РАДИАЦИОННЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ИНТРОВИБРОВИЗОР Российский патент 2000 года по МПК G01N23/18 G01N23/04 

Изобретение относится к области радиационной интроскопии и предназначается для исследования вибропроцессов в непрозрачных объектах методами радиационной интроскопии. Известно устройство для радиационной интроскопии методом вычислительной томографии, в котором реализуется многоугловое сканирование объекта узкоколлимированным пучком рентгеновского излучения с получением наборов измерительных данных, по которым ЭВМ производит восстановление изображения контролируемого слоя объекта /1/.

Также известно устройство для радиационной интроскопии объектов, содержащее рентгеновский излучатель, детектор излучения, держатель исследуемого объекта, средства сканирования объекта узким пучком рентгеновского излучения, формируемым вращающимся и неподвижным щелевыми коллиматорами, подключенный к детектору блок памяти и видеоконтрольное устройство на его выходе /2/.

Известные устройства, ряд признаков которых использован в заявляемом изобретении, не пригодны для исследования объектов, находящихся в состоянии вибрации, в плане определения параметров вибрации этих объектов и нахождения тех механических характеристик объектов, которые задают характер вибрации объектов в целом и их составных частей.

Известны методы и устройства виброметрии объектов, например, с применением оптических средств, основанные на взаимодействии светового пучка с колеблющейся поверхностью исследуемого объекта /3/.

Известные методы и устройства виброметрии пригодны для исследования вибрации только в оптически или механически доступных местах объектов, т.е. внешних поверхностях или доступных внутренних компонентах объектов.

Однако ни одно из известных устройств не позволяет решить задачу виброинтроскопии объектов, т. е. задачу получения картины распределения параметров вибрации элементов этих объектов и механических характеристик, которые задают характер вибрации объектов в целом и их составных частей, вне зависимости от их оптической прозрачности или механической доступности с использованием средств радиационной интроскопии.

Задача изобретения заключается в создании устройства для радиационной виброинтроскопии объектов - радиационного вычислительного интровибровизора (далее устройство), обеспечивающего возможность получения и анализа картины распределения параметров вибрации элементов любых объектов, имеющих границы раздела со средами, отличающимися от них по коэффициенту поглощения используемого проникающего излучения, или поверхность раздела между материалами с различными коэффициентами поглощения, вне зависимости от их оптической прозрачности или механической доступности с использованием средств радиационной интроскопии.

Согласно изобретению поставленная задача решается тем, что радиационный вычислительный интровибровизор содержит источник проникающего излучения, средства сканирования исследуемого вибрирующего объекта узкоколлимированным пучком проникающего излучения, детектор излучения, синхронный детектор, настроенный на частоту вибрации исследуемого объекта, два блока памяти с информационным и координатным входом каждый, арифметический блок, причем информационный вход первого блока памяти связан с выходом детектора непосредственно, а вход второго блока памяти - через синхронный детектор, координатные входы блоков памяти соединен с выходами средств сканирования, выходы блоков памяти подключены к видеоконтрольному устройству через арифметический блок.

Принцип действия устройства основан на выявлении в регистрируемом детектором излучения сигнале составляющей на частоте вибрации исследуемого объекта (далее кратко - "вибросигнал"). Такой вибросигнал на выходе детектора излучения появляется при прохождении зондирующего узкоколлимированного пучка вдоль колеблющейся границы или поверхности раздела сред с различными коэффициентами поглощения проникающего излучения, а также при пересечении пучком элементов конструкции с изменяющимися вдоль пучка размерами и направлением колебаний поперечно пучку.

Наличие средств относительного сканирования пучка и объекта позволяет осуществить просвечивание объектов с различных направлений и наиболее полным образом выявить картину внутренних вибраций.

Измерение средней составляющей регистрируемого детектором сигнала (далее кратко - "постоянный сигнал") позволяет построить обычное рентгеновское изображение исследуемого объекта на просвет так же, как это делается в известном устройстве /2/.

Сущность изобретения поясняет чертеж, на котором приведена схема радиационного вычислительного интровибровизора (далее устройство).

