子源棒20上的螺纹器件(如螺丝或螺栓54A)，以确保螺丝不会旋转成 从中子源棒20上脱落。可以使用任何种类的细牙螺纹器件。可将螺丝作为微调元件54使 用，如平头螺丝、有槽螺丝、菲利普型十字槽螺丝、例如在TORX 商标名下售卖的星型螺 丝、花键传动螺丝、六角头螺丝、双六角头螺丝和其他类似螺丝等。相似地，也可以使用内六 角螺丝。通过支持架30的顶端和把手50，可使螺丝刀或扳手进入设备。卸下遥控键盘120 或其他顶上部分。把手50可限定在其中的至少一个调节孔径，以提供触及微调元件54的 通道。例如，把手50在接合端50B和柱塞56上分别含有调节孔径66和调节孔径68 (如图 2、图13B、图14所示)，使得当中子源棒20处在反向散射位置上时，把手50上所有的调节 孔径66和调节孔径68的位置会被调整至装配技术员的螺丝刀或扳手的触及范围内。在把 手50含有柱塞56和触发器58的实例中，当柱塞56处在延伸位置上时，柱塞56可以限定68在把手50上与调节孔径66对齐。粗调装置52和微调元件54 (如图2和图14所示)，可被用来在生产时设置中子源 棒20的高度，设置可以是永久性的，也可以是半永久性的。本文所使用的“半永久性”意思 是中子源棒的高度只有在利用化学和/或机械工具对其进行物理操纵的情况下才可重设。 把手50还可以包括一个或多个紧定螺丝69 ；当用粗调装置52和微调元件54将中子源棒 20的高度调节之后，能用紧定螺丝69将中子源棒20维持并锁定在正确的位置上。当用粗 调装置52和微调元件54对中子源棒20的高度进行调节时，中子源棒20可以处在反向散 射位置上。该能力大大地减少了装配时间以及提高了定位精度和重新定位精度。在把手50内，粗调装置52可包括螺纹区域52A，微调元件54可含有螺丝54A，如 内六角螺丝。内六角螺丝54A可被牢固地固定在中子源棒20上，使得螺丝不旋转成从中子 源棒20中脱落。粗调装置52可使中子源棒20被迅速地固定在把手50上。微调元件54也使用螺 纹区域52A，但是微调元件54只允许中子源棒20通过其局部旋转进行非常小的增量运动。 微调元件54能对中子源棒的高度进行精确而灵敏的调整，高度调整少于百分之一英寸。例 如，微调元件54可对中子源棒20的高度进行增加或减少约0. 005英寸的调整。在一些实 例当中，微调元件54可对中子源棒20的高度进行增加或减少约0. 001英寸的调整。因此， 可对中子源棒高度进行粗调和微调。在过去，曾经作过将水保持在测量仪外面的尝试。湿度和水会对高压电子器件产 生不利影响。而一直存在的问题就是如何开发一个能允许中子源自由上下移动同时又能完 全阻隔湿度和水分的密封垫。为了保护测量仪10中测量仪外壳12内部含有的电子器件， 可采取预防措施以保证顶盖12A和测量仪外壳12的底座12B之间密封良好，并保证支持架 30和测量仪外壳12之间密封良好。例如，可将一个0形环130放置在测量仪外壳12的底 座12B内的凹槽132中，使其位于底座12B和顶盖12A之间，如图16所示。顶盖12A与0形 环130接合时，0形环130可围绕底座12B的外围进行延展，这样将在顶盖12A和底座12B 之间创建防水密封。而且，如图2和图25A-25C所示，第二 0形环134的直径与支持架30的横截面相 适配；第二 0形环134可被放置在支持架底座上，支持架30在支持架底座上与测量仪外壳 12紧密固定。0形环134和调整片138可围绕支持架30的水平横截面与支持架套合，并且 与测量仪外壳12的顶盖12A接合，可利用0形环134和调整片138使密封区域的整个圆周 防水。对被指定在任何天气情况下都使用的测量仪来说，这一点尤其重要。例如，支持架30 的横截面可以是三角形状，顶盖12A可以围绕开口 15形成凹槽136，支持架30可以延伸进 开口 15中。三角形状的调整片138 (带有外边缘139)能将第二 0形环134推至与支持架 30紧靠，这样将形成一防水密封。可将调整片138围绕支持架底座放置，并使之处在第二 0 形环134上面，然后将其固定在测量仪外壳12中。以下文字会对辐射屏蔽装置90作更详细的描述。如上所述，辐射屏蔽装置90的 某一部分被可操作地放置，以能在两个位置之间作横向移动。第一位置用来堵塞测量仪外 壳12的竖直腔14的远端14A，从而阻止辐射离开竖直腔14。第二位置靠近竖直腔14，此位 置允许中子源棒20穿过辐射屏蔽装置90作竖直运动。如上所述，辐射屏蔽装置90可包括 滑块94，滑块94能在第一位置和第二位置之间作横向运动。可对轨道96进行设定，使其能
17接收滑块94在其上面移动并引导滑块94的运动。弹簧98可以与滑块94相接合，并将滑 块94推向第一位置。辐射屏蔽装置90中可包括防护屏92。防护屏92中可包括护屏轨道段92B，护屏轨 道段92B包括轨道96的至少一部分。测量仪外壳12的底座12B可包括一底座轨道段12C。 底座轨道段12C和护屏轨道段12B可以对齐，以联合组成轨道96。可将至少一个可替换滑动导板140 (如图17和图18A-18C所示)放置在轨道96 上靠近滑块94的位置。此滑动导板140配置成当滑块94在第一位置和第二位置之间移动 时减少摩擦。至少一个滑动导板140可包括两个可替换滑动导板140，在轨道96中相对立 的轨壁上，每个可替换滑动导板140都延伸经过底座轨道段12C和护屏轨道段92B的至少 一部分。轨道96在核子测量仪10内部沿着某一方向延伸，这样，当滑块94从第一位置移 向第二位置时，带有滑块外壳12D的滑块94会远离辐射探测器18A和18B (如图16所示)。 轨道96能以α角度进行延伸，α从平面M上测量为介于约90°和约180°之间，平面M在 辐射探测器18Α、18Β和轨道96上最靠近辐射探测器18Α的某一点之间延伸。在一些实例 当中，轨道96可以以介于约100°和约135°之间的角度α延伸。当测量仪被放置在运输 箱中并且运输箱处于直立状态时，轨道的角度α在重力作用下将滑块94向封闭位置偏压。 而且，在这种角度下，滑块94对测量仪10读数的影响被最小化，因为任何辐射泄露都被从 探测器上引开。如上所述，防护屏可以是模压块。防护屏92可以由铅制成。或者，防护屏92可以 由钨或钨和铅混合物制成。例如，防护屏92可包括铅钨同心圆筒。护屏轨道段92Β可包括 两个相对立的边壁92D和一个端壁92C ；其中边壁92D —直延伸进防护屏92中，端壁92C 处在防护屏92内的两段边壁92D(见图21)之间的位置；端壁92C至少有一部分处于由硬 表面材料制成的防护屏92内部。