Адаптивный радиационный измеритель толщины и отклонений от среднего значения Советский патент 1991 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения толщины с помощью волновых излучений или потоков элементарных частиц и может быть использовано для измерения толщины металлических, например стальных, листов в процессе их горячей прокатки на прокатных станах, а также для регистрации отклонений измеренной толщины от среднего значения.

Цель изобретения - повышение точности при ограниченной разрядности счетчиков, оптимизация быстродействия и самонастройки толщиномера.

На фиг.1 представлена блочная электрическая схема измерения: на фиг.2 - график зависимости частоты сигнала на выходе детектора от толщины контролируемого металла и ее линейная аппроксимация; на фиг.З - фрагмент временной диаграммы работы контура адаптации.

Адаптивный радиационный измеритель толщины и отклонений от среднего значения содержит источник 1 ионизирующего излучения, блок 2 детектирования, первый ключ 3, первый 4 и второй 5 счетчики импульсов, генератор 6 импульсов, первый блок 7 оперативной памяти, первый блок 8 управления, первый блок 9 индикации,первый делитель 10, индикатор 11 наличия листа, второй ключ 12 с инверсным выходом, инвертор 13, третий 14. четвертый 15, пятый 16 и шестой 17 ключи, первую 18 и вторую 19 линии задержки, реверсивный счетчик 20, микропроцессорный контроллер 21, второй блок 22 индикации, второй делитель 23, второй блок 24 управления, третий счетчик 25, второй блок 26 оперативной памяти и блок 27 эталонных поглотителей, вход которого соединен с управляющим выходом микропроцессорного контроллера 21, выход блока 2 детектирования через третий вход первого ключа 3 соединен со счетным входом первого счетчика 4 и первым входом пятого ключа 16, выход первого счетчика 4 соединен с информационным входом первого блока 7 оперативной памяти и входом второго ключа 12. инверсный выход которого соединен с первыми входами первого 3 и третьего 14 ключей и входом инвертора 13, выход инвертора 13 соединен с первым входом четвертого ключа 15, выход третьего ключа 14 соединен с тактовым входом первой линии 18 задержки и входом сброса второй линии 19 задержки, а выход четвертого ключа 15 - с тактовым входом второй линии 19 задержки и входом сброса первой линии 18 задержки, выход которой соединен с первым счетным входом реверсивного счетчика 20, выход второй линии 19 задержки соединен с вторым счетным входом реверсивного счетчика 20, выходы первого 7 и второго 26 блоков оперативной памяти соединены соответственно с первыми и вторыми входами микропроцессорного контроллера

21, третий вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 20 и информационным входом второго счетчика 5, четвертый вход-с информационным выходом второго счетчика 5, пятый вход - с выходом индикатора 11 наличия металла, вторым входом первого блока 8 управления и вторыми входами пятого 16 и шестого 17 ключей, первый и второй информационные выходы микропроцессорного контроллера 21 соединены

соответственно с первым 9 и вторым 22 блоками индикации, выход генератора 6 импульсов соединен со счетным входом второго счетчика 5, второй выход которого соединен с вторым входом первого ключа 3

и первым входом первого блока 8 управления, первый выход последнего соединен с входом обнуления первого счетчика, а второй выход - с вторыми входами третьего 14 и четвертого 15 ключей, первым входом шестого ключа 17 и входом управления записью первого блока 7 оперативной памяти, выходы пятого 16 и шестого 17 ключей соединены со счетными входами соответственно первого 10 и второго 23 делителей, выход

первого делителя 10 соединен со счетным входом третьего счетчика 25, а выход второго делителя 23 - с входом второго блока 24 управления, первый выход которого соединен с входами обнуления первого 10, второго 23 делителей и третьего счетчика 25, а второй выход - с входом управления записью второго блока 26 оперативной памяти, информационный вход которого соединен с выходом третьего счетчика 25.

Измеритель работает следующим образом.

Во время отсутствия проката 28 в зоне контроля на выходе блока 2 детектирования формируется сигнал с максимальной частотой (Имакс , которая зависит от суммарной толщины паразитных поглотителей между источником 1 ионизирующего излучения и блоком 2 детектирования. Кроме того, эта частота может постепенно изменяться по ряду причин, например при изменении параметров блока 2 детектирования, при скапливании в зоне контроля окалины, отслоившейся от проката и т.п. Сигнал с блока 2 детектирования через третий вход первого ключа 3 подается на счетный вход первого счетчика 4 при наличии на втором входе первого ключа 3 логического сигнала, разрешающего цикл измерения, время которого определяется кодом двоичного числа М, выставленного на информационном входе второго счетчика 5 реверсивным счетчиком 20. На выходе второго счетчика 5 формируется логический сигнал высокого уровня (фиг.36), продолжительность которого определяется выражением

Т М At

(1)

где Т - длительность цикла измерения толщины, с;

At - период колебаний сигнала генератора 6 импульсов, с.

