X射線人造板剖面密度儀.docxVIP

1、X射線人造板剖面密度儀程放，潘斌，李小群，石芷萍(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研完院木材工業(yè)研完所，北京100091)摘要：X射線剖面密度儀替代以放射性核素為摘射源的Y射線剖面密度儀是今后人造板割面密度測(cè)量?jī)x器的發(fā)展方向。儀器由X射線源、射線接收探頭、剖面掃描裝置、射線防護(hù)裝置以及監(jiān)控軟件組成，通過計(jì)算試件的質(zhì)量衰減系教可以得到厚度方向各剖面的密度。關(guān)鍵詞：X射線密度儀：剖面密度；質(zhì)量衰減系數(shù)中圖分類號(hào)：TS653文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-036X(2011)05-0025-02X-raydensitometerforverticaldensityprofileofWood-basedPanelCHE

2、NGFang,PANBin,LIXiao-qun,SHIZhi-ping(ResearchInstituteofWoodIndustry,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China)Abstract:ThedevelopmenttrendofdensitometerformeasureofverticaldensityprofileofWood-basedPanelisthattheY-densitometeronradioactivesourcewillbereplacedofX-raydensitometry.Theinstrumentisco

3、mposedofx-raysource,x-raydetector,scanningapparatus,x-rayprotectionapparatusandcontrolsoftware.TheverticaldensityprofilecouldbegainedbycalculatingthemassattenuationcoefficientofWood-basedPanel.Keywords:X-raydensitometry；verticaldensityprofile；massattenuationcoefiicientp=)ln0(E)()在人造板熱壓成型后需要對(duì)其剖面密度進(jìn)行測(cè)

4、定，以便及時(shí)調(diào)整成型工藝參數(shù)，使產(chǎn)品的各項(xiàng)物理力學(xué)性能達(dá)到預(yù)定的要求，以節(jié)約資源、提高加工效率。以前人們將放射性核素作為輻射源，制成Y射線剖面密度儀進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)定工作。近年來由于對(duì)放射性物質(zhì)管制的ri益嚴(yán)格，人們迫切需要更加安全可靠的輻射源，由高壓發(fā)生器和X光管構(gòu)成的X射線剖面密度儀正是這一需求的產(chǎn)物。1原理1.1密度計(jì)算方法由高壓發(fā)生器和X光管產(chǎn)生的X射線束經(jīng)準(zhǔn)直后平行射向被測(cè)試件的某一厚度層剖面，由于試件材料的吸收作用，該剖面出射X射線束的強(qiáng)度會(huì)有衰減，入射與出射X射線的強(qiáng)度關(guān)系是：收稿日期=2010-04-10.作者簡(jiǎn)介:程放.研究員.基金項(xiàng)目:中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)法專項(xiàng)資金，

5、項(xiàng)目編號(hào)：CAFINT2007K03.其中，/。儂)和1(E)分別表示入射與出射X射線束的強(qiáng)度，該強(qiáng)度與X射線的能量E相關(guān)，(口/p)表示試件材料對(duì)能量為E的X射線的質(zhì)量衰減系數(shù)，p表示X射線束經(jīng)過試件某一厚度層剖面的密度U表示X射線經(jīng)過試件的路徑長(zhǎng)度。1.2質(zhì)盟衰減系數(shù)計(jì)算方法根據(jù)試件各剖面的密度平均值應(yīng)等于該試件的宏觀密度值這一事實(shí)，利用試件剖面n層檢測(cè)的數(shù)據(jù)，即入射X射線束的強(qiáng)度計(jì)數(shù)扁、第i厚度層剖面出射X射線束的強(qiáng)度計(jì)數(shù)4、測(cè)量剖面的總數(shù)目n、X射線經(jīng)過試件的路徑長(zhǎng)度t以及試件的宏觀密度0,試件的質(zhì)最衰減系數(shù)(M/P)可以由式計(jì)算得到：wIn/0-VInI.(p/p)=(3)ntp2結(jié)

6、構(gòu)X射線剖面密度儀由X射線源、射線接收探頭、剖面掃描裝置、射線防護(hù)裝置以及監(jiān)控軟件組成。2JX射線源X射線源由X射線高壓發(fā)生器、防護(hù)X光管和連接它們的高壓電纜組成。X射線源的能量選用與披測(cè)試件的外形尺寸和元素組成密切相關(guān)，對(duì)于測(cè)量50mmx50mm輕泡材料的密度，通常采用50keV以F能量的X射線，與此相對(duì)應(yīng)的X光管規(guī)格是管電壓50kV,管電流1mA。X射線高壓發(fā)生器除了需要與X光管的規(guī)格對(duì)應(yīng)外,由于自身的紋波系數(shù)與試件剖面密度的檢測(cè)精度密切相關(guān)，在選用設(shè)備類型上也應(yīng)格外關(guān)注，一般要求其紋波系數(shù)小于5%。此外防護(hù)x光管的散熱性能直接決定r其使用壽命，防護(hù)X光管的表面溫度不能超過55C。2.2X

