X射线人造板剖面密度仪.docx

1、X射线人造板剖面密度仪程放，潘斌，李小群，石芷萍(中国林业科学研完院木材工业研完所，北京100091)摘要：X射线剖面密度仪替代以放射性核素为摘射源的Y射线剖面密度仪是今后人造板割面密度测量仪器的发展方向。仪器由X射线源、射线接收探头、剖面扫描装置、射线防护装置以及监控软件组成，通过计算试件的质量衰减系教可以得到厚度方向各剖面的密度。关键词：X射线密度仪：剖面密度；质量衰减系数中图分类号：TS653文献标识码：A文章编号：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)()在人造板热压成型后需要对其剖面密度进行测

4、定，以便及时调整成型工艺参数，使产品的各项物理力学性能达到预定的要求，以节约资源、提高加工效率。以前人们将放射性核素作为辐射源，制成Y射线剖面密度仪进行这项测定工作。近年来由于对放射性物质管制的ri益严格，人们迫切需要更加安全可靠的辐射源，由高压发生器和X光管构成的X射线剖面密度仪正是这一需求的产物。1原理1.1密度计算方法由高压发生器和X光管产生的X射线束经准直后平行射向被测试件的某一厚度层剖面，由于试件材料的吸收作用，该剖面出射X射线束的强度会有衰减，入射与出射X射线的强度关系是：收稿日期=2010-04-10.作者简介:程放.研究员.基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务法专项资金，

5、项目编号：CAFINT2007K03.其中，/。侬)和1(E)分别表示入射与出射X射线束的强度，该强度与X射线的能量E相关，(口/p)表示试件材料对能量为E的X射线的质量衰减系数，p表示X射线束经过试件某一厚度层剖面的密度U表示X射线经过试件的路径长度。1.2质盟衰减系数计算方法根据试件各剖面的密度平均值应等于该试件的宏观密度值这一事实，利用试件剖面n层检测的数据，即入射X射线束的强度计数扁、第i厚度层剖面出射X射线束的强度计数4、测量剖面的总数目n、X射线经过试件的路径长度t以及试件的宏观密度0,试件的质最衰减系数(M/P)可以由式计算得到：wIn/0-VInI.(p/p)=(3)ntp2结

6、构X射线剖面密度仪由X射线源、射线接收探头、剖面扫描装置、射线防护装置以及监控软件组成。2JX射线源X射线源由X射线高压发生器、防护X光管和连接它们的高压电缆组成。X射线源的能量选用与披测试件的外形尺寸和元素组成密切相关，对于测量50mmx50mm轻泡材料的密度，通常采用50keV以F能量的X射线，与此相对应的X光管规格是管电压50kV,管电流1mA。X射线高压发生器除了需要与X光管的规格对应外,由于自身的纹波系数与试件剖面密度的检测精度密切相关，在选用设备类型上也应格外关注，一般要求其纹波系数小于5%。此外防护x光管的散热性能直接决定r其使用寿命，防护X光管的表面温度不能超过55C。2.2X

7、射线接收探头按照不同探测器对261408keV能区内丫（X）射线探测效率的对比研究结果叫Nal（T1）探头对lOOkeV以下能量射线的探测效率最高，因此密度仪接收探头采用Nal（TI）方式。其组成包括圆柱形Nal（T1）晶体闪烁体、掴合剂、光电倍增管、高压模块、电流/频率转换电路以及测频模块。探头测频计数的重复性水平直接与密度测最精度相对应，对于测At密度在0.301.50g/cm3的轻泡材料,要使其密度测量精度达到土0.01g/cm那么探头测频计数的10次相对标准偏差（RSD）必须小于5沧。2.3剖面扫描装置剖面扫描装置由矩形滑动导轨、试件样品台、准宜狭缝对、丝杠与步进电机组件组成。矩形导轨

8、的摩擦阻力小，刚性高，加工检验都方便，可满足剖面密度仪次检测两块厚度在50mm以内试件直线位移时对导轨导向直线度的要求。试件样品台设计成可分别放置两块厚度50mm以内的试件。准直狭缝对采用10mm厚的不锈钢钢板加工制成，不仅可以保证入射与出射X射线束的平行特性，而且也可以保证X射线的单纯性。丝杠与步进电机组件是剖面扫描运动的主体，由于被测试件来源于生产一线，不免带来物料粉尘与颗粒，因此丝杠表面应该有保护涂层以便于实现自润滑；为了避免试件样品台在丝杠运动中产生哦量，应采用丝杠与步进电机一体的慈臂式结构电机。2.4射线防护装置射线防护装置是X射线剖面密度仪贡要的组成部分，直接关系到仪器的安全使用。

