[实用新型]核子土基密度含水量联合测定仪

说明书

一种涉及土壤物理性能的核子测量仪器，用于土基工程土壤密度及含水量的测定，属物理测量仪器。

在土木工程建设中，作为承载物的土基，其理化性能的优劣对工程质量的影响是显而易见的，压实度是判定土基质量的重要指标。而压实度是由土基的湿密度和含水量来决定的。因此，在道路、机场、土坝堤防以及房屋建筑等土建工程中，为确保工程质量，必须对土基的湿密度和含水量进行测定，并根据测定的结果将其控制在规定的数值范围内。

在现有技术中，国外七十年代初，美国、日本、法国、英国、苏联等国已将核子密度、含水量仪应用到公路部门，其中美国在这方面占有重要地位，代表了世界水平。他们的Seamans核子公司，Troxler电子实验室公司和CPN核子公司已生产数千台这种仪器销往世界市场。尽管这些仪器在二次仪表上做了大量工作，并已微机化。但在密度的测量上仍是采用透射法，不可避免要在土基上打洞，从而破坏了土基的整体性，测量比较麻烦。八十年代初美国的Seamans核子公司向市场推出全散射表面型水分密度计，但探测系统仍是采用计数管。在国内湖南省交通科研所在八十年代中期相继研制了背散射表面型核子土基密度计和中子土基含水量仪，并生产了数百台用于全国公路部门，但是密度和含水量的测定是用两台仪器分别进行的，在施工中虽然解决了部分问题，仍感不便。

本实用新型的目的，就在于提一种闪烁式全背散射表面型的核子密度、含水量联合测定仪。它克服了透射法测定密度需要打洞的缺点，又改进了散射表面型密度计存在精度、灵敏度不高、探测深度小的问题，操作简便，可连续作业，携带方便。

本实用新型以137Cs（铯）、241Am－Be（镅－铍）或238Pu－Be（钚－铍）作放射源，用NaI（TL）晶体和锂玻璃晶体作闪烁探测器提高其探测效率，在探头内设置主屏蔽、降低与土基密度无关的γ本底、提高仪器的灵敏度和精度，在放射源的底部设置源准直孔，将散γ射束变成平行射束提高了检测深度。同时在放射源和探测器等零部件的几何布局上进行优化和屏蔽，以减少相互间的干扰。放射源释放的γ射线和中子通过被测土基后，分别被探测器所接受记录，并转换成电信号，经过放大、甄别和整形变为脉冲信号，输入主机处理，从而测得土基的密度和含水量，并将测定结果存储或打印，以此来实现上述目的。

以下结合附图和实施例，详述本实用新型的工作原理和结构特征。

附图说明

图1为本实用新型的主剖视图

图2为本实用新型的C－C剖视图

图3为本实用新型的A－A剖视图

图4为本实用新型主机系统方框图

图5为本实用新型的探测器线路图

图6为本实用新型的电源线路图

图7为本实用新型的微机系统图

本实用新型的工作原理

密度测量的基本原理

密度测量是利用γ射线和物质的相互作用原理，γ射线和物质的相互作用，主要是吸收和散射。根据吸收原理，由放射源放出的γ射线被物质吸收后，其透过物质的γ射线强度与该物质的密度有一指数关系，即：I＝I₀e^－μmρR式中I₀为透过物质后的γ射线强度，μm为该物质的γ质量吸收系数，R为放射源与探测器间的距离，ρ为物质密度。

根据γ射线的这种吸收原理，即测定透过物质前后的γ射线强度的变化就能确定物质密度。根据散射原理，γ射线与物质原子的外围电子进行碰撞而散射，散射后的γ射线能量减小，方向改变，这就是常称的康普顿散射效应，物质密度越大，康普顿散射的几率也越大。通过γ射线在物质内散射前后的强度变化，就能确定该物质的密度，根据这种散射原理，就能研制惯称的散射型密度计。

散射法测量物质密度，尚未建立可靠的理论公式，只有经验公式。其公式为：I＝（AI₀／R）ρhe^－BRρ

式中I为γ射线通过物质散射后的强度，I₀为散射前的γ射线强度，A为仪器常数，R为放射源和探测器之间距离，h为指数常数，B为与γ射线的初始能量及物质的γ质量吸收系数有关的常数，ρ为被测物质密度。

含水量测量的基本原理