WO2023174676A1 - Anordnung zur flächenmassenbestimmung - Google Patents

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WO2023174676A1
WO2023174676A1 PCT/EP2023/055018 EP2023055018W WO2023174676A1 WO 2023174676 A1 WO2023174676 A1 WO 2023174676A1 EP 2023055018 W EP2023055018 W EP 2023055018W WO 2023174676 A1 WO2023174676 A1 WO 2023174676A1
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WO
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scattering body
radiation
scattering
absorption
base material
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/055018
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ludwig Zerle
Original Assignee
Zap Systemkomponenten Gmbh + Co.Kg
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Publication date
Application filed by Zap Systemkomponenten Gmbh + Co.Kg filed Critical Zap Systemkomponenten Gmbh + Co.Kg
Publication of WO2023174676A1 publication Critical patent/WO2023174676A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G9/00—Methods of, or apparatus for, the determination of weight, not provided for in groups G01G1/00 - G01G7/00
    • G01G9/005—Methods of, or apparatus for, the determination of weight, not provided for in groups G01G1/00 - G01G7/00 using radiations, e.g. radioactive
    • G—PHYSICS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for determining the surface mass of a material to be measured, comprising a radiation device emitting an initial radiation, a body, which is also referred to below as a scattering body, and a detector device for detecting a, preferably scattered, measurement radiation generated in the scattering body, the radiation device and the detector device are arranged on one side of the material sample and the scattering body is arranged on a side opposite the material sample.
  • Such arrangements for determining mass per unit area are basically known, for example from DE 10 2005 048 644 A1 and US005162131A.
  • the content of DE 10 2005 048 644 A1 is included in this application - among other things with regard to feasibility.
  • the basis weight of a coating applied to a substrate can be measured.
  • the radiometric measuring systems used to date usually solve this task with two measuring systems by calculating the difference between the respective measured values.
  • One of the measuring systems is arranged before and the other measuring system after the coating process.
  • radiometric methods use the absorption or scattering of particle radiation and/or electromagnetic radiation, which penetrate the material to be measured and interact there.
  • Another well-known method for solving this measurement task is the so-called backscattering method.
  • An initial radiation is directed from a radiation device onto a material sample. There this is scattered to a certain proportion corresponding to the scattering power and the mass occupancy of the material sample, of which in turn a certain proportion reaches a detector device as scattered measuring radiation, the signals of which, with regard to the signal height and / or energy distribution, are output in an evaluation device with appropriate calibration routines allow the desired mass per unit area of the material sample.
  • Compton or Rayleigh scattering essentially involves a directional deflection of the photons.
  • the additional energy change during Compton scattering is of minor importance.
  • Interactions of this type are referred to below as quasi-elastic scattering.
  • the photo effect involves the absorption of photons in the electron shell of the atom. This can be accompanied by the emission of a secondary photon, the energy of which depends on the atomic number of the absorbing atom. In the case of lower atomic numbers, this energy is so low and the associated probability of interaction with other atoms in the immediate vicinity is so high that these photons no longer escape and the photon is actually eliminated. Interactions of this type are referred to below as absorption.
  • this energy can be so high that secondary photons escape the interaction zone as characteristic radiation. Interactions of this type are referred to below as characteristic scattering.
  • the backscattering method can be modified.
  • an arrangement can be provided in which a scattering body is provided behind the material sample in the direction of the initial radiation.
  • the initial radiation hits the radiation converter and is absorbed there and/or mainly scattered characteristically.
  • a certain proportion of the characteristic radiation emitted in the radiation converter leaves it in the direction of the material sample. This makes the radiation converter an efficient radiation source of exactly this character. teristic radiation, which is then weakened by absorption when it passes through the material sample and can generate suitable measurement signals as measurement radiation, which are detected in the detector device.
  • the radiation converter contains a material whose chemical elements have atomic numbers that are greater than the atomic numbers of the chemical elements found in the material sample.
  • the radiation converter can have a thickness that is several half-thicknesses in the initial beam direction with respect to the characteristic X-ray radiation of the material from which it is constructed.
  • the material sample is located between a radiation source (here the radiation converter) and a detector device in which the attenuation of a scattered radiation, which results from the characteristic scattering of the initial radiation in the radiation converter, is used as a measure for the surface weight of the material to be measured is used.
  • a radiation source here the radiation converter
  • a detector device in which the attenuation of a scattered radiation, which results from the characteristic scattering of the initial radiation in the radiation converter, is used as a measure for the surface weight of the material to be measured is used.
  • the modified backscattering method can be further modified.
  • the scattering body can be designed in accordance with the measurement task, for example with regard to its chemical composition and/or its geometry, so that further, particularly advantageous effects are achieved when solving the measurement task.
  • the arrangement is designed for, preferably selective, surface mass determination of a material to be measured or can be used for this purpose, preferably in a non-contact and non-destructive manner with the aid of electromagnetic radiation.
  • the task is to measure the basis weight and/or the basis weight of the applied coating alone.
  • this task is often solved by taking a measurement of the basis weight of the uncoated substrate material before applying the coating and measuring the total basis weight of the coating and substrate together in a second measurement after application.
  • the difference between the two measurement results enables the basis weight of the coating alone to be determined.
  • Such a measuring system therefore consists of two measuring devices, the results of which are processed in a further step.
  • the measuring devices which are often designed as sensor measuring heads that traverse transversely to the direction of travel of the material web to be coated, these are also operated in a so-called “same spot” mode to increase the accuracy of the results, in which complex synchronization of the two measuring heads is intended to ensure that Both measurement results come from the same place on the material to be examined to create the difference.
  • Such processes can, for example, be those in which a filler-containing coating is applied to a substrate that is essentially organic or usually contains hydrocarbons, as can be the case, for example, in the production of laying products.
  • Another example of functional and/or fillers is abrasion-resistant aluminum-containing corundum in the impregnation of top layers of floors or on abrasives.
  • the differential measurement known from the prior art with two measuring points applied before and after the coating can be replaced by a single measuring system in which only the desired basis weight of the coating is selectively recorded, regardless of the basis weight of the substrate.
  • the term coating is to be understood broadly and also includes, for example, a cover, a varnish and/or a wall.
  • the material to be measured can, for example, be contained in a multi-layer system.
  • One layer can be a substrate, for example a carrier or base material, and another layer can be a coating that represents the actual material to be measured.
  • the arrangement can also be used, for example, to detect and/or determine masses or mass fractions in a material sample that is not structured like a layer.
  • ash additives in paper the base material of which is cellulose, which essentially contains hydrocarbons, whereas the material to be measured can contain the ash additives calcium or titanium.
