Электронный плотномер

 

1.ЭЛЕКТРОННЫЙ ПЛОТНОЖ ; содержащий коллиматор, торец которого является опорной поверхностью для контролируемого объектаj детекторысцинтилляторы в световодах и импульсный источник электронов, расположенные по одну сторону от плоскости торца коллиматора, /оптически .соединенные со световодами фотоумножители, выходы которых соединены с входами блока измерения отношений амплитуд импульсов, регистратор отношения рабочих сигналов фотоумножителей, о тличающийся тем, что, с целью повьшения точности контроля плотности, в него введены источник импульсных световых сигналов, блок сравнения, синхронизатор и блок регулирования коэффициента передачи . тракта с фотоумножителем, причем световоды оптически соединены с Излучателем источника световых импульсов и отделены от него слабосветопропусканицими мембранами|: выхода блока измерения отношений амплитуд импульсов соединены через селектор рабочих и калибровочных сигналов с регистратором отношения амплитуд рабочих сигналов и с блоком сравнения, выход кото (Л рого соединен с блоком регулирования коэффициента передачи Тракта с фотоумножителем , а синхронизирующий выход импульсного источника электронов соединен с входом синхронизатора, выходы которого соединены с управляющими входами, селектора и с источником i;0 световых импульсов. 2. Плотномер по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что слабосвеCD топропускакнцие мембраны выполнены, например, нзалюминированной лавса новой пленки.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

{19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»И»» .. 1...

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 I 2986934/1 8-25. (22) 30.09.80 (46) 1 5,06.85. Бюл,, В 22(72) В.Б.Сорокин, АЛ.Кармадонов и А.А,Кондрашов (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии,.при

Томском ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного .Знамени политехническом институте им.С.И.Кирова .(53).621.387.464 (088.8)

l. Авторское свидетельство СССР

1(723870, кл.С 01 N 9/24, 1978 (прототип), 2 ° Авторское свидетельство СССР Ф 880105> кл.С 01 N 9/24, 13.06,80е (54)(57)4.ЭЛЕКТРОННЫЙ ПЛОТНОИЕР, содержащий коллиматор, торец которого ,является опорной поверхностью для контролируемого объекта, детекторысцинтилляторы в световодах и импульсный источник электронов, расположенные по одну сторону от плоскости тор ца коллиматора,;оптическй соединен,. ° ные со световодамй фотоумножители, выходы которых соединены с входами блока измерения отношений амплитуд импульсов, регистратор отношения ра4(51) С 01 Н 23/22 С 01 Т 1/208

С 01 N 9/24 бочих сигналов фотоумножителей, отличающийся тем,что, с целью повышения точности контроля плотности, в него введены источник импульсных световых сигналов, блок сравнения, синхронизатор и блок регулирования коэффициента передачи тракта с фотоумножителем, причем световоды оптически соединены с излучателем источника световых импульсов и отделены от него слабосветопропускающими мембранами,- вьцсоды блока измерения отношений амплитуд импульсов, соединены через селектор рабочих и калибровочных сигналов с регистратором отношения амплитуд рабочих сигналов и с блоком. сравнения, выход кото« рого соединеи С блоком регулирования коэффициента передачи тракта с фотоумножителем, а синхроиизирующий выход импульсного источника электронов соединен с входом. синхронизатора, выходы которого соединены с управляющими входами селектора и с источником световых импульсов.

2. Плотномер по п.l, отличающийся тем, что слабосветопропускающие мембраны выполнены, например, из алюминироваиной лавсановой пленки.

91197

Изобретение относится к области контроля объектов радиационными методами, а более конкретно к устройствам на основе .импульсных источников электронов. 5

Известен электронный плотномер, который содержит коллиматор, торец которого является опорной поверхностью для контролируемого объекта, детекторы-сцинтилляторы и импульс- 10 ный источник электронов, расположенные по одну сторону от плоскости торца коллиматора, два оптически изолированных друг от друга замкнутых световода, каждый из которых on- 15 тически соединен с детекторамисцинтилляторами и фотоумножителем, блок измерения отношения амплитуд. выходных сигналов фотоумножителей, регистратор отношения (1) . . 20

Известен также электронный плотномер, содержащий коллиматор, торец .которого является опорной поверхностью для контролируемого объекта и который имеет внутренний канал ре- 25 гистрации, ограниченный коническими поверхностями, расположенные по одну сторону от плоскости торца коллиматора импульсный источник электронов, кольцевые детекторы-сцин- 30 тилляторы в световодах, т.е. оптически изолированные друг от друга, один из которых расположен во внутреннем канале регистрации коллиматора, а другой - охватывает коллима35 тор> два оптически изолированных друг от друга замкнутых световода, каждый из которых оптически соединен с детектором-сцинтиллятором и фотоумножителем, и блок измере- 40 ния отношений амплитуд импульсов, входы которых соединены с, выходами фотоумножителей, а выход — с входом регистратора отношения рабочих сигналов фотоумножителей, которое является мерой плотности объекта контроля (2) .

