Электронный плотномер Советский патент 1985 года по МПК G01N23/22 G01N9/24 

1 Изобретение относится к области контроля объектов радиационными мето дами и является усовершенствованием известного электронного плотномера, описанного в авт.св. СССР № 911971 и предназначенного, преимущественно для контроля плотности спеченных материалов, изготавливаемых методами порошковой металлургии. Основным изобретением является электронный плотномер по авторскому свидетельству № 911971, содержащий коллиматор, торец которого является опорной поверхностью для контролируемого объекта, детекторы-спинтилляторы в световодах и импульсный источ ник электронов, расположенные по одн сторону от плоскости торца коллиматора, оптически соединенные со свето водами фотоумножители, выходы которых соединены со входами блока измерения отношения амплитуд импульсов регистратор отношения рабочих сигналов фотоумножителей, источник импуль ных световых сигналов, блок сравнения, синхронизатор и блок регулирова ния коэффициента передачи тракта с фотоумножителем, причем световоды оптически соединены с излучателями источника световых импульсов и отделены от него слабосветопропускаюш 1мй мембранами, выходы блока измерения отношений амплитуд импульсов соедин ны через селектор рабочих и калибровочных сигналов с регистратором отношения амплитуд рабочих сигналов и с блоком сравнения, выход которог соединен с блоком регулирования коэф фициента передачи тракта с фотоумножителем, а синхронизирующий выход импульсного источника электронов со единен с входом синхронизатора, выходы которого соединены с управляющ ми входами селектора рабочих и кали бровочных сигналов и с источником . импульсных световых сигналов. Недостатком известного плотномера является невысокая точность, обусловленная неодинаковой степенью изменения свойств сцинтилляторов под действием потоков обратнорассеянных электронов вследствие резких возрастаний потока обратнорасееянных электронов на один из сцинтилля .торов при сменах контролируемых образцов при одновременных резких уменьшениях потока на другой, и погрешностью, обусловленной измене26нием энергии электронов в пучке от ускорителя в связи с тем, что, например, увеличение энергии электронов эквивалентно уменьшению плотности. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения погрешностей, обусловленных разной степенью радиационных изменений свойств сцинтилляторов и изменением энергии электронов в пучке в процессе контроля. Поставленная цель достигается тем, что в электронный плотномер по основному авт.св. № 911971 введены корректирующий поглотитель с блоком его перемещения, элемент сравнения коррекции, блок регулирования непрерывно калибруемого отношения коэффициентов передачи усилительных трактов с фотоэлектронными умножителями (ФЭУ) с запоминанием выходного сигнала, синхронизатор коррекции. Вход элемента сравнения коррекции соединен со входом регистратора отношения амплитуд рабочих сигналов, а выход подключен к входу блока регулирования непрерывно калибруемого отношения коэффициентов передачи усилительных тракгов с ФЭУ с запоминанием выходного сигнала, управляющий памятью, вход которого подключен к выходу синхронизатора коррекции, соединенного с блоком перемещения корректирующего поглотителя. Блок регулирования непрерывно калибруемого отношения коэффициентов передачи усилительных трактов с ФЭУ с запоминанием выходного сигнала выполнен в виде полого цилиндра со смещенными по его высоте отверстиями, закрытыми слабопропускающими мембранами, и соосно соединенного с полым цилиндром электромеханического привода с блоком управления. Введение в известный электронный плотномер корректирующего поглотителя, элемента сравнения коррекции, блока регулирования отношения коэффициентов передачи усилительных трактов с ФЭУ, синхронизатора коррекции и осуществление с их помощью циклов коррекции компенсирует изменением значения отношения коэффициентов передачи трактов с ФЭУ, изменение свойств сцинтилляторов и изменение энергии электронов в пучке от ускорителя между циклами коррекции. Переход от цикла коррекции к серии циклов контроля обеспечивается синхронизатором коррекции, включающим память выходного сигнала блока регулирования отношения коэффициентов передачи, который сохраняет свой выход ной сигнал конца цикла коррекции (например, выходное напряжение или угловое положение вала) неизменным в течение последующей серии рабочих циклов, которая проходит при скоррек тированном значении отношения коэффи циентов передачи усилительных трактов с ФЭУ. На чертеже представлена структурная схема электронного плотномера. Плотномер содержит импульсный источник электронов 1, например бетатрон, с трактом 2 формирования электронного пучка, с которым соединен коллиматор 3, имеющий канал для проводки электронов 4, внутренний канал регистрации 5 и торец 6, на который в рабочем цикле контроля опира ется один из контролируемых объектов 7,а в рабочем цикле коррекции - неизменный корректирующий поглотитель 8.