CN101297175B - 用于测量材料密度的方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

用于测量材料密度的方法、系统及计算机程序产品。根据一方面，公开了一种用于测量样品建筑材料的密度的核子密度测量计。所述测量计包括辐射源，安置在样品建筑材料内部并适于从所述样品建筑材料内部发射辐射。此外，辐射探测器与所述辐射源分开安置。并且所述辐射探测器可用于产生表示探测的辐射的能量水平的信号。材料性质计算功能元件配置为基于由所述辐射探测器产生的所述信号来计算与所述样品建筑材料的密度相关的值。此外，辐射源可以安置在样品建筑材料的表面并且适于朝向所述样品建筑材料的表面发射辐射。

Description

用于测量材料密度的方法、系统及设备

相关申请的交叉引用 

此申请要求2005年8月30日申请的美国临时专利申请60/712754号和2005年9月21日申请的美国临时专利申请60/719071号的权利，于此参照该专利的整体并入了其公开。同此，参照同时申请的名称为“METHODS，SYSTEMS，AND COMPUTER PROGRAM PRODUCTS FOR DETERMINGA PROPERTY OF CONSTRUCTION MATERIAL”的美国专利申请xx/xxxxxx号和名称为“METHODS，SYSTEMS，AND COMPUTERPROGRAM PRODUCTS FOR MEASURING THE DENSITY OFMATERIAL”美国专利申请xx/xxxxxx号的整体并入了其公开。 

技术领域

于此描述的主旨涉及测量材料性质。尤其是，于此描述的主旨涉及用于测量材料密度的方法、系统、及设备。

背景技术

在建筑工程中，一些感兴趣的最重要的性质是块体土体的体积和力学性质。尤其是，在建筑工程实践中，存在将总体积V_t、水的质量M_w、以及干的固体的质量M_s与建立在土地基上的结构的性能关联的程序。因此，测量这些性质对建筑工程是重要的。

材料密度和含湿量是建筑工业中用于设计、质量控制、及质量保证目的的另外的重要的材料性质。一些用于测量泥土的密度和含湿量的示例技术包括核子、沙锥、及传动锥(drive cone)，如由美国试验与材料协会(ASTM)标准D-2922、D-3017、及D-1556和美国公路与运输协会(AASHTO)标准T-238、T-239、T-191、及T-204所描述的。核子测量技术是非毁坏性的并且一会儿就计算出密度和含湿量。沙锥和传动锥测量技术需要ASTM标准D-2216的含湿量测试，其包括耗时的蒸发过程。含湿量 试验包括加热样品到110°最少24小时。

对于道路建筑，存在容许获得最大密度的最佳水或含湿量。ASTM标准D-698中描述了示例密度试验，其中，以不同的含水量制备了工地样品(field sample)，并且以相同的能量努力压紧。因此，每个样品具有不同的含水量，但是相同的压紧努力。然后，在实验室重量分析地测量密度。认为具有最高密度的含湿量是最佳条件并将其选择为工地目标。概括地，材料压紧的目的是针对工程目的改善材料性质。一些示例改善包括减少的沉淀物、改善的强度和稳定性、改善的地基承载力、及对诸如膨胀和收缩的不期望的体积变化的控制。

在道路铺筑和建筑工业中，便携式核子密度测量计用于测量沥青铺筑材料和泥土的密度。通常，将沥青铺筑材料施加于新压紧的泥土和集料材料地基上。泥土和集料材料的密度和含湿量应当满足某些规格。因此，已经设计了核子测量计来测量沥青铺筑材料和泥土的密度。

核子密度测量计典型地包括伽玛辐射源，其将伽玛辐射导引入样品材料。辐射探测器可以设置于样品材料的表面附近用于探测散射回表面的辐射。从此探测器的读数，能够确定样品材料的密度。

这些核子测量计通常设计为在背散射模式或者同时在背散射模式和透射模式工作。在允许透射模式的测量计中，辐射源可从背散射位置垂直移动到一系列的透射位置，背向散射位置是辐射源驻留于测量计外壳内的地方，透射位置是辐射源插入到样品材料中的孔或洞里到选择的深度的位置。

本主旨的受让人已经研发了能够测量样品材料密度的核子测量计。例如，美国专利4641030号、4701868号、及6310936号中公开了用于测量样品材料的密度的核子测量计，通过参考这些专利的整体将它们都并入于此。这些专利中描述的测量计使用铯-137(Cs-137)的伽玛辐射源用于密度测量，并且使用镅铍(AmBe)中子源用于湿度测量。可以将铺筑材料暴露于由Cs-137源产生的伽玛辐射。伽玛辐射被铺筑材料康普顿散射并被安置的以形成至少一个几何上不同的源-探测器关系的盖革-缪勒管探测。基于由各个探测器探测的伽玛辐射计数来计算铺筑材料的密度。

使用核子密度测量计的一个困难是使用辐射源和由美国核管理委员会(NRC)实行的相关规则。用于满足NRC规则的必要条件主要取决于测量 计中使用的辐射源材料的量。因此，期望提供具有较小量辐射源材料的核子密度测量计，以减少针对测量计的使用的NRC的必要条件。

使用核子测量计的另一个困难是进行材料密度测量所需的时间。在建筑期间在获得对泥土的密度测量中的延迟可能延迟或相反打乱建筑过程。因此，期望提供可用于提供较快密度测量的核子密度测量计。

因此，鉴于上述与核子密度测量计相关的困难和需求，存在用于改善用于测量材料密度的方法、系统、及计算机程序产品的需求。

发明内容

根据一方面，于此描述的主旨包括用于测量材料密度的方法、系统、及设备。根据一方面，提供了用于测量样品建筑材料的密度的核子密度测量计。所述核子密度测量计可以包括安置在样品建筑材料内部并适于从样品材料内部发射辐射的辐射源。此外，所述核子密度测量计可以包括辐射探测器，该感测器与所述辐射源分开安置并可用于产生表示探测的辐射的能量水平的信号。配置了材料性质计算功能元件(function)以基于由辐射探测器产生的信号来计算与样品建筑材料的密度相关的值。

根据另一方面，提供了用于测量样品建筑材料的密度的材料性质测量计。所述材料性质测量计可以包括安置的用于发射辐射到样品建筑材料中的辐射源。此外，所述材料性质测量计可以包括辐射探测器，其与所述辐射源分开安置并可用于探测来自样品建筑材料的辐射和产生表示探测的辐射的信号。湿度性质探测器可用于确定样品建筑材料的湿度性质并可用于产生表示湿度性质的信号。配置了材料性质计算功能元件以基于由辐射探测器和所述湿度性质探测器产生的信号来计算与样品建筑材料相关的性质值。

如于此所使用的，术语“样品建筑材料”、“样品材料”、及“建筑材料”指建筑过程中使用的任何合适的材料。示例样品建筑材料包括泥土、沥青、铺筑材料、石头、底基材料、地基材料、水泥、耕种泥土、配料厂、混凝土固化速度、混凝土氯化物内含物、氯化钠含量、混凝土分层、含水量、水-水泥材料、碱性硅石、多种泥土、柔性沥青、以及它们的任何组合。

可以使用计算机程序产品实施于此描述的主旨，该计算机程序产品包 括包含在计算机可读介质中的计算机可执行指令。适于实施于此描述的主旨的示例计算机可读介质包括芯片存储器设备、光盘存储器设备、可编程逻辑设备、专用集成电路、以及可下载电信号。此外，实施于此描述的主旨的计算机程序可读介质可以设置于单个设备或计算平台上或能够通过多个设备或计算平台分配。

附图说明

现在将参照附图解释于此描述的主旨的优选实施例，其中：

图1A是粘土材料和非粘土材料在不同频率上的介电常数的对比的图示；

图1B是数种不同类型的粘土的介电常数色散的图示；

图1C是粘性土的电导率和介电常数的介电色散的图示；

图2是根据于此描述的主旨的实施例的用于测量材料密度的核子密度测量计的垂直横截面视图；

图3是根据于此描述的主旨的实施例的示于图2中的配置为透射模式的用于测量样品材料密度的核子密度测量计的垂直横截面视图；

图4是根据于此描述的主旨的实施例的示于图2和3中的可用于初始化测量计的示例过程的流程图；

图5是根据于此描述的主旨的实施例的用于确定能量窗口内的探测器计数的示例过程的流程图；

图6是根据于此描述的主旨的实施例的示于图2和3中的用于测量沥青层的密度的核子密度测量计的垂直横截面视图；

图7是示出针对标准计数的伽玛辐射谱的实验结果的图示；

图8是示出针对4英寸操作模式的伽玛辐射谱的实验结果的图示；

图9是示出针对密度测量的校准曲线的图示；

图10是针对多种伽玛射线能带的随玻璃厚度改变的密度测量的图示；

图11是实验确定的针对花岗岩混合物和石灰石混合物的校准曲线的图示；

图12是根据于此描述的主旨的实施例的用于使用图6中所示的测量计以背散射模式进行密度测量的示例过程的流程图；

图13是根据于此描述的主旨的实施例的用于使用图3中所示的测量计以透射模式进行密度测量的示例过程的流程图。

具体实施方式

于此描述的主旨包括用于测量材料的密度和/或多种其它材料性质的方法、系统、及计算机程序产品。在一个实施例中，于此描述的方法、系统、及计算机程序产品可以确定测试中的材料的辐射传播性质，用于测量材料密度。根据一方面，核子密度测量计可以包括安置在诸如泥土的样品材料的内部的辐射源。辐射源可以从样品材料内部发射辐射用于由辐射探测器探测。辐射探测器可以产生表示探测的辐射的能量水平的信号。核子密度测量计还可以包括材料性质计算功能元件，配置为基于由辐射探测器产生的信号来计算与样品材料的密度相关的值。

