Способ рентгенорадиометрического измерения толщины Советский патент 1987 года по МПК G01N23/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах неразрушающего конроля технологических параметровj например поверхностной плотности или толщины.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем устранения влияния перекрытия пиков реперного и от раженного излучений, а также упрощение реализации способа.

На чертеже схематично представлен амплитудное распределение импульсов с детектора излучения,, состоящее из двух (в данном примере) частично перекрывающихся пиков: реперного 1 и отраженного 2, а также отраженного пика 3 другой интенсивности.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Облучают контролируемый образец излучением источника, регистрируют детектором отраженное и реперное из

Далее с помощью дифференциальных дискримин.аторов (амплитудных селекто ров) из общего потока выделяют импул сы, попадающие в канал отраженного излучения (ши1)ина канала АГ) и в ка нал реперного излучения (ширина кан ла ДМ), одновременно считают импуль канала реперного излучения и импуль канала отраженного излучения в тече ние времени заполнения счетчика импульсов канала реперного излучения по результату счета импульсов канал отраженного излучения судят о толщи не контролируемого образца. При это часть отраженного излучения попадае в реперный канал (площадь фигуры ДЕКМ). При уменьшении толщины контр лируемого образца интенсивность отр женного излучения уменьшается (пик переходит в пик 3). Одновременно уменьшается вклад импульсов отражен ного излучения в реперный канал (пл

лучения. Пики отраженного и реперного 5 щадь фигуры ДЕ,), что приводит к излучений частично перекрываются. Если в качестве реперного излучения использовать излучение первичного исизменению времени счета импульсов и ошибкам измерения толщины контролируемого излучения. Поскольку форма (амплитудное распределение импульсов с детектора от монознергети ческого излучения) не зависит от ин тенсивнбстй пика, а определяется эне гетическим разрешением детектора, в точки амплитудного распределения -с изменением интенсивности изменяются

точника, то, используя известное соотношение Кемптона, нетрудно показать, что в наиболее часто употребляемой области энергий (до 150-200кэВ) энергия квантов.рассеянного излучения отличается от энергии квантов первичного излучения практически не более чем на 20%. В рентгенофлуоресцентном методе с целью повьш1ения эффективности возбуждения энергию первичного излучения выбирают возможно ближе к соответствующему порогу возбуждения, вследствие чего энергия квантов флуоресцентного излучения мало отличается от энергии квантов первичного (реперпропорционально. При этом относитель ньй вклад отраженного излучения в ре перньй канал остается неизменным (от ношение площади фигуры ДЕКМ к площад Q фигуры АБВГ равно отношению площади фигуры к площаДи фигуры АБ,В,Г для любых интенсивностей отраженного 2 и реперного 1 пиков и произвольны (но постояннных) значений ширины ка50

ного) излучения. Энергетическое разрешение большинства спектрометричес- налов АГ и ДМ соответственно, что по ких детекторов, напр да4ер сцинтилляци- зволяет осуществить до проведения онных и пропорциональных счетчиков, в указанной области энергий составляет 15-25%, что недостаточно для качественного разделения пиков реперного и отраженного излучений. Вследствие частичного перекрытия аппаратурных пиков реперного и отраженного (рассеянного или флуоресцентного) излучений часть отраженного излучения, интенсивность которого зависит от толщины контролируемого образца, попадает в реперный канал и вызывает соответствующее изменение времени счета импуль55

счета и iпyльcoв реперного канала автоматическую корректрфовку средней частоты их следования путем уменьшения ее на величину, пропорциональную средней частоте следования импульсов канала отраженного излучения. Искомый коэффициент пропорциональности можно определить по результатам измерения средней частоты следования импульсов в обоих каналах при последовательном облучении двух контролируемьгх образцов различной тотцины. Поскольку период полураспада изотопа источника

сов приводящее к появлению дополнительной ошибки измерения.

