JP2821708B2 - 密度・水分計測装置 - Google Patents
密度・水分計測装置Info
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 20
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/24—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by observing the transmission of wave or particle radiation through the material
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- G—PHYSICS
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はガンマ線と速中性子線を用いて密度と水分
量とを同時に計測する装置に関する。
量とを同時に計測する装置に関する。
［従来の技術］ 従来、被測定物の密度と水分量とを同時に計測するに
は、ガンマ線を用いた密度計と、速中性子を用いた水分
計とが用いられていた。
は、ガンマ線を用いた密度計と、速中性子を用いた水分
計とが用いられていた。
しかし、２種類の計測器を用いて一つの被測定物を同
時に測定することは各計測器の配置スペースを必要と
し、また保守管理も煩わしいという難点があった。
時に測定することは各計測器の配置スペースを必要と
し、また保守管理も煩わしいという難点があった。
このような難点を解決する手段として、NaIシンチレ
ータと液体シンチレータを有するホスウィッチ検出器を
用いることが考えられる。
ータと液体シンチレータを有するホスウィッチ検出器を
用いることが考えられる。
第３図は上記ホスウィッチ検出器を用いて公知技術を
組合せた密度・水分計測装置一構成例のブロック回路図
で、（１）はガンマ線および速中性子線を放射する第１
の線源で、ここではCf−252である。（２）は光電ピー
クを形成するガンマ線を放射する第２の線源で、ここで
はCs−137でである。（３）はホスウィッチ検出器でNaI
シンチレータ（４）と液体シンチレータ（５）と光電増
倍管（６）とで構成され、また、NaIシンチレータ
（４）からのシンチレーション光は、液体シンチレータ
（５）を透過して光電子増倍管（６）に入射するよう配
置されている。第１の線源（１）からの放射線は被測定
物（20）を透過して両シンチレータ（４）、（５）に入
射するよう配置され、第２の線源（２）のガンマ線は被
測定物（20）を透過することなく直接NaIシンチレータ
（４）に入射するように配置されている。（７）はプリ
アンプ、（８）はAGC回路、（９）は高圧電源で、AGC回
路（８）は、プリアンプ（７）の出力信号に含まれてい
る第２の線源（２）からのガンマ線検出信号の光電ピー
クのパルス高さが一定となるように高圧電源（９）の出
力電圧を制御する。（10）はパルス波型弁別回路（以
下、「PSD回路」という）で、プリアンプ（７）から入
力される検出信号のパルスの立上がり時間の差を弁別
し、その立上り時間に応じたパルス群別に出力する。
組合せた密度・水分計測装置一構成例のブロック回路図
で、（１）はガンマ線および速中性子線を放射する第１
の線源で、ここではCf−252である。（２）は光電ピー
クを形成するガンマ線を放射する第２の線源で、ここで
はCs−137でである。（３）はホスウィッチ検出器でNaI
シンチレータ（４）と液体シンチレータ（５）と光電増
倍管（６）とで構成され、また、NaIシンチレータ
（４）からのシンチレーション光は、液体シンチレータ
（５）を透過して光電子増倍管（６）に入射するよう配
置されている。第１の線源（１）からの放射線は被測定
物（20）を透過して両シンチレータ（４）、（５）に入
射するよう配置され、第２の線源（２）のガンマ線は被
測定物（20）を透過することなく直接NaIシンチレータ
（４）に入射するように配置されている。（７）はプリ
アンプ、（８）はAGC回路、（９）は高圧電源で、AGC回
路（８）は、プリアンプ（７）の出力信号に含まれてい
る第２の線源（２）からのガンマ線検出信号の光電ピー
クのパルス高さが一定となるように高圧電源（９）の出
