РЕНТГЕНОВСКИЙ ТОЛЩИНОМЕР Российский патент 2003 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к рентгеновским толщиномерам, и может быть использовано при измерении толщины металлических лент, полос на прокатном стане, а также толщины бумажной, картонной и резиновой лент как в статике, так и динамике.

Известны рентгеновские толщиномеры, содержащие рентгеновский источник излучения, два приемника излучения, между которыми размещено контролируемое изделие, первый и второй усилители, входами соединенные с выходами приемников излучения соответственно, и последовательно соединенные схему обработки и регистратор [SU 718700, G 01 В 15/02, 28.02.1980].

Такие измерители позволяет контролировать толщину изделия в динамике, однако из-за наличия высокочастотной флуктуационной погрешности измерения толщины они не обеспечивает высокую точность контроля.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется рентгеновский толщиномер, содержащий источник излучения, два приемника излучения, между которыми размещено контролируемое изделие, первый и второй усилители и последовательно соединенные схему обработки, представляющую собой вычитатель, сумматор и делитель, блок коррекции, включающий дифференциальную цепочку, третий и четвертый усилители, электронный ключ и второй конденсатор и регистратор [Заявка 2000120378/28, Положительное решение ФИПС от 01.11.01 о выдаче патента].

В блоке коррекции этого толщиномера предусмотрена возможность устранения высокочастотной флуктуационной помехи, что резко повышает точность измерения. Однако диапазон измерения толщины контролируемых изделий ограничен.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в толщиномер, содержащий рентгеновский источник излучения, два приемника излучения, между которыми размещено контролируемое изделие, первый и второй усилители, входами соединенные с выходами приемников излучения соответственно, и последовательно соединенные схему обработки, представляющую собой вычитатель, сумматор и делитель, блок коррекции, включающий дифференциальную цепочку, состоящую из реактивного (первого конденсатора) и активного электрических элементов, третий и четвертый усилители, электронный ключ и второй конденсатор и регистратор, входами схемы обработки, связанными с выходами первого и второго усилителей, являются первые и вторые входы вычитателя и сумматора соответственно, а ее выходом - выход делителя, входами соединенный с выходами вычитателя и сумматора, входом блока коррекции является свободная клемма первого конденсатора, а выходом - выход четвертого усилителя, при этом выход третьего усилителя блока коррекции соединен с входом электронного ключа, первый выход которого подключен к первому входу четвертого усилителя и свободной клемме первого конденсатора, а второй выход связан через второй конденсатор с выходом четвертого усилителя, образуя цепь обратной связи, разрываемой при срабатывании ключа, а вторые входы третьего и четвертого усилителей объединены между собой, образуя "землю", введен блок номинала, при этом активный элемент дифференциальной цепочки выполнен в виде первого и второго последовательно соединенных полевых транзисторов, затворы которых подключены к выходу блока номинала, а сток первого и исток второго полевых транзисторов подключены к первому входу третьего усилителя, общая точка блока номинала и сток второго полевого транзистора соединена с "землей".

Положительным результатом является расширенный диапазон измеряемых толщин листовых изделий за счет задания требуемого значения электрического напряжения на стоке первого и истоке второго транзисторов, что то же самое, - напряжения на первом входе третьего усилителя, путем установления на затворах транзисторов напряжения номинала, пропорционального контролируемой толщине изделия.

На фиг.1 приведена блок-схема рентгеновского измерителя толщины, на фиг. 2 - схема блока коррекции фиг.1.

Он содержит (фиг.1) рентгеновский излучатель 1, первый и второй приемники излучения (ионизационные камеры) 2, 4, между которыми расположено контролируемое изделие (лента, полоса) 3, первый и второй усилители 5 и 6 и последовательно соединенные схема 7 обработки, блок 8 коррекции и регистратор 9.

Схема 7 выполнена в виде вычитателя 10, сумматора 11 и делителя 12. Выход первого приемника 2 излучения связан через первый усилитель 5 с первыми входами вычитателя 10 и сумматора 11, а выход второго приемника 4 излучения связан через второй усилитель 6 с вторыми входами вычитателя 10 и сумматора 11. Выходы вычитателя 10 и сумматора 11 подключены соответственно к первому и второму входам делителя 12, выход которого является выходом схемы 7 обработки.