Далее с помощью дифференциальных дискримин.аторов (амплитудных селекторов) из общего потока выделяют импульсы, попадающие в канал отраженного излучения (ши1)ина канала АГ) и в канал реперного излучения (ширина канала ДМ), одновременно считают импульсы канала реперного излучения и импульсы канала отраженного излучения в течение времени заполнения счетчика импульсов канала реперного излучения и по результату счета импульсов канала отраженного излучения судят о толщине контролируемого образца. При этом, часть отраженного излучения попадает в реперный канал (площадь фигуры ДЕКМ). При уменьшении толщины контролируемого образца интенсивность отраженного излучения уменьшается (пик 2 переходит в пик 3). Одновременно уменьшается вклад импульсов отраженного излучения в реперный канал (площадь фигуры ДЕ,), что приводит к

щадь фигуры ДЕ,), что приводит к

изменению времени счета импульсов и ошибкам измерения толщины контролируемого излучения. Поскольку форма (амплитудное распределение импульсов с детектора от монознергети- ческого излучения) не зависит от ин- тенсивнбстй пика, а определяется энергетическим разрешением детектора, все точки амплитудного распределения -с изменением интенсивности изменяются

пропорционально. При этом относитель- ньй вклад отраженного излучения в ре- перньй канал остается неизменным (отношение площади фигуры ДЕКМ к площади фигуры АБВГ равно отношению площади фигуры к площаДи фигуры АБ,В,Г) для любых интенсивностей отраженного 2 и реперного 1 пиков и произвольны (но постояннных) значений ширины каналов АГ и ДМ соответственно, что по зволяет осуществить до проведения

0

налов АГ и ДМ соответственно, что по зволяет осуществить до проведения 5

счета и iпyльcoв реперного канала автоматическую корректрфовку средней частоты их следования путем уменьшения ее на величину, пропорциональную средней частоте следования импульсов канала отраженного излучения. Искомый коэффициент пропорциональности можно определить по результатам измерения средней частоты следования импульсов в обоих каналах при последовательном облучении двух контролируемьгх образцов различной тотцины. Поскольку период полураспада изотопа источника

313

излучения значительно превышает время, необходимое для настройки устройства, интенсивность реперного пика 1 можно счита ть постоянной. Тогда искомый коэффициент пропорциональности равен отношению разности средних частот следования импульсов в канале реперного излучения (равной разности

площадей фигуры ДЕКМ и фигуры ,М))д и рассеянного пиков частично перекрык разности средних частот следования импульсов в канале отраженного излучения (равной разности площадей фигуры АБВГ и фигуры АБ В Г).

Возможны варианты реализации способа.

Если после детектирования и разделения импульсов производится цифро- аналоговое преобразование сигнала, то выделяют любую необходимую долю -сигнала канала отраженного излучения и вычитание ее из сигнала канала реперного излучения до подачи реперного сигнала на времязадающий элемент, например на интегрирующий конденсатор. Однако в ряде случаев целесообразно сохранить счетный режим работы устройства. При этом для упрощения реализации способа желательно, чтобы об- .ратная величина коэффициента пропорциональности, т.е. коэффициента деле- н ия средней частоты следования им- . пульсов канала отраженного излучения, была равна целому числу, что можно достичь соответствующим выбором ширины (или положения относительно пика) любого из каналов.

Реализация способа устройством, работающим в счетном режиме, также не представляет затруднений, так как известно большое количество счетчиков с произвольным коэффициентом пересчета и схем, позволяющих вычесть из одной последовательности импульсов другую.

Лабораторная проверка способа проводилась с использованием серийного источника излучения типа ГИК-57 на основе радиоактивного изотопа Кобальт-57, реперной линией служила основная линия в спектре источника с энергией квантов 122 кэВ. Отраженным пиком являлся пик рассеянного от алюминиевых образцов излучения, при этом коллимационная система настраивалась и фиксировалась так, что среднее значение энергии квантов рассеянного излучения составляло 100 кэВ. Интенсивность пика рассеянкого излучения варьировалась изменением толщины контролируемых алюминиевых образцов до 10 мм. В качестве детектора был использован стандартный сцинтиблок БДЭГ4-31-02А, энергетическое разрешение которого в области 100 кэВ составляло 20%, вследствие чего аппаратурные спектры реперного

вались. Амплитудные селекторы были построены на базе компараторов 521СА4, триггеров К155ТМ2 и схем И-НЕ типа К555ЛЕ1, осуществляющих логический

5 отбор импульсов, попадающих в соответствующий дифференциальньй канал. Для корректировки средней частоты следования импульсов канала реперного излучения построен синхронный счет-..