力電圧を制御する。（10）はパルス波型弁別回路（以
下、「PSD回路」という）で、プリアンプ（７）から入
力される検出信号のパルスの立上がり時間の差を弁別
し、その立上り時間に応じたパルス群別に出力する。
第４図はPSD回路（10）に入力される検出信号のパル
スの立上がり時間とその数の分布図で、図中のは液体
シンチレータ（５）で検出された速中性子線検出パルス
の単位時間当りのパルス数（計数率）を、は液体シン
チレータ（５）で検出された第１の線源（１）からのガ
ンマ線および第２の線源（２）からのガンマ線検出パル
スの計数率を、はNaIシンチレータ（４）で検出され
た第１および第２の線源（１），（２）からのガンマ線
検出パルスの計数率を示している。
スの立上がり時間とその数の分布図で、図中のは液体
シンチレータ（５）で検出された速中性子線検出パルス
の単位時間当りのパルス数（計数率）を、は液体シン
チレータ（５）で検出された第１の線源（１）からのガ
ンマ線および第２の線源（２）からのガンマ線検出パル
スの計数率を、はNaIシンチレータ（４）で検出され
た第１および第２の線源（１），（２）からのガンマ線
検出パルスの計数率を示している。
PSD回路（10）は第３図中の，，を分離し、第
1,第２、第３のカウンタ（11），（12），（13）はそれ
ぞれ，，のパルス数をカウントしてその計数率
N1,N2,N3を出力する。この計数率N1は被測定物（20）の
水分量に応じて減少する値であり、計数値N2は被測定物
（20）の密度に応じて減少する。（ただし、第２の線源
（２）による一定の計数率を含む）値である。
1,第２、第３のカウンタ（11），（12），（13）はそれ
ぞれ，，のパルス数をカウントしてその計数率
N1,N2,N3を出力する。この計数率N1は被測定物（20）の
水分量に応じて減少する値であり、計数値N2は被測定物
（20）の密度に応じて減少する。（ただし、第２の線源
（２）による一定の計数率を含む）値である。
CPU（14）はこれらの計数値N1,N2から下式の演算を行
って水分量Ｗおよび密度ρを算出する。
って水分量Ｗおよび密度ρを算出する。
N1＝N10exp（−μnW） N2−NS＝（N20−NS）exp（−μγρ） ただし、N10,N20は被測定物（20）を取り除いた場合
（それぞれ水分量Ｗおよび密度ρがＯのときに相当）の
計数率 NSは第２の線源（２）の寄与分 μn,μγは装置の定数である。
（それぞれ水分量Ｗおよび密度ρがＯのときに相当）の
計数率 NSは第２の線源（２）の寄与分 μn,μγは装置の定数である。
なお、第３のカウンタ（13）の計数率N3を用いても密
度測定ができるが、本願発明の対象でないのでここでは
説明を省略する。
度測定ができるが、本願発明の対象でないのでここでは
説明を省略する。
［発明が解決しようとする課題］ このように第３図に示した構成とすれば、一つのホス
ウィッチ検出器（３）を用いた計測装置で密度と水分量
とを同時に高い効率でもって計測することができ、同時
に、NaIシンチレータ（４）からの信号をAGC回路（８）
にみちびいて利得の安定化が図れる。
ウィッチ検出器（３）を用いた計測装置で密度と水分量
とを同時に高い効率でもって計測することができ、同時
に、NaIシンチレータ（４）からの信号をAGC回路（８）
にみちびいて利得の安定化が図れる。
このように液体シンチレータをPSD技術と組合わせる
と、速中性子線とガンマ線を弁別できるという長所をも
つが、液体シンチレータは機械的強度に乏しく、かつ可
燃性であるので取扱いが難しく、さらに極めて高価であ
るという問題点があるため、研究室内での利用を除いて
実用化が困難である。
と、速中性子線とガンマ線を弁別できるという長所をも
つが、液体シンチレータは機械的強度に乏しく、かつ可
燃性であるので取扱いが難しく、さらに極めて高価であ
るという問題点があるため、研究室内での利用を除いて
実用化が困難である。
この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、液体シンチレータに代えて、速中性子線と
ガンマ線との弁別能をもたないプラスチックシンチレー
タを備えたホスウィッチ検出器を用いて、密度および水
分量を高効率で安定に計測でき、かつ、取扱いの容易な
密度・水分計測装置を得ることを目的とする。
