Способ определения рельефа и уровня поверхности материалов

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к способам измерения рельефа и уровня поверхности материалов с помощью ионизирующих излучений и может быть использовано для определения рельефа и уровня поверхности шихтовых материалов на колошнике доменной печи. Целью изобретения является повышение точности измерения . Эта цель достигается тем, что в известном способе определения рельефа и уровня материалов, заключающемся в том, что контролируемую поверхность облучают коллимйрованными пучками ионизирующего излучения, регистрируют отраженное излучение при помощи коллимированного приемника , осуществляют обзорные и пеленгующие движения источника и приемника и определяют координаты точки локации по ориентации источника и приемника, причем пеленгирующими движениями управляют по сигналу разбаланса, формируемому путем распознавания сигналов приемника, скорость обзорных движений регулируют пропорционально интенсивности сигналов приемника, обзорными движениями дополнительно управляют по второму сигналу разбаланса, формируемому по величине пространственного рассогласования осей ориентации источника и приемника, 1 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 01 В 15/04

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Й

„«,Яф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4907343/28 (22) 30.11;90 (46) 07.04.93. Бюл. М 13 (71) Научно-производственное объединение

"Черметавтоматики" и Научно-производственное объединение "Тулачермет" (72) Б.E. Халецкий, А.П. Пухов, М.А. Цейтлин, В.П. Таран, Г.К. Полынкин, А.С. Головченко, А.С. Белкин и Н.Х. Маулетов (56) Патент США М 3792252, кл. 250-435, 1974, Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1240166, кл. G 01 В 15/04, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЛЬЕФА И

УРОВНЯ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к способам измерения рельефа и уровня поверхности материалов с помощью ионизирующих излучений и может быть использовано для определения рельефа и уровня поверхности шихтовых материалов на колошнике доменной печи.. Целью изобретеИзобретение относится к контрольноизмерительной технике,в частности, к способам измерения рельефа и уровня поверхности материалов с помощью ионизирующих излучения и может быть использовано для определения рельефа и уровня поверхности шихтовых материалов на колошнике доменной печи, Цель изобретения — повышение точности измерения.

На чертеже изображена схема осуществления способа, Контролируемую поверхность 1 облучают выходящим из блока 2 источника коллимированным пучком ионизирующего,; Ж,, 1807309 А1 ния является повышение точности измерения. Эта цель достигается тем, что в известном способе определения рельефа и уровня материалов, заключающемся в том, что контролируемую поверхность облучают коллимйрованными пучками ионизирующего излучения, регистрируют отраженное излучение при помощи коллимированного приемника, осуществляют обзорные и пеленгующие движения источника и приемника и определяют координаты точки локации по ориентации источника и приемника, причем пеленгирующими движениями управляют по сигналу разбаланса, формируемому путем распознавания сигналов приемника, скорость обзорных движений регулируют пропорционально интенсивности сигналов приемника, обзорными движениями дополнительно управляют по второму сигналу раэбаланса, формируемому по величине пространственного рассогласования осей ориентации источника и приемника, 1 ил. излучения, ось 3 которого является осью ориентации блока 2 источника, причем указанный пучок излучения формируют вытянутым в вертикальной плоскости 4, проходящей через центр блока 2 источника и ось 3 ориентации блока 2 источника (на чертеже контролируемая поверхность 1 для простоты изображена в виде горизонтальной плоскости). При этом на контролируемой поверхности образуется облученная зона, вытянутая в направлении блока 2 источника, Рассеянное излучение регистрируют двумя детекторами коллимированного блока приемника 5, в который попадает из-. лучение с двух ограниченных приемных пол1807309

Nn=Up1 К12 К13

Одновременно с пеленгующими движениями осуществляют обзорные движения

45 блока 5 приемника относительно его вертикальной оси вращения с помощью сервопривода 14 для обеспечения перемещения точки 8 локации вблизи контролируемой поверхности в заранее выбранном на- 50 правлении, например, в направлении удлинения облученной зоны (в направлении облученной полосы), причем скорость этих движений регулируют пропорционально интенсивности сигналов блока 5 приемника с 55 помощью суммирующего блока 15, в котором суммируют накопленные в накопителях

9 и 10 сигналы приемника с получением сигнала на выходе, пропорционального интенсивности сигналов блока 5 приемника, и узок, имеющих общую границу. через центр которой (центр приемной зоны) проходит ось 6 ориентации блока 5 приемника, причем оси ориентации каждого детектора блока 5 приемника располагают в вертикальной плоскости 7, проходящей через центр блока