0 чик параллельного переноса с коэффициентом деления 30, вход которого подключен к выходу селектора канала отраженного излучения, а выход - к R-входу управляющего RS-триггера,

5 S-вход которого соединен с выходом селектора реперного канала. Неинвер- тирующий выход управляющего триггера соединен с первым входом схемы И, второй вход которой подключен к выходу селектора реперного канала.

Таким образом, на выходе схемы И средняя частота следования импульсов меньше средней частоты следования импульсов канала реперного излучения на 1/30 (что равняется измеренному согласно способу коэффициенту пропорциональности) от средней частоты следования импульсов канала рассеянного излучения. Частота следования импульсов в указанных точках измерялась с помощью приборов типа ПС02-4. Результаты измерения приведены в таблице.

0

5

0

Поскольку активность источника излучения на период измерений можно считать постоянной (период полураспада изотопа Кобальт-57 равен 280 дней), то обусловленная перекрытием пиков погрешность измерения с коррекцией - согласно предлагаемому способу (- 0,7%) значительно меньше, чем без коррекции (15%).

Предлагаемый способ ренгенорадио- метрического измерения толщины позволяет практически полностью исключить влияние перекрытия пиков реперного и отраженного излучений и тем самым повысить точность измерения толщины изделий, ослабить требования к энергетическому разрешению детекторов излучения, расширить класс применяемых в радиационной толщинометрии изотопных источников излучения и функциональные возможности самих толщиномеров .

Формула изобретения

1. Способ рентгенорадиометрическо го измерения толщины, заключающийся в том, что облучают контролируемый образец, излучением источника, регистрируют детектором отраженное и ре- перное излучения, разделяют общий по ток импульсов с детектора на поток импульсов канала отраженного излучения и поток импульсов канала реперно го излучения, одновременно считают импульсы канала реперного излучения и импульсы канала отраженного излучения в течение времени заполнения счетчика импульсов канала реперного излучения и по результату счета импульсов канала отраженного излучения судят о толщине контролируемого образца, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения путем устранения влияния перекрытия пиков реперного и отраженного

28,1

49,-3

70,5

91,5

112,0

149,0

195,0

излучений, перед проведением счета импульсов измеряют средние частоты следования импульсов в каналах реперного и отраженного излучений, среднюю частоту следования импульсов канала реперного излучения уменьшают на величину, пропорциональную средней частоте следования импульсов канала отраженного излучения, причем для наJO хождения коэффициента пропорциональности предварительно измеряют средние частоты следования импульсов в канале реперного излучения и в канале отраженного излучения при последова15 тельном облучении двух контролируемых образцов различной толщины и значение коэффициента пропорциональности выбирают равным, отношеншр разности средних частот следования импульсов в 20 канале реперного излучения к разности средних частот следования импульсов в канале отраженного излучения.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью упрощения его реализации, ширину канала отраженного излучения и ширину канала реперного излучения выбирают так, что обратная величину коэффициента про порциональности равна целому числу.

14,7 14,7 14,6 14,6 14,7 14,7 1,7

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле толщины или поверхностной плотности. Целью изобретения является повышение точности из-мерения путем устранения влияния перекрытия аппаратурных пиков реперного и отраженного излучений, что особенно важно, если в качестве реперного пика берется пик от излучения первичного источника. Об измеряемой толщине судят по числу импульсов в канале отраженного излучения, набранному за время заполнения счетчика в канале реперного излучения. Для достижения цели проводят корректировку частоты импульсов в канале реперного излучения так, что -полностью исключают из него примесь отраженного излучения. Для зтого указанную частоту уменьш ают на величину, пропорциональную средней частоте следования импульсов канала отраженного излучения. Коэффициент пропорЦион альности находят по результатам предварительного измерения загрузок в реперном и отраженном каналах при последовательном облучении двух контролируемых образцов различной толщины и выбирают равным отношению разности загрузок в канапе реперного излучения к разности загрузок в канале отраженного излучения. Для упрощения реализации способа ширину канала отраженного излучения и/или ширину канала реперного излучения выбирают так, что обратная величина коэффициента пропорциональности равна целому числу. 1 з.п. ф-лы, 1 ил, 1 табл. (Л со 00 О)

Редактор А.Козориз

Составитель М.Данилов Техред Л.Сердюкова

Заказ 3042/37Тираж 776 -Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Произнодственио-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,

Корректор Е.Рошко