РАДИОИЗОТОПНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР Российский патент 1998 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, а именно к радиоизотопным приборам для измерения толщины или поверхностной плотности материала или его покрытия.

Известен радиоизотопный толщиномер покрытий выборочного контроля РТВК-2К ТУ 95.1368-85 [1, 2], который содержит измерительный преобразователь, последовательно соединенные генератор импульсов, первый счетчик импульсов и первый триггер, второй и третий счетчики импульсов, второй триггер, пусковую кнопку, соединенную с входом сброса первого счетчика импульсов первого и второго триггеров и входом установки второго счетчика импульсов, три элемента И, два переключателя и элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами второго счетчика импульсов, а выход соединен с входом установки второго триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элемента И, выходы которых соединены соответственно с входом сложения и вычитания второго счетчика импульсов, первые входы первого и второго элемента И объединены и через третий элемент И и третий счетчик импульсов соединены с выходом измерительного преобразователя, а второй выход третьего элемента И соединен с инверсным выходом первого триггера.

Известен радиоизотопный толщиномер, содержащий коллимированный источник ионизирующего излучения, блок детектирования, связанный с ним через первый ключ, первый счетчик, генератор, соединенный с ним через второй ключ, второй счетчик, блок управления, выходы которого поключены к управляющим входам обоих ключей и управляющим входам обоих счетчиков, блок вывода и блок задания экспозиции, выход которого подключен к управляющему входу первого счетчика, который снабжен блоком задания коэффициентов, последовательно соединенными устройством ввода и вычислительным устройством, второй вход которого соединен с блоком управления, а выходы соединены с блоком задания экспозиции, блоком управления и блоком вывода, один из выходов блока управления соединен с управляющим входом устройства ввода, остальные входы которого подключены к выходам второго счетчика и блока задания коэффициентов, первый счетчик выполнен перестраиваемым [3], в котором калибровочная кривая зависимости числа зарегистрированных импульсов от толщины измеряемых пластин описывается полиномом третьей степени, коэффициенты которого определяются при калибровке толщиномера.

Однако этот толщиномер предназначен для измерения толщины пластин методом просвечивания, когда градуировочная характеристика имеет экспоненциально убывающий характер.

Известен также выбранный в качестве прототипа радиоизотопный толщиномер покрытий [4], содержащий последовательно соединенные измерительный преобразователь, измеритель средней частоты импульсов, состоящий из последовательно соединенных генератора импульсов, счетчика времени измерения и дешифратора, первого и второго элементов И, первые входы которых соединены с выходом измерительного преобразователя, реверсивного счетчика импульсов, задатчика, триггера, двух одновибраторов и элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ, выходы задатчика соединены с входами установки реверсивного счетчика импульсов, вход синхронизации установки которого соединен с вторым входом триггера, входом установки счетчика времени измерения и через второй одновибратор соединен с входом синхронизации измерителя средней частоты импульсов, выход которого через первый одновибратор соединен с выходом дешифратора и входами управления счетчика времени измерения и реверсивного счетчика импульсов, умножитель, вычитатель, делитель, индикатор, мультиплексор, одновибратор, первый и второй задатчики калибровочных констант, выходы которых соединены соответственно с первыми входами умножителя и вычитателя, вторые входы которых соединены с выходами измерителя средней частоты импульсов, выходы умножителя соединены с первыми входами делителя и вторыми входами мультиплексора, выходы вычитателя соединены с вторыми входами делителя, вход разрешения которого соединен с выходом одновибратора, входом записи индикатора и входом синхронизации измерителя средней частоты импульсов, выход окончания цикла которого соединен с входом одновибратора и входом разрешения умножителя, выходы делителя соединены с первыми входами мультиплексора, вход управления которого соединен с резистором и переключателем, соединенными последовательно между шиной питания и корпусом, выходы мультиплексора соединены с входами индикатора.

