Способ рентгеновского анализа и рентгеновский аппарат для его реализации

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистнч вских

Республик

<и>1004830 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.10-.80 (21) 2996879/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приормтвт

Опубликовано 15. 03. 8 3. Бюллетень Ж 10 (И) М. Кл.з

G 01 И 23/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (531УДК 621. 386 (088.8) Дата опубликования описания 15.03.83

Г

В.Ш. Береза, А.Н. Межевич и P.È. Плотников >

f ", "

Ленинградское научно-производственное ОбъедйВение-,.

"Буревестник" . г (72) авторы изобретения

;", «1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕНТГЕНОВСКОГО АНАЛИЗА И РЕНТГЕНОВСКИЙ

АППАРАТ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к средст:вам для проведения рентгеновского анализа материалов.

При осуществлении различных методов рентгеновского анализа при преобразовании провэаимодействовавшего с анализируемым материалом излучения в электрический сигнал дискретного вида важное значение имеет стабильность параметров первичного рентгеновского пучка.

Известен способ рентгеновского анализа, заключающийся-в том, что первичный рентгеновский пучок одновременно направляют на исследуемый и контрольный образцы, регистрируют провэаимодействовавшее с образцами излучение двумя детекторами, причем сигнал детектора, провэаимодействовавшего с контрольным образцом излучения, направляют в ехему обратной связи, управляющую интенсивность первичного пучка путем изменения тока накала рентгеновской трубки (1 .

Недостатком известного способа является то, что инерционность стабилизирующего воздействия, обусловленная инерционностью нити накала, приводит к накоплению схаибки аналкза.

Известен способ анализа материалов с помощью электронного, пучка, в котором производят прямсе измерение интенсивности электронного о пучка и колебаний указанной интенсивности при облучении анализируемого и эталонного образцов, регистрируют вторичное рентгеновское излучение и производят корректировку данных на основе измеренных колебаний интенсивности и величине этой интенсивности (2) .

В известном способе измерение интенсивности и ее колебаний производится последовательно с измерениями на анализируемом и эталонном образцах, что не позволяет произвести точную корректировку данных на основе учета колебаний интенсивности непосредствоенно в момент измерения.

Наиболее близким техническим реше. нием к предлагаемому является способ рентгеновского анализа,заключающийся в том, что анализируемый объект облучают первичным излучением рентгеновской трубки в условиях стабилизации анодного тока и анодного напряжения трубки, регистрируют излучение, являющееся результатом, 1004830

15 свзаимодействия первичного излучения с анализируемым объектом, И по интенсивности зарегистрированного излучения определяют искомую характеристику анализируемого объекта.

Нзвестен рентгеновский аппарат для реализации способа, содержащий рентгеновскую трубку, подключенный к трубке высоковольтный генератор со стабилизатором анодного напряжения, имеющим схему формирования сигнала отклонения анодного напряжения от заданного значения, трансформатор накала рентгеновской трубки, стабилизатор анодного тока, включающий схему формирования отклонения анодного тока от заданного значения и подключенный к трансформатору накала, детектор излучения, связанный с ним интенсиметр и индикатор Р 31.

Недостатком известного способа и реализующего его устройства является то, что колебании анодного напряжения и анодного тока в ходе переходных процессов в системах стабилизации указанных величин приводят к появлению ошибки в результатах анализа из-за соответствующих. колебаний интенсивности первичного рентгеновского пучка.

Цель изобретения - повышение точности анализа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу рентгеновского анализа, заключающемуся в том, что анализируемый объект облучают первичным излучением рентгеновской трубки в условиях стабилизации анодног тока и анодного напряжения трубки, реги трируют излучение,являющееся результатом вэ анмодействия первичного йэлучения с анализируемым объектом, и по интенсивности зарегистрированного излучения определяют искомую характеристику анализируемого объекта, во время облучения производят измерения отклонений анодного тока и анодного напряжения от заданных значений, определяют относительные изменения интенсивности регистрируемого излучения за время облучения, обусловленные укаэанными отклонениями, и вводят поп« равку в измеренную интенсивность.

