CN101473244A - 用于感应电子束的传感器和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器(10)，用于感应由电子束发生器沿对象区域内朝向对象的路径发射的电子束强度，该电子束通过逸出窗(24)逸出该发生器。该传感器(10)特征在于其包括位于该路径内的并且连接到电流检测器的至少一个导电层(28)的至少一个区域(26)，以及其中至少一个导电层(28)的每个所述区域(26)通过防护罩(32)基本上与彼此、与周围环境和与该逸出窗(24)隔开，所述防护罩(32)形成在该逸出窗(24)上。本发明还涉及包括所述传感器的系统。
Description
技术领域
本发明涉及用于感应电子束的传感器和系统。
背景技术
在食品包装行业中，由包装材料的卷材或胚材形成的包装件已经使用了很长时间，该包装材料包括不同纸或纸板层、液体阻挡层(例如聚合物)和气体阻挡层(例如铝薄膜)。为了延长所包装产品的保质期，之前公知的是在成形和填充操作之前消毒卷材，以及在填充操作之前消毒部分成形的包装件(待填充包装件，RTF包装件)。取决于需要多长的保质期以及分发和存储是在冷藏还是在室温下进行，可以选择不同程度的消毒。一种消毒卷材的方式是使用例如过氧化氢浴的化学消毒。类似地，待填充包装件可由过氧化氢(优选地为气态)。
另一种消毒包装材料的方式是利用从电子束发射装置(例如电子束发生器)发射出的电子照射。这种包装材料卷材的消毒在例如国际专利申请WO2004/110868和WO2004/110869中公开。类似的待填充包装件照射在国际专利申请WO2005/002973中公开。特此通过引用结合上面的申请。
为了提供电子束强度的在线控制，以及为了简直均匀性变化，电子传感器用于剂量照射测量。分析来自该传感器的信号并且作为反馈控制信号反馈入电子束控制系统。在包装材料消毒中，这种传感器反馈可用来确保足够的消毒程度。
一种已有的用来测量电子束强度的传感器(基于直接测量方法)使用设置在真空室中的导体。该真空室用来提供与周围环境的隔离。因为基于真空的传感器可以相对大，所以它们位于直接电子束路径的外面以避免投影在对象物体上。投影会例如妨碍包装材料正确的照射(以及由此妨碍正确的消毒)。所以，这些传感器依赖于该束外围的次级信息或来自次级照射的信息而提供测量。
在运行中，来自该电子束具有足够能量的电子将穿过窗，如该真空室的钛(Ti)窗并且被该导体吸收。所吸收的电子在该导体内形成电流。这个电流的强度是穿过该真空室的电子数目的测量值。这个电流提供了在该传感器位置的该电子束强度的测量值。
在公开的美国专利申请No.2004/0119024中描述了一种已知的电子束传感器，其具有带有保护涂层以及表现为在该室内信号线的电极的真空室。这些室壁用来维持该电极周围的真空容积。该真空室具有与该电极准确对准的窗以感应该电子束强度。该传感器配置为用于设置在相对于正在照射的移动物品对着该电子束发生器的位置用于感应次级照射。
类似的电子束传感器在国际专利申请WO2004/061890中描述。在这个传感器的一个实施例中，去掉该真空室以及在绝缘层或膜内提供该电极。提供该绝缘层以避免受到由该电子束产生的静电场和等离子电子的影响，以免大大影响该电极输出。
美国专利No.6,657,212描述一种电子束照射处理设备，其中在设置电子束管窗外面的电流检测单元的导体上提供绝缘膜，如不锈钢导体。电流测量单元包括电流计，其测量所检测到的电流。这个专利描述了陶瓷涂覆的导体的优点。
另一种传感器在由本受让人递交的美国专利申请No.11/258,212中描述。该传感器包括导线和绝缘防护罩，该防护罩防护至少一部分导线免于暴露于等离子。该等离子防护罩还包括外部导电层，其连接到接地电势用于吸收等离子。该检测器小并且可以在该电子束前面设置在电子逸出窗外面。通过增加多个检测器并它们跨越该电子逸出窗分布，得到多个测量点，产生该电子束的剂量映射。
