Устройство для определения плотности осесимметричных тел Советский патент 1980 года по МПК G01N23/08 

Изобретение относится к устройствам исследования анализа материалов с помощью рентгеновского излучения и предназначено для определения плотности тел с осевой симметрией в момент ударного сжатия. Известно устройство для фотометри рования рентгенограмм, состоящее из источника света, системы регистрации и устройства перемещения пленки 1. Недостатком известного устройства является большая трудоемкость опреде ления плотности тел. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является yc ройство для определения плотности осесимметричных тел посредством прон кающего излучения при симметричном ударном нагружении, состоящее из источника света и фотоприемника 2. Недостатками известных устройств являются малая производительность и невозможность расшифровки рентгенограмм в случае, когда в одну точку изображенияпопадает информация о слоях с различной плотностью. Цель изобретения - повышение производительности . Поставленная цель достигается тем что между источником света и фотопри емником расположена щель и транспарант с распределением прозрачности, подчинянхдейся закону P(t-): у, , где тЧг) - производная по координате зависимости масса, приходящаяся на единицу поверхности рентгенограммыу- координата , г - радиус тела. Как известно, рентгенограмма исследуемого тела с помощью микрофотометра или другого подобного устройства сканируется в выбранном месте перпендикулярно оси. Затем, основываясь на законе поглощения гамма-излучения - M-d-X 1 - интенсивность излучения, падающего на образец; I - интенсивность излучения за образцом; U - линейный коэффициент поглощения;-просвечиваемая толщина; -основание натуральньох логарифмови характеристической кривой пленки ), о где D - оптическая плотность почернения, вычисляется распределение массы. приходящейся на единицу поверхности пленки -j.исходная плотность материа ла; ,-П масса образца, приходящаяс на единицу поверхности пле ки. Искомая плотность находится из выра жения ) X К I где 8(i искомое распределение плотности; X - текущая координата; 6 - переменная интегрировани Выражение (2) известно сравнител но мало. Основные моменты его вывод следующие. На фиг. 1 изображен слой исследу мого тела толщиной d 21 вырезанный перпендикулярно оси. Направление гамма-излучения показано стрелками. Плотность материала вдоль радиуса меняется по закону (() . В этом случае масса, содержащаяся в полосе слоя то лдиной tix , вырезанной в напр лении излучения, определяется путем интегрирования 5(i ГА(х) (.-)dxoiz d3 . Принимая во внимание Г и деля полученное выражение на dxol найдем массу, приходящуюся на един площади рентгенограммы на расстоян X от оси U)-if- ij±:lr . ХЛГР-х Это - интегральное уравнение Вольтерра первого рода относитель неизвестной функции плотности f(.- Подстановкой и эт уравнение приводится к уравнению А иЬ) dM Ч (Ь)1 Решение этого уравнения известно i-i Возвращаясь к исходныгл переменн получаем (2). Выражение (2) являет несобственным интегралом и предста ляет известные трудности для вычис ния. Предложенное устройство основан на аналогии между выражением (2) формулой, связывающей функцию рас ния точки Plr) и функцию рассеяни линии L(X) из теории построения изображений оптическими системами Li.).fp(HP. 3) где L(x) - функция рассеяния линии; Р(х) - функция рассеяния точки; X - текущая координата; Г - переменная интегрирования . На фиг. 1 приведена схема, иллюстрирующая вывод формулы (2); на фиг„ 2 - устройство для определения плотности осесиглГ1етричных тел; на фиг. 3 - динамический транспарант (непрозрачный диск с вырезом), Устройство содержит электродвигатель 1 с установленной на его валу тарелью 2, в углублении которой закреплена электролюминесцентная панель 3, получающая питание от источника электроэнергии с помощью контактных колец 4. Электролюминесцентная панель прикрыта диском из непрозрачного материала 5 (черная бумага, тонкий кар- тон), содержащим вырез специальной формы. На некотором расстоянии от диска с вырезом располох ена узкая щель 6, за которой помещается каретка 7 с фотоумножителем 8. Перед катодом фотоумножителя расположена щель 9, параллельная щели 6. Каретка 7 имеет возможность перемещаться в направляющих 10 перпендикулярно щели 9 при помощи ходового винта 11, червячной пары 12 и электродвигателя 13. Сигнал фотоумножителя 8 проходит через фильтр 14 нижних частот с окном прозрачности от куля и до частот несколько меньших частоты вращения двигателя 1 и поступает на самописец 15. Детали схемы расположены в темном помещении или в непрозрачном корпусе. Определение плотности отдельных слоев осесимметричного тела предлагаемым устройством производится в следующем порядке. 