BR112014000114B1 - método para a estimativa de um valor de aquecimento de um material biológico; e aparelho para a estimativa de um valor de aquecimento de um material biológico - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA A ESTIMATIVA DE UM VALOR DE AQUECIMENTO DE UM MATERIAL BIOLÓGICO; E APARELHO PARA A ESTIMATIVA DE UM VALOR DE AQUECIMENTO DE UM MATERIAL BIOLÓGICO. Trata-se de um método para a estimativa de um valor de aquecimento de urn material biológico. O método compreende: correlacionar quantidades de radiação transmitida através de vários materiais de referência diferentes, sendo que a dita radiação é radiação eletromagnética de pelo menos dois níveis de energia, com valores de aquecimento para os ditos materiais de referência obtidos através de medições de calorímetro; irradiar o material biológico (102) com radiação eletromagnética dos ditos pelo menos dois níveis de energia diferentes; e medir a quantidade de radiação (109a a c) transmitida através do dito material biológico nos ditos níveis de energia. O método compreende adicionalmente determinar, para cada nível de energia, um valor de transmissão através do material biológico com base na radiação através do dito material biológico; e determinar, com base nos ditos valores de transmissão determinados e na dita correlação, uma estimativa do valor de aquecimento do dito material biológico. Um aparelho correspondente (100) também é revelado.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um método e um aparelho para a estimativa do valor de calor de um material biológico em um procedimento automatizado. A invenção é particularmente útil para medir o valor de aquecimento de biocombustíveis, tais como lascas de madeira e carvão.
[002] Os materiais biológicos e, em particular, combustíveis de biomassa, são usados comumente em processos de queima para a geração de calor e energia. Um dos combustíveis de biomassa mais importantes é a madeira. Entretanto, combustíveis de biomassa diferentes geram uma quantidade diferente de calor e um tipo e quantidade diferente de resíduos após a queima. Grandes desvios existem também para qualidades e tipos diferentes de madeira. Isso torna difícil controlar um processo de combustão ou queima efetivamente.
[003] Então, é de grande importância, frequentemente, ter capacidade para estimar o valor de aquecimento de um material biológico. Por exemplo, em sistemas de bioenergia, incluindo sistemas de queima, é de grande importância estimar o valor de aquecimento do material alimentado ao sistema de bioenergia, a fim de controlar o processo de queima mais precisamente, e aprimorar a eficiência do mesmo. 0 valor de aquecimento varia tipicamente entre tipos diferentes de materiais biológicos, mas também dentro de cada tipo. Por exemplo, o mesmo tipo de material biológico pode ter teor de hidratação diferente, propriedades de cinza diferentes, etc. Por exemplo, na madeira, isso pode depender de uma variedade de fatores que incluem o tipo de árvore ou arbusto, a parte da árvore ou arbusto (casca, madeira, folhas), etc.
[004] Muitas sugestões foram propostas durante os anos para fornecer estimativas de valor de aquecimento de materiais diferentes. Por exemplo, o documento n2 US 7 690 268 revela um método para determinar o valor de aquecimento de um material volátil.
[005] Entretanto, esse método pode ser usado somente em um único material predeterminado, para o qual os valores caloríficos são conhecidos previamente. Consequentemente, esse método não pode ser usado quando muitos materiais diferentes são usados simultaneamente. De modo similar, o método revelado no documento n2 US 3 934 139 refere-se também à estimativa de valor de aquecimento para um material específico, e também exige a determinação da densidade do material. 0 método revelado no documento n2 EP 0 718 553 determina o teor de hidratação de um material, e supõe que isso está correlacionado ao valor de aquecimento. Embora essa suposição possa ser correta para alguns materiais, a mesa não é geralmente válida, o que torna o método difícil de usar para sistemas que lidam com uma variedade de materiais biológicos. Ademais, os problemas comuns com tais métodos conhecidos são aqueles que os aparelhos são grandes e dispendiosos, que os métodos são relativamente tediosos e complicados de realizar, e/ou que os resultados são imprecisos e não confiáveis.
[006] Portanto, é uma necessidade para um método confiável e rápido estimar o valor de aquecimento de um material biológico e, em particular, de um método que pode ser usado também ao lidar com uma variedade de materiais biológicos.