在也是由本受让人递交的美国专利申请No.11/258,215中，描述了一种用于感应电子束的多层检测器。该检测器包括导线，其通过绝缘材料与周围绝缘。导电材料层沉积在绝缘材料的顶部，该导电材料连接到接地电势。只有来自该电子束的电子能够穿透该外层而被该导线吸收。该外部导电层吸收等离子。该检测器小并且可以在该电子束前面设置在该电子逸出窗的外面。通过增加多个检测器并它们跨越该电子逸出窗分布，得到多个测量点，产生该电子束的剂量映射。
在由本受让人递交的瑞典专利申请No.0502384-1中，描述了一种进一步的传感器。该传感器包括导体和绝缘外壳。该外壳连接到该电子束发生器的电子逸出窗并且与所述窗形成封闭的室。该导体位于该室内并由此受到防护而不受等离子影响。
发明内容
本发明的一个目的是提供用用于感应电子束的传感器，这个传感器并不要求额外的空间以及其可以是该电子逸出窗的集成部分。
这个目的通过传感器实现，其包括位于该路径内的至少一个导电层的至少一个区域，并且连接到电流检测器，该至少一个导电层的每个所述区域通过防护罩基本上彼此、与周围环境以及与该逸出窗隔开，所述防护罩形成在该逸出窗上，以及至少所述防护罩的与每个所述区域接触的部分由绝缘材料制成。这样，实现一传感器，其是该逸出窗的集成部分以及按需要可以忽略不计的额外空间。电子可以穿过薄的传感器结构，并且电子能量的一部分(大约几个百分点的范围)被传感器的导电材料吸收。所吸收的能量导致电流升高，其提供该传感器上的该电子束强度的测量值。
该传感器进一步由所附独立权利要求2-13来限定。
本发明还涉及用于感应电子束的系统，该系统包括上面描述的传感器。所述系统进一步包括电子束发生器，适于沿对象区域中朝向对象的路径产生电子束，该电子束通过逸出窗从该发生器逸出。该传感器形成在所述逸出窗上以检测和测量该电子束强度。
该系统进一步包括支撑件，用于在该对象区域内制成该对象。该系统进一步由所附独立权利要求15-19定义。
附图说明
下面，关于所附的附图，更加详细地描述本发明的当前优选实施例，其中相似的参考标号用来标出相似的要素，其中：
图1示意地示出利用电子束照射卷材形式的对象的示范性系统，
图2示意地示出按照本发明的传感器第一实施例的剖面，
图3示意地示出图2的传感器的俯视图，其中沉积了导电层带，而不是外部绝缘层。
图4示意地示出按照本发明的传感器的第二实施例的剖面，
图5示意地示出表示从电子束发生器的输出能量和在每个导电层中吸收的能量的图表，
图6示意地示出类似于图1但是用于照射待填充包装件形态的对象的示范性系统，以及
图7示意地示出图2中传感器的替代物和图4中传感器的替代物的部分剖面。
应当注意到在这些图中示出的层的厚度是夸大的，以及这些图并不是按照尺寸绘制的。
具体实施方式
图1示出一种示范性的系统2，用于在沿一路径发射的电子束6内照射对象区域4。该示范性的系统2包括发射装置，如电子束发生器8，用于沿一路径发射电子束6。该系统2还包括用于检测电子束6的装置，如传感器10。因此，该系统2包括电子束发生器8和传感器10两者。提供该传感器10以感应由该电子束发生器8沿一路径产生的该电子束6的强度，该电子束照射该对象区域4。该电子束发生器8包括真空室12。形成并且设置电子束传感器10以能够检测和测量逸出该真空室12的该电子束强度6。
提供支撑件14以在该对象区域4内支撑对象16。在图1示出的实施例中，该对象是包装材料卷材16以及用于该对象的支撑件14可以是例如卷材材料传送辊子，或任何其他合适的包装机器的设备。进而，该支撑件14可用来将该对象16在该对象区域4中保持在所需要的相对该传感器10和该发生器8的测量位置。