在另一实施例中，于此描述的方法、系统、及计算机程序产品可以确定测试中的材料的辐射传播和湿度性质，用于测量材料的密度。材料可以是诸如泥土或沥青或混凝土的建筑相关的材料。在一方面，材料性质测量计可以包括安置的用于发射辐射到测试中的材料中的辐射源。辐射探测器可以探测来自材料的辐射并产生表示探测的辐射的信号。湿度性质探测器可以确定材料的湿度性质并产生表示湿度性质的信号。材料性质测量计可以包括材料性质计算功能元件，配置为基于由辐射探测器和湿度性质探测器产生的信号来计算与材料相关的性质值。

最初，需要注意，对于能量小于1兆电子伏特(MeV)的伽玛辐射，存在两种主要的与物质的相互作用机制。对于能量小于0.1MeV的伽玛射线，主要的相互作用是光电吸收(PE)，其中，全部伽玛辐射能用于从原子轨道驱逐电子。对于建筑材料中存在的通常元素，对能量大于0.2MeV的伽玛辐射，主要的相互作用是康普顿散射(CS)，原子中的电子对光子的散射。

为了解释光子相互作用类型，考虑核子密度测量计，其包括伽玛辐射源，用于产生具有均匀分布和离散能量的平行光子束。导引光子束通过样品材料。如果光子相互作用机制本质上是光电吸收(取决于反应横截面或可能性，其对样品材料是特定的)，则由于吸收，来自辐射束的一些光子损失。由于吸收，在样品材料中，光子能量谱会逐个位置发生变化。因为对 于低能量(即能量小于0.1MeV)光子的横截面较高，所以光谱的低能量部分显示降低的响应或陷落。随着材料的有效原子数增加，谱线陷落增加。如果光子相互作用本质上是康普顿散射，则在材料中光子能量谱会逐个位置发生变化，伴随计数或光谱的高能部分中的通量的变化。随电子密度增加，计数降低，并且反之亦然，并且计数通常独立于样品材料的元素成份。

因为对大多数材料，电子密度和材料密度之间存在独特(unique)关系，所以伽玛辐射通量可以用于测量材料密度。随材料密度的增大，伽玛辐射通量以指数方式降低。根据于此描述的主旨的核子密度测量计用于将样品材料曝光于伽玛辐射，确定从样品材料发射的且在预定能量水平内的辐射的光子计数，并且基于具有预定能量水平的光子计数来确定样品材料的密度。实际上，光电吸收和康普顿散射以某种可能性存在于整个能量范围中。因此，能量谱特征能够用于(即在低能和高能部分中的特征)能够用于精确测量材料密度。

对于具有有效原子系数Z和原子质量A的材料，电子密度ρ_e由下述方程提供(其中，ρ表示质量密度，而N_A表示阿佛加德罗数)：

ρ_e＝ρ(Z/A)N_A

通常，对于建筑或道路铺设材料中的大多数元素，(Z/A)为0.5。一个特别的例外是H，其Z/A约为1。当假定Z/A为0.5时，能够基于康普顿散射来确定密度。

用于建筑和沥青的泥土典型地具有明显不同的元素成份。对于基于伽玛辐射的密度测量，建筑泥土材料和沥青材料可以当作不同类别的材料，因为它们具有不同元素成份。对于泥土，因为含水量广泛变化，所以可以使用对含水量的单独的测量，以改善密度测量的精度。在核子密度测量计中，基于电磁的系统或基于中子的系统可以用于确定样品材料的湿度性质，比如含水量或其它含湿量。

当使用基于伽玛辐射的核子密度测量计进行密度测量时，样品中材料差异的确定是个挑战。影响伽玛辐射传播的材料是元素成份，或构成样品材料的多种化学元素的量。工业要求的密度精度能够高达0.65％。因此，可能需要校正Z/A与0.5的微小偏差以满足工业密度精度要求。

下面的表1示出了建筑材料中的示例化学元素和对应的Z/A。

表1：建筑材料中示例化学元素的Z/A

下面的表2示出了针对用于道路建筑工业中的热混合沥青的三种石灰石混合物和三种花岗岩混合物的示例化学元素。特别值得注意的是大多数石灰石集料具有类似的Z/A值，且大多数花岗岩类型的集料具有类似的Z/A值。两个值与0.5的差异显著得足够满足工业需求。

表2：石灰石和花岗岩集料混合物的Z和Z/A

在于此描述的主旨的一个实施例中，在用于测量样品材料的核子密度测量计中使用Cs-137伽玛辐射源。然而，可以使用具有不同初始能量水平的诸如Co-60、Ra-60的其它合适的伽玛辐射源，或例如任何其它合适的同位素伽玛辐射源。可以通过能量选择的伽玛辐射探测器来测量与样品材料 相互作用的伽玛辐射，该探测器可用于探测一个或多个预定能谱中的伽玛辐射。例如，可以使用能量选择的闪烁探测器，比如可以使用安装在光电倍增管(PMT)上的碘化钠(NaI)晶体来探测预定能谱中的伽玛辐射。

如上述，根据于此描述的主旨的核子密度测量计可以包括湿度性质探测器，用于确定诸如泥土的样品材料的湿度性质。可能需要校正泥土中显著部分的水或多种其它湿度的出现，以控制氢的反常Z/A值。可以使用湿度性质测量计来测量样品材料的含湿量并将其用于校正通过核子密度测量计获得的密度测量。

示例湿度性质探测器是基于中子的探测器，其对来自材料的低能中子敏感。一个示例是填充有He-3和CO₂的气管探测器，称作He-3管。低能中子与包含在材料中的水中的氢相互作用。探测器可以计数慢中子(slowmoving neutron)数目。慢中子的计数可以与材料的湿度性质对应。因此，可以基于中子计数来确定材料的湿度性质。在建筑工地校准基于中子的探测器，因为含氢且与水无关的泥土的化学成份可以影响测量结果。

另一个示例湿度性质探测器是基于电磁的湿度性质探测器。这些探测器和它们的元件包括电阻测量元件、电容测量元件、时域反射计元件、频域元件、天线、谐振器、阻抗测量设备、弥散场设备、以及宽带设备，比如例如单极子(monopole)。用于确定含湿量的示例技术包括微波吸收技术、微波相移技术、电容技术、体积/比重含水量技术、基于反射的技术、基于透射的技术、阻抗光谱学技术、石膏块技术、电阻技术、频域和时域技术、以及它们的结合。

电磁设备可以测量材料的电容率并使用介电常数和电导率来评测材料密度。电磁技术对材料的化学成份敏感，因为电容率是材料分子键合、泥土化学性质、纹理、温度、含水量、孔隙率、形状、及历史的结果。基本地，电磁场响应于“每单位体积的偶极子”或每单位体积的化学成份。因此，甚至在小的测量区域内，在诸如纹理、含水量、粘土含量、矿物学、及分级的材料性质中，可以存在显著的变化。因此，电磁设备可能需要频率校准。

核子技术也是作为光电效应的结果和与水不相关的外来氢的化学成份的函数。然而，与介电光谱学技术相比，与核子技术相关的误差是非常值 得宽恕的。对于中子水测量，也测量氢与其它化学成份的键合，比如含有较多的云母、盐、氧化铁等的泥土。

由辐射探测器和电性质探测器产生的信号可以由材料性质计算功能元件使用，用于计算与材料相关的性质值。由辐射探测器产生的信号可以表示探测的来自材料的辐射的能量水平。由电性质探测器产生的信号可以表示材料的湿度性质。计算的性质值可以是材料的密度。通过材料性质计算功能元件对材料性质值的计算可以由合适的程序处理器或任何其它功能等同的设备来实施，比如是专用集成电路(ASIC)或通用计算机，其具有合适的硬件、软件和/或固件元件。

在一个示例中，能够通过检查从DC到数个GHz的微波带宽的范围中的介电常数色散来评测泥土含量和损耗。图1A-1C是示例针对多个泥土的介电色散的示例的图示。特别地，在图1A中示出了粘土材料(粘性泥土)和非粘土材料(非粘性泥土)在不同频率上的介电常数的对比。图1B示出了数个不同类型粘土的介电常数色散。图1C示出了粘性泥土的电导率和介电常数的介电色散。

已知材料的关于介电常数色散的信息可以用于于此描述的主旨中，用于选择针对辐射探测器和湿度探测器的校准曲线。此外，于此描述的主旨可以是沥青和泥土测量计的组合，其可用于以散射模式测量沥青层和以透射模式测量泥土。此外，例如，可将弥散场平面探测器连接到测量计的底面，用于同时测量电磁密度和核子密度。在这种模式中，核子元件能够现场校准电磁探测器，用于提高访问电容沥青密度指示器的速度。

根据于此描述的主旨的辐射源/探测器和湿度性质探测器的组合可以以透射模式和/或背向散射模式操作。可以使用如下技术来测量湿度性质：表面技术、直接透射、向下钻孔技术、或使用弥散场电容器的技术、时域反射计(TDR)、微波反射、微波透射、实和虚阻抗测量、相移、吸收、光谱学分析。传感器可以物理地集成到表面仪器中。可选地，传感器可以是电连接到表面测量计的单机湿度传感器。单机系统的示例是集成到钻杆中的湿度传感器。在此示例测量计的使用中，可以使用钻杆和锤子在泥土中打孔以产生用于插入源杆的路径。

