JPH04319645A - 密度測定方法及びそれを用いた密度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、γ線パルスを被測定試
料に放射してその被測定試料中を通過してきたγ線パル
スの数を計数し、その計数値から被測定試料の密度を求
める密度測定方法及び密度測定装置に関し、特に、被測
定試料の水分含有率及び粒度を考慮した補正処理を行う
ことによって実際に即した密度測定を実現する密度測定
方法及び密度測定装置に関する。

【０００２】

【従来例】従来、道路舗装用アスファルトやコンクリー
ト等の試料の密度を測定する密度測定装置が知られてい
る。この密度測定装置は、被測定試料へγ線パルスを放
射する放射線源と、放射線源から夫々異なった間隔で配
置された一対の検出センサ（ＮａＩシンチレーションカ
ウンタ）とを該被測定試料面に設置し、被測定試料中を
通過して来たγ線パルスを各検出センサで検出して、夫
々の単位時間当たりのパルス数を計数する。そして、夫
々の検出センサの各計数値Ｎ１とＮ２について、次式（
１）の演算を行うことにより、試料密度ρを算出してい
た。

【０００３】

【数１】

【０００４】又、このような一対の検出センサを使用す
るのではなく、一個の検出センサのみでパルス数を計数
し、この計数値を次式（２）に適用することによって直
接に密度を求めるものもあった。

【０００５】

【数２】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被測定
試料の水分含有率が密度の測定結果に影響して測定誤差
の原因となるので、この誤差を低減するために、従来の
密度測定装置は中性子線を被測定試料に放射してその中
性子線の吸収率を同時に計測し、この吸収率でγ線密度
測定装置による測定結果を適宜に補正していた。したが
って、密度測定のための装置本体部分に加えて中性子発
生源及び中性子測定用センサが内蔵されることとなり、
装置全体が大型且つ大重量となり、又、操作が煩雑であ
った。

【０００７】更に、従来の密度測定装置は試料の粒度を
考慮した測定を行っていなかった。即ち、図９に示すよ
うに、舗装用アスファルトやコンクリートのような被測
定試料はある間隔Ｐで分布した多数の粒子群（ｑ１，ｑ
２など）の集まりと見なし且つ、各粒子の間は空隙であ
ると仮定することができる。そして、被測定試料の表面
に設けた放射線源１からγ線パルスを放射し、被測定試
料中を通過してきたγ線パルスの数を検出センサ２で計
数すると、γ線パルスが被測定試料の浅い部分（即ち、
放射線源から近い部分）の粒子群ｑ１で一次散乱する散
乱エネルギーと、γ線パルスが被測定試料の深い部分（
即ち、放射線源から遠い部分）の粒子群ｑ２で一次散乱
する散乱エネルギーとを比較した場合には、浅い部分の
粒子群ｑ１によって一次散乱するエネルギーの方が多く
なる。

【０００８】したがって、実際的な密度測定を行うため
には、粒度を考慮した密度測定が必要である。本発明は
このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、被
測定試料の水分含有率及び粒度を考慮した補正を行うこ
とによって、実際に即した試料密度の測定を行い得る密
度測定方法及び密度測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、被測定試料に対して放射線源からγ
線パルスを放射し、被測定試料中を通過してきたγ線パ
ルスの単位時間当たりの数を計数して、その計数値から
試料の密度を求める密度測定方法及び密度測定装置を対
象とする。

【００１０】そして、本発明は検出センサで検出したγ
線パルスの計数値を複数のエネルギー範囲毎に求め、更
に、被測定試料の水分含有率を表す第１の未知変数と粒
度を表す第２の未知変数を導入した近似式にこれらの計
数値を代入することによって試料の実際の水分含有率と
粒度を示す上記第１，第２の未知変数値を求め、更に、
第１，第２の未知変数値を密度算出のための演算式に代
入することによって真の密度を求めるようにした。

