РАДИОИЗОТОПНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР ПОКРЫТИЙ Советский патент 1995 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к средствам неразрушающего контроля, в частности к радиоизотопным приборам для измерения толщины или поверхностной плотности покрытий.

Известен радиоизотопный толщиномер покрытий выборочного контроля РТВК-2К ТУ 95.1368-85, который выполнен по авт. св. СССР N 1083729 и авт. св. СССР N 849090 и содержит измерительный преобразователь, последовательно соединенные генератор импульсов, первый счетчик импульсов и первый триггер, второй и третий счетчики импульсов, второй триггер, пусковую кнопку, соединенную с входами сброса первого счетчика импульсов, первого и второго триггеров и входом установки второго счетчика импульсов, три элемента И, два переключателя и элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами второго счетчика импульсов, а выход - с входом установки второго триггера, прямой и инверсный выходы которого связаны соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с входом сложения и вычитания второго счетчика импульсов, первые входы первого и второго элементов И объединены и через третий элемент И и третий счетчик импульсов связаны с выходом измерительного преобразователя, а второй выход третьего элемента И соединен с инверсным выходом первого триггера.

Однако толщиномер РТВК-2К позволяет получить результат измерения в единицах измеряемого параметра только на линейном участке возрастающей или убывающей градуировочной зависимости его измерительного преобразователя.

Известен радиоизотопный толщиномер, содержащий коллимированный источник ионизирующего излучения, блок детектирования, связанный с ним через первый ключ, первый счетчик, генератор, соединенный с ним через второй ключ, второй счетчик, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам обоих ключей и управляющим входам обоих счетчиков, блок вывода и блок задания экспозиции, выход которого подключен к управляющему входу первого счетчика, который снабжен блоком задания коэффициентов, последовательно соединенными устройством ввода и вычислительным устройством, второй вход которого связан с блоком управления, а выходы - с блоком задания экспозиции, блоком управления и блоком вывода, один из выходов блока управления соединен с управляющим входом устройства ввода, остальные входы которого подключены к выходам второго счетчика и блока задания коэффициентов, первый счетчик выполнен перестраиваемым (см. авт. св. СССР N 1301089), в котором калибровочная кривая зависимости числа зарегистрированных импульсов от толщины измеряемых пластин описывается полиномом третьей степени, коэффициенты которого определяются при калибровке толщиномера.

Однако этот толщиномер предназначен для измерения толщины пластин методом просвечивания, когда градуировочная характеристика имеет экспоненциально убывающий характер.

Известный также выбранный в качестве прототипа радиоизотопный толщиномер покрытий по авт. св. СССР N 1605697, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, дешифратор и первый, второй и третий одновибраторы, измерительный преобразователь, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходом измерительного преобразователя, реверсивный счетчик импульсов, входы сложения и вычитания которого соответственно соединены с выходами первого и второго элементов И, триггер, умножитель, вычитатель, делитель, мультиплексор, регистр, три задатчика калибровочных констант и элемент ИЛИ, выход которого соединен с первым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, входы элемента ИЛИ соединены с выходами реверсивного счетчика импульсов и вторыми входами умножителя и вычитателя, входы разрешения которых соединены с выходом первого одновибратора, первые входы умножителя и вычитателя соединены соответственно с выходами задатчиков второй и третьей калибровочных констант, выходы умножителя соединены с первыми входами делителя и вторыми входами мультиплексора, выходы которого соединены с входами регистра, выходы вычитателя соединены с вторыми входами делителя, вход разрешения которого соединен с выходом второго одновибратора и входом записи регистра, выходы делителя соединены с первыми входами мультиплексора, вход управления которого соединен с точкой соединения резистора и переключателя, включенных между шинами питания, выходы задатчика первой калибровочной константы соединены с входами установки реверсивного счетчика импульсов, вход синхронизации установки которого соединен с входом установки в исходное состояние счетчика импульсов, вторым входом триггера и выходом третьего одновибратора, а выход дешифратора соединен с входом разрешения счета счетчика импульсов и реверсивного счетчика импульсов.

