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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der
Dichte von Materialien und insbesondere eine Vorrichtung zum Messen
der Dichte dünner
Materialschichten.
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Nukleare
Strahlungsmessgeräte
sind weithin zum Messen der Dichte von Erdboden und Asphaltmaterialien
verwendet worden. Derartige Messgeräte umfassen typischerweise
eine Gammastrahlungsquelle, welche Gammastrahlung in das Testmaterial lenkt,
und einen Strahlungsdetektor, welcher benachbart zu der Oberfläche des
Testmaterials angeordnet ist, um zu der Oberfläche zurückgestreute Strahlung zu detektieren.
Aus diesem Detektormesswert kann eine Bestimmung der Materialdichte
vorgenommen werden.
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Diese
Messgeräte
sind typischerweise ausgestaltet, um entweder in einem „Rückstreuungs"-Modus oder sowohl
in einem Rückstreuungsmodus
als auch in einem direkten Transmissionsmodus zu arbeiten. Bei Messgeräten, welche
für einen direkten
Transmissionsmodus eingerichtet sind, ist die Strahlungsquelle von
einer Rückstreuungsposition,
bei der sie sich in dem Messgerätgehäuse befindet,
zu einer Reihe von direkten Transmissionspositionen vertikal beweglich,
bei denen sie in kleine Löcher
oder Bohrungen in dem Testkörper
eingeführt ist.
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Viele
der Messgeräte,
welche herkömmlich zur
Messung einer Dichte von Erdboden, Asphalt und anderen Materialien
verwendet werden, sind bei der Messung von Materialdichten über Tiefen
von näherungsweise
4-6 Zoll (inch) (10,2-15,2 cm) am effektivsten. Aufgrund der Kostenzunahme
von Straßenbelagsmaterialien
ist es bei der Wartung und Erneuerung von befestigten Fahrbahnbelägen die
Praxis geworden, relativ dünne
Schichten oder Deckschichten mit einer Dicke von ein bis drei Zoll
aufzubringen. Bei Schichten mit einem derartigen Dickenbereich sind
viele Dichtemessgeräte
zur Messung der Dichte der Deckschicht wirkungslos, da der mit derartigen Messgeräten erhaltene
Dichtemesswert nicht nur die Dichte der dünnen Schicht, sondern auch
die Dichte des darunter liegenden Basismaterials widerspiegelt.
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Nukleare
Messgeräte,
welche in der Lage sind, die Dichte dünner Materialschichten zu messen,
sind von dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung entwickelt
worden. Beispielsweise sind Dünnschichtdichtemessgeräte in den
US-Patenten Nr. 4,525,854 ,
4,701,868 und
4,641,030 offenbart, welche alle dem
Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurden und durch
die Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier miteinbezogen sind. Die
in den oben genannten Patenten offenbarten Messgeräte werden
als „Rückstreuungs"-Messgeräte bezeichnet,
da sich die Strahlungsquelle nicht außerhalb des Messgerätgehäuses bewegt,
was zur Messung in dem direkten Transmissionsmodus erforderlich
ist.
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Wie
in den obigen Patenten offenbart, erfordert das bevorzugte Verfahren
zur Messung der Dichte dünner
Materialschichten, beispielsweise von Asphalt, zwei unabhängige Dichtemesssysteme.
Die Geometrie dieser zwei Messsysteme muss bezüglich zueinander und bezüglich des
gerade gemessenen Mediums derart eingerichtet sein, dass sie zwei
verschiedene Materialvolumina messen. Die zwei verschiedenen Volumina
schließen
sich insofern nicht gegenseitig aus, als sie teilweise miteinander überlappen.
Die Messgenauigkeit hängt
davon ab, dass ein größerer Abschnitt
des Volumens, welches von einem der Messsysteme gemessen wird, in
einer geringeren Tiefe unter dem Messgerät verteilt ist als das Volumen,
welches von dem anderen Messsystem gemessen wird. Dies wird erreicht,
indem ein Strahlungsdetektionssystem in einer größeren räumlichen Nähe zu der Strahlungsquelle
als das andere Detektionssystem platziert wird.
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In
der Technik verleibt ein Bedarf an einem nuklearen Messgerät, welches
in der Lage ist, sowohl in einem Rückstreuungsmodus als auch in
einem direkten Transmissionsmodus zu arbeiten, und welches zur Messung
der Dichte dünner
Materialschichten geeignet ist.
