Радиоизотопный толщиномер покрытий Советский патент 1990 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к средствам неразрушающего контроля толдины покрытий.

Гель изобретения - сокращение времени измерения и повышение надежности в работе толщиномера путем обеспечения независимости калибровки толщиномера от выбираемого времени измерения и уменьшения количества соединений меж;1у элементами.

На чертеже показана функциональная схема радиоизотопного толщиномера покрытий 4

cajk.

Радиоиэотопный толщиномер покрытий содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь 1. и счетчик 2 импульсов, последовательно соединенные кварцевый генератор 3, второй счетчик 4 импульсов и дешифратор 5j регистр 6, два резистора 7 и 8, соединенные с шиной питания, и три переключателя 9-11 с зависимой фиксацией, переключаемые контакты которых заземлены, а замыкающиеся контакты первого 9 и третьего 11 переключателей соединены соответственно с первым 7 и вторым 8 резисторами, входы разрешения счета первого 2 и второго 4 счетчиков импульсов соединены-с выходом дешифратора 5, а вход синхронизации предустановки второго счетчика 4 соединен с входом сброса первого счетчика 2.

. Кроме того, толщиномер имеет два делителя 12 и 13, сумматор-вычитатель

14,два мультиплексора 15 и 16, вы- читатель 17-, три задатчика 18-20 калибровочных констант, последовательно соединенные первый 2-1, второй 22 и третий 23 одновибраторы и переключатель 24 предустановки, переключающиеся контакты которого заземлены,

а замыкающиеся контакты соединены с входами предустановки второго счетчика 4 импульсов и вторыми входами первого делителя 12, первые входы которого соединены с выходами первого счетчика 2, выходы первого делителя 12 соединены со вторыми входами первого мультиплексора 15 и сумматора- вычитателя 14 первые входы которого соединены с выходами задатчика 18 первой калибровочной константы, выходы сумматора-вьгчитателя 14 соединены с первыми входами второго мультиплексора 16, вторые входы которого соединены с выходами задатчика 19 второй калибровочной константы и пер выми входами первого мультиплексора

15,выходы первого 15 и второго 16 мультиплексоров соединены соответственно с первыми И вторыми входами второго делителя 13, выходы которого соединены с первыми входами вычитате ля 17-, вторые входы которого соединены с выходами задатчика 20 третьей калибровочной константы, выходы вычитателя 17 соединены с входами регистра 6, управляющие входы обоих мультиплексоров 15 и 16 соединены с замыкающ11мся контактом третьего переключателя 11,замыкающийся контакт первого переключателя 9 соединен с входом управления сумматора-вычитатепя

14, вход разрешения первого делителя 12 соединен с выходом первого одно- вибратора 21, вход которого соединен с выходом дешифратора 5, выход второго одновибратора 22 соединен с входом разрешения второго делителя 13 и динамическим входом записи регистра 6, вход сброса первого счетчика 2 соединен с выходом третьего одновиб- ратора 23,

Радиоизотопный толщиномер покрытий работает следующим образом.

Измерительный преобразователь 1 содержит источник, излучение которого, взаимодействуя с объектом камере

ния, преобразует измеряемую величину в радиационный сигнал, который с помощью детектирующего преобразования преобразуется в серию импульсов, ин- формационным параметром которых яв-

ляется их средняя частота. Эти импульсы с выхода измерительного преобразователя 1 подаются на счетный вход первого счетчика 2 импульсов. С вьгхо- да кварцевого генератора 3 импульсы

со стабильной частотой поступают на счетный вход второго счетчика 4 импульсов. Работа; толщиномера происходит по циклам, и каждый цикл измерения начинается с появлением импульса на выходе третьего одновибратора 23, который устанавливает первый счетчик 2 импульсов в нулевое состояние, а во второй счетчик 4 дмпульсов заносится число, установленное на переключателе 24 предустановки, чем определяется длительность цикла измерения. Если на переключателе 24 установлена длительность цикла измерения, отличная от нуля, то на выходе дешифратора 5

