Способ рентгеновского анализа и рентгеновский аппарат для его реализации Советский патент 1983 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к средст:вам для проведения рентгеновского анализа материалов.

При осуществлений различных методов рентгеновского анализа при преобразовании провзаимодействовавшёго с анализируемым материалом излучения в электрический сигнал дискретного вида важное значение имеет стабильность параметров первичного рентгеновского пучка.

Известен способ рентгеновского анализа, заключающийся-в том, что первичный рентгеновский пучок одновременно направляют на исследуемый и контрольный образцы, регистрируют провзаимодействовавшеё с образцами излучение двумя детекторами, причем сигнал детектора, провзаимодействовавшего с контрольным образцом излучения, направляют в схему обратной связи, управляющую интенсивность первичного пучка путем изменения тока накала рентгеновской трубки tl3.

Недостатком известного способа является то, что инерционность стабилизирующего воздействия, обусловленная инерционностью нити накала, приводит к накоплению ошибки аналкЪа.

Известен способ анализа материалов с помощью электронного .пучка, в котором производят прямее измерение интенсивности электронного о пучка и колебаний указанной интенсивности при облучении анализируемого и эталонного образцов, регистрируют вторичное рентгеновское излучение и производят корректировку

10 данных на основе измеренных колебаний интенсивности и величине этой интенсивности 2.

В известном способе измерение интенсивности и ее колебаний произ15водится последовательно с измерениями на анализируемом и эталонном образцах, что не позволяет произвести точную корректировку .данных на основе учета колебаний интенсивнос20ти непосредствоенно в момент измерения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ рентгеновского анализа,заключающийся 25 в том, что анализируемый объект

