Электронный плотномер Советский патент 1985 года по МПК G01N23/22 G01T1/208 G01N9/24 

1 Изобретение относится к области контроля объектов ради.ационными методами, а более конкретно к устройствам на основе импульсных источ никор электронов. Известен электронный плотномер, которьШ содержит коллиматор, торец которого является опорной поверхностью для контролируемого объекта детекторы-сцинтилляторы и импульсный источник электронов, расположен ные по одну сторону от плоскости торца коллиматора, два оптически изолированных друг от друга замкнутых световода, каждый из которых оп тически соединен с детёкторамисцинтилляторами и фотоумножителем, блок измерения отношения амплитуд, выходных сигналов фотоумножителей, регистратор отношения l. Известен также электронный плотномер, содержащий коллиматор, торец .которого является опорной поверхностью для контролируемого объекта и который имеет внутренний канал ре гистрации, ограниченный коническими поверхностями, расположенные по одну сторону от плоскости торца кол лиматора импульсный источник электронов, кольцевые детекторы-сцинтилляторы в световодах, т.е. оптически изолированные друг от друга, один из которых расположен во внутреннем канале регистрации коллимато ра, а другой - охватывает коллиматор, два оптически изолированных друг от друга замкнутых световода, каждый из которых оптически соединен с детектором-сцинтиллятором и фотоумножителем, и блок измерения отношений амплитуд, импульсов, входы которых соединены с,выходами фотоумножителей, а выход - с входом регистратора отношения рабочих сигналов фотоумножителей, которое является мерой плотности объекта конт роля 2 . Этот плотномер имеет более высокую чувствительность к изменениям плотности, чем предьйущий, однако его точность как и точность предьщу щего плотномера, ограничивается нес табильностью отношения коэффициентов передачи фотоумножителей, так как смена контролируемых образцов сопровояздается сильными изменениям ;режимов работы фотоумножителей, об лoвлeнны aI сильными изменениями све 1, 2 . то вых по TOKOS из сцинтилляторов изза сильных изменений потоков обратнорассеянных электронов на сцинтилляторы во время нарушения контакта объекта с торцовой плоскостью коллиматора и при перемещении образцов. При этом поток обратнорассеянных электронов на охватывающий сцинтиллятор резко возрастает, а поток на сцинтиллятор во внутреннем канале регистрации резко падает. После приведения в контакт с торцом коллиматора следующего образца производят только частичное восстановление . режимов работы фотоумножителей изза различий в длительностям процессов смены образцов, из-за противоположного х.а1 актера изменений режимов работы ФЭУ, из-за общего старения ФЭУ со временем, изменений температуры и т.д., причем даже такое неполное восстановление является длительным, что ограничивает не только точность контроля, но и его производительность. ; Цель изобретения повышение точности контроля плотности. Цель достигается тем, что в предлагаемый плотномер,- содержащий колли- матор, торец которого является опорной поверхностью для контролируемого объекта, детекторы-сцинтилляторы в световодах и импульсный источник электронов, расположенные по одну сторону от плоскости торца коллиматора j оптически соединенные со световодами фотоумножители, выходы которых соединены с входами блока измерения отношения амплитуд выходных сигналов фотоумножителей, регистратор отношения амплитуд выходных сигналов фотоумножителей, введены источник импульсных световых сигналов, блок сравнения, синхронизатор и блок регулирования коэффициента передачи тракта с фотоумножителем, причем световоды оптически соединены с излучателем источника световых имщбпьсов и отделены от него слабосветопропускающими мембранами, выход блока измерения отношений а тлитуд импульсов соединен через селектор рабочих и калибровочных сигналов с регистратором отношения амплитуд рабочих сигналов и с блоком сравнения, выход которого соединен с блоком регулирования коэффи.циента передачи тракта с фотоумножителем, а синхронизирующий выход им391 1

пульсного источника электронов соедивен с входом синхронизатора, выходы которого соединены с управляющими входами селектора и с источником световых импульсов, а также тем, что ела-; босветопропускающие мембраны выполнены, например, из алюминированной лавсановой пленки.