нуля появится сигнал разрешения счета, который приложен к входам разрешения первого 2 и второго 4 счетчиков импульсов. По окончании импульса с выхода третьего одновибратора13

снимается блокировка входов сброса и синхронизации предустановки первого 2 и второго 4 счетчика импульсов и начинается новый цикл измерения, во время которого импульсы с выхода измерительного преобразователя 1 капливаются в первом счетчике 2 им пульсов. Одновременно импульсы с хода кварцевого генератора 3 посту пают на вычитаюпдий вход второго счетчик а 4 импульсов до тех пор, пока он окажется в нулевом состояниио При переходе второго счетчика 4 в нулевое состояние на выходе дешифратора 5 появится сигнал, запрещающий счет первого 2 и второго 4 счетчиков импульсов и запускающий первьй одновиб- ,ратор 21. За время цикла измерения в измерительном первом счетчике 2 импульсов записывается код, соответст вукщий количеству накопленных импульсов

N пТ

где

п средняя частота импульсов на выходе измерительного преобразователя J, имп/с; Т - время измерения, с. Сигнал с выхода первого одновибра- тора 21 запускает первый делитель 12, выходе которого через время, необ- для выполнения операции деле-

появится код числа, пропорцио- нал|ьного средней частоте импульсов на оде измерительного преобразовате- 1:

второго делителя 13, на вторые входы которого подан код шсла, записанного в задатчике 19 второй калибровоч- ной константы С. Длительность,импульса первого одновибратора 21 должна быть несколько больше, чем время заполнения операции деления первого делителя 12 и времени распространения

jQ сигнала через параллельный сумматор- вычитатель 14 и мультиплексор 16. При окончании импульса на выходе первого одновибратора 21 запускается второй одковибратор 22, импульс с выхода ко15 торого запускает второй делитель 13, на выходе которого через время, необходимое для выполнения операции деления, появляется результат, которьп поступает на первые входы параллель20 ного вьнитателя 17, в котором от этого результата отсчитывается число, установленное на задатчике 20 третьей калибровочной константы. Па выходах вычитателя 17 появляется код числа

25 результата измерения, которьтй по спаду импульса на выходе второго одновибратора 22 записывается в регистр 6

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, точнее - к средствам неразрушающего контроля толщины покрытий. Целью изобретения является сокращение времени измерения и повышение надежности работы толщиномера путем обеспечения независимости калибровки толщиномера от выбираемого времени измерения и уменьшения количества соединений между элементами. Каждый цикл измерения начинается с появления импульса на выходе третьего одновибратора, вход которого подключен к выходу второго одновибратора, а выход - к входу первого счетчика импульсов, устанавливающего первый счетчик импульсов, выход которого подключен к первому делителю, в нулевое состояние, а во второй счетчик импульсов, вход которого подключен к кварцевому генератору, а выходы - к дешифратору, записывается число, установленное на переключателе предустановки. За время цикла измерения в измерительном счетчике импульсов, вход которого подключен к измерительному преобразователю, а выход - к измерительному входу первого делителя, будет записан код, соответствующий количеству накопленных импульсов от измерительного преобразователя. Код числа, пропорционального средней частоте импульсов на выходе измерительного преобразователя, возникает на выходе первого делителя. Дальнейшая работа толщиномера зависит от того, какой из переключателей с зависимой фиксацией, соединяющих управляющий вход сумматора-вычитателя или двух мультиплексоров с заземлителя, будет нажат. При этом коммутатор будет работать в нелинейном режиме с экспоненциально убывающей, с экспоненциально возрастающей или линейной характеристикой. 1 ил.

п N/T.