防护屏92可包括形成端壁92C的由硬表面材料制成的耐 磨板或嵌件。硬表面材料可包括钢、淬火钢、高碳钢、不锈钢、钨或其他类似物质中的至少一 种。图18A-18C所示的至少一个可替换滑动导板140可以是或者可以含有具有低摩擦 系数的聚合物。聚合物可以是聚四氟乙烯、过氟烷氧基和氟化乙丙烯三种材料中的至少一 种。所述至少一个可替换滑动导板140可以包括主体142和支臂144，支臂144从主体142 中延伸至外面。主体142可以包括带有底边146的长方形形状，支臂144可以包括从底边 146中延伸的不同长方形形状，其中主体142的高度大于支臂144的高度，从而在至少一个 可替换滑动导板140上产生凹口 148。在这种实例中，防护屏92可以限定凹口 99，如图17所示；凹口 99配置成接收至少 一个可替换滑动导板140的支臂144，从而使至少一个可替换滑动导板140的外表面140Α 与防护屏92上的护屏轨道段92Β外表面齐平。通过与凹口 99相接合，支臂144能将滑动 导板140在防护屏92中的旋转运动程度降为最低，这种旋转因滑动块94的运动产生。在 测量仪外壳12的底座12Β含有底座轨道段12C、并且底座轨道段12C和护屏轨道段92Β可 对齐以形成轨道96的实例中，底座轨道段12C的宽度可以大于护屏轨道段92Β的宽度，用 于接收底座轨道段12C能与可替换滑动导板140的主体142。辐射屏蔽装置90可包括盖板150，用于将辐射屏蔽装置90固定在测量仪外壳12内。盖板150可以是包括刮刀152的刮板。如图24所示，利用挡圈154可以将刮环152固 定在盖板150上。盖板150可以被放置在底座12B (位于测量仪外壳12中)的下表面12E 中的凹槽97中。一旦被安装后，盖板150可以处在紧靠至少一个可替换滑动导板140的底 边144A的位置。盖板150的外表面可以与底座12B的下表面12E齐平。盖板150以一定 角度布置在底座12B上，使得盖板150能覆盖辐射屏蔽装置90的剩余部分，并且能使整个 辐射屏蔽装置90处在底座12B内，且位于盖板150的下方。往回参考图1-3和图25B中所示的遥控键盘120，此键盘120位于支持架30远离 测量仪外壳12的末端，键盘120用以减少测量仪10操作员的弯腰和/或屈身的量。当在 浙青面层上并在反向散射位置中使用测量仪10时，测量仪10对操作员最大的优点就会显 现出来。操作员会在浙青面层上找出一测量点，然后将中子源棒20移至与表面紧密接触 的反向散射位置(透射模式下BS位置在零点，此位置与安全位置有约两英寸的距离，但是 安全并不是处于最低程度)。此时操作员能轻轻按下启动开关122以启动测量仪计数功能。 当遥控键盘120位于支持架30远离测量仪外壳12的末端时，遥控键盘可与浙青面层保持 约2英尺的距离，并且无论中子源棒处在什么位置上，都可以保持此距离。或者，操作员可以找出测量点，将中子源棒20放置在反向散射位置上，然后按下 测量仪12用户界面13上的启动开关，用户界面13处在测量仪外壳12上。测量仪外壳12 上的用户界面13与浙青面层约有5至6英寸的距离。一般情况下，为了按下测量仪外壳12 中用户界面13上的启动开关以开启测量仪计数功能，操作员必须向前弯腰或是屈身以更 靠近浙青面层从而开始测量仪计数。尽管使用遥控键盘120为操作测量仪10提供了在工 效学方面来讲更安全的方法；遥控键盘120或测量仪外壳12上的用户界面13，这两者中的 任一个都可以使用。因而，第一用户界面13和第二用户界面120有一些相同的功能，每个用户界面都 包括至少一个按键开关，可以利用按键开关将同样的用户输入信息传输至核子测量仪计算 系统中。例如，在所展示的实例中，遥控键盘120和测量仪外壳上的用户界面13都具有“开 启”和“逃逸”功能，因为遥控键盘120中含有启动开关122和逃逸开关124。在电力连接方 面，启动开关122和逃逸开关124可以与用户界面13 (位于测量仪外壳12上)上同样的两 个键并联连接。操作测量仪10的固件可被写入，从而允许操作员只需按一下启动开关122 就可以启动测量仪计数功能，并且允许操作员只需另外按一下启动开关122就可以将测量 仪计数信息存储在CPU 17中的测量仪存储器中。或者，启动开关122也可以开启I/O中断 功能，从而使测量仪软件进入所要求的状态，例如启动计数或测量。遥控键盘120可以位于固定固定支持架30上。支持架30上为固定键盘和布线隔 区39提供了很好的放置位置，以将电气布线126从遥控键盘120引导进测量仪外壳12中， 如此则可以与CPU 17相连接。或者，遥控键盘120可被放置在把手50上。因为把手50随 中子源棒一起移动，用于操作遥控键盘120的电源可被放置在把手50之内。例如，可以提 供电池，或者通过位于测量仪10和把手50之间的滑动触点来供电。而且，如上所述，键盘120可以完全与测量仪10的实体相分离。例如，遥控键盘 120可以是系在绳索上的怀表状物，挂在操作员的脖子上。在遥控键盘是被固定在把手上或 者遥控键盘是独立实体的实例中，测量仪外壳12内CPU 17和遥控键盘120之间的通信可以是无线通信。例如，在遥控键盘处在把手上实例中，发射器可被放置在把手上，接收器则 可被放置在测量仪外壳上。在遥控键盘是分离的实体(如怀表状物)的实例中，发射器可 被放置在遥控键盘上，接收器可被放置在测量仪外壳中。可以通过红外或无线电射频、蓝牙 技术或其他类似技术来建立无线通信。配置和校准方法以下部分是对配置和校准方法的描述。以下部分通过举例的方式对配置和校准方 法进行了阐述，从而配置和校准方法的实例进行展示；配置和校准方法并非意味着限制本 主题。可以使用其他的配置方法和校准方法，只要它们不偏离本主题的范围和精神。而且， 这些配置方法和校准方法还可以用在除了以上描述种类之外的其他核子测量仪实例中。例 如，与那些公开在美国专利号 No. 4，525，854,No. 4，701, 868,No. 4，641，030,No. 6，310, 936、 No. 6，442，232上的核子测量仪构造相同的核子测量仪也可以使用这些配置方法和校准方 法。配置方法同样的软件和CPU可被用在不同的核子测量仪中。但是一些核子测量仪所具有的 某些特征在其他核子测量仪上却没有。如果客户所购买的核子测量仪具有的特征很少，为 了限制客户接触测量仪内部，测量仪的配置必须在工厂进行。