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技術 放射線厚さ計

出願人 富士電機株式会社
発明者 伊達寛
出願日 1992年9月18日 (28年3ヶ月経過) 出願番号 1992-248439
公開日 1994年4月12日 (26年8ヶ月経過) 公開番号 1994-102031
状態 特許登録済
技術分野 波動性または粒子性放射線を用いた測長装置
主要キーワード 係数設定器 加算レジスタ 補正演算式 基準材 補正演算器 補正演算装置 校正用標準試料 吸収係数値
関連する未来課題
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この項目の情報は公開日時点(1994年4月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

目的

放射線厚さ計において、材質補正近似計算を行う演算装置適応材質範囲を拡張し、近似演算の精度を向上し、一台の厚さ計が精度良く取扱える測定可能な材質と厚さの範囲を拡大する。

構成

測定対象の材質の吸収係数μi の値を格納しておく吸収係数メモリ9と、各吸収係数μi のもとで校正用サンプル試料の実測によって求めたサンプルの厚さを補正するための補正係数ai ,bi を対にして格納しておくサンプルデータメモリ7よりなり、この格納場所から測定対象物の材質iに対応した吸収係数μi と補正係数ai ,bi を選定して厚さの1次近似値t0 を演算する厚さ1次近似演算器1および1次近似値t0 に対して補正演算を実行するサンプル補正乗算器五aならびに加算器5bへ、それぞれ吸収係数μi および補正係数aiならびにbi の値を分配するサンプル種設定器8から構成する。更に、サンプル補正加算器の出力に対して線形1次の補正演算を行う材質補正演算器3と、この材質補正演算器に補正係数の値H0 を設定する材質補正設定器4を付加して構成する。

概要

背景

極めて薄い厚さdtの物質の層に、単一エネルギーで平行なβ線γ線等の放射線照射したたとき、この物質層における放射線の減衰分dNは、当該物質に固有吸収係数μに比例することが知られており、この関係は式(1)で与えられる。

概要

放射線厚さ計において、材質補正近似計算を行う演算装置適応材質範囲を拡張し、近似演算の精度を向上し、一台の厚さ計が精度良く取扱える測定可能な材質と厚さの範囲を拡大する。

測定対象の材質の吸収係数μi の値を格納しておく吸収係数メモリ9と、各吸収係数μi のもとで校正用サンプル試料の実測によって求めたサンプルの厚さを補正するための補正係数ai ,bi を対にして格納しておくサンプルデータメモリ7よりなり、この格納場所から測定対象物の材質iに対応した吸収係数μi と補正係数ai ,bi を選定して厚さの1次近似値t0 を演算する厚さ1次近似演算器1および1次近似値t0 に対して補正演算を実行するサンプル補正乗算器五aならびに加算器5bへ、それぞれ吸収係数μi および補正係数aiならびにbi の値を分配するサンプル種設定器8から構成する。更に、サンプル補正加算器の出力に対して線形1次の補正演算を行う材質補正演算器3と、この材質補正演算器に補正係数の値H0 を設定する材質補正設定器4を付加して構成する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

検出器よりの放射線透過強度に相当する測定信号演算処理して測定対象物の厚さを近似演算する厚さ1次近似演算器(1)と、測定対象物の材質の種類に対応した吸収係数(μi )を記憶しておく吸収係数メモリ(9)と、材質の種類毎に用意した厚さ既知の複数の校正用試料の測定によって求めた補正係数(ai ,bi )を記憶しておくサンプデータメモリ(7)と、測定対象物の材質の種類(i)を設定するサンプル種設定器(8)と、設定器(8)により設定された材質の種類(i)に応じた吸収係数(μi )を吸収係数メモリ(9)から読みだして厚さ1次近似値演算器(1)に入力する吸収係数レジスタ(2)と、設定器(8)により設定された材質の種類(i)に応じた補正係数(ai ,bi )を前記サンプルデータメモリ(7)から読みだして格納しておくサンプル演算レジスタ(6a,6b)と、厚さ一次演算器(1)の演算出力をサンプル演算レジスタ(6a,6b)に読みだされた材質の種類(i)に応じた補正係数(ai ,bi )によって補正する補正演算器(5a,5b)と、補正演算器(5a,5b)の補正演算出力を、指定材質の吸収係数の値と実際の測定対象物の吸収係数の値の間に差が有る場合の吸収補正係数(H0 )により補正して前記測定対象物の厚さを求める材質補正演算器(3)と、を備えたことを特徴とする放射線厚さ計