核子密度测量可以用于获得体积密度、其可以使用下述方程推导得出 (其中，ρ表示体积密度，M表示质量，V表示体积，M_w表示水的质量，而M_s表示泥土的质量)：

ρ＝M/V＝(M_w+M_s)/V

＝(M_w/M_s+M_s/M_s)/V/M_s

其中干密度M_s/V由下述方程提供(其中ρ_d表示干密度)：

ρ_d＝ρ/(1+w)

可选地，可以使用下述方程来确定体积含水量的测量(其中，θ表示体积含水量，V_w表示水的体积，而V_t表示总体积)：

体积含水量可以转换成磅每立方英尺(PCF)，其中，它可以从由下述方程提供的湿密度湿度测量减去(其中γ_w表示以合适单位的水的密度)：

ρ_d＝ρ-γ_wθ

影响泥土的电响应的变量包括纹理、结构、可溶盐、含水量、温度、密度、及频率。下述方程提供针对体积含水量的通用关系(其中ε表示电容率，A＝-5.3×10^-2，B＝2.92×10^-2，C＝-5.5×10^-4，以及D＝4.3×10^-6)：

θ＝A+Bε+Cε²+Dε³

此方程中，电容率ε是实部并且是在时域信号的频谱范围中测得的单个值。在单个频率处或在频率的平均的范围中使用弥散场电容器可以发现类似的方程。结果，湿度探测器可以校准到直接来自工地的泥土类型。

图2是根据于此描述的主旨的实施例的用于测量材料密度的核子密度测量计200的垂直横截面视图。测量计200可用于精确地测量样品材料的密度，该样品材料比如是泥土、沥青、混凝土、或任何其它合适的建筑和/或铺筑材料。例如，可以用透射模式测量泥土，并可以用背向散射模式测量沥青。参照图2，测量计200可以包括初级伽玛辐射源202和伽玛辐射探测器204。辐射源202可以是任何合适的辐射源，比如300微居里的Cs-137伽玛辐射源。伽玛辐射源探测器204可以是任何合适类型的探测器，比如是具有安装在光电倍增管208上的碘化钠(NaI)晶体206的类型的伽玛射线闪烁探测器。闪烁类型的伽玛辐射探测器是能量选择的探测器。辐射探测器204可以设置在底板210附近。当伽玛辐射撞击NaI晶体206时，释放光子，其密度对应于伽玛辐射的能量水平而发生变化。光电倍增管208探测光子并将它们转换为电信号，其依次传送到用于放大电信号的放大器。 此外，放大的信号可以经由电导体导引到印刷电路板(PCB)211，于此对信号进行处理。

PCB 211可以包括合适的硬件(例如，多通道分析器(MCA))、软件、和/或固件元件，用于处理放大的信号。PCB 211可以包括模-数转换器，用于将放大的模拟信号转换成量化伽玛辐射(光子)能量的能量水平的数字信号。模-数转换器的输出被导引到分析器设备，该分析器设备用于累加进入多个通道的不同能量水平的伽玛辐射(光子)计数，每个通道对应于能量水平谱的部分。为密度计算的目的，仅考虑由探测器探测的整个能量谱的预定部分。因此，对于密度计算，仅考虑来自对应于此预定部分的一个或多个通道的累加计数。通道输出可以用于密度计算，如于此更详细描述的。

测量计200可以适于安置辐射源202于待测试样品材料212的内部。例如，辐射源202可以包含在活动的、柱形源杆214的顶端内，源杆214适于在由箭头216和218表示的垂直方向上移动。源杆214延伸到测量计外壳222中的垂直的腔220中。源杆214可以由导引器224、支撑塔226、和分度杆228限制于仅在垂直方向上移动。导引器224可以包括轴承，其可操作地安装用于导引源杆214通过测量计外壳222中的腔220。源杆214可以垂直地延伸或缩回到多个预定的源杆位置，以便改变辐射源202和探测器204之间的空间关系。多个预定的源杆位置可以包括背向散射位置和多个透射位置，其中辐射源202安装在测量计外壳222的底板210下。

分度杆228可操作地安装在源杆214的附近，用于延伸和缩回源杆214。分度杆228可以包括多个槽口230。每个槽口230对应于预定的源杆位置。例如，一个槽口可以对应于“安全”位置，其中辐射源202被从样品材料升起并且屏蔽。图2中测量计200显示在安全位置。安全位置可以用于以背景测量模式确定标准计数，如于此描述的。另一个槽口可以对应于背向散射模式，其中，辐射源设置在测量计200下的样品材料的表面附近。分度杆228可以包括平的侧面，抗深度带(resistive depth strip)(未示出)可以连接到该平的侧面。另一个示例深度指示器包括Hall效应设备，激光位置指示器，以及机械位置指示器。

源杆214可以连接到把手232，用于由操作员手动垂直移动源杆214。 分度杆228延伸到把手232中的腔234中。把手232还包括分度器236，可操作地安装用于啮合分度杆228的槽口230，以在预定的位置中的一个中临时连接源杆214。将分度器236偏向到与槽口230啮合的状态。特别是，可以将分度器236偏向到由弹簧238啮合的状态。扳机240容许操作员移动分度器236，使其进入与槽口230啮合的状态或是脱离与其啮合的状态。

源杆214可以安置在如图2中所示的安全位置并且可以确保其用于将源202安置在安全护罩242中。当在安全位置时，包含由源202发射的伽玛射线的安全护罩242最小化了操作员对辐射的曝光。安全护罩242可以由钨、铅、或任何其它合适的辐射屏蔽材料制成。

测量计200还可以包括附加的屏蔽用于防止来自伽玛辐射源202的不期望的伽玛辐射发射。固定护罩244、安全护罩242、及滑动块护罩246可以包括在测量计200中并安装用于阻止发射的光子直接到达测量计200的探测器。护罩242和246可以由钨制成。可选地，护罩242、244及246可以由任何其它合适的屏蔽材料制成。安全护罩242可以包括在其形成的孔并且杆214和源202可以通过此孔。在安全位置，源202可以安置在安全护罩242的内部，用于防止源202的光子到达测量计200的探测器。可以安置固定护罩244用于防止光子经由通过测量计200的内部的路径到达探测器。

可以使用另一伽玛辐射源248来能量地校准探测器204。辐射源248可以安置在铝支架249中并且安置在底板210和探测器204附近。在一个实施例中，辐射源248可以是1至2微居里的Cs-137伽玛辐射源。辐射源248可以用于能量校准探测器204，以控制环境影响，比如温度。在一个实施例中，辐射源248可以产生约33和662千电子伏特(keV)的主能量峰值。辐射源248产生的能量峰值可以用于校准用作多通道谱分析器的探测器204，如于此进一步详细描述的。在可选实施例中，在柱形护罩242中可以设置小的漏孔，以容许来自伽玛辐射源202的能量辐射朝向探测器204，用于能量校准探测器204。

此外，测量计200可以包括可用于确定样品材料212的湿度性质的湿度性质探测器250。特别是，探测器250可以测量样品材料212的电容率并使用介电常数和电导率来评测样品材料212的湿度性质。可以通过湿度性 质探测器探测单独的下述示例湿度性质或探测其组合，用于确定样品材料密度，前述湿度性质包括：电容率、电阻率、介电常数、电导率、渗透性、色散(dispersive)性质、介电常数随频率的变化、电导率随频率的变化、电容率(即介电常数)的实部、电容率的虚部、及其组合。

此示例中，湿度性质探测器250可以包括湿度信号源252、湿度信号探测器254及PCB 256。作为电磁探测器，湿度性质探测器250可以以远场辐射模式、近场模式、无源弥散模式操作，或可以通过经由样品材料212将来自源的场耦合到接收器来进行操作。信号源252可以生成电磁场并且可以安置在样品材料212的表面附件以便电磁场延伸到样品材料212中。可选地，信号源252和/或探测器254可以经由源杆214安置在样品材料212的内部。在一个实施例中，组合源/探测器设备可以连接到源杆用于获得深度信息。在另一实施例中，组合源/探测器设备可以在测量计外部并是分离的。

湿度信号探测器254可以探测由源252产生的来自样品材料212的电磁场的至少一部分。频域和/或时域技术可以用于确定湿度性质。电磁场可以在从直流(DC)到微波的范围。用于确定湿度性质的示例技术包括使用弥散场电容器来产生电磁场；时域反射计技术；单频湿度技术；扫频湿度技术；微波吸收技术；以及微波相移技术。此外，合适的湿度信号探测器包括可用于测量在单个频率、多个频率、连续的频率扫描、和/或频谱啁啾处的介电常数的实部和虚部。在时域中，可以由信号源产生直接台阶或脉冲并由探测器探测，用于确定湿度性质。在一个示例中，源杆214可以是脉冲的，响应可以在探测器254接收，而相速可以从时间-距离信息计算。此外，快速Fourier变换(FFT)技术可以应用于频域和时域用于确定湿度性质。可以基于探测的电磁场来确定样品材料212的电导率和电容率。

测量计200可以包括分别与信号源252和探测器254相关的源窗口258和接收器窗口260。源窗口258和接收器窗口260可以延伸通过底板210，使得电磁场可以通过底板210和信号源252和探测器254之间。示例窗口材料包括氧化铝、蓝宝石、陶瓷、塑料、及合适的绝缘体。