れたもので、液体シンチレータに代えて、速中性子線と
ガンマ線との弁別能をもたないプラスチックシンチレー
タを備えたホスウィッチ検出器を用いて、密度および水
分量を高効率で安定に計測でき、かつ、取扱いの容易な
密度・水分計測装置を得ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 被測定物を透過するようにガンマ線および速中性子線
を放出する第１の線源と、NaIシンチレータとプラスチ
ックシンチレータとを一つの光電子増倍管に光学的に結
合してなり上記被測定物を透過したガンマ線および速中
性子線を検出するホスウィッチ検出器と、この検出器の
出力信号をそのパルス立上がり時間の差にもとずいてプ
ラスチックシンチレータ部分からの第１の検出信号とNa
Iシンチレータからの第２の検出信号とに弁別するPSD回
路と、上記第１の検出信号および第２の検出信号の計数
率NP,NCを別々に計測する手段と、上記第１の信号の計
数率NP（速中性子線による寄与分Nnとガンマ線による寄
与分Ｎγの和で構成されている）を上記ホスウィツチ検
出器および線源の構成によって定まる比率にもとづいて
ガンマ線寄与分Ｎγと速中性子線寄与分Nnとに配分する
手段とを備え、この計数率ＮγおよびNnから密度ρおよ
び水分率Ｗを算出するようにしたものである。
を放出する第１の線源と、NaIシンチレータとプラスチ
ックシンチレータとを一つの光電子増倍管に光学的に結
合してなり上記被測定物を透過したガンマ線および速中
性子線を検出するホスウィッチ検出器と、この検出器の
出力信号をそのパルス立上がり時間の差にもとずいてプ
ラスチックシンチレータ部分からの第１の検出信号とNa
Iシンチレータからの第２の検出信号とに弁別するPSD回
路と、上記第１の検出信号および第２の検出信号の計数
率NP,NCを別々に計測する手段と、上記第１の信号の計
数率NP（速中性子線による寄与分Nnとガンマ線による寄
与分Ｎγの和で構成されている）を上記ホスウィツチ検
出器および線源の構成によって定まる比率にもとづいて
ガンマ線寄与分Ｎγと速中性子線寄与分Nnとに配分する
手段とを備え、この計数率ＮγおよびNnから密度ρおよ
び水分率Ｗを算出するようにしたものである。
［作用］ 線源から放射されたガンマ線と速中性子線は、被測定
物を透過してプラスチックシンチレータで検出されると
ともに、ガンマ線はNaIシンチレータでも検出される。P
SD回路は、プラスチックシンチレータによる検出信号と
NaIシンチレータによる検出信号とを、両信号のパルス
立上がり時間の差を利用して分離する。計数率NP,NCを
計測する手段は、分離されたプラスチックシンチレータ
からの検出信号の単位時間当りのパルス数（計数率）NP
とNaIシンチレータからの検出信号の計数率NCとをカウ
ントする。第１の計数率NPを配分する手段は、ホスウィ
ッチ検出器と線源の構成によって定まる配分比にもとづ
いて計数率NPをガンマ線寄与分Ｎγと速中性子線寄与分
Nnとに分配される。水分量算出手段は、上記のようにし
て配分された速中性子線計数率Nnにもとづいて被測定物
の水分量を算出し、密度算出手段は、同じく配分された
ガンマ線計数率Ｎγにもとづいて被測定物の密度を算出
する。
物を透過してプラスチックシンチレータで検出されると
ともに、ガンマ線はNaIシンチレータでも検出される。P
SD回路は、プラスチックシンチレータによる検出信号と
NaIシンチレータによる検出信号とを、両信号のパルス
立上がり時間の差を利用して分離する。計数率NP,NCを
計測する手段は、分離されたプラスチックシンチレータ
からの検出信号の単位時間当りのパルス数（計数率）NP
とNaIシンチレータからの検出信号の計数率NCとをカウ
ントする。第１の計数率NPを配分する手段は、ホスウィ
ッチ検出器と線源の構成によって定まる配分比にもとづ
いて計数率NPをガンマ線寄与分Ｎγと速中性子線寄与分
Nnとに分配される。水分量算出手段は、上記のようにし
て配分された速中性子線計数率Nnにもとづいて被測定物
の水分量を算出し、密度算出手段は、同じく配分された
ガンマ線計数率Ｎγにもとづいて被測定物の密度を算出
する。
［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例のブロック回路図で、
（15）はプラスチックシンチレータ、（16）はPSD回路