В рабочем цикле излучения -пучка электронов импульсным источником синх-10 ронизатор и селектор обеспечивают поступление выходного сигнала блока измерения отношений.только на регистратор отношений. При этом оптическая связь.меяоду световодами через излуча- 15 тель источника импульсных световых сигналов практически не возникает изза слабого светопропускания мембран.

Между рабочими циклами излучения пучка электронов импульсным ис- 20 точником синхронизатор и селектор

обеспечивают калибровочные циклы: многократные запуски источника импульсных Световых сигналов и поступление выходных сигналов блока измере 55

ния отношений только на входблока сравнения.

В каждом таком калибровочном цикле излучатель источника импульсных световых сигналов обеспечивает импульс высокой интенсивности, превьш1аю1цей в 100-1000 раз интенсивность светового излучения сцинтиллятрров в рабочем цикле, причем такой, что через слабосветопропус- 35 кающие мембраны в световоды проходят световые потоки, близкие к световым потокам, излзгчаемым сцинтилляторами под действием потоков обратнорассеянных электронов в ра- 40 бочем цикле. Причем неизменность световодов, мембран и их взаимное , расположение относительно источника обеспечивает иеизменносТь отношения световых потоков, излучае- 45 мых в световоды, так что изменение отношения выходных сигналов фотоумножителей в каждом, калибровочном цикле определяется только изменением отношения коэффициентов передачи 50 фотоумножителей и не зависит от стабильности, интенсивности светового импульса, от излучателя источника импульсных световых сигналов. При этом по соотношению между порогом 55 срабатывания блока сравнения и амплитудой сигнала, поступакяце го от блока измерения отношений, с по714

мощью блока регулирования происходит изменение коэффициента передачи одного из фотоумножителей, приводящее к увеличению или уменьшению отношения коэффициентов передачи в зависимости от того, больше ли соответственно отношение коэффициентов передачи фотоумножителей или меньше в данный момент времени отношения коэффициентов передачи, соответствующего порогу срабатывания блока сравнения.

Реализация ко всему этому 10-100 калибровочных циклов на каждый рабочий и следование калибровочных циклов.практически с неизменным периодом обеспечивает также малую ста- тистическую погрешность сохранения отношения коэффициентов передачи фотоумножителей в предлагаемом плотномере, а следовательно, независимость отношения коэффициентов передачи фотоумножителей от режима работы в рабочих циклах, чем достигается- т более высокая точность контроля плотности предлагаемым плотномером .по сравнению с известными.

На чертеже показана схема предлагаемого плотномера.

Предлагаемый плотномер содержит импульсный источник электронов, например, бетатрон 1 с трактом 2 формирования электронного пучка, с которым соединён коллиматор 3, имеющий канал 4 для проводки электронов, внутренний канал 5 регистрации и торГец 6, на который во время измерений опирается один из контролируемых объектов 7. Охватывающий коллима- тор кольцевой сцинтиллятор 8 находится в световоде 9, имеющем тонкую светонепроницаемую мембрану 10.

