Радиоизотопный толщиномер

 

Изобретение относится измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины плоских листовых, пленочных и других материалов радиоизотопным методом. Целью изобретения является повышение точности измерения путем осуществления коррекции сигнала радиоизотопного измерительного преобразователя, обеспечивающей частичную компенсацию отклонения истинной кривой поглощения от экспоненциальной зависимости. В зависимости от установленного на задатчик номинала значения толщины управляющий сигнал появляется только на одном из выходов шифратора, обеспечивая подключение элементов, соответствующих данному участку градуировочной характеристики, в субблоках коррекции 1 ил,

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (J9) ((1) (5!)э G 01 В 15/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 ! ф

С

> (21) 4835621/28 (22) 07.06.90 (46) 23,06.92. Бюл. N 23 (71) Рижский научно-исследовательский институт радиоизотопного приборостроения

{72) В.Д.Кугель и Л.Ф.Протасова (53) 531.717,11(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 3492418, кл. G 01 В 15/02, 20.09.82.

Толщиномер радиоизотопный танталавой фольги НРГ-2К. Пояснительная записка к техническому проекту еЛ1.430,128.ПЗ. (54) РАДИОИЗОТОПНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины плоских листовых, пле-, ночных и других материалов радиоизотопным методом.

Известен радиоизотопный толщино-. мер, содержащий устанавливаемый с одной стороны контролируемого объекта источник ионизирующего йзлучения (ИИИ), устанавливаемые с другой стороны контролируемого объекта и соединенные последовательно детектор в виде ионизвционной камеры и электрометрический усилитель, опорный резистор, один вывод которого соединен с выходом детектора, выходное устройство, сумматор, выход которого подключен к входу выходного устройства, фильтры нижних и верхних частот, входы которых подключены к выходу электрометрического усилителя, а . измерения толщины плоских листовых, пленочных и других материалов радиоизотопным методом. Целью изобретения является повышение точности измерения путем осуществления коррекции сигнала радиоизотопного измерительного преобразователя, обеспечивающей частичную компенсацию отклонения истинной кривой поглощения от экспоненциальной зависимости. В зависимости от установленного на задатчик номинала значения толщины управляющий сигнал появляется только на одном из выходов шифратора, обеспечивая подключение элементов,. соответствующих данному участку градуировочной характеристики, в субблоках коррекции, 1 ил. выходы — соответственно к масштабирующему и первому рифференцирующему входам сумматора, два опорных конденсатора, два интегратора, мультивибратор и фазочувствительный выпрямитель, опорные конденсаторы соединены последовательно, их общая точка подключена к входу элек рометрического усилителя, а вторые выводы— соответственно к первому и второму дифференцирующим входам сумматора, выход первого интегратора подключен к первому дифференцирующему входу сумматора, а вход. — к выходу мультивибратора и управляющему входу фазочувствительного выпрямителя, вход которого подключен к выходу сумматора, выход — к входу второго интегратора, выход которого подключен к управляющему входу сумматора, а второй выход опорного резистора соединен с выходом фильтра нижних частот.

1742617

Недостатком даннога толщиномера является то, что в нем при линеаризации кривой поглощения не учитывается сложность энергетического спектра излучения применяемого источника, что ухудшает точность 5 измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является радиоизотопный толщиномер, содержащий устанавливаемый с одной стороны контра- 10 лируемого объекта источник ионизирующего излучения (ИИИ), с другой — детектор, соединенный последовательно с электрометрическим усилителем и логарифмическим преобразователем, выход которого 15 соединен с входами первого сумматора и первого субблока коррекции, выходы которого связаны с двумя другими входами первого сумматора. выход которого связан с входам Bblxopèoãî устройства, входы перво- 20 га субблака коррекции связаны с выходами шифратора, вход которого связан с выходом задатчика номинала.

Функцией радиаизотопного измерительного преобразования (РИП) считается 25 экспоненциальная зависимость вида

-х е-х (1)

А

1 где х1 е, х2 =;Y = U, ЗО которая в логарифмических координа" тах линейна и используется для построения градуировочной характеристики (ГХ). При этом выражение, определяемое на выходе талщиномера, имеет вид 35

1=-(1-1<) 1п u+A, . {2) где 1и U=-U(h), 11= Uotix(h).

