Устройство для определения плотности осесимметричных тел

 

О П И С- А"-"-Н- -И E

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик («)787962

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0501.78 (21) 2564937/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 151280. Бюллетень Мо 46

Дата опубликования описания 1 5123 0 (51)М. Кл.з

G N 23/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 535. 242 (088. 8) (72) Автор изобретения

В. Н. Козловский (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

ОСЕСИММЕТРИЧНЦХ ТЕЛ

Изобретение относится к устройствам исследования анализа материалов с помощью рентгеновского излучения и предназначено для определения плотности тел с осевой симметрией в момент ударного сжатия.

Известно устройство для фотометрирования рентгенограмм, состоящее из источника света, системы регистрации и устройства и еремещения пленки (1) .

Недостатком известного устройства являетс я большая трудоемкость определения плотности тел.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст15 ройство для определения плотности осесимметричных тел посредством проникающего излучения при симметричном ударном нагружении, состоящее из источника света и фотоприемника (2). 2О

Недостатками известных устройств являются малая производительность и невозможность расшифровки рентгенограмм в случае, когда в одну точку изображения попадает информация о слоях с различной плотностью.

Цель изобретения — повышение производительности.

Поставленная цель достигается тем, что между источником света и фотопри- ЗО емником расположена щель и транспарант с распределением прозрачности, подчиняющейся закону P(v)=

vn (г) где тп (r) — производная по координате зависимости масс а, приходящаяся на единицу поверхности рентгенограммы, — координата, r — радиус тела.

Как известно, рентгенограмма исследуемого тела с помощью микрофотометра или другого подобного устройства сканируется в выбранном месте перпендикулярно оси. Затем, основываясь на законе поглощения гамма-излучения н

- Р.сЕх

I=I 8 где т — интенсивность излучения, пао дающего на образец; интенсИвность излучения эа образцом; линейный коэффициент погло-. щения;

Н вЂ” просвечиваемая толщина; основание натуральных логарифмов и характеристической кривой пленки — =@СЕ), I

О где Q — оптическая плотность почернения. вычисляется распределение массы, 787962 о Ф®) („) о,И Rg e

- a>- "М(>() = J(y()dxd.z)d.a

4R1 „»

»» ») = г —

p(t-) >.д »»ГР— » ля

u(.) =-- d Р(Ь) d I->

3 6x z-, О приходя грейс я на единицу пов ерхнос ти пленки где и -- исходная плотность материа"0 ла»

:.и — масса образца, приходящаяс я на единицу поверхности пленки.

Ис комая l-:ëîòнос ть находитс я из выражения () (х) = — m(() b.) с(Ц

3Т а а. где з(>) — искомое распределение плотности;

x — текущая координата; переменная интегрирования.

Выражение (2) известно сравнительно мало. Основные моменты его вывода следующие.

На фиг. 1 изображен слой исследуемого тела толщиной d z вырезанный перпендикулярно оси. Направление гамма-излучения показано стрелками.

Плотность материала вдоль радиуса меняется по закону р=О(и) . В этом случае масса, содержащаяся в полосе слоя толщиной Q X, вырезанной в направ:: лении излучения, определяется путем интегрирования

Принимая во внимание V =X +3 и деля полученное выражение на G XQIZ, найдем массу, при:".îäÿùóþñÿ на единицу площади рентгенограммы на расстоянии

X от оси

Это — интегральное уравнение

Вольтерра первого рода относительно неизвестной функции плотности g(v)

Подстановкои r =-y и -х =h это т 2 уравнение приводится к уравнению АбеРешение этого уравнения известно

Возвращаясь к исходным >»еременным получаем (2) . Выражение (2) является несобственным интегралом и представляет известные трудности для вычисле-. бО ния.

Предложенное устройство основано на аналогии между выражением (2) и формулой, связывающей функцию рассеяния точки P(r) и функцию рассеяния 65 линии ) (Х) из теории построения изображений оптическими системами

ОО з>

Х

» „» где („(х) — функция рассеяния линии;

Р(х) — функция рассеяния точки;

X — текущая координата;

à — переменная интегрирования.

На фиг. 1 приведена схема, иллюстрирующая вывод фсрмулы (2); на фиг. 2 — устройство для определения плотности осесимметричных тел; на фиг. 3 — динамический транспарант (негрозрачный диск с вырезом).

Устройство содержит электродвигатель 1 с установленной на его валу тарелью 2, в углублении которой закреплена электролюминесцентная панель

3, получающая питание от источника электроэнергии с помощью контактных колец 4. Электролюминесцентная панель прикрыта диском из непрозрачного материала 5 (черная бумага, тонкий кар тон), содержащим вырез специальной формы. На некотором расстоянии от диска с вырезом расположена узкая щель 6, за которой помещается каретка 7 с фотоумножителем 8. Перед катодом фотоумножителя расположена щель

9, параллельная щели 6. Каретка 7 имеет возможность перемещаться в направляющих 10 перпендикулярно щели 9 при помощи ходового винта 11, червячной пары 12 и электродвигателя 13.