で、第２図に示すようなパルスの立上がり時間の差によ
る分離能を有しており、図中のはプラスチックシンチ
レータ（15）による第１の線源（１）からの速中性子線
およびガンマ線の検出信号を、はNaIシンチレータ
（４）による第１の線源（１）からのガンマ線および第
２の線源（２）からのガンマ線の検出信号を示してお
り、PSD回路（16）は、入力信号をとに弁別して第
１、第２のカウンタ（17）、（18）に出力する。（19）
はCPUで、第１のカウンタ（17）の計数率NPを速中性子
線計数率Nnとガンマ線計数率Ｎγとに配分する。
（15）はプラスチックシンチレータ、（16）はPSD回路
で、第２図に示すようなパルスの立上がり時間の差によ
る分離能を有しており、図中のはプラスチックシンチ
レータ（15）による第１の線源（１）からの速中性子線
およびガンマ線の検出信号を、はNaIシンチレータ
（４）による第１の線源（１）からのガンマ線および第
２の線源（２）からのガンマ線の検出信号を示してお
り、PSD回路（16）は、入力信号をとに弁別して第
１、第２のカウンタ（17）、（18）に出力する。（19）
はCPUで、第１のカウンタ（17）の計数率NPを速中性子
線計数率Nnとガンマ線計数率Ｎγとに配分する。
次に、第１の計数率NPの配分方法について説明する。
配分方法１ 計測系を、被測定物（20）を取除き、かつ第１の線源
（１）の位置にガンマ線線を代置したときのプラスチッ
クシンチレータ（15）による計数率NPOとNaIシンチレー
タ（４）による計数率NCOとを実測し、下記の算式にも
とづいて配分する。
（１）の位置にガンマ線線を代置したときのプラスチッ
クシンチレータ（15）による計数率NPOとNaIシンチレー
タ（４）による計数率NCOとを実測し、下記の算式にも
とづいて配分する。
NP×（NCO/NPO）＝Ｎγ NP−Ｎγ＝Nn 配分方法２ 計測系を、被測定物（20）を取り除き、かつプラスチ
ックシンチレータ（15）と同じ寸法の液体シンチレータ
（５）を代置した第３図の構成とした場合の第４図中の
成分との計数率N20とN30とを実測し、下記の算式に
もとづいて配分する。
ックシンチレータ（15）と同じ寸法の液体シンチレータ
（５）を代置した第３図の構成とした場合の第４図中の
成分との計数率N20とN30とを実測し、下記の算式に
もとづいて配分する。
NP×N20/N30＝Ｎγ NP−Ｎγ＝Nn この配分方法は、プラスチックシンチレータと液体シ
ンチレータはその組成が近似しているため、同寸法、か
つ測定条件が同じであれば両者の速中性子線およびガン
マ線の検出効率は実質上等しいと考えられることにもと
づいている。
ンチレータはその組成が近似しているため、同寸法、か
つ測定条件が同じであれば両者の速中性子線およびガン
マ線の検出効率は実質上等しいと考えられることにもと
づいている。
このようにして配分した計数率NnおよびＮγにもとづ
いて、次の演算を実行することによって被測定物（20）
の厚さが一定である場合の水分量Ｗ、および密度ρが得
られる。
いて、次の演算を実行することによって被測定物（20）
の厚さが一定である場合の水分量Ｗ、および密度ρが得
られる。
Nn＝Nnoexp（−μnW） Ｎγ＝Ｎγｏexp（−μγρ） ただし、W:被測定物の体積当たりの水分量 ρ：被測定物の密度で、体積当りの重量 Nno:被測定物を取り除いたときの計数率Nn Nγｏ：被測定物を取り除いたときの計数率Nγ μn,μγ：装置定数 （ここでの被測定物の厚さは一定とする） である。なお、パーセント水分量ηは η＝100×（W/ρ） で求められる。
なお、上記実施例では、第１の線源（１）にCf−252
を用いたが、速中性子線とガンマ線を放出する線源であ
れば単一の線源でも複数の線源でもよい。
を用いたが、速中性子線とガンマ線を放出する線源であ
れば単一の線源でも複数の線源でもよい。
また、上記実施例では、AGC回路（８）を作動させる
ための第２の線源（２）を設けたが、これは測定系の利
得の安定を図るためのものであって、高安定度を要しな
い場合は第２の線源（２）およびAGC回路（８）は必要
ではない。
ための第２の線源（２）を設けたが、これは測定系の利
得の安定を図るためのものであって、高安定度を要しな
い場合は第２の線源（２）およびAGC回路（８）は必要
