JPH04319644A - 密度測定方法及びそれを用いた密度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、γ線パルスを被測定試
料に放射してその被測定試料中を通過してきたγ線パル
スの数を計数し、その計数値から被測定試料の密度を求
める密度測定方法及び密度測定装置に関し、特に、被測
定試料の水分含有率を考慮した補正処理を行うことによ
って実際に即した密度測定を実現する密度測定方法及び
密度測定装置に関する。

【０００２】

【従来例】従来、道路舗装用アスファルトやコンクリー
ト等の試料の密度を測定する密度測定装置が知られてい
る。この密度測定装置は、被測定試料へγ線パルスを放
射する放射線源と、放射線源から夫々異なった間隔で配
置された一対の検出センサ（ＮａＩシンチレーションカ
ウンタ）とを該被測定試料面に設置し、被測定試料中を
通過して来たγ線パルスを各検出センサで検出して、夫
々の単位時間当たりのパルス数を計数する。そして、夫
々の検出センサの各計数値Ｎ１とＮ２について、次式（
１）の演算を行うことにより、試料密度ρを算出してい
た。

【０００３】

【数１】

【０００４】又、このような一対の検出センサを使用す
るのではなく、一個の検出センサのみでパルス数を計数
し、この計数値を次式（２）に適用することによって直
接に密度を求めるものもあった。

【０００５】

【数２】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の密度測定装置にあっては、被測定試料の水分
含有率を考慮していないので、実際の試料の密度とは誤
差を生じていた。又、このような誤差が最小となるよう
に、予め被測定試料毎に密度測定装置のキャリブレーシ
ョン等を行った後に密度測定を行っていたが、極めて繁
雑であった。

【０００７】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたものであり、実際に即した試料密度を行い得る密
度測定方法及び密度測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、被測定試料に対して放射線源からγ
線パルスを放射し、被測定試料中を通過してきたγ線パ
ルスの単位時間当たりの数を計数して、その計数値から
試料の密度を求める密度測定方法及び密度測定装置を対
象とする。

【０００９】そして、本発明は検出センサで検出したγ
線パルスの計数値を複数のエネルギー範囲毎に求め、更
に、被測定試料の水分含有率を表す未知変数を導入した
近似式にこれらの計数値を代入することによって試料の
実際の水分含有率を示す変数値を求め、更に、この変数
値を密度算出のための演算式に代入することによって真
の密度を求めるようにした。

【００１０】

【作用】ここで、ある２つの異なるエネルギー範囲内で
計測された散乱γ線により、前述の方法で算出された密
度を考えた場合に、その算出された密度をρＨ’，　ρ
Ｌ’とする。水分含有率の影響により、

【００１１】

【数３】

【００１２】

【数４】

【００１３】のように、誤差を発生したとする。この時
、（４）式を（３）式で割ると、

【００１４】

【数５】

【００１５】となるが、ρＬ　／ρＨ　の値は、計測系
の幾何学的配置が変化しなければ、常に一定の値をとる
と思われるので定数とする。また、一般に、ＥＨ　とＥ
Ｌ　を比較した場合には、

【００１６】

【数６】

【００１７】の関係があり、ＥＬ　が、ＥＨ　の２次以
上の関数として表せるのであれば、

【００１８】

【数７】

【００１９】として、（３）式は、

【００２０】

【数８】

【００２１】のように書ける。関数ｆ（β）の形が不変
である限りは、βを求める事が出来れば、真の密度を求
める事が出来る。従って、この関数ｆ（β）として妥当
と考えられる近似式を導入し、水分含有率による影響を
補正することにより、従来の水分含有率を考慮しない場
合と比較してより現実に即した結果を得ることができる
。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例による密度測定装置
を図３に基づいて説明する。図３において、１は被測定
試料の表面に設置する表面型密度測定装置の筐体であり
、筐体１内には、被測定試料にγ線パルスを放射するた
めの放射線源２が設けられると共に、放射線源２から異
なった距離Ｌ１，Ｌ２の位置に、被測定試料を通ってき
たγ線パルスを検出するための一対の検出センサ３，４
が設けられている。

【００２３】尚、これらの検出センサ３，４はＮａＩシ
ンチレーションカウンタが適用され、予め設定されるエ
ネルギー範囲（図１においてはＥＴ〜ＥＭの範囲）でエ
ネルギーの検出レベルを順次に変化させ、夫々のエネル
ギー値におけるγ線パルスの数を計数するという走査処
理を行う、あるいは、全計測散乱γ線エネルギー範囲の
複数のウィンドウについて一括計測を行うことで、パル
スハイト図に相当する計数値のデータを得る。