Этот толщиномер может быть откалиброван для получения результата измерения в единицах измеряемого параметра, если вся градуировочная характеристика имеет только экспоненциальную или только прямую зависимость. Это понижает точность калибровки толщиномера, так как в ряде случаев в бета-толщиномерных покрытиях, особенно при фильтрации, градуировочная зависимость толщиномера имеет как прямой, так и экспоненциальный участок. В этом случае можно отдельно калибровать толщиномер для измерения на прямом участке и отдельно для измерения в экспоненциальном участке, но это создает определенное неудобство, если требуемый диапазон измерения включает как прямой, так и экспоненциальный участок.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения путем обеспечения одновременной калибровки как на прямом, так и на экспоненциальном участке градуировочной характеристики толщиномера.

Поставленная цель достигается тем, что в радиоизотопный толщиномер покрытий, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, дешифратор и первый, второй и третий одновибраторы, измерительный преобразователь, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходом измерительного преобразователя, реверсивный счетчик импульсов, входы сложения и вычитания которого соответственно соединены с выходами первого и второго элементов И, триггер, умножитель, вычитатель, делитель, первый мультиплексор, регистр, три задатчика калибровочных констант и элемент ИЛИ, выход которого соединен с первым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, входы элемента ИЛИ соединены с выходами реверсивного счетчика импульсов, вход разрешения умножителя соединен с выходом первого одновибратора, выходы умножителя соединены с первыми входами делителя и вторыми входами первого мультиплексора, вторые входы умножителя соединены с вторыми входами вычитателя, выходы которого соединены с вторыми входами делителя, вход разрешения которого соединен с выходом второго одновибратора и входом записи регистра, выходы делителя соединены с первыми входами первого мультиплексора, выходы задатчика первой калибровочной константы соединены с входами установки реверсивного счетчика импульсов, вход синхронизации установки которого соединен с входом установки в исходное состояние счетчика импульсов, вторым входом триггера и выходом третьего одновибратора, выход дешифратора соединен с входами разрешения счета счетчика импульсов и реверсивного счетчика импульсов, дополнительно введены второй вычитатель, сумматор, цифровой компаратор, второй, третий, четвертый и пятый мультиплексоры, четвертый, пятый, шестой и седьмой задатчики калибровочных констант и второй элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом управления первого мультиплексора, а входы соединены с первыми входами первого вычитателя и выходами третьего мультиплексора, первые и вторые входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков шестой и третьей калибровочных констант, первые входы умножителя соединены с выходами второго мультиплексора, первые и вторые входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков пятой и второй калибровочной константы, выходы задатчика четвертой калибровочной константы соединены с первыми входами второго вычитателя и цифрового компаратора, вторые входы которых соединены с выходами реверсивного счетчика и вторыми входами четвертого мультиплексора, первые входы которого соединены с выходами второго вычитателя, а выходы четвертого мультиплексора соединены с вторыми входами первого вычитателя, выходы задатчика седьмой калибровочной константы соединены с первыми входами сумматора, вторые входы которого соединены с выходами первого мультиплексора и вторыми входами пятого мультиплексора, выходы которого соединены с входами регистра, а первые входы соединены с выходами сумматора, выход цифрового компаратора соединен с входами управления, второго, третьего, четвертого и пятого мультиплексоров.

Дополнительные введения относительно прототипа устройства: сумматор, второй вычитатель, цифровой компаратор, мультиплексоры и задатчики калибровочных констант - известны или могут быть выполнены из известных элементов без дополнительного изобретательского творчества и используются по прямому назначению. Так, второй вычитатель, второй, третий, четвертый и пятый мультиплексоры, четвертый, пятый, шестой и седьмой задатчики калибровочных констант аналогичны тем, которые используются в прототипе, в качестве сумматора может быть использована микросхема К555ИМ6, а в качестве цифрового компаратора - К 555СП1 (см. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987, с. 153-162 и 183, 184).

Отличающиеся от прототипа связи совместно с вновь введенными элементами позволяют достичь поставленную цель - расширение диапазона измерения толщиномера. Так, введение сумматора, второго вычитателя, цифрового компаратора, мультиплексоров, задатчиков и второго элемента ИЛИ позволяет весь диапазон измерения толщиномера разбить на два участка, каждый из которых калибруется отдельно, что повышает точность калибровки и расширяет диапазон измерения толщиномера.

На чертеже приведена функциональная схема толщиномера.

