Цифровое рентгенофлуоресцентное устройство Советский патент 1992 года по МПК G01N23/223 G01T7/00 

Изобретение относится к приборам неразрушающего контроля, и в частности к . рентгенофлуоресцентным толщиномерам покрытий и измерителям состава двухкомпонентных сплавов и смесей.

Известно цифроаналоговое рентгенофлуоресцентное устройство, измеряющее массу на единицу поверхности покрытия по интенсивности характеристического излучения материала подложки. Устройство содержит радиоизотопный датчик с источником возбуждающего излучения, эталонным источником, спектрометрическим детектором и предусилителем,усилитель, блок дискриминации; источник регулируемого высокого напряжения, управляемый устройством автоматической калибровки, счетчик импульсов, таймер, цифроаналоговый преобразователь, устройство линеаризации представляющее собой аналоговый функциональный логарифмический преобразователь, аналого-цифровой преобразователь и устройство цифровой индикации. Известно цифровое рентгенофлуоресцентное устройство, измеряющее массу на единицу поверхности покрытия (толщину) по интенсивности характеристического излучения материала покрытия, являющееся наиболее близким прототипом. Известное устройство содержит радиоизотопный датчик с источником излучения и спектрометрическим детектором, -который через усилитель подключен к входу блока дискриминации, первый выход которого через устройство стабилизации подключен к входу стабилизации датчика, а второй и третий его выходы подключены соответственно к первым входам первой и второй схем И, вторые входы которых подключены к первому выходу блока управления, первый вход которого через счетчик времени измерения подключен к выходу генератора стабильной частоты, при этом выход п.ервой схемы l/1j4ep;e3 счетчик с переменным коэффициентом пе-. ресчета соединен с основным счетчиком, к выходам разрядов которого подключен дешифратор, вь1ходы которого через первую схему ИЛИ подключены к входу блока памяти, подключенного вьгходами к входам установки коэффициентов пересчета счетчика с переменным коэффициентом пересчета. Общим недостатком указанных устройств является то,, что в них используется только часть информации об .измеряемом параметре, в то время как другая часть полезной информации остается неиспользован.ной, что приводит к снижению чувствительности, а следовательно и точности измерений. Цель изобретения - повышение точно-, сти измерения цифрового рентгенофлуоресцен.тного прибора без увеличения времени измерения или повышения активности источника излучения. Это достигается тем, что устройство содержит дополнитель.ный генератор, третью схему И, вторую и третьюсхемы ИЛИ, счетчик с предустановкой и триггер управления, при этом первый вход третьей схемы И подключен к выходу генератора, второй вход подключен к второму выходу блока управления, третий вход подключен к инверсному выходу триггера управления, а выход третьей схемы И подключен к вторым входам второй и третьей схем ИЛИ, причем вторая схема ИЛИ включена между выходом первой схемы И и входом счетчика с переменным коэффициентом пересчета, а третья схема ИЛИ включена между выходом второй схемы И и входом счетчика с предустановкой, на выходе которого подключен триггер управления, выход которого подключен к второму входу блока управления, третий выход которого через переключатели предустановки подключен к входам счетчика с предустановкой, На фиг.1 приведена функциональная схема описываемого цифрового рентгенофлуоресцентного устройства. Цифровое рентгенофлуоресцёнтное устройство содержит радиоизотопный датчик 1 с источником излучения и спектрометрическим детектором, выход которого через усилитель 2 подключен к входу блока дискриминации 3, первый выход которого через устройство стабилизации 4 подключен к входу стабилизации указанного датчика, а второй и третий его выходы подключены соответственно к первым входам первой 5;и второй 6 схем И, вторые входы которых подключены к первому выходу блока управления 7, первый вход которого через счетчик времени измерения 8 подключен к выходу генератора 9 стабильной частоты, при этом счетчик io с переменным коэффициентом пересчета соединен с основным счетчиком 11, к выходам разрядов которого подключен дешифратор 12, выходы которого через первую схему ИЛИ 13 подключены к входу блока памяти 14, подключенного своими выходами к входам установки коэффициентов пересчета счетчика.10, а также содержит дополнительный генератор 15, третью схему И 16, вторую 17 и третью 18 схемы ИЛИ, счетчик 19 с предустановкой и триггер управления 20, при этом первый вход третьей схемы И 16 подключен к выходу генератора 15, второй вход подключен к второму выходу блока управления 7. третий вход подключен к инрерсному выходу триггера управления 20, а выход третьей схемы И подключен к вторым входам второй 17 и третьей 18 схем ИЛИ, причем вторая схема ИЛИ 17 включена между выходом первой схемы И 5 и входом счетчика 10, а третья схема ИЛИ 18 включена между выходом второй схемы И 6 и входом счетчика 19 с предустановкой, на выходе которого подключен триггер управления 20, выход которого подключен к второму входу блока управления 7, третий выход которого через переключатели 21 предустановки подключен ко входам предустановки счетчика 19. Предлагаемое цифровое рентгенофлуоресцентное устройство работает следующим образом (на примере измерения толщины цинкового покрытия на стальной подложке). Источник излучения, например америций-241, возбуждает