PCB 256可用于与信号源252和探测器254的通信。PCB 256可以包括合适的硬件、软件、和/或固件元件，用于控制信号源252和探测器254。 特别是，PCB 256可以控制信号源252来生成电磁场。例如，PCB 256可以给信号源252的电路供电，用于生成预定的电磁场。此外，PCB 256可以用于经由同轴电缆262来接收来自探测器254的表示探测的电磁场的信号。基于信号表示，PCB 256可以确定样品材料212的湿度性质。例如，反射信号的幅度和相位的测量可以提供阻抗，其是材料的本构参数电容率和渗透性的函数。阻抗桥可以用于获得低频处的复阻抗。对于较高频率，可以使用结合混频器或探测器的反射计(例如，幅度和相位集成电路，由Masschusetts的Norwood的Analog Devices公司制造。对于时域反射计(TDR)，可以使用二极管技术和定时/记录电路来获得作为时间的函数的电压。

用于确定湿度测量的其它示例技术包括测量DC电阻率、表面阻抗方法、传播技术、波前倾斜、自阻抗、探针阻抗、互阻抗、瞬变电磁方法、实验室电阻率方法、电容方法、传输线方法、波导方法、自由空间方法、以及mm波和微波遥感。

湿度测量可以依赖于单个变量或多个变量方程。例如，可以使用诸如相对介电常数ε_r的一个变量来探测水。界面极化是针对异质材料的重要性质响应。此外，一些泥土的驰豫频率在27MHz的量级。在较低频率，测量的介电常数具有Maxwell Wagner现象的效应，导致水测量中的误差，该误差也是温度的函数。其它的示例变量包括电导率、电容率、以及电导率中的变化和电容率中的变化对频率的色散。此外，例如，一些泥土的驰豫频率在27MHz的量级。

在一个示例中，使用振荡电路中的反馈环来测量弥散场探测器的电容。频率由下述方程提供(其中，C_eff表示有效电容，包括环境媒质、电路中的寄生效应、以及储能电路中的名义电容，而L表示感应系数)：

2πF＝1/(sqrt(LC_eff))

可以针对湿度校准参考频率和利用切换的弥散场电容器的频率之间的比率。应当考虑在这些频率处归因于盐浓度的测量的灵敏度。最终结果是必须校正化学成分误差，导致针对泥土类型的许多不同的校准曲线。此外，美国专利4924173号和5260666号中进行了讨论，通过参考这些专利的整体，将他们的每一个并入于此。

基于微波的湿度性质探测器可以是有益的，例如，因为该探测器能够执行密度独立的湿度测量。该探测器可以优于基于中子的湿度性质探测器，因为基于中子的探测器是密度依赖的。此外，由于NRC规则和与中子源相关的费用，期望减少中子源的使用。

可以基于透射或反射类型模式中衰减(或幅度)和相移的两个参数测量来进行密度独立的湿度测量。可选地，可以使用微波在单个频率处进行密度独立的湿度测量。可以通过比较介电常数的实部和虚部来实施两参数方法，如下述方程中所示(其中ε表示介电常数)；

ε＝ε(ω)’-jε(ω)”

密度独立的校准因子A(ψ)(其中ψ是基于潮湿的体积含水量)可用于消去密度部分。密度独立的湿度测量的原理基于与干材料和水组分相关的介电常数的实部和虚部，它们作为密度的函数而改变。通过在下述方程中组合ε(ρ_d，ψ)’和jε(ρ_d，ψ)”，可以经验地消去密度部分：

$A\left(\mathrm{\ψ}\right)=\frac{\mathrm{\ϵ}{({\mathrm{\ρ}}_d,\mathrm{\ψ})}^{\′}-1}{\mathrm{\ϵ}{({\mathrm{\ρ}}_d,\mathrm{\ψ})}^{\′\′}}$

上述方程假定ε(ω)’和ε(ω)”是ρ_d和ψ的线性独立的函数。

损耗角正切ε’/ε”可以描述材料的相互作用和响应。复电容率的行为暗示用密度标准化ε(ω)’和jε(ω)”可以减小密度效应。此外，可以用作为温度和含湿量的函数的体积密度来标准化数据对。假定湿度密度关系是独立的，下述方程提供体积密度测量，无需含湿量的先前知识(其中，a_f表示斜率，k表示截距，a_f与频率相关，而k与干电介质相关)：

ε”/ρ＝a_f(ε’/ρ-k)

可选地，下述方程提供体积密度测量；

ρ＝(a_fε’-ε”)/ka_f

在高频，水是材料中与涉及ε”的能量损耗相关的主要因素，而能量存储涉及ε’。因此，用于含水量的密度独立的函数基于损耗角正切ε’/ε”。因此，再次，通过用由上述方程提供的密度标准化损耗角正切导致下述方程：

ξ＝ε”/(ε’(a_fε’-ε”))

这里，忽略常数ka_f，而标准化了损耗角正切，导致减小的密度效应的湿度函数。实验上，针对颗粒材料，已经发现√ξ与含湿量是线性的。ka_f是测量 频率的函数，并且当ε’和ε”已由密度标准化时，ka_f对数据对ε’和ε”保持恒定。

基于实验结果，其表明，随着温度上升，结合的水变得较易旋转并且介电常数增大。这样，对于水测量，温度校正可能是必须的。

因为ξ是密度效应移除的含湿量的函数，并且因为实验上发现其与湿度线性相关，所以通过拟合下述线性方程能够实施作为湿度和温度的函数的校准。

√ξ＝A×M+B(T)

此方程中，截距B随温度增大，但是斜率A恒定。对于颗粒材料，经验地推导出下述方程(其中温度以摄氏温度法测量)：

B(T)＝9.77×10^-4×T+0.206

然后可以使用下述方程确定含湿量：

％M＝(√ξ(a_fε’，ε”)-B(T))/A

在一个实施例中，可以从工地提取泥土样品并将其作为湿度的函数拟合到此方程，产生在特定温度的常数A和B。也可以规定通用曲线，由此使用中执行工地偏移。因此，可用于在表面或潜孔上在单个频率、多个频率、或连续频率扫描、频谱啁啾处测量材料的介电常数的实部和/或虚部的任何湿度性质探测器能够并入到于此描述的主旨的实施例。

微波对自由水比结合水更敏感，但是也是干质量和水质量混合物的化学组成的组分的函数。然而，当考虑下述方程时，干质量和水质量混合物不易遭受离子运动和DC电导率的影响：

ε＝ε(ω)’-jε(ω)”＝ε(ω)’-j(ε(ω)_d”+σ_d.c./ωε₀

较高的频率减小DC电导率的影响并且测量较多的介电电容率。然而，可能需要泥土的特定的校准。校准中的差异比它们的低频对应物的小得多。因此，如果材料稍微改变，而没有操作员的知识，则仍然可以获得合适的结果。因此，微波电磁技术具有泥土的特定的校准或偏移，当将泥土的肥土与粘土类别比较时，可能需要该校准或偏移。

滑块护罩246配置为可在腔室264内滑动并与弹簧266相关，弹簧266适于将护罩246在朝向安全护罩242的内部的方向上偏向。在安全位置，护罩246的至少一部分安置在安全护罩242的内部，用于防止由源202发 射的光子通过安全护罩242。当在由箭头218表示的方向上移动杆214朝向用于透射模式的位置时，块护罩246被杆214的一端从安全护罩242的内部推开并且逆弹簧266的偏向方向。护罩246可以包括斜面部分268，适于啮合杆214的末端用于将护罩246从安全护罩242的内部推开，以便杆214和源202可以移动到针对透射模式的位置。护罩246从安全护罩242的内部的移开压缩弹簧266。

图3是根据于此描述的主旨的实施例的配置在透射模式用于测量样品材料212的密度的核子密度测量计200的垂直横截面视图。参照图3，在透射模式中，辐射源202可以安置在样品材料212的内部，用于从样品材料212内部发射辐射。在透射模式中，辐射源202可以通过样品材料212发射辐射，用于由辐射探测器204探测。此外，PCB 211可以产生表示探测的辐射的能量水平的信号。湿度性质探测器250可以确定样品材料212的湿度性质并且产生表示湿度性质的信号。PCB 269可以包括材料性质计算功能元件(MPC)270，配置为基于由辐射探测器204和湿度性质探测器250产生的信号来计算与样品材料212相关的性质值。

MPC 270可以包括根据于此描述的主旨的用于实施密度测量和校准程序的合适的硬件、软件、和/或固件元件。MPC 270可以包括一个或多个处理器和存储器元件。示例MPC元件包括一个或多个前置放大器、光谱级Gaussian放大器、峰值探测器、以及模-数转换器(ADC)，用于执行于此描述的过程。可以经由测量计200的一个或多个接口向操作员呈现程序状态、反馈、及密度测量信息。

可以校准核子密度测量计，用于密度和湿度测量。在一个实施例中，将不同合成材料的介电常数的测量结果拟合到校准曲线。可以选择材料来表示在建筑工地发现的材料。已知性质的固体金属块可以用于校准核子密度测量计。用于校准中的示例金属块包括镁(Mg)块(MG)、层压的Mg和铝(Al)块(MA)、铝块(AL)、及层压的Mg和聚乙烯块(MP)。MG、MA、AL组可以用于密度校准。MG和MP组可用于湿度校准。应当注意，Mg的重量密度约是110磅/每立方英尺(PCF)，Al的约是165PCF，而MG和Al的约是135PCF。

