Радиоизотопный измеритель поверхностной плотности Советский патент 1992 года по МПК G01N23/02 

Изобретение относится к радиоизотопным приборам неразрушающего контроля поверхностной плотности материала или его покрытия и предназначено для расширения диапазона линеаризации градуировочной характеристики прибора при наличии падающей экспоненциальной зави симости зарегистрированного датчиком сигнала от измеряемого параметра: п Ае, где п - сигнал на выходе датчика; X - измеряемый параметр; А и а - константы. Известен радиоизотопный измеритель поверхностной плотности по авт. св. Kk 576824, который обеспечивает линеаризацию градуировочной характеристики, который содержит источник излучения в рабочем контейнере.имеющий два коллимационных отверстия: (через одно проходит излучение, взаимодействующее с измеряемым материалом, а другое обеспечивает проход прямого излучения)детектор излучения, усилитель, формирователь, интегратора, блок измерения времени интегрирования, блок управления интегратором, регулятор прямого потока излучения, размещенный между источником и детектором излучения, задатчик времени интегрирования при нулевом значении измеряемого параметра и измерительный прибор. Существенным недостатком этого измерителя является его ограниченный диапазон линеаризации и как следствие этого невысокая точность измерения. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения. Поставленная цель достигается тем, что радиоизотопный известный измеритель поверхностной плотности снабжен блоком перемещения регулятора прямого потока пороговым устройством и включенным между выходом блока измерения времени интегрирования и измерительным прибором, задатчик коэффициента пропорциональности, второй вход которого подключен к выходу порогового устройства, подключенного входом к блоку измерения времени интегрирования, а выходом - к входу блока перемещения регулятора прямого потока, выход которого подключен к второму входу блока измерения времени интегрирования, а блок перемещения регулятора прямого потока выполнен с дополнительным выходом, подключенным к входам блокировки интегратора и блока измерения времени интегрирования, .

На чертеже изображен предлагаемый измеритель.

Измеритель содержит источник 1 излучения в рабочем контейнере 2, детектор 3 излучения, выход которого через усилитель 4 1/1 формирователь 5 соединен с входами интегратора 6 и блока 7 измерения времени интегрирования, блок 8 управления вход которого соединен с выходом интегратора 6, а выход подключен к интегратору 6 и блоку 7 измерения времени интегрирования, измерительный, прибор 9, рабочий контейнер 2 снабжен двумя коллимационными отвер-стиями 10 (для прохода излучения взаимодействующего с объектом измерения и прохода прямого излучения), регулятор прямого потока в виде клина 11, задатник 12. времени интегрирования при нулевом значении измеряемого параметра, выход которого соединен с измерительным прибором 9, подключенным к задатчику 13 коэффициента пропорциональности, который подключен к выходу блока 7 измерения Бремени интегрирования, блок 14 перемещения регулятора прямого потока и пороговое устройство 15, вход которого подключен к блоку 7 измерения времени интегрирования, а выход- к задатчику 13 коэффициента пропорциональности и блоку 14 перемещения клина, выход которого подключен к клину11, причем блок 14 имеет дополнительный выход,присоединенный к входам блокировки интегратора 6 и блока 7 измерения времени интегрирования для их блокировки во время перемещения клина.

Предложенный измеритель поверхнб стной плотности работает следующим образом..

Излучение от источника 1, находящегося в рабочем контейнере 2, взаимодействует с измеряемым материалом, например возбуждает характеристическое излучение материала подложки для измерителя покрытия или отражается от материала или среды за измеряемым материалом для измерителя, измеряющего толщину тонких пленок и регистрируется детектором 8, этот сигнал имеет градуировочную характеристику (1) от измеряемого параметра. Одновременно излучение от источника 1 проходит и через коллимационное отверстие 10 раоочего контейнера 2 и регулятор 11 прямого потока излучения и тоже регистрируется детектором 3, как сигнал с постоянной величиной - В, независящей от измеряемого параметра. В результате сигнал на выходе детектора 3 имеет следующую зависимость от измеряемого параметра.

,

П1 В+Ае .(2)

Этот сигнал усиливается усилителем 4, формируется формирователем 5, подается

на интегратор б и запускает блок 7 измерения времени интегрирования. Когда сигнал на выходе интегратора 6 достигает заданной величины -: С, зависящей от требуемой точности измерения и возможности представления результата измерения, в единицах измеряемого параметра.

С / nidt /(В + (В + Ае )t (3) °°

срабатывает блок 8 управления по команде, от которого сбрасывается на ноль интегратор 6, а на выходе блока 7 появляется результат измерения времени интегрирования

(4)

ах

ВЧ-Ае

При ЭТОМ время интегрирования при нулевом значении измеряемого параметра - х будет

to ...(5)

-ах

В -ЬА

Сигнал такой величины установлен на выхое задатчика 12 времени интегрирования при нулевом значении измеряемого параметра, выход которого через измерительный прибор 9 и задатчик 13 коэффициента пропорциональности соединен с выходом блока 7 измерения времени интегрирования, при этом если коэффициент пропорциональности в задатчике 13 установлен Ki

1, то измерительный прибор 9 будет показывать сигнал - Z равный

(6)