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Die
US 3,544,793 offenbart ein
Messgerät nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die
Erfindung wird in den Ansprüchen
definiert.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein nukleares Dichtemessgerät zur Verfügung, welches
in der Lage ist, sowohl in Rückstreuungs-
als auch in direkten Transmissionsmodi zu arbeiten, und welches ebenfalls
in der Lage ist, die Dichte dünner
Materialschichten genau zu messen. Das nukleare Messgerät nach der
vorliegenden Erfindung minimiert den Effekt einer Abweichung der
Strahlungsquellenpositionierung auf die Genauigkeit des Dichtemesswerts. Der
Quellstab des nuklearen Messgeräts
nach der vorliegenden Erfindung kann bei jeder vorherbestimmten
Quellstabposition eine maximale radiale Bewegung von weniger als
ungefähr
0,003 Zoll (0,008 cm) und bevorzugt eine maximale radiale Bewegung
von weniger als ungefähr
0,002 Zoll (0,005 cm) aufweisen. Zusätzlich kann der Quellstab des nuklearen
Messgeräts
nach der vorliegenden Erfindung bei jeder vorherbestimmten Quellstabposition eine
maximale vertikale Bewegung von weniger als ungefähr 0,003
Zoll (0,008 cm) und bevorzugt eine maximale vertikale Bewegung von
weniger als ungefähr
0,002 Zoll (0,005 cm) aufweisen.
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Das
nukleare Messgerät
nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist geeignet, um die Dichte der dünnen Materialschicht
zu messen, welche ein Basismaterial überlagert, und umfasst ein
Messgerätgehäuse mit
einem vertikalen Hohlraum durch dasselbe und einer Basis. In dem Gehäuse sind
erste und zweite Strahlungsdetektoren angeordnet, wobei beide Detektoren
benachbart zu der Basis des Messgerätgehäuses positioniert sind. Die
zwei Strahlungsdetektoren befinden sich in separaten Positionen
in dem Messgerätgehäuse. Das Messgerät umfasst
weiterhin einen vertikal beweglichen Quellstab, welcher sich in
den Hohlraum des Messgerätgehäuses erstreckt.
Der Quellstab enthält eine
Strahlungsquelle in einem distalen Ende desselben. Das Messgerät umfasst
weiterhin wenigstens ein Lager, welches funktionsfähig positioniert
ist, um den Quellstab in dem vertikalen Hohlraum des Messgerätgehäuses zu
führen.
Das Messgerät
umfasst auch Mittel zum vertikalen Ausfahren und Zurückziehen
des Quellstabs zu einer Mehrzahl von vorherbestimmten Quellstabpositionen,
um so die räumliche Beziehung
zwischen der Strahlungsquelle und den zwei Strahlungsdetektoren
zu verändern.
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Bevorzugt
umfassen die Mittel zum vertikalen Ausfahren und Zurückziehen
des Quellstabs einen Indexstab, welcher funktionsfähig benachbart
zu dem Quellstab positioniert ist. Der Indexstab weist eine Mehrzahl
von Einkerbungen auf, wobei jede der Einkerbungen einer der vorherbestimmten
Quellstabpositionen entspricht. Die Mittel zum Ausfahren und Zurückziehen
umfassen weiterhin einen Griff, der an dem Quellstab befestigt ist.
Der Griff umfasst einen Hohlraum und einen Indexierer. Der Indexstab
erstreckt sich in den Hohlraum des Griffs, und der Indexierer ist
funktionsfähig
positioniert, um mit den Einkerbungen des Indexstabs in Eingriff
zu treten, um den Quellstab vorübergehend
in einer der vorherbestimmten Positionen zu befestigen. Bevorzugt
werden wenigstens zwei Stifte verwendet, um den Griff an dem Quellstab
zu befestigen. Eine Feder wird bevorzugt verwendet, um den Indexierer
in einen Eingriff mit den Einkerbungen des Indexstabs vorzuspannen.
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Beispielsweise
kann eine Feder mit einer Federkonstante von wenigstens ungefähr 20 Pfund/Zoll (lbs./inch)
(36 N/cm) verwendet werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist der Indexstab eine im Wesentlichen zylinderförmige Form
auf, welche sich von einem distalen Ende des Stabs zu der Position
einer Einkerbung des Indexstabs erstreckt, welche der Rückstreuungsposition
entspricht.
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Das
Messgerät
umfasst auch eine Sicherheitsabschirmung, welche koaxial um den
vertikalen Hohlraum des Messgerätgehäuses angebracht
ist. Die Sicherheitsabschirmung umfasst ein Lager, welches funktionsfähig positioniert
ist, um den Quellstab durch den vertikalen Hohlraum zu führen.