Радиоизотопный толщиномер содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, счетчик 2 импульсов, дешифратор 3 и первый 4, второй 5 и третий 6 одновибраторы, измерительный преобразователь 7, первый 8 и второй 9 элементы И, реверсивный счетчик 10 импульсов, триггер 11, умножитель 12, вычитатель 13, делитель 14, первый мультиплексор 15, регистр 16, первый 17, второй 18 и третий 19 задатчики калибровочных констант, первый элемент ИЛИ 20, второй вычитатель 21, сумматор 22, цифровой компаратор 23, второй 24, третий 25, четвертый и пятый 27 мультиплексоры, четвертый 28, пятый 29, шестой 30 и седьмой 31 задатчики калибровочных констант и второй элемент ИЛИ 32.

Входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 10 импульсов соответственно соединены с выходами первого 8 и второго 9 элементов И, первые входы которых объединены и соединены с выходом измерительного преобразователя 7. Выход первого элемента ИЛИ 20 соединен с первым входом триггера 11, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого 8 и второго 9 элементов И. Выход первого одновибратора 4 соединен с входом разрешения умножителя 12, выходы которого соединены с первыми входами делителя 14 и вторыми входами первого мультиплексора 15. Выходы четвертого мультиплексора 26 соединены с вторыми входами умножителя 12 и первого вычитателя 13, выходы которого соединены с вторыми входами делителя 14, вход разрешения которого соединен с выходом второго одновибратора 5 и входом записи регистра 16. Первые входы первого мультиплексора 15 соединены с выходами делителя 14. Выходы задатчика 17 первой калибровочной константы соединены с входами установки реверсивного счетчика 10 импульсов, вход синхронизации установки которого соединен с входом установки в исходное состояние счетчика 2 импульсов, вторым входом триггера 11 и выходом третьего одновибратора 6. Выход дешифратора 3 соединен с входами разрешения счета счетчика 2 импульсов и реверсивного счетчика 10 импульсов, вход управления первого мультиплексора 15 соединен с выходом второго элемента ИЛИ 32, входы которого соединены с первыми входами первого вычитателя 13 и выходами третьего мультиплексора 25, первые и вторые входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков шестой 30 и третьей 19 калибровочных констант. Первые входы умножителя 12 соединены с выходами второго мультиплексора 24, первые и вторые входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков 29 и 18 пятой и второй калибровочной констант. Выходы задатчика 28 четвертой калибровочной константы соединены с первыми входами второго вычитателя 21 и цифрового компаратора 23, вторые входы которых соединены с выходами реверсивного счетчика 10, импульсов, входами первого элемента ИЛИ 20 и вторыми входами четвертого мультиплексора 26, первые входы которого соединены с выходами второго вычитателя 21. Выходы четвертого мультиплексора 26 соединены с вторыми входами умножителя 12 и первого вычитателя 13. Выходы задатчика 31 седьмой калибровочной константы соединены с первыми входами сумматора 22, вторые входы которого соединены с выходами первого мультиплексора 15 и вторыми входами пятого мультиплексора 27, выходы которого соединены с входами регистра 16, а первые входы соединены с выходами сумматора 22. Выход цифрового компаратора 23 соединен с входами управления второго 24, третьего 25, четвертого 26 и пятого 27 мультиплексоров.

Радиоизотопный толщиномер покрытий работает следующим образом.

Измерительный преобразователь 7 содержит источник, ионизирующее излучение которого взаимодействует с объектом измерения, преобразует измеряемую величину, например, толщину покрытия в радиационный сигнал, который при помощи детектирующего преобразования преобразуется в серию импульсов со статистическим распределением во времени по закону Пуассона, информативным параметром которого является их средняя частота.