Z t - to

ах

В -fAe

Как видно из уравнения (5) результат измерения радиоизотопного измерителя имеет сложную зависимость от измеряемого параметра, однако это монотонно возрастающая функция, которая изменяется от О, при X О до значения Zmax при X 00 вТТ и имеет точку перегиба при значении измеряемого параметра Х-1 -1-inA а В вокруг которой функция (6) с достаточной точностью аппроксимируется прямой. При помощи регулятора прямого тока можно выбрать такую величину значения сигнала - В, чтобы точка перегиба находилась в середине первого участка линеаризации В Для получения результата измерения -Z в единицах измеряемого параметра необходимо установить следующее значение величины - С,до которой производится интегрирование сигнала (2). XI 2В(А + В) А - В

Ошибка линеаризации экспоненциальной зависимости (1)

Z-X

-X (11) 35

В +А

ах

В +Ае

Это сложная функция, которая изменяется от О при X О через до О при X Xi и через +бтах до о при X Ximax далев д принимает отрицательное значение, которое увеличивается по мере увеличения измеряемого параметра.

Если значение измеряемого параметра ,ax ТО по истечении времени интегрирования t соответствующего результату измерения Ximax 1 при котором ошибка линеаризации (11) равна нулю при изменении ее с -I- б на - d

С

(12)

tr

- ах , max

В +А

срабатывает пороговое устройство 15, сиг- gg нал с выхода которого подается на блок 4 перемещения регулятора прямого потока и изменяет величину сигнала В на

- ах2

(13)

В2 Ав

а суммарное время интегрирования измененного сигнала до величины - С

C-Ci

(16)

t ti+. В2+Ае Результат измерения с учетом (6), (12) и (15)

А - ах , max . Me- ,Ае

(17)

Ximax К2

В2+Ае

Это монотонно растущая функция, .которая изменяется от Хтмакс до Z2max при X 00

д-ах, max

Zamax Ximax Н-К2- - (18)

D2

И имеет точку перегиба при значении измеряемого параметра

-т

(19)

вокруг которой функция (17) мало отличается от прямой и для получения результата измерения в единицах измеряемого параметра необходимо выбрать величину коэффициента пропорциональности где Х2 - значение измеряемого параметра в середине второго участка линеаризйции. При постоянной абсолютной ошибке линеаризации (5тах. X2-Xi,,3x + Xi(14) Одновременно с этим сигнал с выхода порогового устройства 15 подается на задатчик 13 коэффициента пропорциональности, где он изменяет коэффициент пропорциональности представления результата с Ki 1 на К2 Во время, перемещения регуляторз 1 прямого потока сигнал с дополнительного выхода блока 14 перемещения блокирует входы интегратора 6 и блока 7 измерения времени интегрирования т.е. приостанавливает интегрирование сигнала (2) и измерение времени интегрирования за время переходного процесса пока регулятор прямого потока находится в движении. При значении измеряемого параметра за время ti величина сигнала (2), проинтегрированного по времени, равна ei J nidt - (В -1- As) ti

К (X2-Ximax)2 -62 . max 3

Ошибка линеаризации на втором участке

ах

д - ах . шах

Ае е

-Х(21)

Xlmax + К2

ах

f В2 равна О при.Х Ximax и при увеличении X изменяется через -д max до О при и далее через +д max до О при Х Х2тах и далее принимает отрицательные значения X, которые увеличиваются по мере увеличения X. Функциональная зависимость (21) аналогична функциональной зависимости (11). Далее если значение измеряемого параметра Х Х2тах достижении времени интегрирования. t2 соответствующего результату измерения Х2тах сигнал становится больше второго порога порогового устройства 15 и так далее можно увеличить число участков линеаризации, при этом каждое следующее срабатывание порогового устройства 15 изменяет величину сигнала В с Вп на Bn+i Вп41 Ае и изменяет коэффициент пропорциональности начиная с второго участка с Кп на Kn+i Кпч.1 ,.-r ±1-, C23J -Вп-Ь1 гдеп 2,3...

тогда результат измерения

Zn+1 Xnmax + Kn+1 X

max

.(24) Ае +Вп+1

При постоянной абсолютной ошибке ли10 неаризации (Зтах на каждом участке Хп+1 - Xnmax Xl, где прииспользоеании m участков линеаризации. 2 m +0.3 где Хтах-максммальное значение необходимого диапазона измерения. Это обуславливается тем, что последний участок аппроксимации может быть несколько длиннее до - бгпах. Для линеаризации путем линейно-кусочной аппроксимации потребовалось бы 12 участков аппроксимации, или каждый участок соответствует шести участкам линейно-кусочной аппроксимации. Предлагаемый измеритель позволяет аппроксимировать экспоненциальную зависимость кусками сложной функциональной зависимости, чем упрощается устройство и градуировка устройства для получения той же ошибки линеаризации или расширения диапазона измерения, в котором можно достигнуть заданную точность измерения.

РАДИОИЗОТОПНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ, по авт. св. N? 576824, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, он снабжен блоком перемещения регулятора прямого потока, пороговым устройством и включенным между выходом блока измерения времени интегрирования п измерительным прибором, задатчиком коэффициента пропорциональности, второй вход которого подключен к выходу порогового устройства, подключенного входом к блоку измерения времени интегрирования, а выходом - к входу блока перемещения регулятора прямого потока, выход которого подключен ко второму входу блока измерения времени интегрирования, а блок перемещения регулятора прямого потока выполнен с дополнительным выходом подключенным ко входам блокировки интегратора и блока измерения времени интегрирования.