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Zusätzlich umfasst
das nukleare Messgerät eine
Strahlungsabschirmungsanordnung, welche funktionsfähig positioniert
ist, um sich lateral zwischen zwei Positionen, einer ersten Position,
die ein distales Ende des vertikalen Hohlraums des Messgerätgehäuses versperrt,
so dass Strahlung vor einem Austritt aus dem Hohlraum abgeschirmt
wird, und einer zweiten Position benachbart zu dem vertikalen Hohlraum,
welche eine vertikale Bewegung durch denselben erlaubt, zu bewegen.
Die Strahlungsabschirmungsanordnung umfasst einen Gleitblock, welcher
funktionsfähig
positioniert ist, um sich lateral zwischen der ersten Position und
der zweiten Position zu bewegen, eine Feder, welche sich mit dem Gleitblock
in Eingriff befindet und den Gleitblock in die erste Position vorspannt,
und einen feststehenden Block. Der feststehende Block umfasst eine
Führungsschiene,
welche sich mit dem Gleitblock in Eingriff befindet und eine Bewegung
des Gleitblocks führt.
Vorteilhaft befindet sich ein Kugelkolben mit dem Gleitblock in
Eingriff, der funktionsfähig
positioniert ist, um eine vertikale Bewegung des Gleitblocks zu
verhindern, wenn sich der Gleitblock lateral zwischen den ersten
und zweiten Positionen bewegt. Eine Feder steht mit dem Kugelkolben
in Eingriff und spannt den Kugelkolben in Richtung des Gleitblocks vor.
Die Feder weist bevorzugt eine Federkonstante von wenigstens ungefähr 50 Pfund/Zoll
(89 N/cm) auf.
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Nachdem
somit die Erfindung allgemein beschrieben wurde, wird nun auf die
beigefügten
Figuren Bezug genommen, welche nicht notwendigerweise maßstabsgetreu
gezeichnet sind, wobei:
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1 eine
Perspektivansicht eines nuklearen Messgeräts nach der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 eine
Querschnittsansicht eines Messgeräts nach der vorliegenden Erfindung
entlang einer Linie 2-2 in 1 ist;
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3A und 3B die
Draufsicht und die Seitenansicht des feststehenden Blockabschnitts des
Messgeräts
nach der vorliegenden Erfindung darstellen;
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4A und 4B zwei
Seitenansichten des Gleitblockabschnitts des Messgeräts nach
der vorliegenden Erfindung darstellen; und
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5A und 5B zwei
Seitenansichten des Indexstababschnitts des Messgeräts nach
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Figuren vollständiger
beschrieben werden, in welchen bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele gezeigt
sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen
ausgeführt
werden und sollte nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt
ausgelegt werden; vielmehr werden diese Ausführungsbeispiele bereitgestellt,
damit diese Offenbarung vollständig
und geschlossen ist, und damit sie Fachleuten den Umfang der Erfin dung vollständig vermitteln
wird. Ähnliche
Ziffern beziehen sich immer auf ähnliche
Elemente.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein nukleares Messgerät 10 zur
Verfügung,
wie in 1 gezeigt. Das Messgerät 10 ist in der Lage,
die Dichte dünner
Materialschichten, beispielsweise von Asphalt, genau zu messen.
Das Messgerät 10 kann
sowohl in Rückstreuungs-
als auch in direkten Transmissionsmodi arbeiten.
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Die
Funktionsweise des Messgeräts
wird deutlicher von 2 dargestellt. Wie in 2 gezeigt,
umfasst das Messgerät 10 nach
der vorliegenden Erfindung einen vertikal beweglichen Quellstab 20,
welcher eine Strahlungsquelle 22 in einem distalen Ende
desselben enthält.
Die Strahlungsquelle 22 kann jede geeignete Strahlungsquelle
sein, beispielsweise eine 137Cs-Strahlungsquelle.
Der Quellstab 20 erstreckt sich in einen vertikalen Hohlraum 11 in
dem Messgerätgehäuse 12.
Lager 44 sind funktionsfähig positioniert, um den Quellstab 20 durch
den Hohlraum 11 in dem Messgerätgehäuse 12 zu führen.
