Радиоизотопный толщиномер

 

Изобретение относится к радиоизотопным приборам неразрушающего контроля и позволяет расширить диапазон линеаризации за счет введения в тощиномер, содержащий генератор, счетчик, дешифратор, три одновибратора, измерительный преобразователь, два элемента И, реверсивный счетчик, элемент ИЛИ, триггер, регистр, умножитель, вычитатель, делитель, три задатчика, второго вычитателя, сумматора, квадратора, второго делителя, четвертого и пятого задатчиков, четвертого и пятого одновибраторов и группу элементов И. Это позволяет расширить диапазон измерений без увеличения погрешности линеаризации за счет добавления к результату измерения сплейна второй степени. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, к средствам неразрушающего контроля, в частности к радиоизотопным приборам для измерения толщины или поверхностной плотности материала или его покрытия. Целью изобретения является расширение диапазона измерений без увеличения погрешности линеаризации толщиномера или увеличения точности измерений при сохранении того же диапазона измерений толщиномера. На чертеже приведена функциональная схема толщиномера. Радиоизотопный толщиномер содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, счетчик 2 импульсов, дешифратор 3, первый и второй одновибраторы 4 и 5, измерительный преобразователь 6, первый и второй элементы И 7 и 8 реверсивный счетчик 9, элемент ИЛИ 10, триггер 11, регистр 12, третий одновибратор 13, умножитель 14, вычитатель 15, делитель 16, первый 17, второй 18 и третий 19 задатчики калибровочных констант, второй вычитатель 20, сумматор 21, квадратор 22, второй делитель 23, четвертый 24 и пятый 25 задатчики калибровочных констант, четвертый 26 и пятый 27 одновибраторы и группу элементов И 28. Входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 9 импульсов соответственно соединены с выходами первого 7 и второго 8 элементов И, первые входы которых объединены и соединены с выходом измерительного преобразователя 6, выход элемента ИЛИ 10 соединен с первым входом триггера 11, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И 7 и 8, выходы задатчика 17 первой калибровочной константы соединены с входами установки реверсивного счетчика 9 импульсов, вход синхронизации установки которого соединен с входом установки в исходное состояние счетчика 2 импульсов, вторым входом триггера 11 и выходом третьего одновибратора 13, выход дешифратора 3 соединен с входами разрешения счета счетчика 2 импульсов и реверсивного счетчика 9 импульсов, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ 10 и вторыми входами умножителя 14 и вычитателя 15, первые входы которых соединены соответственно с выходами задатчиков 18 и 19 второй и третьей калибровочной констант, выход первого одновибратора 4 соединен с входом разрешения умножителя 14, выходы которого соединены с первыми входами делителя 16, вторые входы которого соединены с входами вычитателя 15, выход второго одновибратора 5 соединен с входом четвертого одновибратора 26 и входом разрешения делителя 16, выходы которого соединены с первыми входами сумматора 21 и второго вычитателя 20, вторые входы которого соединены с выходами задатчика 24 четвертой калибровочной константы, первые входы группы элементов 28 И соединены с выходами второго вычитателя 20, инверсный выход заема которого соединен с вторыми входами группы элементов И 28, выходы которых соединены с входами квадратора 22, выходы последнего соединены с первыми входами второго делителя 23, выходы которого соединены с вторыми входами сумматора 21, выходы последнего соединены с входами регистра 12, выход четвертого одновибратора 26 соединен с входом разрешения квадратора 22 и входом пятого одновибратора 27, выход которого соединен с входом третьего одновибратора 13 и входом разрешения второго делителя 23, вторые входы которого соединены с выходами задатчика 25 пятой калибровочной константы. Радиоизотопный толщиномер работает следующим образом. Измерительный преобразователь 1 содержит источник, ионизирующее излучение которого взаимодействует с объектом измерения, преобразует измеряемую величину, например