对于密度测量，当校准核子密度计用于泥土测量时，假定典型的泥土 的Z/A为0.5。为接近(emulate)Z/A＝0.5，可以针对Z/A值标准化校准块的重量密度值ρ_grav，并且其可以与伽玛辐射计数一起使用用于确定校准系数。校准模式由下述方程提供(其中，CR是针对测试样品的计数率，ρ_norm 是测试样品的标准化的密度，而A、B和C是校准系数)：

CR＝A×e^-Bρnorm-C

泥土标准化常数示于以下表格3中。

表格3：泥土标准化常数

当校准核子密度测量计用于沥青测量时，使用标准化的重量密度值。沥青标准化常数示于以下表格4中。

沥青标准化常数

在测试材料上的直接测量计读数与校准中的Z/A值相关。对于Z/A值显著不同的材料，可以针对材料特定地校准测量计。

对于实验室校准的湿度示例，泥土样品可以取自工地现场。根据ASTM标准2216将泥土样品在烤箱中干燥。将不同量的水添加到干泥土中，并且将材料存储预定的时段。然后将泥土压缩成同轴圆柱。接下来，作为宽带范围中的频率的函数获得含水量和电容率测量结果的函数。作为频率和温度的函数记录电容率。然后称量并干燥同轴圆柱以获得实际的水和密度含量。对于单个频率的测量，可以用密度标准化电容率并针对温度对其校正。使用以上描述的方程可以找出斜率a_f。此外，通过使用于此描述的方程，可以推导湿度方程并将其编程到核子测量计中用于工地使用。

在工地使用中，通过将测量计读数与如由传统方法确定的密度值比较而找出与测量计的偏移来执行针对特定材料的校准。例如，沙锥技术(ASTM标准D-1556)可以用于泥土。在另一示例中，操作员可以使用测量计在工地执行测量，并使用根据ASTM标准2216的烤箱测试来蒸发水并获得体积 或重量单位中的含湿量。此示例中导致的值可用于偏移(offset)工厂或实验室校准。在针对沥青的示例中，可以使用取岩芯和水驱技术(ASTM标准D-2726)。

工地校准中，核子密度测量计可以安置在泥土上。典型地，泥土是潮湿的，具有不同的含湿量。可以作为含水量的函数获得对介电常数的实部的测量结果。响应拟合到线性方程，比如是y＝mx+b，其中，x是测量计的响应。可以用与用于实验室校准的步进类似的步进方式校准核子密度计，除下述中的一个或多个外：仅使用介电常数的虚部，仅使用探测器的电容，仅使用电阻测量，仅使用TDR，仅使用频率响应，仅使用相对介电常数，及仅使用色散数据。

如上述，可能需要校准建筑类型泥土中出现的显著部分的水或多种其它湿度，以控制氢的异常Z/A值。由下述方程提供泥土的湿密度(其中，WD表示泥土的湿密度，GD表示来自直接校准的测量计密度(每单位体积的质量)，而M表示测量计含湿量(每单位体积湿泥土的水质量))：

WD＝GD-(1/20)M

如果康普顿散射是对伽玛辐射的唯一的相互作用机制，则对直接的核子测量计读数的这些校准改善了密度评测的精度。对于典型的建筑材料，探测的能量大于0.15MeV的伽玛辐射满足此需求。

诸如Geiger Mueller探测器的气体离化探测器，可以用于针对伽玛辐射或光子计数的核子密度测量计中。该探测器在0至0.2MeV的范围比在0.2MeV或更高的范围具有相对高的探测效率，但是不能精确地探测计数的光子的颜色或能量。通过该探测器记录的光子计数还包含来自光电吸收的低能伽玛辐射的衰减效应。以上描述的用于处理Z/A效应的模型可能得不到满足。结果，牺牲了密度精度。

闪烁探测器是能量选择探测器，可用于在测量计校准和测量期间选择性地使用0.15MeV以上的伽玛辐射能量。碘化钠晶体/PMT探测器的信号幅度线性地依赖于探测的光子能量。探测的光子数目与能量信号幅度的关系曲线的柱状图提供了伽玛辐射谱。对于给定的光子能量，能量信号幅度依赖于PMT信号增益和环境温度。因此，如果没有对探测器的反馈控制，则谱的关键特征的位置(即谱峰值)随时间变化。当需要特定能量窗口(范 围)中的计数时，可以使用谱稳定技术，以最小化来自短期信号幅度可变性的效应，如于此更详细描述的。

图4是示例根据于此描述的主旨的实施例的用于在工作日的开始初始化图2和3中所示的测量计200的示例过程的流程图。在此示例中，校准辐射探测器204，用作多通道谱分析器。参照图4，过程在框400开始。在框402中，开启连接到辐射探测器204的高压电源。例如，测量计200可以包括电池276，配置为给辐射探测器204供电。在框404中，可以设定由辐射源202提供的到探测器204的辐射的能谱中预定数量的通道。在此示例中，设定谱中的通道数量为512。在框406中，安置辐射源202用于发射辐射。辐射探测器204可以探测由辐射源202发射的辐射。如上述，辐射源202可以是Cs-137伽玛辐射源，用于产生约33和663keV的能量峰值。辐射源202产生的能量峰值可用于校准探测器204。校准期间，源杆214可以安置在安全模式，以便将辐射探测器204从辐射源202屏蔽。

在框408中，辐射探测器204的放大器增益设定为默认值。此外，在框410中，辐射探测器204的数据收集时间设定为预定时段(例如，20秒)。在框412中，过程等待预定的时段(例如，在二到五分钟之间)。在探测器204加热后，从下面的材料获得辐射计数。

接下来，在框414-420中，调节辐射探测器204的放大器增益直到质心通道在208和212之间。可以设定放大器增益，以便来自Cs-137的662keV的伽玛辐射峰值的质心在208至222通道窗口的中间。至于使用的测量计，取决于环境，质心可以在由通道200和220规定的接受窗口中移动。在用于测量前，MPC 207可以验证质心线在此通道窗口中。如果MPC 207确定质心线在此通道窗口外，可以在约20秒中将质心移回到由通道208和212规定的通道窗口的中间区域，并且可以在测量计200的显示屏274上显示消息，表示延迟。在典型的使用中，可能需要每天移动增益约一或二次以使峰值居中。在闲置时间，MPC 207可以实施主动(active)程序用于改变增益。

特别是，在框414中，从辐射探测器204收集辐射。例如，辐射探测器204可以传送获得的数据并传送该数据到MPC 270。MPC 270可以计算针对662keV能量峰值的质心通道(框416)。在框418中，确定质心通道 是否在208和212之间。如果确定质心通道不在208和212之间，则改变放大器增益(框420)。否则，如果确定质心通道在208和212之间，则过程在框422停止。现在，辐射探测器204已经为测量做好了准备。

可以在工地在正常温度条件时在接受窗口移动质心。此外，当在热沥青上使用测量计时，辐射探测器的温度的升高能够导致质心位置在接受窗口之外。如果发现质心位置在接受窗口外，则可以调节系统增益将质心的中心定在通道210处。可以通过调节整形放大器的增益或供给到辐射探测器的光电倍增管的电压来改变系统增益。

当预定的能量水平峰值的位置在接受窗口内时，分析探测的能量水平。例如，662keV的能量水平峰值必须在512通道谱内的通道200和220之间的接受窗口内。图5是根据于此描述的主旨的用于确定在由能量值Ei和Ef规定的能量窗口内的探测器计数的示例过程的流程图。可以在由例如图4的示例过程初始化测量计之后实施图5的过程。参照图5，在框500中，设定辐射探测器的数据收集时间为预定时段(例如，15或30秒)。接下来，在框502中，获得能量值Ei和Ef。在框504中，从辐射探测器204收集数据。

接下来，在框506中，MPC 270可以计算针对662keV能量峰值的质心通道。MPC 270可以确定质心通道C2是否在通道200和220之间(框508)。如果质心通道C2不在通道200和220之间，则过程能够根据类似于针对图4的框414-420描述的过程来调节辐射探测器204的放大器增益(框510)。否则，如果质心通道不在200和220之间，则过程行进到框512。

在框512中，使用查找表格，可以针对33keV的能量水平峰值找到质心通道C1。接下来，在框514中，MPC 270可以针对方程E＝A0+A1×C的一级能量校准解出系数A0和A1，其中C是通道数。在框516中，MPC270可以解出分别对应于能量至Ei和Ef的通道数Ci和Cf。MPC 270然后可以找出对应于能量值Ei和Ef的计数CW(框518)。CW是通道Ci至Cf的总计数，其中，计数值与每个通道相关。计数CW可用于密度计算过程，如于此详细描述的。因为通道数为整数值，所以可以用模-数转换器数字化信号的方式处理分数通道数。

典型地，样品材料包含自然放射性，比如自然辐射同位素K、U及h。 当使用低放射性的伽玛辐射源时，自然放射性将其自身作为噪声显示。因为信-噪比低，且材料与材料之间的噪声幅度不同，为保持测量精度，需要对噪声(背景)的单独的测量。图2中示出的核子测量计200配置在用于控制噪声的背景测量模式。如上述，在此配置中，护罩242、244、及246防止由辐射源202产生的伽玛辐射到达辐射探测器204。到达辐射探测器204的伽玛辐射由材料样品212(自然放射性或背景)和稳定源248产生。因为小的稳定源248安置于辐射探测器204附近，所以能够以足够的精度测量背景谱。因为信-噪比高，对于基于8毫居里的Geiger-Mueller探测器仪器，背景计数不是必须的。

