專利名稱：用于檢測電子束的傳感器和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于纟企測電子束的傳感器和系統(tǒng)。
技術(shù)背景在食品包裝業(yè)中，長久以來使用由包裝材料的巻材或胚料形成 的包裝件，該包裝件包括不同的紙或紙板層、如聚合物的液體阻擋 層以及如鋁薄膜的氣體阻擋層。為了延長包裝產(chǎn)品的保質(zhì)期，先前 已知的是在成形和填充才喿作之前對巻材進行消毒，以及在填充才喿作之前對部分成形的包裝件(待填充的包裝件，RTF包裝件)進行消 毒。依賴于需要的保質(zhì)期長度以及輸送和存儲在冷藏溫度還是環(huán)境 溫度下進行，可選4奪不同的消毒水平。 一種消毒巻材的方法是4吏用 如過氧化氬浴的化學消毒。類似地，待填充的包裝件可由優(yōu)選地為 氣相的過氧化氫進行消毒。另 一種消毒包裝材料的方法是用從電子束發(fā)射裝置發(fā)射的電 子照射包裝材料，如電子束發(fā)生器。包裝材料巻材的這種消毒方式 乂>開在如國際專利申^青WO 2004/110868和WO 2004/110869中。待 填充包裝件的類似照射方式公開在國際專利申請WO 2005/002973 中。在此通過引用并入以上申請。為提供對電子束強度的即時控制和監(jiān)測均一度變化，電子傳感 器用于劑量照射測量。分析來自該傳感器的信號并且作為反饋控制信號反饋入電子束控制系統(tǒng)。在包裝材料消毒中，此種傳感器反饋 可用于確保足夠的消毒水平。一種現(xiàn)有的用于測量電子束強度的傳感器類型基于直^^妻測量 方法，并4吏用設(shè)在真空室內(nèi)的導體。該真空室用來^是供與周圍環(huán)境 的隔離。因為基于真空的傳感器可以相對較大，將它們設(shè)在直接電 子束路徑的外部，以避免遮蔽目標物。遮蔽例如會妨礙包裝材料的 合適照射(并因此妨礙合適的消毒)。所以，這些傳感器依靠來自 該電子束外圍的次級信息或來自次級照射的信息以提供測量。在運行中，來自電子束的具有足夠能量的電子將穿透窗口 (如 真空室的鈥(Ti)窗)并被導體吸收。被吸收的電子在導體中形成 電流。該電流的量值是穿透該真空室窗口的電子凄t目的度量。該電 流提供在傳感器位置的電子束強度的度量。一種已知的電子束傳感器具有真空室，其帶有保護涂層，以及 在該室內(nèi)表示信號線的電極，其在公開的美國專利申請No.US2004/0119024中描述。該室壁用來維持圍繞該電極的真空容 積。該真空室與該電4及準確^f準的窗口 ，以4企測電子束強度。4專感 器配置為》文置在相對于一皮照射的移動對象、與該電子束發(fā)生器相對 的4立置，用于4企測次纟及照射。國際專利申請WO2004/061890描述了 一種類似的電子束傳感 器。在此種傳感器的一個實施方式中，真空室被移除，并提供具有 絕緣層或膜的電極。提供該絕緣層以避免來自靜電場的影響以及避 免由該電子束產(chǎn)生的等離子電子顯著地影響該電極輸出。美國專利No. 6,657,212描述了 一種電子束照射處理裝置，其中 在電子束管窗口外的電流檢測單元的導體(如不銹鋼導體)上提供絕緣膜。電流測量單元包括測量所;險測電流的電流計。該專利描述 了涂有陶瓷的檢測器的優(yōu)點。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種用于檢測電子束的傳感器，該傳 感器是小型且可靠的。利用用于檢測電子束強度的傳感器來實現(xiàn)該目的，該電子束沿朝向在目標區(qū)域內(nèi)目標的^各徑由電子束發(fā)生器產(chǎn) 生。該電子束經(jīng)過出射窗口從該發(fā)生器射出。該傳感器的特征在于 其包括導體和絕緣殼體。此外，該導體位于該^各徑內(nèi)并且暴露于該出射窗口。該絕緣殼體防護該導體，并且所述殼體與該出射窗口相 接合，形成具有所述出射窗口的室。此外，該導體設(shè)在所述室內(nèi)。 以這種方式，能夠獲得非常小的傳感器。利用小的傳感器，可防止 對目標的遮蔽。此外，該傳感器還非常可靠，因為該導體直4妾暴露 于電子束，并且還通過該絕緣殼體防止了等離子的影響。僅有微不 足道的并且可控的等離子存在于該室內(nèi)。該傳感器由所附的乂人屬^又利要求2-11進一步限定。本發(fā)明還涉及用于檢測電子束的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述的傳感 器。所述系統(tǒng)進一步包括電子束發(fā)生器，其適于生成沿朝向在目標 區(qū)域內(nèi)目標的^各徑的電子束，該電子束通過出射窗口從發(fā)生器射 出。該傳感器與所述出射窗口相接合，以檢測和測量該電子束強度。 該系統(tǒng)進一步包括用于在該目標區(qū)域內(nèi)支撐該目標的支撐件。該系統(tǒng)由所附的乂人屬4又利要求13-19進一步限定。


