Толщиномер покрытий Советский патент 1989 года по МПК G01B15/02 

(Л

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах бесконтактного измерения толщины покрытий с использованием флуоресцентного излучения материала покрытия. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей толщиномера и повышение точности измерений толщины покрытия на основаниях переменной толщины путем учета эффекта дополнительного возбуждения флуоресцентного излучения покрытия рассеянным в основании излучением при изме

Од

N9

рении толщины различных покрытий на основаниях переменной толщины. Спектрометрический детектор 6 регистрирует одновременно реперное излучение, поступающее непосредственно от источника 2, флуоресцентное излучение покрытия и рассеянное основанием излучение. В момент заполнения тайМерно- го счетчика 20 с его выхода поступае командный импульс в блок 21 управа ления. В зависимости от состояния

1

Изобретение относится к измери- тельной технике и может быть исполь- зовано в устройствах бесконтактного измерения толщины покрытий с исполь- зованием флуоресцентного излучения материала покрытия.

Цель изобретения - расширение функ циональных возможностей толщиномера и повьш ение точности измерений толщины покрытий на основаниях переменной толщины путем учета эффекта дополнительного возбуждения флуоресцентного излучения покрытия рассеянным в основании излучением при изме- рении толщины различных покрытий на основаниях переменной толщины

На чертеже представлена структурная схема толщиномера покрытий.

Толщиномер покрытий содержит располагаемые по одну сторону от объекта 1 контроля источник 2 излучения в контейнере 3 с коллимирующими отверстиями 4 и 5 для реперного и рабочего пучков, детектор 6 излучения, последовательно соединенные дифференциальный дискриминатор 7 и счетчик 8, образующие канал рассеянного излучения, последовательно, соединенные второй дифференциальный дискриминатор 9, схему 10 антисовпадений, вто- счетчик 11, цифровой компаратор 12, трехвходовый элемент И 13, образующие канал реперного излучения, последовательно соединенные третий дифференциальный дискриминатор 14, вторую схему 15 антисовпадений, третий счетчик 16, второй цифровой компаратор 17, второй трехвходовый элемент И 18 и регистрирующее устройство 19, образующие канал флуоресцентблока установки режима работы устройство позволяет уменьшать либо увеличивать среднюю частоту следования импульсов таймерного канала на величину, пропорциональную средней частоте следования импульсов канала рас- сеянного излучения, и тем самым обеспечить автоматическую коррекцию эффекта дополнительного возбуждения для широкого круга условий измерения . 1 ил.

ного излучения, входы каналов рассеянного, реперного и флуоресцентного излучения соединены с выходом детектора 6, последовательно соединенные таймерный счетчик 20 и блок 21 управления, выход которого подключен к вторым входам трехвходовых элементов К 13 и 18 реперного.и флуорес- центного каналов, блоки 22 и 23 предварительной установки чисел репёрно- . го и флуоресцентного каналов, кодовые входы которых подключены к соответствующим входам цифровых компара- . 5 торов 12 и 17 соответствующих каналов, вторые входы схем 10 и 15 антисовпадений реперного и флуоресцентного каналов подключены к выходам цифровых компараторов 12 и 17 соответст- 0 вующих каналов, третий вход трехвхо- дового элемента И 18 канала флуоресцентного излучения подключен к выходу дифференциального дискриминатора 14 своего канала, входы обнуления 5 счетчиков 11 и 16 реперного и флуоресцентных каналов подключены к выходу счетчика 8 рассеянного излучения, он также снабжен блоком 24 деления, блоком 25 сложения, третьим 0 трехвходовым элементом И 2Ь и блоком 27 установки режима работы; блп 24 деления подключен входом к выход- дифференциального дискриминатора 9 канала реперного излучения, а выхо- ,дом - к третьему, входу трехвходового элемента И 3 канала реперного излучения, выход которого подключен к первому входу блока 25 сложения, второй вход которого подключен к выходу третьего трехвходового элемен40

та И 26J а выход - к входу таймеркого счетчика 20, входы третьего трехвходового элемента И 26 подключены соответственно к выходу блока 27 установки режима работы, к выходу блока 21 управления и к выходу схемы

10антисовпадекий канала реперного излучения.

Толщиномер работает следующим образом.