该电子束发生器8，如图1所示，包括高压电源18，适于为所需要的应用提供足够的电压以驱动电子束发生器8。该电子束发生器8还包括灯丝电源20，其将来自该高压电源18的电力转变为适于该发生器8的灯丝22的输入电压。另外，该高压电源18包括控制网格21的网格控制19，该网格用来将该电子束6扩散为更均匀的束以及使该电子束朝向该对象区域4集中。
该灯丝22可以位于该真空室12中。在示范性的实施例中，该真空室12可以气密密封。在运行中，来自该灯丝22的电子e-在朝向该对象区域4的方向沿电子束路径6发射。
进一步，该电子束发生器8提供有电子逸出窗24，通过该窗电子逸出该真空室。该窗24可由金属箔25制成，如图2所示，例如钛，以及厚度可以在4-12μm的量级。由铝或铜形成的支撑网27从该电子束发生器8的内部制成该箔25。
该传感器10形成在该逸出窗24上并由此与部分所述窗成为一体。其包括位于该电子束路径6内的至少一个导电层28的至少一个区域26。在第一当前优选实施例中，该传感器10包括一个导电层28。
所述导电层28又多个导电材料区域26构成。每个区域26是形成为跨越该逸出窗24设置的带。这在图3示出。为了将这些带26彼此隔开，在它们之间由间隙30。在这个示例中，这些带26的宽度的范围是10-30mm，以及这些带设置为彼此隔开大约1mm。进而，每个带26具有基本上相同的面积。
为将该导电层28中的这些带26彼此、与周围环境以及与该电子逸出窗24的箔隔开，提供绝缘材料的防护罩32。该防护罩32的作用是保护这些带26不受该逸出窗24附近的周围环境中包含的等离子的影响，以及确保这些带26不与其他任何导电材料直接接触，例如该逸出窗24的钛箔和别的带26。
根据这个第一实施例的该防护罩32包括至少第一和第二绝缘层32a，32b。该第一绝缘层32a基本上覆盖该逸出窗24的整个箔。在该绝缘层32a的顶部，形成该导电层28的这些带26。在这些带26之上和在仍部分暴露的第一绝缘层32a之上，形成该第二绝缘层32b。由此，该导电层28的这些带26由绝缘材料密封。
该传感器10形成在该逸出窗24的箔25上。这意味着该传感器10位于该真空室12外面并且朝向围绕该电子束发生器8的环境。
这些层，包括该绝缘层32a，32b和该导电层28，都是非常薄的并且可以使用沉积技术形成。例如，可使用等离子气相沉积或化学气相沉积技术。当然其他形成材料薄层的技术也是可以的。
优选地，同样的技术用于该传感器10中的所有层。该导电层28的这些区域，即这些带26，可以通过在该第一绝缘层32a提供掩模以覆盖不需要有任何导电区域26的部分来进行沉积。
这些层所选取的厚度可以是任何适合的尺寸。例如，可使用薄层。在示范性的实施例中，这些层的范围可以在大约0.1-1微米(μm)，或按照需要更少或更多。优选地，对于该传感器10内的所有层该厚度相同或者基本相同。
这些绝缘层32a，32b可以由能够承受几百摄氏度量级温度的绝缘材料制成(高达大约400摄氏度)。优选地，该绝缘材料是氧化物。一种可以使用的氧化物是氧化铝(Al2O3)。当然也可以使用别的绝缘材料，例如不同类型的陶瓷材料。术语“绝缘”是指在这些绝缘层中的材料是电绝缘，即不导电。
优选地，该导电层28由金属构成。一种可以使用的金属是铝。当然也可以使用别的导电材料，例如金刚石、类金刚石碳(DLC)和掺杂材料。
为了能够测量该电子束强度，每个带26连接到电流检测器34。这些带26和该电流检测器34之间的连接件(未示)优选地位于该窗24的外框。
来自该电子束6的电子将穿透该逸出窗24，以及与在引言部分提到的现有的传感器那样不同，还穿透该薄的传感器结构。因此，这些电子将不会全部被该导电材料吸收，而仅这些电子的能量的一部分，在大约几个百分比的范围，被该传感器的导电材料吸收。该吸收的能量导致该带26中电流增加，以及来自每个导电带26的信号分别由电流检测器34检测和处理，并且提供该带上的电子束强度的测量值。该电流检测器34可由放大器和结合电阻的电压计，或安培计，或任何其他合适的装置组成。