  • some radiometric measurement methods use radiation sources that emit radiation in different energy ranges, as well as suitable detectors that enable energy-dispersive detection of the radiation. Based on the absorption properties of the base material and the material to be measured, which depend on the atomic numbers, their masses can be determined separately from the measured radiation intensities at different energies.
  • This task of separately determining the material to be measured, which is evenly distributed in a material sample, can also be solved with the help of a suitable scattering body.
  • the arrangement can serve to selectively determine the amount of material of a measurement material that is present in a material sample comprising both components in the presence of a base material.
  • the material to be measured can be present in a material sample either alone or in combination with a base material.
  • the arrangement has a radiation device that emits initial radiation.
  • the energy range of the initial radiation preferably relates to photon radiation in the X-ray and/or gamma range, for example up to 200 keV. In principle, however, the energy range can also extend to higher energies.
  • the arrangement has a scattering body. After passing through the material sample after a first absorption and scattering process, the initial radiation enters the scattering body as initial radiation 2.
  • the composition of the scattering body can be chosen such that, depending on the energy of the initial radiation 2, there is a high proportion of quasi-elastic scattering in addition to absorption and characteristic scattering, which is referred to below as scattered radiation.
  • the arrangement has a detector device for detecting measuring radiation scattered in the scattering body.
  • the detector device can detect a portion of the scattered radiation generated in the scattering body as measuring radiation after passing through the material sample again.
  • the radiation device and the detector device are arranged on one side of the material sample.
  • the scattering body on the other hand, is preferably arranged on a side opposite the material sample.
  • the radiation device and the detector device on the one hand and the scattering body on the other hand face each other.
  • the material sample consisting of the material to be measured and the base material is arranged in between.
  • An evaluation device can determine a basis weight, mass fractions and/or a basis weight from the measuring radiation detected in the detector device.
  • the scattering body consists of a material or comprises a material in which the photoabsorption force with respect to the initial radiation is equal to or weaker than the photoabsorption force of the material to be measured.
  • the material of the scattering body can, for example, be the same as the base material in the material sample with regard to the interaction strengths in the case of quasi-elastic scattering and/or absorption and/or characteristic scattering in the energy of the initial radiation used or have a deviation of a maximum of 30%, 20% or 10%.
  • the materials from which the material to be measured and the base material are made can differ in terms of the absorption power for the initial radiation used, e.g. X-rays.
  • the material to be measured can absorb the radiation more strongly than the base material. From a physical point of view, it is advantageous that the photoabsorption, from which a characteristic scattering can arise, is approximately the same strength or weaker in the scattering body than the Compton scattering.
  • the material to be measured is present in the direction of the initial radiation in the base material, ie the initial radiation has already passed through the material to be measured once before reaching the base material. If this geometry is not available, a measurement can still be carried out, accepting certain calculable measurement inaccuracies. It is advantageous if the scattering body is so thick in the direction of the initial radiation from the radiation source that at least for the most part each photon of the initial radiation in the material sample and the scattering body behind it has carried out an interaction - absorption or scattering. This causes the scattered radiation generated in the scattering body to experience saturation intensity.
  • An addition and/or a quantity variation of the base material then no longer has any influence on the scattered radiation generated in the scattering body, which serves as the source of the measuring radiation.
  • the scattered radiation does not have its origin in a characteristic scattering, as described in the application DE 10 2005 048 644 AI, but in the Compton or Rayleigh scattering, which has only a small or vanishing energy variation in the base material and in the scattering body.
  • the measurement radiation is therefore only influenced by a variation in the quantity of the material to be measured, essentially through absorption processes.
  • the initial radiation passes through the material sample, generating the initial radiation 2 and secondly when the scattered radiation generated from the initial radiation 2 passes again in the scattering body.
  • the invention therefore enables a selective determination of the amount of the material to be measured in the presence of a base material, advantageously using an absorption process in the material to be measured twice.
  • a two- or multi-component material sample of which only one or more components represents the actual measurement material, for example a coating
  • the amount of other components for example a substrate or carrier medium as a base material, will not cause a significant change in the measurement radiation and will therefore not influence the measurement result for the coating component.
  • Two measuring systems for determining a coating quantity can therefore be replaced by a single measuring system after the coating process.
  • the arrangement according to the invention results in metrological advantages in the acquisition and evaluation of the data compared to systems that use energy-dispersive detection of the measurement radiation.
  • the material sample does not necessarily have to consist of two separate layers of a material to be measured and a base material, e.g. a coating and a substrate or carrier material.
  • the material sample can only have a single layer and consist of a mixture of material to be measured and base material.
  • the situation mentioned above, where it can be disadvantageous if the material to be measured is not present in the base material, can be remedied by appropriate calibration.
  • the material sample can only consist of material to be measured.
  • the wall of a tank can represent the material to be measured.
  • the scattering body can be formed by a content material of the tank. A separate diffuser is not necessary in this case.
  • the initial radiation consists of electromagnetic radiation, preferably an X-ray tube or a radioactive preparation, and has an energy between 4 keV and 5 MeV.
  • the radiation device has an X-ray tube.
  • the endpoint range of the tubes that can be used can depend on the composition of the material sample to be measured and can be up to 250 keV.
  • the radiation device contains a radioactive isotope for emitting X-rays or gamma rays.
  • the photon energy can be several MeV.
  • the material of the scattering body consists of elements or includes elements whose atomic numbers are less than 18.
  • the thickness of the scattering body is dimensioned such that an initial radiation 2, which enters the scattering body after passing through the material sample, interacts at least substantially completely through at least partial absorption and/or scattering in the material sample.
  • the scattering body can be comparatively thick due to the low absorption and scattering probability.
  • the material of the scattering body consists mainly of elements or includes elements that have a lower absorption power with respect to the initial radiation used than the material of the material to be measured.
  • the absorption and/or interaction force of the scattering body which is also referred to below as scattering force, is at least essentially equal to the absorption and/or scattering force of the base material of the material sample.
  • the deviation can, for example, be a maximum of 30%, 20% or 10%.
  • the material of the scattering body has at least essentially the same chemical composition as the base material of the material sample.
  • the deviation can, for example, be a maximum of 30%, 20% or 10%.
  • the material of the scattering body can have or consist of the same material as the base material of the material sample.
  • the base material can form the scattering body.
  • the absorption and/or scattering force of the scattering body is adapted to the absorption and/or scattering power of a base material of the material sample by selecting a suitable scattering body material.
  • the deviation can, for example, be a maximum of 30%, 20% or 10%.
  • the scattering body can be designed so that it consists of a material made of light elements up to atomic number 18.