可以通过在永久存储器上设 置标记来进行这种配置，测量仪CPU能读取永久存储器内部的标记。每个标记都可以代表一个测量仪特征，这些特征在生产时可被更改。这些标记可 以为使用了软件的测量仪设定不同的设置。例如，设置可以与中子源棒长度相关，例如可以 将中子源棒设置成8英寸的单元，或12英寸的单元，或是将其设置成某种单元，使其能被用 在仅能在反响散射模式下运行的测量仪上。设置也可以与分度位置有关，例如，可以设置分 度位置的增量是1英寸还是2英寸。设置还可以与核子测量仪的类型和/或型号有关，可 以将测量仪设置成是否包含GPS功能。也可以存储测量仪所有者的身份和联系信息以及测 量仪和中子源棒的序列号，以供当局能随时检索这些信息。为了完成此配置，可以为计算机(如个人计算机)编写程序，以使装配人员能选择 如何设置标记。此程序也可以将信息传输给测量仪。信息传输可以通过串行端口进行。设 置测量仪标记的装配人员能使测量仪处于某种模式下，在这种模式下测量仪会查找来自于 串行端口的特殊指令。然后，如果输入程序的信息正确无误，计算机指令会被启动，此计算 机指令会通过串行端口采集数据并利用特殊指令将此数据传输至测量仪。测量仪能在永久 存储器内部设置正确的标记。当软件被执行时，这些标记会被检查，从而对测量仪类型、中 子源棒和分度信息以及是否具有GPS功能作确定。测量仪190可被配置成能在多个设置下运行，此测量仪可含有计算系统192。计 算系统192可配置成启用或禁用核子测量仪190的设置。通过通信连接196，核子测量仪 配置系统194可与核子测量仪190的计算系统192保持通信联系。通信连接196可以是串 行端口之间的线路连接(如电缆连接)或无线连接。在核子测量仪配置系统194中，指令 可被传送到核子测量仪190的计算系统192中，以启用或禁用核子测量仪190的设置。核 子测量仪190可从核子测量仪配置系统192中接收指令。一旦指令被接收，设置则会基于 所接收到的指令被启用或禁用。用户在核子测量仪配置系统194上所输入的信息可以创建 指令，此种指令可启用或禁用至少一个核子测量仪190的设置。如上所述，核子测量仪190
20的这些设置可以包括中子源棒长度、分度位置、测量仪类型、全球定位系统(GPS)的可操作 性、校准曲线选择、校准类型、以及所有者信息和序列号信息。除了以上所述的标记所能确定的设置外，还可以用配置方法进行的设置包括启 用或禁用诊断例行程序、服务信息和程序安排、USB端口、自动深度检测对比手动位置检测、 以及遥控键盘。而且，能用配置方法进行的设置还包括测量仪中所使用的校准类型设置。例如，校 准类型可以是方法一校准(1块)，5块校准，或3块校准。关于这些测量仪的校准，会在下 面进行更详细的讨论。而且，可以对测量仪作相应配置，使其能与核子测量仪校准装置协作 运行(如，Troxler Tracker 装置，由Troxler电子实验室公司生产，公司位于北卡来罗纳 州三角研究园区)，用于校准测量仪或检查测量仪的好坏状态。这种测量仪校准装置在美国 专利号No. 6，369，381和《6180型号Troxler Tracker 校准跟踪系统操作和说明手册》中 予以了更详细的描述，美国专利号6，369，381和《6180型号Troxler Tracker 校准跟踪系 统操作和说明手册》的全文以引用的方式纳入本文中。《6180型号Troxler Tracker 校准 跟踪系统操作和说明手册》由Troxler电子实验室公司提供，公司位于北卡来罗纳州三角研 究园区。核子测量仪校准装置的一个典型用途就是可以用来记录新测量仪或刚被校准过 的测量仪的响应。所获得的数据可以被存储在测量仪上，这样，只需调用菜单，用户就可以 在以后的时间里在装置上进行测量，并将所获结果与先前所获的数据作比较。而且，测量仪操作员还可以选择特殊校准曲线或者校正表面粗糙度或材质、混合 物或土壤的化学成分、土壤成分、骨料的光刻或者校正配合料设计(如，骨料的尺寸大小和 分布、浙青含量，及其他类似材料)。通过软件配置可以启用或禁用选项(或设置)。一旦被选择，选项就会被反映在位 字段内部，利用位掩码可以操纵位字段。一旦位字段被设置，就会被存储在测量仪内的非易 失性闪存存储器中。配置方法的另一个实例，一般被称为200，被展示在图28中。计算机202被提供且 与测量仪204保持通信联系。配置在步骤206被开启，允许配置程序被访问的认证密钥在 步骤208被验证生效。如果认证密钥无效，配置也会失败。如果认证密钥有效，就能在步骤 210选择测量仪类型。例如，测量仪可以是密度测量仪、堆积密度测量仪、薄覆盖层测量仪、 薄铺设层测量仪或其组合。在步骤212，可以选择其他选项或功能，如中子源棒长度、分度位 置、全球定位系统(GPS)可操作性。而且，这些选项可包括启用诊断例行程序、服务信息和 程序安排、USB端口、自动深度检测对比手动位置检测、校准曲线选择、校准类型、和/或遥 控键盘。在步骤214中，可输入测量仪序列号。在步骤216中，对于要被传送至测量仪的命 令行界面指令，利用加密钥可以对其加密。之后，计算机202可以和测量仪204通信，以在步骤218中开启界面。例如，计算 机202可以向核子测量仪204发送信息交换请求。这里使用的信息交换指的是自动协商流 程，其动态设置在两实体之间所建立的通信通道在通道上的正常通信开始前的参数。信息 交换发生于通道实体被建立之后和正常信息传送开始之前。在步骤220，能决定测量仪204 是否在一定数量(可由生产厂商或用户决定)的尝试之内回应了正确的消息；如果不是，那 么配置会失败；如果测量仪204确实作出回应，那么通过通信连接(如RS232，WIFI或其他类似技术)将被加密命令行界面(CLI)指令传送至测量仪204。在步骤224，加密信息能被 传送至计算机以受确认。为完成这一功能，可使用CLI程序。现在，测量仪204可以接收来自计算机202的指令。在步骤226中，测量仪中的局 部钥能将CLI指令解密。局部钥在特殊型号或序列号的所有测量仪上很常见，或者局部钥 也可能依赖于USB端口上的硬件锁(如加密狗)。加密方案可基于对称密钥技术或非对称 技术(如公钥/私钥技术)中的任一种，也可以是基于两者的结合。而且，密钥可与认证方 案相关联。加密方案的实例包括但不限于PGP加密系统(PGP )、GNU隐私卫士、ElGamal 加密系统、DSA密钥、RSA密匙、AES加密、3DES、Blowfish密码系统以及Twofish密码系统。 