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Wie
gezeigt umfasst das Messgerät 10 nach der
vorliegenden Erfindung zwei separate Dichtemesssysteme. Das Messgerät 10 enthält ein erstes Paar
von Strahlungsdetektoren 16 und ein zweites Paar von Strahlungsdetektoren 18,
wobei die ersten Strahlungsdetektoren in größerer räumlicher Nähe zu der Strahlungsquelle 22 angeordnet
sind. Die Strahlungsdetektoren 16 und 18 können jede
Art von in der Technik bekannten Gammastrahlungsdetektoren sein.
Bevorzugt sind die Strahlungsdetektoren 16 und 18 Geiger-Müller-Zählrohre.
Die Strahlungsdetektoren 16 und 18 sind bevorzugt
benachbart zu der Basis 14 des Messgerätgehäuses 12 angeordnet.
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Das
Messgerät 10 umfasst
auch Mittel zum vertikalen Ausfahren und Zurückziehen des Quellstabs 20 zu
einer Mehrzahl von vor herbestimmten Quellstabpositionen, um so die
räumliche
Beziehung zwischen der Strahlungsquelle 22 und den Strahlungsdetektoren 16 und 18 zu
verändern.
Die vorherbestimmten Positionen können beispielsweise eine Rückstreuungsposition
sowie eine Mehrzahl von direkten Transmissionspositionen umfassen,
in denen die Strahlungsquelle 22 unterhalb der Basis 14 des Messgerätgehäuses 12 positioniert
ist.
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Bevorzugt
umfassen die Mittel zum Ausfahren und Zurückziehen einen Indexstab 24,
welcher funktionsfähig
benachbart zu dem Quellstab 20 positioniert ist. Der Indexstab 24 umfasst
eine Mehrzahl von Einkerbungen 26. Jede Einkerbung 26 entspricht einer
vorherbestimmten Quellstabposition. Beispielsweise entspricht eine
Einkerbung 30 der „sicheren" Position, in der
die Strahlungsquelle 22 angehoben und von dem Testmaterial
abgeschirmt ist. Die sichere Position wird verwendet, um den Normzählwert zu bestimmen.
Eine andere Einkerbung 32 entspricht dem Rückstreuungsmodus,
bei dem die Strahlungsquelle 22 benachbart zu der Oberfläche des
Testmaterials angeordnet ist, welches unter dem Messgerät 10 liegt.
Vorteilhaft umfasst der Indexstab 24 eine flache Seite 42,
an der ein (nicht gezeigter) Widerstandstiefenstreifen befestigt
werden kann.
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Die
Mittel zum vertikalen Ausfahren und Zurückziehen des Quellstabs 20 umfassen
auch einen an dem Quellstab befestigten Griff 28. Der Indexstab 24 erstreckt
sich in einen Hohlraum 40 in dem Griff 28. Der
Griff umfasst weiterhin einen Indexierer 36, der funktionsfähig positioniert
ist, um mit den Einkerbungen 26 des Indexstabs 24 in
Eingriff zu treten, um den Quellstab 20 vorübergehend
in einer der vorherbestimmten Positionen zu befestigen. Der Indexierer 36 wird
in einen Eingriff mit den Einkerbungen 26 vorgespannt.
Bevorzugt wird der Indexierer 36 mit einer Feder 38 in
einen Eingriff vorgespannt. Ein Auslöser 34 erlaubt es
dem Benutzer, den Indexie rer 36 in und außer Eingriff
mit den Einkerbungen 26 zu bewegen.
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Das
Messgerät 10 umfasst
auch eine Sicherheitsabschirmung 46, welche koaxial um
den vertikalen Hohlraum 11 angebracht ist und welche funktionsfähig positioniert
ist, um die Strahlungsbelastung des Benutzers zu minimieren, wenn
sich die Strahlungsquelle 22 in der sicheren Position befindet.
Bevorzugt ist die Sicherheitsabschirmung 46 aus Blei oder
Wolfram aufgebaut. Jedoch können
andere Strahlungsabschirmungsmaterialien verwendet werden, ohne
von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Es
wurde festgestellt, dass geringfügige
Uneinheitlichkeiten bei der Positionierung der Strahlungsquelle 22 zu
nicht hinnehmbaren Abweichungsgraden in den Dichten dünner Schichten
führen
kann, welche mit einem nuklearen Messgerät gemessen werden. Diese Uneinheitlichkeiten
können
sich sowohl während
der tatsächlichen
Dichtemessungszählung
als auch während
der Sammlung der Normzählwerte
zeigen. Man glaubt, dass Messgeräte
mit vertikal beweglichen Quellstäben
aufgrund der großen
Nähe der
Strahlungsquelle 22 zu dem ersten Strahlungsdetektor 16 empfindlich
gegenüber
geringfügigen
Veränderungen
der Strahlungsquellenposition sind. Aufgrund des verhältnismäßig großen Abstands
oder der verhältnismäßig großen Weglänge zwischen
der Strahlungsquelle 22 und dem zweiten Strahlungsdetektor 18 sind
normalerweise wegen einer Dämpfungswirkung,
die durch den verhältnismäßig großen Abstand
verursacht wird, keine Schwankungsprobleme mit dem zweiten Strahlungsdetektor
verknüpft.