  • the material composition of the scattering body can, preferably depending on the composition of the base material, be modified in such a way that its absorption and/or scattering behavior with respect to the initial radiation corresponds to that of the base material.
  • the scattering body can contain material made of light elements up to atomic number 18 and also material made of elements with atomic numbers greater than 18.
  • the scattering body is constructed in layers, with body intermediate layers, which are also hereinafter referred to as scattering body intermediate layers, being arranged between body layers, which are also referred to below as scattering body layers, the scattering body layers and the scattering body intermediate layers being different in terms of the absorption and/or scattering force differentiate.
  • several layers can consist of a scattering body base material that has a similar absorption and/or scattering power as the base material of the material sample.
  • the deviation can, for example, be a maximum of 30%, 20% or 10%.
  • the base material of the material sample consists mainly of hydrocarbon-containing compounds or organic material
  • sheets made of polyethylene, polypropylene and/or polycarbonate are suitable.
  • additional intermediate layers of suitable thickness of a suitable scattering body adaptation material with higher or lower absorption and/or scattering power can be introduced between the layers of scattering body base material.
  • the required absorption and/or scattering force of the entire scattering body can be adapted to that of the base material on average.
  • the material of the scattering body has a material mixture with at least two components, the components differing in terms of absorption and/or scattering power.
  • the scattering body can be designed as a mixture in a suitable proportion of granular, pasty and/or liquid scattering body base material and also granular or pasty and/or liquid scattering body adaptation material for adjusting the absorption and/or scattering force.
  • the adjustment of the absorption and/or scattering power of the scattering body can initially be carried out via a calculation in which the chemical composition and/or the required thickness of the scattering body is estimated. The correctness and/or effectiveness of the adjustment is verified in a next step in that the detector signal generated by the scattered radiation of the scattering body does not change or only changes as little as the required measurement tolerances allow when a base material is added to the material sample without the presence of a measurement material .
  • any signal change that occurs as a result of the distance between the material sample and the detector device changing must be compensated for using a scattered radiation adjustment device as described, for example, in DE 10 30 2009 012 233 B4.
  • the content of DE 10 30 2009 012 233 B4 is included in this application - among other things with regard to feasibility.
  • a calibration is carried out in a final step, in which the detector signals generated by the measuring radiation are identified with the mass per unit area of suitable calibration standards that correspond to the material of the material to be measured.
  • the relationship between the detector signals and the surface mass of the material to be measured is stored in a suitable manner in an evaluation unit assigned to the measuring system and is subsequently evaluated during measuring processes.
  • Fig. 2 is a sectional view of a further embodiment of an arrangement according to the invention.
  • Fig. 3 is a sectional view of a further embodiment of an arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 shows an arrangement with a radiation device 10, a scattering body 12 and a detector device 14 for determining the mass of a material to be measured 20 of a material sample 16.
  • the radiation device 10 and the detector device 14 are arranged on one side of the material sample 16, while the scattering body 12 is arranged on a side opposite the material sample 16.
  • the material sample 16 has a base material 18, for example a base, media and/or carrier material, as well as a measurement material 20, for example a functional, filling, template material and/or, for example a filler-containing, latex coating of an installation product.
  • a base material for example a base, media and/or carrier material
  • a measurement material 20 for example a functional, filling, template material and/or, for example a filler-containing, latex coating of an installation product.
  • the radiation device 10 emits an initial radiation 22, which penetrates the material sample 16 and is scattered as initial radiation 2 in the base material and largely in the scattering body 12.
  • a scattered radiation 26 penetrates the material sample 16 and is detected as measuring radiation 28 by the detector device 14.
  • the constancy of the scattered radiation 26 is ensured due to the high layer thickness of the scattering body 12 despite possible variations in the layer thickness of the base material 18, so that the scattered radiation 26 serves as a reliably constant radiation source for a second absorption in the measurement material 20 when it passes through the measurement material 20 again which it emerges as measuring radiation 28.
  • the material sample 16 can also be a material sample mixture 30 made of base material 18 and material to be measured 20, for example a functional and/or filling material.
  • a material sample mixture 30 made of base material 18 and material to be measured 20, for example a functional and/or filling material.
  • calibration can be carried out using suitable calibration standards, for example consisting of material samples with varying and known measuring material.
  • the scattering body 12 can be constructed in layers, with several scattering body layers 32 consisting of a scattering body base material that has a similar or the same absorption and/or scattering power as the base material 18.
  • additional intermediate scattering body layers 34 of suitable thickness of a suitable scattering body adaptation material with higher or lower absorption and/or scattering power can be inserted between these scattering body layers 32 become.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Flächenmassenbestimmung eines Messgut, das entweder alleine oder in einem Verbund mit einem Basismaterial in einer Materialprobe vorliegt, aufweisend eine, eine Initialstrahlung emittierende Strahlungsvorrichtung, einen Streukörper und eine Detektorvorrichtung zum Detektieren einer im Streukörper gestreuten Messstrahlung, wobei die Strahlungsvorrichtung und die Detektorvorrichtung auf einer Seite der Materialprobe angeordnet sind und der Streukörper auf einer bezüglich der Materialprobe gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, wobei der Streukörper aus einem Material besteht oder ein Material umfasst, bei dem die Photoabsorptionkraft bezüglich der Initialstrahlung gleich oder schwächer als die Photoabsorptionskraft des Messguts ist.

Description

Anordnung zur Flächenmassenbestimmunq
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Flächenmassenbestimmung eines Messguts, aufweisend eine, eine Initialstrahlung emittierende Strahlungsvorrichtung, einen Körper, der nachfolgend auch als Streukörper bezeichnet wird, und eine Detektorvorrichtung zum Detektieren einer im Streukörper erzeugten, vorzugsweise gestreuten, Messstrahlung, wobei die Strahlungsvorrichtung und die Detektorvorrichtung auf einer Seite der Materialprobe angeordnet sind und der Streukörper auf einer bezüglich der Materialprobe gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Derartige Anordnungen zur Flächenmassenbestimmung sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus DE 10 2005 048 644 A1 und US005162131A. Der Inhalt der DE 10 2005 048 644 A1 wird - unter anderem im Hinblick auf die Ausführbarkeit - in diese Anmeldung mit einbezogen.
Beispielsweise kann bei industriellen Beschichtungsprozessen eine Messung des Flächengewichts einer auf ein Substrat aufgetragenen Beschichtung erfolgen.
Die hierfür bisher eingesetzten, radiometrisch arbeitenden Messsysteme lösen diese Aufgabe zumeist mit zwei Messanlagen über eine Differenzbildung der jeweiligen Messwerte.