Этот плотномер имеет более высокую чувствительность: к изменениям плотности, чем предыдущий, однако 50 его точность как и точность предыдущего плотномера, ограничивается нестабильностью отношения коэффициентов передачи фотоумножителей, так как смена контролируемах образцов сопровождается сильными изменениями

-.режимов работы фотоумножителей, обусловленными сильными изменениями све товых поТоКОВ из сцинтилляторов изза сильных изменений потоков обратнорассеянных электронов на сцннтилляторы во время нарушения контакта объекта с торцовой плоскостью коллиматора и при перемещении образцов. При этом поток обратнорассеянных электронов на охватывающий сцинтнллятор резко возрастает, а поток на сцинтиллятор во внутреннем канале регистрации резко падает. После приведения .в контакт с торцом коллиматора следующего образца производят только частичное восстановление . режимов работы фотоумножителей изsa различий в длительностях процессов смены образцов, из-за противоположного характера изменений режимов работы фЭу, из-эа общего старения ФЭУ со временем, изменений температуры и т.д., причем даже такое неполное восстановление является длительным, что ограничивает не только точность контроля, но и его производительность.

Цель изобретения повышение точности контроля плотности.

Цель достигается тем, что в предлагаемий плотномер, содержащий коллиматор, торец которого является опорной поверхностью для. контролируемоro объекта, детекторы-сцинтилляторы в световодах и импульсный источник электронов, расположенные по одну сторону от плоскости торца коллимато-, ра> оптически соединенные со световодами фотоумножители, выходы которых соединены с входами блока измерения отношения амплитуд выходных сигналов фотоумножителей, регистратор отношения амплитуд выходных сигналов фотоумножителей, введены источник импульсных световых сигналов, блок сравнения, синхронизатор и блок регулирования коэффициента передачи тракта с фотоумножителем, причем световоды оптически соединены с излучателемисточника световых импульсов и отделены от него слабосветопропускающими мембранами, выход блока измерения отношений амплитуд импульсов соединен через селектор рабочих и калибровочных сигналов с регистратором отношения амплитуд рабочих сигналов и с блоком сравнения, выход которого соединен с блоком регулирования коэффициента передачи тракта с фотоумножителем, а синхронизирующий выход им911971 пульсного источника электронов сое. динен с входом синхронизатора, выходы которого соединены с управляющими входами селектора и с источником световых импульсов, а также тем, что сла- босветопропускающие мембраны выполнены, например, из алюминированной лавеановой пленки.

В рабочем цикле излучения пучка электронов импульсным источником синх 1О ронизатор и селектор обеспечивают поступление выходного сигнала блока измерения отношений. только на регистратор отношений. При этом оптическая связь. между световодами через излуча- 15 тель источника импульсных световых сигналов практически не возникает изза слабого светопропускания мембран.

Между рабочими циклами излучения пучка электронов импульсным источником синхронизатор и селектор, обеспечивают калибровочные циклы: многократные запуски источника импульсных световых сигналов и поступление выходных сигналов блока измере-Ц .ния отношений только на вход блока . сравнения.

В каждом таком калибровочном цикле излучатель источника импульсных световых сигналов обеспечивает им:пульс света высокой интенсивности, превышающей в 100-1000 раз интенсивность светового излучения сцинтилляторов в рабочем цикле, причем такой, что через слабосветопропус- 35 кающие мембраны в световоды про ходят световые потокй, близкие к световым потокам, излучаемым сцинтилляторами под действием потоков обратнорассеянных электронов в ра- <0 бочем цикле. Причем неизменность световодов, мембран и их взаимное расположение относительно источ-, ника обеспечивает неизменность отношения световых потоков, излучае- 4> мых в световоды, так что изменение отношения выходных сигналов фотоумножителей в каждом калибровочном цикле определяется только изменением отношения коэффициентов передачи Ж фотоумножителей и не, зависит от стабильности, интенсивности светового импульса, от излучателя источника импульсных световых сигналов. При этом по соотношению между порогом срабатывания блока сравнения и амплитудой сигнала, поступающего от блока измерения отношений, с по4 мощью блока регулирования происходит. изменение коэффициента передачи одного из фотоумножителей, приводящее к увеличению или уменьшению отношения коэффициентов передачи в зависимости от того, больше ли соответственно отношение коэффициентов передачи фотоумножителей или меньше в данный момент времени отношения коэффициентов передачи, соответствующего порогу срабатывания блока сравнения.

