Переносное устройство автоматизированной диагностики рентгеновских толщиномеров

 

Изобретение относится к области поверочной контрольно-измерительной и инспекционной техники, в частности к средствам автоматизированной диагностики рентгеновских толщиномеров, и может быть использовано при контроле листового и фасонного проката в динамике. Сущность изобретения: переносное устройство автоматизированной диагностики рентгеновских толщиномеров содержит кейс, в котором размещены автономный блок питания, аналоговый формирователь электрических сигналов, выполненный в виде параллельно включенных р имитационных цепей, каждая из которых состоит из усилительного элемента на полевом транзисторе, и последовательно подключенного к нему конденсатора. Управляющие входы полевых транзисторов являются n входами формирователя. Калибратор электрических сигналов входом соединен с выходом формирователя. Кроме того, устройство содержит ноутбук с информационно-справочной управляющей программой, представляющей собой базу данных стандартов в аналоговой электрической форме, имитирующих эталонные толщины образцовых мер из материала с их различными значениями эффективных атомных номеров Z_эфф. Выходы ноутбука соединены с входами аналогового формирователя. Калибратор выполнен в виде трансформатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход последнего предназначен для связи с входом поверяемого рентгеновского толщиномера. Технический результат: улучшение метрологических характеристик рентгеновских измерителей толщины проката и дополнительно обеспечение измерения эффективного атомного номера Z_эфф материала проката. 4 ил.

Изобретение относится к области поверочной контрольно-измерительной и инспекционной техники, в частности к средствам автоматизированной диагностики рентгеновских толщиномеров, и может быть использовано при контроле листового и фасонного проката в динамике непосредственно на станах холодной и горячей прокатки.

Известны стенды для формирования заданного спектра рентгеновского излучения, содержащие рентгеновский излучатель, приемник излучения, узел фильтрации излучения, выполненный в виде вращающегося элемента с пластинами переменной плавно или дискретно изменяющейся толщины из различных материалов и размещенный между излучателем и приемником излучения [Патент РФ 2168229, кл. G 21 К 3/00, 15, 2001].

Точность и достоверность самодиагностики таких рентгеновских толщиномеров ограничены тем, что их узлы и устройства самодиагностики не позволяют идеально аппроксимировать эталонную характеристику от толщины, так как очень сложно обеспечить малый шаг изменения толщины. Повысить точность эталонной характеристики возможно увеличением дорогостоящих образцовых мер с малым шагом изменения толщины и фиксированным значением эффективного атомного номера Z_эфф материала мер, при этом сама процедура самодиагностики также трудоемкая.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению представляется устройство самодиагностики контрольно-измерительных средств, содержащее аналоговый формирователь электрических сигналов, выполненный в виде параллельно включенных р имитационных цепей, каждая из которых состоит из усилительного элемента на полевом транзисторе и последовательно подключенного к нему конденсатора, при этом управляющие входы полевых транзисторов являются n входами формирователя, калибратор электрических сигналов, входом соединенный с выходом формирователя, и автономный источник питания [Патент РФ 2082640, кл. В 61 К 9/00, БИ 18 - прототип].

Это техническое решение позволяет в широком диапазоне и с большой точностью обеспечить функцию самодиагностики измерительного средства, однако оно индивидуально для каждого конкретного прибора, не воспроизводимо для других приборов, а следовательно, экономически не оправдано и не имеет достаточную для практики базу данных эталонных параметров контроля.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в переносное устройство автоматизированной диагностики рентгеновских толщиномеров, содержащее кейс, в котором размещены аналоговый формирователь электрических сигналов, выполненный в виде параллельно включенных р имитационных цепей, каждая из которых состоит из усилительного элемента на полевом транзисторе и последовательно подключенного к нему конденсатора, при этом управляющие входы полевых транзисторов являются n входами формирователя, калибратор электрических сигналов, входом соединенный с выходом формирователя, и автономный блок питания, введены ноутбук с информационно-справочной управляющей программой, представляющей собой базу данных стандартов в аналоговой электрической форме, имитирующих эталонные толщины образцовых мер из материала с их различными значениями эффективных атомных номеров Z_эфф, и аналого-цифровой преобразователь, а калибратор выполнен в виде трансформатора, входом которого является первичная обмотка индуктивности, выходом - вторичная обмотка индуктивности, причем выходы ноутбук соединены с n входами аналогового формирователя, а выход калибратора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого, являющийся выходом устройства, предназначен для связи с входом поверяемого рентгеновского толщиномера.