Однако этот толщиномер имеет тот недостаток, что при переходе с измерения при экспоненциальной градуировочной зависимости измерительного преобразователя на прямую необходимо кроме установки новых элементов калибровочных констант еще и переключить переключатель, связанный с входом управления мультиплексора, что создает неудобство при полуавтоматической калибровке толщиномера и усложняет работу обслуживающего персонала, так как если только изменить калибровочные константы, но забыть переключить переключатель, то будет получен неправильный результат измерения.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение калибровки толщиномера.

Поставленная задача достигается тем, что в радиоизотопный толщиномер, содержащий последовательно соединенные измерительный преобразователь и измеритель средней частоты импульсов, одновибратор, индикатор, умножитель, вычитатель, делитель, выходы которого соединены с входами индикатора, вход записи которого соединен с выходом одновибратора, входом управления делителя и входом синхронизации измерителя средней частоты импульсов, выход которого соединен с входом одновибратора и входом управления умножителя, мультиплексор, первый и второй задатчики, выходы которых соединены соответственно с первыми входами умножителя и вычитателя, вторые входы которых соединены с выходом измерителя средней частоты импульсов, снабжен вторым мультиплексором и элементом ИЛИ, выход которого соединен с входами управления первого и второго мультиплексора, первые входы которых соединены соответственно с выходами вычитателя и умножителя, выход измерителя средней частоты импульсов соединен с вторыми входами второго мультиплексора, выходы которого соединены с первыми входами делителя, вторые входы которого соединены с выходом первого мультиплексора, вторые входы которого соединены с выходами первого задатчика, входы элемента ИЛИ соединены с выходами второго задатчика.

На чертеже приведена функциональная схема толщиномера.

Радиоизотопный толщиномер содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь 1 и измеритель 2 средней частоты импульсов, одновибратор 3, индикатор 4, умножитель 5, вычитатель 6, делитель 7, первый мультиплексор 8, первый 9 и второй 10 задатчики калибровочных констант, второй мультиплексор 11 и элемент 12 ИЛИ.

Выход окончания цикла измерителя 2 средней частоты импульсов соединен с входом управления умножителя 5 и входом одновибратора 3, выход которого соединен с входом управления делителя 7, входом записи индикатора 4 и входом синхронизации измерителя 2 средней частоты импульсов, выходы которого соединены с вторыми входами умножителя 5, вычитателя 6 и второго мультиплексора 11, выходы которого соединены с первыми входами делителя 7, выходы которого соединены с входами индикатора 4, выходы первого задатчика 9 соединены с первыми входами умножителя 5 и вторыми входами первого мультиплексора 8, выходы которого соединены с вторыми входами делителя 7, выходы второго задатчика 10 соединены с первыми входами вычитателя 6 и входами элемента 12 ИЛИ, выход которого соединен с входами управления первого 8 и второго 11 мультиплексоров, первые входы которых соответственно соединены с выходами вычитателя 6 и умножителя 5.

Радиоизотопный толщиномер работает следующим образом.

Измерительный преобразователь 1, содержащий источник, ионизирующее излучение которого взаимодействует с объектом измерения, преобразует измеряемую величину, например толщину покрытия, в радиоизотопный сигнал, который при помощи детектирующего преобразования преобразуется в серию импульсов со статистическим распределением во времени по закону Пуассона, информативным параметром которых является их средняя частота которая имеет экспоненциально возрастающую

или экспоненциально убывающую

зависимость от измеряемого параметра х,
где А, а - коэффициенты;
среднее число импульсов при нулевом и бесконечном значении измеряемого параметра.

При наличии фильтрации излучения в измерительном преобразователе 1, на его выходе в диапазоне от 0 до 0,3 от А может быть линейно возрастающая или линейно убывающая зависимость

Импульсы с выхода измерительного преобразователя 1 подаются на счетный вход измерителя 2 средней частоты импульсов, в котором после окончания цикла измерения, когда на его выходе окончания цикла появляется сигнал единичного уровня, на выходе разрядов будет код числа нормированного сигнала

где T - время измерения;
N₀ - число, установленное в задатчике измерителя 2 средней частоты импульсов.