облучают первичным излучением рентгеновской трубки в условиях стабилизации анодного тока и анодного напряжения трубки, регистрируют излучение, являющееся результатом. взаимодействия первичного излучения с анализируемым объектом, и по интенсивности зарегистрированного излучения определяют искомую харак теристику анализируемого объекта. Известен рентгеновский аппарат для реализации способа, содержащий рентгеновскую трубку, подключенный к трубке высоковольтный генератор со стабилизатором анодного напряже ния, имеющим схему формирования си нала отклонения анодного напряжения от заданного значения, трансформатор накала рюнтгеновской труб ки, стабилизатор анодного тока. Включающий схему формирования откл нения анодного тока от заданного значения и подключенный к трансфор матору накала, детектор излучения, связанный с ним интенсиметр и индикатор f 3 J. Недостатком известного способа и реализующего его устройства явля ется то, что колебания анодного напряжения и анодного тока в ходе переходных процессов в системах стабилизации.указанных величин при водят к появлению ошибки в результ тах анализа из-за соответствующих, колебаний интенсивности первичного рентгеновского пучка. Цель изобретения - повышение точ ности анализа. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу рентгено ского анализа, заключаквдемуся в том что анализируемый объект облучают первичным излучением рентгеновской трубки в условиях стабилизации анодно тока и анодного напряжения трубки,рег .трируют излучение,являющееся резуль татом взаимодействия первичного излучения с анализируемым объектом и по интенсивности зарегистрированного излучения определяют искомую характеристику анализируемого объекта, во время облучения производят измерения отклонений анодного тока и анодного напряжения от заданных значений, определяют относительные иэменемия интенсивности регистрируемого излучения за время облучения, обусловленные указанными отклонениями, и вводят поправку в измеренную интенсивность. При этом в рентгеновский аппарат для реализации способа, содержащий рентгеновскую трубку, подключенный к трубке высоковольтный генератор со стабилизатором анодного напряжения, содержащим схему формирования сигнала отклонения анодного напряжения от заданного значения, трансформатор накала рентгеновской трубки, стабилизатор анодного тока, содержащий схему фор мирования сигнала отклонения анодного тока от задё1нного значения. и подключенный к трансформатору накала детектор излучения, связанный с ним интенсимет, и индикатор, введены две схемы формирования сигналов поправки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных усилителя, интегратора и умножителя с регулируемым коэффициентом умножения, причем входы схем формирования сигналов поправки подключены к схемам формирования ,сйгналов отклонений стабилизаторов, источник сигнала, пропорционального единице, сумматор, к входам которого подключены указанный источник и выходы схем формирования сигналов поправки, схема деления, к входам которой подключены интенсиметр И выход сумматора, а выход к индикатору. На чертеже показана схема рентгеновского аппарата для проведения рентгеновского анализа материалов, Во время экспозиции, когда измеряют величину интенсивности вторичного излучения, несущей информацию о свойствах анализируемого объекта, учитывают влияние на результат анализа нежелательных, но неизбежных отклонений высокого напряжения, приложенного к рентгеновской трубке, и анодного тока трубки от заданного значения. Эти отклонения являются следствием того, что внешние возмущающие воздействия (например, колебания напряжения питающей сети В диапазоне от номинала) вызывают переходные процессы в системах автоматической стабилизации режимных параметров ( высокого напряжения и анодного тока) трубки. Если возмущающие воздействия приходятся на время экспозиции, то учет отклонений режимных параметров от заданного значения осуществляют следующим образом: измеряют мгновенные значения отклонений режимных параметров трубки от заданных значений в течение переходного процесса, вызванного работой систем автоматической стабилизацииJ делят измеренные мгновенные значения отклонений на заданное значение режимного параметраi умножают полученные относительные мгновенные значения режимных параметров на коэффициент связи между относительныг 1 изменением интенсивности излучения, являющегося результатом взаимодействия первичного излучения с объектом, и относительным изменением режимного параметра, суммируют алгебраически указанные произведения) умножают результат суммирования на отношение интервала времени между моментами измерения мгновенных значений отклонений режимных параметров к интервалу времени экспозиции; суммиру ют предыдущий результат с единицей и делят зарегестрированное за время экспозиции количество импульсов флуоресцентного излучения на полученную перед этим сумму. В результате последней операции J oлyчaют уточненное скоррректированное)значение результата рентгеновского анализа. Величина поправки в результате анализа зависит как от величины возмущающего воздействия, так и от момента его появления относительно интервала времени экспозиции. Если на время экспозиции приходится толь ко первый полупериод переходного процесса, вызванного очередным возмущающим воздействием, то величина поправки будет наибольшей для данного возмущения. Наименьшей поправка будет в том случае, когда переходный процесс целиком укладыва ется в интервале времени экcпoзиции так как при этом происходит частичная компенсация положительных полупериодов - отрицательными. Компенсация частичная из-за нелинейной зависимости интенсивности.излучения от высокого напряжения, приложенного к трубке, а также из-за того, что каждый последующий полупериод имеет величину амплитуды изменения режимного параметра, меньшую по сравнению с предыдущим полупериодом. Величина поправки во всех оста льных случаях имеет промежуточное значение между двумя названными крайними случаями. Уточненный результат рентгеновского анализа определяют по формуле W Рег 1 f А + В где Nper- счет импульсов детектора; А - поправка на относительное изменение во время экспозиции анодного напряжения В - поправка на относительное изменение анодного тока. При этом измерение отклонений анодного тока и анодного наг.ряжеии могут производиться дискретным или непре1илвным образом. При дискретном измерении величи ны электрических сигналов, пропорциональных мгновенным значениям от клонений режимных параметров трубки от заданных значений в переходн процессах, или поправки А и В на и менение во времени режимных пара.метров X и У определяют по формула .л N: ty л Y т о L де Х и Y. - мгновенные значения от клонений режимных napsfметров X и Y от заданных значений; X и YP - заданные значения режимных параметров X и У; К и К - коэффициенты связи между интенсивностью флуоресцентного излучения и режимными параметрами X и Y; t и t т- интервалы времени между моментами измерения мгновенных значений отклонений режимных параметров X и Y от заданных значений; Т - время экспозиции. При непрерывном измерении интегируют по времени (t) электрические игналы, пропорциональные текущим значениям отклонений режимных пааметров трубки от заданных значеий в переходных процессах, а поправки Аи В на изменение во времени режимных параметров X и У определяют по формулам Кх А (t)dti Ал 1 (Ч В Yct)at. Пример . В условиях Зыряновского горнообогатительного комбината,на котором установлены рентгеновские квантометры типа СРМ-18, не менее 3-5 раз в час колебания на пряжения сети достигают +10% от номинала, что вызывает переходные процессы в системах автоматической стабилизации высокого напряжения, приложенного к рентгеновской трубке и анодного тока трубки, длительность которых доходит до 4-х сек S системе стабилизации высокого напряжения, оснащенной вариатором с приводом). При этом мгновенные значения отклонений высокого напряжения от заданного значения в переходном процессе составляют, кВ: 0+1,2+2,08+2,4+2,08+1,2 0-0,9-1,5€1,8-1,56-0,9 0+0,6+1,04+1,2+1,04+ 0,6 О Для исключения влияния величины концентрации элементов в пробе переходим к относительным значениям отклонений режимного параметра от заданного значения (40 кВ)-, для чего делят измеренные величины мгновенных значений на заданное значение режимного параметра: О, +0, +0,052; +0,060, +0,052, +0,030, О, -0,022; -0,039; -0,045; -0,039,-0,022; о; +0,015; +о,02б; +о,озо,+0,026; +0,015; о.