【００１１】

【作用】ここで、ある２つの異なるエネルギー範囲内で
計測された散乱γ線により、前述の方法で算出された密
度を考えた場合に、その算出された密度をρＨ′，ρＬ
′とする。水分含有率の影響により、

【００１２】

【数３】

【００１３】

【数４】

【００１４】のように、誤差を発生したとする。この時
、（４）式を（３）式で割ると、

【００１５】

【数５】

【００１６】となるが、ρＬ／ρＨの値は、計測系の幾
何学的配置が変化しなければ、常に一定の値をとると思
われるので定数とする。また、一般にＥＷ　とＥＬ　を
比較した場合には、

【００１７】

【数６】

【００１８】の関係があり、ＥＬ　が、ＥＷ　と２次以
上の関数として表せるのであれば、

【００１９】

【数７】

【００２０】として、（３）式は、

【００２１】

【数８】

【００２２】のように書ける。関数ｆ（β）の形が不変
である限りは、βを求める事が出来れば、真の密度を求
める事が出来る。従ってこの関数ｆ（β）として妥当と
考えられる近似式を導入し、水分含有率による影響を補
正することにより、従来の水分含有率を考慮しない場合
と比較してより現実に即した結果を得ることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例による密度測定装置
を図３に基づいて説明する。図３において、３は被測定
試料の表面に設置する表面型密度測定装置の筐体であり
、筐体３内には、被測定試料にγ線パルスを放射するた
めの放射線源４が設けられると共に、放射線源４から異
なった距離Ｌ１，Ｌ２の位置に、被測定試料を通ってき
たγ線パルスを検出するための一対の検出センサ５，６
が設けられている。

【００２４】尚、これらの検出センサ５，６はＮａＩシ
ンチレーションカウンタが適用され、予め設定されるエ
ネルギー範囲（図１においてはＥＴ〜ＥＭの範囲）でエ
ネルギーの検出レベルを順次に変化させ、夫々のエネル
ギー値におけるγ線パルスの数を計数するという走査処
理を行う、あるいは全計測散乱γ線エネルギー範囲の複
数のウインドウについて一括計数を行うことで、パルス
ハイト図に相当する計数値のデータを得る。

【００２５】更に、各検出センサ５，６で計数されたγ
線パルスの計数値のデータＳ１，Ｓ２は、図４に示すよ
うに、第１の演算部７及び補正演算部８を有する処理部
に入力されて、密度ρＴ　の計測データを出力する。尚
、これらの演算部７，８は、マイクロプロセサ等の演算
処理装置で構成されている。次に、本実施例による密度
測定の原理を、図１に示すパルスハイト図と、図２に示
す質量吸収係数の特性曲線図と共に説明する。

【００２６】図１は、被測定試料の表面にγ線パルスを
放射する放射線源を設置すると共に、該放射線源から夫
々異なった距離Ｌ１，Ｌ２（但し、Ｌ１＜Ｌ２）の位置
に一対の検出センサを設置して、夫々の検出センサに到
達する散乱γ線パルスの単位時間当たりの数を計数する
ことにより得られるパルスハイト図であり、横軸を散乱
γ線パルスのエネルギーＥγ、縦軸を各エネルギー毎の
計数値として示してある。又、グラフ（Ａ）は放射線源
から近い距離Ｌ１に設置された検出センサによる計測結
果、グラフ（Ｂ）は放射線源から遠い距離Ｌ２に設置さ
れた検出センサによる計測結果を示す。更に、放射線源
から発せられるγ線パルスの弁別エネルギーレベルＥＭ
、エネルギーレベルＥＴは密度測定装置の測定限界であ
り、この範囲内での計測結果を示す。

【００２７】一方、図２は、被測定試料を水にした場合
のγ線エネルギーＥγに対する質量吸収係数μ１の変化
と、被測定試料を岩石等の酸化金属類とした場合のγ線
エネルギーＥγに対する質量吸収係数μ２の変化を示す
。この図２から明らかなように、エネルギーＥγが高い
範囲では水の質量吸収係数の方が大きく、エネルギーＥ
γが低い範囲では酸化金属類の質量吸収係数の方が大き
いという特性を有している。