[007] Portanto, é um objetivo da presente invenção fornecer um aparelho e um método aprimorado para a estimativa do valor de aquecimento de um material biológico, preferencialmente em um processo automatizado, que supera ou pelo menos alivia os problemas discutidos acima da técnica anterior.
[008] Esse objetivo é alcançado por meio da invenção conforme definido nas reivindicações anexas.
[009] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um método para a estimativa de um valor de aquecimento de um material biológico que compreende:
[010] correlacionar as quantidades de radiação transmitida através de vários materiais de referência diferentes, sendo que a dita radiação é a radiação eletromagnética de pelo menos dois níveis de energia, com valores de aquecimento para os ditos materiais de referência obtidos através de medições de calorímetro;
[011] irradiar o material biológico com a radiação eletromagnética dos ditos pelo menos dois níveis de energia diferentes;
[012] medir a quantidade de radiação transmitida através do dito material biológico nos ditos níveis de energia;
[013] determinar, para cada nível de energia, a valor de transmissão através do material biológico com base na radiação através do dito material biológico; e
[014] determinar, com base nos ditos valores de transmissão determinados e na dita correlação, uma estimativa do valor de aquecimento do dito material biológico.
[015] A presente invenção é baseada na realização surpreendente que os valores de transmissão podem ser correlacionados diretamente ao valor de aquecimento, sem a necessidade de determinar o tipo de material biológico usado, o teor de hidratação, o teor de cinza, a densidade etc. Observou-se que essa correlação é essencialmente independente desses parâmetros. Com essa correlação direta, um método mais eficiente e consideravelmente simplificado para determinar o valor de aquecimento é obtido.
[016] O termo "valor de aquecimento" é usado aqui para indicar a energia eficiente que é obtenível durante a combustão, em joules ou kcal, por unidade de massa do material biológico. 0 valor de aquecimento pode ser referido também como valor calorífico. 0 método da presente invenção pode ser usado para estimar o valor calorífico bruto, comumente referido como o valor de aquecimento alto, ou o valor calorífico líquido, comumente referido como o valor de aquecimento baixo. A diferença entre os dois é que o valor calorífico líquido não inclui a energia para condensar o vapor de água produzido.
[017] A presente invenção é particularmente útil para a estimativa do valor de aquecimento em lascas de madeira, mas a mesma pode ser usada também para outras formas de madeira, assim como para outros tipos de material biológico, tal como outros tipos de combustível de biomassa, carvão, etc. A invenção é particularmente útil para o material biológico em uma forma separada ou líquida, e preferencialmente na forma de lascas. Entretanto, a invenção é útil também para outros tipos de material biológico.
[018] O método da presente invenção faz uso de irradiação de dois ou mais níveis de energia diferentes, e determina o valor de aquecimento do material, direta ou indiretamente, a partir da energia de transmissão medida, isto é, a quantidade da radiação de cada comprimento de onda que é absorvida no material. Tipos de material diferentes, tais como espécie diferente de madeira, têm um coeficiente de absorção diferente. Entretanto, o sistema da invenção compensa isso de um modo muito eficaz usando-se a correlação aos valores de aquecimento para os materiais de referência obtidos através de medições de calorímetro.
[019] O método/aparelho de acordo com a presente invenção é muito bem adequado para uso em medições em tempo real ao longo da linha transportadoras onde o material é transportado, em tubulações, etc. Isso é possível, visto que, por exemplo, a presente invenção pode ser usada para várias e variáveis alturas e formas do material biológico. Entretanto, a mesma é também muito útil para medir amostras de material disposto em recipientes de amostra, por exemplo, para teste de amostra em indústrias de processo, nas medições de campo, etc. A presente invenção pode ser usada em procedimentos completa ou parcialmente automatizados, e exige nenhuma, ou muito limitada, interação de operador.
[020] As medições de referência para obter a correlação são montadas preferencialmente medindo-se a transmissão de radiação eletromagnética de pelo menos dois níveis de energia diferentes através de uma pluralidade de tipos de material diferentes, e medindo-se o valor de aquecimento dos ditos materiais por meio de um método convencional. Os tipos de material podem ser, por exemplo, espécies diferentes de madeira, tais como bétula, abeto, pinheiro, carvalho e amieiro, e também carvão e outros biocombustíveis. Visto que a correlação só precisa ser estabelecida durante a inicialização, e pode ser reusada em seguida repetidamente, não há necessidade particular por processos rápidos durante essas medições de referência.