认证方案或密钥使对所有或选定部分的选项标记和相关信息进行编辑、读取和/或设置成 为可能。取决于认证信息或密钥，存储在测量仪中的标记和数据是否被编辑、读取。例如， 只有经过认证的中心/用户才能改变校准常数和数据。然后，在步骤228中，指令会被转换。在步骤230中，计算机上的分段会被存储在测 量仪上的随机存取存储器(RAM)或非易失性存储器中(如测量仪中的快闪存储器或E-PROM 存储器)。被验证的存储配置数据在步骤232被加密，然后被从测量仪204中传送回计算 机202。在步骤234中，计算机202会查看测量仪的回应是否正确。如果回应不正确，配置 会失败。如果回应正确，计算机202会确定测量仪204在步骤236中是否请求配置进行延 长测试；如果不需要，那么配置会在步骤246成功结束。如果请求进行延长测试，那么在步 骤238中，计算机202会利用CLI将加密的测试消息发送至测量仪204。在步骤240，测试 消息会被解密，测试会进行，测试结果会被加密。在步骤242，使用CLI将加密的信息传送回 计算机202以对其进行确认。计算机202会在步骤244对加密消息进行检查以确定加密消 息是否是正确的回应；如果是，那么配置会在步骤246成功完成；如果消息不是正确的，那 么配置会失败。在配置装置(如计算机)和核子测量仪计算系统之间，也可以执行其他相似的配
置方法。校准方法一般情况下，在用于确定材料密度和/或湿度的核子测量仪中，其校准都是由校 准人员通过收集和输入信息来完成的。操作测量仪所需要的校准常数被计算后再被手动输 入。因而，极有可能会输入错误的常数，从而导致可能性更大的低校准质量，这继而又会导 致核子测量仪报出虚假读数。为提升校准质量，可以将手动输入校准常数选项手动取消。可以通过含有软件应 用的计算机(如个人计算机)和测量仪上的命令行注释器(CLI)功能来进行校准。例如， CLI可以是软件应用，与其他软件应用一起存储在测量仪的计算系统中。一旦计算机和测 量仪通过无线通信或有线通信进入互相通信状态，计算机会查询核子测量仪上的计算系统 (包括存储器)所需的信息，用于校准核子测量仪。信息能包括当前分度、计数或其他信息 等。计算机能收集所有的相关信息并计算校准常数。然后，可以通过CLI将校准常数下载 至测量仪中。测量仪和计算机之间的所有通信均可被加密。一种用于图29中所示的核子测量仪250校准方法包括提供核子测量仪250，所述 核子测量仪250适于通过加密的校准通信信息对其进行远程校准。核子测量仪250可包括 命令行注释器252，此命令行注释器适于接收校准指令。命令行注释器252可以是具有命令行注释器功能的硬件或软件程序。还可以提供核子测量仪校准系统256，此校准系统与核子 测量仪250计算系统254保持通信联系。通过通信连接258可将核子测量仪校准系统256 与测量仪250计算系统254A相连接。如上所述，通信连接258可以是有线连接或无线连接。 核子测量仪校准系统256适于查询核子测量仪250，从而获取校准信息。核子测量仪校准系 统256可将加密指令传送至核子测量仪250，以对核子测量仪250进行校准。校准信息可以 包括当前分度、计数或其他信息等。校准信息还可以包括测量仪类型、测量仪序列号、中子 源棒序列号、日期、时间、校准常数、技术人员、校准地点、校准类型、被校准物质的类型。校准信息被以加密格式从核子测量仪中传输至核子测量仪校准系统中。然后，核 子测量仪校准系统能基于校准信息对校准常数作计算，并将校准常数以加密格式传输至核 子测量仪中。核子测量仪和核子测量仪校准系统之间的所有通信信息都可以被加密。例如，如图30所示，可以提供通常被标记为260的校准方法。在步骤262中，测 量仪可以处在CLI模式下，并通过通信电缆(如，RS232电缆)与计算机相连接。利用计算 机上的计算机程序，校准技术员可以在步骤264中为要被校准的测量仪选择中子源棒大小 和分度间距。而且校准技术员能选择校准类型(3块或使用核子测量仪校准装置、土壤或浙 青)、日期、时间、地点、计数持续时间或其他。在步骤266中，基于技术员选定的数据信息， 可以创建“复核(checkoff) ”文件(结构化随机文件格式)。如果需要某个特殊计数或是特 殊系列的计数，那么可以将文件中与此计数或此系列计数相对应的记录信息设为真；反之， 则设为假。在步骤268中，计算机中的校准程序会从第一记录信息开始读取复核文件，不断 往下读取，直到碰到“真”记录信息为止。根据“真”记录信息的位置，用户可在步骤270将 测量仪放置在特定的测量块上(或用于统计测试/通径测试的多标准测量块)，将中子源棒 放在特定的位置上，并点击计算机上的开关。如果找不到“真”记录信息，那么校准数据收 集进程会在步骤272完成。根据现时记录信息在复核文件上的位置，计算机能创建特殊指令_即测量仪在步 骤274启动具体持续时间计数所需要的指令。此指令可被加密，然后，被通过通信端口(如 RS232端口)传送至测量仪。测量仪会收到此加密指令，然后在步骤276将其解密。然后， 测量仪会进行计数，计数进行的持续时间会在步骤278中的解密指令显示出来。当测量仪 完成计数后，测量仪会在步骤280采纳计数结果，创建文本串，并将文本串加密。通过通信 端口，文本串可被测量仪传送至计算机。然后计算机会从测量仪中收到被加密的数据并在 步骤282将数据解密；在计数的预定结束时间之前的几秒，计算机就会开始等待测量仪的 回复。在步骤284中，计算机会将解密数据写入校准数据文件里的特定记录位置中。在步 骤286中，计算机会将复核文件内部的现时记录信息内容从“真”改变为“假”。在步骤288 中，可以确定现时记录信息是否是复核文件内部最后的记录信息；如果复核文件内部现时 记录信息是最后的记录信息，那么校准数据收集进程就会完成；如果复核文件内部现时记 录信息不是最后的记录信息，那么程序会返回到步骤268，并开始再次读取复核文件以启动 更多数据的收集。如上所述，对测量仪好坏状态的诊断会参考各种参数，如一般校准常数、计数率、 作为每个测量仪密度函数的精度和斜率，以及它们的标准差；这种诊断过去只会在测量仪 还在工厂时进行。在工厂内部，外部计算机网络被连接到每个校准台上，这种连接将数据从 测量仪上传输到外部计算机上，外部计算机上本领域中已知的计算机程序被用来进行曲线拟合、传送系数、保存系数至测量仪中、并对每个测量值进行质量控制检验以检查是否有超 出标准预期值的偏差。