1.Рентгенограмглу в выбранном месте, перпендикулярно оси исследуемого тела, сканируют с помощью микрофотометра и получают зависимость оптическая плотность - координата Г(Х). 2.Используя закон поглощения гамма-излучения , зная энергию излучения и предполагая коэффициент поглощения постоянным для разных плотностей рассматриваемого вещества, а также учитывая характеристическую кривую пленки, на основании (1) строят зависимость масса вещества, приходящаяся на единицу площади рентгенограм tviH, - координата - гп(х) . 3.Находят производную тЧх) . 4.Зависимость vn(x) переносят на диск 5 (фиг. 3). При этом независимую переменную х откладывают вдоль полярной осиОА(). Величины же mW ИлЧг) в выбранном масштабе откладывают от оси ОА вдоль, дуг окружностей с центром в полюсе. Углы Ч нео ходимые для построения, находятся и условия ,, . рЧ. 5. Диск 5 закрепляется на тарели 2 (центр диска совмещен с осью враще ния) и включается двигатель 1. При этом диск 5 становится динамическим транспарантом, средняя прозрачность за оборот к оторого пропорциональна величине . В этом легко убедить ся если ввиду, что средняя про рачность диска 5 при вращении для г где Ч - угол радиуса h равна выреза на радиусе г 6. При перемещении каретки 7 с фотоумножителем 8 от оси вращения и до периферии с помощью самописца 15 регистрируют кривую искомого распределения плотности. Если рассматривать вращающийся диск 5, подсвеченный люминесцентной панелью 3, как функцию рассеяния точ ки, то следует признать, что в плоскости щели 9 фотоумножителя 8 осуществляется свертка (интегрирование со сдвигом) функции рассеяния Р(г) и дельта-функции (щель 6), а следовательно, в этой плоскости осве щенность должна меняться по закону функции рассеяния линии L(X) Но так как эта функция (3) при ук занном выборе формы щели 6 и .иско-i мое распределение плотности определяются одинаковыми выражениями, кривая, зарегистрированная самописцем 15, явится с точностью до масщтабного коэффициента искомым распределением плотности. Однако при наличии в теле пустот или понижения Ллотности в направлени от периферии к центру функция ) становится знакопеременной. Это озна чает, что рассмотренный транспарант обязан иметь участки с прозрачностью разного знака, что не имеет физическ го смысла. Для решения задачи в предлагаемом (Устройстве необходимо изготавливать два транспаранта (отдельно для положительной и отрицательной частей функции ) . Для каждого из них указанным способом строится распреде ление плотности, а окончательный результат получается, как разность эти распределений. Возможно для ускорения процесса измерения применение двух устройств, в которых одновременно вращаются транспаранты для положительной и отрицательной частей функции тЧ) . Если оба устройства включить через разностный усилитель на общий самописец и осуществить синхронное перемещение кареток 7, искомое распределение плотности получают за один цикл измерения. Устройство также позволяет измерять распределение плотности осесим летричных масс, содержащих разные материалы. При этом следует выбирать жесткость гамма-излучения таким оЬразом, чтобы коэффициенты поглощения этих материалов были близки. Использование предлагаемого устройства позволит повысить производительность на 50-100%. Это обеспечивается тем, что исключаются трудоемкие операции непосредственного вычисления выражения (2), а искомое распределение находится путем несложных геометрических построений и измерений и представляется в виде кривой. Этим же исключается необходимость применения дорогостоящих ЭВМ. Формула изобретения Устройство для определения плотности осесимметричных тел посредством проникающего излучения при симметричном ударном нагружении, состоящее из источника света и фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, между источником света и фотоприемником расположена щель и транспарант с распределением прозрачности, подчиняквдейся закону р(г). тЧг - производная по координате зависимости масса, приходящаяся на единицу поверз ности рентгенограммы. Г радиус тела. -координата Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании №1.158409 кл. G 1 А, опублик. 1972. 2.Румянцев С.В. Радиационная дефектоскопия. М. , Атомиздат, 1974, с. 136, 409 (прототип).