[021] Devido à estimativa eficiente do valor de aquecimento, é possível controlar o processo de combustão/queima em relação ao valor de aquecimento, a fim de obter uma combustão/queima mais eficaz.
[022] A presente invenção pode ser usada em procedimentos completa ou parcialmente automatizados, e exige nenhuma, ou muito limitada, interação de operador. 0 envio de informações relacionadas ao valor de aquecimento para um sistema de controle e o uso das ditas informações para o controle do processo subsequente também pode ser automatizado. Quando usado em um sistema em linha, o processo subsequente pode ser controlado pelo presente em tempo real com base nas ditas informações. Entretanto, é possível também armazenar as informações para uso posterior em associação com o lote ou a amostra específica de material biológico.
[023] A medição de calorímetro para determinar os valores de aquecimento para os ditos materiais de referência é preferencialmente uma medição de calorímetro de bomba adiabática. Mais preferencialmente, a medição de calorímetro de bomba adiabática é feita de acordo com o padrão internacional ISO 1928:1995.
[024] A determinação do valor de aquecimento estimado compreende preferencialmente as etapas de:
[025] determinar um quociente entre as estimativas de transmissão com base nos ditos valores de transmissão de dois dentre os ditos pelo menos dois níveis de energia, para cada combinação dentre os ditos pelo menos dois níveis de energia;
[026] multiplicar cada quociente com um coeficiente para
[027] cada quociente; e adicionar os ditos quocientes multiplicados pelos ditos coeficientes,
[028] em que os ditos coeficientes são determinados pela dita correlação.
[029] Consequentemente, o valor de aquecimento é calculado com base no quociente entre duas ou mais medições de níveis de energia diferentes, como:
[030] W=a*Kl + b*K2 + C*K3 + ...
[031] K é aqui o quociente entre as medições em níveis de energia diferentes. Pelo presente, se dois níveis de energia forem usados, um K é obtido. Se três níveis de energia forem usados, três K:s são obtidos. Se quatro níveis de energia forem usados, seis K:s são obtidos, etc. Se três níveis de energia forem usados, os três K:s podem ser: Kl =R1/R2, K2=R2/R3 e K3=R1/R3.
[032] Consequentemente, para apenas dois níveis de energia, o valor de aquecimento pode ser estimado como W=a*Kl, e se três níveis de energia forem usados, como W=a*Kl + b*K2 + c*K3, e se quatro níveis de energia forem usados, como W=a*Kl + b*K2 + c*K3 + d*K4 + e*K5 + f*K6.
[033] Os coeficientes, denominados a a f acima, são determinados na correlação discutida acima, com base nas medições de referência. A correlação entre o valor de aquecimento e os valores de transmissão é surpreendentemente boa mesmo se somente dois níveis de energia forem usados, mas é aprimorada ainda mais se três ou mais níveis de energia forem usados. Preferencialmente, três níveis de energia distintos são usados.
[034] Preferencialmente, as estimativas de transmissão nos ditos quocientes são quocientes logarítmicos de valores de referência calibrados para a transmissão no nível de energia e os valores de transmissão através do material biológico no mesmo nível de energia. Consequentemente, Rx = Ln(N0x/Nx). Mais preferencialmente, os quocientes entre as ditas estimativas de transmissão são valores de K, sendo que os ditos valores de K são calculados como:
[035]
[036] em que NOA, NOB são os valores de referência calibrados para transmissão nos dois níveis de energia A e B, e NA, NB são os valores de transmissão através do material biológico nos ditos níveis de energia.
[037] Observou-se pelos presentes inventores que a correlação entre o(s) valor(es) de K e o(s) valor(es) de aquecimento é relativamente linear para muitos tipos de material biológico, em particular para muitas espécies de madeira, e em conformidade, relativamente poucos valores específicos das medições de referência podem ser usados ainda para fornecer estimativas precisas de uma faixa ampla de valores de aquecimento no material de amostra.
