Устройство для рентгеновского контроля толщины листовых изделий

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения. Устройство содержит источник рентгеновского излучения, первый и второй детекторы излучения, схему обработки и регистратор. Отличительной особенностью устройства является использование детекторов с различной спектральной чувствительностью и их последовательное расположение контактно друг другу со стороны, противоположной стороне расположения рентгеновского источника. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и точности измерения. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к рентгеновской толщинометрии, и может быть использовано при контроле толщины листовых заготовок из различных материалов непосредственно при их изготовлении в условиях наличия в окружающей воздушной среде зоны контроля взвесей, примесей производственного происхождения, в том числе абразивных и других включений.

Известны устройства для рентгеновского измерения толщины листовых изделий, содержащие источник рентгеновского излучения, например рентгеновскую трубку, контролируемое изделие и последовательно соединенные детектор, схему обработки, включающую два усилителя и делитель, и регистратор [SU Патент №718700, G 01 В 15/02, 28.02.80].

Точность контроля такими устройствами неудовлетворительная из-за высокочастотной флуктуационной помехи, имеющей место даже при незначительном изменении толщины контролируемого изделия, причем величина помехи может быть соизмерима с величиной полезного сигнала, а также наличия в зоне рентгеновского потока инородных включений (пылевые и металлические взвеси), выделяющихся в процессе производства листовых изделий, что кроме того ослабляет рентгеновский поток.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется устройство для рентгеновского контроля толщины листовых изделий, содержащее источник рентгеновского излучения, контролируемое изделие, два детектора, размещенные по разные стороны изделия вдоль оси рентгеновского потока, и последовательно соединенные схему обработки, включающую два усилителя, вычитатель, сумматор и делитель, входами связанный с выходами вычитателя и сумматора соответственно, а первые входы вычитателя и сумматора соединены с выходом первого усилителя, вторые входы вычитателя и сумматора соединены с выходом второго усилителя, и регистратор, при этом выходы детекторов подключены к входам усилителей схемы обработки [RU Патент №2179706, кл. G 01 В 15/02, БИ №5, 2002 - прототип].

В этом техническом решении флуктуационная составляющая погрешности исключается техническим решением, заложенным в схему обработки. С другой стороны детектор, размещенный между источником излучения и изделием, равно как и инородные включения в воздушном промежутке между детекторами, являются дополнительным фильтром, ослабевающим рентгеновский пучок излучения, что приводит к понижению потенциальной чувствительности. В этом случае при контроле изделия малой толщины происходит существенное поглощение мягкой составляющей спектра рентгеновского излучения, что понижает чувствительность устройства. Точность устройства также недостаточна вследствие появления погрешности, связанной с изменением спектрального распределения регистрируемого потока рентгеновского излучения.

Суть изобретения состоит в том, что в устройстве для рентгеновского измерения толщины листовых изделий, содержащем источник рентгеновского излучения, контролируемое изделие, первый и второй детекторы рентгеновского излучения, расположенные вдоль оси рентгеновского потока, схему обработки, включающую первый и второй усилители и делитель, входами связанный с выходами первого и второго усилителей соответственно, и регистратор, входом подключенный к выходу делителя схемы обработки, при этом выходы детекторов соединены с входами первого и второго усилителей схемы обработки, первый и второй детекторы рентгеновского излучения выполнены с разной спектральной чувствительностью и размещены контактно друг к другу со стороны изделия, противоположной стороне расположения источника рентгеновского излучения.

Положительным результатом изобретения является высокая чувствительность и точность контроля как в области малых, так и больших толщин контролируемого изделия, достигаемых за счет исключения погрешности, связанной с изменением спектрального распределения детектируемого потока рентгеновского излучения в пределах телесного угла его пучка, что обусловлено односторонним относительно контролируемого изделия и контактно-последовательным расположением вдоль оси потока рентгеновского излучения детекторов, выполненных с различной спектральной чувствительностью, при этом устраняется необходимость в использовании блоков вычитания и суммирования в схеме обработки, что в целом повышает надежность устройства.

На чертеже показана структурная блок-схема устройства.

Устройство содержит источник 1 рентгеновского излучения, например рентгеновскую трубку, контролируемое изделие (прокат, лента, полоса) 2, первый и второй детекторы 3, 4 рентгеновского излучения, схему 5 обработки электрических сигналов детекторов 3 и 4 и регистратор 9. Схема 5 обработки включает в себя первый и второй усилители 6 и 7, входами соединенные с выходами детекторов 3 и 4, и делитель 8, входами связанный с выходами усилителей 6, 7 соответственно, а выходом - с входом регистратора 9.