Работа контура адаптации, в который входят первый ключ 3, первый счетчик 4, второй ключ 12с инверсным выходом, инвертор 13, третий 14 и четвертый 15 ключи, первая 18 и вторая 19 линии задержки, реверсивный счетчик 20, второй счетчик 5, генератор 6 импульсов и первый блок 8 управления, сводится к тому, чтобы обеспечить такую длительность цикла измерения Т, за время которого на счетный вход первого счетчика 4 поступит строго определенное количество импульсов N с частотой следования, равной сомакс Исходя из заданного N, которое, в свою очередь, определяется из требуемой метрологической точности толщиномера, и пользуясь выражением f

N 2K- 1.

(2)

можно определить достаточную разрядность в двоичном коде первого счетчика 4

(N-1),

(3)

где К - количество двоичных разрядов первого счетчика 4.

В начальный момент времени (в момент включения) в реверсивный счетчик 20 заносится достаточно малое значение М, при котором первый счетчик 4 за время цикла измерения Т не успевает набрать максимальное число N. В результате на инверсном выходе второго ключа 12 сохраняется логическая 1 (фиг.Зе, левая часть), благодаря которой третий ключ 14 разрешает прохождение на тактовый вход первой линии 18 задержки и вход сброса второй линии 19 задержки импульсов, формирующихся в конце каждого цикла измерения на втором выходе первого блока 8 управления (фиг.Зв) Кратность задержки первой линии 18 задержки значительно превосходит кратность задержки второй линии 19 и на практике выбирается из условия

, . Змакс

Зг

VMHH Тмин

(4)

где Us - кратность задержки второй линии 18 задержки, округляемая до целого числа; Змакс максимальная возможная длина контролируемого раската, м;

VMHH минимальная возможная скорость

движения контролируемого раската, м/с;

Тмин минимально возможное время цикла измерения, полученное исходя из максимально возможной частоты и разрядности первого счетчика с

Это условие не позволяет изменять длительность цикла измерения в ходе контроля толщины полосы раската Через LIB импульсов первая линия задержки формирует на своем выходе короткий импульс (фигЗи) и возвращается в исходное состояние. Этот импульс заставляет увеличить число М на единицу (на фиг.З число М увеличивается с

12 до 13), что, в свою очередь, вызывает увеличение времени цикла измерения на At. Описанный процесс наращивания времени цикла измерения будет продолжаться до тех пор, пока количество импульсов с

блока 2 детектирования, прошедших через первый ключ 3 (фиг.Зд) за время цикла измерения не превысит N. В этом случае второй ключ 12, установив факт переполнения первого счетчика 4, выставляет на своем

инверсном выходе логический О (фиг.Зе), который закроет первый ключ 3, запретив тем самым дальнейшую работу первого счетчика 4 (фиг.Зд, правая часть). Кроме то- ,го. логический О закрывает третий ключ 14

и, преобразовавшись с помощью инвертора 13 в логическую Г(фиг.Зж), разрешает про- хождение импульсов с второго выхода первого блока 8 управления (фиг.Зв) на тактовый вход второй линии 19 задержки и вход

сброса первой линии 18 задержки через четвертый ключ 15 (фиг.Зк), Кратность задержки второй линии 19 задержки на практике выбирается в пределах 4-16 единиц Эта линия предназначена для защиты контура адаптации от случайных помех, связанных с возможными электромагнитными высокочастотными наводками на линию передачи от блока 2 детектирования до первого ключа 3, случайностью процесса деления радиоактивного элемента источника ионизирующего излучения и т.п. После 4-16-кратного подтверждения подряд факта переполнения первого счетчика 4 вторая линия 19 задержки формирует короткий импульс (не показан), уменьшающий число М на единицу. Если это условие в процессе набора указанного числа второй линии 19 задержки не выполняется, то третий ключ 14 формирует импульс, обнуляющий содержимое этой линии задержки и запускающий в работу первую линию 18 задержки. Таким образом, как первая 18, так и вторая 19 линии задержки делают контур адаптации устойчивым к возможной нестабильности входного сигнала.