核子密度测量计200可用于背向散射模式中用于测量沥青层。图6是根据于此描述的主旨的实施例的用于测量沥青层的密度的核子密度测量计200的垂直横截面视图。在背向散射模式中，源杆214的安置使得辐射源202在沥青层600的表面上。

使用可用于背向散射模式的核子密度测量计的元件演示其作为透射测量计使用的功能。测量计元件安置在24”×17”×14”大小的镁/铝(Mg/Al)标准校准块上。测量计元件包括固定在源板上的300微居里的Cs-137伽玛辐射源。测量计的底座包括具有安装在光电倍增管上的NaI晶体的伽玛辐射探测器。基于PC的电子设备用于数据采集。

此外，源板连接到0.25英寸厚的14”×14”的铝安装支架，其具有带螺丝孔位置的开口的沟槽。铝板连接到每个金属校准块的17”×14”的侧边。源板还连接到铝板，使得源在校准块的顶面(24”×17”的表面)下2”、4”、6”、8”、10”和12”处。每个辐射源位置称作操作模式。

由Mg、Mg/Al及Al制成的标准金属校准块用于校准测量计。标准计数用于补偿归因于放射性衰变和其它变化的伽玛辐射计数随时间的降低。在此实验中，使用针对操作在背向散射模式并且放置在Mg块上的测量计的计数作为标准计数。

对于测量计校准，收集针对每个操作模式的数据，其中，辐射源安置在校准块的顶面下2”、4”、6”、8”、10”和12”处。选择4分钟的计数时间用于6个操作模式的校准。使用从150到800keV的能量范围中的净计数。此外，在Mg块、Mg/Al块及Al块上获得辐射谱，无需辐射源用于获得伽 玛辐射背景。

在背向散射模式实验中，辐射源安置在离辐射探测器约2”和离辐射探测器约7”处。应当注意，在实际使用中，辐射源和辐射探测器相对于彼此处于固定位置。对于每个操作模式位置，以Mg块、Mg/Al块及Al块中探测器附近的辐射源测试透射模式。为获得标准计数，测量计配置在背向散射模式中，伽玛辐射源安置在Mg块上或不安置在Mg块上。图7和8是显示分别针对标准计数和4英寸操作模式的伽玛辐射谱的实验结果的图示。

在一个实施例中，由下述方程提供用于校准核子密度测量计的数学模型(其中，CR表示计数比率，而A、B及C表示校准常数)：

CR＝A×exp(-B×密度)-C

CR定义为针对密度ρ的块上的模式的净计数与净标准计数的比率。例如，对于Mg/Al块上6”的透射模式，净计数是在块上具有伽玛辐射源和在块上没有伽玛辐射源时测量计的计数的差异。净标准计数是在Mg/Al块上有伽玛辐射源和没有伽玛辐射源时在背向散射模式中测量计的计数的差异。以下表格5示出了用于6个操作模式的校准常数。

表5：较准常数

以下表格6和7示出了基于分别针对20秒和1分钟计数的校准数据而获得的密度精度。

表6：针对20秒计数的密度精度

表7：针对1分钟计数的密度精度

图9示例显示用于密度测量的校准曲线的图示。

在透射模式中使用的测量计200的一个示例中，针对所有谱的在从150至800keV的能量间隔中的计数被用于密度计算。在此示例中，每分钟对数据进行标准化。对于Mg块上4英寸的操作模式，针对Mg的净计数是341084。净标准计数是2181382。此外，通过解方程CR＝A×exp(-B×密度)-C，密度由下述方程提供：

密度＝(-1/B)×ln((Cr+C)/A)

可以使用以上表格5中针对4英寸模式的校准常数A、B及C，其可以存储在与MPC 270相关的存储器中。CR由净计数/标准计数提供，此示例中，其为341084/2181482。通过使用上述方程，MPC 270可以确定密度为109.4PCF。

根据于此描述的主旨的核子密度测量计可以在背向散射模式中操作，用于测试沥青铺筑材料的质量控制和质量保障。因为沥青铺筑材料典型地 由包括不同混合物和厚度的多层构成，所以对密度的精确评测需要考虑化学组分、表面粗糙度、及测试层的厚度。

沥青铺筑材料的顶层的厚度可以是对道路建筑工程特定的。对于薄的沥青层，顶层的密度读数可以取决于材料类型和顶层下的其它沥青层的密度。如果精确地知道了底层密度，则可以通过使用以逐层测量观测的特征来校准测量计读数。此校准方法指列线图方法并且在Troxler ElectronicLaboratories，Inc.在针对由North Carolina的Research Triangle Park的TroxlerElectronic Laboratories，Inc.生产的3440型表面湿度密度测量计的操作手册中进行了描述。Troxler Electronic Laboratories，Inc.的4640型密度测量计是用于薄层测量的另一示例测量计，其使用两个探测器系统和以逐层测量观测的特征。

当光子由电子康普顿散射时，光子能量取决于散射角度。当伽玛辐射源和探测器放置在平面半无限的媒质上时，给定厚度的单个散射光子具有预定的能量。使用对诸如Mg/Al校准块上的玻璃层的已知厚度的材料层的测量，可以实验地确定该能量窗口。下述能带可用于测量厚度在0.75”和2.5”之间的层：

240至400keV：0.75”至1.25”

220至400keV：1.25”至1.75”

200至400keV：1.75”至2.0”

180至400keV：2.0”至2.5”

通过在Mg/Al标准大小的块上放置玻璃板条在实验室形成了由相异材料制成的双层结构。接下来，通过将核子密度测量计放置在玻璃上获得了伽玛射线谱。图10示例针对多个伽玛射线能带的随玻璃厚度变化的密度测量的图示。所有带的较高能量是400keV。通过使用80至400keV的能带，测量计测量约3英寸的深度。通过使用从约240至400keV的另一能带，测量计测量约1英寸的深度。

当读取厚层的密度时，针对密度确定的窗口计数包含低能伽玛辐射。该伽玛辐射也由光电过程吸收，由此引起密度中的误差。两个主要类别的集料类型，花岗岩和石灰石，具有两个不同的针对康普顿散射区的伽玛辐射的常数和变化的光电吸收度。结果，花岗岩和石灰石集料类型具有不同 的校准曲线。图11示例如从实验确定的针对花岗岩混合物和石灰石混合物的校准曲线的图示。在先的集料类型识别能够改善密度评测。

MPC 270可以使用伽玛辐射谱用于识别集料类型。光电吸收过程导致具有高原子系数的材料比具有低原子系数的材料具有减小的低能伽玛辐射通量。石灰石混合物的平均原子系数比花岗岩的高。因此，用密度标准化的谱中的计数能够用于集料类型识别。例如，CL能够表示具有低的和高的能量限度(EL_l和EL_h)的低能窗口中的计数，而CH能够表示具有低的和高的能量限度(EH_l和EH_h)的高能窗口中的计数。比率Rc＝CL/CH可以用于集料识别。基于实验，发现对于石灰石混合物，RC＜R0，而对于花岗岩混合物，Rc＞R0。

在沥青工业中，可以以多种方式定义用于密度确定的沥青体积。可以通过除去表面纹理来确定沥青的材料体积。此外，水驱技术和其变形可以用于密度测量。使用伽玛辐射技术用于密度测量规定沥青体积包括表面粗糙度。因此，直接的伽玛辐射密度值比通过水驱技术测得的低。此外，沥青材料的空气孔隙含量(V)与表面粗糙度具有强的关系。如果水驱和伽玛辐射技术之间的密度差异是dρ，则可以使用下述方程找出dρ和V之间的经验关系：

dρ＝B0_g+B1_g×V+B2_g×V²针对花岗岩，以及

dρ＝B0_l+B1_l×V+B2_l×V²针对石灰石。

使用配置在图6中所示的背向散射模式中的测量计200可以确定沥青密度测量。图12是示例根据于此描述的主旨的实施例的用于使用测量计200以背向散射模式测量密度的示例过程的流程图。参照图12，在框1200中，测量计200安置在沥青层600的顶面，如图6中所示。此外，源杆214安置在背向散射模式，使得辐射源202安置在沥青层600的顶面附近。此外，在背向散射模式中，在背向散射模式中移动滑动块护罩246，使得辐射源202能够朝向沥青层600发射辐射和发射辐射进入沥青层600。操作员可以与测量计200协调以初始化由MPC 270实施的背向散射模式中的密度测量过程。

在框1202中，设定辐射探测器的数据收集时间为预定时段(例如，在15和30秒之间)。接下来，在框1204，获得针对能量窗口的能量值Ei和 Ef。探测器计数可以传送到MPC 270用于在背向散射模式中确定沥青层600的密度中使用。

在框1206中，可以实施与针对框504-518描述的步骤类似的步骤，用于确定低窗口计数CL和高窗口计数CH。如上述，CL能够表示具有低的和高的能量限度(EL_l和EL_h)的低能窗口中的计数，而CH能够表示具有低的和高的能量限度(EH_l和EH_h)的高能窗口中的计数。

在框1208中，MPC 270可以确定Rc比率和计数比率CR。比率Rc＝CL/CH可以用于集料识别。比率CR＝CH/标准计数可以用于密度确定。

在框1210中，MPC 270可以确定Rc是否小于R0。如上述，对于石灰石混合物，RC＜R0，而对于花岗岩混合物，Rc＞R0。如果确定Rc小于R0，则选择石灰石校准曲线(框1212)。否则，如果确定Rc不小于R0，则选择花岗岩校准曲线(框1214)。