技術分野

0001

この発明は、β線γ線等の放射線透過強度を検出して、紙,フイルムあるいはアルミ,銅,鉄等の金属板またはシート等の物の厚さを測定する放射線厚さ計において、透過強度検出データより物の厚さを導出する理論式に、実測値に基づいて定められる補正演算をほどこして、高精度でかつ多種類の材質に対応を可能とする放射線厚さ計に関する。

背景技術

0002

極めて薄い厚さdtの物質の層に、単一エネルギーで平行なβ線γ線等の放射線を照射したたとき、この物質層における放射線の減衰分dNは、当該物質に固有吸収係数μに比例することが知られており、この関係は式(1)で与えられる。

0003

dN=−μ・dt (1)
よって有限な厚さtの物質層を透過した放射線の強度Nt と厚さtとの関係は、式(1)を積分して得られる式(2)によって与えられることとなる。

0004

t=−1/μ・lnNt /N0 (2)
ここで t ; 厚さ1次近似値(mm)
μ ;物質による吸収係数(mm-1)
Nt ; 厚さtのときの透過放射線量
N0 ; 厚さ0のときの透過放射線量
式(2)における吸収係数μの値は、それぞれの材質の物質に固有であり、また式(2)が厳密に成立するのは、放射線の計測系において下記の物理的条件が満たされている場合に限られるが、放射線源性質および測定系構成上の技術的制約が存在するため、現実の放射線厚さ計において、この条件を完全に成立させることは一般に困難である。

0005

イ照射される放射線のエネルギーが単一である。
照射放射線は平行なビームである。
透過物質中で放射線の散乱が生じない。
そこで従来の放射線厚さ計では、測定対象物の材質の種類や測定厚さの範囲を吸収係数の値が大略等しく、また上記イ〜ハの条件に関与する現象が同等に生起していると見做すことが出来る範囲に制限し、計測された物質層透過前後の放射線強度N0,Ntを基に、理論式である式(2)の演算によって得られる計算値t0 (以下厚さ1次近似値という)に補正演算を加え、より真値に近い値を求めることが行われている。次に図2及び3に補正演算装置の従来例を説明する。

0006

図2において1次近似値演算器1は、放射線強度の入力信号N0 ,Nt を基に式(2)の演算をおこない、厚さの1次近似値t0 を出力する部分であり、測定対象物として予定された種類の材質を代表する吸収係数μの値は、吸収係数レジスタ2に記憶されてている。材質補正演算器3は、吸収係数の値が吸収係数レジスタ2に記憶されている値と異なる種類の測定対象物を測定する場合に、材質補正係数設定器4で指定された吸収補正係数H0 によって材質補正の演算を行う部分であり、サンプル補正演算部(5a,5b)は、厚さが既知校正用試料を実測して得られたデータを基に定められ、サンプル演算レジスタ(6a,6b)に格納されている補正係数による補正演算を行い、より真値に近い値を求める部分である。

0007

まず吸収係数の差の補正計算方式について説明する。ある特定の材質における吸収係数の値をμ0 としたとき、材質が同類である他の材質の吸収係数μの値は、材質の差異を表す絶対値が1に比べ小さい値となる補正係数H0を用いて式(3)によって表現しうる。

