SE508184C2 - Anordning och förfarande för densitetsmätning - Google Patents

Description

508 184 2 10 15 20 25 30 35 US 5 105 453. Genomgående används dock i dessa exempel endast strålning av en våglängd, vilket gör att man endast får en uppmätt strålningsintensitet längs varje strålningsväg genom måtobjektet.

Detta kan användas till att observera mätobjektets medeldensitet och förändringar hos denna längs mätobjektet men inte för att urskilja förekomst och mängd av olika materialtyper vid varje mätning. Detta kan i dessa exempel endast ske genom ett stort antal strålvägar utgående från olika punkter (tomografi).

Uggfinningens syfie Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning och ett förfarandesätt för densitetsmätning, där förekomst och mängd av olika materialtyper snabbt och enkelt kan bestämmas.

Detta syfte uppnås genom en anordning och ett förfarande enligt de bifogade patentkraven.

Kort beskrivninq av rítninqama På ritningarna visar: Fig 1 en schematisk bild av en mobil utföringsvariant av upp- finningen för densitetsmätning och bestämning av förekomst och mängd av områden med olika densitet för trädstammar och Fig 2 en schematisk bild av en stationär utföringsvariant av uppfinningen för motsvarande densitetsmätning.

Beskrívninq av föredraqna utförinqsfonner I exemplifierande syfte och med hänvisningar till de bifogade ritningarna skall nu två föredragna utföringsexempel förklaras.

I fig 1 visas en mobil anordning för densitetsmätning av trädstammar enligt uppfinningen. Denna anordning omfattar två armar 1, 2, vilka är rörligt förbundna med varandra 'på så vis att avståndet mellan två förutbestämda punkter, en på vardera armen, kan läsas av. Detta kan exempelvis vara utfört såsom i fig 1, där armarna 1, 2 är anbragta som skänkelarmar på en huvuddel 3 på så sätt, att den ena skänkelarmen 2 är fast förbunden med huvuddelen 3 medan den andra skänkelarmen 1 via en förbindelsedel 4 är för- skjutbart ansluten till huvuddelen 3. På detta vis bildas en klave, och förbindelsedelens 4 läge relativt huvuddelen 3 kan avläsas för att ge 10 15 20 25 30 35 avståndet mellan armarna 1,2. Denna avläsning kan göras manuellt men bör istället lämpligen ske automatiskt, varefter resultatet via ledningar skickas till ett mätinterface 7 och därefter vidare till en be- räkningsenhet 8. Eventuellt kan dock utformningen av mätklaven vara annorlunda. Exempelvis kan armarna vara svängbara relativt varandra, varefter vinkeln mellan dem kan ornräknas för att ge avståndet mellan två punkter, en på respektive arm 1, 2.

På en av armama 1, 2 sitter vidare vid den ej med huvuddelen 3 förbundna änden en strålkälla 5. Denna strålkälla är avsedda att sända ut elektromagnetisk strålning, företrädesvis inom röntgenom- rådet och med minst två olika våglängder. Detta kan ske sekventiellt, dvs att strålningskällan 5 först strålar med en våglängd och därefter, genom att spänningen över strålningsröret ändras, med en andra våglängd. Alternativt kan strålningskällan 5 bestå av två eller flera separata, intill varandra belägna strålningsrör, vilka kan stråla an- tingen samtidigt eller sekventiellt. Viktigt är dock att strålningen med de olika våglängderna går väsentligen samma väg genom mätobjektet.

På den andra armen 2 sitter en sensor 6 för uppmätning av intensi- teten hos den strålning som utsänds från strålningskällan. Denna sensor 6 kan bestå av flera oberoende delsensorer. I fallet där strål- ning med två (eller fler) våglängder utsänds samtidigt från strålnings- källan 5, måste intensiteten från dessa båda signaler sedan mätas var för sig. Detta kan ske direkt, genom att vissa delsensorer genom filtrering bara uppmåter strålning med vissa energinivåer och andra sensorer andra energinivåer. Det kan också ske genom signalbehand- ling i efterhand, varvid de överlagrade signalerna kan separeras. Mät- resultaten skickas vidare till mätinterfacet 7 och därefter till beräk- ningsenheten 8. Mätinterfacet 7 i fig 1 innehåller en spänningskälla för strålkällan 5. Beråkningsenheten 8 kan därefter, på ett sätt som beskrivs närmare nedan, räkna fram förekomst och mängd av olika materialtyper.