Охватывающий коллиматор детекторсцинтиллятор 9 находится в световоде 10, имеющем тонкую светопроницаемую мембрану 11. Второй детектор-сцинтил лятор 12 находится в световоде 13, имекицем тонкую светопроницаемую мембрану 14 и ограниченном частью внутреннего канала регистрации коллиматора. Фотоумножители 15 и 16 оптически соединены соответственно со световодами 10 и 13. Излучатель 17. источника импульсных световых сигналов 18 оптически соединен через отверстия 19 со световодами 10 и 13 и отделен от них слабосветопропускающими мембранами 20 из лавсана с алюминиевым напылением. В качестве излучателя использован светодиод в импуль ном режиме. Усилительные тракты, образованные соответственно фотоумножителем 15, усилителем 21 его выходного сигнала и источником питания 22 делителя фотоумножителя, а также фотоумножителем 16, усилителем 23 его выходного сигнала и источником питания 24 делителя фотоумножителя, подсоединены ко входам блока измерения отнощения амплитуд импульсов 25, выход которого соединен со входом селектооа 264 калибровочных и рабочих сигналов 26, образованного линейными пропускателями 26.1 и 26.2. Выход пропускателя 26.1 соединен с блоком сравнения 27 на основе компаратора с интегрирующей цепочкой, выход которого соединен с управляющим входом усилителя 23, являющегося блоком регулирования коэффициента передачи тракта 1. Выход пропускателя рабочих сигналов 26.2 соединен с регистратором отнощения амплитуд рабочих сигг налов 28. Синхронизирующий выход источника электронов 1 соединен со входом синхронизатора 29, соответствующие выходы которого соединены с источником 18 и с импульсных световых сигналов пропускателями 26.1 и 26.2 селектора. Выход пропускателя 26.2 селектора рабочих и калибровочных сигналов соединен со входом элемента сравнения коррекции 30 на основе компаратора с интегрирующей цепочкой, выход которого соединен с блоком регулирования отнощения коэффициентов передачи усилительных трактов с ФЭУ с запоминанием выходного сигнала на основе электромеханического привода 31 с блоком управления 32, аналогичных используемым в самопишущих приборах, и, например, регулируемой диафрагмы светопередачи источника импульсных свет товых сигналов в световоды, : выполненной в виде соединенного с валом привода полого охватывающего источник импульсных световых сигналов цилиндра 33 с двумя отверстиями 34 в стенках, оси которых лежат в разных диаметральных плоскостях цилиндра, но в одной плоскости с общей осью отверстий 19. Синхронизатор коррекции 35 соединен с блоком регулирования отношения коэффициентов передачи трактов с ФЭУ и устройством 36 перемещения корректирукяцего поглотителя на торец коллиматора, вьтолненного в виде поворотного диска с электромеханическим приводом, на котором постоянно закреплен корректирующий поглотитель 8 и временно фиксируются контролируемые образцы. Устройство работает след5тощим образом. В момент излучения бетатрона как в рабочем цикле контроля плотности объектов, так и в рабочем цикле коррекции электроны проходят по трак ту формирования 2 и каналу коллиматора 4 на объект 7 в рабочем цикле контроля или на установленный на торец коллиматора устройством 36 корре тирующий поглотитель 8 в рабочем цик ле коррекции. Обратнорассеянные элек троны проходят на детекторы-сцинтилляторы 9 и 12, световое излучение ко торых поступает в световоды 10 и 13, и часть его регистрируется фотоумножителями 15 и 16, рабочие выходные сигналы которых усиливаются усилителями 21 и 23 и поступают на блок измеренияотношений 25. Вследствие малого коэффициента светопропускания мембран 19 световое излучение). из одного световода в другой практически не проходит и световоды в рабочем цикле практически оптически изолированы друг от друга. Одновременно с излучением электро нов с синхронизирующего выхода бетатрона на синхронизатор 29 поступает синхроимпульс, в соответствии с которым синхронизатор открывает npo-i tj пускатель 26.2 селектора на время, незначительно превьпиающее время срабатьшания