DE60036200T2

DE60036200T2 - Nukleares messgerät zur bestimmung der dichte dünner lagen

Info

Publication number: DE60036200T2
Application number: DE60036200T
Authority: DE
Inventors: Wewage H. Chapel Hill DEP; John T. Cary EAGAN; Alfred W. Raleigh JORDAN; Robert E. Raleigh TROXLER
Original assignee: Troxler Electronic Laboratories Inc
Current assignee: Troxler Electronic Laboratories Inc
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: US6442232B2; EP1166095B1; US20010055363A1; CA2363419C; CN1344367A; WO2000052454A2; ATE371861T1; US6310936B1; AU773968B2; WO2000052454A3; EP1166095A2; AU3717400A; DE60036200D1; CN1156689C; CA2363419A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Dichte von Materialien und insbesondere eine Vorrichtung zum Messen der Dichte dünner Materialschichten.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die US 3,544,793 offenbart ein Messgerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung wird in den Ansprüchen definiert.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Nachdem somit die Erfindung allgemein beschrieben wurde, wird nun auf die beigefügten Figuren Bezug genommen, welche nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind, wobei:
1 eine Perspektivansicht eines nuklearen Messgeräts nach der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht eines Messgeräts nach der vorliegenden Erfindung entlang einer Linie 2-2 in 1 ist;
3A und 3B die Draufsicht und die Seitenansicht des feststehenden Blockabschnitts des Messgeräts nach der vorliegenden Erfindung darstellen;
4A und 4B zwei Seitenansichten des Gleitblockabschnitts des Messgeräts nach der vorliegenden Erfindung darstellen; und
5A und 5B zwei Seitenansichten des Indexstababschnitts des Messgeräts nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Nukleares Messgerät, umfassend ein Messgerätgehäuse (12) mit einem vertikalen Hohlraum (11) durch dieses und einer Basis (14), wenigstens einen Strahlungsdetektor (16), der in dem Gehäuse und benachbart zu der Basis des Gehäuses angeordnet ist, einen vertikal beweglichen Quellstab (20), der sich in den Hohlraum des Messgerätgehäuses erstreckt, eine Strahlungsquelle (22), die funktionsfähig in einem distalen Ende des Quellstabs positioniert ist, und Mittel zum vertikalen Ausfahren und Zurückziehen des Quellstabs zu einer Mehrzahl von vorherbestimmten Quellstabpositionen, um so die räumliche Beziehung zwischen der Strahlungsquelle und dem wenigstens einen Strahlungsdetektor zu verändern; wobei das Messgerät weiterhin eine Strahlungsabschirmungsanordnung umfasst, welche funktionsfähig positioniert ist, um sich lateral zwischen zwei Positionen, einer ersten Position, welche 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 diesen erlaubt, zu bewegen, wobei die Strahlungsabschirmungsanordnung umfasst: einen Gleitblock (50), welcher funktionsfähig positioniert ist, um sich lateral zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen, eine Feder (54), welche sich mit dem Gleitblock in Eingriff befindet und den Gleitblock in die erste Position vorspannt, und gekennzeichnet ist durch einen feststehenden Block (52), wobei der feststehende Block eine Führungsschiene umfasst, welche sich mit dem Gleitblock in Eingriff befindet und eine Bewegung des Gleitblocks führt.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 1, welches weiterhin einen Kugelkolben (56) umfasst, der sich mit dem Gleitblock in Eingriff befindet und funktionsfähig positioniert ist, um eine vertikale Bewegung des Gleitblocks zu verhindern, wenn sich der Gleitblock lateral zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 2, welches weiterhin eine Feder (58) umfasst, die sich mit dem Kugelkolben in Eingriff befindet und den Kugelkolben in Richtung des Gleitblocks vorspannt.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 3, wobei die Feder in Eingriff mit dem Kugelkolben eine Federkonstante von wenigstens ungefähr 50 Pfund/Zoll (lbs./inch) (89 N/cm) aufweist.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum vertikalen Ausfahren und Zurückziehen des Quellstabs einen Indexstab (24) umfassen, welcher funktionsfähig benachbart zu dem Quellstab positioniert ist, wobei der Indexstab eine Mehrzahl von Einkerbungen (26) umfasst, wobei jede der Einkerbungen einer der vorherbestimmten Quellstabpositionen entspricht.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 5, wobei die Mittel zum vertikalen Ausfahren und Zurückziehen des Quellstabs weiterhin einen an dem Quellstab befestigten Griff (28) umfassen, wobei der Griff einen Hohlraum und einen Indexierer (36) umfasst, wobei sich der Indexstab in den Hohlraum des Griffs erstreckt, wobei der Indexierer funktionsfähig positioniert ist, um mit den Einkerbungen des Indexstabs in Eingriff zu treten, um den Quellstab vorübergehend in einer der vorherbestimmten Positionen zu befestigen.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 6, welches weiterhin wenigstens zwei Befestiger (64) umfasst, die den Griff an dem Quellstab befestigen.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 6, welches weiterhin eine Feder (38) umfasst, die funktionsfähig positioniert ist, um den Indexierer in einen Eingriff mit den Einkerbungen vorzuspannen, wobei die Feder eine Federkonstante von wenigstens ungefähr 20 Pfund/Zoll (lbs./inch) (36 N/cm) aufweist.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 5, wobei der Indexstab eine im Wesentlichen zylinderförmige Form an der Position einer Einkerbung des Indexstabs aufweist, die einer Rückstreuungsposition entspricht.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 1, welches weiterhin eine koaxial um den vertikalen Hohlraum des Messgerätgehäuses angebrachte Sicherheitsabschirmung (46) umfasst, wobei die Sicherheitsabschirmung ein Lager (48) umfasst, das funktionsfähig positioniert ist, um den Quellstab durch den Hohlraum zu führen.
Nukleares Messgerät nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Strahlungsdetektor umfasst: einen ersten Strahlungsdetektor (16), der an einer ersten Position in dem Gehäuse und benachbart zu der Basis des Gehäuses angeordnet ist; und einen zweiten Strahlungsdetektor (18), der an einer zweiten Position in dem Gehäuse und benachbart zu der Basis des Gehäuses angeordnet ist.