【００２８】そして、図１に示すパルスハイト図で示さ
れるエネルギーＥγに対する計数値の特性は、粒度の特
性と図２に示すような質量吸収係数の特性とを含むので
、図１に示すようなパルスハイト図に相当する計数値か
ら密度を求める際に、図２に示したμ１≦μ２からμ１
＞μ２へと質量吸収係数が変化するようなエネルギー範
囲を設定し、そして、これらのエネルギー範囲毎に求ま
るγ線パルス数を水分含有率及び粒度に関する未知変数
の値を決定し、これらの未知変数で測定値を補正するこ
とにより、より実際に即した試料の密度を求める。

【００２９】この補正処理を行うために、まず、図１の
全測定エネルギー範囲を、図２において説明したような
質量吸収係数の値が変化するときのエネルギー値を基準
にして複数に区分けする。即ち、図１に示すように、低
エネルギー範囲ＷＬ（ＥＴ≦ＷＬ≦ＥＷ１）、中間エネ
ルギー範囲ＷＭ（ＥＷ１≦ＷＭ≦ＥＷ２）、高エネルギ
ー範囲ＷＨ（ＥＴ≦ＷＨ≦ＥＭ）のように区分する。

【００３０】そして、グラフ（Ａ）について、高エネル
ギー範囲ＷＨにおける全計数値をＮＨ１、中間エネルギ
ー範囲ＷＭにおける全計数値をＮＭ１、低エネルギー範
囲ＷＬにおける全計数値をＮＬ１、全エネルギー範囲Ｗ
Ｈ＋ＷＭ＋ＷＬにおける全計数値をＮ１　、グラフ（Ａ
）を関数ｆ（Ｅγ）、更に、グラフ（Ｂ）についての高
エネルギー範囲ＷＨにおける全計数値をＮＨ２、中間エ
ネルギー範囲ＷＭにおける全計数値をＮＭ２、低エネル
ギー範囲ＷＬにおける全計数値をＮＬ２、全エネルギー
範囲ＷＨ＋ＷＭ＋ＷＬ（以下、ＷＨＭＬ　とする）にお
ける全計数値をＮ２　、グラフ（Ｂ）を関数ｇ（Ｅγ）
で示すものとすれば、夫々のエネルギー範囲の計数値を
、次式（９）〜（１６）で表される演算処理を行うこと
によって求める。

【００３１】

【数９】

【００３２】

【数１０】

【００３３】

【数１１】

【００３４】

【数１２】

【００３５】

【数１３】

【００３６】

【数１４】

【００３７】

【数１５】

【００３８】

【数１６】

【００３９】次に、夫々の計数値Ｎ１　，ＮＨ１，ＮＭ
１，ＮＬ１，Ｎ２　，ＮＨ２，ＮＭ２，ＮＬ２から各エ
ネルギー範囲毎の密度即ち、範囲ＷＨの計測結果からの
密度ρＨ　、範囲ＷＭの計測結果からの密度ρＭ　、範
囲ＷＬの計測結果からの密度ρＬ　、範囲ＷＨＭＬ　の
計測結果からの密度ρＨＭＬ　を次式（１７）〜（２０
）から求める。

【００４０】

【数１７】

【００４１】

【数１８】

【００４２】

【数１９】

【００４３】

【数２０】

【００４４】尚、上記式（１７）〜（２０）中、ＡＨ　
，ＡＭ　，ＡＬ　，Ａ，ＢＨ　，ＢＭ　，ＢＬ，Ｂは定
数値である。更に、これらの式（１７）〜（２０）で求
まる値は補正処理前の密度である。そこで、補正を行う
ために、試料の水分含有率に関する未知変数ω及び粒度
に関する未知変数ＲＤ　を導入した次式（２１）〜（２
４）を導入する。

