Способ и устройство для радиационного измерения плотности твердых тел



Способ и устройство для радиационного измерения плотности твердых тел

Владельцы патента RU 2529648:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)

Изобретение относится к области измерения плотности изделий с использованием рентгеновского излучения. Способ радиационного измерения плотности твердых тел путем облучения контролируемого объекта проводят потоком широкополосного рентгеновского излучения, регистрируется практически все обратнорассеянное излучение, и определение плотности осуществляется по полученным данным из спектров обратнорассеянного излучения, которое регистрируют одновременно в каждом из двух детекторов, определяют функцию распределения обратнорассеянного излучения в зависимости от энергии для каждого из детекторов, корректируют в соответствии с изменением геометрии при движении, выделяют энергетические диапазоны в спектре обратнорассеянного излучения, получают интегральные характеристики обратнорассеянного рентгеновского излучения в каждом энергетическом диапазоне, на основе которых по математическим моделям зависимости интегральных характеристик от плотности при различных энергиях излучения устанавливают плотность объекта контроля, которая описывается для каждого из каналов (детекторов). В устройстве мобильный рентгеновский плотномер, включающем в себя источник гамма-излучения в радиационной защите и детекторы, используется бесконтактный метод определения плотности, и в качестве источника используют сформированное широкополосное излучение панорамного рентгеновского генератора, а в качестве детекторов - два энергодисперсионных детектора для определения спектрального распределения обратнорассеянного излучения, в устройство дополнительно введены два датчика расстояния для учета влияния изменения геометрии в процессе измерения при движении. Технический результат - повышение быстродействия, повышение точности и производительности измерения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерения плотности изделий с использованием рентгеновского излучения. Сущность заключается в том, что первичное рентгеновское излучение генерируют панорамным рентгеновским генератором, позволяющим получать мощный поток рентгеновского излучения, на несколько порядков превышающий потоки от радиоизотопных источников, которые используются в известных устройствах (Troxler), и, как следствие, сократить время и погрешность измерения, что позволяет проводить измерения в движении. Применение панорамного рентгеновского генератора дает возможность значительно увеличить зону анализа, что особенно важно для контроля дорожных покрытий.

Обратнорассеянное излучение регистрируют одновременно двумя сцинтилляционными детекторами и получают спектры обратно рассеянного излучения в зависимости от энергии, выделяют энергетические диапазоны в спектре обратнорассеянного излучения, получают интегральные характеристики обратнорассеянного рентгеновского излучения в каждом энергетическом диапазоне, на основе которых по математическим моделям зависимости интегральных характеристик от плотности при различных энергиях излучения устанавливают плотность объекта контроля.

Известны способы и устройства, предназначенные для контроля плотности изделий с использованием гамма-излучения, принцип работы которых основан на явлении рассеяния гамма-излучения атомами вещества контролируемого объекта. Рассеяние является главным образом результатом комптоновского взаимодействия фотонов с электронами атомов вещества объекта, причем количественно такое взаимодействие определяется плотностью вещества. Измеряя плотность потока рассеянных фотонов, можно получить прямую зависимость между показаниями прибора и плотностью вещества. Обычно измерения плотности проводят с использованием калибровочного графика.

Недостатками известных способов являются контактность используемых методов измерения, ограничение диапазона измерения за счет низкой чувствительности измерений, а также длительное время измерения. Кроме того, из-за процесса распада изотопа и снижения потока гамма-излучения необходима регулярная экспериментальная коррекция калибровочного графика, что снижает производительность измерения.

За прототип принят способ измерения плотности, при котором с целью расширения диапазона измерений и повышения точности контроль плотности ведут в области максимальной интенсивности обратнорассеянного излучения. Для этого одновременно с регистрацией рассеянного излучения изменяют базовое расстояние до нахождения области максимальной интенсивности излучения, например путем перемещения источника или детектора параллельно поверхности контролируемого объекта.

При этом для регулирования ширины экстремальной области источник и детектор можно коллимировать. Так как положение экстремального значения калибровочного графика при найденном базовом расстоянии для заданной энергии источника не зависит от активности источника, то контроль ведут по положению пика. Положение пика на калибровочной кривой сохраняется при изменении как вещественного состава, так и активности источника излучения [Способ измерения плотности среды или расстояния от прибора до поверхности среды. Авторское свидетельство №247420, G01N 23/06, БИ №22, 1969 г.].