Eine der Messanlagen ist hierbei vor und die andere Messanlagen nach dem Beschichtungsprozess angeordnet.
Durch die Verwendung von zwei Messanlagen sind die Kosten für eine Flächenmassenbestimmung durch Differenzbildung vergleichsweise hoch. Aus dem Stand der Technik sind zur Bestimmung von Flächenmassen zahlreiche Verfahren bekannt. Beispielsweise nutzen radiometrische Methoden die Absorption oder Streuung von Teilchenstrahlung und/oder von elektromagnetischer Strahlung, welche das Messgut durchsetzen und dort wechselwirken.
Andere Methoden mit elektromagnetischen Wellen oder hochfrequenten Schallwellen nutzen zusätzlich auch Informationen zur Phasenlage der Wellen zur Bestimmung von Massen. Aus den Signalen geeigneter intensitätsempfindlicher und/oder energiedispersiver Detektoren kann auf diese Weise auf die Massenbelegung, also die Flächenmasse des Messguts, das durchstrahlt wurde, geschlossen werden.
Eine weitere bekannte Methode zur Lösung dieser Messaufgabe ist die sogenannte Rückstreumethode. Dabei wird eine Initialstrahlung ausgehend von einer Strahlungsvorrichtung auf eine Materialprobe gerichtet. Dort wird diese zu einem gewissen, dem Streuvermögen und der Massenbelegung der Materialprobe entsprechenden Anteil gestreut, von dem wiederum ein gewisser Anteil als gestreute Messstrahlung in eine Detektorvorrichtung gelangt, deren Signale bezüglich der Signalhöhe und/oder Energieverteilung in einer Auswertevorrichtung mit entsprechenden Kalibrierroutinen eine Ausgabe der gesuchten Flächenmasse der Materialprobe erlauben.
Bekanntermaßen sind Wechselwirkungen von Materie und Photonenstrahlung bis 250 keV durch zwei physikalische Prozesse bestimmt:
Zum einen betrifft die Compton- oder Rayleighstreuung im Wesentlichen eine Richtungsablenkung der Photonen. Die zusätzliche Energieänderung bei der Comptonstreuung ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Wechselwirkungen dieser Art werden im Folgenden als quasielastische Streuung bezeichnet. Zum anderen betrifft der Photoeffekt eine Absorption der Photonen in der Elektronenhülle des Atoms. Damit einhergehen kann die Emission eines sekundären Photons, dessen Energie von der Ordnungszahl des absorbierenden Atoms abhängt. Im Falle niederer Ordnungszahlen ist diese Energie so gering und die damit verbundene Wechselwirkungswahrscheinlichkeit mit anderen Atomen in der unmittelbaren Nachbarschaft so hoch, dass diese Photonen nicht mehr austreten und es sich tatsächlich um eine Eliminierung des Photons handelt. Wechselwirkungen dieser Art werden im Folgenden als Absorption bezeichnet.
Im Falle höherer Ordnungszahlen kann diese Energie so hoch sein, dass sekundäre Photonen als charakteristische Strahlung der Wechselwirkungszone entkommen. Wechselwirkungen dieser Art werden im Folgenden als charakteristische Streuung bezeichnet.
Die Rückstreumethode kann modifiziert werden. Dazu kann eine Anordnung vorgesehen sein, bei der ein Streukörper in Richtung der Initialstrahlung hinter der Materialprobe vorgesehen ist.
Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in DE 10 2005 048 644 A1 beschrieben. Ein dort als Strahlungskonverter bezeichneter Streukörper erfüllt diese Aufgabe.
Die Initialstrahlung trifft nach einem wechselwirkungsarmen Durchgang durch die Materialprobe auf den Strahlungskonverter und wird dort absorbiert und/oder hauptsächlich charakteristisch gestreut.
Ein gewisser Anteil der im Strahlungskonverter emittierten charakteristischen Strahlung verlässt diesen wiederum in Richtung der Materialprobe. Dadurch wird der Strahlungskonverter zu einer effizienten Strahlungsquelle ebendieser charak- teristischen Strahlung, die dann bei Durchgang durch die Materialprobe durch Absorption geschwächt wird und als Messstrahlung geeignete Messsignale erzeugen kann, die in der Detektorvorrichtung erfasst werden.
Der Strahlungskonverter enthält ein Material, dessen chemische Elemente Ordnungszahlen aufweisen, die größer sind als die Ordnungszahlen der chemischen Elemente, die in der Materialprobe vorzufinden sind.
Der Strahlungskonverter kann eine Dicke aufweisen, die in Initialstrahlrichtung mehrere Halbwertsdicken bezüglich der charakteristischen Röntgenstrahlung des Materials, aus dem er aufgebaut ist, beträgt.
Somit wird eine Situation erzeugt wie sie bei Röntgentransmissionsverfahren auch ausgenutzt wird: Die Materialprobe befindet sich zwischen einer Strahlungsquelle (hier dem Strahlungskonverter) und einer Detektorvorrichtung, in der die Schwächung einer Streustrahlung, die aus der charakteristischen Streuung der Initialstrahlung im Strahlungskonverter hervorgeht, als Maß für das Flächengewicht des Messguts dient.
Auf eine Mehrkomponentigkeit der Materialprobe, bestehend aus einem Messgut im Verbund mit einem Basismaterial wird hier nicht Bezug genommen. Selbst wenn diese vorliegen sollte, kann durch diese Anordnung auf physikalische Weise noch keine selektive Bestimmung einer in der Materialprobe vorkommenden Komponente allein vorgenommen werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Anordnung zur Flächenmassenbestimmung eines Messguts zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Die modifizierte Rückstreumethode kann weiter modifiziert werden.
Dabei kann der Streukörper entsprechend der gestellten Messaufgabe beispielsweise hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung und/oder seiner Geometrie so ausgebildet sein, dass bei der Lösung der Messaufgabe weitere, besonders vorteilhafte Wirkungen erzielt werden.
Erfindungsgemäß ist die Anordnung zur, vorzugsweise selektiven, Flächenmassenbestimmung eines Messguts ausgebildet oder kann hierzu verwendet werden, vorzugsweise auf eine berührungslose und zerstörungsfreie Weise mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung.
Beispielsweise besteht in manchen Beschichtungsprozessen, bei denen eine Beschichtung auf ein Substrat aufgetragen wird, die Aufgabe darin, die Flächenmasse und/oder das Flächengewicht allein der aufgetragenen Beschichtung zu messen.