0008

μ=μ0 (1+H0 ) (3)
式(3)を式(2)に代入し、近似展開すると式(4)が得られる。

0009

t=−1/μ0 (1+H0 )・lnNt /N0
=−1/μ0 ・lnNt /N0 ・(1−H0 )
=t0 ・(1−H0 ) (4)
ここにt0 は透過放射線量Nt ,N0 に対応する基準材質よりなる物質の厚さで、式(2)においてμ=μ0 とすることによって求められる。即ち基準材質と異なる材質の物質の測定の場合、基準材質として求められた厚さの値に対し、補正係数(1±H0 )を乗じればよい。なおμ<μ0 の場合+H0 を採り、補正が不要の場合には0を置けばよい。

0010

図2の材質補正係数設定器4は、式(4)における吸収補正係数±H0 の値を外部より指定する設定器であり、材質補正演算器3は、1次近似値演算器1の出力値t0 に対し、材質補正係数設定器4で指定された値に基づき、式(4)の材質補正の乗算を行い材質補正近似値xq として出力する部分である。つぎに理論式からの偏差分の補正装置について概説する。

0011

上記イ〜ハの条件が完全には満たれていない厚さ計測定試料設定部に、厚さが既知の校正用試料を配置したとき、式(2)の計算を行う1次近似値演算器1の出力である1次近似値t0 は、校正用試料の実際の厚さとは異なる値を与える。したがって厚さ既知の複数の校正用試料による1次近似値t0 と、試料の実際の厚さの関係は、図3に例示の如く、前記イ〜ハの条件が満たされている場合にのみ理論的に成立する式(2)に相当する直線Aの上には乗らず、図3中において黒点で示されるように分布する。

0012

2点以上の厚さが既知の校正用試料によって1次近似値演算器の出力があらかじめ取得されている場合、再帰分析手法を適用して、厚さ未知の測定対象物に関する1次近似値から、測定系に於ける理想条件非成立分を補正したサンプル補正近似値xs を求める式(5)の定数a及びbを定めることができる。

0013

xs =at0 +b (5)
式(5)に相当する直線は、図3において直線Bで例示されている。図2においてサンプル補正データレジスタは、サンプル乗算レジスタ6a及びサンプル加算レジスタ6bよりなり、厚さ既知の複数の校正用試料を、厚さ計で実測することによって定められた式(5)の近似計算における定数a,bを格納するレジスタである。サンプル補正演算器乗算器5aと加算器5bよりなり、サンプル乗算レジスタ6a及び加算レジスタ6bより定数a,bの値を受取り、式(2)の1次近似値t0 に対し式(5)の近似演算を行い、サンプル補正近似値xs として出力する。

0014

図4は異なる材質ごとに用意された厚さ既知の複数の校正用試料を、あらかじめ測定して定められ補正係数を用いて式(5)の補正演算を行っている従来装置の例である。サンプルデータメモリ7は、マトリックス構造に構成されており、異なる材質の物質ごとに用意された校正用試料を厚さ計で実測定することにより、測定対象の種類iごとに対として求められた定数ai , bi を対として配置記憶している。測定対象物の材質の種類が定まったとき、その種類iをサンプル種類設定器8により指定すると、サンプルデータメモリ7に格納されている定数の組の中から、指定種類iに対応する定数ai,bi の組が選定され、サンプル補正演算レジスタ6a,6bに渡される。サンプル補正乗算器5aと加算器5bは、サンプル乗算レジスタ6a,加算レジスタ6bよりそれぞれ定数ai bi を受取って、式(5)の近似演算を行い、サンプル補正近似を行った厚さの測定結果として出力する。

0015

図4に示す従来装置の例では、基準材質と異なる材質の物質ごとに、校正用試料による実測データを基に補正演算のための式(3)の定数a,bの組を定めているが、このことは、基準材質と測定対象物の材質が異るときの吸収係数に関する補正係数H0 を補正演算式(5)の定数a,bの中に組入れて扱うことに相当する。