测量仪的计算系统可执行所有这些外部工厂函数，并且不需要外部 网络来进行。通过增加计算系统的功能和为计算系统配备相应的计算能力和存储器，测量 仪的计算系统能完成这些任务。一般情况下，可以使用不同的密度测量系统校准方法，校准方法包括方法一校准， 3块校准，或5块校准。三块校准和五块校准在以下部分予以详述。而且，也可以使用湿度 测量系统校准方法。测量仪的校准是相互之间独立的数组测量结果和计算结果的联合。应对每个中子 源棒位置(深度)进行单独的校准。因此，完整的测量仪密度校准应包含多达12次单独的 且互相之间独立的校准。每个测量仪中每个中子源棒的位置都有其独特的一组密度校准常 数(三个)。校准过程的主要目的之一就是为给定的测量仪确定每个中子源棒位置的校准 常数。理想情况下，能根据测量仪所要测量的具体土壤来校准测量仪。但是，对于典型的施 工土壤和伽马射线来说，土壤之间的构造差别通常(但并不总是)很小。因此，测量仪的校 准通常根据“普通” 土壤来进行。为了避免土壤标准方面的问题，可以使用一组金属块作为校准标准。所有的金属 块质地均勻、不会吸收大量的水分、能在与测量仪反复接触后保持其物理尺寸和表面完整 性、并能良好地维持自身密度。这些金属块的制作材料与普通土壤截然不同。但是，在校准 测量仪时，可进行数值调整，以补偿金属块和普通土壤在原素构成上的差异。这些调整使得 金属块“看起来”像普通土壤。三块测量三块校准法已为美国试验与材料协会(ASTM)作为ASTM标准(ASTM D7013-04)接 受并实施，此标准整体已被纳入本文中。在三块校准中，测量仪被放置在三个密度已知的标 准块上一个镁块、一个铝块和一个由镁板与铝板交替叠成的块。对于每个标准块，在每个 中子源棒深度都进行密度计数。然后，来自于每个块的(对每个深度进行的)计数都被用 于计算测量仪校准常数。伽马射线穿过物质后的衰减与计数率相关，计数率是标准计数Cstd 和测量计数Cm之比。在这里，对每个位置来讲，测量计数穿过材料时都会被较弱，即为材料 的密度函数，计算方法为Cstd/Cstd = Ae_Bx+C其中X代表中子源棒和探测器之间的距离；B代表材料属性，如密度和化学成分(包括光子被吸收的地点)；以及A和C与测量仪的几何尺寸相关。校准时，某个特定位置(如6英寸)的测量在三种不同密度上进行，因此，要用三 个方程和三个未知数来对每个位置上的A、B、C进行求解。通过常用方法，如最小二乘法或 使用矩阵和方阵的直接曲线拟合，可以对方程进行求解。一校准方法只有在为已建立的测量仪模型收集了足够的数据并且一组系数(该组系数能定 义在该测量仪三块校准中获得的任两个密度计数之间的线性关系)能被确定之后，才可以 对此测量仪模型进行一校准方法。一校准方法只使用镁/铝块来计算校准常数。密度计数
24在每个中子源棒位置都被取得。测量仪模型的密度计数和系数被用来计算镁块和铝块的密 度计数。然后，计算结果被用于确定中子源棒深度的校准常数。在这种方法中，只可以获得 单个的密度测量结果，并且对每个几何构造来说，定义呈现高低密度计数回应的曲线。因 而，在每个位置，都必须实施质量控制步骤，在质量控制步骤中，对镁和铝(高低密度)的实 际测量结果会被检查。此方法对校准来说，仅是一个生产时间节约器。湿度校准对湿度测量系统的校准包括三种测量值湿度标准计数和其他两个湿度回应值。 这些测量值都是通过使用镁块(0%湿度)和一个由镁板与聚乙烯板交替叠成的块获得的， 表示(湿度)。一般情况下，在这些校准中使用的镁/聚乙烯块的湿度值在561千克/立方 米(kg/m3) (35磅/立方英尺(pcf))和625千克/立方米(35磅/立方英尺)之间。在对镁块和镁/聚乙烯块进行湿度计数之后，计数结果会被用来对两个湿度校准 常数作确定，常数的确定以线性方程的方式进行。应用校准常数测量仪被校准并且其校准常数也被确定之后，常数会被载入测量仪存储器中。测 量仪被用来执行一系列的质量保证测量，以对测量仪的操作作验证。测量仪被用来测量密 度值和湿度值已被知晓的多个块。在每个块中，对每个中子源棒位置都进行密度测量。如 果测量仪读取的密度值正确(错误率不超过1镑/平方英尺)，对中子源棒位置进行的校准 就会被认为是正确的；如果测量出来的密度是不正确的，对中子源棒位置进行的密度校准 就会被再次重复进行。相似地，测量仪被用来测量镁/聚乙烯块的湿度。如果测量仪读取的湿度值正确 (错误率不超过1镑/平方英尺)，湿度校准就会被认为是准确的。如果湿度测量不正确， 湿度校准就会被再次重复进行。当测量仪通过了所有的密度校准测试和湿度校准测试后， 其准备被包装。用于校准这种测量仪的校准块可以用美国NIST可跟踪标准对其进行校准。通过 利用每个校准块的尺寸和质量，可以算出这些校准块的重力密度。这些校准块被称作主要 校准标准块。一整套的主要校准标准块可以被用来在测量仪上进行高精度的三块校准和校 准确认。此时测量仪可以被称为主测量仪，并且能对其他校准块的可跟踪密度作快速测量， 省却了冗长的尺寸测量和质量测量。如图31所示，测量仪计算系统通过嵌入式软件可使校准方法300运行得更便利。 在步骤302可输入校准例行程序。在步骤304中，可提示对核子测量仪作校准的技术员获 取标准计数。本提示会出现在测量仪用户界面的LCD屏上。在步骤306中，LCD屏会提示 技术员将测量仪放置在第一个(镁块)上并将中子源棒调整至反向散射位置或第一位置 上。在步骤308中，测量仪会自动记录并检测到中子源棒已处在反向散射位置，并会对计数 时间作相应调整。程序会在步骤310中提示技术员点击“启动”开关，由此测量仪会获得计 数，并将此计数值保存在计算系统存储器中。步骤312中的计数结束时，程序会提示技术员将中子源棒放置在第二位置上。当 激活“启动”开关以进行第二次计数时，测量仪会自动选择在第二位置上的测量时间。测量 仪会在第二位置上获取计数，并会将此计数值保存在计算系统存储器中。在步骤316中，能 确定指定块的所有计数是否已完成；如果没有，那么步骤312至314会被重复，直到第一密