Сигнал фотоумножителя 8 проходит через фильтр 14 нижних частот с окном грозрачности от куля и до частот несколько меньших частоты вращения двигателя 1 и поступает на самописец 15. детали схемы расположены в темном помещении или в непрозрачном корпусе.

Определение плотности отдельных слоев осесимметричного тела предлагаемым устройством производится в следующем порядке.

1. Рентгенограмму в выбранном месте, перпендикулярно оси исследуемого тела, сканируют с помощью микрофотометра и получают зависимость оптическая плотность — координата

2. Используя закон поглощения гамма-излучения, зная энергию излучения и предполагая коэффициент поглощения постоянным для разных плотностей рассматриваемого вещества, а также учитывая характеристическую кривую пленки, на основании (1) строят зависимость масса вещества, приходя щаяся на единицу площади рентгенограм мы, — координата" — )п(к) .

3. Находят производную m (x).

4. Зависимость m (x) переносят на диск 5 (фиг. 3). При этом независимую переменную х откладывают вдоль полярной оси ()Д()(=v). Величины же т (к)

Ы() в выбранном масштабе отклады787962 вают от оси OA вдоль,дуг окружностей с центром в полюсе. Углы Ч необходимые для построения, находятся из условия

m (,v3- E =г Ч.

5. Диск 5 закрепляется на тарели

2 (центр диска совмещен с осью враще+ ния) и включается двигатель 1. При этом диск 5 становится динамическим транспарантом, средняя прозрачность за оборот которого пропорциональна ч () величине "" ") . В этом легко убедиться если иметь ввиду, что средняя прозрачность диска 5 при вращении для радиуса t равна „„, где Ч вЂ” угол

l выреза н а радиусе v

6. При перемещении каретки 7 с 15 фотоумножителем 8 от оси вращения и до периферии с помощью самописца 15 регистрируют кривую искомого распределения плотности.

Если рассматривать вращающийся диск 5, подсвеченный люминесцентной панелью 3, как функцию рассеяния точки, то следует признать, что в плоскости щели 9 фотоумножителя 8 осуществляется свертка (интегрирование со сдвигом) функции рассеяния точки

p(r) и дельта-функции (щель 6), а следовательно, в этой плоскости освещенность должна меняться цо закону функции рассеяния линии L(X)

Но так как эта функция (3) при ука-ЗО занном выборе формы щели 6 и иско-i мое распределение плотности определяются одинаковыми выражениями, кривая, зарегистрированная самописцем

15, явится с точностью до масштабно-. Ç5 го коэффициента искомым распределением плотности.

Однако при наличии в теле пустот или понижения *лотности в направлении от периферии к центру функция ъ (g) 4() становится знакопеременной. Это означает, что рассмотренный транспарант обязан иметь участки с прозрачностью разного знака, что не имеет физического смысла.

Для решения задачи в предлагаемом ,устройстве необходимо изготавливать два транспаранта (отдельно для положительной и отрицательной частей функции )ъ (х) . Для каждого из них указанным способом строится распределение плотности, а окончательный результат получается, как разность этих распределений.

Возможно для ускорения процесса измерения применение двух устройств, в которых одновременно вращаются транспаранты для положительной и отрицательной частей функции и (к1. Если оба устройства включить через разностный усилитель на общий самописец и осуществить синхронное перемещение кареток 7, искомое распределение плотности получают за один цикл измерения.

Устройство также позволяет измерять распределение плотности осесим.метричных масс, содержащих разные материалы. При этом следует выбирать жесткость гамма-излучения. таким образом, чтобы коэффициенты поглощения этих материалов были близки.

Использование предлагаемого устройства позволит повысить производительность на 50-100%. Это обеспечива" ется тем, что исключаются трудоемкие операпии непосредственного вычисления выражения (2), а искомое распределение находится путем несложных геометрических построений и измерений и представляется в виде кривой. Этим же исключается необходимость применения дорогостоящих 3ВМ.

Формула изобретения

Устройство для определения плотности осесимметричных тел посредством проникающего излучения при симметричном ударном нагружении, состоящее из источника света и фотоприемника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, между источником света и фотоприемником расположена щель и транспарант с распределением прозрачности, подчиняющейся закону Р(г)= (, где м (r )

vn (r) — производная по координате зависимости масса, приходящаяся на единицу повер*ности рентгенограммы, -координата, )- — радиус тела.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании Ð1.158409, кл. G 1 A опублик. 1972.

2. Румянцев С.В. Радиационная дефектоскопия. М., Атомиздат, 1974, с. 136, 409 (прототип) .