Электронный плотномер

 

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПЛОТНОМЕР, содержащий коллиматор, детектор обрат-^ норассеянных электронов и источник электронов, расположенные по одну ц| сторону от плоскости торца :'коллиматора, являющегося опорной пов^хностью для контролируемого объекта,о тлич ающийс я тем, что, с целью повышения точности контроля , плотности объектов, коллиматор вы- •полнен сменным с радиусом дуги окружности, по которой торцевая поверхность коллиматора пересекает внещнюю поверхность коллиматора, выбираемым в зав'йсимости от контролируемого объекта и энергии электронов, во внешней части коллиматора сделаны вырезы, ограниченные конической поверхностью с вершиной в точке пересечения оси коллиматора с плоскостью его выходного торца и плоскостями, в которых лежит ось коллиматора, в боковых поверхностях вырезов коллиматора расположены экраг^ы, детектор выполнен в' виде двух систем, расположенных между экранами, детекторы одной системы расположены против вырезов коллиматора, детекторы второй системы расположены между вырезами коллиматора, причем выходы детекторов каждой системы соединены с устройствами суммирования, выходы jfv* которых соединены со входами измерителя отношений суммарных сигналов, вырезы коллиматора, экраны и систе'^ мы детекторов симметричны относительно оси коллиматора, а в качестве источника излучения использован ускоритель электронов.(Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

72 87 А

1 .

4(gg) G 01 N 9/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2650866/1 8-25 (22) 28. 07. 78 (46) 15.06.85. Бюл. № 22 (72) Б.АКононов, В.Н.Руденко

-и В.Б.Сорокин (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при .Томском ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. С.M.Кирова (53) 620.179.18(088.8) (56) 1, Latter TDT Measuring Coating

Thickness by the Beta-Backscatter

Teachnique, Britich I. Nor. Destruct

Test, 1975, 17, 145-152, 2. Патент Швейцарии ¹ 549795, кл G 01 N 9/00, (прототип), (54) (57) ЭЛЕКТРОНН! П! ПЛОТНОМЕР, содержащий коллиматор, детектор обратнорассеянных электронов и источник электронов, расположенные по одну -,ф сторону от плоскости торца .. коллима-, тора, являющегося опорной повухностью для контролируемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля .. плотности объектов, коллиматор выполнен сменным с радиусом дуги ок-. ружности, по которой торцевая поверхность коллиматора пересекает внешнюю поверхность коллиматора, выбираемым в завйсимости от контролируемого объекта и энергии электронов, во внешней части коллиматора сделаны вырезы, ограниченные конической поверхностью с вершиной в точке пересечения оси коллиматора с плоскостью его выходного торца и плоскостями, в которых лежит ось коллиматора, в боковых поверхностях вырезов коллиматора расположены экраны, детектор выполнен в виде двух систем, расположенных между экранами, детекторы одной системы расположены против вырезов коллиматора, детекторы второй системы расположены между вырезами коллиматора, причем выходы детекторов каждой системы соединены с устройствами суммирования, выходы которых соединены со входами измерителя отношений суммарных сигналов, вырезы коллиматора, экраны и систе.мы детекторов симметричны относительно оси коллиматора, а в качестве источника излучения использован ускоритель электронов.

723870

"е ="еп е% Ж F(p) tj =K rn Q (wj р

Изобретение относится к области испытаний материалов и изделий радиационными методами, а более конкретно, к устройствам для контроля параметров объекта по обратному рассеянию электронов.

Известен датчик контроля толщины покрытий по обратному рассеянию электронов, содержащий коллиматор, изотопный источник электронов, диа- 30 фрагму для фиксаций пространственного положения поверхности объекта, детектор обратнорассеянных электронов ()1 .

Выходной сигнал такого датчика tS определяется только эффективным атомным номером объекта и поэтому конт- роль плотности объекта эффективной полубесконечной толщины таким датчиком может проводиться только, если 20 плотность объекта однозначно связана с элементным составом материала объекта.

Устройство не применимо для контроля плотности пористых объектов, 25 например иэделий порошковой металлургии, плотность которых определяется не только элементным составом, но и пористостью, Известно устройство для измерения З0 плотности ферритов содержащий коллиУ ма тор, детектор обратнорассеянных электронов, изотопный источник электронов, диафрагму для фиксации простраис твен ного положения пов ерхнос ти

35 объекта на расстоянии от выходного торца коллиматора, равном половине внешнего диаметра коллиматора, измеритель выходного сигнала детектора P) .

Однако устройство имеет сравнительно небольшую точность контроля плотности, что обусловлено как малой чувс тв ительно стью к изме не ниям только плотно с ти объекта, так и чувс твитель-"5 ностью устройства к отклонениям элементного состава объекта.

Кроме того изменение расстояния между поверхностью объекта и торцевой 50 поверхностью коллиматора приводит к большой погрешности контроля. И наконец, устройство не обеспечивает высокую производительность контроля и предназначено только для объектов од-SS ного вида — ферритов.

