Радиоизотопный толщиномер

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, к средствам неразрушающего контроля, в частности к радиоизотопным приборам для измерения толщины или поверхности плотности материалов. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения статистической составляющей погрешности измерения без увеличения активности источника излучения и повышение надежности. Толщиномер, содержащий источник ионизирующего излучения в рабочем контейнере с двумя коллимационными отверстиями, выполненными с разным диаметром, первый детектор излучения, первый счетчик импульсов с регулируемым коэффициентом пересчета, второй счетчик импульсов с переключателями предустановки и средство отсчета измеряемого параметра, второй детектор излучения, сумматор импульсов, третий счетчик импульсов с переключателями предустановки и одновибратор, снабжен четвертым счетчиком импульсов и переключателями. При измерении материала за счет введения пересчета импульсов с выхода второго детектора излучения уменьшится случайная составляющая погрешности измерения, также повысится надежность и удобство калибровки толщиномера. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, к средствам неразрушающего контроля, в частности к радиоизотопным приборам для измерения толщины или поверхностной плотности материалов. Известен радиоизотопный измеритель поверхностной плотности, содержащий источник излучения в рабочем контейнере с двумя коллимационными отверстиями, последовательно соединенные детектор излучения, усилитель, формирователь, интегратор и блок управления, последовательно соединенные блок измерения времени интегрирования, показывающий прибор и задатчик времени интегрирования при нулевом значении измеряемого параметра, выход блока управления соединен с вторыми входами интегратора и блока изменения времени интегрирования. Недостатком этого устройства является зависимость результата измерения от степени радиоактивного распада источника ионизирующего излучения и невозможность его использования от измерения толщины листовых материалов на просвечивание. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения плотности, содержащее источник ионизирующего излучения, последовательно соединенные первый детектор излучения, счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета, первый вычитающий счетчик с переключателями предустановки и средство отсчета измеряемого параметра, второй детектор излучения и последовательно соединенные сумматор импульсов, второй вычитающий счетчик с переключателями предустановки и одновибратор, выход которого соединен с динамическим входом управления средства отсчета измеряемого параметра, входами установки счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета и второго вычитающего счетчика, а также с инверсным динамическим входом установки первого вычитающего счетчика, регулятор потока излучения, установленный между источником излучения и вторым детектором излучения. Однако это устройство имеет увеличенную статистическую составляющую погрешности измерения, поскольку результат измерения зависит от двух случайных импульсных потоков. Механический регулятор потока излучения усложняет его калибровку и понижает надежность, если требуется его частая перекалибровка, а также усложняет обеспечение радиационной безопасности обслуживающего персонала, который при перекалибровке должен настраивать радиационный тракт и, следовательно, подвергаться некоторому облучению. Целью изобретения является уменьшение статистической составляющей погрешности измерения без увеличения активности источника излучения, повышение надежности и удобства калибровки за счет лучшего обеспечения радиационной безопасности обслуживающего персонала при калибровке толщиномера. Это достигается тем, что в радиоизотопном толщиномере, содержащем источник ионизирующего излучения в рабочем контейнере с двумя каллимационными отверстиями, последовательно соединенные первый детектор прошедшего через измеряемый объект излучения от первого каллимационного отверстия, первый счетчик импульсов с регулируемым коэффициентом пересчета, второй счетчик импульсов с переключателями предустановки и средство отсчета измеряемого параметра, второй детектор излучения и последовательно соединенные сумматор импульсов, третий счетчик импульсов с переключателями предустановки и одновибратор, выход которого соединен с динамическим входом управления средства отсчета, входами установки первого и третьего счетчиков и инверсным динамическим входом установки второго счетчика, выход первого детектора соединен также с первым входом сумматора импульсов, второе коллимационное отверстие выполнено так, чтобы дополнительно были введены четвертый счетчик импульсов с дробным переменным коэффициентом пересчета и переключатели, соединенные с входами установки дробного коэффициента пересчета четвертого