Nach dem Stand der Technik wird diese Aufgabe oft dadurch gelöst, dass vor dem Auftrag der Beschichtung eine Messung des Flächengewichts des unbeschichteten Substratmaterials vorgenommen wird und in einer zweiten Messung nach dem Auftrag das gesamte Flächengewicht von Beschichtung und Substrat zusammen gemessen wird. Die Differenzbildung beider Messergebnisse ermöglicht die Bestimmung des Flächengewichts der Beschichtung allein.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass Flächengewichtsvariationen, die im Substrat auftreten können, das eigentlich zu bestimmende Flächengewicht der Beschichtung nicht beeinflussen. Eine derartige Messanlage besteht daher aus zwei Messeinrichtungen, deren Ergebnisse in einem weiteren Schritt verarbeitet werden.
Bei den Messeinrichtungen, die oftmals als quer zur Laufrichtung der zu beschichtenden Materialbahn traversierende Sensormessköpfe aufgebaut sind, werden diese dazu auch zur Steigerung der Ergebnisgenauigkeit in einem sogenannten „same spot" Modus betrieben, bei dem durch aufwändige Synchronisation der beiden Messköpfe sichergestellt werden soll, dass beide Messergebisse zur Differenzbildung von derselben Stelle am zu untersuchenden Material stammen.
Derartige Prozesse können zum Beispiel solche sein, bei denen eine füllstoffhaltige Beschichtung auf ein im Wesentlichen aus organischem oder zumeist kohlenwasserstoffhaltigem Substrat aufgetragen wird, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Verlegeware der Fall sein kann.
Ein weiteres Beispiel für Funktions- und/oder Füllstoffe sind abriebfestes aluminiumhaltiges Korund bei der Imprägnierung von Oberschichten von Fußböden oder auf Schleifmitteln.
Erfindungsgemäß kann die aus dem Stand der Technik bekannte Differenzmessung mit zwei vor und nach der Beschichtung angebrachten Messstellen durch eine einzige Messanlage ersetzt werden, bei der selektiv nur das gewünschte Flächengewicht der Beschichtung unabhängig vom Flächengewicht des Substrats erfasst wird.
Auf diese Weise kann eine zweite Messstelle und der Aufwand einer „same spot" Synchronisation entfallen.
Der Begriff Beschichtung ist breit zu verstehen und umfasst z.B. auch einen Bezug, einen Lack und/oder eine Wandung. Das Messgut kann beispielsweise in einem mehrschichtigen System enthalten sein. Eine Schicht kann hierbei beispielsweise ein Substrat, z.B. ein Träger- oder Basismaterial sein, und eine andere Schicht eine Beschichtung, die das eigentliche Messgut darstellt.
Durch die Anordnung kann beispielsweise auch ein Nachweis und/oder eine Bestimmung von Massen oder Massenanteilen in einer Materialprobe erfolgen, die nicht schichtartig aufgebaut ist.
Ein Beispiel dazu sind die Aschezusätze bei Papier, dessen Basismaterial Zellulose, im Wesentlichen kohlenwasserstoffhaltig ist, wohingegen das Messgut die Aschezusätze Kalzium oder Titan enthalten kann.
Nach dem Stand der Technik werden bei manchen radiometrischen Messverfahren Strahlungsquellen verwendet, die Strahlung in unterschiedlichen Energiebereichen emittieren, sowie geeignete Detektoren, die einen energiedispersiven Nachweis der Strahlung ermöglichen. Aus den gemessenen Strahlungsintensitäten bei verschiedenen Energien lassen sich aufgrund der von den Ordnungszahlen abhängigen Absorptionseigenschaften von Basismaterial und Messgut deren Massen getrennt voneinander bestimmen.
Diese Aufgabe einer separierten Bestimmung des Messguts, das in einer Materialprobe gleichmäßig verteilt ist, kann ebenfalls unter Zuhilfenahme eines geeigneten Streukörpers gelöst werden.
Beispielsweise kann die Anordnung dazu dienen, die Materialmenge eines Messguts selektiv zu bestimmen, das in Gegenwart eines Basismaterials in einer beide Komponenten umfassenden Materialprobe vorliegt. Das Messgut kann entweder alleine oder in einem Verbund mit einem Basismaterial in einer Materialprobe vorliegen.
Die Anordnung weist eine, eine Initialstrahlung emittierende Strahlungsvorrichtung auf.
Der Energiebereich der Initialstrahlung betrifft vorzugsweise Photonenstrahlung im Röntgen- und/oder Gammabereich, beispielsweise bis 200 keV. Grundsätzlich kann sich der Energiebereich jedoch auch auf höhere Energien erstrecken.
Die Anordnung weist einen Streukörper auf. Die Initialstrahlung tritt nach Durchgang durch die Materialprobe nach einem ersten Absorbtions- und Streuvorgang als Initialstrahlung 2 in den Streukörper ein. Die Zusammensetzung des Streukörpers kann so gewählt sein, dass entsprechend der Energie der Initialstrahlung 2 ein hoher Anteil an quasielastischer Streuung neben Absorption und charakteristischer Streuung vorliegt, der im Folgenden als Streustrahlung bezeichnet wird.
Die Anordnung weist eine Detektorvorrichtung zum Detektieren einer im Streukörper gestreuten Messstrahlung auf. Vorzugsweise kann die Detektorvorrichtung einen im Streukörper erzeugten Anteil der Streustrahlung nach erneutem Durchgang durch die Materialprobe als Messstrahlung detektieren.
Die Strahlungsvorrichtung und die Detektorvorrichtung sind auf einer Seite der Materialprobe angeordnet. Der Streukörper ist hingegen bevorzugt auf einer bezüglich der Materialprobe gegenüberliegenden Seite angeordnet.
Die Strahlungsvorrichtung und die Detektorvorrichtung einerseits und der Streukörper andererseits stehen sich gegenüber. Dazwischen ist die Materialprobe bestehend aus Messgut und Basismaterial angeordnet. Eine Auswertevorrichtung kann aus der in der Detektorvorrichtung detektierten, Messstrahlung eine Flächenmasse, Massenanteile und/oder ein Flächengewicht bestimmen.
Erfindungsgemäß besteht der Streukörper aus einem Material oder umfasst ein Material, bei dem die Photoabsorptionkraft bezüglich der Initialstrahlung gleich oder schwächer als die Photoabsorptionskraft des Messguts ist.
Das Material des Streukörpers kann z.B. dem Basismaterial in der Materialprobe hinsichtlich der Wechselwirkungsstärken bei quasielastischer Streuung und/oder Absorption und/oder charakteristischen Streuung bei der Energie der verwendeten Initialstrahlung gleich sein oder eine Abweichung von maximal 30 %, 20 % oder 10 % aufweisen.