Нахождение аналитического выражения ГХ, соответствующего истинной функ- 40 ции преобразования, представляет собой сложную задачу, зависящую от многих факторов, трудно поддающихся учету. K числу таких факторов относится прежде всего сложность реального спектра наиболее рас- 45 пространенных промышленных радиоизатопных источников бета-, рентгеновского и гамма-излучения.

Сложность спектра данных ИИИ в значительной степени обусловливает погреш- << ность, вносимую при аппроксимации ГХ толщиномера в виде экспоненты, Целью изобретения является повышение точности измерения путем осуществления коррекции сигнала РИП, 55 обеспечивающей частичную компенсацию отклонения истинной кривой поглощения от экспоненциальной зависимости.

Поставленная цель достигается тем, что толщиномер, содержащий устанавливаемые по разные стороны от контролируемого обьекта источник ионизирующего излучения и детектор, соединенный с электрометрическим усилителем, логарифмический преобразователь, связанный с первым входом первого сумматора, выхоц которого соединен с выходным устройством, последовательно соединенные задатчик номинала, шифратор и первый субблок коррекции, включающий первый источник опорного напря>кения, два буферных усилителя, и идентичных блоков, каждый из которых содержит два потенциометра и два ключа, которые соединены с соответствующим 1-м выходом шифратора, подвижный контакт каждого потенциометра через соответствующий клк>ч связан с входом соответствующего буферного усилителя, выходы которых связаны соответственно с вторым и третьим входами первого сумматора, один неподвижный контакт одного из потенциометров каждого блока связан с выходом логарифмического преобразователя, другой подключен к общей шине. а неподви>кные контакты другого потенциометра связаны с выводами источника опорного напря>кения, дополнительно снабжен вторым сумматором и вторым субблоком коррекции, в который входят второй источник опорного напряжения, третий буферный усилитель и пид,ентичных блоков,,ка>кдый из которых содержит потенциометр и ключ, второй источник опорного напряжения связан с неподвижными контактами потенциометра каждого блока, подвижный контакт которых через соответству ащий ключ связан с входом третьего буферного усилителя, выход которого сяэан с первым входом второго сумматора, вход каждого ключа связан с соответствующим выходом шифратора, второй вход второго сумматора связан с выходом электрометрического усилителя, а выход второго сумматора связан с входом логарифмического преобразователя.

Благодаря дополнительно введеннымэлементам и имеющимся связям во время работы толщиномера осуществляется -алгаритм, обеспечивающий реализацию предлагаемого изобретения.

Спектры используемых в толщиномере

ИИИ содержат, помимо основного излучения, более жесткие у -компоненты, обуеуовленные либо наличием примесей, либо присутствием тормозного у-излучения.

В силу жесткости указанных компонент коэффициенты ослабления для них меньше, чем для основнога излучения, и ослабление излучения меньше зависит от толщины материала, Вклад этих компонент спектра в ослабление можно считать посто- рифмический преобразователь 5, связан.янным на каждом градуировачном участке ный с первым входом первого сумматора 6, ГХдля данного ИИИ, поэтомуфункциональ- выход которого соединен с выходным устная зависимость РИП аппроксимируется ройством 7, последовательна соединенные трехпараметрической экспонентой вида 5 задатчик8 номинала, шифратор 9 и первый

Y-х1е + хз, р) субблок 10 коррекции, включающий первый где хз- параметр. учитывающий вклад неос- ис очник 11 опорного напряжения два буновных компонент спектра ИИИ. фЕРных УсилителЯ 12 и 13, и идентичных

При этом полагаем блоков 14, каждый из которых содержит два

Аз 10 потенциометра 15 и 16 и два ключа 17 и 18, оторые соединены с соответствующим I-м

А выходом шифратора 9, подвижный контакт где A>, Az, Аз — коэффициенты коррекции. каждого потенциометра f5.è 16 через соотЛогарифмируя (3), находим выражение ветствующий ключ 17 и 18 связан с входом для h на выходе талщинамера: 15 соответствующего буферного усил 12 усилителя (4) или 13, выходы которых связаны саатветстИз сопоставления выражений (2) и (4) венна с вторым и третьим входами первого видно, чта коэффициентй Аг и Аз имеют сумматораб,одиннеподвижныйкантактадсаответствующие аналоги в формуле (2) нога из потенциаметров l5 каждо б к ждага лака