[038] A quantidade de radiação transmitida através da amostra do material biológico nos dois níveis de energia é determinada preferencialmente em relação a um valor de referência de calibração. 0 valor de referência de calibração pode ser determinado, por exemplo, através da medição da transmissão de radiação através de um material de referência de uma espessura predeterminada, que é feita preferencialmente de modo imediato antes e/ou após cada medição através do material biológico, sendo que o material de referência é, por exemplo, alumínio. Pelo presente, garante-se que a calibração adequada esteja sempre à mão.
[039] O material biológico é transportado preferencialmente em uma linha transportadora, em que o material biológico é irradiado com a radiação eletromagnética de pelo menos dois níveis de energia diferentes em um plano substancialmente perpendicular a uma direção de avanço da dita linha transportadora. Pelo presente, a quantidade de radiação transmitida através do dito material biológico nos ditos dois níveis de energia é determinada preferencialmente para uma pluralidade de trajetórias de radiação que penetram o dito material biológico no plano substancialmente perpendicular à direção de avanço da dita linha transportadora.
[040] Ambos os pelo menos dois níveis de energia diferentes são preferencialmente de comprimentos de onda de radiação de raios X. Ademais, a radiação de ambos os ditos níveis de energia é preferencialmente emitida a partir de uma única fonte de radiação que opera na faixa de energia de 20 a 150 kVp. Aqui, kVp (quilovoltagem de pico) denota a voltagem máxima aplicada através de um tubo de raios X. A mesma determina a energia cinética dos elétrons acelerados no tubo de raios X e a energia de pico do espectro de emissão de raios X. A voltagem real através do tubo pode variar.
[041] A irradiação da amostra do material biológico com a radiação eletromagnética de pelo menos dois níveis de energia diferentes compreende preferencialmente uma primeira irradiação com um primeiro nível de energia, e uma subsequente segunda irradiação com um segundo nível de energia. Alternativamente, a fonte de radiação pode compreender dois ou vários tubos de radiação justapostos separados que irradiam de modo simultâneo ou sequencial. Preferencialmente, a radiação de comprimento de onda diferente atravessa o material a ser medido essencialmente ao longo da mesma trajetória.
[042] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um aparelho para a estimativa de um valor de aquecimento de um material biológico que compreende as etapas de:
[043] uma fonte de radiação para irradiação de um material biológico com radiação eletromagnética de pelo menos dois níveis de energia diferentes;
[044] um detector para receber a radiação eletromagnética transmitida através do dito material biológico, para a determinação, para cada nível de energia, de um valor de transmissão através do material biológico;
[045] um controlador disposto para correlacionar as quantidades de radiação transmitida através de vários materiais de referência diferentes, sendo que a dita radiação é a radiação eletromagnética de pelo menos dois niveis de energia, com os valores de aquecimento para os ditos materiais de referência obtidos através de medições de calorimetro, e para determinar, com base nos ditos valores de transmissão determinados e na dita correlação, uma estimativa do valor de aquecimento do dito material biológico.
[046] Esses e outros aspectos da invenção serão evidentes a partir de e elucidar com referência às modalidades descritas a seguir.
[047] Para fins de explicação, a invenção será descrita em maiores detalhes a seguir com referência às modalidades da mesma ilustradas nos desenhos anexos, em que:
[048] A Figura 1 ilustra de modo esquemático um dispositivo de medição para a estimativa de um valor de aquecimento em um material biológico transportado em uma linha transportadora; e
[049] a Figura 2a a b ilustra de modo esquemático uma modalidade da invenção onde o material a ser medido está disposto em um recipiente de amostra, em que a Figura 2a é uma vista de topo esquemática do aparelho de medição, e
[050] a Figura 2b é uma vista de lado simplificada do aparelho da Figura 2a, onde alguns dos componentes do aparelho conforme mostrado na Figura 2a foram excluídos para aumento de clareza; e
[051] a Figura 3 é um gráfico que mostra a correlação entre os valores de aquecimento estimados com base nos valores de K, e os valores de aquecimento medidos em um calorimetro de bomba adiabática, para vários materiais biológicos diferentes.
