Brevet FR2421366A1 — publié le 19791026

La présente invention concerne le perfectionnement des techniques de mesure et a notamment pour objet un dispositif pour la mesure sans contact de l'épaisseur ou de la densité superficielle de matériaux en feuilles ou analogues, avec utilisation de sources radiactives. Elle peut être appliquée à des fins de contre technologique dans la fabrication du papier, des textiles, de films et d'autres matériaux. Dans le présent exposé, on entend par matériaux en feuilles non seulement des feuilles de divers matériaux aussi bien flexibles que rigides, mais aussi des films, des bandes, ainsi que des parois d'articles creux dont la partie à contr8ler peut être considérée comme un corps plat assimilable à une feuille. On connatt divers dispositifs pour la mesure sans contact de l'épaisseur ou de la densité superficielle de matériaux en feuilles ou analogues, appelés aussi jauges d'épaisseur et densimètres. Le principe de fonctionnement de tels dispositifs consiste à mesurer le taux d'absorption d'un rayonnement ionisant par le matériau à contrôler. Dans de tels s dispositifs la source de rayonnement ionisant et le détecteur sont disposés de part et d'autre du matériau en feuille, et pour assurer le synchronisme de leur déplacement dans les directions longitudinale et transversale par rapport au matériau à contrôler il est prévu un dispositif spécial de balayage. Lors de l'utilisation de ces dispositifs il faut maintenir rigoureusement constante la disposition relative de la source de rayonnement, du détecteur et du matériau à contrôler.Ceci est dû au fait que, lors du contre de matériaux minces, la masse de la couche d'air se trouvant dans les espacements de mesure est comparable à la masse de la feuille, et toute variation de la valeur de ces espacements, c'est-à-dire tout décalage de la source de rayonnement par rapport au détecteur dans le plan de mesure, provoque une erreur de mesure. Or, pour satisfaire à cette exigence, il est nécessaire de compliquer la construction du dispositif de balayage, ce qui rend difficile le montage et l'exploitation de celui-ci et augmente considérablement le cotit de l'ensemble de l'appareil. Pour mesurer des matériaux en feuilles d'épaisseurs variées il est nécessaire d'employer des sources de rayonnement à différentes activités et énergies. Afin d'assurer une sensibilité suffisante des dispoåtifs on est contraint d'utiliser, pour les faibles épaisseurs, une source de rayonnement plus mou (à basse énergie), et pour les grandes épaisseurs, une source de rayonnement plus dur (à haute énergie). On connatt aussi des dispositifs dont le principe de fonctionnement consiste à mesurer le rayonnement ionisant rétrodiffusé par le matériau à contrôler. Dans les dispositifs de ce genre la source de rayonnement radioactif et le détecteur sont disposés d'un même c8té du matériau à mesurer, la stabilité de leur disposition géométrique étant assurée par la rigidité de la construction du capteur. Bien que les dispositifs de ce type comportent des moyens relativement simples de déplacement synchrone de la source de rayonnement et du détecteur, ils présentent une série d'inconvénients. Par suite de la faible intensité du rayonnement rétrodiffusé, il est nécessaire d'employer des détecteurs très sensibles qui sont caractérisés par une basse stabilité et une durée de vie limitée. Outre cela, ces dispositifs doivent satisfaire à des prescriptions sévères en ce qui concerne la stabilité de l'espacement entre le matériau et le capteur, vu que la variation de cet espacement provoque un changement apparent du paramètre à contrôler, résultant du déplacement d'une partie du flux du rayonnement de rétrodiffusion au-delà de la zone d'enregistrement. Les résultats de la mesuredépendent aussi de la composition du matériau à contrôler. On connatt un dispositif de mesure sans contact de l'épaisseur et de la densité superficielle de matériaux en feuilles ou analogues, décrit dans le brevet français nO 2 153 592. Ledit dispositif comprend une source radioactive dis posée d'un côté du matériau à contrôler et destinée à créer un flux de rayonnement ionisant, un dispositif magnétique pour la déviation du flux de rayonnement ayant traversé le matériau et