在下面，將根據(jù)附圖，詳細地描述本發(fā)明的當前優(yōu)選的實施方
式，其中相同的參考標號用來指代相同的零件，其中
圖1示意性顯示出用于利用電子束照射巻材形式目標的系統(tǒng)；
圖2示意性顯示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器的實施方式橫截面；
圖3示意性顯示出本發(fā)明的多傳感器配置；
圖4A-4B示意性顯示出其它多傳感器配置；以及
圖5示意性顯示出類4以于圖1的系統(tǒng)，^旦該系統(tǒng)用于照射^f寺:t真 充包裝件形式的目標。
具體實施例方式
圖l顯示出示例性的系統(tǒng)2，用于在沿^各徑發(fā)射的電子束6內(nèi) 照射目標區(qū)域4。該示例性的系統(tǒng)2包括用于發(fā)射的裝置，如電子 束發(fā)生器8，用于沿路徑發(fā)射電子束6。系統(tǒng)2還包括用于;f全測電 子束6的裝置，如傳感器IO。因此，系統(tǒng)2包括電子束發(fā)生器8和 傳感器10。提供傳感器10用于檢測由電子束發(fā)生器8產(chǎn)生的沿照 射目標區(qū)域4路徑的電子束6的強度。電子束發(fā)生器8包括真空室 12。以某種方式形成和i殳置電子束傳感器10,以能夠4全測和測量射 出真空室12的電子束6的強度。
才是供支撐件14,用于在目標區(qū)域4內(nèi)支撐目標16。在圖l所 示的實施方式中，該目標是包裝材料的巻材16,并且用于該目標的 支撐件14可以是例如巻材材料傳輸輥或者任何其它合適的包裝機 器設(shè)備。進一步地，支撐件14可用來在目標區(qū)域4內(nèi)在需要的測 量位置相對傳感器10和發(fā)生器8把持目標16。如圖1所示，電子束發(fā)生器8包括高壓電源18,其適于^是供足 夠的電壓驅(qū)動電子束發(fā)生器8,以用于需要的應(yīng)用。電子束發(fā)生器 8還包括熱絲電源20,其將來自于高壓電源18的電量轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜?發(fā)生器8的熱絲22的合適輸入電壓。另外，該高壓電源包括用于 控制柵極21的柵極控制19。
熱絲22可封裝在真空室12中。在一種示例性的實施方式中， 真空室12可不透氣地密封。在操作中，來自熱絲22的電子(e。 沿朝向目標區(qū)域4方向上的電子束^各徑6發(fā)射。
進一步地，電子束發(fā)生器8^是供有電子出射窗口 24。出射窗口 24用于將電子束6擴散為更均一的電子束，并用于朝向目標區(qū)域4 聚集電子束。窗口24可由金屬箔制成，如鈦，其厚度可為4-12jam 的量級。由鋁或銅形成的支撐網(wǎng)從電子束發(fā)生器內(nèi)部支撐該箔。
在圖2中顯示出傳感器10的示范性實施方式，包括導體26, 其形成為棵線探針或者由芯和外部導電層組成的復合結(jié)構(gòu)。在一個 實施方式中，導體26可以是銅或者不^"鋼單線，或是任何其它適 合的導體26。例如，該外部導電層可以是惰性導電材津牛，如金或金 板。導體26選取的厚度可以是任何合適的尺寸。例如，可使用相 對小的導體26。在一個示例性的實施方式中，導體26的直徑可以 是0.3毫米(mm)的量級，或依需要較小或較大。如果大小設(shè)計為 適當小的尺寸，傳感器10可在熱絲22和目標區(qū)域4之間設(shè)在電子 束6的直接路徑內(nèi)。
進一步，傳感器10包括絕緣殼體28,其可由能夠7K受幾百掘^ 氏度量級溫度(高至大約400攝氏度)的任何絕緣材料制成。該材 料的示例是陶瓷、氧化鈦和玻璃。絕緣殼體28的作用是保護導體 26免受等離子和次級電子影響。用語"絕緣"意指殼體28是電絕 緣的，即，是不導電的。殼體28與出射窗口 24相接合，用于與所述出射窗口 24共同 形成室30。出射窗口 24形成該室30的一個壁，而絕纟彖殼體28形 成其余的壁。在一個當前優(yōu)選的實施方式中，殼體28為U形，并 且該U形腿接合到窗口 24。這里，用語"接合"包括任何殼體與出 射窗口相關(guān)聯(lián)的方式。它們可以不同的方式互相連接或者扣4妄，或 者它們可相對彼此把持或者緊固。殼體28以直接與窗口表面相接 合的方式接合該窗口，即，其與該箔相接合。
