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, который выполнен по а.с. СССР N 1083729, кл. G 01 B 15/02 и а. с. СССР N 849090, кл. G 01 R 23/02 и 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 со 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 соединен 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 подключены к управляющим входам обоих ключей и управляющим входом 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 (а.с. СССР N 1301089, кл. G 01 B 15/02), 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 полщиномер покрытий по заявке N 4854710/28 с положительным решением от 28.01.91, содержащий последовательно соединенные измерительный преобразователь и 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 и элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно со вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с входом 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 со вторым входом триггера, входом установки счетчика времени измерения и входом синхронизации измерителя средней частоты импульсов, выход окончания цикла которого соединен с выходом дешифратора и входами управления счетчика времени измерения и реверсивного счетчика импульсов, блок управления, состоящий из последовательно соединенных одновибраторов, индикатор, состоящий из последовательно соединенных регистра, дешифратора и цифрового индикатора, линеаризатор, состоящий из умножителя, вычитателя, делителя, мультиплексора, элемента ИЛИ и первого и второго одновибраторов, выход которого соединен с входом управления делителя, первые входы которого соединены с выходами умножителя и вторыми входами мультиплексора, первые входы которого соединены с входами делителя, вторые входы которого соединены с выходами вычитателя, первые входы которого соединены с входами элемента ИЛИ и вторыми входами линеаризатора, первые входы которого соединены с первыми входами умножителя, вход разрешения которого соединен с входом второго и выходом первого одновибратора, вход которого является входом управления линеаризатора, третьи входы которого соединены со вторыми входами умножителя и вычитателя, выходы мультиплексора являются выходами линеаризатора, сумматор, вычитатель, первый и второй мультиплексор, первый и второй управляемые задатчики калибровочных констант, состоящие из двух задатчиков калибровочных констант и мультиплексора, первые и вторые входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго задатчиков, а вход управления и выходы мультиплексора являются соответственно входами управления и выходами управляемых задатчиков калибровочных констант, цифровой компаратор, первый и второй задатчики калибровочных констант, выход которого соединен со вторыми входами цифрового компаратора и вычитателя, первые входы которых соединены с выходами измерителя средней частоты и вторыми входами второго мультиплексора, первые входы которого соединены с выходами вычитателя, выходы сумматора соединены с первыми входами первого мультиплексора, выходы которого соединены с входом устройства отсчета, выходы линеаризатора соединены со вторыми входами первого мультиплексора, вход управления которого соединен с входом управления второго мультиплексора и выходом цифрового компаратора, первые входы сумматора соединены с выходами первого задатчика калибровочной константы.

Однако этот толщиномер имеет тот недостаток, что необходимо хранить 6 - 8 калибровочных констант для каждой из 8 - 10 градуировочных зависимостей толщиномера.

Целью изобретения является уменьшение количества необходимых констант толщиномера без увеличения погрешности толщиномера и сокращение объема памяти до одновременного хранения калибровочных констант для 8 - 10 градуировочных зависимостей толщиномера.

Поставленная цель достигается тем, что в радиоизотопный толщиномер, содержащий последовательно соединенные измерительный преобразователь и измеритель средней частоты импульсов, блок управления, индикатор, вход записи которого соединен с первым выходом блока управления и входом управления измерителя средней частоты импульсов, выход окончания цикла которого соединен с первым входом блока управления, линеаризатор, сумматор, вычитатель, первый и второй мультиплексоры, управляемый задатчик калибровочных констант, первый и второй задатчики калибровочных констант, выход которого соединен со вторыми входами вычитателя, первые входы которого соединены с выходами измерителя средней частоты импульсов и вторыми входами второго мультиплексора, первые входы которого соединены с выходами вычитателя, выходы сумматора соединены с первыми входами первого мультиплексора, выходы которого соединены с входами индикатора, выходы линеаризатора соединены со вторыми входами первого мультиплексора, вход управления которого соединен с входом управления второго мультипрексора и выходом заема вычитателя, выходы управляемого задатчика калибровочных констант соединены со вторыми входами линеаризатора, первые входы которого соединены с выходами первого задатчика калибровочных констант, вход управления линеаризатора соединен со вторым выходом блока управления снабжен третьим мультиплексором и регистром, выход которого соединен со вторыми входами сумматора, первые входы которого соединены с выходами линеаризатора и входами регистра, вход записи которого соединен с входом управления третьего мультиплексора и с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с входом управляемого задатчика калибровочных констант, выходы третьего мультиплексора соединены с третьими входами линеаризатора, выходы второго мультиплексора соединены с первыми входами третьего мультиплексора, вторые входы которого соединены со вторыми входами вычитателя, выход заема которого соединен со вторым входом блока управления.