在框1216中，MPC 270可以使用石灰石校准曲线确定粗密度(rawdensity)ρ。此外，在框1218中，MPC 270可以确定孔隙含量V。MPC 270也可以选择石灰石校准曲线用于表面粗糙度(框1220)。在框1222中，MPC270可以计算密度校正dρ。在一个示例中，可以通过使用显示dρ和V之间的经验关系的上述方程来确定dρ。在框1224中，通过添加粗密度ρ和密度校正dρ，MPC 270可以确定沥青层600的密度。

在框1226中，MPC 270可以使用花岗岩校准曲线来确定粗密度ρ。此外，在框1228中，MPC 270可以确定孔隙含量V。MPC 270也可以选择花岗岩校准曲线用于表面粗糙度(框1230)。在框1232中，MPC 270可以计算密度校正dρ。在框1224中，通过添加粗密度ρ和密度校正dρ，MPC 270可以确定沥青层600的密度。

用与沥青密度测量类似的方式可以确定泥土密度测量。一些泥土可以含有具有高原子系数元素的矿物，例如K和Fe。根据一个实施例，能量选择的探测器可用于基于谱的低能部分的特征来识别泥土类型。通过使用用于识别泥土类型的预定校准，可以减小或避免密度误差。此外，基于确定的湿度密度可以作出对基于伽玛辐射的密度测量的校正。可以使用图3中所示的配置在透射模式中的测量计200确定泥土密度测量。

图13是示例根据于此描述的主旨的实施例的示于用于使用图3中的测 量计200以透射模式进行密度测量的示例过程的流程图。参照图13，在框1300中，测量计200如图3中所示安置在样品材料212的顶面上，此示例中样品材料212是泥土。此外，源杆214安置在透射模式，使得辐射源202安置在泥土212内部中形成在泥土212中的垂直出入孔278内。在透射模式中，由辐射源202发射的伽玛辐射能够直接横穿泥土212到达辐射探测器204。操作员可以与测量计200协调以初始化由MPC 270实施的透射模式中的密度测量过程。

在框1302中，设定辐射探测器的数据收集时间为预定的时段(例如，在15和30秒之间)。接下来，在框1304中，获得针对能量窗口的能量值E_l和E_h。探测器计数可以传送到MPC 270用于在透射模式中确定泥土212的密度。

在框1306中，可以实施与针对框504-518描述的步骤类似的步骤，用于确定低窗口计数CL和高窗口计数CH。如上述，CL能够表示具有低的和高的能量限度(EL_l和EL_h)的低能窗口中的计数，而CH能够表示具有低的和高的能量限度(EH_l和EH_h)的高能窗口中的计数。

在框1308中，MPC 270可以确定Rc比率和计数比率CR。比率Rc＝CL/CH可以用于集料识别。比率CR＝CH/标准计数可以用于密度确定。

在框1310中，MPC 270可以基于Rc值识别泥土212的泥土类型。

基于识别的泥土类型，可以使用对应于识别的泥土类型的校准曲线来确定泥土212的粗密度ρ(框1312)。MPC 270可用于使用校准曲线来确定粗密度ρ。可以基于校准块校准来生成针对多个泥土类型的校准曲线。如上述，示例校准块包括Mg、Mg/Al及Al。

接下来，在框1314中，可以使用湿度性质探测器250来确定泥土212的含湿量M。可以使用基于中子的技术或基于电磁的技术来确定含湿量。

在框1316中，MPC 270可以确定密度校正dρ。密度校正dρ可以等于含湿量M/20。在框1318中，通过从粗密度ρ减去密度校正dρ，MPC 270可以确定泥土212的密度。

计算的密度值可以经由显示屏幕274显示给操作员。在一个实施例中，以进行测量的频率间隔重复执行密度计算，该频率间隔比如是每一至二秒。此方法使得可能在计数仍在进行时向操作员提供计算的密度值的几乎实时 的显示，而不是等待直到2至4分钟的计数结束再显示密度值。可以将密度值作为时间的函数图示地显示给操作员。随着密度值停留于稳态，操作员可以决定接受足够精确的计算的密度值并停止测量过程。

辐射源/探测器和湿度性质探测器元件可以安置在测量计内部或外部任何合适的位置。例如，湿度信号源可以安置在源杆的端部中用于从样品材料的内部生成电磁场。在此示例中，湿度信号探测器可以安置在测量计外壳内，用于探测通过样品材料传输的电磁场并生成表示探测的电磁场的信号。此外，生成的电磁场可以是电磁脉冲或台阶。在另一实施例中，湿度信号源和探测器可以连接到钻杆，其用于穿透样品材料以在样品材料内部安置湿度信号源。在此示例中，湿度信号探测器可以生成表示探测的电磁场的信号，并经由有线或无线通信连接方式将信号传送到测量计外壳中的MPC。

根据于此描述的主旨的湿度性质探测器可以包括数个基于电磁的元件中的一个或多个。例如，湿度性质探测器可以包括杜罗艾德铬合金钢(duroid)贴片天线，配置为探测由电磁场源生成的电磁场。可以作为介电常数的函数监控谐振频率或输入阻抗。

在另一示例中，湿度性质探测器可以包括背腔偶极子天线。该天线可以包括在预定频率处(例如2.45GHz)的偶极子。此外，此天线可以包括填充有介电材料的金属腔，以减小元件的整体大小。基于腔表面的几何形状，腔可以用作能量焦点。

在另一示例中，湿度性质探测器可以包括单极子。单极子可以探测宽带DC至微波电磁场。使用中，单极子可以由振荡器驱动。可以作为频率和获得的多个泥土的参数的函数来测量阻抗。可选地，能够获得脉冲响应并且对合变换理论能够用于获得泥土性质。此外，可以将单极子涂上绝缘材料，用于减小泥土中的能量损耗。

在另一实施例中，湿度性质探测器可以包括合适的弥散场、低频设备。该设备可以包括信号线、地及一个或多个导体。

应当理解，可以改变于此描述的主旨的多个细节，而不脱离于此描述的主旨的范围。此外，前述表示仅是为示例目的，而不是为限定目的，因为于此描述的主旨由以下提出的权利要求规定。

Claims (75)

1.一种用于测量样品建筑材料的密度的核子密度测量计，所述核子密度测量计包括：

(a)辐射源，安置在样品建筑材料内部并适于从所述样品建筑材料内部发射辐射；

(b)辐射探测器，与所述辐射源分开安置并可用于产生表示探测的辐射的能量水平的信号；以及

(c)材料性质计算功能元件，配置为基于由所述辐射探测器产生的所述信号来计算与所述样品建筑材料的密度相关的值。

2.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述辐射源是伽玛辐射源，并且其中，所述辐射探测器是伽玛辐射探测器。

3.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述辐射源包括从包含铯-137、钴-60、及镭-226的组中选择的材料。

4.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述辐射源适于发射具有离散的能量和均匀的分布的辐射。

5.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述样品建筑材料包括从包含泥土、沥青、及石头的组中选择的材料。

6.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述样品建筑材料包括从包含铺筑材料、底基材料、及地基材料的组中选择的材料。

7.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述辐射探测器是能量选择的伽玛辐射探测器。

8.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述辐射探测器是闪烁类型的伽玛辐射探测器。

9.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，表示探测的辐射的能量水平的所述信号表示所述探测的辐射的能谱的预定部分，并且其中，所述材料性质计算功能元件配置为基于所述探测的辐射的所述能谱的所述预定部分来计算与所述样品建筑材料的密度相关的值。

10.如权利要求9所述的核子密度测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为分类和累加对应于所述能谱的所述预定部分的一个或多个通道中的信号。

11.如权利要求10所述的核子密度测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为分类和累加所述探测的辐射的所述能谱范围中的多个通道中的信号，并且其中，至少一个通道规定所述能谱的所述预定的部分。

12.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为计算所述样品建筑材料的密度值，其被针对环境背景辐射进行校正。

13.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为基于校准曲线来针对密度值计算进行校正。

14.如权利要求1所述的核子密度测量计，包括可用于显示与所述样品建筑材料的密度相关的值的显示器。

15.如权利要求1所述的核子密度测量计，其中，所述辐射源用于安置在所述样品建筑材料的表面并且适于朝向所述样品建筑材料的内部发射辐射。

16.一种用于测量建筑材料的密度的材料性质测量计，所述材料性质测量计包括：

(a)辐射源，安置为发射辐射到样品建筑材料中；

(b)辐射探测器，与所述辐射源分开安置，并可用于探测来自所述样品建筑材料的辐射和产生表示所述探测的辐射的信号；

(c)湿度性质探测器，可用于确定所述样品建筑材料的湿度性质，并可用于产生表示所述湿度性质的信号；以及

(d)材料性质计算功能元件，配置为基于由所述辐射探测器和所述湿度性质探测器所产生的所述信号来计算与所述样品建筑材料相关的性质值。

17.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述辐射源包括从包含铯-137、钴-60、及镭-226的组中选择的材料。

18.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述辐射源适于发射具有离散的能量和均匀的分布的辐射。

19.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述样品建筑材料包括从包含泥土、沥青、及石头的组中选择的材料。

20.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述样品建筑材料包括从包含铺筑材料、底基材料、及地基材料的组中选择的材料。

21.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述辐射探测器是能量选择的伽玛辐射探测器。

22.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，其中，所述辐射探测器是闪烁类型的伽玛辐射探测器。