Измерение плотности среды осуществляют по найденному базовому расстоянию. Для этого можно пользоваться калибровочными графиками или градуировкой шкалы прибора в непосредственных единицах плотности. В этом случае оценка плотности контролируемых объектов проводится с учетом поля обратнорассеянного излучения.

Детектором регистрируется лишь незначительная часть фотонов, в связи с чем для измерения плотности указанным способом требуется значительное время и возможность измерения в процессе формования практически исключается, кроме того, это приводит к необходимости для получения заданной точности измерения либо повышать активность источника, либо увеличивать время измерения, либо увеличивать площадь сцинтиллятора.

Однако активность источника ограничена требованиями безопасности, а увеличение площади сцинтиллятора уменьшает разрешающую способность, так как суммарное количество обратнорассеянных фотонов практически не зависит от плотности рассеивающего материала, что не дает возможности использования больших кристаллов для повышения доли обратнорассеянных фотонов.

Технический результат, получаемый при реализации предложенного способа, заключается в бесконтактном методе проведения измерений, в повышении быстродействия, а также в повышении точности и производительности измерения.

Указанный результат получается за счет того, что в способе радиационного измерения плотности твердых тел путем облучения контролируемого объекта облучение проводят потоком широкополосного рентгеновского излучения, регистрируется практически все обратнорассеянное излучение, и определение плотности по полученным данным из спектров обратнорассеянного излучения регистрируют одновременно в каждом из двух детекторов, определяют функцию распределения обратнорассеянного излучения в зависимости от энергии для каждого из детекторов, корректируют в соответствии с изменением геометрии при движении, выделяют энергетические диапазоны в спектре обратнорассеянного излучения, получают интегральные характеристики обратнорассеянного рентгеновского излучения в каждом энергетическом диапазоне, на основе которых по математическим моделям зависимости интегральных характеристик от плотности при различных энергиях излучения устанавливают плотность объекта контроля, которая описывается для каждого из каналов (детекторов) зависимостью:

ρ - плотность объекта контроля,

κ - номер канала (детектора) 1, 2,

i - номер энергетического интервала,

n - число выделенных энергетических интервалов,

a i, bi - эмпирические коэффициенты,

Ni - интенсивность обратнорассеянного излучения в i энергетическом интервале,

R - среднее расстояние до объекта за время измерения.

Значения эмпирических коэффициентов определяют из измерения стандартных образцов. Значение плотности определяют по формуле:

ρ=(ρ1+ρ2)/2

Плотномеры, работа которых основана на явлениях рассеяния гамма-излучения материалом объекта контроля, известны. Плотномер, выбранный в качестве прототипа устройства [Способ и устройство для радиационного измерения плотности твердых тел. Патент RU 2345353 от 27.01.2009 г.], который включает в себя источник гамма-излучения, радиационный экран-коллиматор, защищающий сцинтилляторы от прямого излучения, заглушка для выпуска и перекрытия потока излучения, устройство перемещения источника, позволяющее менять сферический угол ввода фотонов в объект исследования, кольцевые сцинтилляторы, блоки преобразователей световых импульсов в электрические импульсы (фотоэлектронные умножители или фотодиоды), сумматоры импульсов, счетчики импульсов.

К недостаткам данного устройства относятся использование радиационных источников с невысокой интенсивностью излучения, которая приводит к увеличению времени измерения для получения необходимой точности анализа, и обязательное контактное применение данного устройства в его применении, а также экологическая безопасность использования радиационных источников в процессе проведения измерений в движении, то есть на «улице».

Предлагаемое устройство мобильный рентгеновский плотномер, с помощью которого реализуется предложенный способ, показан на фиг.1.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит панорамный рентгеновский генератор /1/, излучение которого формируется с помощью использования фильтров /4/, двух сцинтилляционных детекторов /2/ с коллиматорами /5/ для наиболее эффективного сбора вторичного излучения и двух датчиков расстояния /3/, позволяющих контролировать геометрические параметры системы «источник - образец - детектор».

Плотность вычисляется либо по экспериментально определенной постоянной С (Е), либо на основании самой калибровочной зависимости.

Работа устройства предложенным способом происходит следующим образом. Плотномер с источником рентгеновского излучения, которое генерируется рентгеновским генератором, при включении излучает широкополосное излучение, которое формируют фильтрами и первичными коллиматорами и направляют на объект измерения. Спектры рассеянных веществом объекта фотонов регистрируют двумя коллимированными детекторами. По энергетическим спектрам обратнорассеянного излучения рассчитывают плотность вещества по вышеописанному методу.