Оба детектора 3 и 4 размещены вдоль оси рентгеновского потока излучения с одной стороны относительно контролируемого изделия 2, т.е. со стороны, противоположной размещению источника 1 излучения, и выполнены контактно друг к другу и с разной спектральной чувствительностью. Первый и второй детекторы 3, 4 предназначены для преобразования рентгеновского излучения в электрические сигналы I₁ и I₂. Разность спектральной чувствительности детекторов 3, 4 обеспечивается выбором эффективных атомных номеров Z преобразующих элементов детекторов 3, 4. Например, у одного из них значение Z преобразующего элемента небольшой величины - порядка Z=6-13 (Al - алюминий), а у другого детектора Z преобразующего элемента большой величины - порядка Z=80-90 (Bi - висмут) (см. Б.В.Артемьев. Стабилизация спектра и потока источника зондирующего излучения для рентгеновской толщинометрии. // Контроль. Диагностика. №5. - 2003. - с.14-15). Разная спектральная чувствительность детекторов 3, 4 при контроле толщины изделия обеспечивает высокую чувствительность устройству, при этом, чем больше расхождение в значениях атомного номера Z, тем выше чувствительность. Для увеличения значения отношения полезный сигнал/шум первым к изделию целесообразно размещать детектор с малым атомным номером Z.

Контактность детекторов 3 и 4 устраняет загрязненный воздушный промежуток между ними, а следовательно, обеспечивает одновременную посылку электрических сигналов I₁ и I₂ в усилители 6 и 7 схемы обработки 5. Это важно потому, что контролируемое изделие 2 при его прокате находится в движении, а за счет контактности детекторов 3, 4 контролироваться будет толщина в едином поперечном сечении изделия 2, т.е. в единой точке, что повышает достоверность контроля. Загрязненность воздушного промежутка от источника 1 до детекторов 3, 4 будет естественно ослаблять рентгеновский поток, но это ослабление будет одинаковым для детекторов 3 и 4.

В процессе контроля толщины изделия 2 анодное напряжение U_A источника 1 рентгеновского излучения поддерживается постоянным (на чертеже не показано).

Технический результат устройству контроля толщины d изделия 2 обеспечивают разные спектральные чувствительности детекторов 3, 4 и их контактно-последовательное размещение вдоль оси потока рентгеновского излучения со стороны изделия 2, противоположной стороне, с которой находится рентгеновский излучатель 1 (на чертеже рентгеновский поток изображен стрелками).

Работа устройства заключается в следующем.

Рентгеновский поток излучателя 1 направляют на контролируемое изделие 2. Просветив изделие 2, поток поступает сначала на первый детектор 3, затем на второй детектор 4, в которых рентгеновское излучение преобразуется в электрические сигналы I₁ и I₂. Эти сигналы одновременно усиливаются в усилителях 6, 7 и поступают на первый и второй входы делителя 8 соответственно, где осуществляется операция деления сигналов I₁/I₂, тем самым обеспечивается компенсация погрешностей, присущих прототипу. По изменению величины отношения I₁/I₂ судят о текущей величине d контролируемого изделия, физическое значение которой отображается на регистраторе 9.

Положительным результатом изобретения являются высокие чувствительность, точность и достоверность контроля толщины листового изделия в динамике, что достигается двойным детектированием рентгеновского потока, прошедшего через стенку контролируемого изделия, и контактно-последовательным расположением детекторов вдоль оси рентгеновского потока, при этом необходимость в использовании блоков вычитания и суммирования как в прототипе в данном случае устраняется.

Устройство для рентгеновского контроля толщины листовых изделий, содержащее источник рентгеновского излучения, контролируемое изделие, первый и второй детекторы рентгеновского излучения, размещенные вдоль оси рентгеновского потока, схему обработки, включающую первый и второй усилители и делитель, входами связанный с выходами первого и второго усилителей соответственно, и регистратор, входом подключенный к выходу делителя схемы обработки, при этом выходы детекторов соединены с входами первого и второго усилителей схемы обработки, отличающееся тем, что первый и второй детекторы выполнены с разной спектральной чувствительностью и размещены контактно друг к другу со стороны контролируемого изделия, противоположной стороне расположения источника рентгеновского излучения.