На чертеже фиг. 1 приведена функциональная схема толщиномера; на фиг. 2 приведен вариант выполнения измерителя средней частоты импульсов; на фиг. 3 - вариант выполнения блока управления; на фиг. 4 - временная диаграмма его работы.

Радиоизотопный толщиномер содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь 1 и измеритель 2 средней частоты импульсов, блок 3 управления, индикатор 4, линеаризатор 5, сумматор 6, вычитатель 7, первый 8, второй 9 мультиплексоры, управляемый задатчик 10 калибровочных констант, первый 11 и второй 12 задатчики калибровочных констант, третий мультиплексор 13 и регистр 14.

Выход окончания цикла измерителя 2 средней частоты импульсов соединен с первым входом блока 3 управления, первый выход которого соединен с входом записи индикатора 4 и входом синхронизации измерителя 2 средней частоты импульсов, выходы которого соединены с первыми входами вычитателя 7 и вторыми входами второго мультиплексора 9, первые входы которого соединены с выходами вычитателя 7, вторые входы которого соединены с выходами второго задатчика 12 калибровочных констант и вторыми входами третьего мультиплексора 13, первые входы которого соединены с выходами второго мультиплексора 9, вход управления которого соединен с выходом заема вычитателя 7, входом управления первого мультиплексора 8 и вторым входом блока 3 управления, второй выход которого соединен с входом управления линеаризатора 5, выходы которого соединены с первыми входами сумматора 6, входами регистра 14 и вторым входом первого мультиплексора 8, первые входы которого соединены с выходами сумматора 6, вторые входы которого соединены с выходами регистра 14, вход которого соединен с входом управления третьего мультиплексора 13 и с третьим выходом блока 3 управления, четвертый выход которого соединен с входом управляемого задатчика 10 калибровочных констант, выходы которого соединены со вторыми выходами линеаризатора 5, первые входы которого соединены с выходами первого задатчика 11 калибровочных констант, выходы первого мультиплексора 8 соединены с входами индикатора 4, выходы третьего мультиплексора 13 соединены с третьими входами линеаризатора 5.

Приведенный на фиг. 2 вариант выполнения измерителя 2 средней частоты импульсов содержит последовательно соединенные генератор 15 импульсов, счетчик 16 времени измерения, элемент 17 ИЛИ, первый 18, второй 19, третий 20 одновибраторы и триггер 21, измерительный счетчик 22, вход которого является входом измерителя 2 средней частоты импульсов, выход окончания цикла которого соединен с выходом триггера 21, выход элемента 17 ИЛИ соединен с входами управления счетом счетчика 16 времени измерения и измерительного счетчика 22, первый 23 и второй 24 делители, вычитатель 25, умножитель 26, первый 27, второй 28, третий 29 и четвертый 30 задатчики, выходы второго 28, третьего 29 и четвертого 30 задатчика соединены соответственно со вторыми входами вычитателя 25, умножителя 26 и второго делителя 24, выходы которого являются выходами измерителя 2 средней частоты импульсов, вход синхронизации которого соединен со вторым входом триггера 21 и входом синхронизации установки счетчика 16 времени измерения, входы установки которого соединены с выходами первого задатчика 27 и вторыми входами первого делителя 23, первые входы которого соединены с выходами измерительного счетчика 22, выход первого одновибратора 18 соединен с входом управления первого делителя 23, выходы которого соединены с первыми входами вычитателя 25, выходы которого соединены с первыми входами умножителя 26, выходы которого соединены с первыми входами второго делителя 24, вход управления которого соединен с выходом третьего одновибратора 20, вход которого соединен с входом управления умножителя 26.