После подключения толщиномера к сети импульсы с выхода генератора 1 со стабильной частотой подаются на счетный вход первого счетчика 2 импульсов, а импульсы с выхода измерительного преобразователя 7 через один из элементов 8 или 9 И - на вход сложения или вычитания реверсивного счетчика 10 импульсов, и по цепи сброса, которая на чертеже не показана, формируется импульс на выходе третьего одновибратора 6, устанавливающий триггер 11 в нулевое состояние, первый счетчик 2 - в исходное состояние на объем счета, определяющий длительность цикла измерения и заносящий в реверсивном счетчике число от задатчика 17 первую калибровочную константу. После окончания импульса с выхода третьего одновибратора снимается блокировка входов установки первого 2 и второго 10 счетчиков и начинается цикл измерения, во время которого импульсы с выхода измерительного преобразователя 7 проходят через второй элемент И 9 на вычитающий вход второго счетчика 10 и вычитаются от установленного объема счетчика, а импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход первого счетчика 2. При поступлении на вход второго счетчика 10 количества импульсов, равного установленному в начале цикла измерения, он окажется в нулевом состоянии, при этом через элемент ИЛИ 20 триггер 11 переходит в единичное состояние, сигнал с его инверсного выхода закроет второй элемент И 9, а сигнал с прямого выхода триггера 11 откроет первый элемент И 8, т.е. переключит счетчик 10 с вычитания на сложение. В конце цикла измерения, когда счетчик 2 окажется в нулевом состоянии, сигнал с инверсного выхода дешифратора 3 блокирует счетчик 10. По завершении цикла измерения во втором счетчике 10 будет записан результат
R = ( T -N), (1) где - средняя частота импульсов на выходе измерительного преобразователя, имп/c;
T - время измерения, с;
N - число, записанное в задатчике 17
N = T (2)
Результат измерения (1) с выхода счетчика 10 цифровым компаратором 23 сравнивается с числом М, записанным в задатчике 28 четвертой калибровочной константы, и пока он меньше, на выходе компаратора 23 имеется сигнал, который разрешает передавать сигнал, подключающий выходы мультиплексоров 24, 25, 26 и 27 на их вторые входы. Результат измерения (1) через четвертый мультиплексор 26 приложен к вторым входам умножителя 12 и вычитателя 13, на первые входы которых соответственно поданы числа, записанные в задатчиках второй 18 и третьей 19 калибровочных констант. Сигнал с выхода первого одновибратора 4 запускает умножитель 12, на выходе которого через время, необходимое для выполнения операции умножения, появляется результат умножения
Z₁ = CR, (3) где С - число, записанное в задатчике 17 первой калибровочной константы.

Длительность импульса первого одновибратора 4 должна быть больше или равна максимальному времени выполнения операции умножения умножителя 12. После окончания импульса на выходе первого одновибратора 4 запускается второй одновибратор 5, сигнал с выхода которого запускает делитель 14, на выходе которого через время, необходимое для выполнения операции деления, появится результат деления числа (3) на вычитание с выхода вычитателя 13. Если в задатчике 19 третьей калибровочной константы записано число, отличное от нуля, то на выходе второго элемента ИЛИ 32 имеется сигнал единичного уровня, который подключает выходы первого мультиплексора 15 к его первым входам, и результат деления
Z₂= , , (4) где В - калибровочная константа, через первый 15 и пятый 27 мультиплексоры подается на входы регистра 16, который по окончании импульса с выхода второго одновибратора 5 заносится в регистр 16, и запускается третий одновибратор 6, импульс с выхода которого запускает следующий цикл измерения.

Если в задатчике 19 третьей калибровочной константы записано число ноль, то на выходе второго элемента ИЛИ 32 имеется сигнал нулевого уровня, который через первый 15 и пятый 27 мультиплексоры передает на выход к регистру 16 результат умножения (3).

Если результат измерения на выходе счетчика 10 больше числа, записанного в задатчике 28 четвертой калибровочной константы R > M,
(5) то на выходе цифрового компаратора 23 имеется сигнал единичного уровня, который переключает выходы мультиплексоров 24, 25, 26 и 27 на их первые входы, и на вторые входы умножителя 12 и вычитателя 13 будет подано число с выхода второго вычитателя 21
Р = М - R. (6)
К результату с выхода делителя 14 будет присуммировано число, записанное в задатчике 31 седьмой калибровочной константы, и соответственно результат, поданный на регистр 16, будет
Z₃= + X, (7) где D - число, записанное в задатчике 29 пятой калибровочной константы;
Е - число, записанное в задатчике 30 шестой калибровочной константы;
Х - число, записанное в задатчике 31 седьмой калибровочной константы. Если Е = 0, то результат соответственно будет
Z₄ = DP + X. (8)
Техническое решение позволяет создать радиоизотопный толщиномер покрытий, в котором весь диапазон измерения может быть при калибровке разбит на два отдельных участка: два прямых участка, прямой участок и экспоненциальный или два экспоненциальных участка градуировочной характеристики измерительного преобразователя 7, что повышает точность калибровки толщиномера. Так, для калибровки толщиномера, имеющего экспоненциальную возрастающую
= + A(1-e^-ax) (9) или экспоненциально убывающую
= + Ae^-ax (10) градуировочную характеристику можно использовать пять рабочих мер со значениями 0; Х₁; Х₂; Х₃ и Х₄, где Х₂ = 2Х (11) и
Х₄ - Х₃ = Х₃ - Х₂, (12) и по градуировочной зависимости (9) или (10) определить соответствующие им значения (2) и (1), тогда калибровочные константы можно рассчитать по формулам
B = , (13)
C = - X₂, (14)
M = R₂ (15) и с учетом (6)
E = ,, (16)
D = (X₄-X₂) (17) и
Х = Х₂ (18) При линейно возрастающей или убывающей градуировочной характеристике
= Ax (19) для калибровки можно использовать только две или три рабочие меры, например, со значениями О, Х₂ и Х₄ и не требуется соблюдения равенства (11), тогда после определения соответствующих им значений (2), (1) и (6) и калибровочных констант (14) и (17)
C = (20) определяют калибровочные константы по (14) и (17)
D = (21)