導體26設(shè)在所述室30內(nèi)。優(yōu)選地，導體26不連接到或4妄觸 出射窗口 24，但是支撐在或連接到絕緣殼體28。當然，支撐導體 26是可能的，從而其能夠與絕緣殼體28隔開。但是，如果窗口表 面由導體材料制成，其仍需要與出射窗口 24隔開。
殼體28可被密封或通過使用例如用于高溫應(yīng)用的粘結(jié)劑或膠 的膠粘裝訂連接到出射窗口 24的表面，即，其可在電子束發(fā)生器8 的運行過程中承受出射窗口 24附近的溫度。該溫度較高， 一般為 300-400攝氏度的量級。可使用的粘結(jié)劑的示例是有機膠。
接觸該出射窗口表面的表面并不需完全粘合?？梢允钦迟N到該 沖妄觸表面上的某些〗瓜立的點。
在本發(fā)明的另 一個實施方式中，使用在該殼體末端的支撐件將 該殼體4氐靠并且緊固到該出射窗口的表面。
在該設(shè)計中，導體26暴露于電子束6。當引入到電子束6時， 導體26能夠捕獲電子，這些電子能夠記錄為表示電子束強度瞬時 量的電流。導體26可配置為相對小尺寸地安裝入任何幾何體中。 通常，該導體具有0.1-0.5mm或者更小量級的直徑。該傳感器的直 徑將在0.5-1.5mm的量級。以下，將描述等離子或次級電子的術(shù)語或概念。當從圖1的熱
絲發(fā)射出的電子(e-)朝向目標區(qū)域4運行時，其將沿該路徑碰撞 空氣分子。該發(fā)射出的電子可具有足夠的能量以沿該;洛徑離子化該 氣體，由此產(chǎn)生包含離子和電子的等離子。等離子電子是次級電子， 或者熱電子，其與來自該電子束的電子相比具有較低的能量。該等 離子電子具有不失見則分布的矢量速度并且運4亍距離的長度^f又為該 束電子平均自由路徑的一小部分。
由于在室30內(nèi)存有空氣，所以將在室30內(nèi)出王見等離子。然而， 該等離子將具有可控的小尺寸。因此，在測量和計算中可對其進行 補償。
關(guān)閉室30,并且至少在電子束路徑內(nèi)完全封裝導體26。傳感 器10將沿著或跨過出射窗口 24延伸，并且在殼體30的末端可向 周圍環(huán)境開放。但是，沿傳感器10暴露于電子束6的部分，其應(yīng) 當優(yōu)選地關(guān)閉以起到適當?shù)牡入x子防護罩的作用。
如已經(jīng)^是到的，可才全測和測量到達傳感器10的電子。例如， 可提供電流檢測器32以檢測在傳感器10的導體26內(nèi)的電流，作 為電子束強度的度量?？蓪㈦娏?險測器32的輸出提供到控制器34, 其相應(yīng)地作為響應(yīng)該傳感器10的輸出來調(diào)節(jié)電子束6強度的裝置。 在示例性的實施方式中，所發(fā)射的電子束6的能量可以例如小于100 keV,例如60到80 keV。
電流斥企測器32可以是任何適于直接或者間接測量電子束6強 度的裝置。例如，電流4企測器32可以是結(jié)合電阻的電壓計，或者 安培計，或者任何其它合適的裝置。
在一個實施方式中，傳感器10包括具有絕緣殼體28的導體陣 列26,以檢測在電子束路徑6內(nèi)多個位置的每個處的電子束強度。傳感器10可包括如上所述的以柵格形式設(shè)置的傳感器10陣列，或
連接到出射窗口 24的傳感器網(wǎng)，如圖3所示。來自各導體26的信 息(例如，信號幅度，信號差/比率，導體位置等等)可用來通過處 理器36產(chǎn)生發(fā)射強度分布。該柵格設(shè)置也起到保護該易碎的出射 窗口 24的作用。
另夕卜，在圖3的示例性實施方式中，具有導體26的傳感器10 可布置成彼此成角度，和/或相對于目標區(qū)域4中目標16期望的傳 輸方向成角度，并且在橫斷電子束路徑6的平面內(nèi)。這種構(gòu)造會使 對在該柵格下面經(jīng)過的目標的遮蔽最小。例如，當目標物(如包裝 材料巻材16)從圖3的底部移動到該圖的頂部時，隨著包裝材料 16經(jīng)過，該材料的所有部分都將被電子束6照射。該成角度的傳感 器10將在跨越其二維橫截面的多個位置檢測電子束，由此提供電 子束強度的準確分布，并且不影響消毒處理。
圖4A和4B顯示出電子束出射窗口 24的示例性實施方式。出 射窗口 24可4吏用由電子透明(electron transparent)結(jié)構(gòu)支撐的箔 形成。在圖4A中，支撐結(jié)構(gòu)的孔38 (僅有其中一些繪出)允許電 子束6/人真空室向傳感器IO移動。在圖4B中，以對稱的i殳置在出 射窗口 24上^是供多個傳感器。當然，可使用任何凄t目的此種傳感 器。