Полученные относительные значения отклонений рюжимного параметра (высокого напряжения умножают на 2,5, так как для контролируемых на комбинате элементов (медь, свинец, цинк) интенсивность флуорюсцентногс излучения пропорциональна высокому напряжению в степени 2,5 (коэффициент связи между интенсивностью флуоресцентного излучения и анодным напряжением на трубке зависит от отношения потенциала возбуждения и анодного напряжения, принимая значения от 1,2 до 4,0.

i /

Ч

Для перехода к относительным значениях дифференцируют

di z..

Разделив и умножив правую часть на Uy, получаем

61 2,5КиУили, окончательно:

dlft

-тГ

После умножения относительных значений отклонений режимного параметра на 2,5 получают: О,+0,075)

+0,130, +0,150; +0,130 +0,075; о;

-0,055 --0,098, -0,112; -0,098;

-o,055j о; +0,038; +o,065j +0,075;

+0,065; +0,038; 0.

Алгебраически суммируя полученные значения, имеют

+0,841 - 0,281 +0,560

Полученное число умножают на относительный интервал дискретности (отнесен к ийтервалу времени экспозиции)

Q,56Q- Ц 0,0112

и к результату добавляют единицу (относительная величина заданного значения режимного параметра)

1-+ 0,0112 1,0112,

после чего на эту величину делят зарегистрированное количество импул сов, например 400.000

396000 .. 1,0112

Полученное количество импульсов является уточненным значением результата анализа.

Учет переходного процесса позво(ляет скорректировать погрешность анализа, оцениваемую в данном примере величиной в 1,12%.

Показанный на чертеже вариант 5 схемы рентгеновсного аппарата, в котором реализуется предлагаемый способ при непрерывном измерении режимных отклонений трубки, содержит рентгеновскую трубку 1, подключен0 ную к трансформатору накала 2 и высоковольтному выпрямителю 3. Аппарат также содержит стабилизатор анодного тока 4 и стабилизатор анодного тока 5, источники опорного

5 напряжения 6 и 7, которые подключены к входам соответственно стабилизаторов 4 и 5. Первичная измерительная цепь аппарата содержит детектор 8 и интенсиметр 9, причем детектор 8 регистрирует излучение, являкйцееся результатом взаимодействия первичного излучения трубки 1 с исследуемым объектом 10, С интенсиметром 9 обычно связано индикаторное устройство 11.

Аппарат дополнительно содержит |Две цепи формирования сигналов поправки на основе измерения относительных изменений режимных параметров трубки, каждая из которых содержит

0 усилители постоянного тока 12 и 13 интеграторы 14 и 15 и умножители 16 и 17, причем усилители 12 и 13 подключены к выходу схемы сравнения . (не показана) стабилизаторов 4 и 5.