К оглинию материала подложки и материала покрытия с энергиями соответственно 6,3 кэВ и 8,64 кэВ, Спектрометрический детектор регистрирует эти характеристические излучения и преобразует их в импульсы, амплитуда которых пропорциональна энергии излучения, а интенсивность (количество импульсов в единицу времени) зависит от поверхностей плотности (толщины) цинкового покрытия. Помимо указанных характеристик линий детектор регистрирует также отличающееся от них по энергии излучение от реперного источника, служащее для обеспечения автоматической стабилизации коэффициента усиления спектрометрического тракта. На фиг.2 показан зарегистрированный с помощью пропорционального счетчика спектр характеристического излучения, возбужденный порогом гамма-излучения источника америция-241 в образце с цинковым покрытием толщиной 8 мкм на стальной .подложке. Зарегистрированные радиоизотопным датчиком 1 импульсы подаются в спектрометрический усилитель 2, где они усиливаются и поступают на вход блока дискриминации 3, сигнал с первого выхода которого подается на устройство стабилизации 4, подключенного к входам стабилизации радиоизотопного датчика .1; т.е. радиоизотопный датчик и спектрометрический усилитель охвачены цепью обратной связи, при помощи которой автоматически стабилизируется коэффициент усиления спектрометрического тракта. На втором выходе блока стабилизации выделяется сигнал, соответствующий характеристическому излучению цинка, а на третьем выходе - сигнал, соответствующий характеристическому излучению железа. Средняя частота поступления этих сигналов без учета, их взаимного влияния имеет следующие зависимости оттолщины цинкового покрытия. - (Ml-bM2)pd fi fio + (fioo.-fio)1-eЦ1) - (MI -bM3)pd f2 f200 + (f20 - f200) e где fo и foo- средняя частота импульсов на выходе соответствующего дискриминатора при нулевом и бесконечно толстом слое покрытия соответственно; MI - массовый коэффициент поглощения возбуждающего излучения в материале покрытия. М2 и Мз - соответственно массовые коэффициенты поглощения характеристических излучений материалов покрытия и подложки в материале покрытия: р- плотность материала покрытия; d - толщина покрытия. На фиг.З приведены графики зависимостей средней частоты характеристического излучения материала покрытия 1 и материала подложки 2 от толщины цинкового покрытия. Далее работа прибора происходит по циклам. Перед каждым циклом измерения по цепи сброса производится сброс всех счетчиков в нулевое положение (цепь сброса на фиг. 1 не показана) и предустановки счетчика 19 на число: N2 No2 - fao Т,(3) где No2 - объем счетчика 19: Т - время измерительного цикла. После этого открываются схемы И 5 и 6, при этом импульсы со второго выхода блока дискриминации проходят через схему И 5, схему ИЛИ 17 на вход счетчика 10 с регулируемым коэффициентом пересчета, где они пересчитываются на коэффициент Ki и подаются на основной счетчик импульсов 11, при этом, если Ki равен fio-Т где Noi - объем счетчика 11 без последнего триггера, то после сосчета количества импульсов fio Т перебрасывается последний триггер счетчика 11 и через дешифратор 12, схему ИЛИ 13 переводит блок памяти 14 во второе положение, изменяя коэффициент пересчета счетчика 10 на К2. Входные импульсы пересчитываются на коэффициент К2 до тех пор, пока в основном счетчике 11 будет сосчитано число di, при котором происходит переключение блока памяти 14 и изменение коэффициента пересчета на Кз и т.д., т.е. осуществляется линейно-кусочная аппроксимация нелинейной функции; - (MI -ЬМ2 )pd f3 fio + (fico + fio)1-e + - (MI Ч-М2 ),0d + (f20-f20o)1-e. ,(5) график этой функции имеет вид кривой 3, изображенной на фиг.З. В конце цикла измерения, который задается обьемом счетчика времени измерения 8 и частотой генератора 9 стабильной частоты, срабатывает блок управления 7, который закрывает схемы И 5 и 6, прекращая подачу входных импульсов через эти схемы И, одновременно открыВедется схема I/I 16 и импульсы от генератора 15 через эту схему и схемы ИЛИ 17 и 18 соответственно подавая на счетчик 19 с предустановкой и через счетчик 10 с регулируемым коэффициентом пересчета на основной счетчик 11, т.е. продолжается аппроксимация нелинейной функции (5) до тех пор, пока заполнится счетчик 19. При этом срабатывает триггер управления 20, который закрывает схему И 16 и подает сигнал на блок управления 7. Прибор готов к новому циклу измерения, а в основном счетчике 11 записан результат измерения. При этом цикл измерения цифрового рентгенофлуоресцентиого прибора разделен на 2 части: первая часть равна заданному постоянному значению за время первой части при измерении толщины dn в основном счетчике 11 будет записан результат dn. а в счетчике 19 останется число f, равное: f f20 -1-12 -Т, Время второй части цикла зависит от этого числа и равно (6) fao Т - f2 Т где fr - частота генератора 15. Однако время второй части цикла может составить менее сотой доли от общего времени измерения и существенно не увеличивает общего времени измерения. Поскольку в устройстве используется устройство линеаризации,, основанное на линейно-кусочной аппроксимации нелинейной зависимости, то предлагаемое устройство может быть в равной степени использовано и для случаев. когда нелинейные зависимости интенсивностей двух характеристических линий не являются экспотенциальными, что как раз имеет место в случае рентгенофлуоресцентного измерения состава двухкомпонентных сплавов и смесей.