Блок 8 коррекции (фиг. 2) включает в себя дифференциальную цепочку, состоящую из последовательно соединенных реактивного и активного электрических элементов, при этом реактивный элемент представляет собой первый конденсатор 13, а активный элемент выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго полевых транзисторов 14 и 15, блок 16 номинала напряжения, третий и четвертый усилители 17 и 19, электронный ключ 18 и второй конденсатор 20. Входом блока 8 коррекции является свободная клемма первого конденсатора 13 дифференциальной цепочки и первый вход четвертого усилителя 19, а выходом блока 8 - выход четвертого усилителя 19. Первый вход третьего усилителя 17 соединен со стоком первого и истоком второго полевых транзисторов 14 и 15, выход третьего усилителя 17 подключен к входу электронного ключа 18. Первый выход ключа 18 соединен с первым входом четвертого усилителя 19, а второй выход ключа 18 связан через второй конденсатор 20 с выходом четвертого усилителя 19, образуя обратную отрицательную связь, разрываемую при срабатывании электронного ключа 18. Свободная клемма блока 16 номинала, сток второго полевого транзистора 15, а также вторые входы третьего и четвертого усилителей 17, 19 связаны между собой и образуют общую точку "землю" блока 8 коррекции.

Блок коррекции 8 предназначен для подавления высокочастотной флуктуации рентгеновского излучения не снижая быстродействия толщиномера и расширения диапазона измеряемых толщин, за счет регулирования номинального напряжения управления состоянием активного элемента (напряжения на затворах транзисторов 14 и 15) дифференциальной цепочки.

Параметры дифференциальной цепочки, а также значения номиналов управляющего напряжения, выставляемых на блоке 16 номинала, выбраны такими, чтобы была возможность с высокой точностью и быстродействием измерять любой заданный по программе, например, прокатного стана номинал толщины изделия. Блок 14 номинала представляет собой источник постоянного напряжения, плавно или дискретно регулируемого по величине, которую задает диспетчер или оператор производства изделия в зависимости от поступающего, например, на стан прокатки значения сортамента толщины изделия. При изменении выходного напряжения блока 14 номинала меняется сопротивление активного элемента дифференциальной цепочки, а следовательно, меняется и напряжение на первом входе третьего усилителя 17.

В качестве источника 1 излучения может быть рентгеновская трубка. Приемники 2 и 4 излучения или ионизационные камеры предназначены для преобразования рентгеновского излучения в электрическое напряжение (сигнал). Электронный ключ 17 может быть выполнен на базе, например, оптронов, полевых транзисторов и т.д.

Активный элемент дифференциальной цепочки может быть выполнен на базе полевых транзисторов типов КП305 для первого транзистора и КП304 для второго транзистора, обеспечивающих на соединенных между собой их стоке и истоке напряжение заданной величины, поступающей на первый вход третьего транзистора 16.

Работа измерителя толщины.

В первый и второй приемники 2, 4 излучения поступает поток рентгеновского излучения, при этом в первый приемник 2 поток проходит через контролируемое изделие 3. Излучение в первом приемнике 2 преобразуется в электрические импульсы с амплитудой, определяемой толщиной изделия 3 и параметрами излучаемого рентгеновского потока, а излучение во втором приемнике 4 преобразуется в электрические импульсы постоянной амплитуды, определяемой только параметрами излучаемого рентгеновского потока излучателем 1. Электрические сигналы с приемников 2, 4 усиливаются в первом и втором усилителях 5, 6 и подаются на входы вычитателя 10 и сумматора 11 схемы 7 обработки, где сигналы в них вычитаются и складываются, а затем в делителе 12 разностный сигнал делится на суммарный сигнал, в результате чего на выходе схемы 7 получают зависимость электрического сигнала от толщины контролируемого изделия, но содержащую высокочастотную помеху, вызванную флуктуацией рентгеновского потока излучения.

С выхода схемы 7 обработки электрический сигнал поступает на вход блока 8 коррекции, где обеспечивается устранение высокочастотной флуктуации и расширение диапазона измеряемых толщин контролируемого изделия. Толщина изделия любого из заданных номиналов может меняться медленно или быстро.