25度块内的所有计数均完成并且所有计数已被记录在测量仪中为止。如果第一密度块的所有 计数均已被收集并存储，则可以在步骤318中确定针对其他密度块的所有计数是否已被采 集；如果没有，就会提示技术员将测量仪移至另一个密度块中，并且步骤306至316会被重 复。在所有的密度测量值均并且所有的期望位置已被采集结束时，测量仪会执行自身校准， 对每个位置的A、B、C进行计算，从而在步骤320为每个期望位置创建校准曲线。于是，测量 仪能在步骤322执行质量控制例行程序。如图32所示，计算系统也能执行质量控制例行程序322。质量控制例行程序能 使用存储在测量仪内的工厂信息来进行各种诊断，如在步骤324中分析每个曲线斜率的系 数、计数率、精度和标准偏差。具体地说，工厂信息是标准信息，在使用核子测量仪或这些信 息被需要之前，这些信息可被下载。因而，对测量仪的诊断来说，先前下载的标准信息是非 常有用的。如果所有的诊断结果均为良好，测量仪在步骤326中会提示技术员将测量仪放 置在一定的密度标准中。一旦测量仪被正确放置，在步骤328中测量仪会提示技术员开始 质量控制计数。在步骤330中，测量仪会对其在此位置上测得的实际密度值与保存在测量 仪内的预期值作比较。在步骤332中，测量仪能决定测量合格或失败。在步骤334中，可以 确定是否所有位置已被检查；如果有位置未被检查，技术员会被要求将测量仪移至另一个 位置。如果所有的位置均已被检查，在步骤336中测量仪LCD屏上会显示一份完全报告，此 报告会被打印在纸上，或是保存在便携式USB存取装置上，用于被传送至主机中。这份完全 报告会建议应该重复校准哪些位置，或显示测量仪机械部件或电气部件中是否存在可能会 出现的问题。内校准性能可减少购买许多校准设备的花费，更可以消除令人沮丧的互联问题以 及与当前方法相关的数据传送问题。对工厂技术人员和感兴趣的用户(具有进行校准所需 要的能力和可跟踪标准)来说，内校准性能提供了经济且无障碍的校准方式、质量控制方 法和诊断手段。需要的话，用户可购买访问嵌入式程序的权利，自己进行校准，并将校准结 果传送至外部存储器或计算机设备中。用户也可以通过因特网将测试结果传送至工厂以进 行进一步的分析或存储。iiiMg^^^iiMmt^W^^ffM^f^^mt 尽管本描述中包含了一个或多个重型且非可携式校准块的用途说明，但是存在用 于现场分析和(遵循按比例缩小的模拟校准标准的)校准的备选方式，如多点核子测量仪 校准装置或单点装置，此二者均在美国专利号No. 6，369，381中被予以描述。请注意从核子测量仪校准装置(如在TRACKER 商标名下出售的装置，由北卡来罗 纳州三角研究园区Troxler电子实验室公司生产)中取得的密度值也可以被存储在测量仪 计算系统存储器中。另外，可以利用现场校准/核查设备(代替上述的多金属块)来完成 上述的自校准。一般情况下，为了确认测量仪在所给定的深度进行的密度校准，可以进入确认程 序，确认程序被存储在测量仪计算系统中，并能在测量仪的计算系统内被执行。例如，测量 仪能通过IXD屏提示用户做以下事情1.将测量仪放置在核子测量仪校准装置中。2.将中子源棒放置在测量仪程序所建议的深度，此深度会显示在测量仪的IXD屏 上。
3.在核子测量仪校准装置上，从校准片材中选择想要的分度盘位置，如TRACKER 校准片材(由北卡来罗纳州三角研究园区的Troxler电子实验室公司提供)，然后将分度 盘移至选定位置。分度盘应该能与所选位置上的掣子协调接合。分度盘可以是处在核子测 量仪校准装置上的圆盘，并具有5个掣子锁定位置；用户可在这5个位置中寻找中子源棒位 置，并且用户在这5个位置中能发现3个在其上可进行低、中、高密度模拟的位置。可将分度 盘旋转至所要求的密度。或者，可以在自动分度盘上安装步进马达。在此，校准例行程序会 为每个中子源棒位置自动取得3个密度，然后会提示技术员将中子源棒移至下一个位置。4.在测量仪中，设置推荐计数时间并获取密度测量值。5.利用测量仪内程序，对测得的密度值和保存在校准片材(处在测量仪存储器 中)中用于所选深度和分度盘位置的密度值作比较。如果所测得的密度值与校准片材上列 出的密度值相异程度不超过士2磅/立方英尺，那么用于深度和密度的测量仪校准可被认 作是可接受的、准确的或合格的。如果所测得的密度值与校准片材上列出的密度值相异程 度超过2磅/立方英尺，那么测量仪内部软件会用更长的计数时间重复步骤4。如果所测得 的密度值与校准片材上列出的密度值相异程度还是超过2磅/立方英尺，那么测量仪的输 出信息会建议并指出需要对位置进行再次校准。为了对测量仪的湿度校准作确认，软件能根据核子测量仪校准装置的湿度标准来 检查湿度测量值。在此，测量仪能选择计数时间，并要求用户将测量仪放置在核子测量仪校 准装置上，并选择“启动”开关。在计数结束时，测量仪能对测得的湿度值和核子测量仪校 准装置校准片材(存储在测量仪存储器上)上的湿度校准值作比较。如果所测得的湿度值 与校准片材上列出的湿度值相异程度在士2磅/立方英尺之内，那么测量仪的湿度校准被 认为是准确的。如果所测得的湿度值与校准片材上列出的湿度值相异程度超出了 2磅/立 方英尺，优先选用更长的计数时间再进行一次湿度测量。如果所测得的湿度值与校准片材 上列出的湿度值相异程度仍然超出2磅/立方英尺，测量仪则会建议将其调至校准模式并 再进行一次校准。测量仪跟踪是一种监控测量仪反应变化的强大方法。可以随每个核子测量仪校准 装置提供一组密度和湿度跟踪图表，此跟踪图表用于人工观测。这些图表能被用来记录测 量仪上执行的测量值确认结果。测量仪随着时间的任何反应都会被反映在跟踪图表中。反 过来，因为测量仪上处理器和存储器的存在，测量仪自身能对跟踪图表进行保存、控制和监 控。每个核子测量仪校准装置都会带来密度赋值，此密度值是使用主测量仪获取的， 密度赋值可按前面所述的方法来创建。因为密度赋值是利用第二主测量仪(而不是客户所 拥有的特殊生产测量仪)获得的，核子测量仪校准装置的密度值与一被完美地校准好的生 产测量仪所读取的密度值会略有不同。统计上的波动是每个测量仪的能量响应、测量仪之 间的几何构造差异以及模拟校准装置(如TRACKER 牌校准装置)有限体积所导致的结果。为了消除跟踪误差(可能会高达5磅/立方英尺)，存储在测量仪计算系统上的软 件应能将自身保存的密度传送给核子测量仪校准装置。因此，核子测量仪校准装置和配套 的测量仪的读数会相同，或仅有十分之几磅/立方英尺的差异(例如，介于约0. 05磅/立 方英尺和约0.5磅/立方英尺之间)。为启动此功能，用户可进入测量仪的“定义跟踪值” 菜单，然后按照测量仪LCD屏上的指令来操作。