Сигнал с выхода измерителя 2 средней частоты импульсов запускает умножитель 5, на выходе которого через время, необходимое для выполнения операции умножения, появляется результат умножения числа (4) на число C, установленного в задатчике 9. Одновременно на выходе вычитателя 6 имеется код числа разности числа, установленного в задатчике 10, и числа (4). Длительность импульса на выходе окончания цикла измерителя 2 средней частоты должна быть больше, чем максимальное время умножения, после окончания этого импульса запускается одновибратор 3, сигнал с выхода которого запускает делитель 7. Если во втором задатчике 10 записано число не равное нулю, то на выходе элемента 12 ИЛИ имеется сигнал единичного уровня и мультиплексоры 8 и 11 пропускают на выходы сигналы с их первых входов, и после выполнения операции деления на индикатор 4 подается код результата измерения

где C - число, записанное в задатчике 9;
B - число, записанное в задатчике 10.

При окончании импульса на выходе одновибратора 3 этот результат записывается в индикатор 4 и запускается новый цикл измерения измерителя 2 средней частоты импульсов.

Если B = 0, то на выходе элемента 12 ИЛИ имеется сигнал нулевого уровня и мультиплексоры 8 и 11 пропускают на выход сигналы с их вторых входов, при этом результат измерения

Если код числа (3) через второй мультиплексор 11 подключить ко входу делителя 7 со сдвигом на определенное количество двоичных разрядов, например, при i = 12 результат (6) будет умножен на 4096, что позволяет упростить толщиномер, поскольку все числа N, C, B могут быть целыми, например, в диапазоне 0 - 65535.

Результат измерения толщиномера (5) описывается монотонно возрастающей зависимостью от измеряемого параметра, имеющей точку перегиба, вокруг которой она мало отличается от прямой.

Для калибровки толщиномера в экспоненциальном диапазоне необходимо использовать три меры со значениями 0, X₁, X₂, где
X₂ = 2X₁ (7)
и по (3) определить соответствующие им значения N₁ и N₂.

В задатчике 10 установить

а в задатчике 9

При калибровке на линейном участке необходимо использовать две меры со значениями 0, X₁ и в задатчике 10 установить
B = 0 (10)
и в задатчике 9

Предложенное техническое решение позволяет упростить калибровку и обслуживание толщиномера, так как необходимо только задать две калибровочные константы, что одновременно обеспечивает и выбор вида градуировочной зависимости, экспоненциальной или линейной, а также упрощает выполнение умножителя и делителя, поскольку приходится оперировать только с целыми числами.

Изобретение используется в радиоизотопных приборах неразрушающего контроля и позволяет упростить его калибровку за счет снабжения толщиномера, содержащего измерительный преобразователь, измеритель средней частоты, одновибратор, индикатор, умножитель, вычитатель, делитель, мультиплексор, первый и второй задатчики, вторым мультиплексором и элементом ИЛИ. Это позволяет упростить калибровку толщиномера. 1 ил.

Радиоизотопный толщиномер, содержащий последовательно соединенные измерительный преобразователь и измеритель средней частоты импульсов, одновибратор, индикатор, умножитель, вычитатель, делитель, выходы которого соединены с входами индикатора, вход записи которого соединен с выходом одновибратора, входом управления делителя и входом синхронизации измерителя средней частоты импульсов, выход которого соединен с входом одновибратора и входом управления умножителя, мультиплексор, первый и второй задатчики, выходы которых соединены соответственно с первыми входами умножителя и вычитателя, вторые входы которых соединены с выходом измерителя средней частоты импульсов, отличающийся тем, что, с целью упрощения калибровки, он снабжен вторым мультиплексором и элементом ИЛИ, выход которого соединен с входами управления первого и второго мультиплексоров, первые входы которых соединены соответственно с выходами вычитателя и умножителя, выход измерителя средней частоты импульсов соединен с вторыми входами второго мультиплексора, выходы которого соединены с первыми входами делителя, вторые входы которого соединены с выходом первого мультиплексора, вторые входы которого соединены с выходами первого задатчика, выходы элемента ИЛИ соединены с выходами второго задатчика.