При медленноменяющейся толщине изделия этот сигнал на дифференциальной цепочке блока 8 коррекции резко ослабляется, за счет выбранных номиналов элементов 13, 14 и 15 дифференциальной цепочки и управляющего напряжения блока 16, на котором выставлено выходное напряжение, соответствующее определенному номиналу толщины изделия. Из-за слабого электрического сигнала, хотя и усиленного третьим усилителем 17, электронный ключ 18 закрыт (не срабатывает), поэтому отрицательная емкостная обратная связь (второй конденсатор 20) четвертого усилителя 19 остается подключенной, что вызывает большую постоянную времени усилителя 19. Вследствие этого высокочастотные флуктуации подавляются в блоке 8 коррекции и на вход регистратора 9 поступает полезный электрический сигнал, пропорциональный толщине контролируемого изделия.

При быстроменяющейся толщине контролируемого изделия этого же номинала электрический сигнал на дифференциальной цепочке практически не ослабляется и беспрепятственно проходит на первый вход третьего усилителя 17 за счет высокочастотной составляющей сигнала. Этот сигнал, усиленный в усилителе 17, поступает на вход электронного ключа 18, который срабатывает и разрывает цепь емкостной обратной связи (второй конденсатор 20 прерывает электрическую цепь) четвертого усилителя 19, тем самым уменьшает его постоянную времени. В этом случае сигнал со схемы 7 обработки проходит на регистратор 9 через четвертый усилитель 19 блока коррекции 8 с малой постоянной времени, в результате чего изменение значения толщины контролируемого изделия мгновенно отражается на регистраторе 9 в виде изменения электрического сигнала.

Если требуется осуществить контроль толщины другого номинала, например большего, чем был предыдущий, необходимо установить на выходе блока 16 номинала уровень выходного напряжения больший, но эквивалентный по амплитуде измеряемой толщине, чем был предыдущий.

Техническим результатом изобретения является существенное расширение диапазона измеряемых толщин при сохранении высокого быстродействия измерения и устранении высокочастотных флуктуаций выходного сигнала толщиномера.

Рентгеновский толщиномер предназначен для контроля толщины лент или полотен в статике и динамике. Особенность устройства заключается в том, что в измеритель введен блок номинала, при этом активный элемент дифференциальной цепочки выполнен в виде первого и второго последовательно соединенных полевых транзисторов, затворы которых подключены к выходу блока номинала, а сток первого и исток второго транзисторов соединены с первым входом третьего усилителя. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона измерения с высоким быстродействием контроля и помехоустойчивостью толщиномера в динамике измерений. 2 ил.

Рентгеновский толщиномер, содержащий рентгеновский источник излучения, два приемника излучения, между которыми размещено контролируемое изделие, первый и второй усилители, входами соединенные с выходами приемников излучения соответственно, и последовательно соединенные схему обработки, представляющую собой вычитатель, сумматор и делитель, блок коррекции, включающий дифференциальную цепочку, состоящую из реактивного (первого конденсатора) и активного электрических элементов, третий и четвертый усилители, электронный ключ и второй конденсатор и регистратор, входами схемы обработки, связанными с выходами первого и второго усилителей, являются первые и вторые входы вычитателя и сумматора соответственно, а ее выходом - выход делителя, входами соединенный с выходами вычитателя и сумматора, входом блока коррекции является свободная клемма первого конденсатора, а выходом - выход четвертого усилителя, при этом выход третьего усилителя блока коррекции соединен с входом электронного ключа, первый выход которого подключен к первому входу четвертого усилителя и свободной клемме первого конденсатора, а второй выход связан через второй конденсатор с выходом четвертого усилителя, образуя цепь обратной связи, разрываемой при срабатывании ключа, а вторые входы третьего и четвертого усилителей объединены между собой, образуя "землю", отличающийся тем, что в него введен блок номинала, при этом активный элемент дифференциальной цепочки выполнен в виде первого и второго последовательно соединенных полевых транзисторов, затворы которых подключены к выходу блока номинала, а сток первого и исток второго полевых транзисторов подключены к первому входу третьего усилителя, общая точка блока номинала и сток второго полевого транзистора соединены с "землей".