ном сти

Дальнейшая работа толщиномера зависит от того, какой из переключателей 9 - 11 с зависимой фиксацией будет нажат. 1ри нажатом третьем переключателе 11 толщиномер работает в линейном режиме, который может быть использован для снятия градуировочной зависимости измерительного преобразователя 1 или получения результата измерения в еди- ницрх измеряемого параметра на линей- участке градуировочной зависимо-

п

о ± Ах,

где

са

код 12

по - значение средней частоты импульсов на выходе измерительного преобразователя 1 при нулевом значении измеряемого параметра;

А - коэффициент пропорциональности;

X - измеряемый параметр, S этом режиме до окончания импуль- ia выходе первого одновибратора

числа с выхода первого делителя ерез вторые входы первого однови бра гора 15 поступает на первые входы

(2) 30

i

- D

(4)

35

40

45

50

55

где С и D - соответственно числа, записанные во втором 19 и третьем 20 задатчиках калибровочных констант. Одновременно по окончании импульса на выходе второго одновибратора 22 запускается третий одновибратор 23, импульс с выхода которого устанавливает первый счетчик 2 импульсов в нулевое состояние и заносит код числа от переключателя 24 предустановки во второй счетчик 4 и myльcoв, и если установленное время измерения отлично от нуля, через дешифратор 5 нуля подает сигнал разрешения счета на первый 2 и второй 4 счетчики и по окончанию сигнала на выходе третьего одновибратора 23 начинается следующий цикл измерения, В этом режиме при линейной градуировочной зависимости (3) толщиномера результат измерения можно получить в единицах измеряемого параметра, если калибровочные константы выбрать

D По/С..

(5) (6)

Из (5) и (6) видно, что калибровочные константы не зависят от выбираемого с помощью переключателя 24 предустановки времени измерения

И&и йажатом пер еключателе 10 толщиномер работает в нелинейном режиме, который может быть использован для получения.результата измерения в единицах измеряемого параметра ,при экс- поненц1;1ально возрастающей градуировоч- ной зависимости измерительного преобразователя 1

-ах.

п п, + АЧ1 - е ),

(7) 15

где а - подэкспоненциальный коэффициент.

В этом режиме сумматор-вычитатель 14 работает на. вьгчитание и на его вы- ходе будет результат вычитания из чис jfia, записанного в задатчике 18 первой калибровочной константы, резуль- тата (2) на выходе первого делителя .12, а код числа, записанного в задат чике 19 второй калибровочной констан- .ты через первые входы первого мульти плексора 15, приложен к первым вхо- |дам второго делителя 13, на вторые входы которого через первые входы вто рого мультиплексора 16 подан код числа с выхода Сумматора-вычитателя 14. Аналогично на выходе вычитателя Т7 появится результат измерения

7 - - D .(8)

В - п .

В этом резкиме при экспоненциально возрастающей градуировочной зависимости (7) толщиномера результат измерения можно получить в единицах измеряемого параметра, если первую калибровочную константу выбрать равной

В rio + А + Ае

-aXs

(9)

Хг 0,5 (хд,„- иакс

соответственно минимальное и максимальное значения измеряемого параметра в необходимом диапазоне измерения.

то результат измерения (8) описывает сложную монотонно-возрастающую функцию с точкой перегиба в середине диапазона измерения, вокруг которого она весьма мало отличается от прямой. Для калибровки толщиномера необходимы три меры со значениями х, Xj :,и Xj измеряемого параметра и соблюдение равенства

Xj 2 2 t I

(11)

Для получения минимальной погрешности линеаризации необходимо выбрать в середине диапазона (10) и следующие значения X и Xj :

мии ( - Хд(у, ц )}

(12)

мякс 0,067 ( Кmate мич

(13)Однако при незначительном увеличении погрешности линеаризации значения меры X) можно уменьшить до Х(,„„, а Хз увеличить до значения х оксПо экспериментально снятой градуировочной зависимости определяют соответствующие этим значениям n-j, п, и рассчитывая калибровочные константы толщиномера

В п.

(П; - П, ) + (П-, - П))

2 п, - п , - п.

(14)

(х, - X,) (в - п,) (в - п.)

- п

) (15)

D

В - п;

- X

(16)

где i 1, 2, 3.