例如，测量仪能提示用户输入核子测量仪校准装置序列号、用户姓名和测量仪序 列号。测量仪能提示用户将测量仪放置在核子测量仪校准装置上，并将中子源棒放在指定 的深度。而且，测量仪能提示用户将分度盘或核子测量仪校准装置的密度值放置在针对该 测量仪型号和深度的正确位置。接着，测量仪能选择计数时间并要求用户开始测量。测量 结束时，测量仪能将核子测量仪校准装置的密度值保存在测量仪存储器中，并要求用户将 中子源棒和核子测量仪校准装置的密度值放在下一个位置。将中子源棒和核子测量仪校准 装置密度值放置在期望位置中后，特殊核子测量仪校准装置和特殊测量仪的数值内存映像 可被存储在测量仪中。反过来，由工厂提供的密度值校正(而非密度的精确值)可被保存。 要注意的是，新密度值表不是一个如工厂定值般的普通赋值，新密度值表是专门用于精确 的测量仪序列号中的，所进行的测试也是为了确定精确的测量仪序列号。内存映像可被用于日后特殊测量仪的诊断或“跟踪”。在日后的跟踪使用中，技术 员可以输入核子测量仪校准装置的序列号，且测量仪会根据保存的序列号来检查此输入的 序列号，保存的序列号定义了跟踪密度图。如果这些序列号相匹配，测量仪会提示技术员将 测量仪放置在核子测量仪校准装置上，并开始测量。这些测量值可在以后的日期进行保存， 并且会生成校准装置-测量仪匹配结果(随着时间测量获得)实际图，作为测量仪的输出 fn息ο例如，如果技术员有对6英寸深度进行土地密度和湿度现场测量的每日任务，他 能依次进行以下操作调用测量仪内部的构造程序或跟踪程序，在键盘上选择6英寸位置， 将键盘放置在核子测量仪校准装置上，输入核子测量仪校准装置序列号，然后按“启动”开 关。测量仪会选择计数时间并开始测量。于是，测量仪能对获得的测量值和测量仪在过去 获得的测量值作比较，并能确认校准质量。为了能进行跟踪，可以使用图33中所示的密度跟踪图表400。每个网格的Y轴线 均以磅/平方英尺的单位高于或低于中心线401所代表的密度校准值增加。每个网格上的 实线402和实线404分别代表可接受的最高密度值和最低密度值。在这个实例中，限制线 402和限制线404被定义为列举密度校准值士2磅/平方英尺。例如，在上网格中，中心线 401代表110. 4磅/平方英尺。因此，上限制线402代表的密度值大约为112. 4磅/平方英 尺，下限制线404代表的密度值大约为108. 4磅/平方英尺。在密度跟踪图表400中，测量仪可以记录测量日期，在空格406中记录月，在空格 408中记录日，在空格410中记录年。测量仪会指示用户在不同的分度盘位置进行密度校 准确认。测量仪会在合适的网格上绘制出每个测得的数值。测量仪还能在图表底部的空格 412中记录确认结果是合格(P)还是不合格(F)。这种密度跟踪图表400可被显示在测量 仪IXD屏上，可被打印，或被存储在USB上以传送到另一个介质中。图34展示了样例湿度跟踪图表430，测量仪IXD屏也能显示此图表。图表430被 用来对湿度校准测量值作内部记载，湿度校准测量值与中子源棒深度无关系。中心线431 代表湿度校准值。与密度跟踪图表400 —样，Y轴线均以磅/平方英尺的单位高于或低于 中心线431增加，Y轴线所代表的值代表湿度校准值。网格上的实线432和实线434分别 代表可接受的最高湿度值和最低湿度值，分别由实线432和实线434代表的可接受最高湿 度值和最低湿度值被定义为列举湿度校准值士 1磅/平方英尺。例如，如上所述的，中心线 431代表7.8磅/平方英尺。因此，实线432所代表的最高限制值为8. 8磅/平方英尺，实线434所代表的最低限制值为6.8磅/平方英尺。与密度跟踪图表400 —样，测量仪会在 湿度跟踪图表430中记录测量日期，在空格436中记录月，在空格438中记录日，在空格440 中记录年。测量仪能通过软件在LCD屏上指示用户进行湿度校准确认。测量仪能将每个测 得的数值标在正确的网格上。测量仪还能在湿度跟踪图表430底部的空格442中记录确认 结果是合格(P)还是不合格(F)。作为一般规则，当检查密度和湿度跟踪图表时，跟踪图表上95%的数据点会落在 高限制线和低限制线之内。如果数据点落在限制线之外，并且在反复测试中依然处在限制 线之外，这就表明测量仪的反应已经改变并且测量仪应该被再次校准。上述展示在附图中并在上述进行说明的本发明的实例是处在所附要求范围之内 的许多其他实例的范例。预期核子测量仪的配置以及核子测量仪的配置和校准方法可包括 除本文具体公开配置之外许多未被具体公开的配置。本公开所公布的专利范围将由所附的 权利要求限制。
权利要求
一种核子测量仪，包括(a)测量仪外壳，所述测量仪外壳包括从其穿过的竖直腔和底座；(b)辐射探测器，所述辐射探测器位于外壳内且邻近于测量仪外壳的底座；(c)竖直可移动的中子源棒，所述中子源棒延伸到测量仪外壳的腔中；(d)辐射源，所述辐射源可操作地布置在中子源棒的远端内；(e)中子源棒组件，所述中子源棒组件适于将中子源棒延伸和缩回到多个预定中子源棒位置，以在辐射源与辐射探测器之间改变空间位置关系；和(f)多个霍尔效应深度传感器，每个深度传感器与至少一个中子源棒位置相关联，其中将中子源棒布置在一个中子源棒位置处会致动一个霍尔效应深度传感器来检测中子源棒的位置。
2.根据权利要求1所述的核子测量仪，还包括磁体，所述磁体适于随着中子源棒移动 且适于布置成邻近于多个深度传感器，其中，磁体适于布置成邻近于一个深度传感器，用于 在中子源棒布置在相应中子源棒位置处时致动所述一个深度传感器。
3.根据权利要求1所述的核子测量仪，还包括计算系统，所述计算系统与核子测量仪 可操作地相关联。
4.根据权利要求3所述的核子测量仪，还包括用于接收大容量存储设备的端口。
5.根据权利要求4所述的核子测量仪，其特征在于，用于接收大容量存储设备的端口 是USB端口，且所述核子测量仪还包括USB存取装置，所述USB存取装置包括USB端口和串 行端口，其中，计算系统与存取装置通信并且存取装置控制插入到USB端口中的USB大容量 存储设备。
6.根据权利要求1所述的核子测量仪，还包括深度条，在所述深度条上放置有多个霍 尔效应深度传感器，所述多个霍尔效应深度传感器沿着深度条以规则距离间隔开。
7.一种配置核子测量仪的方法，所述方法包括(a)提供核子测量仪，所述核子测量仪包括计算系统且可配置成以多个设置操作，所述 计算系统适于配置成启用以及禁用核子测量仪的设置；(b)提供核子测量仪配置系统，所述核子测量仪配置系统与核子测量仪的计算系统通 信；以及(c)在核子测量仪配置系统处，将指令通信给核子测量仪的计算系统，用于对核子测量 仪的设置施用启用以及禁用操作中的一种。