[052] A Figura 1 ilustra de modo esquemático uma modalidade de um dispositivo de medição 100 para a estimativa de um valor de aquecimento de um material biológico 102 transportado em uma linha transportadora 103. 0 material biológico 102 pode ser tipicamente lascas de madeira, ou outros combustíveis de biomassa.
[053] Se a altura e as propriedades do material variarem, é preferencial varrer essencialmente todo o material movido pelo dispositivo de medição. Se não houver variação significativa em altura e propriedades do material ao longo do tempo, pode ser suficiente medir em um único ponto ou área alvo.
[054] A fim de varrer essencialmente todo o material, o dispositivo de medição compreende uma fonte de radiação 104 adaptada para irradiar uma área alvo 105 que se estende através da largura da linha transportadora. A fonte de radiação 104 é adaptada para fornecer a radiação de pelo menos dois comprimentos de onda/níveis de energia diferentes. Preferencialmente, a fonte de radiação é um tubo de raios X para provisão de radiação de raios X de dois ou mais comprimentos de onda diferentes. Preferencialmente, o tubo de raios X opera na faixa de 20 a 150 kVp. A radiação de saída da fonte de radiação é direcionada preferencialmente em direção à área alvo através de um colimador e uma lente (não mostrada) . A fonte de radiação 104 é controlada por meio de um controlador 106.
[055] Alternativamente, a fonte de radiação 104 pode compreender dois ou vários tubos de radiação justapostos separados, em que as fontes de radiação justapostas irradiam os comprimentos de onda diferentes de modo simultâneo ou sequencial. Entretanto, preferencialmente a radiação de comprimento de onda diferente atravessa o material a ser medido essencialmente ao longo da mesma trajetória. Quando a radiação de dois (ou mais) comprimentos de onda é emitida simultaneamente a partir da fonte de radiação, a intensidade dos dois sinais deve ser medida preferencialmente de modo individual. Isso pode ser efetuado diretamente fazendo-se provisões de modo que determinadas porções do detector através de filtração somente medem a radiação que tem um determinado nível de energia enquanto outros medem outros níveis de energia. Isso pode ser efetuado também através do tratamento subsequente de sinais, permitindo que os sinais sobrepostos sejam separados.
[056] No lado oposto da área alvo 105, um detector 107 é disposto para receber a radiação transmitida através de material localizado na área alvo 105. 0 detector é preferencialmente um detector por semicondutor que compreende um arranjo linear de áreas de detector por semicondutor 107a a c distribuídas através da largura da linha transportadora. 0 número de áreas de detector pode variar devido às variações esperadas de teor de cinza no material, etc. 0 detector 107 é conectado a uma unidade de controle 108 com um processador, por exemplo, um computador pessoal comum. A unidade de controle recebe os dados de detecção a partir do detector através de uma interface adequada, tal como através de uma porta USB.
[057] Na operação, a fonte de radiação 104 irradia o material na área alvo 105 com a radiação eletromagnética de pelo menos dois níveis de energia diferentes. Isso pode ser alcançado irradiando-se sequencialmente o material com a radiação de um primeiro comprimento de onda, e a radiação de um segundo comprimento de onda, isto é, a fonte de radiação emite inicialmente raios que têm um comprimento de onda e em seguida, alterando-se a voltagem através do tubo de radiação, um comprimento de onda diferente.
[058] Para cada nivel de energia, a quantidade de radiação transmitida através do material localizado na área alvo 105 é medida no lado oposto da área alvo 105 pelas áreas de detector 107a a c do detector, em que cada área de detector 107a a c recebe a radiação que penetrou o material 102 ao longo de uma trajetória de radiação diferente 109a a c.
[059] A fim de obter um valor de referência para a calibração, é preferencial medir um material de calibração. Isso pode ser alcançado, por exemplo, através da medição sem qualquer material biológico presente. Consequentemente, nesse caso, uma medição de calibração é obtida com ar como um material de calibração. Alternativamente, o material biológico pode ser substituído com um material de calibração com propriedades conhecidas, tal como alumínio. As medições de calibração podem ser obtidas antes da medição do material biológico, durante a inicialização, ou repetidamente durante o processo. Alternativamente, as medições de calibração podem ser obtidas deslocando-se a fonte de radiação 104 e o detector 107 para uma localização próxima à linha transportadora de modo que a radiação passe através do ar somente no caminho do mesmo a partir da fonte de radiação para o detector. É possível também usar detectores e fontes de radiação adicionais situados em um ou ambos os lados da correia transportadora.