上述傳感器10也可用于對部分成形包裝形式目標16的照射。 部分成形包裝一般在一端開口并且在另 一端密封形成底部或頂部， 并通常表示為待填充包裝(RTF包裝)。在圖5中，示意性顯示的 系統(tǒng)2'包括電子束發(fā)生器8',用于照射待填充包裝件16'。包裝件 16，的底部40開口并在另一端4是供有頂部42和開口裝置44。在消 毒過程中，包裝件16'在支撐件中(未示)顛倒設(shè)置(即，頂部42 朝下設(shè)置)。支撐件可以是傳輸帶的托架的形式，其將包裝件16，傳 輸通過消毒室。系統(tǒng)2'包括用于在包裝件16'和電子束發(fā)生器8'之間提供相對移動(如箭頭所示)的裝置(圖未示)，用于將它們帶
到一個位置，該位置中所述發(fā)生器8'至少部分位于包裝件16，內(nèi)以 處理該包裝件16'。發(fā)生器8'比包裝件16，低，或者包裝件16'升高 以圍繞發(fā)生器8'，或者每個朝向彼此移動。傳感器10',例如如圖2 中描述的傳感器，連結(jié)到發(fā)生器8'的出射窗口 24，。
盡管根據(jù)當前優(yōu)選的實施方式描述本發(fā)明，但可理解的是，可 進行各種修改和改變而不背離本發(fā)明的目的以及如所附權(quán)利要求 限定的范圍。
例如描述了使用粘結(jié)劑將殼體28粘結(jié)到出射窗口 24。應(yīng)當理 解的是，殼體可以另外的方式連接到出射窗口 ，例如通過交搭或焊 接。
描述了導體線26的U形殼體28。當然其它的:^殳計也是可能的。 例如，殼體可形成為半^求形。導體具有^f壬何其它截面如矩形、正方 形或橢圓形。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測由電子束發(fā)生器(8，8′)沿朝向目標區(qū)域(4，4′)內(nèi)目標(16，16′)的路徑所產(chǎn)生的電子束(6，6′)的強度的傳感器(10，10′)，該電子束通過出射窗口(24，24′)從該發(fā)生器(8，8′)射出，其特征在于，該傳感器(10，10′)包括位于該路徑內(nèi)并且暴露于該出射窗口(24，24′)的導體(26)，以及用于防護該導體(26)的絕緣殼體(28)，所述殼體(28)與該出射窗口(24，24′)相接合，形成具有所述出射窗口(24，24′)的室(30)，并且該導體(26)設(shè)置于所述室(30)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器(10, 10'),其特征在于，該室(30 )是封閉的，并且至少在該電子束^^徑內(nèi)完全封裝該導體 (26)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器(10， 10'),其特征在于，它包 括電流檢測器(32)，以檢測該導體(26)內(nèi)的電流，作為電 子束強度的度量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器(10， 10')，其特征在于，利用 耐高溫粘結(jié)劑將該絕l彖殼體(28 )粘結(jié)到該出射窗口 ( 24, 24')。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器(10, 10'),其特征在于，通過 使用在該殼體(28 )末端內(nèi)的支撐件將該絕緣殼體(28 )抵靠 并緊固到該出射窗口 (24， 24')。
6. 才艮據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的傳感器(10, 10')，其特征 在于，導體(26) 4妄觸該絕緣殼體(28),〗旦是防止與該出射 窗口 (24, 24，)相4妄觸。
7. 才艮據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的傳感器(10， 10')，其特征 在于，該導體(26)形成為具有芯和外部導電涂層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的傳感器(10, 10'),其特征 在于，它包括具有絕緣殼體(28)的導體(26)陣列，以在該 路徑內(nèi)多個位置的每個處檢測該電子束強度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的傳感器(10')，其特征在于， 該目標(16')是包裝件，優(yōu)選地是待填充的包裝件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的傳感器(10 )，其特征在于， 該目標(16 )是包裝材料巻材。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器(10 ),其特征在于，該傳感器 包括具有絕緣殼體(28 )的導體(26 )陣列，以在該3各徑內(nèi)多 個位置的每個處檢測該電子束強度，并且該導體(26 )設(shè)置為 相對目標區(qū)域(4)內(nèi)巻材(16)的期望傳輸方向成角度，并 且在才黃斷該贈4圣的平面內(nèi)。