ではない。
［発明の効果］ この発明によれば、NaIシンチレータとプラスチック
シンチレータとを一つの光電増倍管に光学的に結合した
ホスウィッチ検出器を用いたので、被測定物の密度と水
分量とを効率よく、かつ、安定に計測することができ、
さらに機械的強度が優れたプラスチックシンチレータを
用いたので取扱いが容易で安価な密度・水分計測装置が
得られる効果がある。
シンチレータとを一つの光電増倍管に光学的に結合した
ホスウィッチ検出器を用いたので、被測定物の密度と水
分量とを効率よく、かつ、安定に計測することができ、
さらに機械的強度が優れたプラスチックシンチレータを
用いたので取扱いが容易で安価な密度・水分計測装置が
得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例のブロック回路図、第２図
はこの実施例のホスウィッチ検出器の検出パルスの立上
がり時間に対する計数率の分布特性を示す図、第３図は
NaIシンチレータと液体シンチレータとを有するホスウ
ィッチ検出器を用いて公知技術を組合せた密度・水分計
測装置の一構成例のブロック回路図、第４図はこの構成
例のホスウィッチ検出器の検出パルスの立上り時間に対
する計数率の分布特性を示す図である。 （１）……第１の線源、（２）……第２の線源、（３）
……ホスウィッチ検出器、（４）……NaIシンチレー
タ、（６）……光電増倍管、（15）……プラスチックシ
ンチレータ、（16）……波形弁別回路、（17）、（18）
……カウンタ、（19）……CPU。 なお、各図中、同一符号はそれぞれ同一または相当部分
を示す。
はこの実施例のホスウィッチ検出器の検出パルスの立上
がり時間に対する計数率の分布特性を示す図、第３図は
NaIシンチレータと液体シンチレータとを有するホスウ
ィッチ検出器を用いて公知技術を組合せた密度・水分計
測装置の一構成例のブロック回路図、第４図はこの構成
例のホスウィッチ検出器の検出パルスの立上り時間に対
する計数率の分布特性を示す図である。 （１）……第１の線源、（２）……第２の線源、（３）
……ホスウィッチ検出器、（４）……NaIシンチレー
タ、（６）……光電増倍管、（15）……プラスチックシ
ンチレータ、（16）……波形弁別回路、（17）、（18）
……カウンタ、（19）……CPU。 なお、各図中、同一符号はそれぞれ同一または相当部分
を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】ガンマ線および速中性子線を検出するプラ
スチックシンチレータおよびガンマ線用シンチレータを
一つの光電子増倍管に光学的に結合してなるホスウィッ
チ検出器と、放射したガンマ線および速中性子線が被測
定物を透過して上記ホスウィッチ検出器に入射するよう
に配置された線源と、上記ホスウィッチ検出器の検出信
号をプラスチックシンチレータによって検出された第１
の信号成分とガンマ線用シンチレータによって検出され
た第２の信号成分とに分離する手段と、この分離された
第１の信号成分の計数率NPおよび第２の信号成分の計数
率NCをカウントする手段と、上記第１の計数率NPを上記
線源およびホスウィッチ検出器の構成によって定まる比
率でもってガンマ線分の計数率Ｎγと速中性子線分の計
数率Nnとに配分する手段と、この配分された計数率Ｎγ
およびNnにもとづいて被測定物の密度ρおよび水分量Ｗ
を算出する手段とを備えた密度・水分計測装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2156363A JP2821708B2 (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 密度・水分計測装置 |
| AU79615/91A AU637710B2 (en) | 1990-06-13 | 1991-06-11 | Density-moisture measuring system |
| AT91911493T ATE120856T1 (de) | 1990-06-13 | 1991-06-11 | System zur messung von feuchtigkeit und dichte. |
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