発明が解決しようとする課題

0016

上記の従来装置では、いずれも1次近似値t0 を演算するに当たっての吸収係数の値は、当該の厚さ計が測定対象範囲として想定している測定対象物の材質の中から、代表としうる材質についての値を選定し、これを固定して使用している。基準とした物質と異なる材質の測定対象物については、基準材質との吸収係数の差は小さいとして取り扱う式(4) の近似計算、又は放射線の吸収現象理論モデルからのづれの補正に関する式(5) の近似補正方法を適用して対応してきた。このため近似可能な範囲を超える測定対象については、誤差が大きくなり一台の厚さ計で取り扱える材質と厚さの範囲には限界があった。本発明は上記従来技術の限界に鑑みてなされたものであって、その目的は一台の厚さ計が精度良く取扱える測定可能な材質と厚さの範囲を拡大しようとするものである。

課題を解決するための手段

0017

上記の課題を解決するために、本発明においては、放射線厚さ計は、検出器よりの放射線の透過強度に相当する測定信号演算処理して測定対象物の厚さを近似演算する厚さ1次近似値演算器(1)と、測定対象物の材質の種類に対応した吸収係数(μi )を記憶しておく吸収係数メモリ(9)と、材質の種類毎に用意した厚さ既知の複数の校正用試料の測定によって求めた補正係数(ai ,bi )を記憶しておくサンプルデータメモリ(7)と、測定対象物の材質の種類(i)を設定するサンプル種類設定器(8)と、設定器(8)により設定された材質の種類(i)に応じた吸収係数(μi )を吸収係数メモリ(9)から読みだして厚さ1次近似値演算器(1)に入力する吸収係数レジスタ(2)と、設定器(8)により設定された材質の種類(i)に応じた補正係数(ai ,bi )を前記サンプルデータメモリ(7)から読みだして格納しておくサンプル演算レジスタ(6a,6b)と、厚さ一次演算器(1)の演算出力をサンプル演算レジスタ(6a,6b)に読みだされた材質の種類(i)に応じた補正係数(ai ,bi )によって補正する補正演算器(5a,5b)と、補正演算器(5a,5b)の補正演算出力を、指定材質の吸収係数の値と実際の測定対象物の吸収係数の値の間に差が有る場合の吸収補正係数(H0 )により補正して前記測定対象物の厚さを求める材質補正演算器(3)と、を備えるものとする。

0018

上記構成の演算処理部を備えた厚さ計において、測定対象物の材質を指定すると、サンプル種類設定器8は、指定された測定対象物の種類iに対応した吸収係数μi とサンプル補正係数ai ,bi を、吸収係数メモリ9と、サンプルデータメモリ7より選択して、それぞれ厚さ1次近似値演算器1およびサンプル補正乗算器5aとサンプル補正加算器5bの各演算用レジスタ2および6a6bへ出力する。

0019

厚さ1次近似値演算器1は、検出器からの出力信号値と吸収係数レジスタ2中の吸収係数μi の値によって式(2)の演算処理を行い、厚さ1次近似値t0 として出力する。このように測定対象物それぞれの材質に最も適した吸収係数の値が選択される結果、代表材質にかかわる吸収係数の値を共用する従来方式に比べ、広い範囲の材質の測定物に対し、より高い精度で厚さ1次近似値t0 が得られることとなる。

0020

サンプル補正乗算器5aとサンプル補正加算器5bは、厚さ1次近似値演算器1の出力を入力とし、サンプル乗算レジスタ6aおよびサンプル加算レジスタ6b中の補正係数ai ,bi によって式(5)の演算処理を行い、サンプル補正近似値xs として出力する。この補正においても、材質の差異に対応した補正係数が選定されるので、広い範囲の材質への対応が可能であるばかりでなく、サンプル補正近似値xs の精度も高いものとなる。