20 связан с выходом логарифмического преабКозффициентА,учитывающийслажно- разавателя 5, другой подключен к общей сть спектра ИИИ, в формуле (2) отсутствует. шине, а неподвижные контакты другого поЗначения коэффициентов А1, Аг и А> тенциометра 16 связаны с выводами истачпостоянны для каждого локальногоучастка ника 11 опорного напряжения, а также

ГХ. Они могут быть определены экспери- 25 второй сумматор 19 и второй субблок 20 ментально, например па трем мерам, реше- коррекции, в который входят второй источнием системы уравнений ник 21 опорного напряжения, третий буферный усилитель.22 и и идентичных блоков 23, (5) каждый из которых содержит патенциаметр п(з+А1)" ААз= з, 30 24 и ключ 25. второй источник 21 опорноro где Yi — сигнал на выходе электраметриче- напряжения связан с неподвижными канского усилителя, соответствующий мере тактами каждого патенциаметра 24, подвижный контакт которого через

При реализации этих условий в толщи- соответствующий ключ 25 связан с входом номере на один вход второго сумматора 35 третьего буферного усилителя 22, выход коподается сигнал с выхода электрометриче- торага связан с первым входом второго сумского усилителя, а на другой — постоянный матара 19, вход каждого ключа 25 связан с сигнал A), обеспечивающий компенсацию соответствующим выходом шифратора 9, отклонения кривой поглощения от экспо- второй вход второго сумматора 19 связан с кенты, достигаемую регулировкой опорного 40 выходам электрометрическага усилителя 4, напряжения в субблаках коррекции на каж- а выход второго сумматора 19 связан с входам локальном участке кривой поглощения дом логарифмического преобразователя 5, при градуировке талщинамера однавремен- Рассмотрим последовательность опено с определением коэффициентов экспо- раций при градуировке толщинамера. ненты А2 и Аз с помощью логарифмического 45 Перед градуировкай все потенциаметпреобразователя, первого субблака коррек- ры могут находиться в произвольном полоции и первого сумматора. жении, Для градуировки талщинамера

В результате на выходе второго сумма- используются не менее трех мер на каждом тора получают сигнал, обеспечивающий его участке градуировачнай кривой. Желательсоответствие эксйоненциальному виду ГХ, 50 на, чтобы воспроизводимые ими значения которая была заложена в алгоритм толщи- находились в начале, середине и конце номера. данного участка ГХ. При этом общее каличеНа чертеже изображена блок-схема ство применяемых мер может не превышать предлагаемого толщинамера. используемых при градуиравке в известном

Талщинамер содержит устанавливае- 55 талщинамере благодаря перераспределемые па разные стороны от контролируемо- нию участков ГХ, го объекта 1 источник 2 ионизирующего В измерительный зазор вводят меру с излучения и детектор 3, соединенный с номинальным значением h> и направляют электраметрическим усилителем 4, лога- нанееизлучение. Спомощьюпереключателей задатчика 3 наминала оператор еыстав1742617 ляет соответствующее приближенное (номинальное) значение толщины, осуществляя выбор рабочего участка ГХ. Сигнал с переключателей задатчика 8 номинала поступает на шифратор 9, который имеет чис-. ло выходов и, равное числу участков ГХ и числу блоков 14 и 23 соответственно в субблоках 10-и 20 коррекцйи.

В зависимости от значения заданной номинальной толщины сигнал (логическая

"1") управления появляется только на одном из выходов шифратора 9, соответствующем участку ГХ. Этот сигнал поступает на субблоки 10 и 20 коррекции, подключая элементы соответствующего данному участку ГХ блока 23 в субблоке 20 коррекции, на выходе которого появляется сигнал А1, и блока

14 в субблоке l0 коррекции, на выходах

KoToj of появляются сиГналы (А2-1)Ill(Y+A1) и Аз. При этом выходное устройство толщиномера показывает значение (1, Вычисляют значение lQ =- (hl-hj) .

В измерительный зазор вводят меру с номинальным значением tl2 того >ке поддиа па зон а (участка) ГХ, При этом тол щи номер показывает значение h2, Вычисляют значение Щ=-(h2-h2) В измерительный зазор вводят меру с номинальным значением h3 того же участка ГХ. При этом толщиномер ъ показывает пз. Вычисляю г значение Я =-(4 13), TGK поступают для Bcex MQp данноГО

2 участка, Если значения b удовлетворяют требованию заданной погрешности градуировки, то градуировку данного участка ГХ можно считать завершенной, а коэффициенты коррекции А1, А2 и Аз — установленными пол зжениями ручек потенциометров 15, 16 и 24, Если значения 6,,превышают заданную погрешность градуйровки, то вычисляют значение функционала

ITl

S=gh?, l=1 где m — количество мер даннога участка.