Техническим результатом изобретения является улучшение метрологических характеристик рентгеновских измерителей толщины проката и дополнительно обеспечения измерения эффективного атомного номера Z_эфф материала проката, а также экономичности процесса технологии калибровки за счет исключения необходимости набора дорогостоящих эталонных образцов к поверяемому толщиномеру и сокращения времени процесса калибровки. Причем процедура калибровки толщиномеров в этом случае осуществляется непосредственно на станах прокатки, т. е. не требуется демонтажа толщиномера с линии стана.

На фиг.1 изображена структурная блок-схема устройства; на фиг.2 - схема электрическая аналогового формирователя фиг.1; фиг.3 - качественное изменение семейства выходного напряжения устройства от толщины образцовых мер при различных значениях эффективного атомного номера материала мер; фиг.4 - качественное изменение семейства выходного напряжения устройства от значения эффективного атомного номера материала образцовых мер при различных их толщинах.

Устройство содержит кейс 1, выполненный в виде чемодана, и размещенные в нем ноутбук 2, формирователь 3 электрических сигналов, калибратор 4 электрических сигналов, аналого-цифровой преобразователь 5 и автономный блок 6 питания.

Ноутбук 2 это миникомпьютер, включающий процессор, клавиатуру и монитор. Процессор ноутбук 2 снабжен информационно-справочной управляющей программой, представляющей собой базу данных стандартов в аналоговой электрической форме, имитирующих эталонные толщины образцовых мер из материала с различными значениями эффективных атомных номеров Z_эфф. Управляющая программа вводится в память ноутбук 2 через его клавиатуру, а монитор служит для визуального наблюдения за процессом ввода программы и калибровки испытуемого рентгеновского толщиномера (не показаны). Выходы процессора ноутбук 2 соединены с n входами аналогового формирователя 3, который выполнен в виде параллельно включенных р имитационных цепей, каждая из которых состоит из усилительного элемента на полевом транзисторе 7 и последовательно подключенного к нему конденсатора 8 (фиг.2). Управляющие входы (затворы) полевых транзисторов 7 формирователя 3 являются его n входами.

Калибратор 4 электрических сигналов выполнен в виде трансформатора, входом которого является первичная обмотка 9 индуктивности, выходом - вторичная обмотка 10 индуктивности. Вход калибратора 4 соединен с выходом формирователя 3, а выход калибратора 4 - с входом аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого является выходом переносного устройства, предназначенного для связи с входом калибруемого рентгеновского толщиномера (не показан). Входом толщиномера в этом случае может быть, например обрабатывающий блок (процессор) толщиномера.

Программное обеспечение ноутбук 2 представляет собой информационно-справочную систему, в которую занесены и хранятся данные о контролируемых параметрах образцовых мер, т.е. эталонных значений толщины h с малым шагом ее изменения, например порядка 10 мкм, но широким набором мер (диапазоном толщин), сведения об эффективном атомном номере _эфф образцовой меры каждого номинала толщины и другая служебная информация, включающая дату и время исследования, скорость движения проката. Программное обеспечение хранится в памяти ноутбук 2 и по желанию потребителя может модернизироваться.

Количество имитационных цепей формирователя 3 выбирается не менее числа р параметров, измеряемых калибруемым толщиномером. В заявляемом случае показан фрагмент двухпараметрового формирователя 3 (р=2 - толщина проката h и эффективный атомный номер Z_эфф материала проката). Цепи формирователя 3 электрических сигналов представляют собой комплексные нагрузки для калибратора 4, состоящие из активных и реактивных сопротивлений R, X. Функции активного сопротивления выполняют полевые транзисторы 7, а функции реактивного сопротивления - конденсаторы 8. Изменение номиналов активных и реактивных сопротивлений R и Х обеспечивается изменением напряжений на затворе полевого транзистора 7 формирователя 3. Эти напряжения задаются программно с процессорного узла ноутбук 2 в соответствии с данными, полученными ранее при работе калибруемого (испытуемого) толщиномера с образцовыми мерами нормированных параметров (толщинами h и эффективными атомными номерами Z_эфф материала мер). Диапазон изменения управляющих напряжений позволяет обеспечить через формирователь 3 изменение комплексного сопротивления калибратора 4 в пределах, эквивалентных пределам изменения толщины и эффективного атомного номера реального контролируемого проката (изделия) от эталонных значений до предельно допустимых отклонений, адекватных изменению параметров образцовых мер. Соответствующим выбором номиналов активного и реактивного сопротивлений, значения которых меняются от изменения уровней напряжений, подаваемых на затворы полевых транзисторов 7, можно обеспечить на выходе калибратора 4 электрические сигналы, соответствующие характеру и величине имитируемого параметра образцовой меры. При отсутствии управляющих напряжений комплексные сопротивления имитирующих цепей формирователя 3 близки к бесконечности.

