Способ флуоресцентного рентгено-радиометрического измерения толщины покрытия Советский патент 1988 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах неразрушающего контроля технологических параметров, например поверхностной плотнос.ти или толщины покрытий различных изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения толщины покрытия на подложках переменной тол- щины путем автоматической компенсации дополнительного возбуждения флуоресцентного излучения покрытия рассеянным в подложке излучением.

На чертеже показана схема, реали- зующая процесс измерения толщины покрытия,

Схема содержит источник 1 излучения, контролируемый образец 2 с покрытием 3 и подложкой 4, детектор 5 и блок 6 амплитудных селекторов, блок 7 деления, генератор 8 импульсов, счетчик 9 импульсов канала флуоресцентного излучения, счетчик 10 импульсов канала времени регистра- ции, блок 11 управления, элементы И 12-13. Способ осуществляют следующим образом.

Потоком первичного излучения ис- точника 1 облучают контролируемый образец 2, состоящий из покрытия 3 и Подложки 4, регистрируют выходящее и образца облучение спектрометрическим детектором 5, выделяют с помощью блока 6 амплитудных селекторов поток импульсов каналов флуоресцентного и рассеянного излучений, из которого с помощью блока 7 деления выделяют определенную часть и суммируют ее в таймерном канале с потоком импульсов генератора 8 таймерных импульсов. Импульсы канала флуоресцентного излучения считают при помощи счетчика 9 в течение времени заполнения счетчика 10 импульсов таймерного канала времени регистрации, подавая от блока 11 управления разрешающий (запрещающий) сигнал одновременно на элементы 12 и 13 таймерного канала и ка нала флуоресцентного излучения. По результату, записанному в счетчике 9 судят о толщине покрытия 3. Поток первичного излучения N, возбуждает в покрытии 3 характеристическое излучение Нф, проходит в подложку 4 и рассеивается в нем. Часть рассеянного излучения выходит из контролируемого образца 2 в сторону детекто

ра 5, при этом в покрытии 3 дополнительно возбуждается флуоресцентное излучение (поток Кф-) Таким образом общий поток флуоресцентного излучения покрытия N ф содержит две компоненты, пропорционально которым в канале флуоресцентного излучения имеются две составляющие потока импульсов. С увеличением (уменьшением) толщины подложки 4 (толщина покрытия постоянна) увеличивается (уменьшается) поток рассеянного излучения Np и пропорциональный ему поток дополнительного возбуждения N пропорционально которым увеличиваются (уменьшаются) потоки (средние настоты следования) импульсов рассеянного и флуоресцентного каналов. Однако при этом автоматически увеличивается (уменьшается) общая частота следования импульсов таймерного канала, что приводит при постоянной емкости счетчика 10 импульсов таймерного канала к соответствующему уменьшению (увеличению) времени счета импульсов флуоресцентного канала счетчиком 9.

При надлежащем выборе коэффициента К деления блока 7 результат, записанный в счетчике 9, практически не зависит от потока рассеянного излучения, и точность измерения толщины покрытия 3 на основании 4 переменной толщины повьш1ается. I

Величины потоков в направлении

детектора 5 флуоресцентного излучения покрытия, возбужденные непосредственно первичным излучением источника (N4.о) и рассеянным излучением (Нфд), можно определить из соотношений:

„ „ „ 0 г. -()dn,

V- го о--;тг П-е J (1)

.-Кп ,(-(u-,

, (2)

де Ng - поток квантов, попадающих от источника 1 излучения на подложку контроля образца 2;

NP - поток рассеянного излучения, вьппедшего из образца 2 в направлении детектора 5 i

линейные коэффициенты ослабления материалом покрытия первичного, рассео |

f ч

314134

янного и флуоресцентного излучений соответственноj 1 V, - линейные коэффициенты фотопоглощения материалом покрытия первичного и рассеянного излучений; d - толщина покрытия; Kj-jj , К - коэффициенты, учитывающие

геометрию контроля. Q Для спектрометрического разделения детектором 5 энергии квантов Е первичного, Е рассеянного и Е флуоресцентного излучений должны быть достаточно удалены одна от другой, 15 Учитывая, что в инвертирующей области энергий fi V E, для случая Eo JE -yE, получим

Г, 7 |U, 7 Ре (

С учетом соотношения (3) полный поток флуоресцентного излучения, попадающего с контролируемого образца 2 на детектор 5, может быть записан в виде

Нф K,f(d,)-(Ne+K,Np),(4

где KI, К - постоянные,

f(dp) - функция, отражающая за- висимость потока флуоресцентного излучения от толщины покрытия. Детектор 5 пропорционально (с коэффициентом, равным эффективности регистрации ) преобразует падающие на него потоки квантов Np, N,,, N в соответствующие потоки (средние частоты следования) электрических импульсов.