在这方面，应当注意当，与所讨论的现有的传感器相比，更大部分的逸出窗24被该传感器10覆盖，但是每单位面积的检测信号小很多。
该电流检测器34的输出与预先设定值的对比或提供到控制器36，其转而可以作为响应该传感器10输出调节该电子束强度的装置。在示范性的实施例中，可以例如，小于100keV的能量发射该电子束，例如60到80keV。
图4示出按照第二当前优选实施例的传感器10′。
该传感器10′可以是夹层结构类型并且包括第一和第二导电层28′、38，每个包括至少一个用于感应电子束强度的区域26′。在这个例子中，该第一和第二层28′、38每个包括多个带形式的区域26′，类似与先前描述的第一实施例中的那些带26。该第一和第二层28′、38设置在彼此之上，但是其当然需要隔开以防它们免受彼此、该逸出窗箔25′和周围环境影响。为了密封该导电层28′、38，该防护罩32′包括第一、第二和第三绝缘层32a′、32b′、32c。在这个例子中，该第一层32a′基本上覆盖整个该逸出窗24′的箔25′并且携带(carry)该第一导电层28′，即该第一导电层28′的这些带26′沉积在第一绝缘层32a′上。在仍部分暴露的第一绝缘层32a′上以及在该第一导电层28′的这些带26′上，沉积该第二绝缘层32b′。由此，该第一导电层28′的这些带26′由绝缘材料密封。该第二绝缘层32b′携带该第二导电层38，即导电材料的这些区域(在这例子中是带26′)沉积在该第二绝缘层32b′上。该仍部分暴露的第二绝缘层32b′上和在该第二导电层38的这些带26′上，沉积该第三绝缘层32c。由此，该第二导电层38的这些带26′由绝缘材料密封。
该传感器10的进一步当前优选实施例可包括任何数量的额外的导电材料层。在那种情况中，该导电层依次夹着绝缘层。类似于该第一和第二实施例，这个夹层结构开始于形成在该逸出窗上的第一绝缘层和覆盖至少最后的导电层以保护其免受周围环境影响的最后的绝缘层。
具有多层夹层结构的导电材料的传感器可用来验证加速电压，即该电子束发生器的能量输出。这种信息可构成一个参数，其用来指导该发生器的校正操作。此外，能量输出和电子束强度两者测量值的结合可用来进一步确保该包装材料利用充分的消毒剂量处理。
在具有例如三个导电层的传感器中，该第一导电层，最接近该灯丝21，将比第二层吸收更多的能量，第二层相应地比第三层吸收更多能量。图5中，该纵轴表示过该层吸收的能量，ΔE。该横轴表示该传感器结构的导电层(标示为1st，2nd和3rd)。通过对具有例如80keV输出能量的发生器绘制每个层中吸收能量的图，可以形成基本上定义明确的函数。出于简单的缘故，图5示出基本上直线形式的函数。如果对具有例如大约100keV输出能量的发生器绘制每个层中吸收的能量的图，其同样可以形成基本上定义明确的函数，但是这个函数不同于前面那个。对具有例如大约60keV输出能量的发生器绘制该能量的图，可以形成另一个基本上定义明确的函数。这些函数的图表中的差异可用来检测该发生器的能量输出是否与预期的输出对应，即，实际输出是否在某个公差范围内。进而，如果不能够形成基本上直线，即如果一个或多个能量ΔE背离预期，那么可以假定该发生器没有正确运行。
为了便于测量，这些导电层和绝缘层的厚度优选地相同。
正如所提到的该防护罩的一个功能是保护一个或多个导电层免受等离子和次级电子影响。下面，将描述等离子或次级电子的术语或概念。当从图1灯丝22发射出的电子e＂向该对象区域4移动，其将与沿这个路径的空气分子碰撞。所发射的电子可能具有足够的能量而离子化演这个路径的气体，由此产生包含离子和电子的等离子。等离子电子是次级电子，或热电子，与该电子束6的电子相比具有低能量。这些等离子电子具有随机的矢量速度并且仅能移动一段距离，其长度是该束电子平均自由路径的一小部分。