[060] Com base nessas medições de calibração, os valores de calibração são determinados como:
[061] NQI,O2 = NAri,2 exp (px)
[062] onde N01e N02 são os valores de calibração para o nível de energia 1 e 2, respectivamente, NArl e NAr2 são os valores de transmissão detectados após a passagem através da distância conhecida de ar, p é o coeficiente de atenuação para o ar (cm-1) e x é a distância conhecida de ar (cm) que separa a fonte de radiação e o detector.
[063] Um valor de K para o material é determinado para a radiação recebida por cada área de detector 107a a c. 0 valor de K é calculado como:
[064]
[065] em que NOi, N02 são os valores de referência calibrados para a transmissão nos dois níveis de energia e Ni, N2 são os valores de transmissão através do material biológico nos níveis de energia.
[066] Uma correlação entre os valores de aquecimento e as quantidades de radiação transmitida através do material biológico é determinada em seguida. Isso é determinado com base nas medições de referência de vários materiais de referência diferentes.
[067] As medições de referência são feitas preferencialmente como a medição de calorímetro de tipo padrão e, preferencialmente, uma medição de calorímetro de bomba adiabática é usada. Mais preferencialmente, a medição de calorímetro de bomba adiabática é feita de acordo com o padrão internacional ISSO 1928:1995.
[068] A correlação entre os valores de aquecimento das medições de referência e os valores de transmissão é feita preferencialmente através da correlação aos valores de K discutidos acima. Preferencialmente, o valor de aquecimento é calculado com base no quociente entre duas ou mais medições de níveis de energia diferentes, como:
[069] W=a*Kl + b*K2 + c*K3 + ...
[070] onde K são os quocientes entre cada e toda combinação de medições em níveis de energia diferentes. Pelo presente, se dois níveis de energia forem usados, um K é obtido. Se três níveis de energia forem usados, três K:s são obtidos. Se quatro níveis de energia forem usados, seis K:s são obtidos, etc. Se três níveis de energia forem usados, os três K:s podem ser: Kl =R1/R2, K2=R2/R3 e K3=R1/R3. Consequentemente, para somente dois níveis de energia, o valor de aquecimento pode ser estimado como W=a*Kl, e se três níveis de energia forem usados, como W=a*Kl + b*K2 + c*K3, e se quatro níveis de energia forem usados, como W=a*Kl + b*K2 + c*K3 + d*K4 + e*K5 + f*K6. Os coeficientes, denominados a a f acima, são determinados e otimizados matematicamente para fornecer uma correlação entre as medições de referência e a energia de calor como estimada com base nas medições de transmissão. Consequentemente, os valores de K podem ser usados em uma representação polinomial ou linear da correspondência entre o valor de K e o valor de aquecimento, e essa função pode ser usada em seguida para uma estimativa do valor de aquecimento com base nos valores de K calculados e medidos do material de amostra.
[071] Observou-se pelos presentes inventores que uma aproximação boa dos valores de aquecimento, e uma correlação boa entre as medições de referência e a estimativa com base nas medições de transmissão, podem ser alcançadas. Na Figura 3, um gráfico é fornecido que mostra os valores de aquecimento estimados com base nos valores de K em um eixo geométrico, e os valores de aquecimento medidos através das medições de referência em um calorímetro de bomba adiabática no outro eixo geométrico, para vários materiais biológicos diferentes. As medições de transmissão foram feitas aqui com três níveis de energia diferentes, mas já com dois níveis de energia, uma correlação relativamente boa pode ser alcançada. Conforme pode ser determinado a partir da Figura 3, as medições de transmissão possibilitam o cálculo de uma aproximação boa do valor de aquecimento real, que possibilita estimativa econômica e rápida dos valores de aquecimento, que pode ser usada, por exemplo, em medições em linha contínuas e similares.
[072] Os valores de aquecimento estimados podem ser usados pela unidade de controle 108, ou por outras unidades de controle, para controlar, por exemplo, um processo de combustão ou queima efetivamente.