Вход аналого-цифрового преобразователя 5 связан с выходом калибратора 4, а выход является выходом переносного устройства. Преобразователь 5 предназначен для преобразования электрического сигнала из аналоговой формы в цифровую, что позволяет резко повысить помехоустойчивость передаваемого электрического сигнала от переносного устройства к толщиномеру. Источник 6 питания предназначен для автономного питания узлов и блоков устройства.

Имитация измеряемых параметров осуществляется следующим образом. Программно или по желанию оператора на определенную цепь формирователя 3, имитирующего определенный параметр, подается с выхода процессора ноутбук 2 управляющее напряжение, полученное в соответствии с данными заранее взаимодействующего калибруемого толщиномера с образцовой мерой, имитирующей этот определенный параметр, заложенными в программное обеспечение, что вызывает изменение комплексного сопротивления первичной обмотки 9 и вторичной обмотки 10, а следовательно, и электрических сигналов на этих обмотках 9 и 10 калибратора 4.

При подаче управляющего напряжения на затвор полевого транзистора 7 одной цепи ее комплексное сопротивление принимает величину, соответствующую значению уровня управляющего напряжения, эквивалентного величине нормированного параметра образцовой меры. Меняя уровень напряжения на затворе полевого транзистора 7 в заданном диапазоне, строят семейство аналоговых зависимостей электрических выходных сигналов (напряжений), снятых с калибратора 4, от значений эталонных толщин h образцовых мер при разных значениях эффективного атомного номера Z_эфф материала использованных мер (фиг.3).

Аналогично строят семейство зависимостей выходных напряжений калибратора 4 от значений других имитационных параметров путем подачи напряжений на затворы полевых транзисторов 7 других цепей формирователя 3 (в данном случае зависимости напряжений от эффективных атомных номеров Z_эфф материала образцовых мер при разных значениях толщины h использованных мер (фиг.4)). Затем полученные зависимости вводят в память калибруемого толщиномера.

Так как номиналы контролируемых параметров проката перед его изготовлением задаются (известны), то по ним находят точные эталонные зависимости из их семейства на графиках фиг.3 и 4, а по изменению выходных электрических сигналов толщиномера от измерения параметров реального проката и найденным зависимостям по известным номиналам определяют по оси абсцисс графиков (фиг. 3 и 4) отклонения от номиналов контролируемых параметров, а следовательно, и истинные значения измеряемых параметров.

Проведение поверки толщиномера допускается как в отсутствии объекта контроля, так и при его наличии, но в состоянии покоя (статике) объекта, при этом постоянные значения выходных сигналов, внесенные статическим объектом, запоминаются и учитываются в процессорном узле калибруемого толщиномера. При контроле толщиномером параметров проката в динамике (объект движется) на процессорном узле толщиномера фиксируют текущую информацию в виде изменения напряжений, по значениям которых и данным графиков фиг.3 и 4, внесенных в память толщиномера, судят об измеряемых параметрах.

Техническим результатом изобретения является улучшение метрологических характеристик рентгеновских измерителей толщины проката и дополнительно обеспечения измерения эффективного атомного номера Z_эфф материала проката, а также экономичности процесса технологии калибровки за счет исключения необходимости постоянного набора дорогостоящих эталонных образцов к каждому поверяемому толщиномеру и сокращения времени процесса калибровки. Причем процедура калибровки толщиномеров в этом случае осуществляется непосредственно на станах прокатки, т.е. не требуется демонтажа толщиномера с линии стана.

Формула изобретения

Переносное устройство автоматизированной диагностики рентгеновских толщиномеров, содержащее кейс, в котором размещены аналоговый формирователь электрических сигналов, выполненный в виде параллельно включенных р имитационных цепей, каждая из которых состоит из усилительного элемента на полевом транзисторе и последовательно подключенного к нему конденсатора, при этом управляющие входы полевых транзисторов являются n входами формирователя, калибратор электрических сигналов, входом соединенный с выходом формирователя, и автономный блок питания, отличающийся тем, что в него введены ноутбук с информационно-справочной управляющей программой, представляющей собой базу данных стандартов в аналоговой электрической форме, имитирующих эталонные толщины образцовых мер из материала с их различными значениями эффективных атомных номеров Z_эфф, и аналого-цифровой преобразователь, а калибратор выполнен в виде трансформатора, входом которого является первичная обмотка индуктивности, выходом - вторичная обмотка индуктивности, причем выходы ноутбука соединены с n входами аналогового формирователя, а выход калибратора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого, являющийся выходом устройства, предназначен для связи с входом поверяемого рентгеновского толщиномера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4