在周围的环境(即该电子束发生器8的该逸出窗24外面)中由于存在空气将可能有等离子。然而，由于等离子没有足够的能量穿过最外面的绝缘层，该绝缘层覆盖最外面的导电层，并将起到适当的等离子防护罩的作用。
另一个先前提到的该防护罩32、32′的功能是使导电层的这些带26，26′彼此绝缘，以及在适当时，使导电层28′、38彼此绝缘。因此，就有可从每个带26，26′检测到的单独的信号，其在一起可给出提供到待消毒材料16的剂量的清楚的图或映射。每个带的信息(例如，信号幅度，信号差/比，带位置等等)可用来通过处理产生放射强度图线。
类似所描述的传感器同样可以用在部分成形包装件形式的目标照射中。部分成形包装件通常一端开口并且另一端密封以形成底部或顶部，并且通常表示待填充包装件(RTF包装件)。图6中，示意地公开系统2＂包括电子束发生器8＂，用于照射待填充包装件16＂。该包装件16＂在其底部40开口，并且在另一端提供有顶部42以及打开和封闭装置44。在消毒期间，该包装件16＂在支撑件(未示)中倒转放置(即顶部朝下设置)。该支撑件可以是传送带托架的形式，其将包装件16＂传送通过消毒室。该系统包括用来提供在该包装件16＂和该电子束发生器8＂之间相对移动(见箭头)的装置(未示)，以将它们带到一个位置，其中所述发生器8＂至少部分位于该包装件16＂中以处理包装件。该发生器8＂下降进入该包装件16＂，或该包装件16＂上升围绕该发生器8＂，或每个都朝向彼此移动。传感器10，例如图2中描述的传感器，形成在该发生器8＂的逸出窗24＂上。
尽管本发明根据当前优选实施例描述，但是可以理解可以进行各种不同的改变和变化，而不背离如在所附权利要求中定义的本发明的目标和范围。
在所描述的实施例中，该第一绝缘层32a，32a′基本上覆盖整个逸出窗箔25、25′，以及上面的绝缘层基本上覆盖下面的绝缘层。然而，可以理解，这些绝缘层实践中并不需要覆盖超过彼此和该窗箔25、25′为了该传感器结构中存在的该导电层的每个区域26，26′所必要的部分。图7示出两个不同的可选实施例。
先前描述的实施例中的这些区域描述为带26，26′。然而，容易理解这些区域可具有适于获得足够剂量映射的任何形状，例如环形、环形段、椭圆、圆弧、线形、矩形和条纹。
还描述了该传感器形成在该电子逸出窗外面。应当理解可以将该传感器形成在该窗里面，即在面向该真空室12的表面上。
最后，所描述的实施例包括绝缘材料防护罩。该防护罩还可包括更多的保护性质的层或部分，用于物理保护有时易碎的导电和绝缘层。这种层或部分可设置在该第一绝缘层和该窗箔之间，并且可以是任何适于与所述薄中材料一起使用的材料。还可在最外面的绝缘层的外部提供额外的保护层以保护不受环境影响。
Claims (19)
1.一种传感器(10，10′)，用于感应由电子束发生器(8，8＂)沿对象区域(4，4＂)内朝向对象(16，16＂)的路径产生的电子束(6，6＂)的强度，该电子束(6，6＂)通过逸出窗(24，24＂)逸出该发生器(8，8＂)，其特征在于该传感器(10，10′)包括位于该路径内并连接到电流检测器(34)的至少一个导电层(28，28′)的至少一个区域(26，26′)，该至少一个导电层(28，28′)的每个所述区域(26，26′)通过防护罩(32，32′)基本上与彼此、与周围环境和与该逸出窗隔开，所述防护罩(32，32′)形成在该逸出窗(24，24′)上并且至少所述防护罩的与每个所述区域(26，26′)接触的部分由绝缘材料制成。
2.根据权利要求1所述的传感器(10)，其特征在于所述防护罩(32)包括至少第一和第二绝缘层(32a，32b)，所述第一层(32)覆盖至少一部分所述逸出窗(24)并且携带该至少一个导电层(28)的所述至少一个区域(26)，以及所述第二绝缘层(32b)至少覆盖该导电层(28)的每个区域(26)，从而该区域由绝缘材料密封。
3.根据权利要求1所述的传感器(10′)，其特征在于：