7、射線接收探頭按照不同探測(cè)器對(duì)261408keV能區(qū)內(nèi)丫（X）射線探測(cè)效率的對(duì)比研究結(jié)果叫Nal（T1）探頭對(duì)lOOkeV以下能量射線的探測(cè)效率最高，因此密度儀接收探頭采用Nal（TI）方式。其組成包括圓柱形Nal（T1）晶體閃爍體、摑合劑、光電倍增管、高壓模塊、電流/頻率轉(zhuǎn)換電路以及測(cè)頻模塊。探頭測(cè)頻計(jì)數(shù)的重復(fù)性水平直接與密度測(cè)最精度相對(duì)應(yīng)，對(duì)于測(cè)At密度在0.301.50g/cm3的輕泡材料,要使其密度測(cè)量精度達(dá)到土0.01g/cm那么探頭測(cè)頻計(jì)數(shù)的10次相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）必須小于5滄。2.3剖面掃描裝置剖面掃描裝置由矩形滑動(dòng)導(dǎo)軌、試件樣品臺(tái)、準(zhǔn)宜狹縫對(duì)、絲杠與步進(jìn)電機(jī)組件組成。矩形導(dǎo)軌

8、的摩擦阻力小，剛性高，加工檢驗(yàn)都方便，可滿足剖面密度儀次檢測(cè)兩塊厚度在50mm以內(nèi)試件直線位移時(shí)對(duì)導(dǎo)軌導(dǎo)向直線度的要求。試件樣品臺(tái)設(shè)計(jì)成可分別放置兩塊厚度50mm以內(nèi)的試件。準(zhǔn)直狹縫對(duì)采用10mm厚的不銹鋼鋼板加工制成，不僅可以保證入射與出射X射線束的平行特性，而且也可以保證X射線的單純性。絲杠與步進(jìn)電機(jī)組件是剖面掃描運(yùn)動(dòng)的主體，由于被測(cè)試件來源于生產(chǎn)一線，不免帶來物料粉塵與顆粒，因此絲杠表面應(yīng)該有保護(hù)涂層以便于實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑；為了避免試件樣品臺(tái)在絲杠運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生哦量，應(yīng)采用絲杠與步進(jìn)電機(jī)一體的慈臂式結(jié)構(gòu)電機(jī)。2.4射線防護(hù)裝置射線防護(hù)裝置是X射線剖面密度儀貢要的組成部分，直接關(guān)系到儀器的安全使用。

9、它包括以下幾個(gè)方面的防護(hù)：首先是機(jī)箱的射線泄漏防護(hù)，由于X光管的規(guī)格是管電壓50kV,管電流1mA,因此機(jī)殼內(nèi)部襯以1mm厚鉛板，底座采用相當(dāng)于1mm鉛當(dāng)量的8mm厚鋼板制成，外接的電源線與信號(hào)線呈迷宮布局出線；儀器電氣設(shè)計(jì)方面必須將儀器通電與射線管高壓通電分開，出現(xiàn)任何故障都先將射線管高壓切斷。2.5監(jiān)控軟件X射線剖面密度儀的控制與測(cè)量過程通過外部計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用VB編程來實(shí)現(xiàn)從X射線強(qiáng)度計(jì)數(shù)到剖面密度值的轉(zhuǎn)換，程序（圖1）主要由以下幾部分構(gòu)成：?jiǎn)?dòng)自檢、接收用戶測(cè)試參數(shù)、設(shè)備初始化、運(yùn)行掃描計(jì)數(shù)、提取試件計(jì)數(shù)序列、計(jì)算質(zhì)最衰減系數(shù)、計(jì)算試件剖面密度、顯示保存計(jì)算結(jié)果等。其中提取試件計(jì)數(shù)序列

10、算法簡(jiǎn)化了控制步進(jìn)電機(jī)和運(yùn)行計(jì)數(shù)程序在事件觸發(fā)算法上的復(fù)雜性，能更好地確定試件的邊七3試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)測(cè)量-塊標(biāo)稱15mm厚MDF的剖面密度。試件尺寸50.6mm（長(zhǎng)）x50.9mm（寬）xl5.5mm（厚），重量27.5g,宏觀密度0.69g/cm試件的剖面密度曲線如（下轉(zhuǎn)第20頁(yè)）材細(xì)胞壁中綜纖維素、抽提物以及微纖絲角等因素，對(duì)單根纖維力學(xué)性能影響較小，因此還需要深入研究不同無性系木材構(gòu)造和化學(xué)組成等方面的材性指標(biāo)。(2)從第4至第10年輪落葉松單根纖維抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)來看，隨著年輪的增大，單根纖維的抗拉強(qiáng)度也逐漸增大，表明日本落葉松在第10年之前一直處于幼齡期生長(zhǎng)狀態(tài)，其纖維的力學(xué)性能等指