5 Кроме того, в аппарат введены источник 18 сигнала, пропорционального единице, сумматор 19, к входам которого подключены выходы умножителей 16 и 17 и источника 18, схема

0 деления 20, к входам которой подключен интеисиметр 9 и сумматор 19, а выход которой подключен к индикаторному устройству 11.

При этом сигналы на измерительные входы стабилизаторов 4 и 5 пос тупают соответственно с датчика 21 анодного тока и датчика 22 анодного ; 1апряжения,

Аппарат работает следующим обQ разом.

Сигналы управления, т.е. разности напряжений с датчика 21 и источника 6 (для анодного тока) и с датчика 22 источника 7 (для высокого

- напряжения), воспринимаются не только стабилизаторами 4 и 5, но также и введенными дополнительно средствами 12-14-16 -(для анодного тока) и 13-15-17 (для высокого напряжения). В названных средствах эти сигналы :,

усиливаются, интегрируются во времег ни и умножаются на постоянный коэффициент, зависящий от величины заданного значения режимного параметра, времени экспозиции и коэффициента связи между интенсивностью

флуоресцентного излучения и теку;щим значением режимного параметра (для последнего может быть введена связь между умножителями 16 и 17 и задатчиками анодного тока и анодного напряжения). Полученные таким образом поправки вместе с сигналом, равным единице, алгебраически складываются в сумматоре 19, после чего полученная сумма вводится в качестве делителя в схему деления 20, тогда как сигнал от интенсиметра 9. вводится в измеритель отношений в качестве делимого. Полученное частное от деления втррого сигнала на первый является скорректированным значением интенсивности измеренного флуоресцентного излучения.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении точности рентгеновского анализа, что позволяет более полно извлекать целевой продукт из исходного сырья и отказаться от повторных экспозиций. Последнее повышает производительность рентгеновской аппаратуры.

Формула изобретения

1. Способ рентгеновского анализа, заключающийся в том, что анализируемый объект облучают первичным излучением рентгеновской трубки в условиях стабилизации анодного тока и анодного напряжения трубки, регистрируют, излучение, являющееся результатом взаимодействия первичного излучения с анализируемым объектом, и по интенсивности зарегистрированного излучения определяют искомую характеристику анализируемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа,во время облучения производят измерения отклонений анодного тока и анодного напряжения от

заданных значений, определяют относительные изменения интенсивности регистрируемого излучения за время облучения, обусловленные указанными отклонениями, и вводят поправку

в измеренную интенсивность.

2. Рентгеновский, аппарат, содержащий рентгеновскую трубку, подключенный к трубке высоковольтный генератор со стабилизатором анод0 ного напряжения, содержащим схему формирования сигнала отклонения анодного напряжения от заданного значения, трансформатор накала рентгеновской трубки, стабилизатор

5 анодного тока, содержащий схему формирования сигнала отклонения анодного тока от заданного значения, и подключенный к трансформато у накала детектор излучения, связанный с ним интенсиметр, и индикатор,

0 р тличающийся тем, в него введены две схемы формирования сигналов поправки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных усилителя, интегратора и

5 умножителя с регулируемым коэффициентом умножения, причем входы схем формирования подключены к схемам формирования.сигналов отклонений стабилизаторов, источник сиг0 нала, пропорционального единице, сумматор, к входам которого подключены указанный источник и выходы схем формирования сигналов поправки, и схема деления, к входам кото5 рой подключены интенсиметр и выход сумматора, а выход - к индикатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1-. Патент США 4172223,

- кл. 250-272, опублик. 1979. 2. Заявка Японии № 55-33545,

КЛ-. G 01 N 23/225, опублик, 01.09.80.

3. Рентгенотехника. Справочник. Под ред. д-ра техн. наук Клюева В.В. т. 2, М., Машиностроение, 27,05.80

5 с. 166-167 (прототип).