По мнению авторов, указанные отличительные признаки являются новыми и в предложенном функциональном единстве необходимы и достаточны для обеспечения заявленного технического результата.

1. Способ радиационного измерения плотности твердых тел путем облучения контролируемого объекта потоком гамма-излучения, регистрации обратнорассеянного излучения и определения плотности по полученным данным, отличающийся тем, что объект облучается широкополосным рентгеновским излучением, которое генерируется панорамным рентгеновским генератором, а обратнорассеянное излучение регистрируют энергодисперсионными детектороми, определяют функцию распределения обратнорассеянного излучения в зависимости от энергии, которую корректируют в соответствии с изменением геометрии при движении на основании измерений, выполненных с использованием датчиков расстояния, выделяют энергетические диапазоны в спектре обратнорассеянного излучения, получают интегральные характеристики обратнорассеянного рентгеновского излучения в каждом энергетическом диапазоне, на основе которых по математическим моделям зависимости интегральных характеристик от плотности при различных энергиях излучения устанавливают плотность объекта контроля.

2. Устройство мобильный рентгеновский плотномер, включающее в себя источник гамма-излучения в радиационной защите и детекторы, отличается тем, что используется бесконтактный метод определения плотности и в качестве источника используют сформированное широкополосное излучение панорамного рентгеновского генератора, а в качестве детекторов - два энергодисперсионных детектора для определения спектрального распределения обратнорассеянного излучения, в устройство дополнительно введены два датчика расстояния для учета влияния изменения геометрии в процессе измерения при движении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам исследования пористой структуры разнообразных природных и искусственных пористых объектов и может быть использовано в тех областях науки и техники, где они исследуются или применяются.

Настоящее изобретение относится к денситометрам (плотномерам), а более конкретно к вибрационному денситометру с улучшенным вибрирующим элементом. Устройство содержит вибрирующий элемент (402).

Изобретение относится к области изготовления изделий из проволочных, волокновых материалов. Предложены способы определения распределения плотности проволочного материала по объему изделия и установка.

Изобретение относится к автоматизации технологического процесса флотации и может быть использовано для автоматического контроля технологических параметров процесса флотации - плотности, аэрированности пульпы и массовой концентрации твердого в пульпе.

Изобретение относится к способам неразрушающего анализа образцов пористых материалов, в частности, оно может быть использовано для количественного исследования ухудшения свойств нефте/газосодержащих пластов ("повреждения пласта") из-за проникновения в процессе бурения глинистых материалов, содержащихся в буровом растворе.

Изобретение относится к точному приборостроению и может применяться для определения плотности и вязкости газообразных и жидких сред и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности (в том числе локальной плотности) жидких сред и газовых сред.

Использование: изобретение относится к области определения плотности материалов, в частности льна, и может быть использовано в сельском хозяйстве и на льнозаводах первичной переработки льносырья для определения параметров рулонов, сформированных из стеблей лубяных культур.

Изобретение относится к области инженерной геологии, в частности к определению физических свойств грунтов. .
Изобретение относится к способам тестирования устойчивости снежного покрова на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов с целью обеспечения безопасности проведения рекреационных мероприятий.