Реализация ко всему этому 10-100 калибровочных циклов на каждый рабочий и следование калибровочных циклов практически с неизменным периодом обеспечивает также малую статистическую погрешность сохранения отношения коэффициентов передачи фотоумножителей в предлагаемом плотномере, а следовательно, независимость отношения коэффициентов передачи фотоумножителей от режима работы в рабочих циклах, чем достигается- -. более высокая точность контроля плотности предлагаемым плотномером по сравнению с известными.

На чертеже показана схема предлагаемого плотномера.

Предлагаемый плотномер содержит импульсный источник электронов, нап-. ример, бетатрон 1 с трактом 2 формирования электронного пучка, с которым соединен коллиматор 3, имеющий канал 4 для проводки электронов, внутренний канал 5 регистрации и торец 6, на который во время измерений опирается один из контролируемых объектов 7. Охватывающий коллиматор кольцевой сцинтиллятор 8 нахо-! дится в световоде 9, имеющем тонкую светонепроницаемую мембрану 10.

Второй кольцевой сцинтиллятор 11 находится в световоде 12, имеющем

1 тонкую светонепроницаемую мембрану 13 и ограниченном частью внутреннето канала регистрации коллиматора. Фотоумножители 14 и 1.5 оптически соединены соответственно со световодами 9 и 12. Излучатель 16 источника 17 импульсных световых сигналов оптически соединен через отверстия 18 со световодами 9 и 12 и отделен от них слабосветопропускающими мембранами 19 из лавсана с- алюминиевым напылением. В качестве излучателя использован светоди.од в импульсном режиме. Выходы фо911971

45

50 55 тоумножителей 14 и 15 соединены с входами блока 20 измерения отношений, выход которого соединен с входами линейных пропускателей 21 и 22, образующих селектор. Выход пропускателя 22 соединен с регистратором 23 отношения, а выход пропускателя 21 соединен с блоком 24 сравнения на основе амплитудного дискриминатора, выход которого соединен с входом регулятора усиления

ФЭУ на основе схемы 25 совпадений, схемы 26 антисовпадений, триггера 27 с раздельными входами и двухполярным питанием Цц — Ц, интегрирующей цепи 28 и управляемого источника 29 питания делителя ФЭУ 14.

Делитель ФЭУ 15 соединен с неуп- . равляемым источником 30 питания.

Синхронизирующий выход импульсного источника электронов соединен с входом синхронизатора одновибратора 31 выход которого соединен с управляющим входом линейного пропускателя 22 селектора, а через,дифференцирующую цепочку 32 с входом генератора 33 серии .импульсов, выход которого соединен с входом линейного пропускателя 21 селектора, входом схемы 25 совпадений, входом схемы 26 антисовпадений и через дифферен цирующую цепочку 34 с входом источника 17 импульсных световых сигналов.

В момент излучения бетатрона 1 в рабочем цикле — электроны проходят по тракту 2 формирования и каналу 4 коллиматора на объект 7. Обратнорассеянные электроны проходят на детекторы - сцинтилляторы 8 и 11, световое излучение которых поступает в световоды 9 и 12, и часть его регистрируется фотоумножителями

14 и 15, рабочие выходные сигналы которых поступают на блок 20 измерения отношений. Вследствие малого коэффициента светопропускания мем-. бран 18 световое излучение из одного световода в другой практически не проходит, и световоды в рабочем цикле являются практически оптически изолированными друг от друга.

Одновременно с излучением электронов с синхронизирукицего выхода бетатрона на одновибратор 3! поступает запускающий импульс, и одновибратор 31 формирует импульс,.которым открывается линейный пропускатель 22 на время, незначительно превышающее время срабатывания блока измерения отношений, и рабочий им-.: пульс с выхода блока 20 измерения отношений поступает

5 на регистратор 23 отношений покаУ эания которого используются в качестве меры плотности при наличии объекта на торце.коллиматора.

Задним фронтом импульса одновибратора Зl,выделяемым.дифференцирующей цепочкой 32, запускается генератор 33 серии импульсов, импульсы с выхода которого, следующие с периодом, незначительно превосходящим удвоенную длительность срабатывания блока измерения отношений, .и имеющие длительность, превосходящую длительность срабатывания блока измерения отношений, поступают на управляющий вход пропускателя 21, 20 на вход схемы 25 совпадений и на вход схемы 26 антисовпадений. Передними фронтами импульсов серии, заполняющей период следования рабочих циклов> выделяемыми дифференцирук щей цепочкой 34, запускается источник 17 импульсных световых сигналов.