толщину покрытия, в радиационный сигнал, который при помощи детектирующего преобразования преобразуется в серию импульсов со статическим распределением во времени по закону Пуассона, информативным параметром которого является их средняя частота. После подключения толщиномера к сети импульсы с выхода генератора 1 со стабильной частотой подаются на счетный вход первого счетчика 2 импульсов, а импульсы с выхода измерительного преобразователя 6 через один из элементов И 7 или 8 подаются на вход сложения или вычитания реверсивного счетчика 9 импульсов и по цепи сброса, которая (на чертеже не показана) и формирует импульс на выходе третьего одновибратора 13, устанавливающий триггер 11 в нулевое состояние, первый счетчик 2 - в исходное состояние на объем счета, определяющий длительность цикла измерения и заносящий в реверсивный счетчик 9 число от задатчика 17 первой калибровочной константы. После окончания импульса с выхода третьего одновибратора 13 снимается блокировка входов установки первого и второго счетчиков 2 и 9 и начинается цикл измерения, во время которого импульсы с выхода измерительного преобразователя 6 проходят через второй элемент И 8 на вычитающий вход реверсивного счетчика 9 и вычитаются от установленного от задатчика 17 объема счетчика, а импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход первого счетчика 2. При поступлении на вход счетчика 9 количества импульсов, равного установленному в начале цикла измерения, он окажется в нулевом состоянии, при этом через элемент ИЛИ 10 триггера 11 переходит в единичное состояние, сигнал с его инверсного выхода закрывает второй элемент И 8, а сигнал с прямого выхода триггера 11 открывает первый элемент И 7 и переключает реверсивный счетчик 9 с вычитания на сложение. В конце цикла измерений, когда счетчик 2 окажется в нулевом состоянии, сигналом с инверсного выхода дешифратора 3 блокируют счетчик 2 и реверсивный счетчик 9, в котором будет записан результат измерения: R = T - N (1) где n - средняя частота импульсов на выходе измерительного преобразователя 6, имп/с; Т - время измерения, с; N - число, записанное в задатчике 17 первой калибровочной константы. Результат измерения (1) подается на вторые входы умножителя 14 и вычитателя 15, на первые входы которых соответственно поданы коды чисел, записанных в задатчиках 18 и 19. Сигнал с выхода первого одновибратора 4 запускает умножитель 14, на выходе которого через время, необходимое для выполнения операции умножения, появляется результат умножения. После окончания импульса на выходе первого одновибратора 4 запускается второй одновибратор 5, сигнал с выхода которого запускает делитель 16, на выходе которого появляется результат: Z₁= (2) где С - число, записанное в задатчике 18; В - число, записанное в задатчике 19. Результат (2) поступает на первые входы сумматора 21 и вычитателя 20, в котором от него вычитают число М, записанное в задатчике 24. Пока результат (3) меньше числа М на инверсном выходе заема имеется сигнал нулевого уровня, который приложен к вторым входам группы элементов И 28, следовательно, на входе квадратора 22 и на выходе делителя 23 будет код числа ноль. Если результат (2) больше, чем число, записанное в задатчике 24, то на выходах группы элементов 28 будет результат функции сплайна (Z-М)+, которая равна нулю при Z ≅M и равна (Z₁-M) при Z₁ > М. По окончании импульса на выходе второго одновибратора 5 запускается четвертый одновибратор 26, сигнал с выхода которого запускает квадратор 22. По окончании импульса с выхода четвертого одновибратора 26 запускается пятый одновибратор 27, сигнал с выхода которого запускает второй делитель 23, и по окончании времени, необходимого для выполнения операции деления, на выходе делителя будет результат: Z₂= (3) где М - число, записанное в задатчике 24;
D - число, записанное в задатчике 25. Длительность импульсов на выходе одновибраторов 4, 5, 26 и 27 должны быть не менее, чем соответствующее время выполнения операции умножителем 14, делителем 16, квадратором 22 и вторым делителем 23 плюс сумматором 21. После окончания импульса на выходе пятого одновибратора 27 код числа с выхода сумматора 21 заносится в регистр 12, в котором будет результат измерения:
Z = +
(4)
Одновременно запускается третий одновибратор 13, который устанавливает счетчик 2 в исходное состояние, а реверсивный счетчик 9 заносит код числа от задатчика 17. По окончании сигнала, с выхода третьего одновибратора 13 начинается следующий цикл измерения. Рассмотрим пример выполнения, если на выходе измерительного преобразователя 1 толщиномера имеется следующая зависимость средней частоты импульсов от измеряемого параметра х:
= 1000 + 10000 [1-exp(-0,001x)]
Диапазон измерения от 0 до 1500 г/м². Время измерения 10 с. При выборе следующих калибровочных констант:
N = 10000
В = 167032
С = 1625,593
М = 800
D = 4409 результат измерения толщиномера следующий:
Z = Z₁+Z₂ = + где R = 100000 [1 - ехр(-0,001 х)] . Результаты расчета произведены в таблице. Как видно из приведенной таблицы, для прототипа в диапазоне от 0 до 800 г/м² погрешность Δ= Z - X не превышает ±2 г/м², а предложенный толщиномер обеспечивает эту же погрешность в диапазоне от 0 до 1500 г/м². Или относительная погрешность к диапазону измерений для прототипа ±0,25%, а для предложенного решения ±0,13% при расширении диапазона измерений в 1,875 раз, или при погрешности ±0,25 диапазон измерений толщиномера можно расширить более чем в 2 раза. Результаты измерений толщиномера описываются сплайном второй степени, что позволяет расширить диапазон измерений при сохранении того же абсолютного значения погрешности линеаризации или повысить точность линеаризации при меньшем расширении диапазона измерений.

Формула изобретения

РАДИОИЗОТОПНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, дещифратор, первый и второй одновибраторы, измерительный преобразователь, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходом измерительного преобразователя, реверсивный счетчик импульсов, элемент ИЛИ, триггер, регистр, третий одновибратор, вход которого соединен с входом записи регистра, умножитель, вычитатель, делитель и три задатчика калибровочных констант, выходы задатчика первой калибровочной константы соединены с входами установки реверсивного счетчика импульсов, вход синхронизации установки которого соединен с входом установки в исходное состояние счетчика импульсов, входом сброса триггера и выходом третьего одновибратора, выход дешифратора соединен с входами разрешения счета счетчика импульсов и реверсивного счетчика импульсов, выход элемента ИЛИ соединен с входом установки триггера, прямой и инверстный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с входом сложения и вычитания реверсивного счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ и вторыми входами умножителя и вычитателя, первые входы которых соединены соответственно с выходами задатчика второй и третьей калибровочных констант, выход первого одновибратора соединен с входом разрешения умножителя, выходы которого соединены с первыми входами делителя, вторые входы которого соединены с выходами вычитателя, выход второго одновибратора соединен с входом разрешения делителя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, он снабжен вторым вычитателем, сумматором, квадратором, вторым делителем , четвертым и пятым задатчиками калибровочных констант, выходы которых соединены соответственно с вторым выходом второго вычитателя и второго делителя, четвертым и пятым одновибраторами и группой элементов И, первые входы которых соединены с выходами вычитателя, выход заема которого соединен с вторыми входами группы элементов И, выходы которых соединены с входами квадратора, выходы последнего соединены с первыми входами второго делителя, выходы которого соединены с вторыми входами сумматора, выходы которого соединены с входами регистра, вход четвертого одновибратора соединен с выходом второго одновибратора, выход четвертого одновибратора соединен с входом разрешения квадратора и входом пятого одновибратора, выход которого соединен с входом третьего одновибратора и входом разрешения второго делителя, выход первого делителя соединен с первыми входами сумматора и второго вычитателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2