12. —種包括根據(jù)權(quán)利要求1-11所述的傳感器(10， 10')的系統(tǒng)(2, 2'),該系統(tǒng)(2)進一步包括電子束發(fā)生器(8, 8'),其 適于產(chǎn)生沿朝向在目標區(qū)i或(4， 4')內(nèi)目標(16， 16')的^各 徑的電子束(6， 6'),該電子束(6， 6')通過出射窗口 (24, 24')從發(fā)生器(8， 8')射出，該傳感器(IO, 10')與所述出 射窗口 (24， 24')相接合，以4企測和測量該電子束強度，并且該系統(tǒng)(2, 2')進一步包4舌用于在該目標區(qū)域(4, 4')內(nèi) 支撐該目標(16， 16')的支撐件(14)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)(2),其特征在于，該目標(16) 是包裝材料巻材。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)(2),其特征在于，在目標區(qū)域(4)內(nèi)把持該目標(16)的該支撐件(14)包括至少一個包 裝材料巻材傳輸輥。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)(2')，其特征在于，該目標(16') 是包裝件，優(yōu)選地是待填充的包裝件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(2'),其特征在于，該系統(tǒng)(2') 包括用于在該包裝件(16')和該電子束發(fā)生器(8')之間提供 相對運動的裝置，用于將它們帶到一個位置，在該位置中所述 發(fā)生器(8')至少部分位于該包裝件(16')內(nèi)，以處理該包裝 件(16')。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12-16中任一項所述的系統(tǒng)(2, 2')，其特征在 于，其包括電子束控制器(34),以響應(yīng)該電子束傳感器(10， 10')的l俞出，調(diào)節(jié)該電子束(6， 6')的強度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12-17中任一項所述的系統(tǒng)(2, 2'),其特征在 于，其包括電流檢測器(32)，以檢測該傳感器(IO, 10，)的 導體(26)內(nèi)的電流，作為電子束強度的度量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12-18中任一項所述的系統(tǒng)(2, 2')，其特征在 于，其包"fe傳感器(10, 10')，該傳感器(10, 10')包4舌具有絕緣殼體(28 )的導體(26 )陣列，以在該路徑內(nèi)多個位置的 每個處檢測該電子束(6, 6')的強度。
全文摘要
本發(fā)明涉及傳感器(10)，用于檢測由電子束發(fā)生器沿路徑產(chǎn)生的電子束的強度，該電子束通過出射窗口(24)從該發(fā)生器射出。該發(fā)明特征在于傳感器(10)包括位于該路徑內(nèi)并且暴露于該出射窗口(24)的導體(26)，以及用于防護該導體(26)的絕緣殼體(28)，所述殼體(28)與該出射窗口(24)相接合，形成具有所述出射窗口(24)的室(30)，并且該導體(26)設(shè)在所述室(30)內(nèi)。本發(fā)明還涉及用于檢測電子束強度的系統(tǒng)。
文檔編號G01R19/00GK101297220SQ200680039839
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者安德斯·克里斯蒂安松, 拉爾斯·奧克·內(nèi)斯隆德, 漢斯·哈爾斯坦迪斯 申請人:利樂拉瓦爾集團及財務(wù)有限公司