Способ измерения толщины покрытия Советский патент 1988 года по МПК G01B15/02 

ГчЭ Ю

Изобретение относится к измерительной техни е и может быть использовано в приборах неразрушающего контроля технологических параметров, например поверхностной плотности или толщины покрытий различных изделий.

Целью изобретения является повышение точности на краях диапазона измеряемых толщин путем выбора оптимальных характеристик первичного излучения при регистрации спектра рассеянного излучения.

На фиг. 1 показана схема, поясняющая сущность процесса измерения толщины покрытия; на фиг. 2 - диаграммы энергии квантов в максимуме спектра рассеянного излучения, для которой в материале покрытия коэффициент ослабления рассеянного основанием излучения равен коэффициенту ослабления характеристического излучения покрытия.

Способ измерения толщины покрытия осуществляют следующим образом.

Потоком первичного излучения источника 1 облучают контролируемое изделие 2, состоящее из покрытия 3 на основании 4. Поток первичного излучения источника 1 частично проходит контролируемое изделие, частично рассеивается в основании 4 и частично возбуждает в покрытии 3 на участке зоны 5 характеристическое излучение. Часть рассеянного в основании 4 излучения распространяется в направлении регистрации, попадает на покрытие 3 в зоне 6, при этом частично проходит его (поток .), а частично возбуждает характеристическое излучение (поток yV«p.). Таким образом, на покрытии 3 можно выделить две характерные зоны: зона 5 облучения первичным излучением источника 1 и зона 6 облучения только рассеянным в основании 4 излучением. Экран 7 защищает детектор 8 от попадания в него характеристического и рассеянного излучения, выходящего из покрытия вне зоны 6, в частности, выходящего в зоне 5. В то же время характеристическое и рассеянное излучения, выходящие из покрытия 3 в зоне 6, свободно попадают на детектор 8 и регистрируются им. В блоке амплитудных селекторов 9 импульсы с детектора 8, амплитуда которых пропорциональна энергии зарегистрированных квантов излучения, разделяются на поток характеристического излучения и поток рассеянного излучения, по отношению интенсивностей которых, из- меренному с помощью блока 10, судят о толщине покрытия 3. При этом облучение контролируемого изделия 2 проводят первичным излучением источника 1 с определенной энергией квантов и проводят в фиксированных условиях (фиг. 2), при которых

0 максимум в спектре рассеянного основанием 4 излучения соответствует линии с энергией Еряс., для которой в материале покрытия коэффициент ослабления рассеянного излучения Яр (fpac ) равен коэффициенту

ослабления характеристического излучения J.I п (.). Связь между энергией квантов рассеянного излучения fpac., первичного излучения ЕО и углом рассеяния определяется известным соотношением Ко.мптона, и для каждого значения энергии квантов характе0 ристического излучения «P (каждого типа покрытия) существует определенная совокупность значений энергий квантов первичного излучения ЕО и углов, между направлением облучения и направлением регистрации рассеянного излучения, удовлетворяю щих условию равенства в покрытии коэффициентов ослабления характеристического и рассеянного излучений. Для нахождения необходимых условий облучения при измерении толщины покрытий по предлагаемому

,, способу предварительно облучают образец контролируемого образца изделия без покрытия, измеряют спектр рассеянного излучения, выходящего из зоны 6 в направлении детектора 8, при изменении энергии квантов первичного излучения ЕО и угла между наг правлением просвечивания и направлением регистрации, и фиксируют условия, при которых максимум пика рассеяния /VVac соответствует линии с энергией квантов ЕРЙС (фиг. 2).