Устройство содержит источник проникающего излучения, например рентгеновский излучатель 1 с плоским коническим коллиматром 2 для формирования веерного пучка рентгеновского излучения. Перед выходным отверстием конического коллиматора 2 располагается участок вращающегося коллиматора 3 в виде обруча с равномерно распределенными по его окружности коллимационными отверстиями, приводимого во вращение посредством привода 4. Виброплатформа 5, являющаяся держателем исследуемого объекта 6, связана с виброгенератором 7. Виброплатформа 5 и виброгенератор 7, представляющие собой единый конструкционный узел, на чертеже показаны раздельно для простоты представления. Наряду с виброгенератором 7 могут использоваться вибровозбудители, устанавливаемые непосредственно на исследуемом объекте 6.

Виброплатформа 5 в качестве держателя объекта 6 связана с приводом 8 поворота, а также приводом 9 подъема и опускания.

Привод 8 поворота обеспечивает возможность получения разноракурсной информации.

Привод 9 подъема и опускания виброплатформы 5 обеспечивает просвечивание объекта 6 на различных уровнях.

По умолчанию предполагается, что все названные действующие элементы 4, 6, 7, 8, 9 устройства имеют дистанционное управление и могут управляться оператором вручную или в автоматическом режиме, подобно тому, как это делается в рентгеновских установках, например дифрактометрах и испытательных вибростендах, если в описании изобретения не оговорено иное.

Вышеописанное средство сканирования исследуемого объекта узкоколлимированным пучком проникающего излучения является одним из многих известных технических решений этого назначения, которые реализованы в медицинских и технических томографах и могут быть использованы при конструировании радиационного вычислительного интровибровизора. Поэтому оно не является отличительным аспектом настоящего изобретения.

Детектор 10 рентгеновского излучения интегрального типа (без координатного разрешения) охватывает угловой диапазон сканирования узкоколлимированного пучка формируемого вращающимся коллиматором 3 из веерного пучка за коническим коллиматром 2. Естественно, что можно использовать и координатно-чувствительный детектор. В этом случае координатный сигнал для углового положения пучка снимается с этого детектора, а не с привода 4 вращения коллиматора 3.

Подразумевается, что детектор 10 содержит необходимые предусилительные и усилительные средства.

На выходе детектора 10 имеются два канала регистрации.

Канал регистрации переменной составляющей содержит синхронный детектор 11 и включенный на его выходе блок памяти 12.

Выход блока памяти 12 подключен к видеоконтрольному устройству (далее ВКУ) 14 через арифметический блок 13.

Канал регистрации постоянной составляющей образован блоком памяти 16, вход которого подключен к детектору 10, а выход подключен к ВКУ 14 через арифметический блок 13.

Входы блоков 12 и 16 памяти, подключенные соответственно к синхронному детектору 11 и детектору 10 являются информационными входами. Кроме того, каждый блок 12, 16 памяти имеет три координатные входа, которые подключены соответственно к координатным выходам привода 4 вращения коллиматора 3, привода 8 поворота виброплатформы 5 и привода 9 подъема и опускания виброплатформы 5.

Синхронный детектор 11 соединен с виброгенератором 7 (пунктирная линия) для обеспечения, в случае необходимости, автоматической перестройки синхронного детектора 11 на частоту виброгенератора 7 или ее гармонику.

Естественно, вышеописанная схема измерения с целью повышения ее производительности может быть развита по известному пути использования многих каналов, как это делается в современной вычислительной рентгеновской томографии и радиолокации: множество лучей, множество детекторов, множество синхронных детекторов, каждый со множеством параллельных каналов, настроенных на свою частоту, множество параллельных арифметических блоков и т.п.

Поэтому одноканальность описанной схемы радиационного вычислительного интровибровизора не является отличительным аспектом настоящего изобретения.

Устройство допускает работу в различных режимах в зависимости от характера исследуемого объекта.

Устройство работает следующим образом.

1. Работа устройства при исследовании объекта, имеющего внутренний источник вибрации с широким спектром: виброгенератор 7 может быть не включен.

Объект 6 установлен на (вибро)платформе 5, которая равномерно вращается вокруг своей оси и равномерно поднимается вдоль нее на заданную высоту в пределах вертикального размера объекта 6. Одновременно равномерно вращается коллиматор 3; источник 1 проникающего излучения включен: при этом происходит сканирование объекта 6 узкоколлимированым лучом проникающего излучения в горизонтальной плоскости.