pour son passage secondaire ou en sens inverse à travers ce matériau, et un détecteur de rayonnement qui reçoit le rayonnement ayant traversé le matériau et qui est disposé, par rapport au matériau, du même côté que la source radioactive. Le principe de fonctionnement d'un tel dispositif est basé guzla mesure du taux de la double absorption du flux de rayonnement par le matériau, le détecteur et la source -étant disposés dgun meme côté du matériau à contrôler. La particularité de ce dispositif connu consiste en ce que, entre la source de rayonnement et le détecteur, du même côté dunatériau à contrôler, est disposé un aimant dont le champ est orienté de manière qu'en agissant sur les particules du rayonnement ionisant, il dévie celles-ci suivant un arc vers le volume sensible du détecteur, et, ce faisant1 dispersé les particules en fonction de leurs valeurs énergétiques. Ce dispositif est caractérisé par une sensltalité à la densité superficielle et une précision plus élevées que dans le cas d'un passage unique du rayonnement, ce qui s'explique par la double absorption du rayonnement par le matériau en feuille et par la plus faible sensibilité du dispositif aux écarts de position (erreurs). Le dispositif est caractérisé par une plage étendue de mesure tout en n'utilisant qu'une seule source de rayonnement, car la modification des limites de la plage de mesure n'est pas obtenue par remplacement. de la source de rayonnement, mais grâce à la disposition du détecteur dans une zone de niveau énergétique déterminé de dispersion des particules en fonction de l'épaisseur du matériau. Pour produire le champ magnétique on peut utiliser un aimant ou Un électro-aimant dont les dimensions et la position par rapport au matériau sont choisies de façon que la région d'induction optimale du champ magnétique soit disposée de -l'autre côté du matériau à contrôler. Cependant, le fait que, dans cette solution technique connue, le systèmenagnétique soit disposé entre la source de rayonnement et le détecteur ne permet pas d'utiliser avec efficacité l'activité de la source de rayonnement, vu que, dans ce cas, la topographie du champ magnétique est bulle que le trajet des particules à basse énergie formant la partie essentielle du courant d'ionisation se referme à travers l'espacement entre les pâles de l'aimant, sans avoir atteint le détecteur. Les particules à haute énergie n'entrent en interaction avec le champ magnétique que sur un secteur limité de leur trajet, et l'intensité du champ magnétique s'avère insuffisante pour dévier vers le volume sensible du détecteur les particules du rayonnement ayant traversé le matériau, de sorte qu'elles se dispersent dans le milieu ambiant.Ainsi, le détecteur n'enregistre, parmi les particules deviées, que les particules à énergie moyenne C'est pourquoi ce dispositif connu est muni d'un écran de protection avec un diaphragme "découpant" la partie des énergies moyennes du spectre. Par conséquent, pour assurer la précision de mesure nécessaire, il faut utiliser des sources de rayonnement à haute activité, qui compliquent la protection. I1 est d'autre part impossible de résoudre le problème de l'utilisation efficace de l'activité de la source de rayonnement en augmentant l'intensité du champ magnétique par augmentation des dimensions de l'aimant situé entre la source de rayonnement et le détecteur.Cela's'explique par le fait que pour augmenter les dimensions de l'aimant il est nécessaire, dans le cas considéré, d'éloigner la source de rayonnement du détecteur, c'est-à-dire d'augmenter la longueur du trajet des particules du rayonnement dansl'air, ce qui, à son tour, provoque une dispersion encore plus grande du flux de rayonnement dévié et exerce une influence défavoraEle la précision des mesures, causée par les variations des paramètres de l'air ambiant , température, humidité, pression. Pour diminuer l'influence, sur les résultats des mesures, des variations dans le temps des-paramètres de la source de rayonnement et du milieu ambiant, il est prévu dans le dispositif connu la possibilité de connecter un détecteur supplémentaire qui est disposé seulement dans la zone du rayonnement en provenance directe de la source, c'est-à-dire celle ne passant pas à travers le matériau en feuille. Mais ceci conduit à équiper le dispositif dtéléments supplémentaires qui compliquent sa construction, augmentent sa masse et ses dimensions et ne permettent pas d'utiliser efficacement l'activité de la source. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients mentionnés. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif pour la mesure sans contact de l'épaisseur ou de la densité superficielle de matériaux en feuilles ou analogues, dans lequel la précision des mesures serait accrue et l'efficacité d'utilisation de l'activité de la source de rayonnement serift augmentée grâce à une diminution de la longueur du trajet des particules du rayonnement ionisant depuis la source de rayonnement jusqu'au détecteur de rayonnement, ainsi que grace à une topographie plus efficace du champ magnétique. Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif pour la mesure sans contact de l'épaisseur ou de la densité superficielle des matériaux en feuilles ou analogues, do type comprenani; montés d'un même côté du matériau à contrôler, une source de rayonnement destinée à créer deux de rayonnement ionisant, un organe magnétique ou source de champ magnétique pour la déviation, suivant un arc, du rayonnement ayant traversé le matériau à contrôler et pour son passage en retour à travers ce matériau, et un détecteur du rayonnement recevant le rayonnement ayant traversé pour la deuxième fois le matériau à contrôler, ledit dispositif de mesure, étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que la source de rayonnement et le détecteur de rayonnement sont disposés entre les pôles de l'organe magnétique. Une telle réalisation du dispositif pour la mesure sans contact de l'épaisseur ou de la densité superficielle des matériaux en feuilles ou analogues permet de les rapprocher au maximum entre eux, ce qui entrasse une diminution de la longueur du trajet des particules de rayonnement dans l'air, en diminuant ainsi la dispersion du flux de rayonnement et l'influence des variations des paramètres de l'air, et le fait que le champ magnétique occupe tout l'espace au-dessus de la source permet d'augmenter sensiblement la partie du flux de rayonnement ramenée vers le détecteur, ce qui améliore la précision des mesures. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, ledit organe magnétique peut être réalisé en deux sections, dont l'une embrasse la source de rayonnement, et l'autre, le détecteur du rayonnement. La section embrassant la source de rayonnement peut être exécutée de manière à permettre de varier la distance entre ses pôles, ce qui permet de régler l'intensité du champ magnétique dans cette zone en fonction de l'épaisseur du matériau à contrôler ou de l'énergie de la source. Suivant encore un-autre mode de réalisation dé l'invention, pour augmenter la zone d'interaction du champ magnétique avec les particules du rayonnement tout le long de leur trajectoire, et par conséquent pour assurer l'utilisation la plus efficacede la source de rayonnement, il est rationnel de donner au détecteur une forme étalée dans la direction de la dispersion du rayonnement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la descriptiondétaillée, qui va suivre, de différents modes de realisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un dispositif pour la mesure sans contact de l'épaisseur ou de la densité superficielle des matériaux en feuilles ou analogues, réalisé conformément à l'invention - la figure 2 montre le dispositif de la figure 1, vu;; du côté du matériau à contrôler - la figure 3 représente une vue du dispositif de la figure 1 suivant la flèche A - la figure 4 représente une vue du dispositif de la figure 1 suivant la flèche B - la figure 5 représente une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, vu du c8té du matériau à contrôler (la source de rayonnement ionisant étant enlevée afin de simplifier le dessin) - la figure 6 représente une vue en coupe verticale suivant VI-VI de la figure 5 - la figure 7 représente une vue en coupe suivant VII-VII de la figure 6. Comme il ressort des dessins, en particulier des figures 1 et 2, le dispositif pour la mesure sans contact de l'épaisseur ou de la densité superficielle des matériaux en feuilles ou analogues