其包括至少第一和第二导电层(28′、38)，每个包括至少一个区域(26′)，
所述防护罩(32′)包括至少第一、第二和第三绝缘层(32a′，32b′，32c)，
所述第一绝缘层(32a′)覆盖至少部分所述逸出窗(24′)并且携带该第一导电层(28′)的至少一个区域(26′)，
所述第二绝缘层(32b′)至少覆盖该第一导电层(28′)的每个区域(26′)，从而使该区域由绝缘材料密封，
所述第二绝缘层(32b′)携带该第二导电层(38)的至少一个区域(26′)，以及
所述第三绝缘层(32c)至少覆盖该第二导电层(38)的每个区域(26′)，从而使该区域由绝缘材料密封。
4.根据权利要求3所述的传感器(10′)，其特征在于其包括多个导电层，以及该导电层依次夹在绝缘层之间，以及第一绝缘层(32a′)形成在该逸出窗(24′)上，以及最后的绝缘层覆盖至少最后的导电层以保护其免受周围环境的影响。
5.根据前述任一权利要求所述的传感器(10，10′)，其特征在于所述电流检测器(34)适于检测该导电层(28，28′)的所述区域(26，26′)中的电流作为电子束强度的测量值。
6.根据前述任一权利要求所述的传感器(10，10′)，其特征在于该传感器使用沉积技术形成在该逸出窗(24，24′，24＂)的外部箔(25，25′)上。
7.根据前述任一权利要求所述的传感器(10，10′)，其特征在于该绝缘材料是氧化物。
8.根据前述任一权利要求所述的传感器(10，10′)，其特征在于该导电材料是金属。
9.根据前述任一权利要求所述的传感器(10，10′)，其特征在于该绝缘材料是氧化铝，该导电材料是铝和该逸出窗箔(25，25′)由钛制成。
10.根据前述任一权利要求所述的传感器(10，10′)，其特征在于该导电层(28，28′、38)的所述每个区域(26，26′)是跨越该逸出窗(24，24′，24＂)设置的带。
11.根据权利要求10所述的传感器(10，10′)，其特征在于其可以包括多个跨越该逸出窗(24，24′，24＂)设置的带(26，26′)，在这些带之间设置有间隙(30)。
12.根据前述任一权利要求所述的传感器(10，10′)，其特征在于该对象是包装件(16′)，优选地是待填充包装件。
13.根据前述任一权利要求所述的传感器，其特征在于该对象是包装材料卷材(16)。
14.一种包括根据权利要求1的传感器(10，10′)的系统(2，2＂)，该系统(2，2＂)进一步包括电子束发生器(8，8＂)，适于沿对象区域(4，4＂)内朝向对象(16，16＂)的路径产生电子束(6，6＂)，该电子束(6，6＂)通过逸出窗(24，24′，24＂)逸出所述发生器(8，8＂)，该传感器(10，10′)形成在所述逸出窗(24，24′，24＂)上并且适于探测和测量该电子束强度，以及该系统(2，2＂)进一步包括支撑件(14)，用于在该对象区域(4，4＂)内支撑该对象(16，16＂)。
15.根据权利要求14所述的系统(2)，其特征在于该对象是包装材料卷材(16)。
16.根据权利要求15所述的系统(2)，其特征在于将该对象(16)保持在该对象区域(4)的该支撑件(14)包括至少一个包装材料卷材传输辊子。
17.根据权利要求14所述的系统(2＂)，其特征在于该对象是包装件(16＂)，优选地是待填充包装件。
18.根据权利要求17所述的系统(2＂)，其特征在于其包括用于提供该包装件(16＂)和该电子束发生器(8＂)之间相对运动的装置，以将它们带到所述发生器(8＂)至少部分位于该包装件(16＂)中以处理该包装件的位置。
19.根据权利要求14-18任一项所述的系统(2，2＂)，其特征在于其包括电子束控制器(36)，其适于响应该电子束传感器(10，10′)的输出调节该电子束的强度(6，6＂)。
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