Повышение точности на краях диапазона

0 измерения может быть пояснено следующими теоретическими рассуждениями (т. е. увеличение диапазона линейности результатов измерения)

45

,-exp - |д.„(Е;рс)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах неразрушающего контроля технологических параметров, например поверхностной плотности или толщины покрытий различных изделий. Целью изобретения является повыщение точности на краях диапазона измеряемых толщин путем выбора оптимальных характеристик первичного излучения при регистрации спектра рассеянного излучения. Потоком первичного из, учения облучают контролируемое изделие. ZI. iH нахождения необходимых условий облучения предварительно облучают образец без покрытия, измеряют спектр рассеянного излучения, выходящего из зоны, не облученной первичны.м излучение.м в направ.чении. детектора, при изменении энергии квантов первичного излучения и угла между направ.чением просвечивания и направлеппем регистрации, и фиксируют условия, при которых .макси- му.м пика рассеяния соответствует линии с энергией рассеяного излучения. 2 и;. g

N,,p КМ„

е;:р -jan( ) t -ex/7 -;ц„Ер« ) t,

Яп (Ерас )- JUn(Ex.p )

где М од - плотность потока квантов рассеянного излучения, выходящего в зоне 6 из образца контролируемого издел.ия без покрытия (или входящего в зону 6 покрытия 3 из основания 4 при контроле изделия с покрытием) ;

|д.„( рас), „(fxap) - коэффициенты ослабления в материале покрытия рассеянного и характеристического излучений с энергиями квантов соответственно fpac и fxap;

(2)

50

/ - измеряемая толщина покрытия;

/С - коэффициент, учитывающий эффективность возбуждения характеристического излучения покрытия рассеянным в основании излучением.

55 На основании соотношений (Г) и (2) отношение интенсивности характеристического излучения к интенсивности рассеянного излучения (результат измерения)

№гр .(( I Л/расli (fxap)-jA(pac)

экспоненциально зависит от толщины покрытия t, вследствие чего диапазон линейности результатов измерения по известному способу ограничен малыми значениями толщины покрытия.

По предлагаемому способу измерение толщины покрытия проводится при условии

tin(pac)p,n-(Mp)

В этом случае соотнощение (3) переходит в

limf

/Vpac

Kt

Из выражения (5) следует, что по предлагаемому способу измерения в отличие от известного способа линейность результатов измерения соблюдается для любых значений толщ ины покрытия.

В реальной ситуации коллимация первичного и рассеянного излучений органичена некоторым раствором телесных углов, и пик рассеянного излучения имеет конечную ширину, вследствие чего условие (4) можно выполнить только приближенно (для основной линии, соответствующей максимуму в спектре рассеянного излучения).

Предлагаемый способ измерения толщины покрытия позволяет по сравнению с известным увеличить линейность результатов измерения от толщины покрытия, расширить тем самым диапазон измерения толщины и

4-

упростить его аппаратурную реализацию в устройствах с непосредственным отсчетом показаний в единицах измеряемой величины.

гФормула изобретения

Способ измерения толщины покрытия, заключающийся в том, что на контролируемое изделие направляют поток гамма- квантов первичного излучения, регистрируют

0 со стороны покрытия вне зоны облучения покрытия интенсивность характеристического излучения и интенсивность рассеянного основанием излучения для энергий квантов выще /(-края скачка поглощения покрытия

5 и по отношению интенсивности характеристического излучения к интенсивности рассеянного излучения судят о толщине покрытия, отличающийся тем, что, с целью повыще- ния точности по краям диапазона измеряемых толщин, предварительно облучают обра20 зец контролируемого изделия без покрытия, измеряют энергию квантов первичного излучения и угол между направлением облучения и направление.м регистрации, измеряют спектры рассеянного излучения, выделяют

25 в спектре рассеянного излучения максимум линии с энергией квантов, для которой в материале покрытия коэффициент ослабления рассеянного излучения равен коэффициенту ослабления характеристического излучения, а изделие облучают потоком гамма30 квантов с энергией первичного излучения и угло.м между направлением облучения и направлением регистрации, соответствующими выделенным максимумам линии энергий квантов.

иг.1

карNpac

О

9U.2.2

N,