Приведенный на фиг. 3 вариант выполнения блока 3 управления содержит первый 31, второй 32, третий 33 и четвертый 34 одновибраторы, первый 35 и второй 36 элементы И, элементы 37 ИЛИ и триггер 38, D-вход которого является вторым входом блока 3 управления, первый вход которого соединен с входом первого одновибратора 31 и входом синхронизации триггера 38, выход которого соединен с первым входом первого элемента 35 И, выход которого через четвертый одновибратор 34 соединен с первым выходом блока 3 управления, второй выход которого соединен с выходом элемента 37 ИЛИ, вторым входом первого элемента 35 И и через второй одновибратор 32 соединен с первым входом второго элемента 36 И, выход которого с входом третьего одновибратора 33, выход которого соединен с первым входом элемента 37 ИЛИ, входом установки триггера 38, и третьим выходом блока 3 управления, четвертый выход которого соединен со вторым входом второго элемента 36 И и инверсным выходом триггера 38, второй вход элемента 37 ИЛИ соединен с выходом первого одновибратора 31.

Толщиномер работает следующим образом.

Измерительный преобразователь 1, содержащий источник ионизирующего излучения преобразует измеряемую величину, например, толщину покрытия в радиационный сигнал, который при помощи детектирующего преобразования преобразуется в серию импульсов со статистическим распределением во времени по закону Пуаyсона, информативным параметром которого является их средняя частота. Импульсы с выхода измерительного преобразователя 1 подаются на счетный вход измерителя 2 средней частоты импульсов. Средняя частота импульсов на выходе измерительного преобразователя имеет экспоненциально возрастающую

или экспоненциально убывающую

зависимость от измеряемого параметра - х
где
A, a - коэффициенты;
- средние частоты импульсов при нулевом или бесконечно большом значении измеряемого параметра.

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

Если измеритель 2 средней частоты импульсов выполнен по п. 2 формулы, то перед началом цикла измерения на его вход синхронизации подается сигнал, который установит триггер 21 в единичное состояние и объем счета счетчика 16 времени измерения на объем счета, задаваемый от задатчика 27 времени измерения, при этом сигнал на выходе элемента 17 ИЛИ разрешает счет измерительного счетчика 22 и счетчика 16 времени измерения, на счетный вход которого подаются импульсы с выхода генератора 15 импульсов со стабильной частотой.

Начинается цикл измерения, во время которого в измерительном счетчике 22 накапливаются импульсы, поступающие с выхода измерительного преобразователя 1. По истечении установленного времени измерения счетчик 16 времени измерения окажется в нулевом состоянии и на выходе элемента 17 ИЛИ появляется сигнал нулевого уровня, который запрещает счет импульсов в измерительный счетчик 22 и счетчик 16 времени измерения и запускает первый одновибратор 18, сигнал с выхода которого приложен ко входу управления первого делителя 23. Через время, необходимое для выполнения операции деления, на выходе первого делителя 23 будет результат деления.

Длительность импульсов первого одновибратора 18 должна быть больше или равной максимальному времени выполнения операции деления делителя 23 и вычитания вычитателя 25. После окончания импульса на выходе первого одновибратора 18 запускается второй одновибратор 19, сигнал с выхода которого запускает умножитель 26. После окончания импульса на выходе второго одновибратора 19 запускается третий одновибратор 20, сигнал с выхода которого запускает второй делитель 24. После выполнения операции деления, вычитания, умножения и деления на выходе второго делителя 24 имеется код числа

где
T - время измерения;
N, L и K - константы, записанные в задатчиках 28, 29 и 30 соответственно.

Если установить, например, L = 1 или 10 000, а


то в конце цикла измерения на выходе измерителя 2 средней частоты импульсов с учетом (1) или (2) получаем нормированный сигнал, который при L = 1 равен
R = (1-e^-ax) (7)
который при измерении измеряемого параметра Х от 0 до бесконечности изменяется в пределах от 0 до 1 или до 10 000, если L = 10 000, что позволяет упростить делители и умножители.