Устройство предназначено для измерения параметров оседания частиц в текучей среде, в частности в буровых растворах. Устройство представляет собой емкость в виде полого цилиндра, состоящего из двух соосно расположенных цилиндрических частей (1, 2), первая из которых имеет дно, а вторая герметично соединена с первой частью (1) посредством разъемного соединения. Вторая часть (2) емкости в зоне ее торца, обращенного в сторону первой части (1), содержит подвижную перегородку (8), например в виде ирисового клапана, который позволяет герметично отделить внутренний объем первой части (1) от внутреннего объема второй части (2) для определения разности плотностей нижней и верхней частей отстоявшегося в течение определенного времени бурового раствора. Технически результатом является разработка простого и надежного устройства, позволяющего получать достоверные результаты измерений параметров текучих сред вне зависимости от размеров и вида твердых частиц, содержащихся в этих текучих средах. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к средствам аналитической лабораторной техники, а именно к анализаторам плотности газов. Лабораторный анализатор плотности газов содержит миниатюрное турбулентное сужающее устройство, вход которого связан через тройник с камерой для сжатия анализируемого газа, выполненной в виде спирали из тонкостенной металлической трубки, и выходом измерительной камеры индикатора давления, одна из стенок которой выполнена в виде упругой мембраны, а ее вход соединен через вентиль с линией анализируемого газа. Также анализатор содержит пневмотумблер, подключенный к выходу турбулентного сужающего устройства, шприц, входной канал которого соединен с выходным каналом камеры для сжатия анализируемого газа, а корпус снабжен штуцером, местоположение которого обусловлено возможностью образования из шприца проточной камеры при максимальном выдвижении поршня, измеритель временных интервалов с включающим и выключающим входами. При этом анализатор дополнительно содержит пьезорезистивный преобразователь силы в электрический сигнал, возникающей на упругой мембране, электронные компараторы максимального и минимального сигналов пьезорезистивного преобразователя и емкость с охлаждающей жидкостью, в которой размещена камера для сжатия анализируемого газа. Причем выход пьезорезистивного преобразователя соединен с входами компараторов, выход компаратора максимального сигнала пьезорезистивного преобразователя подключен к включающему входу измерителя временных интервалов, а выход компаратора минимального сигнала пьезорезистивного преобразователя подключен к выключающему входу этого измерителя. Техническим результатом является увеличение точности измерения плотности газа. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к гидростатическим устройствам для измерения плотности жидкостей, и может найти применение в различных отраслях промышленности. Гидростатический плотномер для жидкостей, выполненный в виде двух U -образных трубок, первая из которых заполнена жидкостью с известной плотностью и снабжена измерителем уровня со шкалой. Ко второму колену первой трубки присоединено первое колено второй U-образной трубки, а второе колено выполнено в виде колокола, погружаемого в контролируемую жидкость. Техническим результатом является повышение точности (при Н=1 м погрешность не превышает 0,5%), обеспечение оперативности контроля жидкостей, находящихся в емкостях без отбора пробы в условиях действующих производств. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам контроля плотности твердой фазы гетерогенных систем и тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности. Устройство контроля плотности выполнено в виде измерительной емкости с крышкой, к которой подключен измеритель давления. Дно выполнено в виде мембраны, отделяющей измерительную емкость от пневматической камеры с размещенным в ней соплом, соединенным с атмосферой, и подключенной через дроссель к линии питания. К измерительной емкости подключена камера переменного объема с размещенными внутри нее поршнем и пружиной, соединенной с пневматической камерой и с первым соплом пневматического клапана, во второе сопло которого подключена измерительная емкость, сопловая камера с размещенным первым соплом соединена с атмосферой непосредственно. К сопловой камере с размещенным вторым соплом подключен дроссель, выход которого соединен с атмосферой, камера управления пневматического реле присоединена к пневматическому тумблеру. Техническим результатом является автоматизация контроля плотности простыми и дешевыми средствами в едином измерительном процессе, а также упрощение процесса многократных измерений, позволяющий в значительной степени снизить влияние случайных факторов на точность получаемых результатов. 1 ил.

Настоящее изобретение относится к системам и способам для неинвазивного измерения механических свойств негазообразных, свободнотекучих материалов в емкости и, в частности, для определения плотности и параметров, связанных с сопротивлением сдвигу негазообразного, свободнотекучего вещества. Способ для неинвазивного одновременного определения плотности и переменной, связанной с сопротивлением сдвигу негазообразного, свободнотекучего вещества, заключается в том, что оно расположено в емкости на известном или постоянном уровне. В соответствии с примером способ и устройство используют регулируемую математическую модель для определения плотности и переменной, связанной с сопротивлением сдвигу на основе измерений системы, содержащей заполняющий материал, стенку емкости и динамический измерительный инструмент, взаимодействующий со стенкой. Техническим результатом является обеспечение возможности расширения диапазона измерений, повышение точности измерений и обеспечение большей применяемости ультразвуковых способов для измерения физических свойств негазообразных материалов. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 15 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности твердой фазы гетерогенных систем, например сыпучие, волокнистые, тканые и нетканые материалы, пористая фильтрующая керамика, газонаполненные пластмассы (поропласты) и др., а также твердых тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности. Способ измерения плотности путем определения массы контролируемого вещества и помещения его в измерительную емкость, уменьшения ее объема и измерения изменения давления заключается в измерении изменения давлений в измерительной емкости до и после помещения в нее контролируемого вещества при изменении объема измерительной емкости на заданную величину пропорционально массе вещества. Дополнительно изменяют на фиксированную величину объем герметично закрытой измерительной емкости без контролируемого материала, измеряют изменение давления. Затем определяют отношение полученного изменения давления к изменению давлений до и после помещения контролируемого материала в измерительную емкость и по разности этих отношений судят о плотности веществ. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения плотности, а также обеспечение оперативности контроля за счет использования единого измерительного процесса. 1 ил.