comprend une source de rayonnement 1 qui est placée dans une capsule ou chambre de protection 2 pourvue d'une fenêtre 3, et qui est disposée d'un c8té du matériau 4 à ctntrôler-. La fenêtre 3 sert à diriger le rayonnement vers le matériau 4 à contrôler. Le dispositif comprend aussi un organe magnétique ou source de champ magnétique 5~ destiné à dévier suivant un arc de rayonnament ayant traversé le matériau 4, afin d'assurer un deuxième passage dudit rayonnement à travers ledit matériau. L'organe magnétique 5 comporte des pâles réalisés sous forme de pièces polaires 6.L'organe magnétique 5 peut être un aimant permanent ou un élèctro-aimant. Du même côté, par rapport au matériau à contrôler, quepa source de rayonnement 1 est disposé un détecteur de rayonnement 7 destiné à recevoir le rayonnement ayant traversé une deuxième fois le matériau 4 en sens inverse. Le détecteur de rayonnement 7 se présente sous forme d'une chambre ionisante à laquelle est associée une résistance de charge 8 reliée à l'entrée d'un amplificateur 9 dont la sortie est raccordée directement à un dispositif d'enregistrement 10. Conformément à l'invention, la source de rayonnement 1 et le détecteur de rayonnement 7 sont disposés entre les pâles de l'organe magnétique 5 constitués par des pièces polaires 6. Suivant le mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 5, 6 et 7 l'organe magnétique 5 comprend deux sections polaires, dont l'une embrasse le détecteur de rayonnement 7 et comprend les pièces polaires 6, tandis qu la deuxième embrasse la source de rayonnement 1 et comprend des pièces polaires 11sua la distance entre lesquelles peut être variée pour permettre le réglage de l'intensité du champ magnétique dans la zone d'emplacement de la source de rayonnement 1. A cette fin, les pièces polaires Il sont montées à l'aide de vis 12 sur des taquets 13 pouvant coulisser dans une rainure 14.Le déplacement des taquets 13 s'effectue à l'aide d'une vis 15 à deux bouts filetés en sens contraires, passant à travers des orifices taraudés ayant respectivement un filetage à droite et à gauche et ménagés dans les taquets 13. Le-déplacement axial de chaque vis 15 est empêché par une plaque 16 comme montré sur les figures 5 et 7. La source de rayonnement 1 (figure 7) est montée sur un support désigné par le chiffre de référence 17 et représenté conventionnellement, oeri1fait ps partie de l'invention.Les dimensions et la force de l'organe magnétique ou source de champ magnétique 5, les dimensions et la forme des pièces polaires 6 et~11, ainsi que la distance entre les pièces polaires 11, sont choisies de telle façon que l'intensité du champ magnétique, ainsi que la zone d'interaction de celui-ci avec les particules du rayonnement ayant traversé le matériau 4, soient suffisantes pour leur permettre de passer à travers le matériau suivant un arc et de retraverser celui-ci en sens inverse vers le détecteur de rayonnement 7. Suivant encore un autre mode de réalisation de l'invention, le détecteur de rayonnement 7 et la section polaire de l'organe magnétique comprenants2s pièces polaires 6 ont une forme allongée suivant la direction de la dispersion des particules, comme représenté sur les dessins annexés. Une telle exécution du détecteur de rayonnnement7 permet d'agrandir la zone d'interaction des particules du rayonne ment avec le champ magnétique, de les dévier vers le détecteur et d'utiliser de cette manière avec plus d'efficacité l'activité de la source de rayonnement. Pour représenter d'une manière évidente la dispersion de flux de rayonnement, on a représenté sur les dessins la trajectoire moyenne de son mouvement, car, en déviant le flux de rayonnement suivant un arc, le champ magnétique effectue une dispersion des particules du rayonnement selon leur valeur énergétique. Sur la figure 1, cela est représenté sous forme des trajectoires de ces particules conformément à leurs valeurs énergétiques E1, E, E2, où E est un niveau 2 énergétique inférieur, E, un niveau énergétique moyen, et E2, un niveau énergétique élevé. Le dispositif comprend aussi les sources d'alimentation et d'autres moyens auxiliaires qui, étant connusen soi, ne sont pas montrés sur les dessins et ne sont pas décrits d'une manière détaillée. Le