Код числа (7) сравнивается в вычитателе 7 с числом - М, записанным в задатчике 12.

Если R < М, (8)
то появляется сигнал единичного уровня на выходе заема вычитателя 7, который приложен ко второму входу блока 3 управления и ко входам управления первого 8 и второго 9 мультиплексоров, переключает их вторые входы на выход.

После окончания импульса на выходе третьего одновибратора 20 триггер 31 переходит в нулевое состояние, и сигнал нулевого уровня с его выхода запускает блок 3 управления, в котором триггер 38 остается в единичном состоянии, а на выходе первого одновибратора 31 появляется сигнал, который проходит через элемент 37 ИЛИ, и через второй выход блока 3 управления приложен к входу управления линеаризатора (фиг. 4 в). Сигнал на четвертом выходе блока 3 управления (фиг. 4 и) имеет нулевой уровень, то код числа (7) через второй 9 и третий 13 мультиплексоры приложен к третьим входам линеаризатора 5, на выходе которого появляется код числа

где
C и B - коды чисел, записанных соответственно в первом задатчике II и управляемом задатчике 10 калибровочных констант при сигнале нулевого уровня на входе управления задатчика 10. Код этого числа через первый мультиплексор 8 подается на индикатор 4.

После окончания импульса на втором выходе блока 3 управления через первый элемент 35 И запускается четвертый одновибратор 34, сигнал с выхода которого перепишет результат измерения в индикатор 4 и запускает следующий цикл измерения измерителя 2 средней частоты импульсов.

Если код числа на выходе измерителя 2 средней частоты
R > М (10)
то сигнал на выходе заема вычитателя 7 имеет нулевой уровень, который переключает первый 8 и второй 9 мультиплексоры так, чтобы их первые входы были соединены с выходом. Поскольку к D-входу триггера 38 приложен сигнал нулевого уровня, то при запуске 3 управления его триггер 38 переходит в нулевое состояние (фиг. 4 и) и запускает первый одновибратор 31, сигнал с выхода которого проходит через элемент 37 ИЛИ и второй выход блока 3 к входу управления линеаризатора 5, к третьему входу которого приложен код числа с выхода вычитателя 7
P = R - M
Через время, необходимое для вычисления, на выходе линеаризатора появляется код числа

или для устройства по п. 4

Во время действия первого импульса на втором выходе блока 3 (фиг. 4 в) имеется сигнал единичного уровня на его четвертом выходе (фиг. 4 и), который переключает управляемые задатчики 10 и 11 для вывода вторых коэффициентов - D и E.

После окончания импульса на втором выходе блока 3 управления запускается второй одновибратор 32, импульс, с выхода которого проходит через второй элемент 36 И, запускает третий одновибратор 33, выходной сигнал которого (фиг. 4 з). Через третий выход блока 3 управления подается к входу управления третьего мультиплексора 13 и к входу записи регистра 14, в котором сохраняется результат (12) и (13).

Сигнал с выхода третьего одновибратора 33 установит триггер 38 и единичное состояние проходит через элемент 37 ИЛИ на второй выход блока 3 управления и вновь запускает линеаризатор 5, к третьему входу которого приложен код числа с выхода второго задатчика 12. Через время, необходимое для вычисления, на выходе линеаризатора появляется код числа

Сумматор 6 суммирует коды чисел (13) и (14) (или (12)) и через первый мультиплексор 8 подает на вход индикатора 4. Результат измерения

Если В = 0 и E = 0, что имеет место при линейной градуировочной зависимости (3), результат измерения будет
Z = D • P + C • M (16)
Если градуировочная зависимость толщиномера хорошо описывается экспоненциальными зависимостями типа (1) или (2), то C = D и в (15) вместо Z₂ по (13) может быть взят Z₂ по (12).

Техническое решение позволяет задать на одну или две (если D = C) градуировочные константы меньше, чем у прототипа, что позволяет уменьшить объем памяти для хранения калибровочных констант, особенно, если необходимо одновременно хранить калибровочные константы для 8 - 10 градуировочных зависимостей измерительного преобразователя, каждая из которых может содержать один линейно или экспоненциально возрастающий или убывающий участок или может быть разбит на два отдельных участка; два прямых, прямой и экспоненциальный, экспоненциальный и прямой или два экспоненциальных.

