Способ контроля плотности материалов Советский патент 1980 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к контроллно-измерительной технике, в частности к контролю толщины покрытия и его плотности.5

Известен способ контроля массовой толщины покрытия на основном материале объекта, заключающийся в том, что пучок быстрых электронов направляют на поверхность объекта, регистрируют fQ обратнорассеянные электроны, вышедшие из любой точки поверхности объекта и по результатам регистрации судят о массовой толщине покрытия на основном материале объекта LlJ . 5

Однако этот способ малопригоден для контроля плотности объекта, так как интегральная рассеивающая способность не зависит от плотности объекта.20

Наиболее близким к изобретению является способ контроля плотности объекта по обратному рассеянию быстрых э.лектронов, заключающийся в том, что на контролируемый матери- 25 ал направляют пучок электронов, регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие из части поверхности контролируемого материала,.не :;одержащей область, на которую не-.. jQ

посредственно падает пучок электро нов 2 .

Однако точность этого способа контроля небольшая.

Целью изобретения является увеличение точности контроля.

Указанная цель достигается тем, что регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие из области контролируемого материала, на которую непосредственно падает пучок электронов, а с плотности объекта контроля судят по отношению интенсивностей обратнорассеянных электронов, вышедших из соответствующих областей.

На фиг. 1 представлен график, поясняющий данный способ; на фиг. 2 - датчик контроля.

Изменение плотности объекта вызыBaef изменение как размера области поверхности, из которой вообще выходят обратнорассеянные электроны {область 1), так и распределение . обратнорассеянных электронов в пределах этой области. При этом кроме изменения размеров области 1 и распределения плотности обратнорассеянных электронов по поверхности

Объекта в ее пределах происходит изменение распределения плотности обратнорассеянных электронов по поверхности объекта в пределах области, на которую непосредственно падает пучок электронов (область 2). Результаты регистрации обратнорассеянных электронов,вышедших из области 1 и области 2 в общем случае являются функциями как эффективного атомного номера объекта гдфф/ так и его эффективной плотности p,g,(p. Пучок моноэнергетических ускоренных электронов от бетатрона диаметром 2 Го направляется перпендикулярно поверхности каждого контролируе-, мого объекта (фиг. 1). Регистрируются только обратнорассеянные электроны, вышедшие из области 1, ограниченной радиусом RO и, таким образом, на содержащей область поверхность объекта, ограниченную сечением пучка на поверхности объекта диаметром 2 TO . Размер RO при контроле подбирается экспериментально в зависимости от диапазона плотностей, к которому принадлежит данный вид объекта. Одновременно регистрируются обратнорассеянные электроны, вышедшие из области 2 поверхности объекта, ограниченной сечением пучка на поверхности объекта диаметром 2 . Определяется отношение результатов регистрации, которое является мерой параметра контролируе мого объекта.

Датчик содержит электропровод 1, коллимирующий блок 2 из набора коллимирукяцих блоков, каждый из которых имеет канал 3 для проводки пучка на объект, канал 4 для регистрации обратнорассеянных электронов, вышедших из области поверхности объекта 5 в пределах сечения пучка «а поверхности объекта.. Ось канала 4 регистрации пересекает ось канала 3 для проводки пучка на выходной поверхности блока. Каждый из блоков имеет вырез б, одна из поверхностей которого является конической поверхностью, соосной с каналом 3, Для каждого вида объектов контроля производится подбор блока из набора.Обект контроля или образца из чистых элементов устанавливается на расстоянии S от выходной поверхности кoJ|лимйpyющeгo блока 2, которое поддерживается неизменным. Против выреза кOJilИмиpyющeгo блока установлен сцинтилляционный детектор 7 с пластмассовым сцинтиллятором 8, а второй сцинтилляционный детектор 9 с пластмассовым сцинтиллятором 10 с помощью центрирующего переходника .11 установлен против канала 4. Выходы детекторов соединены со входами схемы 12 отношений амплитуд .импульсов, выход которой соединен с регистратором 13 .- самописцем. Коллимирующий