Затем в измерительный зазор вводят меру h> и, немного повернув ручку потенциометра 24 в субблоке 20, фиксируют показание толщиномера hl, вычисляют

12 л 1 2

Q2 =-(hj-hj) . Затем вводят в зазор ti2, фиксируют показание толщиномера h2 и вычисляУ7 Ь ют й2 =(h2-h2)2. Затем устанавливают меру

Ц лl д йз, фиксируют пз и вычисляют и =(йз-Ьз) .

Вычисляют значение функционала

fTl, S1 = ), М., проверяют выполнение нераI=1

50 венства: Slке превышают заданную погрешность градуировки, то при фиксированных поло>кениях ручек потенциаметрав

15 (S2<««} в субблоке 10 коррекции начинают подстраивать по тем же мерам hl, h2, пз потенциометр 16 так, чтобы вычисленное значение функционала Ss

ГХ, Паи подстройке потенциометрав 15, 16 и 24 можно воспользоватьсЯ л обым алГОритмом безусловной минимизации, например методом г|окоординатного спуска оптимальнога проектирования, Вместо минимизации указанного функционала можно минимизировать любой другп гой, например 5 =,!; f4(, 1=1

После окончания градуировки полах<ениями ручек потенциометров 15, 16 и 24 в субблоках 10 и 20 коррекции зафиксированы значения коэффициентов коррекции AI, А2 и Аз различных участков, обеспечива1ощие построение ГХ с заданной точностью.

После градуировки, как обычно перед проведением измерений для.компенсации температурной и временной нестабильности, рекомендуется произвести балансировку электрометрического усилителя и коэффициента преобразования так, чтобы сигналы при открытом затворе и отсутствии мер в зазоре и при закрытом затворе были равны соответствующим сигналам в режиме градуировки. Зта позволяет уменьшить влияние температурной и временной нестабильностей в режиме измерения, 1742617

Толщиномер работает следующим об- Сумматором 6 выполняется операция разом. сложения сигналов In(Y+A>), (Ар-1)ln(Y+A>j и

В рабочий зазор толщиномера вставля- Аз, поступающих на его входы: ется контролируемый материал и, напри- In(Y+A>)+(A2-1)1п(т +А1)+Аз=(1+Лг мер, с помощью десятипозиционных 5 -1)!п(у+А))+Аз-Agin(Y+Ag)+Ay, переключателей датчика 8 устанавливается где Y — напряжение на выходе электрометноминальное значение толщины с точно- рического усилителя 4; стью 20 j для контролируемого материала, о

А1 — напряжение на выходе буферного

Цифровой сйгнал с соответствующих пере- усилителя 22 в субблоке 20 коррекции; ключателей задатчика 8 номинала поступа- IO In(Y+A>) — напряжение на выходе логает на шифратор 9, который имеет число,рифмического преобразоватвля 5; выходов и, равное числу участков ГХ, Излу- . (А -1)ln(Y+A1) — напряжение на выходе чение источника 2 направляют на контроли- . буферного усилителя 12 в субблокв 10 корруемый обьект 1. Ослабленный поток рекции; излучения, прошедший через контролируе- 15 Аз — напряжение на выходе буферного мый материал, регистрируется детектором усилителя 13 в субблокв 10 коррекции;

3, что вызывает появление тока. зависящего (Аг-1) — коэффициент пропорционал ьноот толщины контролируемого материала. сти между входным In(Y+A>) и выходным(А Указанный ток усиливается электрометри- -1)ln(Y+A>) сигналами субблока . 10 ческим усилителем 4, который собран по 20 коррекции, определяемый положением схеме преобразования тока в напряжение. движка потенциометра 15., С выхода электрометрического усилителя-4 аналоговый сигнал Y поступает на -второй . С выхода сумматора 6 сигнал вход сумматора 19. А 1п(У+А1)+Аз, пропорциональный толщине