[073] A Figura 2a a b ilustra de modo esquemático uma modalidade alternativa de um dispositivo de medição de acordo com a invenção. 0 dispositivo de medição 100 compreende uma fonte de radiação 104 para irradiar uma área alvo com pelo menos dois níveis de energia/comprimentos de onda. Preferencialmente, a fonte de radiação é um tubo de raios X para a provisão de radiação de raios X de dois ou mais comprimentos de onda diferentes.
[074] Preferencialmente, o tubo de raios X opera na faixa de 20 a 150 kVp. A radiação de saída da fonte de radiação é direcionada preferencialmente em direção a uma área alvo através de um colimador e uma lente. A fonte de radiação é controlada por meio de um controlador 106. Um detector 107 é disposto no lado oposto da área alvo. 0 detector é conectado a uma unidade de controle 108 que recebe os dados de detecção a partir do detector. Nessa modalidade, o material a ser medido é disposto em um recipiente de amostra 301. 0 recipiente de amostra é disposto, em seguida, em um carreador 302, que é móvel de modo que o recipiente de amostra seja movido através da área alvo e, consequentemente, através da trajetória de radiação 109. 0 carreador pode ser movido, por exemplo, por meio de uma transportadora 103. Entretanto, outros meios para mover o carreador também são viáveis, tais como motores lineares, disposições de parafuso, disposições de trilho e similares.
[075] Durante a operação, o recipiente de amostra é movido através da área alvo de modo que preferencialmente todo o material no recipiente de amostra seja varrido. Na primeira passagem, a amostra de material é irradiada com a radiação de um primeiro comprimento de onda, e na segunda passagem, durante o movimento de retorno, com a radiação de um segundo comprimento de onda. A fim de obter um valor de referência para a calibração, é preferencial medir um material de calibração, preferencialmente uma quantidade predeterminada de alumínio, no início e no final da passagem do recipiente de amostra.
[076] Com base nessas medições de calibração, os valores de referência de calibração podem ser determinados do mesmo modo conforme discutido acima e, adicionalmente, o valor de K e os valores de aquecimento para o material biológico podem ser calculados conforme discutido acima.
[077] As modalidades específicas da invenção foram descritas agora. Entretanto, várias alternativas são possíveis, conforme pode ser evidente para algum indivíduo versado na técnica. Por exemplo, a radiação não precisa ser raios X, mas outros tipos de radiação eletromagnética também podem ser usados.
[078] Ademais, as trajetórias de radiação através do material podem ser dispostas de vários modos. Por exemplo, as trajetórias podem percorrer essencialmente ao longo de uma única linha, entre uma fonte de radiação e um detector, ou vários detectores dispostos em sobreposição ou próximos uns dos outros. Entretanto, as trajetórias de radiação também podem ser dispostas ao longo de linhas paralelas, para formar uma zona de medição similar à "cortina". Ê possível também usar uma pluralidade de trajetórias não paralelas, por exemplo, estendendo-se a partir de uma única fonte de radiação para uma pluralidade de detectores espalhados, para formar uma zona de medição em formato de "ventilador". De modo similar, Também pode ser possível usar uma pluralidade de pontos de emergentes de radiação separados e um único ponto de detecção, ou similares. Muitos outros tipos de geometrias para as trajetórias também são viáveis.
[079] Tais modificações e outras modificações óbvias devem ser consideradas como estando dentro do escopo da presente invenção, à medida que as mesmas são definidas pelas reivindicações anexas. Deve-se notar que as modalidades mencionadas acima ilustram ao invés de limitar a invenção, e que aqueles indivíduos versados na técnica terão capacidade para projetar muitas modalidades alternativas sem sair do escopo das reivindicações anexas. Nas reivindicações, quaisquer referências numéricas colocadas entre parênteses não devem ser interpretadas como limitantes para as reivindicações. A palavra "compreendendo" não exclui a presença de outros elementos ou etapas diferentes daquelas listadas na reivindicação. A palavra "um" ou "uma" que antecede um elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos. Ademais, uma única unidade pode realizar as funções de vários meios recitados nas reivindicações.