Vid användning kläms klaven om ett mätobjekt 9, varefter mät- objektets diameter läses av och erhållet värde sändes till beräknings- enheten 8. Därefter aktiveras strålkällan 5, varvid strålning penetre- rar mätobjektet 9 och når sensorn 6. Sensom registrerar infallande strålningsintensitet och resultatet sändes likaledes till beräknings- enheten 8, där slutresultatet räknas fram och presenteras. 508 184 4 lO 15 20 25 30 35 Fördelar med denna utföringsvariant är, att den enkelt kan anslutas till exempelvis Skogsmaskiner, så att föraren direkt från hytten kan avläsa kvaliteten hos en aktuell trädstam. På så vis kan han se, om stammen år murken inuti eller är behäftad med andra skador, hur hög densiteten är för trämateríalet och kan även få annan information som är av intresse redan vid avverkningen. Det är vidare fördelaktigt att använda röntgenstrålning, av så låg energi att strålningsrisken för den handhavande personalen minimeras, men ändå är hög nog att penetrera mätobjektet 9.

En annan, stationär utföringsvariant visas i fig 2. I denna an- ordning sitter strålkällan 12 och sensom 13 på en ställning 11.

Denna ställning 1 1 är företrädesvis formad runt om ett mätobjekt 18.

Ställningen 11 kan vara utformad som en skyddssköld runt om strål- källan 12 för att minska strålningsrisken för personal i omgivningen och är företrädesvis av ett strålningsabsorberande material, såsom exempelvis bly. Strålningskällan 12 och sensorn 13 kan vara utforma- de på samma sätt som i utföringsvarianten i fig 1. Sensorn 13 kan alternativt ha en större utbredning, så att strålning från ett större antal strålningsvägar mottas. På så sätt kan hela mätobjektet 18 bestrålas och mätas upp direkt, istället för att uppmätning sker endast längs en strålningsväg genom mätobjektet. Av sensorn 13 uppmätta värden sändes vidare till mätinterface 17 och beräknings- enhet 16, och kraftaggregat och generator för strålkällan har i ñg 2 betecknats med 17.

För användning inom exempelvis massa och sågverksindustrin är det lämpligt att mätobjekten förs förbi måtutrustningen medelst transportband eller dylikt.

Strålkällan 12 kan eventuellt även vara uppdelad i flera strål- níngsrör, som befinner sig på avstånd ifrån varandra, med därtill hör- ande sensorer 13, varvid de aktiveras i takt med att mätobjektet 18 förflyttas, så att strålningen fortfarande har väsentligen samma strål- ningsväg genom mätobjektet 18.

För att bestämma mätobjektets 18 utbredning och därmed läng- den på strålningens väg genom mätobjektet används i utförings- exemplet lasrar 14, 15. Dessa sänder laserpulser mot mätobjektet 18 på ömse sidor om detta vid de områden hos detsamma där strål- ningspenetration är avsedd. Genom att mäta tiden det tar för laser- 10 15 20 25 30 pulserna att reflekteras mot mätobjektet 18 och färdas tillbaka kan man räkna fram avståndet, och därmed även mätobjektets utbred- ning. Alternativa metoder för att mäta utbredningen hos mätobjektet 18 är dock naturligtvis tänkbara, såsom mekanisk mätning, mätning genom att bestråla med parallell strålning, som ej penetrerar mät- objektet, exempelvis vanligt ljus, mot ljuskänsliga sensorer osv.

Förfarandesätt för mätning med anordningar i enlighet med uppfinningen skall nu beskrivas. Såsom redan nämnts görs åtrnins- tone tre mätningar: längden för strålningsvägen genom mätobjektet mäts upp liksom strålningsintensiteten för strålning med minst två olika våglängder efter strålningens penetration genom mätobjektet.

Strålníngen kommer till viss del att absorberas i mätobjektet, varvid intensiteten minskar. Hur stor denna minskning blir beror dels på hur lång vägen genom mätobjektet är, dels på vilket material mät- objektet består av. Materialberoendet beror på att olika material har olika karakteristiska attènueringskoefñcienter. Vidare är varje materials attenueringskoefficient beroende på strålningens våglängd, och detta beroende ser dessutom annorlunda ut för olika material.

Därför kan följande ekvationer sättas upp för strålningsintensiteten som uppmäts efter penetrationen genom mätobjektet: Ni = Nog eXPÜ/ltitn “' .Uutz _ Fritz) Nz = Nog eXP(“/11,2t1 " flzgtz “ flagfi) där Ni är den uppmätta strålningsintensiteten efter passage av mät- objektet för våglängdsnivå i, Noi år den uppmätta strålningsintensi- teten för våglängdsnivå i utan att mätobjektet passeras, pm är massattenueringskoefñcienterna (attenueringskoefñcienterna genom materialets densitet) för respektive material x och våglängdsnivå (cm2/ g) och tx är tjockleken för materialet x mätt i massa per ytenhet (g/cm2), där index i ovan i detta fall går från 1 till 2 och index x från l till 3.