В зависимости от установленного на за- 25 h, поступает на вход выходного устройства датчике 8 номинала значения толщины уп- 7, осуществляющего выдачу информации об равляющий сигнал (логическая "1") измеряемой толщине h и содержащего устпоявляется только на одном из выходов ройство отображения информации. Выходшифратора 9, обеспечивая подключение ное устройство 7 может быть выполнено по элементов(потенциометровиключей),соот- 30 известной схеме, например функциональветствующихданномуучастку ГХ, блоков 14 ной схеме радиоиэотопного толщиномера и 23 в субблоках l0 и 20 коррекции. При этом танталовой ленты, которая обеспечивает на выходе буферного усилителя {БУ) 22 суб- как выдачу прямых показаний измеренного блока 20 коррекции появляется сигнал А, значения толщины (no "выходу h"), так и который поступает на первый вход суммато- 35 отклонения измеренной толщины от заданра 19, а на выходах БУ 12 и 13 субблока 10 ного номинала (по "выходу Ьh") благодаря коррекции появляются соответственно сиг- поступлению сигнала, пропорционального налы (Az-1)ln(Y+A>) и Аз, которые поступают толщине, на один из выходов дифференцина входы 2 и 3 сумматора 6. ального усилителя, на другой вход которого

Сумматором 19 выполняется операция 40 поступает сигнал, пропорциональный номипо формуле (Y+A>). При этом осуществляет- нальной толщине. ся коррекция выходного сигнала РИП, обес- Таким образом. в результате осуществпечивающая компенсацию отклонения ления коррекции сигнала РИП, обеспечивафункциипреобразования РИП отэкспонен- ющей компенсацию отклонения истинной циальной зависимости на данном участке. 45 (реальной) кривой поглощения от экспоненЗначение сигнала А> постоянно для каждого циальной зависимости, положенной в оснолдкального участка. ву построения ГХ, повышается точность

Суммарный сигнал (Y+A>) поступает на измерения толщиномера. вход логарифмического преобразователя 5, Формула изобретения где преобразуется в последовательность 50 Радиоизотопный толщиномер, содеримпульсов, частота которых постоянна, а жащий устанавливаемые по разные стородлительность пропорциональна натураль- ны от контролируемого объекта источник ному логарифму входного напряжения. За- ионизирующего излучения, последовательтем импульсный сигнал путем . но соединенные детектор и электрометриинтегрирования преобразуется в постоян- 55 ческий усилитель, последовательно ное напряжение, пропорциональное нату- соединенные логарифмический преобразоральному логарифму входного напряжения ватель, первый сумматор и выходное устIn(Y+A)) (т.е. осуществляется предваритель- ройство, последовательно соединенные ная линеаризация кривой поглощения), и задатчикноминала,шифраторипервыйсубпоступает на вход суматора 6. блок коррекциии, включающий первый ис1742617 точник опорного напряжения,два буферных маторам и вторым субблоком коррекции, в. усилителя, и идентичных блоков, каждый из который входят второй источник опорного которых содержит два потенциометра и два напряжения, третий буферный усилитель и ключа, которые соединены с соответствую- A идентичных блоков, каждый из которых щим l-м выходом шифратора, подвижный 5 содержит потенциометр и ключ, который соконтакткаждогопотенциометрачерезсоот- единен с соответствующим 1-м выходом ветствующий ключ связан с входом соответ- шифратооа, второй источнк опорного наствующего буферного усилителя, выходы пряжения связан с неподвижными KoHTBK" которых связаны соответственно с вторым тами потенциометра каждого блока, и третьим входами первогосумматора, один 10 подвижный контакт которых через соответнеподвижный контакт одного из потенцио- ствующий ключ связан с входом третьего метров каждого блока связан с.выходом ло- буферного усилителя, выход которого свягарифмического преобразователя, другой зан с первым входом второго суматора, вход подключен к общей шине, а неподвижные каждого ключа связан с соответствующим контакты другого потенциометра связаны с 15 выходом. шйфратора. второй вход второго выводами источника, опорного напряжения-, сумматора связан с выходом электраметриотличающийся тем, что, с целью ческого усилителя, а выход второго суммаповышения точности измерения, радиоиэо- .тора связан с входом логарифмического топный толщиномер снабжен вторым сум- преобразователя.

Составитель В.Парнасов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M.Äåì÷èê

Редактор И.Горная

Заказ 2276 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101