счетчика, выход которого соединен с вторым входом сумматора импульсов, а второе каллимационное отверстие выполнено для широкого пучка, выход которого детектора прямого излучения источника, соединен с счетным входом четвертого счетчика импульсов. Дополнительные относительно прототипа элементы устройства - счетчик импульсов с дробным коэффициентом пересчета и переключатели могут быть выполнены из известных элементов без дополнительного изобретательского творчества и используется по известному назначению. Так, например, в качестве счетчика с дробным коэффициентом пересчета может быть использована микросхема К 155 ИЕ 8 или использован делитель частоты с дробным переменным коэффициентом деления. В качестве переключателей могут быть использованы переключатели типа ПП8 (ОЮ.360.082 ТУ), где в каждом разряде имеется переключатель, соединяющий соответствующий вход на общий провод питания и резистор, соединенный с шиной питания. Однако представленная совокупность элементов, связанных предложенным образом, позволяет по сравнению с прототипом уменьшить статистическую составляющую погрешности измерения благодаря отсутствию регулятора потока измерения в виде клина, который не позволял установить второй детектор в непосредственной близости к второму коллимационному отверстию контейнера источником ионизирующего излучения, отказаться от механически перестраиваемых элементов (например, Клина), что увеличивает надежность устройства за счет устранения износа из-за трения и повышает радиационную безопасность обслуживаемого персонала, так как при калибровке не требуется подходить к источнику ионизирующего излучения. Это новое свойство обеспечивается новой организацией работы толщиномера. Так, подключение четвертого счетчика импульсов с дробным коэффициентом пересчета и переключателей, соединенных с входами установки дробного коэффициента пересчета четвертого счетчика, включенного между выходом второго детектора регулирующего прямое излучение источника прошедшее через второе каллимационное отверстие и вторым входом сумматора импульсов позволяет отказаться от механического регулятора потока, а калибровку устройства проводить путем установки при помощи указанных переключателей дробного коэффициента деления четвертого счетчика импульсов. На чертеже приведена функциональная схема толщиномера. Толщиномер содержит источник 1 ионизирующего излучения в рабочем контейнере 2 с двумя коллимационными отверстиями 3 и 4, первый детектор 5 прошедшего через объект излучения, последовательно соединенные первый счетчик 6 импульсов с регулируемым коэффициентом пересчета, второй счетчик 7 импульсов с переключателями 8 предустановки и средство 9 отсчета измеряемого параметра, второй детектор 10 излучения, последовательно соединенный сумматор 11 импульсов, третий счетчик 12 импульсов с переключателем 13 предустановки и одновибратор 14, четвертый счетчик 15 импульсов с дробным коэффициентом пересчета и переключателя 16 и измеряемый объект 17. Выход одновибратора 14 соединен с динамическим входом управления средства 9 отсчета, входами установки первого 6 и третьего 12 счетчиков и инверсным динамическим входом установки второго счетчика 7, первый вход сумматора 11 импульсов соединен с выходом первого детектора 5 излучения, переключатели 16 соединены с входами установки коэффициента пересчета четвертого счетчика 15 импульсов, выход которого соединен с вторым входом сумматора 11 импульсов, выход второго детектора 10 прямого излучения источника 1 соединен с счетным входом четвертого счетчика 15 импульсов с дробным коэффициентом пересчета. Толщиномер работает следующим образом. Перед началом измерения в первый счетчик 6 импульсов с регулируемым коэффициентом пересчета устанавливается необходимый коэффициент К пересчета, а во втором 7 и третьем 12 счетчиках заносится число от переключателей 8 и 13 соответственно. Ионизирующие частицы или кванты от источника 1 ионизирующего излучения проходят через измеряемый объект 17, частично поглощаются в нем и попадают на детектор 5 излучения, одновременно другие ионизирующие частицы или кванты от источника 1 непосредственно попадает на второй детектор 10 излучения. На выходах детекторов 5 и 10 имеется пуансоновский поток электрических импульсов, информационным параметром которого является средняя частота импульсов. Средняя частота импульсов на выходе первого детектора 5 имеется экспоненциально убывающую зависимость от измеряемого параметра х. = Ae^-ax (1) где А и а - константы. В начале цикла измерения снимается сигнал установки со счетчиков 6 и 12, а в счетчике 7 заносится число установленное на переключателе 8. Начинается цикл измерения во время которого импульсы с выхода первого детектора 5 подаются на первый вход сумматора 11 и счетчика 6, а импульсы с выхода второго детектора 10 со средней частотой пересчитываются счетчиком 15 на дробный коэффициент i