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Das
nukleare Messgerät 10 nach
der vorliegenden Erfindung minimiert die Abweichung der nuklearen
Zählrate
und die folgende Abweichung der gemessenen Dichte der dünnen Schicht
aufgrund dieser Abweichung, welche auf kleine Veränderungen
der Quellstabpositionierung zurückgeführt werden
kann. Insbesondere ist es wünschenswert,
dass für
eine vierminütige
Dichtemessung einer dünnen Schicht
die Zählwertunsicherheit
des ersten Strahlungsdetektors 16 aufgrund kleiner Uneinheitlichkeiten
der Quellstabpositionierung nicht mehr als 25 Prozent der gesamten
beobachteten Zählwertunsicherheit
betragen sollte.
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Das
Messgerät 10 nach
der vorliegenden Erfindung bietet bei jeder gegebenen vorherbestimmten
Position des Quellstabs 20 eine maximale radiale Bewegung
von weniger als ungefähr
0,003 Zoll (0,008 cm), am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 0,002
Zoll (0,005 cm). Anders ausgedrückt
ist das Messgerät 10 derart
ausgestaltet, dass sich das distale Ende des Quellstabs 20,
das die Strahlungsquelle 22 enthält, in einer radialen oder
seitlichen Richtung um nicht mehr als ungefähr 0,003 Zoll (0,008 cm), am
meisten bevorzugt weniger als ungefähr 0,002 Zoll (0,005 cm), von
der Mittelachse des vertikalen Hohlraums 11 bewegen kann.
Zusätzlich weist
das Messgerät 10 nach
der vorliegenden Erfindung bei jeder gegebenen Quellstabposition
eine maximale vertikale Bewegung von weniger als ungefähr 0,003
Zoll (0,008 cm), und bevorzugt weniger als ungefähr 0,002 Zoll (0,005 cm) auf.
Somit wird für jede
Quellstabposition die Position der Strahlungsquelle um weniger als
ungefähr
0,003 Zoll (0,008 cm), bevorzugt um weniger als ungefähr 0,002
Zoll (0,005 cm) von der gewünschten
Strahlungsquellentiefe abweichen.
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Der
Griff 28 des Messgeräts
kann aus jedem geeigneten Material hergestellt werden, beispielsweise
aus Aluminium oder Edelstahl. Bevorzugt ist der Griff 28 des
Messgeräts
aus Edelstahl hergestellt. Der Edelstahl minimiert eine Verformung
des Lochs, in das der Quellstab 20 eingepresst ist. Das
maschinell hergestellte Loch des Griffs 28 des Messgeräts, in welches
der Quellstab 20 eingepresst wird, ist bevorzugt mit einem
Durchmesser von 0,6235 ± 0,0005 Zoll
(1,584 ± 0,001
cm) bemessen, um eine gute Presspassung sicherzustellen. Um sicherzustellen, dass
sich der Quellstab 20 in dem Loch des Griffs 28 des
Messgeräts
nicht bewegt, sind zusätzlich
wenigstens zwei Befestiger 64, beispielsweise Federstifte
durch den Griff 28 und den Quellstab 20 eingesetzt,
um den Quellstab an dem Griff zu befestigen. Anders als bei der
Verwendung eines einzigen Befestigers wird durch die Verwendung
von wenigstens zwei Befestigern kein Drehpunkt vorgesehen, um den
sich ein Quellstab 20 bewegen kann.
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Bevorzugt
weist der Griff 28 des Messgeräts einen Hohlraum für den Indexierer 36 mit
einem Durchmesser von 0,503 ± 0,001
Zoll (1,28 ± 0,003 cm)
auf. Dies verringert eine Abweichung der Quellstabposition, indem
eine stabile Positionierung und Bewegung des Indexierers 36 gefördert wird.