При этом в момент времени, соответствующий фронту импульса от генератора:-серий, излучатель 16 источника световых импульсов испускает импульс света, интенсивность которого превосходит интенсивность светового излу чения сцинтиллятора в рабочем цикле в 100-1000 раз. Это обеспечивает

35 прохождение в световоды 9 и 12 через слабопропускающие мембраны световых импульсов, интенсивность которых близка к интенсивности светового излучения от сцинтилляторов. При этом отношение интенсивностей световых импульсов, прошедших одновременно в световоды 9 и 12 от излучателя

16, не зависит от интенсивности све= тового импульса излучателя ввиду постоянства геометрии и свойств световодов 9 и 11 и мембран 18. Фотоумножители 14 и 15 регистрируют эти калибровочные световые импульсы из

1 световодов 9 и 12, а блок измерения отношений амплитуд формирует на выходе импульс, амплитуда которого пропорциональна отношению амплитуд импульсов от ФЭУ и который поступает через пропускатель 21 открытый импульсом от генератора 33 серий, на блок сравнения — амплитудный дискриминатор 24. При этом амплитуда импульса от блока измерения от911971

7 ношений отличается в каждом калибровочном цикле от такового в предыдущем калибровочном цикле только за счет различия в коэффициентах передачи ФЭУ в.моменты времени, соответствующие этим циклам.

Если, например, в результате увеличения отношения коэффициентов передачи фотоумножителей 14 и 15 амплитуда импульса от блока измерения 10 отношений стала превышать порог срабатывания дискриминатора 24, то импульс от дискриминатора проходит на входы схемы 25 совпадений и схемы 26 антисовпадений, на другие вхо- 15 ды которых воздействует одновременно импульс от генератора 33 серий, и с выхода схемы 25 совпадений на .вход триггера поступает импульс, переключающий триггер 27 в положе- 20 ние, которое приводит к перезарядке емкости интегрирующей .цепочки 28, в результате чего напряжение на выходу источника 29 питания изменяет ся и изменяется напряжение питания делителя ФЭУ.

До тех пор, пока отношение коэффициентов передачи ФЭУ 14 и.15 остается большим отношения, соответствующего порогу срабатывания дискриминатора, на триггер поступают в последующих-циклах калибровки им, пульсы тблько от схемы совпадений и состояние триггера не изменяется.

Это приводит к продолжению изменения коэффициента передачи ФЗУ 14, Если в результате изменения коэф.фициента передачи ФЭУ 14 отношение коэффициентов передачи ФЭУ 14 и 15 станет меньшим отношения, соответствующего порогу срабатывания 40 дискриминатора 24, то импульс на выходе дискриминатора отсутствует, а схема антисовпадений формирует импульс, который изменяет положение триггера на противоположное.

Зто приводит к перезарядке конденсатора интегрирующей цепи 28 и к противоположному изменению напряжения на выходе источника 29 питания делителя ФЭУ 14, в результате чего отношение коэффициентов передачи ФЗУ возрастает.

Охват калибровкой как ФЭУ, так и блока измерения отношени6,- независимость калибровки отношения коэффициентов, передачи от стабильности источника импульсных световых сигналов, значительное количество калибровочных циклов (50-100)между рабочими циклами позволяет поддерживать длительное время отношение коэффициентов передачи от одного рабочего цикла к другому с точностью не менее 0,5Х, независимо от режимов работы ФЭУ в рабочих циклах, задаваемых как процессами измерения плотности, так и процессами смены образцов, и обеспечивает контроль плотности, например ферритов с точностью

0,1Х. При этом точность предлагаемого плотномера:-определяется в основном методическими погрешностями, статистическими погрешностями регистрации обратнорассеянных электронов и аппаратурными погрешностями блока измерения отношений и блока сравнения, в то время как для известных плотномеров основной вклад в гораздо большую погрешность измерений вносит нестабильность отношения коэффициентов передачи ФЭУ.

Предлагаемый плотномер обеспечивает более .высокую точность контроля плотности, чем известные плотномеры, HeçàâHñÿùóþ от производительности контроля, задаваемой в основном длительностью процессов смены образцов.

Как и известные плотномеры, предлагаемый плотномер предназначен для контроля плотности спеченных материалов, изготовляемых методами порошковой металлургии.