Таким образом, средняя частота следования импульсов п канала флуоресцентного излучения при облучении контролируемого образца с основанием произвольной толщины

П ПфА K,f(d)

, + ),

(5)

где П|, - средняя частота следования импульсов канала рассеянного излучения.

Из соотношения (5) следует, что компенсировать влияние параметров основания (переменной толщины или плотности) можно только соответствующим изменением времени измерения, выполнив которое при постоянной емкости счетчика 10 таймерного канала

19 . V путем увеличения исходной загрузки (средней частоты следования импульсов) п-,-0 таймерного канала на величину, пропорциональную средней частоте следования импульсов канала рассеянного излучения (Кп р) .

Для обеспечения постоянства показаний счетчика 9 канала ф,пуоресцент- ного излучения при измерении равных покрытий tf(d) const на различных основаниях необходимо, очевидно, выполнение условия

D±-l n, П,+К.ПР,

(6)

где Пф ,Пр,,Пф,Пр - cpej: «e частоты

им- в каналах флуоресцентного и рассеянного излучений соответственно при измерении покрытия на первом и втором основаниях;

п - исходная

частота следования импульсов таймерного канала.

Таким образом, искомый коэффициент К пропорциональности равен

К -iSiJlDlilUli- (7)

Способ флуоресцентного рентгено- радиометрического измерения толщины покрытия позволяет автоматически Тсомпенсировать влияние дополнительного возбуждения покрытия отраженным в основании (флуоресцентным или рассеянным) излучением и тем самым повысить точность измерения толщины покрытия на подложках переменной толщины, расщирить класс применяемых в радиационной, толщинометрии изотопных источников излучения и функциональные возможности самих толщиномеров.

Формула изобретения

Способ флуоресцентного рентгено- радиометрического измерения толщины покрытияI заключающийся в том, что

514

на контролируемый образец направляют поток первичного излучения, регистрируют поток обратнорассеян- ного излучения, преобразуют его в , поток импульсов 5 выделяют из него потоки импульсов, соответствующие флуорес 1ентному и рассеянному излучениям, считают число импульсов из- лучений в течение времени, заполнения счетчика импульсов таймера импульсами таймерного канала и по результата счета определяют толщину покрытия, о т л я ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения толщины покрытия на подложках переменной толщины, после счета импульсов выбирают второй образец с идентичным покрытием, но с отличной от первого образца толщиной подложки,, направляют на него поток первичного излучения, регистрируют поток полного обратнорассеянного излучения, преобразуют его я поток иТ 1пульсов5 выделяют из него потоки импульсов, соответствующие Флуоресцентном и рассеянному излучениям, считают чис-- ло импульсов в тог о же вре15 6

мени регистрации, что и у первого образца, определяют коэффициент К и соотношения

{ iD li:Dlll5J2.

,-

где п исходная средняя частота следования импульсов канала времени регистрации; Пф, , соответственно средние частоты следования импульсов в каналах флуоресцентного и рассеянного излучений при облучении первого контролируемого образца; п,., п - средние частоты следования импульсов в каналах флуоресцентного рассеянного излучений при облучении второго контролируемого образца, увеличивают частоту следования пульсов таймерного канала в К раз, на первый образец повторно направляют поток первичного излучения, регистрируют поток полного обратно- рассеянного излучения, преобразуют его в поток импульсов, выделяют из него поток импульсов флуоресцентного излучения и считают число импульсов за уменьшенное время заполнения счетчика импульсов таймера.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано н приборах неразрушающего контроля технологических параметров, например поверхностной плотности или толщины покрытий различных изделий. Целью изобретения является повьше ние точности измерения толщины пок крытия на подложках переменной толщины путем автоматической компенсации дополнительного возбуждения флу- оресцентного излучения покрытия рас- сеянным в подложке излучением. Время регистрации потока обратно рассеянного от контролируемого образца излучения выбирают в зависимости от толщины его подложки и определяют из соотношения, выведенного на основе сравнения интенсивностей флуоресцентного и рассеянного излучений двух образцов с разными толщинами подложек, одна из которых равна толщине подложки контролируемого образца. С увеличением толщины подложки (при постоянной толщине покрытия) увеличивается поток рассеянного излучения и .пропорциональный ему. поток дополнительного возбуждения, соответственно которым увеличиваются потоки импульсов рассеянного и флуоресцентного каналов, при этом автоматически увеличивается общая частота следования импульсов времени регистрации, что приводит к уменьщению времени заполнения счетчика импульсов таймера, 1 ил. с « (Л со 4

10