Vorzugsweise können sich die Materialien, aus denen das Messgut und das Basismaterial bestehen, hinsichtlich der Absorptionskraft für die verwendete Initialstrahlung, z.B. Röntgenstrahlung, unterscheiden.
Das Messgut kann die Strahlung stärker absorbieren als das Basismaterial. Physikalisch gesehen ist es vorteilhaft, dass die Photoabsorption, aus der eine charakteristische Streuung hervorgehen kann, im Streukörper in etwa gleich stark oder schwächer ist als die Comptonstreuung.
Aus messtechnischer Sicht ist es vorteilhaft, wenn das Messgut in Richtung der Initialstrahlung dem Basismaterial vorliegt, d.h. die Initialstrahlung vor Erreichen des Basismaterials das Messgut bereits einmal durchquert hat. Liegt diese Geometrie nicht vor kann eine Messung unter Inkaufnahme gewisser kalkulierbarer Messungenauigkeiten dennoch ausgeführt werden. Es ist vorteilhaft, wenn der Streukörper in Richtung der Initialstrahlung aus der Strahlungsquelle so dick aufgebaut ist, dass zumindest zum Großteil jedes Photon der Initialstrahlung in der Materialprobe und dem dahinterliegenden Streukörper eine Wechselwirkung ausgeführt hat - Absorption oder Streuung. Dies bewirkt, dass die im Streukörper erzeugte Streustrahlung eine Sättigungsintensität erfährt.
Eine Zugabe und/oder eine Mengenvariation des Basismaterials hat dann keinen Einfluss mehr auf die im Streukörper entstehende Streustrahlung, die als Quelle der Messstrahlung dient. Die Streustrahlung hat dabei nicht, wie in der Anmeldung DE 10 2005 048 644 AI beschrieben, ihren Ursprung in einer charakteristischen Streuung, sondern in der mit nur geringer oder verschwindender Energievariation behafteten Compton- oder Rayleighstreuung im Basismaterial und im Streukörper.
Die Messstrahlung wird somit nurmehr durch eine Mengenvariation des Messguts beeinflusst, und zwar im Wesentlichen durch Absorptionsprozesse. Zum einen beim Durchgang der Initialstrahlung durch die Materialprobe, erzeugend die Initialstrahlung 2 und zum zweiten beim erneuten Durchgang der aus der Initialstrahlung 2 erzeugten Streustrahlung im Streukörper.
Die Erfindung ermöglicht daher eine selektive Bestimmung der Menge des Messguts in Gegenwart eines Basismaterials unter vorteilhafter zweimaliger Ausnutzung eines Absorptionsprozesses im Messgut.
Im Gegensatz zu DE 10 2005 048 644 AI kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung bei einer zwei-oder mehrkomponentigen Materialprobe, wovon nur eine oder mehrere Komponenten das eigentliche Messgut darstellt, beispielsweise eine Beschichtung, selektiv erfasst werden. Die Menge der anderen Komponenten, beispielsweise eines Substrats oder Trägermediums als Basismaterial, wird keine wesentliche Veränderung der Messstrahlung bewirken und das Messergebnis für die Komponente Beschichtung somit nicht beeinflussen. Zwei Messanlagen zur Bestimmung einer Beschichtungsmenge können somit durch eine einzige Messanlage nach dem Beschichtungsprozess ersetzt werden.
Neben der Kostenreduzierung und/oder der leichteren Integrierbarkeit in Produktionslinien im Vergleich zu Systemen die in Differenz messen, ergeben sich durch die erfindungsgemäße Anordnung messtechnische Vorteile bei der Erfassung und Auswertung der Daten gegenüber Systemen die eine energiedispersive Erfassung der Messstrahlung ausnutzen.
Die Materialprobe muss jedoch nicht zwingend aus zwei voneinander getrennten Schichten eines Messguts und eines Basismaterials, z.B. einer Beschichtung und eines Substrats oder Trägermaterials bestehen.
So kann die Materialprobe beispielsweise auch lediglich eine einzige Schicht aufweisen und aus einem Gemisch von Messgut und Basismaterial bestehen. Die weiter oben angesprochene Situation nachdem es unvorteilhaft sein kann, wenn das Messgut dem Basismaterial nicht vorliegt, kann durch entsprechendes Einkalibrieren behoben werden.
Alternativ kann die Materialprobe lediglich aus Messgut bestehen. Beispielsweise kann eine Wandung eines Tanks das Messgut darstellen. Der Streukörper kann in diesem Fall durch ein Inhaltsmaterial des Tanks gebildet werden. Ein separater Streukörper ist in diesem Fall nicht notwendig.
Sämtliche Varianten haben gemeinsam, dass durch die Verwendung eines Streukörpers bestehend aus geeignetem Material und geeigneter Geometrie, in Verbindung mit einer Rückstreumethode beispielsweise mit Röntgen- oder Gammastrahlen geeigneter Photonenenergie, unter bestimmten Voraussetzungen hinsichtlich der chemischen Formulierung eines Messguts und eines Basismaterials, die sehr häufig erfüllt sind, selektiv eine Bestimmung des Messguts allein erfolgen kann. Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die Initialstrahlung aus elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise einer Röntgenröhre oder eines radioaktiven Präparats, und weist eine Energie zwischen 4 keV und 5 MeV auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Strahlungsvorrichtung eine Röntgenröhre auf. Der Endpunktsbereich der verwendbaren Röhren kann von der Zusammensetzung der zu messenden Materialprobe abhängen und bis zu 250 keV betragen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Strahlungsvorrichtung enthält diese ein radioaktives Isotop zur Aussendung von Röntgen- oder Gammastrahlen. Entsprechend der verwendeten Isotope in der Strahlungsvorrichtung kann die Photonen- energie mehrere MeV betragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht das Material des Streukörpers aus Elementen oder umfasst Elemente, deren Ordnungszahlen kleiner als 18, sind.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Dicke des Streukörpers derart dimensioniert, dass eine Initalstrahlung 2, die nach dem Durchgang durch die Materialprobe in den Streukörper eintritt, durch wenigstens teilweise Absorption und/oder Streuung in der Materialprobe zumindest im Wesentlichen vollständig wechselwirkt. Je nach der Energie der Initialstrahlung und/oder des Materials des Streukörpers kann dadurch der Streukörper aufgrund der geringen Absorptions- und Streuwahrscheinlichkeit vergleichsweise dick sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht das Material des Streukörpers hauptsächlich aus Elementen oder umfasst Elemente, die eine geringere Absorptionskraft bezüglich der verwendeten Initialstrahlung als das Material des Messguts besitzen.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Absorptions- und/oder Wechselwirkungskraft des Streukörpers, die nachfolgend auch als Streukraft bezeichnet wird, zumindest im Wesentlichen gleich der Absorptions- und/oder Streukraft des Basismaterials der Materialprobe. Die Abweichung kann beispielsweise maximal 30 %, 20 % oder 10 % betragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Material des Streukörpers die zumindest im Wesentlichen gleiche chemische Zusammensetzung wie das Basismaterial der Materialprobe auf. Die Abweichung kann beispielsweise maximal 30 %, 20 % oder 10 % betragen.
