DK171779B1

DK171779B1 - Fremgangsmåde til bestemmelse af densitetsprofil

Info

Publication number: DK171779B1
Application number: DK015196A
Authority: DK
Inventors: Steen Teller
Original assignee: Wesser & Dueholm
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1997-05-20
Also published as: DE69705244D1; PT1017986E; ATE202212T1; EP1017986B1; DE69705244T2; US6094470A; AU1719397A; WO1997030336A1; EP1017986A1; CA2243629A1; CA2243629C; DK15196A; ES2159109T3

Description

DK 171779 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til bestemmelse af densitetsprofil i et pladeformet materiale af den i krav l's indledning angivne art.

Fra dansk patentansøgning nr. 0723/94 er det kendt at bestem-5 me densitetsprofilen i pladeformede materialer ved en måling af Compton-spredt stråling fra små delvolumener i materialet. Under målingen fastholdes en bestemt vinkelrelation mellem den indfaldende og den spredte stråling, og den spredte stråling korrigeres ved en samtidig måling af den indfaldende 10 strålingsintensitet og dæmpningen i hele det pladeformede materiale. Ved denne målemetode bliver der imidlertid kun taget hensyn engangsspredt stråling.

Fra artiklen "The characterisation of multiple scattering in Compton profile measurements" af T. Pitkanen i Nuclear In-15 struments and Methods i Physics Research A257 (1987) pp 384-390 er det kendt, at multipelt spredt stråling betyder forholdsvis meget ved forholdsvis tykke plader.

Formålet med opfindelsen er derfor at tilvejebringe en fremgangsmåde til bestemmelse af densitetsprofil af et pladefor-20 met materiale, og som er nøjagtigere end hidtil kendt.

En fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at der korrigeres for multipelt spredt stråling i hvert enkelt delvolumen. Derved opnås en målemetode, der er nøjagtigere end hidtil kendt, især ved 25 forholdsvis tykke plader.

I en særlig hensigtsmæssig udførelsesform korrigeres der for den multipelt spredte stråling ved, at den fratrækkes den målte stråling, idet den multipelt spredte stråling kan beregnes ud fra et kendskab til nogle parameterværdier, der 30 findes ved en kalibreringsmåling.

DK 171779 Bl 2

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser hvorledes den målte intensitet af den spredte stråling er sammensat af flere bidrag, 5 fig. 2 en måleopstilling, hvor der er placeret en yderligere detektor mellem røntgenkilden og det pladeformede materiale, fig. 3 en opstilling omfattende to pladeformede materialer, der er anbragt med en indbyrdes afstand, og fig. 4 et eksempel på hvorledes en af parameterværdierne β 10 varierer som funktion af højden i pladematerialet.

Fig. 1 viser hvorledes den målte intensitet af den spredte stråling er sammensat af bidrag fra det betragtede delvolumen ved P og bidrag fra multipelt spredt stråling enten i selve det pladeformede materiale M, hvor spredt stråling fra hele 15 strækningen AB kan resultere i fornyet spredning fra strækningen CD i retning mod detektoren F, eller via en kollima-tor, hvor spredt stråling fra strækningen AB rammer kollima-torens væg og spredes mod detektoren F.

Intensiteten af den multipelt spredte stråling er ukorreleret 20 med densiteten i delvolumenet ved P, men næsten entydigt kor-releret med det pladeformede materiales M fladevægt pt, hvor p er middeldensiteten, og t er tykkelsen.

Ved den kendte Monte-Carlo-metode er der foretaget simulationsberegninger, der bekræfter dette. For den foreliggende 25 målegeometri med et smalt indfaldende strålebundt og en kraftig kollimering foran detektoren for spredt stråling og en optisk tykkelse på μ·ρ·tsl, hvor μ er absorptionskoefficienten, kan intensiteten af multipelt spredt stråling IMS tilnærmet udtrykkes ved DK 171779 B1 3 (1) IMS = β-Γ0μ·ρ·£(1-α·μρ t) hvor I0 er den indfaldende intensitet.

IMS er proportional med intensiteten I0 af indfaldende stråling, og parametrene a og β afhænger af den aktuelle målegeometri (strålebundtets udstrækning, synsfelt for og afstand 5 til kollimatoren og detektoren mv.). Endvidere er β afhængig af positionen af P af det aktuelle delvolumen, hvorfra enkeltspredt stråling ønskes målt. Betragtes punktet Px uden for pladen M, er der en endelig sandsynlighed for multipelt spredt stråling fra spredning på strækningen AB via C' , D' 10 eller E' til den forskudte detektor. IMS aftager imidlertid med voksende afstand af C', D' fra AB.

Ovenstående betragtninger fører til, at der kan korrigeres for multipelt spredt stråling på følgende måde.