【００２４】更に、各検出センサ３，４で計数されたγ
線パルスの計数値のデータＳ１，Ｓ２は、図４に示すよ
うに、第１の演算部１５及び補正演算部１６を有する処
理部に入力されて、密度ρＴ　の計測データを出力する
。 尚、これらの演算部１５，１６は、マイクロプロセサ等
の演算処理装置で構成されている。まず、本実施例によ
る密度測定の原理を、図１に示すパルスハイト図と、図
２に示す質量吸収係数の特性曲線図と共に説明する。

【００２５】図１は、被測定試料の表面にγ線パルスを
放射する放射線源を設置すると共に、該放射線源から夫
々異なった距離Ｌ１，Ｌ２（但し、Ｌ１＜Ｌ２）の位置
に一対の検出センサを設置して、夫々の検出センサに到
達する散乱γ線パルスの単位時間当たりの数を計数する
ことにより得られるパルスハイト図であり、横軸を錯乱
γ線パルスのエネルギーＥγ、縦軸を各エネルギー毎の
計数値として示してある。グラフ（Ａ）は放射線源から
近い距離Ｌ１に設置された検出センサによる計測結果、
グラフ（Ｂ）は放射線源から遠い距離Ｌ２に設置された
検出センサによる計測結果を示す。更に、放射線源から
発せられるγ線パルスの弁別エネルギーＥＭ、エネルギ
ーレベルＥＴは密度測定装置の測定限界であり、この範
囲内での計測結果を示す。

【００２６】一方、図２は、被測定試料を水にした場合
のγ線エネルギーＥγに対する質量吸収係数μ１の変化
と、被測定試料を岩石等の酸化金属類とした場合のγ線
エネルギーＥγに対する質量吸収係数μ２の変化を示す
。この図２から明らかなように、エネルギーＥγが高い
範囲では水の質量吸収係数の方が大きく、エネルギーＥ
γが低い範囲では酸化金属類の質量吸収係数の方が大き
いという特性を有している。

【００２７】そして、図１に示すパルスハイト図で示さ
れるエネルギーＥγに対する計数値の特性は、図２に示
すような質量吸収係数の特性を含むので、図１に示すよ
うなパルスハイト図に相当する計数値から密度を求める
際に、水分含有率に関する未知変数を適用することで、
より実際に即した試料の密度を補正して求める。この補
正処理を行うために、まず、図１のグラフ（Ａ）につい
てのエネルギー範囲ＷＨにおける全計数値をＮＨ１、エ
ネルギー範囲ＷＬにおける全計数値をＮＬ１、全範囲Ｗ
Ｌ＋ＷＨにおける全計数値をＮ１、グラフ（Ａ）を関数
ｆ（Ｅγ）、更に、グラフ（Ｂ）についてのエネルギー
範囲ＷＨでの全計数値をＮＨ２、エネルギー範囲ＷＬに
おける全計数値をＮＬ２、全範囲ＷＬ＋ＷＨにおける全
計数値をグラフ（Ｂ）を関数ｇ（Ｅγ）で示すものとす
れば、夫々のエネルギー範囲の計数値を、次式（９），
（１０），（１１），（１２），（１３），（１４）で
表される演算処理を行うことによって求める。

【００２８】

【数９】

【００２９】

【数１０】

【００３０】

【数１１】

【００３１】

【数１２】

【００３２】

【数１３】

【００３３】

【数１４】

【００３４】次に、夫々の計数値Ｎ１，ＮＨ１，　ＮＬ
１，Ｎ２，ＮＨ２，　ＮＬ２から各エネルギー範囲毎の
密度即ち、範囲ＷＨの計測結果からの密度ρＨ　、範囲
ＷＬの計測結果からの密度ρＬ　、範囲ＷＨ＋ＷＬの計
測結果からの密度ρＨＬを次式（１５），（１６），（
１７）から求める。

【００３５】

【数１５】

【００３６】

【数１６】

【００３７】

【数１７】

【００３８】尚、上記式（１５）〜（１７）中、ＡＨ　
，ＡＬ　，Ａ，ＢＨ　，ＢＬ　，Ｂは定数値である。更
に試料の水分含有率に関する未知変数ωを導入した式（
１８），（１９），（２０）を導入する。

【００３９】

【数１８】

【００４０】

【数１９】

【００４１】

【数２０】

【００４２】なお、ρＴ　は真の密度であり被測定試料
の質量吸収率に比例する。又、ＸＨ　，ＸＬ　，ＸＨＬ
は定数である。そして、上記式（１８）と（１９）の比
をとると、