Синхронный детектор 11 настроен на заданную частоту из предполагаемого спектрального диапазона вибраций объекта 6. Информация поступает непрерывно с выхода детектора 10 и синхронного детектора 11 в блоки памяти 16 и 12 соответственно. Одновременно в эти же блоки памяти поступает координатная информация с приводов 4, 8, 9. Далее через арифметический блок 13 соответствующие проекционные данные поступают в ВКУ и отражаются на его экране.

Естественно, приводы 4, 8, 9 могут включаться в различных комбинациях при решении частных задач. Например,
если задействованы только приводы 4, 9, а привод 8 остановлен, то на экране ВКУ можно получить одноракурсную картину распределения зон вибрации в исследуемом объекте 6.

Для измерения спектральных характеристик вибропроцесса вышеупомянутые измерения должны проводиться на различных частотах синхронного детектора 11.

2. Работа устройства при исследовании влияния внешних вибровоздействий на объект 6, имеющий или не имеющий внутренний источник вибраций.

Виброгенератор 7 включен.

Если внешнее вибровоздействие синусоидальное с постоянной или медленно меняющейся частотой, то синхронный детектор 11 может быть синхронизован с виброгенератором 7, на основной частоте или ее гармониках, для этого синхронный детектор 11 соединяется с ним (пунктирная линия), но такая синхронизация нужна не всегда.

Например, она может быть не нужна при шумовом вибровоздействии на объект 6.

Использование арифметического блока 13 между ВКУ 14 и блоками памяти 12, 16 может позволить решать кроме вышеперечисленных более сложные задачи, например вычислять комбинации первичных проекционных данных для построения картин их распределения на экране ВКУ:
глубину модуляции интенсивности пучка (отношение амплитуды вибросигнала к постоянному сигналу) проникающего излучения на выходе объекта 6 на частоте синхронного детектора 11;
ее активную и реактивную составляющие;
спектральную плотность мощности вибросигнала и т.п.;
отношение сигнал/шум для этих величин;
пространственные моды резонансных колебаний;
все эти данные могут быть представлены в функции любой пары из трех изменяющихся в процессе сканирования координат;
по полному набору измеренных данных можно, например, получить любую одноракурсную картину распределения зон вибрации в исследуемом объекте 6;
формирование вибротомограммы объекта. 6.

Эти возможности определяются возможностями арифметического блока 13 и используемого математического обеспечения, не являясь ограничивающим аспектом настоящего изобретения.

Источники информации
1. Патент Великобритания N 1283915, H 5 R, 1972.

2. Клюев В.В. и др. Промышленная радиационная спектроскопия.

3. Патент ФРГ N 2228502, G 01 H 9/00, 1981.

Изобретение относится к области радиационной интроскопии и предназначается для исследования вибропроцессов в непрозрачных объектах методами радиационной интроскопии. Радиационный вычислительный интровибровизор содержит систему сканирования объекта 6, установленного на виброплатформе 5, узкоколлимированным пучком рентгеновского излучения, детектор рентгеновского излучения 10 и включенный на его выходе синхронный детектор 11, настроенный на частоту вибрации или ее гармонику. Сигналы детектора 10 и синхронного детектора 11, а также координатные данные с приводов 4,8,9 системы сканирования записываются в блоки памяти 16 и 12 соответственно и через арифметический блок 13, который может производить арифметическое преобразование этих проекционных данных по заданной программе, поступают на вход видеоконтрольного устройства 14 и отображаются на его экране. Изобретение обеспечивает возможность получения и анализа картины распределения параметров вибрации элементов любых объектов. 1 ил.

Радиационный вычислительный интровибровизор, содержащий источник проникающего излучения, средства сканирования исследуемого вибрирующего объекта узкоколимированным пучком проникающего излучения, детектор излучения, синхронный детектор, настроенный на частоту вибрации исследуемого объекта, два блока памяти с информационным и координатным входами каждый, арифметический блок, причем информационный вход первого блока памяти связан с выходом детектора непосредственно, а вход второго блока памяти - через синхронный детектор, координатные входы блоков памяти соединены с выходами средств сканирования, выходы блоков памяти подключены к видеоконтрольному устройству через арифметический блок.