Цель изобретения — повышение точности контроля плотности объектов.

Цель достигается тем, что предлаге мое устройство содержит коллиматоф, детектор обратнорассеянных электронов, источник электронов, причем коллиматор, формирующий пучок. электронов от ускорителя имеет с внешней стороны одинаковые и симметрично расположенные относительно оси коллиматора вырезы, боковые ограничивающие плоскости которых лежат в плоскости оси коллиматора, а вершина ограничивающей конической поверхности — в точке пересечения оси коллиматора с плоскостью его выходного торца. Коллиматор сменный и принадлежит набору коллиматоров, различающихся радиусом дуги окружности, по которой выходная торцевая плоскость коллиматора, являющаяся одновременно и опорной для контролируемого объекта, пересекает внешнюю поверхность коллиматора.

В боковых плоскостях вырезов лежат поглощающие экраны, между которыми установлены. детекторы, образующие две системы детекторов, симметричные относительно оси коллиматора.

Выходы группы детекторов, расположенных против вырезов, и выходы группы детекторов, расположенных между вырезами, соединены соответственно с устройствами суммирования выходных сигналов детекторов каждой группы, а выходы устройств суммирования — с входами измерителя отношений выходных сигналов устройств суммирования.

Вырезы коллиматора и экраны симметричны относительно оси коллиматора. В качестве источника применен моноэнергетический источник электронов высокой энергии — ускоритель электронов.

Анализ результатов экспериментов с моноэнергетическычи ускоренными электронами, которые приводятся ниже

1 показывают, что выходной сигнал детектора, расположенного между выреза-„ ми, описывается в виде следующей зависимости в то время, как выходной сигнал детектора, расположенного против выреза, следующей зависимостью

723870 где =2i+1 и е =2 j

=0,1,2,3...

-иомера детекторов между вырезами и против вырезов соответственно, 5 зависимость интегральной рассеивающей способности от атомного номера g или его эф- 10 фективного значения, определяемого элементным составом объекта; монотонно убываю- 15 щая функция плотности Р коэффициенты пре-, образования потока.обратнорассеян«20 ных электронов на детектор в выходной сигнал детектора;

25. поток обратнорассеянных электронов на р-тый и 1 тый детектор в единицах потока пучка на объект, Ц (х)F(p)yå,, п1Е >

Отношения состава объекта от эталонного приводит к одинаковому. воздействию через Q (a) на выходные сигналы всех детекторов, всл цствие чего выходной сигнал измерителя отношений 1- е егяе(к((Г) е е "е"1е Р; ; „,O,()

3 3

«F(p)=k F(p) 45 не зависит от атомного номера, а определяется плотностью объекта. Р< и 1 — весовые коэффициенты сумми3 рования, Эксперименты также показывают, что F (p) является наиболее 50 сильно зависищей от р функцией во всем диапазоне плотностей при использовании плоскости торца коллиматора в качестве опорной для объекта контроля, причем наилучшая чувствитель- 55 ность обеспечивается применением в каждом узком диапазоне плотностей объектов оптимального по К„ коллима- тора из указанного выше набора. Радиус Ч оптимального коллиматора удовлетворяет соотношению

Ц = 0,4"/ + г„ где R (г/см ) — пробег электронов с энергией Е

Г— — средняя плотность контролируемых объектов данного вида; г — радиус апертуры коллиматора.

При неплотном прилегании поверхности объекта к опорной торцевой поверхности коллиматора имеют место малые смещения поверхности объекта вдоль оси коллиматора и одновременно малые отклонения ее ориентации от нормальной. При параллельном перемещении поверхности объекта относительно опорной торцевой поверхности коллиматора иэ-за изменения геометрических условий регистрации увеличи-. ваются как п1е, так м вследствие че+ е "е е е е го "= изменяется в меньшей

3 "3 3

3 мере, чем - Ое "еп е . Если при некотором зазоре между торцевой опорной пов ерхн ос тью о 6ъек та о риен тация поверхности объекта отклоняется от нормальной, то для детекторов, в сторону которых отклоняется нормаль к поверхности объекта, lnе и гП увеличиваются, а для остальных — уменьшаются. Вследствие симметрии коллиматора экранов, вырезов коллиматора, систем детекторов относительно оси коллимаTopaý (k j = 3+1 "е = he+a) при пользовании устройства суммирования с одинаковыми весами. (Р = Р1.,);

Р = P ), при произвольном

Е1 отклонении ориентации от нормальной происходит компенсация изменений как m так и п 3, вследствие которой изменение Z m или " — ю менье е ше наибольшего из всех изменений ! аде или ам 1 для детекторов Е и j

Экраны разделяют потоки обратнорассеянных электронов на соседние детекторы.