Второй кольцевой сцинтиллятор 11 находится в световоде 12, имеющем тонкую светонепроницаемую мембра-; ну 13 и ограниченном частью внутреннего канала регистрации коллиматора. Фотоумножители 14 и 1-5 оптически соединены соответственно со световодами 9 и 12. Излучатель 16 источника 17. импульсных световых сигналов оптически соединен через отверстия 18 со световодами -9 и 12 и отделен от них слабосветопропускаклдими мембранами 19 из лавсана с- алюминиевым напылением. В качестве излучателя использован светодиод в импульсном режиме. Вькоды фо- тоумножителей 14 и 15 соединены с входами блока 20 измерения отношений, выход которого соединен с входами линейньк пропускатеЛей 21 и 22, образующих селектор. Выход пронускателя 22 соединен с. регистратором 23 отиошения, а выход пропускателя 21 соединен с блоком 24 сравнения на основе амплитудного дискриминатора, выход которого соединен с входом регулятора усиления ФЭУ на основе схемы 25 совпадений, схемы 26 антисовпадений, триггера 2 с раздельными входами и двухполярным питанием lio - И , интегрирующей цепи 28 и управляемого источника 29 питания делителя ФЭУ 14. Делитель ФЭУ 15 соединен с неуп- равляемым источником 30 питания. Синхронизирующий выход имщгльсного источника электронов соединен с вхо дом синхронизатора одновибратора 31 вькод которого соединен с управляющим входом линейного пропускателя 22 селектора, а через.дифференцирукнцую цепочку 32 с входом генератора 33 серии импульсов, выход которого соединен с входом линейного, пропускателя 21 селектора, вх дом схемы 25 совпадений, входом рхе мы 26 антисовпадений и через диффер цирующую цепочку 34 с входом источника 17 импульсных световых сигнало В момент излучения бетатрона 1- в рабочем цикле - электроны проходят по тракту 2 формирования и каналу 4 коллиматора на объект 7. 06ратнорассеянные электроны проходят на детекторы - сцинтилляторы 8 и 1 световое излучение которых поступает в световоды 9 и 12, и часть его регистрируется фотоумножителями 14 и 15, рабочие выходные сигналы которых поступают на блок 20 измере ния отношений. Вследствие малого коэффициента светопропускания мембран 18 световое излучение из одного световода в другой практически не проходит, и световоды в рабочем цикле являются практически оптически изолированными друг от друга. Одновременно с излучением электpoHois с синхронизирующего выхода бетатрона на одновибратор 31 поступает запускакядий импульс, и одновиб ратор 31 формирует импульс, которым открывается линейный пропускатель 22 на время, незначительно пре вьшающее время срабатывания блока измерения отношений, и рабочий инпульс с выхода блока 20 измер ния отношений поступает на регистратор 23 отношений, показания которого используются в ка честве меры плотности при наличии объекта на торце.коллиматора. Задним фронтом импульса одновибратора 31,выделяемым дифференцирующей цепочкой 32, запускается генератор 33 серии импульсов, импульсы с выхода которого, следующие.с периодом, незначительно превосходящим удвоенную длительность срабатывания блока измерения отношений, и имеющие длительность, превосходящую длительность срабатывания блока измерения отношений, поступают на управляюпщй вход пропускателя 21, на вход схемы 25 совпадений и на вход схемы 26 антисовпадений. Передними фронтами импульсов серии, заполняющей период следования рабочих хщклов, выделяе1Ф1Ми диффереи1щрующей цепочкой 34, запускается источник 17 импульсных световых сигналов. При этом в момент времени, соответствующий фронту импульса от генератора серий, излучатель-16 источника световых импульсов испускает импульс света, интенсивность которого превосходит интенсивность светового излучения сцинтшшятора в рабочем цикле в 100-1000 раз. Это обеспечивает прохождение в световоды 9 и 12 через слабопропускагацие мембраны световых импульсов, интенсивность которых близка к интенсивности светового излучения от сцинтилляторов. При этом отношение интенсивностей световых импульсов,, прошедших одновременно в световоды 9 и 12 от излучателя 16, не зависит от интенсивности еветового импульса излучателя ввиду постоянства геометрии и свойств световодов i1 и мембран 18, Фотоумножители 14 и 15 регистрируют эти калибровочные световые импульсы из световодов 9 и 12, а блок измерения отношений амплитуд формирует на выходе импульс, амплитуда которого пропорциональна отношению амПлитуд импульсов от ФЭУ и который поступает через пропускатель 21, открытый импульсом от генератора 33 серий, на блок сравнения - амплитудный Дискриминатор 24, При этом амплитуда импульса от блока измерения отношений отличается в каждом калибровочном цикле от такового в предыдущем калибровочном цикле только за счет различия в коэффициентах передачи ФЭУ в,моменты времени, соответствующие этим циклам.