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения толщины или поверхностной плотности покрытий. Цель изобретения - расширение диапазона измерения путем обеспечения одновременной калибровки как на прямом, так и на экспоненциальном участке градуировочной характеристики толщиномера за счет введения в толщиномер, содержащий генератор, первый счетчик, дешифратор, три одновибратора, измерительный преобразователь, два элемента И, реверсивный счетчик, триггер, умножитель, вычитатель, делитель, первый мультиплексор, регистр, три задатчика и первый элемент ИЛИ, второго вычитателя, сумматора, цифрового компаратора, четырех мультиплексоров, четырех задатчиков и второго элемента ИИЛ. Это позволяет весь диапазон измерения разбить на два участка, каждый из которых калибруется отдельно как линейный или экспоненциальный участок градуировочной характеристики. 1 ил.

РАДИОИЗОТОПНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР ПОКРЫТИЙ, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, первый счетчик импульсов, дешифратор и первый, второй и третий одновибраторы, измерительный преобразователь, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходом измерительного преобразователя, реверсивный счетчик импульсов, триггер, умножитель, вычитатель, делитель, первый мультиплексор, регистр, три задатчика калибровочных констант и первый элемент ИЛИ, выход которого соединен с первым входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с входом сложения и вычитания реверсивного счетчика импульсов, выходы которого соединены с выходами первого элемента ИЛИ, вход разрешения умножителя соединен с выходом первого одновибратора, выходы умножителя соединены с первыми входами делителя и вторыми входами первого мультиплексора, вторые входы умножителя соединены с вторыми входами первого вычитателя, выходы которого соединены с вторыми входами делителя, вход разрешения которого соединен с выходом второго одновибратора и входом записи регистра, выходы делителя соединены с первыми входами первого мультиплексора, выходы задатчика первой калибровочной константы соединены с входами установки реверсивного счетчика импульсов, вход синхронизации установки которого соединен с входом установки в исходное состояние первого счетчика импульсов, вторым входом триггера и выходом третьего одновибратора, выход дешифратора соединен с входами разрешения счета первого счетчика импульсов и реверсивного счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, он снабжен вторым вычитателем, сумматором, цифровым компаратором, вторым, третьим, четвертым и пятым мультиплексорами, четвертым, пятым, шестым и седьмым задатчиками калибровочных констант и вторым элементом ИЛИ, выход которого соединен с входом управления первого мультиплексора, входы второго элемента ИЛИ соединены с первыми входами первого вычитателя и выходами третьего мультиплексора, первые и вторые входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков шестой и третьей калибровочных констант, первые входы умножителя соединены с выходами второго мультиплексора, первые и вторые входы которого соединены соответственно с выходами задатчиков пятой и второй калибровочных констант, выходы задатчика четвертой калибровочной константы соединены с первыми входами второго вычитателя и цифрового компаратора, вторые входы которых соединены с выходами реверсивного счетчика и вторыми входами четвертого мультиплексора, первые входы которого соединены с выходами второго вычитателя, а выходы четвертого мультиплексора соединены с вторыми входами первого вычитателя, выходы задатчика седьмой калибровочной константы соединены с первыми входами сумматора, вторые входы которого соединены с выходами первого мультиплексора, выходы которого соединены с входами регистра, выходы сумматора соединены с первыми входами пятого мультиплексора, выход цифрового компаратора соединен с входами управления второго, третьего, четвертого и пятого мультиплексоров.