При этом в рентгеновский аппарат для реализации способа, содержащий рентгеновскую трубку, подключенный к трубке высоковольтный ге нератор со стабилизатором анодного напряжения, содержащим схему формирования сигнала отклонения анодного напряжения от заданного значения, трансформатор накала рентгеновской трубки, стабилизатор анодного тока, содержащий схему формирования сигнала отклонения анодного тока от заданного значения, и подключенный к трансформатору накала детектор излучения, связанный с ним интенсиметр, и индикатор, введены две схемы формирования сигналов поправки, каждая иэ которых состоит из последовательно соединенных усилителя, интегратора и умножнтеля с регулИруемым коэффициентом умножения, причем входы схем фо. рмирования сигналов поправки под10 ключены к схемам формирования ,сигналов отклонений стабилизаторов, источник сигнала, пропорционального единице, сумматор, к входам которого подключены указанный источник и внходы схем формирования сигналов поправки, схема деления, к входам которой подключены интенсиметр и выход сумматора, а выход к индикатору.

На чертеже показана схема рентге новского аппарата для проведения рентгеновского анализа материалов.

Во время экспозиции, когда из2 меряют величину интенсивности вто-. ричного излучения, несущей информацию о свойствах анализируемого объ1 екта, учитывают влияние на результат анализа нежелательных, но неиэЗО бежных отклонений высокого напряжения, приложенного к рентгеновской трубке, и анодного тока трубки от заданного значения. Эти отклонения являются следствием того, что внешние возмущающие воздействия:(например, колебания напряжения питающей сети В диапазоне +10Ъ от номинала) вызывают переходнйе процессы в системах автоматической стабилизации режимных параметров (высокого на40 пряжения и анодного тока) трубки.

Если возмущающие воздействия приходятся на время экспозиции, то учет отклонений режимных параметров от заданного значения осуществляют следующим образом: измеряют мгновенные значения отклонений режимных параметров трубки от заданных значений в течение переходного процесса, вызванного работой систем автоматической стабилизации, делят измеренные мгновенные значения отклонений на заданное значение режимного параметра, умножают полученные относительные мгновенные значения режимных параметров на коэффициент связи между относительным изменением интенсивности излучения, являющегося результатом взаимодействия первичного излучения с объектом, и относительным изменением режимного параметра, суммируют алгебраически указанные произведения, умножают результат суммирования на отношение, интервала времени между моментами измерения мгновенных значений отклонений режимных параметров к ин1004830 тервалу времени экспозиции, суммиру ют предыдущий результат с единицей и делят зарегестрированное за время экспозиции количество импульсов флуоресцентного излучения на полученную перед этим сумму.

В результате последней операции получают уточненное (скоррректированное) значение результата рентгеновского анализа.

Величина поправки в результате анализа зависит как от величины возмущающего воздействия, так н от момента его появления относительно интервала времени экспозиции. Если на время экспозиции приходится толь-! ко первый полупериод переходного процесса, вызванного очередным возмущающим воздействием, то величина поправки будет наибольшей для данного возмущения. Наименьшей поправка будет в том случае, когда переходный процесс целиком укладывается в интервале времени экспозиции, так как при этом происходит частич. ная компенсация положительных полупериодов - отрицательнымы. Компенсация частичная из-за нелинейной зависимости интенсивности. излучения от высокого напряжения, приложенного к трубке, а также иэ-за того, что каждый последующий полупериод имеет величину амплитуды изменения режимного параметра, меньшую по сравнению с предыдущим полупериодом. Величина поправки во всех остальных случаях имеет промежуточное значение между двумя названными крайними случаями.

Уточненный результат рентгеновского анализа определяют по формуле

N er где N - счет импульсов детектора;

A — - поправка на относительное изменение во время экспозиции анодного напряжения,  — поправка на относительное изменение анодного тока.

При этом измерение отклонений анодного тока и анодного напряжения могут производиться дискретным или непрерывным образом.

При дискретном измерении величины электрических сигналов, пропорциональных мгновенным значениям отклонений режимных параметров трубки от заданных значений в переходных процессах, или поправки A и В на изменение во времени режимных параметров Х и У определяют по формулам где X. u Y. — мгновенные значения от 1 клонений режимных параметров Х и Y от заданных значений;

Х и Y — заданные значения режим" о о

5 ных параметров Х и Y

k и К вЂ” коэффициенты связи между х У интенсивностью флуоресцентного излучения и режимными параметрами

10 ХиУ;

t u t интервалы времени между моментами измерения мгновенных значений отклонений режимных параметров Х и У от заданных значений;

Т - время экспозиции.