Изобретение относится к области исследований квазиизэнтропической сжимаемости газов, например водорода, дейтерия, гелия и т.д., в мегабарной области давлений. Устройство содержит заряд взрывчатого вещества, охватывающий металлическую оболочку с полостью для напуска газа посредством трубопровода, проходящего через указанные заряд и оболочку. Со стороны полости трубопровод выполнен расходящимся под заданным углом к оси трубопровода с образованием в оболочке отверстий. Вдоль оси трубопровода установлен металлический стержень. Для определения начальной температуры исследуемого газа внутри металлического стержня установлена термопара. Устройство обеспечивает высокую чистоту сжимаемого газа за счет ликвидации газометаллической струи из трубопровода. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике контроля, измерения плотности, уровня и определения массы жидкостей преимущественно в резервуарах. Техническим результатом являются уменьшение погрешностей измерения интегральной плотности и уровня жидкости в резервуаре. В способе измерения параметров жидкости измеряют разность силы тяжести и выталкивающей силы частично погруженного буйка, формируют угловое перемещение посредством воздействия сил на плечи углового шарнира, имеющего ортогональный груз, производят преобразование углового перемещения в электрический сигнал, по величине которого определяют интегральную плотность, измеряют отдельно сигнал, пропорциональный уровню жидкости от дна резервуара, определяют объем жидкости в резервуаре, умножая который на интегральную плотность вычисляют массу жидкости в резервуаре. В устройство измерения параметров жидкости в резервуаре, содержащее буек и микроконтроллер, введены угловой шарнир, снабженный сенсором угла поворота шарнира и ортогональным грузом, а также уровнемер, причем буек закреплен на угловом шарнире, а выходы сенсора угла поворота и уровнемера подключены к микроконтроллеру. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов, в частности к определению физико-химических параметров высокотемпературных металлических расплавов методом геометрии так называемой «большой капли», т.е. путем измерения параметров силуэта лежащей на подложке эллипсовидной капли образца расплава посредством фотометрии. Изобретение может быть использовано в лабораторных исследованиях, на металлургических предприятиях, в вузах. Способ определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов, использующий метод фотометрии покоящейся большой капли, при котором твердые образцы при исследованиях загружают в зону нагрева электропечи горизонтального типа, после чего исследуют каждый из загруженных твердых образцов. При этом каждый твердый образец размещают на отдельной подложке, загрузку этих подложек с твердыми образцами в зону нагрева электропечи горизонтального типа производят одновременно, после чего осуществляют одновременное исследование всех вышеуказанных образцов. Устройство определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов содержит электропечь горизонтального типа с зоной нагрева исследуемых твердых образцов, приспособление, предназначенное для одновременного размещения в нем нескольких исследуемых твердых образцов, и шток для перемещения исследуемых твердых образцов в зону нагрева. Причем приспособление выполнено с возможностью его перемещения в зону нагрева вышеуказанной электропечи, а шток выполнен с возможностью перемещения в зону нагрева вышеуказанного приспособления, предназначенного для одновременного размещения в нем нескольких вышеуказанных образцов. Техническим результатом является увеличение производительности исследований, расширение функциональных возможностей определения параметров поверхностного натяжения и/или плотности путем одновременного получения и синхронного сравнения параметров по меньшей мере двух изучаемых образцов, а также уменьшение времени экспериментов и энергопотребления. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам контроля плотности твердой фазы гетерогенных систем и тел неправильной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности. Устройство контроля плотности содержит измерительную емкость с крышкой, к которой подключен измеритель давления, дно, выполненное в виде мембраны, отделяющей измерительную емкость от пневматической камеры с размещенным в ней соплом, соединенным с атмосферой и подключенным через дроссель к линии питания. К измерительной емкости подключена камера переменного объема, внутри которой размещены поршень и пружина, вход управления камеры переменного объема соединен с соплом первого пневматического клапана и с выходом пневматического сумматора. Сопло второго пневматического клапана соединено с измерительной емкостью и с камерой переменного объема. Сопловые камеры пневматических клапанов соединены с атмосферой, а входы управления первого и второго клапанов подключены к выходу первого пневматического тумблера. Измерительная емкость подключена в сопло третьего пневматического клапана и к первому входу пневматического сумматора, второй вход которого соединен с сопловой камерой третьего пневматического клапана, в камеру управления которого присоединен выход второго пневматического тумблера. Техническим результатом является повышение точности измерений. 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2014-09-27 2014-09-26T19:24:46
Наверх