【００４３】

【数２１】

【００４４】の近似式が成り立つと共に、式（２１）の
右辺の第３項以降は無視できる程度に小さいので、水分
含有率に関する変数値ωを逆算して求めることができる
。そして、上記式（２１）から求めた変数ωを上記式（
１４）に代入することにより、真の密度ρＴ　を求める
。

【００４５】

【数２２】

【００４６】即ち、実際の処理手順に従って更に説明す
れば、まず、密度測定装置を初期の時点で校正する際等
に、予め質量吸収係数が試料と同じ程度で水分が一定値
である被測定試料（以下、基準試料という）について各
エネルギー範囲ＷＨ，ＷＬ，ＷＨＬについての密度ρＨ
　，ρＬ　，ρＨＬを測定し、次に、式（１８）〜（２
０）に測定結果を代入して、逆算することにより未知の
変数ＸＨ　，ＸＬ　，ＸＨＬを求める。即ち、既知の試
料にあっては、変数ωは定数、密度ρＴ　及びρＨ　，
ρＬ　，ρＨＬは既知であるから、ここで未知の定数Ｘ
Ｈ　，ＸＬ　，ＸＨＬが求まる。そして、求められたこ
れらの定数を上記式（１８）〜（２０）に代入する。

【００４７】次に、実際に密度を求めようとする被測定
試料を行い、この計測で実測された各エネルギー範囲Ｗ
Ｈ，ＷＬ，ＷＨＬについての密度ρＨ　，ρＬ　，ρＨ
Ｌを上記式（１８），〜（２０）に代入し、先に求めた
定数ＸＨ　，ＸＬ　，ＸＨＬを使って更に式（２１）の
演算を行うことによって被測定試料の未知定数値ωを求
める。即ち、ここで式（２１）の演算を行うことにより
、実際に密度を求めようとする被測定試料の粒度の定数
値ωが確定することとなる。

【００４８】そして、この変数値ＲＤ　及び先に求めた
定数値ＸＨＬ及びρＨＬを式（２２）に代入することに
より、実際に密度を求めようとする被測定試料の真の密
度ρＴ　がもとまることとなる。又、以上に説明した原
理説明では、上記式（１５）〜（１７）に示すように、
検出センサを一対設けて夫々の計数値の比から密度を求
めるものであるが、検出センサを１個だけにして、該検
出センサから求まる各エネルギー範囲毎の実測の計数値
ＮＬ　，ＮＨ　，ＮＨＬを次式（２３）〜（２５）に代
入し、これらの式から求まる補正前の密度ρＬ　，ρＨ
　，ρＨＬを上記式（１８）〜（２０）に適用しても水
分含有率を考慮した補正処理を行うことができる。

【００４９】

【数２３】

【００５０】

【数２４】

【００５１】

【数２５】

【００５２】又、検出センサとしてＮａＩシンチレーシ
ョンクンタやＧＭ管を使用することができる。又、γ線
パルスを被測定試料の表面から放射し、被測定試料中を
散乱する散乱γ線パルスを検出することにより密度測定
を行う表面散乱型密度測定装置に限定されず、放射線源
を被測定試料中に設置し、被測定試料を等価してきたγ
線パルスを同様に計数する透過型密度測定装置に適用し
てもよい。

【００５３】このような補正方法又はこの方法を適用し
た密度測定装置によれば、従来考慮されなかった被測定
試料の水分含有率を考慮した密度測定を行うので、実際
に即した密度測定を行うことができる。又、図１で示し
たエネルギー範囲ＷＬとＷＨに分けるための基準のエネ
ルギー値ＥＷは適宜に設定される。

【００５４】更に、他の実施例を図５と共に説明する。 同図において、１は被測定試料の表面に設置する表面型
密度測定装置の筐体であり、筐体１内には、被測定試料
にγ線パルスを放射するための放射線源２が設けられる
と共に、被測定試料を通ってきたγ線パルスを検出する
ための検出センサ（ＮａＩシンチレーションカウンタ）
５が放射線源２から適宜の間隔で設けられている。

【００５５】尚、検出センサ５は、予め設定されるエネ
ルギー範囲においてエネルギーの検出レベルを順次に変
化させ、夫々のエネルギー値におけるγ線パルスの数を
計数するという走査処理を行う、あるいは全計測散乱γ
線エネルギー範囲の複数のウインドウについて一括計数
を行うことで、図６に示すようなパルスハイト図に相当
する計数値のデータを得る。但し、この実施例では、検
出センサ５が一個だけであるから、一種類の計数値のデ
ータ求める。そして、該検出センサから求まる各エネル
ギー範囲毎の実測の計数値ＮＬ　，ＮＨ　，ＮＨＬを前
記式（２３）〜（２５）に代入し、これらの式から求ま
る補正前の密度ρＬ　，ρＨ　，ρＨＬを上記式（１５
）〜（２２）に適用することによって真の密度ρＴ　を
求める。