8.根据权利要求7所述的方法，包括在核子测量仪处(a)从核子测量仪配置系统接收指令；以及(b)基于所接收的指令来进行启用和禁用核子测量仪的设置中的一种操作。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括在核子测量仪配置系统处接收用户输入，所述 用户输入表示对一个核子测量仪设置施用启用或禁用操作中的一种。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，可以是启用或禁用中的一种操作的用 户输入中的设置可包括选自包括如下的组中的设置诊断例行程序、服务信息和程序安排、 USB端口、自动深度检测对比手动位置检测、以及遥控键盘。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，核子测量仪的设置包括选自包括如下的组中的设置中子源棒长度、分度位置、测量仪类型以及全球定位系统(GPS)的可操作性。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，核子测量仪的设置包括用于测量仪中的 校准类型。
13.—种配置核子测量仪的方法，所述方法包括(a)提供核子测量仪，所述核子测量仪包括计算系统且配置成以多个设置操作，所述计 算系统适于配置成启用以及禁用核子测量仪的设置；(b)提供核子测量仪配置系统，所述核子测量仪配置系统与核子测量仪的计算系统通 信；以及(c)在核子测量仪配置系统处，选择要在核子测量仪中启用的设置；(d)使用命令行界面来加密选择，以产生加密指令；以及(e)将加密指令通信给核子测量仪的计算系统，用于对核子测量仪的设置施用启用以 及禁用操作中的一种。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括在通信加密指令之前将加密命令行界面从核 子测量仪配置系统发送到核子测量仪。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，核子测量仪的设置包括选自包括如下 的组中的设置中子源棒长度、分度位置、测量仪类型以及全球定位系统(GPS)的可操作 性。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，设置包括选自包括如下的组中的设置 诊断例行程序、服务信息和程序安排、USB端口、自动深度检测对比手动位置检测、以及遥控 键盘。
17.一种用于校准核子测量仪的方法，所述方法包括(a)提供核子测量仪，所述核子测量仪适于经由加密校准通信来远程校准，且包括适于 接收校准指令的命令行解释功能；(b)提供核子测量仪校准系统，所述核子测量仪校准系统与核子测量仪的计算系统通 信，所述核子测量仪校准系统适于向核子测量仪查询校准信息；以及(c)在核子测量仪校准系统处，将加密指令通信给核子测量仪，用于校准核子测量仪。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，校准信息包括选自包括如下的组的信 息当前分度以及计数。
19.根据权利要求17所述的方法，包括在核子测量仪处，将校准信息以加密格式通信给核子测量仪校准系统；以及在核子测量仪校准系统处，基于校准信息计算校准常数，且将校准常数以加密格式通 信给核子测量仪。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，核子测量仪是选自包括如下的组中的 测量仪密度测量仪、堆积密度测量仪、薄覆盖层测量仪以及薄铺设层测量仪。
21.一种用于校准核子测量仪的方法，所述方法包括(a)提供核子测量仪，所述核子测量仪包括辐射源和计算系统，所述计算系统具有存储 在其上且包含校准例行程序的机器可读程序；(b)通过核子测量仪上的程序来提示核子测量仪的操作者获取核子测量仪上的标准计 数，用于校准核子测量仪；(C)通过核子测量仪上的程序来提示操作者将核子测量仪放置在一个或多个具体标准 块上，以将每个标准块上的中子源调节到一个或多个具体位置并且启动计数；(d)在每个位置处获取计数；(e)将计数存储在核子测量仪的计算系统内；以及(f)计算对于每个位置的校准系数。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括在核子测量仪处执行核子测量仪上的质量控 制例行程序，以确认校准。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，诊断包括分析每个曲线斜率的系数、计 数率、精度以及标准偏差。
24.根据权利要求21所述的方法，还包括计算对于一个或多个中子源位置的校准曲线。
25.一种核子测量仪，包括测量仪外壳，所述测量仪外壳包括从其穿过的竖直腔和底座； 辐射探测器，所述辐射探测器位于外壳内且邻近于测量仪外壳的底座； 中子源棒外壳，所述中子源棒外壳包括内部以及第一和第二端，第一端附连到测量仪 外壳的底座，第二端远离第一端和底座；竖直可移动的中子源棒，所述中子源棒布置在中子源棒外壳的内部并且延伸到测量仪 外壳的腔中；辐射源，所述辐射源可操作地布置在中子源棒的远端内； 计算系统，所述计算系统位于测量仪外壳内；和用户界面，所述用户界面与计算系统通信并且附连到中子源棒外壳的第二端。
26.根据权利要求25所述的核子测量仪，其特征在于，用户界面是第一用户界面，且其 中，核子测量仪包括第二界面，所述第二界面连接到测量仪壳体且布置成距第一用户界面 预定距离。
27.根据权利要求26所述的核子测量仪，其特征在于，其中第一和第二用户界面共用 它们的功能的至少一部分。
全文摘要
提供了核子测量仪及核子测量仪的配置和校准方法。核子测量仪被用来测量施工材料的密度和/或湿度。核子测量仪包括测量仪外壳(此测量仪外壳内含有竖直腔)，并且在外壳内部还包括至少一个辐射探测器。核子测量仪包括可竖直移动的中子源棒以及被可操作地放置在中子源棒远端的辐射源。
文档编号G08C19/00GK101981439SQ200980107515
公开日2011年2月23日 申请日期2009年1月5日 优先权日2008年1月4日
发明者D·E.·韦格, D·M.·斯特克曼, R·E·特罗克斯勒 申请人:特克斯勒电子实验室公司