При нажатом переключателе 9 толщиномер работает в нелинейном режиме, которьй может быть использован для получения результата измерения в еди- ницах измеряемого параметра при экспоненциально-убывающей градуировоч- ной зависимости измерительного прео.б- разователя 1:

« +

Ае

-як

(17)

где

РСО средняя частота импульсов на выходе измерительного преобразователя 1 при бесконечно большом значении из- меряемого параметра (при на насьщении).

этом режиме сумматор-вычитатель 14 работает на суммирование, а в ос- тап1ном режиме аналогичен описанному, и результат измерения равен

Z

(18)

Й этом режиме, при экспоненциально убынающей градуировочной зависимости (17 толщиномера, результат измерения можко получить в единицах измеряемого парг.метра, если первую калибровочную 20 константу выбрать равной

. -аХт.

Ае - 1

00 ,

(19)

описывает

о

то результат измерения (18) монотонно возрастающую зависимость, которая мало отличается от прямой.

Для калибровки при.выборе трех мер с учетом (11) - (13) можно рассчитать калибровочные константы толщиномера

5 ( - 2) + (п -« п (20) п + Пз - 2 П2

(х, - х)СВ + п,)(В + п,) .

- Jillk

n - п.

D

Б + n;

- X

После введения этих калибровочных

iHT в задатчики 18-20 соответст- вейно толщиномер отградуирован для изкерения в единицах измеряемого па- paNeTpa,

При установке в задатчике 18 первой калибровочной константы, равной ну1ю, толщиномер работает в первом реаиме, при котором результат измере- НИ пропорционален времени набора оп- ре;;еленного количества импульсов

Если при расчете по формулам (20) первая калибровочная константа выходит со знаком минус, то его следует установить в дополнительном коде, и результат измерения толщиномера полу- чапт в единицах измеряемого параметра

,Q

20

15

25

30

35

40

45

Q

55

Формула изобретения

Радиоизотопный толщиномер покры- , тий, содержащий последовательно соединенные измерительный преобразователь и счетчик импульсов, последовательно соединенные кварцевый генератор , второй счетчик импульсов и дешифратор, регистр, два резистора, соединенные с щиной питания и три переключателя с зависимой фиксацией, переключаемые контакты которых заземлены, а замыкающиеся контакты первого и третьего переключателей соединены соответственно с первым и вторым резисторами, входы разрешения счета первого и второго счетчиков импульсов соединены с выходом дещифратора, а вход синхронизации предустановки второго счетчика соединен с входом сброса первого счетчика, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения и повы- щения надежности в работе, он снабжен двумя делителями, сумматором-вычита- телам, двумя мультиплексорами, вычи- тателем, тремя задатчиками калибровочных констант, последовательно соединенными первым, вторым и третьим одновибраторами и переключателем предустановки, переключающиеся кон-, такты которого заземлены,а гзамыкаю- 1циеся контакты соединены с входами предустановки второго счетчика импульсов и вторыми входами первого делителя, первые входы которого соединены с выходами первого счетчика, выходы первого делителя соединены с вторыми входами первого мультиплексора и суьшатора-вычитателя, первые входы которого соединены с выходами за- датчика первой калибровочной константы, выходы сумматора-вычитателя соединены с первыми входамр второго мультиплексора, вторые входы которого соединены с выходами задатчика второй калибровочной константы и первыми входами первого мультиплексора, выходы первого и второго мультиплексоров соединены соответственно с первыми и вторыми входами второго делителя , выходы которого соединены с первыми входами вычитателя, а вторые входы - с выходами задатчика третьей калибровочной константы, выходы вычитателя соединены с входами регистра, управляющие входы обоих мультиплексоров соединены с замыкающимся

контактом третьего переключателя, замыкающийся контакт первого переключателя соединен с входом управления сумматора-вычитателя, вход разрешения первого делителя соединен с выходом первого одновибратора, вход которого

соединен с выходом дешифратора, выход второго одновибратора соединен с входом разрешения второго делителя и динамическим входом записи регистра, а вход сброса первого счетчика соединен с выходом третьего одновибратора.