0021

測定対象物の吸収係数の値が、サンプル種類設定器8の指定によって吸収係数メモリ9に格納されているデータから選定された吸収係数の値と異なっており、その差の割合である吸収補正係数の値H0 が既知の場合、材質補正演算器3が、材質補正係数設定器4で設定された吸収補正係数の値H0 によって式(4)の補正演算を行う。この補正が必要な場合であても、前記の方法により前段の近似計算値が、従来の装置におけるより高精度で得られているので、吸収補正係数の値H0 は従来装置においては数%の値の指定を要していたのに対し、1%未満の補正値として無理のない値の指定でこと足りることとなる。

0022

図1はこの発明の実施例を示すものである。この図において吸収係数メモリ9には測定対象物の材質の種類に対応した吸収係数の値が格納されている。サンプルデータメモリ7には、あらかじめそれぞれの材質i毎に、厚さ既知の複数の校正用標準試料を実測し、再帰分析手法を適用して求められた式(3)の係数a,bに相当するサンプル補正データの対ai およびbi が、材質の種類に対応して格納されている。

0023

サンプル種類設定器8で測定対象物の材質iを指定すると、サンプル種類設定器8は、指定された材質に対応する吸収係数μi の値とサンプル補正データ対の値ai ,bi を、それぞれ吸収係数メモリ9及びサンプルデータメモリ7より選びだし、演算実行用の吸収係数レジスタ2及びサンプル乗算レジスタ6a,サンプル加算レジスタ6bに出力する。

0024

厚さ1次近似演算器1は、検出器が検出した透過放射線量に相当する入力信号値Nt 及びN0 に対し、吸収係数レジスタ2に記憶されている吸収係数の値μiを用いて式(2)の演算を行い、厚さ1次近似値t0 として出力する。サンプル補正乗算器5aおよびサンプル補正加算器5bは、厚さ1次近似値演算器1の出力を入力とし、サンプル乗算レジスタ6aおよびサンプル加算レジスタ6bに選び出された補正係数値の対ai ,bi を用いて式(5)の補正演算を行い、サンプル補正近似値xs として出力する。

0025

測定対象物の吸収係数値が、サンプル種類設定器8で指定した材質iの吸収係数の値とわずかに異なる場合、両数値の偏差の割合である式(4)におけるH0の値を材質補正係数設定器4に設定しておくと、材質補正演算器3はサンプル補正加算器5bの出力であるサンプル補正近似値xs に対し、式(4)の補正演算を行って厚さ計の測定値として出力する。補正の必要がない場合には、材質補正設定器4には数値0を設定しておけばよい。

発明の効果

0026

本発明においては、透過放射線量に相当する入力信号値にもとずく厚さの値の導出計算にあたって、使用する吸収係数およびサンプル補正データの値を、測定対象の材質に応じて選定されるようにしたので、一台の厚さ計で測定可能な材質の種類の範囲を広げることができる。また測定対象物の吸収係数の値が、サンプル種類設定器によって選定して設定した種類の材質における値と異なる場合であっても、吸収係数の値があらかじめ固定されている従来技術の厚さ計に比べ、材質補正係数の値は一般に小さい値となるので、より精度のよい補正値が得られることとなる。

図面の簡単な説明

0027

図1この発明の放射線厚さ計の実施例を説明するためのブロック図
図2固定係数値によるサンプル補正と材質補正を行う従来技術による放射線厚さ計のブロック図
図3サンプル補正演算の原理を説明するための線図
図4測定対象の材質によって係数値選択設定してサンプル補正を行う従来技術による放射線厚さ計のブロック図

--

0028

1 厚さ1次近似値演算器
2吸収係数レジスタ
3材質補正演算器
4 材質補正係数設定器
5aサンプル補正乗算器
5b サンプル補正加算器
6a サンプル乗算レジスタ
6b サンプル加算レジスタ
7 サンプルデータメモリ
8サンプル種類設定器
9 吸収係数メモリ

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