При непрерывном измерении интегрируют по времени (t) электрические сигналы, пропорциональные текущим значениям отклонений режимных параметров трубки от заданных значений в переходных процессах, а поправки A и В на изменение во времени режимных параметров Х и У опреде ° ляют по формулам

Т.

xУХ(Хо о

Пример . В условиях Зырянов» ского горнообогатительного комбината,на котором установлены рентге новские квантометры .типа СРМ-18, не менее 3-5 раз в час колебания на пряжения сети достигают +10% от номинала, что вызывает переходные

40 процессы в системах автоматической стабилизации высокого напряжения, приложенного к рентгеновской трубке, и анодного тока трубки, длительность которых доходит до:4-х сек

45 (в системе стабилизации высокого напряжения, оснащенной вариатором с приводом). При этом мгновенные значения отклонений высокого напряжения от заданного значения в переходном процесс" составляют, кВ:

О+1,2+2,08+2 4+2,08+1,2 0-0,9-1,561,8-1,56-0,9 0+0,6+1,04+1,2+1,04+

0,6 0

Для исключения влияния величины концентрации элементов в пробе пере. ходим к относительным значениям от" клонений режимного параметра от заданного значения (4 0 кВ), для чего делят измеренные величины мгно @ венных значений на заданное значение режимного параметра: 0; +0 030

+0,052; +О, 060; +О, 052; +О, 030, О, -0,022; -0,039 -0,045; -0,039, -0,022; 0; +0,015; +0,026, +0,030;

45 +0,026; +0,015; О.

1004830

30

Й Q 2, 5 Кц -P или, окончательно: — 2 5 — —

„напряжения.

400 000

Полученные относительные значения отклонений режимного параметра (высокого напряжения) умножают на

2,5, так как для контролируемых на комбинате элементов (медь, свинец, цинк) интенсивность флуоресцентногс излучения пропорциональна высокому напряжению в степени 2,5 i коэффициент связи между интенсивностью флуоресцентного излучения и анодным на« пряжением на трубке зависит от отношения потенциала возбуждения и анодного напряжения, принимая зна» чения от 1,2 до 4,0 ° для перехода к относительным значениях дифференцируют

dq- Z,5КП ; ДИ<. разделив и умножив правую часть на U получаем

После умножения относительных значений отклонений режимного параметра на 2,5 получают: О,+0,075;

+0 130 +0 150 +0,130, +0 075 О;

-0,055; -0,098, -0,112, -0,098, -0,055; О, +0,038; +0,065 ; +0,075, +0,065; +0,038; О.

Алгебраически суммируя полученные значения, имеют

+0,841 - 0,281 +0,560

Полученное число умножают на относительный интервал дискретности (отнесен к интервалу времени экспозиции) 0,560 -ф — = 0,0112 и к результату добавляют единицу (относительная величина эад.-;нного значения режимного параметра) 1 + 0,0112 -" 1.,0112, после чего на эту величину делят зарегистрированное количество импулв сов, например 400.000

Полученное количество иМпульсов является уточненным значением результата анализа.

Учет переходного процесса позво ляет скорректировать погрешность анализа, оцениваемую в данном примере величиной в 1,12%.

Показанный на чертеже вариант схемы рентгеновсного аппарата, в котором реализуется предлагаемый способ при непрерывном измерении режимных отклонений трубки, содержит рентгеновскую трубку 1, подключенную к трансформатору накала 2 и высоковольтному выпрямителю 3. Аппарат также содержит стабилизатор анодного тока 4 и стабилизатор анодного тока 5, источники опорного напряжения 6 и 7, которые подключены к входам соответственно стабилизаторов 4 и 5. Первичная измерительная цепь аппарата содержит детектор 8 и интенсиметр 9, причем детектор 8 регистрирует излучение, являющееся результатом взаимодействия первичного излучения трубки 1 с исследуемым объектом 10. С интенсиметром 9 обычно связано индикаторное устройство 11.