блок соединен с корпусом 14, в котором находится графитовый, коллиматор 15, коллиматор-монитор 16, содержащий собственно алюминиевый коллиматор 16, чувствительный объем 17 из пластмассовой сцинтиллирующей пленки толщиной 0,03 мм и светозащищенные мембраны 18 из алюминиррванной лавсановой пленки, а также световод 19 в виде алюминиевой полированной трубки, к которому может быть присоединен любой из детекторов без сцинтиллятора с целью регистрации светового излучения из колли- матора-монитора.

В режиме предлагаемого способа электроны из электропровода 1 проходят на графитовый коллиматор датчика, который формирует пучок электронов, проходящий через светозащитные мембраны и сцинтиллирующую пленку и по каналу 3 коллимирующего блока на объект 5. Часть обратнорассеянных электронов, вышедших из поверхности объекта, в пределах области поверхности объекта, ограниченной сечением пучка на поверхности объекта (т.е. из круга диаметром л 2 ) проходит по каналу 4 на сцинтиллятор 10 датчика 9. Часть обратнорассеянных электронов, вышедших из области поверхности объекта, не содержащей области поверхности диаметром 2RO, проходит на сцинтиллятор 8 детектора 7 и регистрируется им. Выходные сигналы в каждом цикле работы ускорителя одновременно поступают на схему отношений, выходное напряжение которой пропорционально отношению амплитуд импульсов, регистрируется самописцем 13.

В режиме известного способа детектор 9 без сцинтиллятора подсоединяется к световоду 19 коллиматора-монитора 16 и регистрирует световое,, излучение из сцинтиллирующей пленки 17 пропорциональное току пучка,Если к тому же расстояние между объектом контроля и коллимирующим блоком устанавливается равным S(10-20) мм, то реализуется предлагаемый способ. В дополнительном режиме детектор 9 без сцинтиллятора присоединяется к коллиматору-монитору, а детектор 7 устанвливается вместо детектора 9.

При изменении плотности объекта (фиг. 1) изменяются размеры области поверхности объекта R (р), из которо вообще выходят обратнорассеянные электроны. Если р р , .то R(p,) R(p). Изменяется и распределение обратнорассеянных электронов в пре-делах области R (р). Увеличение плотности объекта приводит к уменьшению потока обратнорассеянных электронов из области 1. С другой стороны увеличение плотности объекта приводит к тому, что обратнорассеянные электрны все более плотно распределяются по поверхности объекта в пределах R (р) особенно вблизи оси пучка, а это приводит .к увеличению потока электронов из области, ограниченной сечением пучка радиуса г на поверх ности объекта. В то же время рассеивающая способность вещества объекта определяется атомным номером Z для чистого элемента или эффективным атомным но мером Z фо для образца сложного состава. Поэтому в общем случае потоки электронов из областей 1 и 2 зависят как от плотности, так и от атомного номера. Предлагаемый способ при использо ании бетатронного источника электронов обеспечивает более высокую точность измерения плотности. Формула изобретения Способ контроля плотности материалов, заключающийся в том, что на контролируемый материал направляют пучок электронов, регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие из части поверхности контролируемого ма-гериала,не содержащей область,на корорую непосредственно падает пучок электронов, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности контроля, регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие из области контролируемого материала, на которую непосредственно падает пучок электронов, а о плотности объекта контроля судят по отношению интенсивностей обратнорассеянных электронов, вышедших из соответствукицих областей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Latter TDT, Measuring. Coat ing Jhickness by the Bet Back scatter technique - British J. Nondestruct, Jest, 1975, 17, 5, p. 145-152. 2.Ott A Radiouretrishe Dichteraessung nut dem beta-Ruckstreuverfahren-Materialprufung 1974, 16, 5, JS. 132-134 (прототип).