9、它包括以下几个方面的防护：首先是机箱的射线泄漏防护，由于X光管的规格是管电压50kV,管电流1mA,因此机壳内部衬以1mm厚铅板，底座采用相当于1mm铅当量的8mm厚钢板制成，外接的电源线与信号线呈迷宫布局出线；仪器电气设计方面必须将仪器通电与射线管高压通电分开，出现任何故障都先将射线管高压切断。2.5监控软件X射线剖面密度仪的控制与测量过程通过外部计算机实现，采用VB编程来实现从X射线强度计数到剖面密度值的转换，程序（图1）主要由以下几部分构成：启动自检、接收用户测试参数、设备初始化、运行扫描计数、提取试件计数序列、计算质最衰减系数、计算试件剖面密度、显示保存计算结果等。其中提取试件计数序列

10、算法简化了控制步进电机和运行计数程序在事件触发算法上的复杂性，能更好地确定试件的边七3试验结果试验测量-块标称15mm厚MDF的剖面密度。试件尺寸50.6mm（长）x50.9mm（宽）xl5.5mm（厚），重量27.5g,宏观密度0.69g/cm试件的剖面密度曲线如（下转第20页）材细胞壁中综纤维素、抽提物以及微纤丝角等因素，对单根纤维力学性能影响较小，因此还需要深入研究不同无性系木材构造和化学组成等方面的材性指标。(2)从第4至第10年轮落叶松单根纤维抗拉强度的变化趋势来看，随着年轮的增大，单根纤维的抗拉强度也逐渐增大，表明日本落叶松在第10年之前一直处于幼龄期生长状态，其纤维的力学性能等指

11、标也不断增加。研究者可以结合日本落叶松单.根纤维性质同，探讨纸浆呻戚用优涅无性系的选育。致谢：本文所用单根纤维拉伸仪和激光共聚焦仪为国际竹藤网络中心提供，余雁和田根林等老师给予了很多的指导和帮助，非常感谢。参考文献于忠波.落叶松资源利用现状及发展前景J】.林业科U.2010,35(3),4749.黄帆辉，普本华,赵荣军，余椎.木材箪根纤维力学性质研究进展UL林业科学,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昏双平，王戈，余痛，程海涛，陈红.几种梢物单根纤维力学性能对比(

13、JL南京林业大学学报20】0,34：87-90.黄艳辉，费本华，余雁，王戈，赵某军.毛竹单根纤维的力学性质研究JL中国造纸,2009,8:10-12.YanY,JiangZH,FeiBH.Animprovedmicrotcnsilctechniqueformechanicalcharacterizationofshortplantfibers：acasestudyonbamboofibers(JJMaierSci,2011.46：739-746.【9跳海波，外丽样,张冬妍.落叶松木材细胞年轮内生长模型的研究JL木材加工机械,2006,(3):14-16.10司意，鹿振友.落叶松生长特性对应力波

14、传播速度的影响(JJ.木材加工机械,2007,(5):14-16.11刘星.，村.杰.木质资源枷捋(ML北冲国林业出版社,2004,8.U2马顺兴，王军辉.张守攻，孙晓梅，梁保松，周德义，刘淑梅.日本落叶松无性系木材性质的遗传变异【J.林业科学研究，2008,21(0:69-73.【13丁彪，王军哗，张守攻，孙晓梅,王笑山,刘淑梅.日本落叶松无性系化学组成遗传变异的研究【JJ.河北农业大学学tft.2006.29(2):50-53.1句王军辉，张守攻，石淑兰.谭希文.程俊.日本落叶松木材的化学组成研究J.林业科学研究.2004,17(15)：570-575.15谢新良，石淑兰，魏德津,杨英迪，

15、黄炎，王军辉,张守攻.日本落叶松化学组成与纤维特性的研究5.国际造纸,2004.23(1)：24-2816谢新良，石淑兰.日本落叶松及其在造纸领域中的应用J.黑龙江造纸,2003,(4)：28-29.【17王军辉，张守攻,石淑兰，胡惠仁.张宋智.日本落叶松纸浆材造纸性能的研究几北京林业大学学报,2004,26：71-74.18建，赵文华，王喜武，吴立君，关晓铎，陈魁.日本落叶松纸浆材造纸性能及工艺成熟期的研究宇林业科技,1997,(1):26-29.(上接第26页)图2所示，其最大密度为1.18g/cm最小密度为0.50g/cm平均密度为0.69g/cm图215mm厚MDF试件剖面密度测结果4结论X射线剖面密度仪替代以放射性核素为辐射源的Y射线剖面密度仪是今后人造板剖面密度测最仪器的发展方向。X射线剖面密度仪防护简单、安全可靠，X射线源部件已能大规模生产，其维护简便、价格低廉，因此很适