Спектрометрический детектор 6 регистрирует одновременно реперное излучение, поступающее непосредственно от источника 2 через коллимирую- щее отверстие 4 реперного пучка, флуоресцентное излучение покрытия и рассеянное основанием излучение объекта 1 контроля, возникающее при облучении его рабочим пучком источника 2. Импульсы с выхода детектора поступают на входы амплитудных дифференциальных дискриминаторов 9,7 и 14, выделяющих из всего потока импульсов соответственно потоки импульсов реперного, рассеянного и флуоресцентного каналов. С выхода дифференциального дискриминатора 9 импульсы канала реперного излучения постоянно подаются через блок 24 деления на первый вход элемента И 13 и второй вход схемы 10 антисовпаде- НИИ, с выхода дифференциального дискриминатора 14 канала флуоресцентного излучения - на вход элемента И 18 и схемы 15 антисовпадений. С выхода дифференциального дискриминатора 7 импульсы постоянно поступают на вход счетчика 8 рассеянного излучения, который работает в циклическом режиме и в момент полного заполнения обнуляется сам и выдает сигналы на входы безусловного .обнуления счетчиков

11и 16. В этот момент на выходах превышения цифровых компараторов 12 и 17 устанавливается потенциал логического нуля (поскольку в блоках 22 и 23 предварительной установки записаны некоторые превышающие нуль числа) , который одновременно запрещает по третьим входам элементов И 13

и 18 прохождение импульсов в каналах реперного и флуоресцентного излучений соответственно на первый вход С блока 25 сложения и вход регистрирующего устройства 19. При этом на первые входы схем 10 и 15 антисовпадений поступает разрешающий сигнал, вследствие чего импульсы канала реперного излучения начинают поступать

0

5

0

5

0

0

5

0

5

на счетный вход счетчика 11 и третий .вход третьего элемента И 26, а импульсы канала флуоресцентного излучения - на счетный вход счетчика 16. В момент времени, когда число импульсов, занесенное в счетчик 11, превысит число, установленное в блоке 22, на выходе превышения цифрового компаратора 12 установится потенциал логической единицы, который запретит прохождение импульсов реперного канала с выхода дискриминатора 9 в счетчик 11 и на третий вход элемента И 26, но разрешит по третьему входу элемента И 13 их прохождение на вход блока 25 сложения. Аналогичным образом в момент превьш1ения числа импульсов в счетчике 16 над числом, установленным, в блоке 23, на выходе : цифрового компаратора 17 установится потенциал логической единицы, запрещающий прохождение импульсов флуоресцентного канала с дискриминатора 14 на вход счетчика 16 и разрешающий по третьему входу элемента И 18 их прохождение в регистрирующее устройство. В момент очередного заполнения счетчика В на его выходе возникает сигнал обнуления и цикл работы блоков повторяется.

Элементы И 13,18 и 26 находятся в нормально закрытом состоянии по. второму входу от блока 27 управления. При нажатии пусковой кнопки блок 27 управления выдает разрешающий сигнал (потенциал логической единицы) на вторые входы элементов И 13,18 и 26, с выходов которых соответствующие потоки импульсов начинают поступать в блок 25 сложения, таймерный счетчик 20 и регистрирующее устройство 19 для счета импульсов и обработки информации. Б момент заполнения таймер- ного счетчика 20 с его выхода поступает командный импульс в блок 21 управления, который возвращается в исходное состояние и одновременно закрывает по второму входу элементы Л 13,18 и 26.

При установке блока 27 в режим Вычитание элемент И 26 постоянно закрыт по первому входу. В этом случае импульсы флуоресцентного канала поступают в регистрирующее устройство 19 от дифференциального дискриминатора 14 (а импульсы реперного канала в таймерный счетчик 20 от дискриминатора 9) Б течение времени из514

мерения (времени заполнения таймерно- го cчeт.икa 20) отдельными порциями соответствии с описанной выфе циклической работой блоков (отпирание элементов И 13 и 18 по третьему

входу).

Средняя частота следования импульсов канала флуоресцентногоизлучения, поступающих на вход регистрирующего устройства 19 с выхода элемента И 18, будет равна Mij + 1

. (1)

I ., И-га- I

(2)

де

Пд,П,

п,

М,г.Чэ

средняя частота следования имульсов реперного канала в режиме аботы Вычитание, поступающих в аймерный счетчик 20 через блок 25 ложения с выхода элемента И 13„ бует равна

J, + 1

к

-средние частоты следования импульсов с выходов дифференциальных дискриминаторов 9,7 и 14 соответственно;

-числа, установленные в блоках 22 и-23 предварительной установки;

емкость счетчика 8;

коэффициент деления

блока 24,

При установке блока 27 в режим Сложение элемент И 26 будет по первому входу постоянно открыт. Это разрешит в моменты времени, соответствующие закрытому по третьему входу состоянию элемента И 13 (открытому состоянию схемы 10 антисовпадений), прохождение импульсов с выхода дискриминатора 9 через схему 10 антисовпадений, элемент И 26 на второй вход блока 25 сложения и далее в таймерный счетчик 20.