Claims (13)
1. MÉTODO PARA A ESTIMATIVA DE UM VALOR DE AQUECIMENTO DE UM MATERIAL BIOLÓGICO, caracterizado pelo fato de compreender: correlacionar as quantidades de radiação transmitidas através de vários diferentes materiais biológicos de referência, sendo a dita radiação uma radiação de raios X eletromagnética de pelo menos dois niveis de energia, com valores de aquecimento para os ditos materiais biológicos de referência obtidos através de medições de calorímetro; irradiar o material biológico com a radiação de raios X dos ditos pelo menos dois diferentes niveis de energia; medir a quantidade de radiação transmitida através do dito material biológico nos ditos niveis de energia; determinar, para cada nivel de energia, um valor de transmissão através do material biológico com base na radiação através do dito material biológico; e determinar, com base nos ditos valores de transmissão determinados e na dita correlação, uma estimativa de valor de aquecimento do dito material biológico.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a medição de calorímetro para determinar os valores de aquecimento para os ditos materiais de referência biológicos ser uma medição de calorímetro de bomba adiabática.
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a determinação do valor de aquecimento estimado compreender as etapas de: determinar um quociente entre as estimativas de transmissão com base nos ditos valores de transmissão de dois dentre os ditos pelo menos dois niveis de energia, para cada combinação dentre os ditos pelo menos dois niveis de energia; multiplicar cada quociente com um coeficiente para cada quociente; e adicionar os ditos quocientes multiplicados pelos ditos coeficientes, em que os ditos coeficientes são determinados pela dita correlação.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de as estimativas de transmissão nos ditos quocientes serem quocientes logarítmicos de valores de referência calibrados para a transmissão no nivel de energia e os valores de transmissão através do material biológico no mesmo nivel de energia.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de os quocientes entre as ditas estimativas de transmissão serem valores de K, sendo que os ditos valores de K são calculados como:
em que NOA, NOBsão os valores de referência calibrados para a transmissão nos dois niveis de energia A e B, e NA, NBsão os valores de transmissão através do material biológico nos ditos niveis de energia.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o valor de referência de calibração ser determinado através da medição da transmissão da radiação através de um material de calibração, sendo que a dita medição de calibração é feita, preferencialmente, de modo imediato antes e/ou após cada medição através do material biológico, sendo que o material de calibração é preferencialmente aluminio.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de o material biológico ser transportado em uma linha transportadora, em que o material biológico é irradiado com radiação eletromagnética de pelo menos dois niveis diferentes de energia em um plano substancialmente perpendicular a uma direção de avanço da dita linha transportadora.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a quantidade de radiação transmitida através do dito material biológico nos ditos dois niveis de energia ser determinada para uma pluralidade de trajetórias de radiação que penetram o dito material biológico no plano substancialmente perpendicular à direção de avanço da dita linha transportadora.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de a radiação de ambos os ditos niveis de energia ser emitida a partir de uma única fonte de radiação que opera na faixa de energia de 20 a 150 kVp.
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o valor de aquecimento ser um valor de aquecimento baixo.
11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de a radiação eletromagnética de pelo menos três niveis de energia ser usada.
12. APARELHO PARA A ESTIMATIVA DE UM VALOR DE AQUECIMENTO DE UM MATERIAL BIOLÓGICO, caracterizado pelo fato de compreender: uma fonte de radiação para a irradiação de um material biológico com a radiação por raios X de pelo menos dois diferentes niveis de energia; um detector para receber a radiação de raios X transmitida através do material biológico, para a determinação, para cada nivel de energia, de um valor de transmissão através do material biológico; um controlador disposto para correlacionar as quantidades de radiação transmitidas através de vários diferentes materiais biológicos de referência, sendo que a dita radiação é a radiação por raios X de pelo menos dois niveis de energia, com valores de aquecimento para os ditos materiais biológicos de referência obtidos através de medições de calorímetro, e para determinar, com base nos ditos valores de transmissão determinados e na dita correlação, uma estimativa do valor de aquecimento do dito material biológico.
13. APARELHO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o controlador estar disposto para correlacionar as quantidades de radiação transmitidas para cada referência configurada como um quociente entre cada um dos ditos niveis de energia e para determinar, com base em pelo menos um quociente dos ditos valores de transmissão determinados e da dita correlação, uma estimativa do valor de aquecimento do material biológico.
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