> 低能量X射线发射探头
 


最好的选择——对于能量穿过时需要良好的控制的薄膜

原理

这种探头为相对较轻的物质的基本重量或厚度测量所设计的(密度不变时),这种设计基于传输的原则。它基于透射原理进行测量。

在发射头(光源)内的X射线管发出一束X射线,它在接收头检测到的总能量用I0表示。当在两个探头之间(空气间隙)放置被测材料时,部分光束被吸收,而只有透射的部分I被检测到(图1)。



发射光束衰减量的多少取决于间隙中被测材料的数量。图2显示了厚度(密度恒定)与残留的传输信号之间的关系。当两个探头之间没有被测材料时,信号值是100%。

对于特定的被测材料,精确地掌握这一关系,并测量到透射信号的百分比,就可以确定均值材料的单位面积重量或者厚度。

X射线发射管

灯丝(图3的红色部分)由电流加热。在他的表面释放出自由电子。靶面(蓝色表示)为阳极电压。电子被加速并轰击到靶面并因此释放X射线。显然X射线是各向发散的, 但是除了从窗口发射出去的部分(浅蓝色部分)以外,其余均被管壁所阻挡。
窗口材料的选材基于最小化X射线的吸收,于是形成一个近似圆柱形的X射线光束(以小圆锥形角度发射).

用这种X射线管有两个主要优点:

  • 切断电源之后没有任何射线发射。这对于维护是十分安全的
  • 选择光束的能量可以通过调节加速电压来优化测量范围。


探头

Scantech研发并生产自己的接收探头。这种探头显然十分重要并应用广泛。它决定了整个探头的性能水平。探头技术的控制是 ScantechX射线探头优异性能的一个重要原因。.

鉴于保密原因,Scantech不在此公开探头的技术细节。


性能

Scantech的探头具有非凡的性能。在需要快速和准确测量剖面的场合,比方说控制一个模头(流延和拉伸薄膜),它是最佳的解决方案。远由于红外线或者Bate射线测量技术。

实际上,这是唯一一种集成了如下优点的探头:

  • 超大的测量范围。 例如,在低于5kev(加速电压低于5KV)的能级以内,可以精确地测量2 µm 到2000µm的聚丙烯薄膜!这种探头能将双向拉伸薄膜的膜边非常完美地再现出来(见图4显示的是左边膜边)
    使用较高的能级,能显著扩展测量范围。7KV能级可测量高达6至7Kg/ m2的单位面积重量。
  • 优异的精度。 在低能级中,X射线的吸收和被测物质的相互作用是离散的。X射线要么被完全阻止,要么没有任何能量损失、不偏离轨道地穿透物质(相当于没有物质)。 由于只有这两种可能性,就可以获得最佳的统计结果而达到最好的精度。图5展示了具有模头控制系统的成品膜能达到的典型精确度水平。这是6.6微米厚的BOPP薄膜(电容膜)。 成品膜(5.5米宽)的厚度标准偏差是0.026微米。
  • 超短的响应时间。 测厚仪的精确性体现在它的响应时间低于10毫秒。即使在扫描速度很快的情况下,也必须减少纵向厚度变化的影响,在第一次扫描就能读出正确的厚度剖面。 能够看到厚度变化的实际振幅而不被平滑处理掉,这对于快速有效的模头控制尤其重要。
  • 最优异的条纹分辨率。 这是当前科技能达到最佳条纹分辨率。在相关应用中,Scantech已经达到了在横向剖面低于于0.2mm的条纹分辨率!笔 直的X射线光束,没有任何散射才能做到这么好的分辨率。下图是一张展示间距为3毫米的网纹测量剖面缩略图 。为了获得像铅笔那么细的分辨率水平, 横向的准直宽度做到了0.2毫米!
  • 使用十分简便。 探头的使用十分简单,不需要为以下项目进行校正:
    • 在整个测量范围内厚度或单位面积重量的变化
    • 颜色的改变
    • 添加剂的改变
    如果需要更改成分比例,重新校正在几分钟内就可以完成。然后新的校正系数就保存在新的配方里。
  • 维护的安全性。 探头不通电时没有X射线的发射。因此对于维护的操作十分安全。
  • 大部分情况下不需要政府授权。 大部分应用中加速电压低于5KV。这种条件下探头周围没有任何辐射。在任何国家都不需要提前对它进行申请许可证或者进行年检。

设计

尽管Scantech这种探头的使用非常简单,但是它设计却是十分困难的,只有很高级的专家才能完成这种设计。

虽然这种技术在冶金行业已经使用了40多年,Scantech是第一家把X射线技术应用于轻质材料(片材、无纺布等)厚度测量的供应商。

Scantech在很多国家拥有低能量探头技术(低于5keV)的专利,虽然这种技术在近年来已被大量抄袭。

尽管如此,Scantech在此技术上领先15年,而且这种探头也已达到了十分成熟的程度。

  • 无论温度,压力或水份的变化,都不会随着时间偏移。不会产生电子偏移(以20µm的薄膜为例,标准偏差在10个小时内会低于0.005 µm)
  • 被测材料的温度不会影响测量。在生产线速度高达550米/分钟时,探头可以承受40°C之内的温度变化而不会长沙任何厚度测量的波动。
  • 在扫描过程中上下探头错位对测量不会造成大的影响。当探头对位的误差达到2毫米,测量信号的波动会低于1/10000。
  • 上下探头之间距离的变化造成的影响可以忽略不计。