Таким образом, в режиме работы Сложение средняя частота следования импульсов, поступающих в таймерный счетчик, будет равна

Ка К

го «

.,

.(3)

контейнере с коллимирующими отверс- 30 тиями для реперного и рабочего пуч- ков, детектор излучения, последовательно соединенные дифференциальный дискриминатор и счетчик, образующие канал рассеянного излучения, после- 35 довательно соединенные второй дифференциальный дискриминатор, схему ан- тисовпадений, второй счетчик, цифровой компаратор, трехвходовьш элемент И, образующие канал реперного. 40 излучения, последовательно соединенные третий дифференциальньм дискриминатор, вторую схему антисовпадений третий счетчик, второй цифровой ком паратор, второй трехвходовьш эле- 45 мент И и регистрирующее устройство, образующие канал флуоресцентного излучения, входы каналов, рассеянного, реперного и флуоресцентного излучений соединены с выходом детектора, 50 последовательно соединенные таймерный счетчик и блок управления, выход которого подключен к вторым входам трехвходовых элементов И реперного и флуоресцентного каналов, блоки

При этом средн яя частота импульсов, 55 предварительной установки чисел репоступающих в регистрирующее устройство 19, не изменится и выражение (1) станется справедливь и в режиме работы устройс тва Сложение.

перного и флуоресцентного каналов, кодовые выходы которых подключены к соответствующим входам цифровых компараторов соответствующих канало

102

Из выражений (1), (2) и (3) следует, что, установив необходимый режим работы блока 27, достаточный коэффициент деления блока 24 и требуемые

0

5

0

значения чисел М,, и К,, в блоках 22 и 23 (все перечисленные параметры могут быть определены ранее, например, по результатам предварительных измерений) , можно добиться одновременного устранения влияний перекрытия аппаратурных пиков и дополнительного возбуждения для различных условий измерений (состав покрытия, энергия квантов источника излучения, геометрия измерений и энергетическое разрешение детектора излучения), а также расширения функциональной возможности то-лщиномера при одновременном обеспечении повышенной точности измерений толщины покрытий на основаниях переменной толщины.

Формула

изобретения

Толщиномер покрытий, содержащий располагаемые по одну сторону от объ- . екта контроля источник излучения в

контейнере с коллимирующими отверс- 30 тиями для реперного и рабочего пуч- ков, детектор излучения, последовательно соединенные дифференциальный . дискриминатор и счетчик, образующие канал рассеянного излучения, после- . 35 довательно соединенные второй дифференциальный дискриминатор, схему ан- тисовпадений, второй счетчик, цифровой компаратор, трехвходовьш элемент И, образующие канал реперного. 40 излучения, последовательно соединенные третий дифференциальньм дискриминатор, вторую схему антисовпадений, третий счетчик, второй цифровой компаратор, второй трехвходовьш эле- 45 мент И и регистрирующее устройство, образующие канал флуоресцентного излучения, входы каналов, рассеянного, реперного и флуоресцентного излучений соединены с выходом детектора, 50 последовательно соединенные таймерный счетчик и блок управления, выход которого подключен к вторым входам трехвходовых элементов И реперного и флуоресцентного каналов, блоки

предварительной установки чисел реперного и флуоресцентного каналов, кодовые выходы которых подключены к соответствующим входам цифровых компараторов соответствующих каналов.

114b

вторые входы схем антнсовпадений ре- перного и флуоресцентного каналов подключены к выходам цифровых компараторов соответствующих каналов, третий вход трехвходового элемента И канала флуоресцентного излучения подключен к выходу дифференциального дискриминатора своего канала, входы обнуления счетчиков реперного и флуо- ресцентного каналов подключены к выходу счетчика рассеянного излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьшения точности измерений, толщиномер снабжен блоком деления, блоком сложения, третьим трехвходовым элементом И и блоком

28

установки режима работы, блок деления подключен входом к выходу дифференциального дискриминатора канала реперного излучения, а выходом - к третьему входу трехвходового элемента И канала реперного излучения, выход которого подключен к первому входу блока сложения, второй вход которого подключен к выходу третьего трехвходового элемента И, а выход - к входу таймерного счетчика, входы третьего трехвходового элемента И подключены соответственно к выходу блока установки режима рабоТЪ:, к выходу блока управления и к выходу схемы антисовпадений канала реперного излучения.