блока измерения отношения 25J и рабочий импульс с выхода блока измерения отношения 25 поступает на регистратор отношения 28, показания которого в рабочем цикле контроля плотности объектов используются в ка честве меры плотности при наличии объекта 7 на торце коллиматора, а в рабочем цикле коррекции - для контроля за ходом цикла коррекции и в качестве критерия функционирования электронного плотномера. В течение периода следования импульсов излзд1ения бетатрона с времен ным сдвигом относительно синхроимпул сов бетатрона, незначительно превьш1а ющим интервал, в течение которого пропускатель 26 поддерживается открытым, и с периодом следования, бли ким к двойному значению сдвига, синхронизатор проводит калибровочные циклы: многократно запускает источни импульсных световых сигналов 18 и од новременно открьгоает пропускатель 26.V на время, незначительно, превышающее время срабатьгоания блока изме рения отношения. .При этом излучатель 17 источника световых импульсов испускает импульс света, интенсивность которого превосходит интенсивность светового излучения сцинтиллятора в рабочем цикле в 100-1000 раз. Это обеспечивает прохождение в световоды 10 и 13 через отверстия 34 цилиндра 33 и слабопропускающие мембраны световых импульсов, интенсивность которых близка к интенсивности светового излучения от сцинтилляторов. При этом отношение интенсивностей световых импульсов, прошедших одновременно в световоды 10 и 13 от излучателя 17, не зависит от интенсивности светового импульса излучателя, а определяется только взаимным положением отверстий 19 и 34, задаваемым углом поворота 1щлиндра 33 вокруг своей оси. Фотоумножители 15 и 16 регистрирзпот эти калибровочные световые импульсы из световодов 10 и 13, и их выходные сигналы поступают на усилители 21.-И 23, а затем на входы блока измерения отношения 25. Блок 25 формирует на выходе импульс, амплитуда которого пропорциональна отношению амплитуд импульсов от трактов с ФЭУ и которьЕй поступает через пропускатель 26.1, открытьй синхронизатором, на блок сравнения 27. При . этом амплитуда импульса на входе блока сравнения отличается в каждомкалибровочном цикле от таковой в предыдущем калибровочном цикле только за счет различия в коэффициентах передачи трактов, образованных фотоумножителями .и усилителями их выходных сигналов, и углового положения цилиндра 33 в моменты времени, соответствующие этим циклам. Если, например, при некотором неизменном угловом положении цилиндра 33 регулятора светопередачи от источника световых импульсов в световоды, например, в результате увеличения отношения коэффициентов передачи усилительньге трактов с ФЭУ при дестабилизирующем действии например, резкого изменения интенсивности регистрируемых световых импульсов от сцинтилляторов при смене контролируемых объектов, среди импульсов, поступающих на вход блока сравнения 27, преобладают или даже полностью составляют их импульсы, например, с амплитудой, превышающей порог сравнения, то в результате сравнения и интегри рования с некоторой постоянной времени на выходе блока сравнения 27 п является сигнал, пропорциональный н рушению отношения коэффициентов пер дачи трактов и соответствующий ему по знаку. Этот сигнал воздействует на регулирующий вход усилителя 23, что вызывает уменьшение коэффициент усиления усилителя 23 и отношение коэффициентов передачи восстанавливается до значения, соответствзпощего отношению интенсивностей световы импульсов, поступающих в световоды излучателя 17, и уровню сравнения блока сравнения 27. Таким образом, отношение коэффициентов передачи усилительных трак,тов с ФЭУ непрерывно калибруется в соответствии с уровнем сравнения бл ка сравнения 27 и отношением интенсивностей световых датульсов, поступающих в световоды от излучателя 17 При изменении отношения интенсивностей световых импульсов, поступающих в световоды от излучателя 17, путем изменения углового положения ц линдра регулятора светопередачи от излучателя 17 в световоды, соответственно изменяется отношение коэффициента передачи трактов с ФЭУ. Серии рабочих циклов контроля пло ности объектов чередуются с рабочими циклами коррекции. В каждом рабочем цикле коррекции корректирующий поглотитель 8 приводится в контакт с торцом 6 коллиматора 3 устройством 36 перемещения корректирующего поглотителя, от которого синхронизирующий сигнал поступает на синхронизатор коррекции 35, который отключает память выходно го сигнала блока регулирования отношения коэффициентов передачи трактов с