Die Federkonstante für
die Feder 38, welche den Indexierer 36 in Richtung
der Einkerbungen 26 des Indexstabs 24 vorspannt,
ist wenigstens ungefähr
20 Pfund/Zoll (36 N/cm), bevorzugt wenigstens ungefähr 22 Pfund/Zoll
(39 N/cm). Somit ist die Kraft, welche auf den Indexierer drückt, näherungsweise
8,3 Pfund (38 N), wenn der Indexierer 36 in eine Einkerbung 26 des Indexstabs 24 eingreift.
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Wie
in 5 gezeigt umfassen die Einkerbungen 26 des
Indexstabs 24 eine erste Seitenfläche, welche näherungsweise
senkrecht zu der Achse des Indexstabs ist, und eine Bodenfläche, welche
näherungsweise
parallel zu der Achse des Indexstabs ist. Weiterhin umfassen die
Einkerbungen 26 eine zweite Seitenfläche mit einem geneigten Abschnitt. Diese
Einkerbungskonfiguration erlaubt in Verbindung mit der relativ hohen
Federkonstante der Feder 38 eine genaue Platzierung des
Indexierers 36 in den Einkerbungen 26. Wenn er
benachbart zu dem geneigten Abschnitt einer Einkerbung 26 platziert
wird, wird der federbelastete Indexierer 36 in einen anliegenden Kontakt
sowohl mit der Bodenfläche
der Einkerbung als auch der ersten Seitenfläche gleiten, wodurch eine gleichmäßige Indexierung
des Quellstabs 20 sichergestellt wird.
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Bevorzugt
hat der Auslöser 34 sehr
wenig Spiel in dem Langloch in dem Griff 28, aus dem er hervorragt.
Insbesondere weist der Auslöser 34 einen
Durchmesser von 0,496 ± 0,002
Zoll (1,26 ± 0,005
cm) auf und bewegt sich seitlich in einem Langschlitz mit einer
Breite von 0,500 ± 0,002
Zoll (1,27 ± 0,005
cm). Dies führt
zu einem Spiel in einem Bereich von 0,002 bis 0,008 Zoll (0,005
bis 0,02 cm). Das kleine resultierende Spiel des Auslösers 34 in
dem Langschlitz verhindert eine Drehung des Auslösers 34 in dem Schlitz,
welche eine schlechte Passung des Indexierers 36 in den
Einkerbungen 26 verursachen kann.
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Bevorzugt
gibt es auch sehr wenig Spiel zwischen dem Indexstab 24 und
dem Loch in dem Griff 28, durch das dieser geht. Der Indexstab 24 weist
einen Durchmesser von 0,625 ± 0,001
Zoll (1,588 ± 0,003
cm) auf und geht durch ein Loch in dem Griff 28 mit einem
Durchmesser von 0,6270 ± 0,0005
Zoll (1,593 ± 0,001
cm), was zu einem diametralen Spielbereich von nur 0,0005 bis 0,0035
Zoll (0,001 bis 0,009 cm) führt.
Man beachte, dass das nominale diametrale Spiel von 0,0020 Zoll
(0,0005 + 0,0035 geteilt durch 2) (0,005 cm) nominal 0,0010 Zoll
(0,0025 cm) radiales Spiel von der wirklichen Mitte ist.
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Die
flache Seite 42 des Indexstabs 24 verhindert,
dass das Indexstabloch in dem Griff 28, durch welches der
Indexstab geht, dem Indexstab anliegend folgt. Diese mangelnde konzentrische
Passung kann eine wesentliche Quelle für eine Abweichung der Positionierung
sein, insbesondere in der Rückstreuungsposition 32 und
der Normzählwertposition 30.
Um diese Fehlerquelle zu beseitigen, weist der Indexstab 24 einen
vollen Durchmesser auf, welcher sich wenigstens bis durch die Position
der Einkerbung 32 der Rückstreuungsposition
nach unten erstreckt. Somit erstreckt sich der volle Durchmesser des
Indexstabs 24 durch die Rückstreuungsposition und stellt
eine bessere Passung des Indexstabs an dem Griff 28 bereit.
Der Indexstab 24 ist in 5A und 5B detaillierter
gezeigt.
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Die
sichere Position, welche der Einkerbung 30 entspricht ist
bevorzugt wenigstens ungefähr
2,20 Zoll (5,6 cm) über
der Außenoberfläche der
Basis 14 des Messgerätgehäuses 12 angeordnet.