ЦИФРОВОЕ РЕНТГЕНОФЛУОРЕС- ЦЕНТНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее радиоизотопный датчик с источником излучения и спектрометрическим детектором, который через усилитель подключен к входу блока дискриминации, первый выход которого через устройство стабилизации подключен к входу стабилизации датчика, а второй и третий его выходы подключены соответственно к первым входам первой и' второй схем И, вторые входы которых подключены к первому выходу блока управления, первый вход которого через счетчик времени измерения подключен к выходу генератора стабильной частоты, при этом выход первой схемы И через счетчик с переменным коз!ффициентом пересчета соединен с основным счетчиком, к выходамразрядов которого подключен дешифратор, выход которого через первую схему ИЛИ подключен к входу блока памяти, подключенного выходами к входам установки коэффициентов пересчета счетчика с переменным коэффициентом пересчета, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно содержит дополнительный генератор, третью схему И, вторую .и третью схемы ИЛИ, счетчик с предустановкой и триггер управления, при этом первый вход третьей схемы И подключен к выходу генератора, второй вход подключен к второму выходу блока управления, третий вход подключен к инверсному выходу триггера управления, а выход третьей схемы И подключен к вторым входам второй и третьей схем ИЛИ, причем вторая схема ИЛИ включена между выходом первой схемы и входом счетчика с переменным коэффициентом пересчета, а третья схема ИЛИ •включена между выходом второй схемы И и входом счетчика с предустановкой, на входе которого подключен триггер управления, выход которого подключен к второму входу блока управления, третий выход которого через переключатели предустановки подключен ко входам счетчика с предустановкой.СC>&C.id

Ф14г.1

УП.

-о

5- ё

5 у

а: ttj

AMn/tt mydef (энергия)

, 2 . з

Фиг.2Kif. 3

.З