Vorzugsweise kann das Material des Streukörpers dasselbe Material wie das Basismaterial der Materialprobe aufweisen oder daraus bestehen.
Beispielsweise kann das Basismaterial den Streukörper bilden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Absorptions- und/oder Streukraft des Streukörpers durch Auswahl eines geeigneten Streukörpermatenals an die Absorptions- und/oder Streukraft eines Basismaterials der Materialprobe angepasst. Dadurch kann erreicht werden, dass der Streukörper eine gleiche oder ähnliche Absorptions- und/oder Streukraft wie das Basismaterial aufweist. Die Abweichung kann beispielsweise maximal 30 %, 20 % oder 10 % betragen.
Vorzugsweise kann der Streukörper abhängig von der Zusammensetzung des Basismaterials so ausgeführt sein, dass er aus einem Material aus leichten Elementen bis hin zur Ordnungszahl 18 besteht.
Das Material des Streukörpers kann, vorzugsweise abhängig von der Zusammensetzung des Basismaterials, in seiner Materialzusammensetzung derart modifiziert werden, dass sein Absorptions- und/oder Streuverhalten bezüglich der Initialstrahlung dem des Basismaterials entspricht.
Dazu kann der Streukörper Material aus leichten Elementen bis hin zur Ordnungszahl 18 und zudem Material aus Elementen mit Ordnungszahlen größer 18 enthalten.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Streukörper schichtartig aufgebaut, wobei zwischen Körperschichten, die nachfolgend auch als Streukörperschichten bezeichnet werden, Körperzwischenschichten, die nachfolgend auch als Streukörperzwischenschichten bezeichnet werden, angeordnet sind, wobei sich die Streukörperschichten und die Streukörperzwischenschichten hinsichtlich der Absorptions- und/oder Streukraft unterscheiden.
Beispielsweise können mehrere Schichten aus einem Streukörperbasismatenal bestehen, das eine ähnliche Absorptions- und/oder Streukraft besitzt wie das Basismaterial der Materialprobe. Die Abweichung kann beispielsweise maximal 30 %, 20 % oder 10 % betragen. Besteht das Basismaterial der Materialprobe beispielsweise hauptsächlich aus kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen oder aus organischem Material, eigenen sich dazu Platten aus Polyethylen, Polypropylen und/oder Polycarbonat.
Zur optimalen Anpassung der Streukörpereigenschaften an das Basismaterial hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung und der damit verbundenen Absorptions- und/oder Streukraft, können zwischen die Schichten aus Streukörperbasismaterial zusätzliche weitere Zwischenschichten passender Dicke eines geeigneten Streukörperanpassungsmaterials mit höherer oder geringerer Absorptions- und/oder Streukraft eingebracht werden.
So kann entlang des Strahlweges der Initialstrahlung 2 im Streukörper, der je nach Energiespektrum der Initialstrahlung 2 einige Zentimeter oder Dezimeter betragen kann, im Mittel die geforderte Absorptions- und/oder Streukraft des gesamten Streukörpers an die des Basismaterials angepasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Material des Streukörpers ein Materialgemisch mit wenigstens zwei Bestandteilen auf, wobei sich die Bestandteile hinsichtlich der Absorptions- und/oder Streukraft unterscheiden.
Beispielsweise kann der Streukörper als eine Mischung im geeigneten Mengenverhältnis aus granulatartigem, pastösem und/oder flüssigem Streukörperbasismaterial und ebenfalls granulatartigem oder pastösem und/oder flüssigem Streukörperanpassungsmaterials zur Anpassung der Absorptions- und/oder Streukraft ausgeführt werden.
Bei sämtlichen Ausführungsformen kann die Anpassung der Absorptions- und/oder Streukraft des Streukörpers zunächst über eine Rechnung erfolgen, in der die chemische Zusammensetzung und/oder die erforderliche Dicke des Streukörpers abgeschätzt wird. Die Richtigkeit und/oder Wirksamkeit der Anpassung wird in einem nächsten Schritt dadurch verifiziert, dass sich das durch die Streustrahlung des Streukörpers erzeugte Detektorsignal bei Zugabe eines Basismaterials der Materialprobe ohne das Vorhandensein eines Messguts nicht oder nur so wenig verändert, wie die erforderlichen Messtoleranzen es zulassen.
Gegebenenfalls muss dabei eine etwaige Signaländerung, die dadurch entsteht, dass sich der Abstand zwischen Materialprobe und Detektorvorrichtung verändert, mit Hilfe einer Streustrahlungsanpassungseinrichtung wie sie z.B. in DE 10 30 2009 012 233 B4 beschrieben wird, kompensiert werden. Der Inhalt der DE 10 30 2009 012 233 B4 wird - unter anderem im Hinblick auf die Ausführbarkeit - in diese Anmeldung mit einbezogen.
Für die quantitative Erfassung der Flächenmasse des Messguts in den gewünschten Einheiten wird in einem letzten Schritt eine Kalibrierung vorgenommen, in der die durch die Messstrahlung erzeugten Detektorsignale mit der Flächenmasse von geeigneten Kalibriernormalen, die dem Material des Messguts entsprechen, identifiziert werden.
Der Zusammenhang zwischen den Detektorsignalen und der Flächenmasse des Messguts wird in geeigneter Weise in einer der Messanlage zugeordneten Auswerteeinheit gespeichert und im Folgenden bei Messvorgängen ausgewertet.
Alle hier beschriebenen Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung können, vorzugsweise auch losgelöst von der konkreten Ausgestaltung, in deren Zusammenhang sie erwähnt werden, jeweils miteinander kombiniert werden. Vorzugsweise können alle Gegenstände der abhängigen Ansprüche untereinander und mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs kombiniert werden. Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 2 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, und
Fig. 3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Zunächst ist zu bemerken, dass die dargestellten Ausführungsformen rein beispielhafter Natur sind. So können einzelne Merkmale nicht nur in der gezeigten Kombination, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen technisch sinnvollen Kombinationen realisiert sein. Beispielsweise können die Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombiniert werden.