Vidare kan, emedan strålningsvägens längd genom mätobjektet är känd, följande ekvation ställas upp: 508 184 6 lO 15 20 där T är den totala tjockleken (cm) och pi är densiteten för material i, där i här går från 1 till 3. Genom dessa tre ekvationer och genom att densitet och attenueringskoefñcienter är kända för de ingående materialen kan man lösa ut förekomst och mängd av dem. I detta exempel, med mätningar för två våglängder, vilket resulterar i tre ekvationer, kan upp till tre obekanta lösas ut. Följaktligen lämpar sig detta för analyser av mätobjekt bestående av upp till tre olika material. För lösning av mer komplexa system kan mätningar göras för fler våglängdsnivåer, och allmänt gäller att för N mätningar vid olika våglängder N+1 obekanta kan lösas ut.

Naturligtvis kan mätningarna istället användas till att beräkna densiteten för mätobjektet eller variationer i densamma. Då används istället attenueringskoefñcientema för de ingående materialen (istället för massattenueringskoefficienterna), varvid tjocklekarna istället kan mätas i längdenheter. På detta sätt behöver man ej i förväg känna till de ingående materialens densiteter.

Flera varianter av de ovan beskrivna utföringsforinerna är givetvis tänkbara. Dels kan anordningen och förfarandet enligt uppfinningen utformas på delvis olika sätt, såsom redan nämnts ovan, dels kan anordningen anpassas för mätning av vätskor, andra typer av fasta material eller gaser. Sådana varianter av uppfinningen mäste anses ligga inom ramen för uppfinningen såsom den anges i de bifogade patentkraven.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 7 568 184 PATENTKRAV

1. Anordning för densitetsmätning eller bestämning av före- komst och mängd av material med olika densitet hos mätobjekt (9, 18) av åtminstone huvudsakligen fast material och med variabel tjocklek, innefattande åtminstone en strålkälla (5, 12) för utsändning av elektromagnetisk strålning och åtminstone en sensor (6, 13) för mätning av strålningsíntensitet efter passage genom mätojbektet (9, 18), och sarnmankopplad med en beräkningsenhet (8, 16), k ä n n e t e c k n a d av att strålningen har åtminstone två våglängder samt att anordningen innefattar mätdon för bestämning av mätobjektets (9, 18) utsträckning mellan strålkällan (5, 12) och sensorn (6, 13 och att beräkningsenheten (8, 16) är anordnad att utifrån mätvärden från sensorn (6, 13) för ett antal olika strålningsvåglängder N och tjockleken hos mätobjektet (9, 18) samt kännedom om attenueringskoefficienter för ingående materialtyper, beräkna före- komst och mängd av upp till N +l olika materialtyper.

2. Anordning enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att den är mobil och att mätdonet omfattar två med varandra förbundna, relativt varandra rörligaarmar (1, 2), på vilka med varandra korre- sponderande sensor (6) och strålkälla (5) sitter på var sin arm (1, 2), vilka armar (1, 2) är anordnade att genom sitt inbördes läge ge information om mätobjektets (9) utsträckning, då armarna ( 1, 2) så långt som möjligt förts mot varandra på ömse sidor om mätobjektet (9).

3. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den är stationär och att mätdonet omfattar lasrar (14, 15), placerade väsentligen mittemot varandra i närheten av strålkällan (12) respek- tive sensorn (13), varvid lasrarnas från mätobjektet (18) reflekterade ljusstràlar används för att beräkna mätobjektets (18) tjocklek.

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d av att den elektromagnetiska strålningen ligger inom röntgenområdet.

5. Förfarande för densitetsmätning, innefattande strålning med elektromagnetiska strålar genom ett mätobjekt (9, 18) och mätning av strålningsintensiteten på strålningsutgångssidan av mätobjektet (9, 18), k ä n n e t e c k n a t av att mätobjektets (9, 18) utsträckning 5Û8 184 s längs strålningens väg genom mätobjektet mäts upp samt att strål- ningen sker med åtminstone två olika våglängderoch att utifrån mätvârdena för strålningen vid N olika våglängder och rnätobjektets (9, 18) utsträckning samt kända attenueringskoefñcienter för i 5 mätobjektet ingående materialtyper förekomst och mängd av upp till minst tre N+1 olika materialtyper beräknas.