11、標(biāo)也不斷增加。研究者可以結(jié)合日本落葉松單.根纖維性質(zhì)同，探討紙漿呻戚用優(yōu)涅無性系的選育。致謝：本文所用單根纖維拉伸儀和激光共聚焦儀為國(guó)際竹藤網(wǎng)絡(luò)中心提供，余雁和田根林等老師給予了很多的指導(dǎo)和幫助，非常感謝。參考文獻(xiàn)于忠波.落葉松資源利用現(xiàn)狀及發(fā)展前景J】.林業(yè)科U.2010,35(3),4749.黃帆輝，普本華,趙榮軍，余椎.木材簞根纖維力學(xué)性質(zhì)研究進(jìn)展UL林業(yè)科學(xué),2010,46(3)x146-152.3)BurgerlI.EderM.FruhmamiK.Propertiesofchemicallyandmechanicallyisolatedfibresofspruce,part3：Mec

12、hanicalcharacterisation!.Holzforschung,2005,59:354-357.4)BurgertI,KcckesJ.FrhmannK.FratzlP.TscheggSE.AComparisonofTwoTechniquesforWoodFibreIsolation(J).Plantbiol,2002,4：9-12.5)LisbcthG.Thygcscn.EderM.BurgcrtI.Dislocationsinsinglehempfibres(J.MaterSci,2007,42:558-564.6昏雙平，王戈，余痛，程海濤，陳紅.幾種梢物單根纖維力學(xué)性能對(duì)比(

13、JL南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)20】0,34：87-90.黃艷輝，費(fèi)本華，余雁，王戈，趙某軍.毛竹單根纖維的力學(xué)性質(zhì)研究JL中國(guó)造紙,2009,8:10-12.YanY,JiangZH,FeiBH.Animprovedmicrotcnsilctechniqueformechanicalcharacterizationofshortplantfibers：acasestudyonbamboofibers(JJMaierSci,2011.46：739-746.【9跳海波，外麗樣,張冬妍.落葉松木材細(xì)胞年輪內(nèi)生長(zhǎng)模型的研究JL木材加工機(jī)械,2006,(3):14-16.10司意，鹿振友.落葉松生長(zhǎng)特性對(duì)應(yīng)力波

14、傳播速度的影響(JJ.木材加工機(jī)械,2007,(5):14-16.11劉星.，村.杰.木質(zhì)資源枷捋(ML北沖國(guó)林業(yè)出版社,2004,8.U2馬順興，王軍輝.張守攻，孫曉梅，梁保松，周德義，劉淑梅.日本落葉松無性系木材性質(zhì)的遺傳變異【J.林業(yè)科學(xué)研究，2008,21(0:69-73.【13丁彪，王軍嘩，張守攻，孫曉梅,王笑山,劉淑梅.日本落葉松無性系化學(xué)組成遺傳變異的研究【JJ.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)tft.2006.29(2):50-53.1句王軍輝，張守攻，石淑蘭.譚希文.程俊.日本落葉松木材的化學(xué)組成研究J.林業(yè)科學(xué)研究.2004,17(15)：570-575.15謝新良，石淑蘭，魏德津,楊英迪，

15、黃炎，王軍輝,張守攻.日本落葉松化學(xué)組成與纖維特性的研究5.國(guó)際造紙,2004.23(1)：24-2816謝新良，石淑蘭.日本落葉松及其在造紙領(lǐng)域中的應(yīng)用J.黑龍江造紙,2003,(4)：28-29.【17王軍輝，張守攻,石淑蘭，胡惠仁.張宋智.日本落葉松紙漿材造紙性能的研究幾北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,26：71-74.18建，趙文華，王喜武，吳立君，關(guān)曉鐸，陳魁.日本落葉松紙漿材造紙性能及工藝成熟期的研究宇林業(yè)科技,1997,(1):26-29.(上接第26頁(yè))圖2所示，其最大密度為1.18g/cm最小密度為0.50g/cm平均密度為0.69g/cm圖215mm厚MDF試件剖面密度測(cè)結(jié)果4結(jié)論X射線剖面密度儀替代以放射性核素為輻射源的Y射線剖面密度儀是今后人造板剖面密度測(cè)最儀器的發(fā)展方向。X射線剖面密度儀防護(hù)簡(jiǎn)單、安全可靠，X射線源部件已能大規(guī)模生產(chǎn)，其維護(hù)簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉，因此很適