Если, например, в результате увеличения отношения коэффициентов передачи фотоумножителей 14 и 15 амплитуда импульса от блока измерения отношений стала превышать порог срабатывания дискриминатора 24, то импульс от дискриминатора проходит . на входы схемы 25 совпадений и схемы 26 антисовпадений, на другие входы которых воздействует одновременно импульс от генератора 33 серий, и с выхода схемы 25 совпадений на

вход триггера поступает импульс, переключающий триггер 27 в положение, которое приводит к перезарядке емкости интегрирующей.цепочки 28, в результате чего напряжение на выходе источника 29 питания изменяетСЯ и изменяется напряжение питания делителя ФЭУ.

До тех пор, пока отношение коэффициентов передачи ФЭУ 14 и.15 остается большим отношения, соответствующего порогу срабатывания дискриминатора, на триггер поступают в последующих-циклах калибровки импульсы только от схемы совпадений и состояние триггера не изменяется.

Это приводит к продолжению изменения коэффициента передачи ФЭУ 14, Если в результате изменения коэф.фициента передачи ФЭУ 14 отношение коэффициентов передачи ФЭУ 14 и 15 станет меньшим отношения, соответствующего порогу срабатывания дискриминатора 24, то импульс на выходе дискриминатора отсутствует, а схема антисовпадений формирует импульс, который изменяет положение триггера на противоположное.

Это приводит к перезарядке конденсатора интегрирующей цепи 28

и к противоположному изменению напряжения на выходе источника 29 питания делителя ФЭУ 14, в результате чего отношение коэффициентов передачи ФЭУ возрастает.

Охват калибровкой как ФЭУ, так и блока измерения отношений, - независимостъ калибровки отношения коэффициентов, передачи от стабильности

источника импульсных световых.сигналов. Значительное количество калибровочных циклов (50-100)между рабочими циклами позволяет поддерживать длительное время отношение ко-

эффициентов передачи от одного рабочего цикла к другому с точностью не менее 0,5%, независимо от режимов работы ФЭУ в рабочих циклах, задаваемых как процессами измерения плотности, так и процессами смены образцов, и обеспечивает контроль плотности, например ферритов с точностью 0,1%. При этом точность предлагаемого плотномера определяетсяв основном методическими погрешностями, статистическими погрешностями регистрации обратнорассеянных электронов и аппаратурными погрешностями блока измерения отношений и блока

сравнения, в то время как для известных плотномеров основной вклад в гораздо большую погрешность измерений вносит нестабильность отношения коэффициентов передачи ФЭУ.

Предлагаемый плотномер обеспечивает более.высокую точность контроля плотности, чем известные плотномеры, независящую от производительности контроля, задаваемой в основном дли-

тельностью процессов смены образцов.

Как и известные плотномеры, предлагаемый плотномер предназначен для контроля плотности спеченных материалов, изготовля-емых методами порошковой металлургии.

1.ЭЛЕКТРОННЫЙ ПЛОТНОЖ ; содержащий коллиматор, торец которого является опорной поверхностью для контролируемого объектаj детекторысцинтилляторы в световодах и импульсный источник электронов, расположенные по одну сторону от плоскости торца коллиматора, /оптически .соединенные со световодами фотоумножители, выходы которых соединены с входами блока измерения отношений амплитуд импульсов, регистратор отношения рабочих сигналов фотоумножителей, о тличающийся тем, что, с целью повьшения точности контроля плотности, в него введены источник импульсных световых сигналов, блок сравнения, синхронизатор и блок регулирования коэффициента передачи . тракта с фотоумножителем, причем световоды оптически соединены с Излучателем источника световых импульсов и отделены от него слабосветопропусканицими мембранами|: выхода блока измерения отношений амплитуд импульсов соединены через селектор рабочих и калибровочных сигналов с регистратором отношения амплитуд рабочих сигналов и с блоком сравнения, выход кото(Л рого соединен с блоком регулирования коэффициента передачи Тракта с фотоумножителем, а синхронизирующий выход импульсного источника электронов соединен с входом синхронизатора, выходы которого соединены с управляющими входами, селектора и с источником i;0 световых импульсов. 2. Плотномер по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что слабосвеCD топропускакнцие мембраны выполнены, например, нзалюминированной лавса новой пленки.