и подаются на второй вход сумматора 11, где они суммируются с импульсами с первого детектора 5 и подаются на счетчик 12, где они вычитаются с предустановленного объема Т счетчика 12. Одновременно импульсы с выхода первого детектора 5 делятся в счетчике 6 на коэффициент деления - К и подаются на второй счетчик 7, где они вычисляются из предустановленного при помощи переключателей 8 объема Е. Время измерения устройства t задается объемом предустановки счетчика 12 и равно t = , (2) где B = (3) При этом в конце цикла измерения счетчик 12 окажется в нулевом состоянии, на его выходе срабатывает одновибратор 14. Сигнал с выхода одновибратора 14 своим передним фронтом перепишет результат со счетчика 7 в средство 9 отсчета измеряемого параметра и заблокирует счетчики 6 и 12. В конце цикла измерения в счетчике 7 будет результат измерения x = E - · , (4) который сохраняется в средстве 9 отсчета измеряемого параметра в течение следующего цикла измерения. Задним спадом импульса с выхода одновибратора 14 устанавливается объем счетчика 7, снимается сигнал блокирующий счетчик 6 и 12 и начинается новый цикл измерения. Если выбрать B = Ae^-ax2 = n₂, (5) где при измерении в диапазоне от Х_min до Х_max X₂ = 0,5 (X_min + X_max) . (6) то с учетом (1) результат измерения (4) описывает монотонно возрастающую зависимость от измеряемого параметра, которая имеет точку перегиба в середине диапазона, вокруг которой она мало отличается от прямой. Калибровку устройства можно проводить по трем точкам Х₁, Х₂ и Х₃ и соответствующим им значениям средней частоты импульсов на выходе первого детектора 2-n, n₂, n₃, где Х₁ = Х_min + 0,067 (X_max - X_min) (7) и Х₃ = 2Х₂ - Х₁ (8) Для получения результата измерения в единицах измеряемого параметра:
- коэффициент пересчета - i счетчика 15, устанавливаемый на переключателях 16 необходимо установить равным
i = , (9)
- коэффициент пересчета счетчика 6 установить равным
K = (10) где L - число знаков за запятой в результате измерения, а Т выбирается из уравнения (2),
- и предустанавливаемый объем счетчика 7 установить равным
E = + x₂·10^L (11)
При этом устройство откалибровано для измерения в единицах измеряемого параметра и его результат также, как и у прототипа не зависит от радиоактивного распада источника ионизирующего излучения. Случайная составляющая погрешности при доверительной вероятности 0,95 прототипа
Δ^o_оп= 2 (12) где q_st - ступень квантования (единица наименьшего разряда кода). Из уравнения (4) получаем
= · (13)
и
= · (14)
Среднее квадратическое отклонение параметра В предлагаемого устройства с учетом коэффициента пересчета -i
σ_Bi= (15)
Случайная составляющая погрешности предлагаемого устройства
Δ^o_о = 2 (16)
При градуировочной зависимости (1)
= 20500e^-0,9x x∈ 0-8; 1-5
Т = 1 с и шаге дискретности 0,01 результаты расчетов в трех точках в начале, середине и в конце диапазоне при i = 16,1 приведены в таблице. Из данных таблицы видно, что изобретение даже при небольшом коэффициенте пересчета, равным 16,1, обеспечивает уменьшение случайной составляющей погрешности измерения на 20-30%, а также увеличивает надежность и точность калибровки из-за исключения механически перемещаемых элементов и увеличивает удобство калибровки путем улучшения радиационной защиты оператора, поскольку калибровка проводится в устройстве обработки информации путем переключателей 16, а не изменением радиационного канала толщиномера.

Формула изобретения

РАДИОИЗОТОПНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР, содержащий источник ионизирующего излучения в рабочем контейнере с двумя коллимационными отверстиями, последовательно соединенные первый детектор прошедшего через измеряемый объект излучения, первый счетчик импульсов с регулируемым коэффициентом пересчета, второй счетчик импульсов с переключателями предустановки и средство отсчета измеряемого параметра, второй детектор излучения и последовательно соединенные сумматор импульсов, третий счетчик импульсов с переключателями предустановки и одновибратор, выход которого соединен с динамическим входом управления средства отсчета, входами установки первого и третьего счетчиков и инверсным динамическим входом установки второго счетчика, первый вход сумматора импульсов соединен с выходом первого детектора излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения статистической составляющей погрешности измерения и повышения надежности, он снабжен четвертым счетчиком импульсов с дробным коэффициентом пересчета и переключателями, соединенными с входами установки дробного коэффициента пересчета четвертого счетчика импульсов, выход которого соединен со вторым входом сумматора импульсов, выход детектора излучения соединен со счетным входом четвертого счетника импульсов, а коллимационные отверстия в контейнере выполнены с разными диаметрами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2