【００４５】

【数２１】

【００４６】

【数２２】

【００４７】

【数２３】

【００４８】

【数２４】

【００４９】尚、ρＴ　は求めようとする真の密度であ
り被測定試料の質量吸収率に比例する。次に、上記式（
２１）と（２２）の比と、式（２２）と（２３）の比と
、式（２１）と（２３）の比をとる。これらの比は次式
（２５）〜（２７）に示す近似式が成り立ち、更に、こ
れらの比の式を式（２８）に示すようなマトリックス演
算式の形で示すことができるので、これらの式から未知
変数ωとＲＤ　を求める。

【００５０】

【数２５】

【００５１】

【数２６】

【００５２】

【数２７】

【００５３】

【数２８】

【００５４】そして、未知変数ωとＲＤ　を上記式（２
１）の変形式である式（２９）に代入することにより、
補正された真の密度ρＴ　を求める。

【００５５】

【数２９】

【００５６】即ち、実際の処理手順に従って更に説明す
れば、まず、密度測定装置を初期の時点で校正等する際
に、予め密度ρＴ　が既知で粒度が均質で水分含有率が
０とみなせる第１の基準試料と、味目密度ρＴ　が既知
で粒度が第１の基準試料とほぼ等しく且つ水分含有率が
所定値である第２の基準試料（但し、第１の基準試料と
は、密度、水分含有率が異なる）を使用する。

【００５７】そして、第１の試料について各エネルギー
範囲ＷＨ　，ＷＭ，ＷＬ　，ＷＨＭＬ　についての密度
ρＨ　，ρＭ　，ρＬ　，ρＨＭＬ　を測定し、次に、
式（２４）〜（２８）に測定結果を代入する。次に第２
の試料について各エネルギー範囲ＷＨ　，ＷＬ　，ＷＨ
ＭＬ　についての密度ρＨ　，ρＬ　，ρＨＭＬ　を測
定し、次に、式（２４）〜（２８）に測定結果を代入す
る。

【００５８】したがって、第１，第２の試料について夫
々測定した結果に基づく連立方程式が成立することとな
るので、これらの連立方程式からρＨ　，ρＭ　，ρＬ
　，ρＨＭＬが求まり、更に、第１，第２の試料の夫々
の変数ωとＲＤ　は予め既知であるので、未知の定数Ｘ
Ｈ　，ＸＭ　，ＸＬ　，ＸＨＭＬ　，ＹＨ　，ＹＭ　，
ＹＬ　，ＹＨＭＬ　を求めることができる。

【００５９】そして、これらの定数ＸＨ　，ＸＭ　，Ｘ
Ｌ　，ＸＨＭＬ　，ＹＨ　，ＹＭ　，ＹＬ　，ＹＨＭＬ
を上記式（２１）〜（２４）に代入する。次に、実際に
未知の試料の密度を求めるための測定を行ない、この測
定で実測された各エネルギー範囲ＷＨ　，ＷＭ　，ＷＬ
　，ＷＨＭＬ　についての密度ρＨ　，ρＭ　，ρＬ　
，ρＨＭＬ　を上記定数ＸＨ　，ＸＭ　，ＸＬ　，ＸＨ
ＭＬ，ＹＨ　，ＹＭ　，ＹＬ　，ＹＨＭＬを代入してあ
る式（２１）〜（２４）に代入し、更に式（２９）の演
算を行うことによって未知の試料の未知変数値ω，ＲＤ
　を求める。即ち、ここで式（２９）の演算を行うこと
により、実際に密度を求めようとする被測定試料の水分
含有率と粒度の変数ωとＲＤ　が確定することとなる。