【００５６】更に他の実施例を図７と共に説明する。こ
の密度測定装置は、筐体１内に放射線源２を設けると共
に、コリメーター機能を有する遮蔽材６に収容された一
対のＧＭ管７，８が異なった位置に設けられている。 尚、各ＧＭ管７，８のγ線パルスの入射角θ１，θ２が
異なるように設置されている。このＧＭ管自体７，８は
、γ線パルスの散乱エネルギー別の計数値を直接計数す
るものではないが、被測定試料を通ってＧＭ管７，８に
達するγ線パルスの散乱γ線エネルギーＥγと散乱角θ
の関係が、次式（２６），（２７）で表すことのできる
特性を有している。

【００５７】

【数２６】

【００５８】

【数２７】

【００５９】尚、上記式（２６）のＥ０は放射線源２が
放射するγ線パルスの既知の出力エネルギーである。し
たがって、異なった入射角θ１とθ２に設定されたこれ
らのＧＭ管７，８には、夫々の散乱角に応じたエネルギ
ーＥγに対応するγ線が検出されることとなり、夫々の
ＧＭ管７，８で前記第１の実施例同様に計数値を求める
ことができる。

【００６０】そして、ＧＭ管７，８による計数値を前記
式（１５）〜（２０）の演算を行うことにより真の密度
ρＴ　を求める。更に他の実施例を図８に基づいて説明
すると、これは装置の筐体１内にγ線パルスを計数する
検出センサ５を設け、γ線パルスを放射する放射線源２
を被測定試料中に埋設して計測を行う透過型密度測定装
置である。この装置は、図６に示した上記の実施例と同
様の処理を行うことによって補正した密度を得ることが
できる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明にれば、被測
定試料に対して放射線源からγ線パルスを放射し、被測
定試料中を通過してきたγ線パルスの単位時間当たりの
数を計数して、その計数値から試料の密度を求める密度
測定方法及び密度測定装置において、該検出センサで検
出したγ線パルスの計数値を複数のエネルギー範囲毎に
求め、更に、被測定試料の水分含有率を示す未知変数を
導入した近似式にこれらの計数値を代入することによっ
て真の密度を求めるので、実際に即した試料密度を求め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の密度測定の原理を説明するためのパル
スハイト図である。

【図２】本発明の密度測定の原理を説明するために示し
た被測定試料のγ線の質量吸収率を示す特性図である。

【図３】本発明の一実施例の密度測定装置の構成を示す
概略構成説明図である。

【図４】図３に示す密度測定装置の演算処理部の構成を
示すブロック図である。

【図５】本発明の他の実施例の密度測定装置の構成を示
す概略構成説明図である。

【図６】図５に示す実施例の密度測定の原理を説明する
ためのパルスハイト図である。

【図７】本発明の更に他の実施例の密度測定装置の構成
を示す概略構成説明図である。

【図８】本発明の更に他の実施例の密度測定装置の構成
を示す概略構成説明図である。

【符号の説明】

ＷＬ；散乱γ線パルスの低エネルギー範囲ＷＨ；散乱γ
線パルスの高エネルギー範囲１；筐体 ２；放射線源 ３，４，５；検出センサ １５；第１の演算部 １６；補正処理演算部 ７，８；ＧＭ管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測定試料に対して放射線源からγ線
   パルスを放射し、被測定試料中を通過してきたγ線パル
   スの単位時間当たりの数を計数して、その計数値から試
   料の密度を求める密度測定方法において、前記計数値を
   複数のエネルギー範囲毎に求め、被測定試料中の水分含
   有率を表す未知変数を導入した近似式にこれらの計数値
   を代入することによって該未知変数の値を求め、該未知
   変数の値を密度算出のための演算式に代入することによ
   って補正した密度を求めることを特徴とする密度測定方
   法。
2. 【請求項２】　　被測定試料に対して放射線源からγ線
   パルスを放射し、被測定試料中を通過してきたγ線パル
   スの単位時間当たりの数を計数して、その計数値から試
   料の密度を求める密度測定装置において、前記γ線パル
   スの単位時間当たりの計数値を複数のエネルギー範囲に
   検出する検出手段と、被測定試料中の水分含有率を表す
   未知変数を導入した近似式に該検出手段からの計数値を
   代入することによって試料の水分含有率を表す未知変数
   の値を求める第１の演算手段と、該変数の値を密度算出
   のための演算式に代入することによって補正した密度を
   求める補正演算手段を有することを特徴とする密度測定
   装置。