ФЭУ путем включения питания электродвигателя электромеханическог привода 31. Вследствие неизменности корректирующего поглотителя амплитуда им-t пульсов,, поступающих в начале цикла коррекции на вход элемента сравнения коррекции 30, отличается от уровня сравнения этого блока только за счет различия в соотношении степеней изменений сцинтилляторов в световодах и изменения энергии электронов в пуч ке от бетатрона после предыдущего цикла коррекции. В соответствии с преобладающим отличием входных сигналов от уровня сравнения на выходе элемента сравнения коррекции 30 формируется сигнал, поступающий на блок регулирования отношения коэффициентов передачи трактов с ФЭУ и через привод 31, управляющий поворотом цилиндра 33. При этом в конце цикла коррекции цилиндр 33 регулятора светопередачи устанавливается в положение, при переходе в которое изменение отношения коэффициентов передачи трактов с ФЭУ в течение данного цикла коррекции равно произведению отношения степеней изменений световыхода сцинтилляторов вследствие радиационной нагрузки и изменения отношения интен- сивностей световых импульсов от сцинтилляторов, вызванного изменением энергии электронов в пучке от бетатрона, после предьщущего цикла коррекции, и которое соответствует равновероятному отличию сигналов на входе блока сравнения коррекции от его уровня сравнения. Регистратор рабочих сигналов при этом фиксирует соответствующее данному корректирующему поглотителю неизменное значение. Цикл коррекции прекращается включением синхронизатором коррекции 35 памяти выходного сигнала блока регулирования отношения коэффициентов передачи трактов с ФЭУ путем отключения питания электродвигателя привода 31 с последующим отводом поглотителя 8 устройством 36. До последующего цикла коррекции плотномер функционирует при скорректированном в данном цикле коррекции отношении коэффициентов передачи трактов с ФЭУ. Периодичность циклов коррекции определяется конкретным требованиями к токсичности контроля плотности объектов, а также эффективным атомным номером материала контролируемых объектов, энергией электронов в пучке от ускорителя, определяющими радиационную нагрузку на сцинтилляторы, и стабильностью ускорителя по .энергии электронов в генерируемом пучке и должна выбираться в каждом случае отдельно.

Так как непрерывно калибруемое отношение коэффициентов передачи усилительных трактов с ФЭУ определяется как отношение интенсивностей импульсов света, прошедших в световоды от источника световых импульсов, так и уровнем сравнения блока сравнения, то регулятор отношения коэффициентов передачи трактов с ФЭУ может быть выполнен также в виде регулятора уровня сравнения блока сравнения 27, выполненного, например, в виде регулятора опорного напряжения этого блока или в виде входного делителя этого блока с таким же электромеханическим приводом.

Вместо электромеханического привода возможноиспользование устройств памяти напряжения или цифровыхустройств.

Введение в электронный плотномер по авт.св. № 911971 коррекции отношения коэффициентов передачи трактов с ФЭУ, компенсирующей различие в степенях изменений сцинтшшяторов и изменение энергии электронов, уменьшает погрешности контроля, чем обеспечивается более высокая точность контроля плотности.

1. ЭЛЕКТРОННЫЙ ПЛОТНОМЕР по авт.св. №911971, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены корректирукяций поглотитель с блоком его перемещения, элемент сравнения коррекции, блок регулирования непрерывно калибруемого отношения коэффициентов передачи усилительных трактов с фотоэлектронными умножителями (ФЭУ) с запоминанием выходного сигнала, синхронизатор коррекции, причем вход элемента сравнения коррекции соединен со входом регистратора отношения амплитуд рабочих сигналов, а выход элемента сравнения коррекции подключен ко входу блока регулирования непрерывно калибруемого отношения коэффициентов передачи усилительных трактов с ФЭУ с запоминанием выходного сигнала, управляющий памятью вход которого подключен к выходу синхронизатора коррекции, соединенного с блоком перемещения корректирунщего поглотителя. 2. Плотномер по п. 1, отличающийся тем, что в нем блок регулирования непрерывно калибруемого отношения коэффициентов передачи усилительных трактов с ФЭУ с запоминанием выходного сигнала выполнен в виде полого цилиндра со смещенными по его высоте отверстиями, закрытыми слабопропускающими мембранами, и соосно V) соединенного с полым цилиндром элек5 тромеханического привода с блоком ы управления. OS