Изобретение используется в радиоизотопных приборах неразрушающего контроля и позволяет уменьшить количество необходимых калибровочных констант за счет снабжения толщиномера, содержащего измерительный преобразователь, измеритель средней частоты импульсов, блок управления, индикатор, линеаризатор, сумматор, вычитатель, первый и второй мультипликаторы, управляемый задатчик, первый и второй задатчик, третьим мультиплекатором и регистром. Это позволяет уменьшить количество заявляемых калибровочных констант без увеличения погрешности калибровки толщиномера. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Радиоизотопный толщиномер, содержащий последовательно соединенные измерительный преобразователь средней частоты импульсов, блок управления, индикатор, вход записи которого соединен с первым выходом блока управления и входом управления измерителя средней частоты импульсов, выход которого соединен с первым входом блока управления, линеаризатор, сумматор, вычитатель, первый и второй мультиплексоры, управляемый задатчик калибровочных констант, первый и второй задатчики калибровочных констант, выход которого соединен с вторыми входами вычитателя, первые входы которого соединены с выходами измерителя средней частоты импульсов и вторыми входами второго мультиплексора, первые входы которого соединены с выходами вычитателя, выходы сумматора соединены с первыми входами первого мультиплексора, выходы которого соединены с входами индикатора, выходы линеаризатора соединены с вторыми входами первого мультиплексора, вход управления которого соединен с входом управления второго мультиплексора и выходом заема вычитателя, выходы управляемого задатчика калибровочных констант соединены с вторыми входами линеаризатора, первые входы которого соединены с выходами первого задатчика калибровочных констант, вход управления линеаризатора соединен с вторым выходом блока управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества задаваемых калибровочных констант, он снабжен третьим мультиплексором и регистром, выходы которого соединены с вторыми входами сумматора, первые входы которого соединены с выходами линеаризатора и входами регистра, вход записи которого соединен с входом управления третьего мультиплексора и с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с входом управляемого задатчика калибровочных констант, выходы третьего мультиплексора соединены с третьими входами линеаризатора, выходы второго мультиплексора - с первыми входами третьего мультиплексора, вторые входы которого соединены с вторыми входами вычитателя, выход заема которого соединен с вторым входом блока управления. 2. Толщиномер по п.1, отличающийся тем, что измеритель средней частоты импульсов содержит последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик времени измерения, элемент ИЛИ, первый, второй и третий одновибраторы и триггер, измерительный счетчик, вход которого является входом измерителя средней частоты импульсов, выход окончания цикла которого соединен с выходом триггера, выход элемента ИЛИ соединен с входом разрешения счета счетчика времени измерения и измерительного счетчика, первый и второй делители, вычитатель, умножитель, первый - четвертый задатчики, выходы второго, третьего и четвертого задатчиков соединены соответственно с вторыми входами вычитателя, умножителя и второго делителя, выходы которого являются выходами измерителя средней частоты импульсов, вход синхронизации которого соединен с вторым входом триггера и входами синхронизации счетчика времени измерения, входы установки которого соединены с выходами первого задатчика и вторыми входами первого делителя, первые входы которого соединены с входами измерительного счетчика, выход первого одновибратора соединен с входом управления первого делителя, выходы которого соединены с первыми входами вычитателя, выходы которого соединены с первыми входами умножителя, выходы которого соединены с первыми входами второго делителя, вход управления которого соединен с выходом третьего одновибратора, вход которого соединен с входом управления умножителя. 3. Толщиномер по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит первый - четвертый одновибраторы, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и триггер, D-вход которого является вторым входом блока управления, первый вход которого соединен с входом первого одновибратора и входом синхронизации триггера, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого через четвертый одновибратор соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, вторым входом первого элемента И и через второй одновибратор с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом третьего одновибратора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, входом установки триггера и третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и инверсным выходом триггера, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого одновибратора. 4. Толщиномер по п. 1, отличающийся тем, что первый задатчик калибровочных констант выполнен управляемым и его вход управления соединен с четвертым выходом блока управления.