【００６０】そして、これらの変数値ω、ＲＤ　及び先
に求めた定数値ＸＨＭＬ　及びρＨＭＬ　を式（２９）
に代入することにより被測定試料の真の密度ρＴ　が求
まることとなる。又、以上に説明した原理説明では、上
記式（９）〜（２０）に示すように、検出センサを一対
設けて夫々の計数値の比から密度を求めるものであるが
、検出センサを１個だけにして、該検出センサから求ま
る各エネルギー範囲毎の実測の計数値ＮＨ　，ＮＭ　，
ＮＬ　，ＮＨＭＬ　次式（３０）〜（３３）に代入し、
これらの式から求まる補正前の密度ρＨ　，ρＭ　，ρ
Ｌ　，ρＨＭＬ　を上記式（２１）〜（２９）に適用し
ても水分含有率及び粒度を考慮した補正処理を行うこと
ができる。

【００６１】

【数３０】

【００６２】

【数３１】

【００６３】

【数３２】

【００６４】

【数３３】

【００６５】又、検出センサとしてＮａＩシンチレーシ
ョンカウンタやＧＭ管を使用することができる。又、γ
線パルスを被測定試料の表面から放射し、被測定試料中
を散乱する散乱γ線パルスを検出することにより密度測
定を行う表面散乱型密度測定装置に限定されず、放射線
源を被測定試料中に設置し、被測定試料を等価してきた
γ線パルスを同様に計数する透過型密度測定装置に適用
してもよい。

【００６６】このような補正方法又はこの方法を適用し
た密度測定装置によれば、従来考慮されなかった被測定
試料の水分含有率及び粒度を考慮した密度測定を行うの
で、実際に即した密度測定を行うことができる。又、図
１で示したエネルギー範囲ＷＨ，ＷＭ，ＷＬに分けるた
めの基準のエネルギー値ＥＷ１，ＥＷ２は適宜に設定さ
れる。

【００６７】更に、他の実施例を図５と共に説明する。 同図において、３は被測定試料の表面に設置する表面型
密度測定装置の筐体であり、筐体３内には、被測定試料
にγ線パルスを放射するための放射線源４が設けられる
と共に、被測定試料を通ってきたγ線パルスを検出する
ための検出センサ（ＮａＩシンチレーションカウンタ）
９が放射線源４から適宜の間隔で設けられている。

【００６８】尚、検出センサ９は、予め設定されるエネ
ルギー範囲においてエネルギーの検出レベルを順次に変
化させ、夫々のエネルギー値におけるγ線パルスの数を
計数するという走査処理を行うあるいは全計測散乱γ線
エネルギー範囲の複数のウインドウについて一括計数を
行うことで、図６に示すようなパルスハイト図に相当す
る計数値のデータを得る。但し、この実施例では、検出
センサ５が一個だけであるから、一種類の計数値のデー
タを求める。そして、該検出センサから求まる各エネル
ギー範囲ＷＨ，ＷＭ，ＷＬ，ＷＨ＋ＷＭ＋ＷＬ毎の実測
の計数値ＮＨ　，ＮＭ　，ＮＬ　，ＮＨＭＬ　を前記式
（２１）〜（２９）に代入し、これらの式から求まる補
正前の密度ρＬ　，ρＨ　，ρＨＬを上記式（２１）〜
（２９）に適用することによって真の密度ρＴ　を求め
る。

【００６９】更に他の実施例を図７と共に説明する。こ
の密度測定装置は、筐体３内に放射線源４を設けると共
に、コリメーター機能を有する遮蔽材１０に収容された
一対のＧＭ管１１，１２が異なった位置に設けられてい
る。尚、各ＧＭ管１１，１２のγ線パルスの入射角θ１
，θ２が異なるように設置されている。このＧＭ管自体
１１，１２は、γ線パルスの散乱エネルギー別の計数値
を直接計数するものではないが、被測定試料を通ってＧ
Ｍ管１１，１２に達するγ線パルスの散乱γ線エネルギ
ーＥγと散乱角θの関係が、次式（３４），（３５）で
表すことのできる特性を有している。