По окончании каждого цикла измерения первый блок 8 управления иа втором выходе формирует короткий импульс (фиг.Зв), записывающий информацию, накопленную в первом счетчике 4, в первый блок 7 оперативной памяти, а на первом выходе - короткий импульс в момент начала нового цикла измерения (фиг Зг), который обнуляет первый счетчик 4, подготавливая его к новому замеру.

Схема выделения среднего значения частоты полезного сигнала, включающая в себя пятый 16 и шестой 17 ключи, первый 10 и второй 23 делители, второй блок 24 управления, третий счетчик 25 и второй блок 26 оперативной памяти, работает следующим образом. При входе металла в зону контроля индикатор наличия листа формирует на своем выходе сигнал, открывающий пятый 16 и шестой 17 ключи. В результате третий счетчик 25 начинает интегрировать импульсы, формируемые на выходе первого делителя 10 и полученные в результате деления частоты полезного сигнала, пропущенного с выхода блока 2 детектирования через первый 3 и пятый 16 ключи.

Второй делитель 23 просчитывает с помощью импульсов, формируемых на втором выходе первого блока 8 управления и прошедших через шестой ключ 17, количество полных циклов замера.

Коэффициент пересчета первого 10 и второго 23 делителей одинаков и равен определенному числу I, которое выбирается

исходя из требуемой длины участка контролируемого листа, на котором необходимо усреднить толщину проката. По истечению I циклов замера второй делитель 23 формирует импульс, под действием которого второй блок 24 управления на втором выходе вырабатывает короткий импульс, заставляющий второй блок 26 оперативной памяти принять информацию, накопленную третьим

счетчиком 25 за I циклов, а затем на первом выходе - короткий импульс, обнуляющий первый 10, второй 23 делители и третий счетчик 25, возвращая схему выделения среднего значения частоты полезного сигнала в исходное состояние. Число, загруженное во второй блок оперативной памяти 26 из третьего счетчика 25, определяется выражением

Пер

Ј

( n,/l )

(5)

или

пер 1/1 2)

П|

i 1

(6)

где пср - число, загруженное во второй блок оперативной памяти и равное среднему значению нормированной частоты п за I циклов измерения;

I - коэффициент пересчета первого 10 и второго 23 делителей;

j - номер текущего цикла измерения;

л; - нормированная частота полезного сигнала на i-м цикле измерения, т.е. число импульсов, просчитанное первым счетчиком 4 и запомненное первым блоком 7 оперативной памяти за время цикла измерения Т, которое устанавливается оптимальным образом.

П актическое значение rii зависит от толщины контролируемого раската, Пере

вод нормированного значения частоты п, в

абсолютное значение толщины контролируемого раската осуществляет микропроцессорный контроллер 21, использующий для этого любой известный алгоритм, например, кусочно-линейную аппроксимацию нелинейной характеристики (фиг,2), которая, в свою очередь, может быть получена в ходе активного тестирования и самопроверки, которые осуществляются следующим образом После того, как контролируемый прокат выйдет из зоны контроля, микропроцессорный контроллер 21 через управляющий выход выдаст команду блоку 27 эталонных поглотителей на ввод в зону просвета той

или иной пластины металла заданной толщины. Таким образом, в паузах между контролем металла толщиномер проводит автоматическую самокалибровку.

Информация, поступившая в микропроцессорный контроллер 21 с выхода первого блока 7 оперативной памяти, преобразуется в числовой код, соответствующий значению измеренной толщины, отображается в удобной для оператора форме на первом блоке 9 индикации, а отклонение этой толщины от среднего значения, поступившего с второго блока 26 оперативной памяти и преобразованного аналогичным образом,- на втором блоке 22 индикации.

В реальных условиях при измерении толщины проката 28, например стального листа, в процессе его прокзтки на прокатном стане лист может уйти из зоны измерения в любой момент времени, даже в самом начале цикла измерения При этом для последнего измерения данного листа неизвестно, какое время из цикла измерения он присутствует в зоне контроля, а число, наклопленное первым счетчиком 4 не несет информацию об измеряемой толщине объекта 28, т.е. последнее измерение имее большую погрешность. При уходе объекта из зоны контроля индикатор 11 наличия листа формирует соответствующий сигнал, под действием которого первый блок 8 управления на своем втором выходе формирует короткий импульс, аналогичный тому, который формируется по окончанию цикпа измерения (фиг.Зв). Этот импульс организует ввод в первый блок 7 оперативной памяти информации, накопленной первым счетчиком 4. Одновременно в микропроцессорный контроллер 21 загружаются число М и текущее состояние второго счетчика 5. Ввод осуществляется на третьем и четвертом входах микропроцессорного контроллера 21 соответственно. Эти два числа определяют дополнительную погрешность толщиномера на последнем цикле измерения, которая приближенно рассчитывается по формуле