Enthält eine Figur ein Bezugszeichen, welches im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erläutert wird, so wird auf die entsprechenden vorhergehenden bzw. nachfolgenden Ausführungen in der Figurenbeschreibung Bezug genommen. So werden für gleiche bzw. vergleichbare Bauteile in den Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet und diese nicht nochmals erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einer Strahlungsvorrichtung 10, einem Streukörper 12 und einer Detektorvorrichtung 14 zur Massenbestimmung eines Messguts 20 einer Materialprobe 16. Die Strahlungsvorrichtung 10 und die Detektorvorrichtung 14 sind auf einer Seite der Materialprobe 16 angeordnet, während der Streukörper 12 auf einer bezüglich des Materialprobe 16 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Die Materialprobe 16 weist ein Basismaterial 18, z.B. ein Basis-, Medien- und/oder Trägermaterial, sowie ein Messgut 20, z.B. ein Funktions-, Füll-, Vorlagematerial und/oder, beispielsweise eine füllstoffhaltige, Latexbeschichtung einer Verlegeware, auf.
Die Strahlungsvorrichtung 10 emittiert eine Initialstrahlung 22, welche die Materialprobe 16 durchdringt und als Initialstrahlung 2 im Basismaterial und zum Großteil im Streukörper 12 gestreut wird.
Eine Streustrahlung 26 durchdringt die Materialprobe 16 und wird als Messstrahlung 28 von der Detektorvorrichtung 14 detektiert.
Die konstant gehaltene Initialstrahlung 22 erleidet eine erste Absorption im Messgut 20 und wird nun zur Initialstrahlung 2 24, die im Basismaterial 18 sowie hauptsächlich im Streukörper 12 streut. Die Konstanz der Streustrahlung 26 wird aufgrund der hohen Schichtdicke des Streukörpers 12 trotz möglicher Variationen der Schichtdicke des Basismaterials 18 gewährleistet, so dass die Streustrahlung 26 bei erneutem Durchgang durch das Messgut 20 als eine verlässlich konstante Strahlungsquelle für eine zweite Absorption im Messgut 20 dient, aus der sie als Messstrahlung 28 hervorgeht.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, kann die Materialprobe 16 auch ein Materialprobengemisch 30 aus Basismaterial 18 und Messgut 20, z.B. einem Funktions- und/oder Füllmaterial, sein. Bei dickeren Materialproben, in denen bereits ein hoher Anteil an Initialstrahlung 2 24 durch Streuung am Basismaterial 18 in Streustrahlung 26 umgesetzt wird, kann eine Kalibrierung mit geeigneten Kalibriernormalen, z.B. bestehend aus Materialproben mit variierendem und bekanntem Messmaterial, vorgenommen werden.
Gemäß Fig. 3 kann der Streukörper 12 schichtartig aufgebaut sein, wobei mehrere Streukörperschichten 32 aus einem Streukörperbasismaterial bestehen, das eine ähnliche oder die gleiche Absorptions- und/oder Streukraft besitzt wie das Basismaterial 18.
Zur optimalen Anpassung der Streukörpereigenschaften an das Basismaterial 18 hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung und der damit verbundenen Absorptions- und/oder Streukraft können zwischen diese Streukörperschichten 32 zusätzliche weitere Streukörperzwischenschichten 34 passender Dicke eines ge- eigneten Streukörperanpassungsmatenals mit höherer oder geringerer Absorptions- und/oder Streukraft eingebracht werden.
Bezuqszeichenliste
10 Strahlungsvorrichtung
12 Streukörper 14 Detektorvorrichtung
16 Materialprobe
18 Basismaterial
20 Messgut
22 Initialstrahlung 24 Initialstrahlung 2
26 Streustrahlung
28 Messstrahlung
30 Materialprobengem isch
32 Streukörperschicht 34 Streukörperzwischenschicht

Claims

Ansprüche Anordnung zur Flächenmassenbestimmung eines Messguts (20), das entweder alleine oder in einem Verbund mit einem Basismaterial (18) in einer Materialprobe (16) vorliegt, aufweisend eine, eine Initialstrahlung (22) emittierende Strahlungsvorrichtung (10), einen Streukörper (12) und eine Detektorvorrichtung (14) zum Detektieren einer im Streukörper (12) gestreuten Messstrahlung (28), wobei die Strahlungsvorrichtung (10) und die Detektorvorrichtung (14) auf einer Seite der Materialprobe (16) angeordnet sind und der Streukörper (12) auf einer bezüglich der Materialprobe (16) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, wobei der Streukörper (12) aus einem Material besteht oder ein Material umfasst, bei dem die Photoabsorptionkraft bezüglich der Initialstrahlung (22) gleich oder schwächer als die Photoabsorptionskraft des Messguts (20) ist. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptions- und/oder Streukraft des Streukörpers (12) zumindest im Wesentlichen gleich der Absorptions- und/oder Streukraft des Basismaterials (18) der Materialprobe (16) ist. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Streukörpers (12) derart dimensioniert ist, dass eine Initalstrahlung 2 (24), die nach dem Durchgang durch die Material- probe (16) in den Streukörper (12) eintritt, durch wenigstens teilweise Absorption und/oder Streuung im Streukörper (12) zumindest im Wesentlichen vollständig wechselwirkt. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Streukörpers (12) hauptsächlich aus Elementen besteht oder Elemente umfasst, die eine geringere Absorptionskraft bezüglich der verwendeten Initialstrahlung (22) als das Material des Messguts (20) besitzen. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Streukörpers (12) die zumindest im Wesentlichen gleiche chemische Zusammensetzung wie das Basismaterial (18) der Materialprobe (16) aufweist. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Streukörpers (12) dasselbe Material wie das Basismaterial (18) der Materialprobe (16) aufweist oder daraus besteht. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial (18) den Streukörper (12) bildet. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper (12) schichtartig aufgebaut ist, wobei zwischen Streukörperschichten (34) Streukörperzwischenschichten (32) angeordnet sind, wobei sich die Streukörperschichten (34) und die Streukörperzwischenschichten (32) hinsichtlich der Absorptions- und/oder Streukraft unterscheiden. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Streukörpers (12) ein Materialgemisch mit wenigstens zwei Bestandteilen aufweist, wobei sich die Bestandteile hinsichtlich der Absorptions- und/oder Streukraft unterscheiden. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Initialstrahlung (22) aus elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise einer Röntgenröhre oder eines radioaktiven Präparats, besteht und eine Energie zwischen 4 keV und 5 MeV aufweist.
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