principe de fonctionnement du dispositif pour la mesure sans contact de l'épaisseur et de la densité superficielle de matériaux en feuilles ou analogues consiste en ce qui suit. Le rayonnement ionisant de la source de rayonnement 1 dirigé à travers la fenêtre 3 de la capsule ou chambre de protection 2 sur le matériau 4 à contrôler, et passant à travers celui-ci en y étant patiellement absorbé, arrive dans le champ magnétique créé par l'organe magnétique 5. Dans le champ magnétique, les particules à basse énergie sont déviées et se déplacent suivant des trajectoires ayant une plus grande courbure, tandis que les particules à haute énergie sont déviées plus faiblement et leurs trajectoires présentent une courbure moins grande. Ainsi, s'effectue une dispersion des particules selon leurs niveaux énergétiques et une déviation de celles-ci pour leur passage en sens inverse à travers le matériau vers le détecteur de rayonnement 7.En fonction de l'épaisseur du matériau à contrôler varie le taux d'absorbtion du rayonnement, ce qui entraîne une variation correspondante de la valeur du courant d'ionisation dans le détecteur de rayonnement 7, et par conséquent, une variation correspondante de la tension aux bornes de la résistance de charge 8. La variation de la tension à la résistance de charge 8 est amplifiée par l'amplificateur 9 et enregistrée par le dispositif d'enregistrement 10 gradué en unités d'épaisseur ou de densité superficielle du matériau. Le dispositif conforme à l'invention permet, gracie à la disposition décrite de la source. de rayonnement et du détecteur du rayonnement, de les-rapprocher au maximum l'un de l'autre. De ce fait la précision de mesure augmente, car le parcours des particules de rayonnement depuis la source de rayonnement jusqu'au détecteur de rayonnement est plus court.; les erreurs provoquées par la variation des paramètres du milieu ambiant, par exemple de la température-de l'air, la pression, I'humidité, etc., diminuent, l'efficacité d'utilisation de l'activité de la source de rayonnement augmente gracié à l'agrandissement de la zone d'interaction du champ magnétique avec les particules suivant toute leur trajectoire, et par conséquent à l'utilisation aussi bien de la partie à basse énergie que de la partie à haute énergie du rayonnement. Dans le dispositif conforme à l'invention on peut utiliser une source radioactive à faible activité, un détecteur et un organe magnétique de petites dimensions. Ceci assure à son tour une simplification de la protection contre le rayonnement, une diminution de la masse et des dimensions du capteur d'épaisseur comprenant la source de rayonnement, le détecteur de rayonnement et l'organe magnétique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATION'S 1. - Dispositif de mesure sans contact de l'épaisseur et de la densité superficielle de matériau en feuilles ou analogues, du type comprenant, disposé d'un même c8té du matériau5 à contrôler,une source radioactive destinée à créer un flux de rayonnement ionisant, un organe magnétique ou source de champ magnétique servant à dévier suivant un arc la trajectoire du rayonnement ayant traversé le matériau à contrôler de manière à ce que ledit rayonnement repasse en sens inverse à travers ce dernier, et un détecteur de rayonnement recevant le rayonnement ayant ainsi repassé à travers le matériau à contrôler, ledit dispositif étant caractérisé en ce que la source de rayonnement et le détecteur de rayonnement sont situés entre les pôles de ladite source de champ magnétique. 2. - Dispositif suivant la. revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe magnétique comporte deux sections polaires, dont l'une embrasse la source de rayonnement et l'autre, le détecteur de rayonnement. 3. - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que celle des sections polaires de l'organe magnétique qui embrasse la source rayonnement comprend des pièces polaires qui sont montées de manière à permettre de régler la distance qui les sépare. 4. - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le détecteur de rayonnement et celle des sections polaires de l'organe magnétique qui embrasse le détecteur de rayonnement ont une forme allongée suivant la direction de dispersion du rayonnement.