Der placeres som vist i fig. 2 en detektor TK mellem røntgen-15 kilden K og det pladeformede materiale M. Detektoren TK måler den tidsmæssige variation af kilden K's intensitet. Målesignalet fra detektoren TK giver sammen med det transmitterede målesignal T relationen θ-μρε =^~ eller μ-ρ-fc = ln-^ hvor μ er absorptionskoefficienten, p er mas se tæt heden, og t 20 er tykkelsen, hvorefter den korrigerede densitet pkorr for et delvolumen ved P ifølge 0723/94 ved en fratrækning af IMS(P) findes som (2) P*,„<P) = C J”(P> ;^(P> = DK 171779 B1 4 c-iislfl- - ^-P(P) - in -££|l -« - in \ T T r T \ T j ) hvor T = I0 e_ppt eller TK = I0 · k (k = konstant fraktion af røntgenrørets intensitet målt som I0 ved T for tomt målegab) er korrigeret med faktoren k.

Parametrene a og β bestemmes ved en kalibreringsmåling for 5 den aktuelle måleopstilling. I fig. 3 er to plader Μ' , M" placeret med indbyrdes afstand svarende til udstrækningen af ca. tre delvolumener. Måles IFS fra det herved tilvejebragte luftmellemrum imellem pladerne M', M", måles kun multipelt spredt stråling. Målingen af IFS gentages med et andet sæt 10 plader (større/mindre tykkelse og/eller højere/lavere densitet) , hvorved der fremkommer to ligninger med to ubekendte til bestemmelse af α og jS. β'3 variation med P i forhold til centerværdien bestemmes derefter ved hjælp af et sæt plader af tykkelser svarende til 3-4 delvolumener, hvorimellem der 15 etableres et luftmellemrum i forskellige dybder.

Da virkningen af multipelt spredt stråling er lille (ca. 10% (svarende til værdien af a) af enkelt spredt stråling målt i et typisk måleobjekt med en densitet på ca. lg/cm3) er det tilstrækkeligt at kende det absolutte bidrag midt i det pla-20 deformede materiale, hvorefter den relative variation af β fra underkant til overkant målt for én tykkelse kan benyttes til beregning af det multiple spredningsbidrag hen over plader af vilkårlig tykkelse.

I praksis suppleres densitetsprofilmåleren med en konventio-25 nel tykkelsesmåler (f.eks. en optisk reflektionsmåler), hvorved såvel størrelsen DK 171779 B1 5 μ.ρ-t = ln -ψ som tykkelsen t foreligger i en computer ved produktionsstart og løbende opdateres. Ud fra tykkelsen t beregnes, hvilken position for detektoren F, der svarer til "0”, t" og "t".

For midterpositionen svarende til H t hentes værdierne af α 5 og β fra en tabel, eller ved hjælp af en funktion /3(P) beregnes den relative variation af β over den målte tykkelse, hvorefter målte spredningsdensiteter korrigeres ved hjælp af formel (2).

Valg af indfaldsvinkel og spredningsvinkel og udnyttelse af 10 signalerne fra de tre detektorer følger i øvrigt fremgangsmåden ifølge 0723/94.

Claims

1. Fremgangsmåde til bestemmelse af densitetsprofil i pladeformet materiale (M) , hvis densitet varierer diskret eller 5 kontinuært over pladetykkelsen, hvorimod densiteten i en bestemt dybde af pladen fortrinsvis antages at være konstant, herunder eksempelvis træbaserede plader, ved hjælp af røntgen- eller γ-stråler fra en kilde (K) , som anbringes på den ene side af pladen (M), hvorhos der på den anden side af den 10 under målingen i længderetningen fremførte fortrinsvis endeløse plade (M) anbringes mindst to detektorer (T,F), idet en første detektor (T) fortrinsvis placeres i kildens (K) udstrålingsretning og måler den gennem pladen (M) transmitterede stråling, og mindst én detektor (F) placeres uden for 15 kildens (K) udstrålingsretning og måler den spredte stråling fra delvolumener langs kildens (K) udstrålingsretning, k e n detegnet ved, at der korrigeres for multipelt spredt stråling i hvert enkelt delvolumen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, 20 at der korrigeres for den multipelt spredte stråling ved at den fratrækkes den målte stråling.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den multipelt spredte stråling beregnes ved hjælp af formlen tks = (1 - α · μρί:) 25 hvor I0 er den indfaldende intensitet, og a og β er parameterværdier, der afhænger af den aktuelle måleopstilling.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at a og β bestemmes ved en kalibreringsmåling for den aktuel- DK 171779 B1 7 le måleopstilling.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 3 eller 4, kendetegnet ved, at den relative variation af β bestemmes ved hjælp af et sæt plader af tykkelser svarende til et antal 5 delvolumener, idet der imellem pladerne etableres et luftmel-lemrum i forskellige dybder (fig. 3).