Аппарат дополнительно содержит ,две цепи формирования сигналов поправки на основе измерения относительных изменений режимных параметров трубки, каждая из которых содержит

ЗО усилители постоянного тока 12 и 13, интеграторы 14 и 15 и умножители 16 и 17, причем усилители 12 и 13 подключены к выходу схемы сравнения (не показана) стабилизаторов 4 и 5.

35 Кроме того, в аппарат введены источник 18 сигнала, пропорционального единице, сумматор 19, к входам которого подключены выходы умножителей 16 и 17 и источника 18, схема

4О деления 20, к входам которой подключен интенсиметр 9 и сумматор 19, а выход которой подключен к индикаторному устройству 11.

При этом сигналы на измерительные входы стабилизаторов 4 и 5 поступают соответственно с датчика 21 анодного тока.и датчика 22 анодного

Аппарат работает следующим образом.

Сигналы управления, т.е. разности напряжений с датчика 21 и источника 6 (для анодного тока) и с датчика 22 источника 7 (для высокого напряжения), воспринимаются не только стабилизаторами 4 и 5, но также и введенными дополнительно средствами 12-14-16 .(для анодного тока) и 13-15-17 (для высокого напряжения).

В названных средствах эти сигналы усиливаются, интегрируются во време-, ни и умножаются на постоянный коэффициент, зависящий от величины заданного значения режимного парамет-. ра, времени экспозиции и коэффициента связи между интенсивностью

1004830

10 флуоресцентного излучения и теку,щим значением режимного параметра (для последнего может быть введена связь между умножителями 16 и 17 и эадатчиками анодного тока и анодного напряжения). Полученные таким образом поправки вместе с сигналом, равным единице, алгебраически складываются в сумматоре 19, после чего полученная сумма вводится в качестве делителя в схему деления 20, тогда как сигнал от интенсиметра 9. вводится в измеритель отношений в качестве делимого. Полученное частное от деления втррого сигнала на первый является скорректированным значением интенсивности измеренного флуоресцентного излучения.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении точности рентгЕновского анализа, что позволяет более полно извлекать целевой продукт иэ исходного сырья и отказаться от повторных экспозиций. Последнее повышает производительность рентгеновской аппаратуры.

15

25

Формула изобретения

1. Способ рентгеновского анализа, 30 заключающийся в том, что анализируемый объект облучают первичным излучением рентгеновской трубки в условиях стабилизации анодного тока и анодного напряжения трубки, 35 регистрируют. излучение, являющееся результатом взаимодействия первичного излучения с анализируемым объектом, и по интенсивности зарегистрированного излучения определяют иско. 40 мую характеристику анализируемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа,во время облучения производят измерения отклонений анодного тока и анодного напряжения отзаданных значений, определяют относительные изменения интенсивности регистрируемого излучения эа время облучения, обусловленные указанными отклонениями, и вводят поправку в измеренную интенсивность. 2. Рентгеновский аппарат, содержащий рентгеновскую трубку, подключенный к трубке высоковольтный генератор со стабилизатором анодного напряжения, содержащим схему формирования сигнала отклонения анодного напряжения от заданного значения, трансформатор накала рентгеновской трубки, стабилизатор анодного тока, содержащий схему формирования сигнала отклонения анодного тока от заданного значения, и подключенный к трансформатору накала детектор излучения, связанный с ним интенсиметр,и индикатор, отличающийся тем, что, в него введены две схемы формирования сигналов поправки, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенных усилителя, интегратора и умножителя с регулируемым коэффициентом умножения, причем входы схем формирования подключены к схемам формирования. сигналов отклонений стабилизаторов, источник сигнала, пропорционального единице, сумматор, к входам которого подключены указанный источник и выходы схем формирования сигналов поправки, и схема деления, к входам которой подключены интенсиметр и выход сумматора, а выход — к индикатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 4172223, кл. 250-272, опублик. 1979.

2. Заявка Японии 9 55-33545, кл-. G 01 N 23/225, опублик. 01.09.80.

3. Рентгенотехника. Справочник.

Под ред. д-ра техн. наук Клюева В.В. т. 2, М., "Машиностроение", 27.05.80 с. 166-167 (прототип).

Составитель K. Кононов

Редактор Л. Повхан Техред Т.Фанта Корректор Г. Решетник

Заказ 1870/53 Тираж 871 Подписное

HHHHllH Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4