На фиг.1 и 2 изображена схема предлагаемого плотномера; на фиг.З5 723870 зависимость Г(р), совпадающая с зависимостью выходного сигнала плотномера от плотности объекта; на фиг.4— завис ьмость чувствительности к иэмеl нениям плотности от параметра Р колО лиматора для различных диапазонов плотностей объектов, Предлагаемьй датчик крепится на электропроводе 1 бетатронного источника электронов на энергию ускорения

Е =2 - 6 МэВ и содержит коллиматор 2, плоскость торца которого 3 является опорной плоскостью для контролируемого объекта 4; толщина которого превышает толщину насьпцения обратного рассеяния, а размер объекта в поперечном относительно оси пучка направлении превьппает пробег электронов с энергией Е ° Плоскость торца 2О коллиматора пересекает внешнюю коническую поверхность 5 коллиматора по дугам окружности радиусом ц

Коллиматор принадлежит набору кол- 2S лиматоров, различающихся по Й . При контроле объектов, плотности которых лежат в пределах(р, — о ..., 1 устан ..вливается коллиматор и.-; набора, (7=1 ya „+ Pyпп Орэ»

Каждый коллиматор из набора имеет одинаковые симметрично расположенные относительно оси коллиматора вырезы 6, боковые ограничивающие плоскос"7 т.

35 ти которых проходят через ось 8 коллиматора, а внутренняя поверхность выреза представляет собой коническую поверхность 9, вершина кото„рой совпадает с точкой пересечения

4U оси коллиматора с плоскостью торца.

Экраны 10 лежат в боковых плоскостях вырезов. Между экранами против вырезов и между вырезами установлены детекторь. 11-14 — пластмассовые сцин- 45 тилля.: оры, образ"л:щие симметричную относительно оси коллиматора систему.

Устройствами суммирования выходных сигналов детекторов являются кольцевые световоды 15 и 16, к которым че- Ы ре з с тыкующие св етоводы присоединены сцчнтилляторы. Каждый из двух кольцевых световодов соединен соответственно с Фотоумножителями 17 и 18 выходы которых соединены " "вхо,дами изме- 55 рителя 19 отношения амплитуд импульсов, содержащего регистратор 20— самописец.

П:чок электронов от бататронного

-„;:->;.-п1ка., сформированный коллиматором, падает на объект контроля. Об-. атн:;.:;-,ассеянные электроны, вьппедшие .з объ= :т:. за пределами области поерхаост;t обьezra радиусом 8 регисто

pi3р y/мтс я детекторами 1 1 и 1 3 ° Одно вв:.менно детекторы 12 и 14 регистрир,по- сбратнорассеянные электроны, вышедшие из объекта sa пределами области радиуса 1, так и в ее пределах. Экраны разделяют эти потоки.

Световое излучение детекторов по стыкующим счетоводам поступает в кольцевые световоды, причем вследствие многократного рассеяния света на стенках световодов световой поток, падаю щкй на фотокатод ФЭУ, пропорционален сумме световых потоков из сцинтилляторов, соединенных с данным кольцевым световодом. Импульсы с ФЭУ, амплитуды которых пропорциональны световым потокам на фотокатоды, поступают на входы измерителя отношений, -регистратор которого фиксирует отношение амплитуд импульсов, являющееся мерой плотности объекта, Отношение сигйача детектора 13 или 11 к сигналу детектора 12 или 14 дг;я калло.:о элемента показывает, что оНо является монотонно убывающей функций плотности элементов F(p) (фиг.3), Выходной сигнал предлагаемого плотномера пропорционален отношению амглитуд сигналов и ход его зависимости совпадает с зависимостью

Г(р), т,е, определяется плотностью.

Для каждого узкого диапазона плотностей существует оптимальное значение <и при котором чувствительность контроля плотности наилучшая (фиг,4).

Чувствительность предлагаемого плотномера к изменениям плотности в каждом узком диапазоне плотностей определялась на прессованных образцах разной плотности одинакового элементного состава и составляет 0,2Х при постоянном времени регистрации

2 с. Чувствительность предлагаемого плотномера к изменениям элементного состава определялась на образцах олова и индия ° Погрешность контроля плотности, вызываемая изменением атомного номера на единицу, эквивалентна изменению плотности меньшему, чем 0,27-ное.

Предлагаемый плотномер имеет меньшую чувствительность к изменениям

7 состава объекта и большую чувствительность к изменениям плотности, чем известные устройства измерения плотности по обратному рассеянию электронов. Это дает воэможность проводить контроль плотности с выО сокой точностью.

723870

Использование плотномера обеспечивает наиболее высокочувствительный высокопроизводительный неразрушающий контроль плотности объектов при одностороннем доступе,универсальныйпо отношению к электрическим, магнитным, тепловым идругим свойствам объекта.

"&)

0 f0

ООЮ

0206 опс

008

4Ъг. У ,5 Р, гав

Редактор Л.Письман Техред А.Бабинец Коррект р В.Гирняк

Заказ 4467/) Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

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