Dies platziert die Strahlungsquelle 22 in eine Position,
welche eine verringerte Empfindlichkeit des Normzählwerts gegenüber einer
geringfügigen
Abweichung der Strahlungsquellenpositionierung in der vertikalen Richtung
zeigt. Insbesondere verändert
sich bei dem Messgerät 10 nach
der vorliegenden Erfindung die Strahlungsnormzählrate nur um ungefähr 2,8 Zähler pro
Millizoll Änderung
der Strahlungsquellenposition in der vertikalen Richtung, wenn sich
die Strahlungsquelle 22 in der sicheren Position befindet.
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Die
Lager 44, welche den Quellstab 20 durch den Hohlraum 11 in
dem Messgerätgehäuse 12 führen, sehen
bevorzugt eine äußerst satte
Anlage an dem Quellstab vor, um die Abweichung der Strahlungsquellenpositionierung
zu minimieren. Insbesondere ist der Außendurchmesser der Lager 44 bevorzugt
1,1265 + 0,0005/–0,000
Zoll (2,8613 + 0,001/–0,000
cm), und der Innendurchmesser des Lagers ist bevorzugt 0,6265 +
0,00005/–0,000
Zoll (1,591 + 0,0001/–0,000
cm). Zusätzlich
ist der Lagergehäusedurchmesser
bevorzugt 1,1265 ± 0,0005 Zoll
(2,8613 ± 0,001
cm). Der Durchmesser des Quellstabs 20 ist bevorzugt 0,625 ± 0,001
(1,59 ± 0,003
cm). Dies führt
zu einem nominalen Lagerspiel von 0,00025 Zoll (0,00064 cm) und
einem Lagerspielbereich einer Presspassung bis zu 0,001 Zoll (0,003 cm).
Das nominale Spiel des Quellstabs 20 ist 0,00175 Zoll (0,00444
cm), und der Bereich des Quellstabspiels ist 0,0005 bis 0,0030 Zoll
(0,001 bis 0,008 cm). Somit hat der Quellstab 20 einen
gesamten radialen Bewegungsbereich von nicht mehr als ungefähr 0,0005
bis ungefähr
0,0040 Zoll (0,001 bis 0,01 cm). Da die gewünschte Position des Quellstabs 20 auf
der tatsächlichen
Mittellinie der Lager 44 liegt, ist die Bewegung weg von
der tatsächlichen
Mitte wirklich das radiale Spiel, welches gleich der Hälfte des
diametralen Spiels ist. Somit ist die maximale Bewegung weg von
der tatsächlichen
Mitte des Quellstabs 20 die Hälfte von 0,0040 Zoll oder 0,0020
Zoll (0,005 cm).
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Wie
oben erörtert
umfasst das Messgerät 10 nach
der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine Sicherheitsabschirmung 46.
Die Rückstreuungsposition
ist eine Position, welche besonders empfindlich für Abweichungen
bei der Quellstabpositionierung ist. Um eine radiale Bewegung des
distalen Endes des Quellstabs 20 zu minimieren, umfasst
die Sicherheitsabschirmung 46 bevorzugt ein Lager 48.
Das Lager 48 ist in die Sicherheitsabschirmung 46 in
einer Presspassung eingepasst und weist einen Durchgangsdurchmesser
von 0,6265 ± 0,0005
Zoll (1,591 ± 0,001
cm) auf. Dies stellt ein maximales radiales Spiel von 0,0015 Zoll
(0,0038 cm) zur Verfügung.
Somit gibt es maximal 0,0015 Zoll (0,0038 cm) radiale Bewegung von
der tastsächlichen
Mittellinie durch das distale Ende des Quellstabs 20 in
der Rückstreuungsposition.
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Das
nukleare Messgerät 10 umfasst
eine Strahlungsabschirmungsanordnung, welche funktionsfähig positioniert
ist, um sich lateral zwischen zwei Positionen, einer ersten Position,
die ein distales Ende des vertikalen Hohlraums 11 des Messgerätgehäuses 12 versperrt,
so dass Strahlung vor einem Austritt aus dem Hohlraum abgeschirmt
wird, und einer zweiten Position benachbart zu dem vertikalen Hohlraum,
welche eine vertikale Bewegung des Quellstabs 20 durch
diesen erlaubt, zu bewegen. Die Strahlungsabschirmungsanordnung
umfasst einen Gleitblock 50, der funktionsfähig positioniert
ist, um sich lateral zwischen der ersten Position und der zweiten
Position zu bewegen. Der Gleitblock 50 ist in 4A und 4B detaillierter
gezeigt. Wie gezeigt umfasst der Gleitblock 50 bevorzugt
eine Abschrägung 66,
welche die Wirkung einer Strahlungsquellenpositionierung auf die
von dem ersten Strahlungsdetektor 16 in dem Rückstreuungsmodus
gemessene Zählrate
verringert. Eine Feder 54 steht mit dem Gleitblock 50 in
Eingriff und spannt den Gleitblock in die erste Position vor, in
der er den vertikalen Hohlraum 11 in dem Messgerätgehäuse 12 versperrt.
