[发明专利]用于测量材料密度的方法、系统及计算机程序产品

说明书

相关申请的交叉引用 

此申请要求2005年8月30日申请的美国临时专利申请60/712754号和2005年9月21日申请的美国临时专利申请60/719071号的权利，于此参照该专利的整体并入了其公开。同此，参照同时申请的名称为“METHODS，SYSTEMS，AND COMPUTER PROGRAM PRODUCTS FOR DETERMINGA PROPERTY OF CONSTRUCTION MATERIAL”的美国专利申请xx/xxxxxx号和名称为“METHODS，SYSTEMS，AND COMPUTERPROGRAM PRODUCTS FOR MEASURING THE DENSITY OFMATERIAL”美国专利申请xx/xxxxxx号的整体并入了其公开。 

技术领域

于此描述的主旨涉及测量材料性质。尤其是，于此描述的主旨涉及用于测量材料密度的方法、系统、及设备。

背景技术

在建筑工程中，一些感兴趣的最重要的性质是块体土体的体积和力学性质。尤其是，在建筑工程实践中，存在将总体积V_t、水的质量M_w、以及干的固体的质量M_s与建立在土地基上的结构的性能关联的程序。因此，测量这些性质对建筑工程是重要的。

材料密度和含湿量是建筑工业中用于设计、质量控制、及质量保证目的的另外的重要的材料性质。一些用于测量泥土的密度和含湿量的示例技术包括核子、沙锥、及传动锥(drive cone)，如由美国试验与材料协会(ASTM)标准D-2922、D-3017、及D-1556和美国公路与运输协会(AASHTO)标准T-238、T-239、T-191、及T-204所描述的。核子测量技术是非毁坏性的并且一会儿就计算出密度和含湿量。沙锥和传动锥测量技术需要ASTM标准D-2216的含湿量测试，其包括耗时的蒸发过程。含湿量 试验包括加热样品到110°最少24小时。

对于道路建筑，存在容许获得最大密度的最佳水或含湿量。ASTM标准D-698中描述了示例密度试验，其中，以不同的含水量制备了工地样品(field sample)，并且以相同的能量努力压紧。因此，每个样品具有不同的含水量，但是相同的压紧努力。然后，在实验室重量分析地测量密度。认为具有最高密度的含湿量是最佳条件并将其选择为工地目标。概括地，材料压紧的目的是针对工程目的改善材料性质。一些示例改善包括减少的沉淀物、改善的强度和稳定性、改善的地基承载力、及对诸如膨胀和收缩的不期望的体积变化的控制。

在道路铺筑和建筑工业中，便携式核子密度测量计用于测量沥青铺筑材料和泥土的密度。通常，将沥青铺筑材料施加于新压紧的泥土和集料材料地基上。泥土和集料材料的密度和含湿量应当满足某些规格。因此，已经设计了核子测量计来测量沥青铺筑材料和泥土的密度。

核子密度测量计典型地包括伽玛辐射源，其将伽玛辐射导引入样品材料。辐射探测器可以设置于样品材料的表面附近用于探测散射回表面的辐射。从此探测器的读数，能够确定样品材料的密度。

这些核子测量计通常设计为在背散射模式或者同时在背散射模式和透射模式工作。在允许透射模式的测量计中，辐射源可从背散射位置垂直移动到一系列的透射位置，背向散射位置是辐射源驻留于测量计外壳内的地方，透射位置是辐射源插入到样品材料中的孔或洞里到选择的深度的位置。

本主旨的受让人已经研发了能够测量样品材料密度的核子测量计。例如，美国专利4641030号、4701868号、及6310936号中公开了用于测量样品材料的密度的核子测量计，通过参考这些专利的整体将它们都并入于此。这些专利中描述的测量计使用铯-137(Cs-137)的伽玛辐射源用于密度测量，并且使用镅铍(AmBe)中子源用于湿度测量。可以将铺筑材料暴露于由Cs-137源产生的伽玛辐射。伽玛辐射被铺筑材料康普顿散射并被安置的以形成至少一个几何上不同的源-探测器关系的盖革-缪勒管探测。基于由各个探测器探测的伽玛辐射计数来计算铺筑材料的密度。

使用核子密度测量计的一个困难是使用辐射源和由美国核管理委员会(NRC)实行的相关规则。用于满足NRC规则的必要条件主要取决于测量 计中使用的辐射源材料的量。因此，期望提供具有较小量辐射源材料的核子密度测量计，以减少针对测量计的使用的NRC的必要条件。