【００７０】

【数３４】

【００７１】

【数３５】

【００７２】尚、上記式（３４）のＥＯ　は放射線源４
が放射するγ線パルスの既知の出力エネルギーである。 したがって、異なった入射角θ１とθ２に設定されたこ
れらのＧＭ管１１，１２には、夫々の散乱角に応じたエ
ネルギーＥγに対応するγ線が検出されることとなり、
夫々のＧＭ管１１，１２で前記第１の実施例同様に計数
値を求めることができる。

【００７３】そして、ＧＭ管１１，１２による計数値を
前記式（１７）〜（２９）の演算を行うことにより真の
密度ρＴ　を求める。更に他の実施例を図８に基づいて
説明すると、これは装置の筐体３内にγ線パルスを計数
する検出センサ１３を設け、γ線パルスを放射する放射
線源４を被測定試料中に埋設して計測を行う透過型密度
測定装置である。この装置は、図５に示した上記の実施
例と同様の処理を行うことによって補正した密度を得る
ことができる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
測定試料に対して放射線源からγ線パルスを放射し、被
測定試料中を通過してきたγ線パルスの単位時間当たり
の数を計数して、その計数値から試料の密度を求める密
度測定方法及び密度測定装置において、該検出センサで
検出したγ線パルスの計数値を複数のエネルギー範囲毎
に求め、更に、被測定試料の水分含有率及び粒度を考慮
した未知変数を導入した近似式にこれらの計数値を代入
することによって真の密度を求めるので、実際に即した
試料密度を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の密度測定の原理を説明するためのパル
スハイト図である。

【図２】本発明の密度測定の原理を説明するために示し
た被測定試料のγ線の質量吸収率を示す特性図である。

【図３】本発明の一実施例の密度測定装置の構成を示す
概略構成説明図である。

【図４】図３に示す密度測定装置の演算処理部の構成を
示すブロック図である。

【図５】本発明の他の実施例の密度測定装置の構成を示
す概略構成説明図である。

【図６】図５に示す実施例の密度測定の原理を説明する
ためのパルスハイト図である。

【図７】本発明の更に他の実施例の密度測定装置の構成
を示す概略構成説明図である。

【図８】本発明の更に他の実施例の密度測定装置の構成
を示す概略構成説明図である。

【図９】従来の密度測定において粒度を考慮しなかった
問題点を説明するための説明図である。

【符号の説明】

ＷＨ；散乱γ線パルスの高エネルギー範囲ＷＭ；散乱γ
線パルスの中間エネルギー範囲ＷＬ；散乱γ線パルスの
低エネルギー範囲３　　；筐　　体 ４　　；放射線源 ５，６，９，１３；検出センサ ７　　；第１の演算部 ８　　；補正処理演算部 １１，１２；ＧＭ管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測定試料に対して放射線源からγ線
   パルスを放射し、被測定試料中を通過してきたγ線パル
   スの単位時間当たりの数を計数して、その計数値から試
   料の密度を求める密度測定方法において、前記計数値を
   複数のエネルギー範囲毎に求め、被測定試料中の水分含
   有率を表す第１の未知変数と粒度を表す第２の未知変数
   を導入した近似式にこれらの計数値を代入することによ
   って第１，第２の未知変数の値を求め、更に、第１，第
   ２の未知変数の値を密度算出のための演算式に代入する
   ことによって補正した密度を求めることを特徴とする密
   度測定方法。
2. 【請求項２】　　被測定試料に対して放射線源からγ線
   パルスを放出し、被測定試料中を通過してきたγ線パル
   スの単位時間当たりの数を計数して、その計数値から試
   料の密度を求める密度測定装置において、前記γ線パル
   スの単位時間当たりの計数値を複数のエネルギー範囲毎
   に検出する検出手段と、被測定試料中の水分含有率を表
   す第１の未知変数と粒度を表す第２の未知変数とを導入
   した近似式に該検出手段からの計数値を代入することに
   よって第１，第２の未知変数の値を求める第１の演算手
   段と、第１，第２の未知変数の値を密度算出のための演
   算式に代入することによって補正した密度を求める補正
   演算手段を有することを特徴とする密度測定装置。