Die Federführung 62 führt ein
Ende der Feder 54, während
das andere Ende der Feder mit dem Gleitblock 50 in Eingriff
steht.
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Die
Strahlungsabschirmungsanordnung umfasst weiterhin einen feststehenden
Block 52. Der feststehende Block 52 ist benachbart
zu der Messgerätbasis 14 angeordnet
und ist in 3A und 3B detaillierter
gezeigt. Wie gezeigt umfasst der feststehende Block 52 eine
Führungsschiene 60,
welche mit dem Gleitblock 50 in Eingriff steht und eine
Bewegung des Gleitblocks führt,
wenn sich dieser lateral zwischen der ersten Position und der zweiten
Position bewegt. Der feststehende Block 52 schirmt den nächsten Strahlungsdetektor 16 von
internen Gammastrahlen ab, welche in dem Messgerätgehäuse 12 strömen, wenn
sich der Quellstab 20 in der Rückstreuungsposition befindet.
Die Führungsschiene 60 beschränkt die
Bewegung des Gleitblocks 50 von Seite zu Seite, so dass
der Gleitblock einem stabileren Weg zwischen der ersten Position
und der zweiten Position folgt. Bevorzugt sind der Gleitblock 50 und
der feststehende Block 52 aus Blei oder Wolfram hergestellt,
aber andere geeignete Strahlungsabschirmungsmaterialien können verwendet
werden.
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Wieder
auf 2 Bezug nehmend umfasst das Messgerät 10 bevorzugt
einen Kugelkolben 56, welcher mit dem Gleitblock 50 in
Eingriff steht und funktionsfähig
positioniert ist, um ei ne vertikale Bewegung des Gleitblocks zu
verhindern, wenn sich der Gleitblock lateral zwischen den ersten
und zweiten Positionen bewegt. Bevorzugt wird der Kugelkolben 56 von
einer Feder 58 in Richtung des Gleitblocks 50 vorgespannt.
Da es einen geringfügigen
Zwischenraum zwischen der Oberseite des Gleitblocks 50 und der
oberen Wand des Hohlraums, der das Gehäuse für die Strahlungsabschirmungsanordnung
erzeugt, gibt, hat der Gleitblock Platz, um sich in der vertikalen Richtung
zu bewegen. Der Kugelkolben 56 verhindert, dass der Gleitblock
nach oben und nach unten schwenkt, wenn er sich zwischen der ersten
und zweiten Position bewegt, insbesondere wenn er sich zurückbewegt,
wenn das distale Ende des Quellstabs 20 mit dem Gleitblock
in Eingriff tritt und den Gleitblock zwingt, sich in die zweite
Position zu bewegen. Der Kugelkolben 56 umfasst eine Kugel,
welche bevorzugt aus Stahl aufgebaut ist und einen Durchmesser von
3/16'' (0,48 cm) aufweist,
und welche einen Punktkontakt an der oberen Oberfläche des Gleitblocks 50 bereitstellt.
Die Feder 58 weist bevorzugt eine Federkonstante von wenigstens
50 Pfund/Zoll (89 N/cm) auf, so dass sie den Kugelkolben 56 mit
einer Kraft von ungefähr
11 bis ungefähr 12
Pfund (ungefähr
50 bis ungefähr
55 N) nach unten drückt.
Die Kraft nach unten auf die Oberseite des Gleitblocks 50 beseitigt
jede Schwenkbewegung und zwingt den Gleitblock, sich in einer horizontalen
Ebene zu bewegen.
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Fachleuten
in dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, werden viele
Abwandlungen und andere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele in den Sinn
kommen, welche den Vorteil der in der vorhergehenden Beschreibung
und den beigefügten
Figuren dargestellten Lehren aufweisen. Daher sollte es sich verstehen,
dass die Erfindung nicht auf die spezifischen offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt
werden darf, und dass es beabsichtigt ist, dass Abwandlungen und
andere Ausführungsbeispiele
von dem Umfang der beigefügten
Ansprüche umfasst
werden. Obwohl hier spezifische Begriffe verwendet werden, werden
sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinn und nicht zu
Beschränkungszwecken
verwendet.