23.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述湿度性质探测器可用于探测与由所述辐射探测器产生的所述信号相关的慢中子，并配置为基于对所述慢中子的所述探测来计算与所述样品建筑材料相关的性质值。

24.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述湿度性质探测器可用于确定所述样品建筑材料的电容率、电导率、电阻率及介电常数中的一个或多个，用于计算所述样品建筑材料的含湿量。

25.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，由所述辐射探测器产生的所述信号表示对所述探测的辐射的所述慢中子的所述探测，并且其中，所述材料性质计算功能元件可用于基于对所述慢中子的所述探测来计算与所述样品建筑材料相关的性质值。

26.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为基于由所述辐射探测器产生的所述信号来确定所述样品建筑材料的粗密度值。

27.如权利要求26所述的材料性质测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为基于由所述湿度性质探测器产生的所述信号来校正所述粗密度值。

28.如权利要求27所述的材料性质测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为基于由所述湿度性质探测器产生的所述信号来确定密度校正值。

29.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，表示探测的辐射的能量水平的所述信号表示所述探测的辐射的能谱的预定部分，并且其中，所述材料性质计算功能元件配置为基于所述探测的辐射的所述能谱的所述预定部分来计算与所述样品材料的密度相关的值。

30.如权利要求29所述的材料性质测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为分类和累加对应于所述能谱的所述预定部分的一个或多个通道中的信号。

31.如权利要求30所述的材料性质测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为分类和累加所述探测的辐射的所述能谱范围中的多个通道中的信号，并且其中，至少一个通道规定所述能谱的所述预定的部分。

32.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为计算所述样品材料的密度值，其被针对环境背景辐射进行校正。

33.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述材料性质计算功能元件配置为基于校准曲线来针对密度值计算进行校准。

34.如权利要求16所述的材料性质测量计，包括可用于显示与所述样品材料的密度相关的值的显示器。

35.如权利要求16所述的材料性质测量计，其中，所述辐射源适于安装在所述样品建筑材料的内部和所述样品建筑材料的表面中的一个中。

36.一种用于测量样品建筑材料的密度的方法，所述方法包括：

(a)从所述样品建筑材料的内部导引辐射；

(b)探测从所述样品建筑材料的内部导引的所述辐射；

(c)产生表示探测的辐射的能量水平的信号；以及

(d)基于由所述辐射探测器产生的所述信号来计算与所述样品建筑材料的密度相关的值。

37.如权利要求36所述的方法，其中，导引辐射包括导引具有离散的能量和均匀的分布的辐射。

38.如权利要求36所述的方法，其中，所述样品建筑材料包括从包含泥土、沥青、及石头的组中选择的材料。

39.如权利要求36所述的方法，其中，所述样品建筑材料包括从包含铺筑材料、底基材料、及地基材料的组中选择的材料。

40.如权利要求36所述的方法，其中，产生信号包括产生表示所述探测的辐射的能谱的预定部分的信号，并且其中，所述方法包括基于所述探测的辐射的所述能谱的所述预定部分来计算与所述样品建筑材料的密度相关的值。

41.如权利要求40所述的方法，包括分类和累加对应于所述能谱的所述预定部分的一个或多个通道中的信号。

42.如权利要求41所述的方法，包括分类和累加所述探测的辐射的所述能谱范围中的多个通道中的信号，其中，至少一个通道规定所述能谱的所述预定部分。

43.如权利要求36所述的方法，包括计算所述样品建筑材料的密度值，其被针对环境背景辐射进行校正。

44.如权利要求36所述的方法，包括基于校准曲线来针对密度值计算进行校准。

45.如权利要求36所述的方法，包括显示与所述样品建筑材料的密度相关的值。

46.一种用于测量样品建筑材料的密度的方法，所述方法包括：

(a)将辐射导引到样品建筑材料中；

(b)探测来自所述样品建筑材料的辐射；

(c)产生表示所述探测的辐射的信号；

(d)确定所述样品建筑材料的湿度性质；

(e)产生表示所述湿度性质的信号；以及

(f)基于表示所述探测的辐射的所述信号和表示所述湿度性质的所述信号来计算与所述样品建筑材料相关的性质值。

47.如权利要求46所述的方法，其中，所述样品建筑材料包括从包含泥土、沥青、及石头的组中选择的材料。

48.如权利要求46所述的方法，其中，所述样品建筑材料包括从包含铺筑材料、底基材料、及地基材料的组中选择的材料。

49.如权利要求46所述的方法，包括：

(a)确定与表示所述探测的辐射的所述信号相关的能量水平；以及

(b)基于所述确定的能量水平来计算与所述样品建筑材料相关的所述性质值。

50.如权利要求46所述的方法，包括：

(a)基于表示所述湿度性质的所述信号来确定所述样品建筑材料的电容率、电导率、电阻率、及介电常数中的一个或多个；以及

(b)基于所述样品建筑材料的电容率、电导率、电阻率、及介电常数中的所述一个或多个来计算所述样品建筑材料的含湿量。

51.如权利要求46所述的方法，其中，产生表示所述探测的辐射的信号包括产生表示所述探测的辐射的能量水平的信号，并且所述方法包括基于所述能量水平来计算与所述样品建筑材料相关的所述性质值。

52.如权利要求51所述的方法，包括基于表示所述湿度性质的所述信号来确定所述样品建筑材料的粗密度值。

53.如权利要求52所述的方法，包括基于表示所述湿度性质的所述信号来校正所述粗密度值。

54.如权利要求53所述的方法，包括基于表示所述湿度性质的所述信号来确定密度校正值。

55.如权利要求46所述的方法，其中，产生表示所述探测的辐射的信号包括产生表示所述探测的辐射的能谱的预定部分的信号，并且其中，所述方法包括基于所述探测的辐射的所述能谱的所述预定部分来计算与所述样品材料的密度相关的值。

56.如权利要求55所述的方法，包括分类和累加对应于所述能谱的所述预定部分的一个或多个通道中的信号。

57.如权利要求56所述的方法，包括分类和累加所述探测的辐射的所述能谱范围中的多个通道中的信号，并且其中，至少一个通道规定所述能谱的所述预定部分。

58.如权利要求46所述的方法，包括计算所述样品材料的密度值，其被针对环境背景辐射进行校正。

59.如权利要求46所述的方法，包括基于校准曲线来针对密度值计算进行校准。

60.如权利要求46所述的方法，包括显示与所述样品材料的密度相关的值。

61.一种用于测量样品建筑材料的密度的设备，所述设备包括：

(a)用于将辐射导引到样品建筑材料中的装置；

(b)用于探测来自所述样品建筑材料的辐射的装置；

(c)用于产生表示所述探测的辐射的信号的装置；

(d)用于确定所述样品建筑材料的湿度性质的装置；

(e)用于产生表示所述湿度性质的信号的装置；以及

(f)用于基于表示所述探测的辐射的所述信号和表示所述湿度性质的所述信号来计算与所述样品建筑材料相关的性质值的装置。

62.如权利要求61所述的设备，其中，所述样品建筑材料包括从包含泥土、沥青、及石头的组中选择的材料。

63.如权利要求61所述的设备，其中，所述样品建筑材料包括从包含铺筑材料、底基材料、及地基材料的组中选择的材料。

64.如权利要求61所述的设备，包括：

(a)用于确定与表示所述探测的辐射的所述信号相关的能量水平的装置；以及

(b)用于基于所述确定的能量水平来计算与所述样品建筑材料相关的所述性质值的装置；

65.如权利要求61所述的设备，包括：

(a)用于基于表示所述湿度性质的所述信号来确定所述样品建筑材料的电容率、电导率、电阻率、及介电常数中的一个或多个的装置；以及

(b)用于基于所述样品建筑材料的电容率、电导率、电阻率、及介电常数中的所述一个或多个来计算所述样品建筑材料的含湿量的装置。

66.如权利要求61所述的设备，其中，接收信号包括接收表示所述探测的辐射的能量水平的信号，并且所述接收信号包括基于所述能量水平来计算与所述样品建筑材料相关的所述性质值。

67.如权利要求66所述的设备，包括用于基于表示所述湿度性质的所述信号未确定所述样品建筑材料的粗密度值的装置。

68.如权利要求67所述的设备，包括用于基于表示所述湿度性质的所述信号来校正所述粗密度值的装置。

69.如权利要求68所述的设备，包括用于基于表示所述湿度性质的所述信号来确定密度校正值的装置。

70.如权利要求61所述的设备，其中，产生表示所述探测的辐射的信号包括产生表示所述探测的辐射的能谱的预定部分的信号，并且其中，所述产生表示所述探测的辐射的信号包括基于所述探测的辐射的所述能谱的所述预定部分来计算与所述样品材料的密度相关的值。

71.如权利要求70所述的设备，包括用于分类和累加对应于所述能谱的所述预定部分的一个或多个通道中的信号的装置。

72.如权利要求71所述的设备，包括用于分类和累加所述探测的辐射的所述能谱范围中的多个通道中的信号的装置，并且其中，至少一个通道规定所述能谱的所述预定部分。

73.如权利要求61所述的设备，包括用于计算所述样品材料的密度值的装置，该密度值被针对环境背景辐射进行校正。

74.如权利要求61所述的设备，包括用于基于校准曲线来针对密度值计算进行校准的装置。

75.如权利要求61所述的设备，包括用于显示与所述样品材料的密度相关的值的装置。

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