М

(7)

или

М

5доп - Оосн / р

(8)

где (Здоп-дополнительная погрешность толщиномера, возникающая из-за сокращения времени цикла измерения, мм;

5осн - основная погрешность толщиномера, мм;

е - текущее состояние второго счетчика 5 а случае, если последний работает в режи- ме суммирования импульсов генератора 6 от нуля до М;

F - текущее состояние второго счетчика в случае, если последний работает в режиме вычитания импульсов генератора 6 от М до нуля.

Основная абсолютная погрешность толщиномера в первом приближении определяется по формуле

OoCri -

Д П ОДиакс

S7JJ

N

(9)

где Ah- заданное приращение толщины листа 28 в зоне контроля, мм;

Дсо - изменение частоты последнего сигнала, соответствующее заданному приращению на наиболее пологом участке характеристики (фиг.2, правая часть), 1/с. Результат расчета, полученный из выражения (8), также выводится на блоки 9 и 22 индикации, что позволяет судить о погрешности толщиномера при полных и особенно при сокращенных последних циклах измерения

Формула изобретения

Адаптивный радиационный измеритель толщины и отклонений от среднего значения, содержащий источник ионизирующего излучения, блок детектирования, первый ключ, первый и второй счетчики импульсов, генератор импульсов, первый блок оперативной памяти, первый блок управления,

первый блок индикации, первый делитель и индикатор наличия листа, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снабжен вторым ключом с инверсным выходом, инвертором,

третьим, четвертым, пятым и шестым ключами, первой и второй линиями задержки, реверсивным счетчиком, микропроцессорным контроллером, вторым блоком индикации, вторым делителем, вторым блоком управления, третьем счетчиком, вторым блоком оперативной памяти и блоком эталонных поглотителей, вход которых соединен с управляющим выходом микропроцессорного контроллера, выход блока детектирования

через третий вход первого ключа соединен со счетным входом первого счетчика и пер вым входом пятого ключа, выход первого счетчика соединен с информационным входом первого блока оперативной памяти и

входом второго ключа, инверсный выход которого соединен с первыми входами первого и третьего ключей и входом инвертора, выход инвертора соединен с первым входом четвертого ключа, выход третьего ключа со- единен с тактовым входом первой линии задержки и входом сброса второй линии задержки, а вход четвертого ключа - с тактовым входом второй линии задержки и входом сброса первой линии задержки, выход которой соединен с первым счетным входом реверсивного счетчика, выход второй линии задержки соединен с вторым счетным входом реверсивного счетчика, выходы первого и второго блоков оперативной па- мяти соединены соответственно с первым и вторым входами микропроцессорного контроллера, третий вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика и информационным входом второго счетчика, четвер- тый вход - с информационным выходом второго счетчика, пятый вход - с выходом индикатора наличия металла, вторым входом блока управления и вторыми входами пятого и шестого ключей, первый и второй

информационные выходы микропр рессорного контроллера соединены соответственно с первым и вторым блоками индикации, выход генератора импульсов соединен со счетным входом второго счетчика, второй выход которого соединен с вторым входом первого ключа и первым входом первого блока управления, первый выход последнего соединен с входом обнуления первого счетчика, а второй выход - с вторыми входами третьего и четвертого ключей, первым входом шестого ключа и входом управления записью первого блока оперативной памяти, выходы пятого и шестого ключей соединены со счетными входами соответственно первого и второго делителей, выход первого делителя соединен со счетным входом третьего счетчика, а выход второго делителя с входом второго блока управления, первый выход которого соединен с входами обнуления первого, второго делителей и третьего счетчика, а второй выход - с входом управления записью второго блока оперативной памяти, информационный вход которого соединен с выходом третьего счетчика.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины металлических листов в процессе их горячей прокатки. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Это достигается за счет выбора оптимальной длительности цикла измерения с помощью контура, состоящего из реверсивного счетчика 20, первого счетчика 4, второго ключа 12, третьего ключа 14, линий 18 и 19 задержки и первого блока 8 управления. Использование линий задержки повышает устойчивость контура к нестабильности входного сигнала. После того как контролируемый прокат выйдет из

нм

U 1Д 1ШШЛЛЖШЛШШЛШ ЕЦ

г 1 1 f s ) : i . 1 - / х fj I s t

(Г MI

Pw.J