5 приемника и ось 6 ориентации блока 5 приемника, примерно симметрично относительно оси 6 (на чертеже оси ориентации детекторов не показаны). При этом ось 6 10 ориентации блока 5 приемника пересекается с плоскостью 4 первичного излучения блока 2 источника в точке 8 локации. Сигналы блока 5 приемника накапливают в накопителях 9 и 10, после накопления сравнивают их в блоке 11 сравнения, в результате чего на выходе блока 11 сравнения получают осНоВНоА сигнал раэбаланса Up, характеризующий взаимно расположение центров облученной и приемной зон в плоскости 7, т,е. погрешность измерения. В соответсте IM с величиной и полярностью сигнала разбаланса UI» управляют пеленгующими движениями блока 5 приемника с помощью блока управления 12 и сервопривода 13, обеспечивающего соответствующий поворот блока 5 приемника в плоскости 7 относительно горизонтальной оси вращения блока 5, перпендикулярной плоскости 7, до исчезновения (до нулевого значения) сигна- 30 ла разбаланса, т.е, до совмещения центров облученной и приемной зон в плоскости 7, когда точка 8 локации практически совмещена с контролируемой поверхностью 1. При этом угловая скорость указанных пеленгую- 35 щих движений определяется сигналом разбаланса Ор, коэффициентом передачи (усиления) блока 12 управления К12 и коэффициентом передачи К13 сервопривода 13 в соответствии с формулой 40 блока 16 управления. При таком регулировании скорости обзорных движений блока 5 приемника происходит автоматическое ог- . раничение возможного роста динамической погрешности, обусловленного уменьшением интенсивности отраженного полезного сигнала по разным причинам, например, при удалении контролируемого участка поверхности от блоков источника и приемника или естественного снижения активности излучателя блока 2 источника с течением,времени, а также реализуется возможность автоматического снижения времени измерения без снижения точности измерения . при увеличении интенсивности отраженного сигнала, Координаты точки 8 локации определяют с помощью вычислительного устройства

17, связанного с датчиками 18 и 19 ориентации источника и приемника.

С целью дальнейшего повышения точности измерения, а также снижения времени измерения и активности излучателя блока 2 источника скорость пеленгующих движений блока 5 приемника дополнительно регулируют с помощью блока 12 управления пропорционально сигналу U формируемому вычислительным устройством 17, исходя из условия достижения скорости изменения во времени ординаты у точки 8 локации прогноэируемой скорости изменения этой ординаты, т.е. исходя из условия: у =V„, (2) где у — скорость изменения ординаты точки

8 локации (производная), обеспечиваемая с помощью вычислительного устройства 17, блока 12 управления и сервопривода 13 с учетом положения осей ориентации блоков источника и приемника и динамики измене= ния этого положения;

Vy= Лу/Л t — прогнозируемая скорость изменения ординаты точки 8 локации;

Ьу=у-уо — изменение ординаты точки 8 локации за промежуток времени Лт; у — ординаты точки локации в момент формирования сигнала на выходе вычислительного устройства 17, соединенного со входом блока 12 управления, представляющая собой, расстояние между точкой 8 локации и горизонтальной плоскостью, проходящей через центры блоков источника и приемника; уо — предыдущее значение ординаты точки локации, вычисленное устройством 17 за промежуток времени At до момента вычисления величины у.

Прогноэируемую величину V> могут определять и другим способом, например, 1807309 (3) (4) P =)% (6) cos а

%7м% % + а% " принимать как наиболее вероятную или постоянную величину.

Ординату у вычисляют устройством 17 в общем случае по формуле: где  — расстояние между центрами блоков источника и приемника, расположенными в 10 одной горизонтальной плоскости; ап — угол между осью 6 ориентации блока 5 приемника и горизонтальной плоскостью;

Д вЂ” угол между осью 6 ориентации бло- 15 ка 5 приемника и вертикальной плоскостью, проходящей через центры блоков источника и приемника, т.е. угол между указанной вертикальной плоскостью и плоскостью 7;

j4 — угол между вертикальной плоско- 20 стью 4, в которой ориентируют плоский по форме пучок излучения блока 2 источника, и вертикальной плоскостью, проходящей через центры блоков источника и приемника. 25

С учетом (3) условие (2) принимают вид: фи +P t9 а х

x(age, tg j4 — 1)+а,,9g.+ 9Д„30

cos2 а„

35 где P è — скорость изменения во времени угла ф», т.е. угловая скорость обзорных движений блока 2 источника относительно его вертикальной оси, осуществляемого с помощью сервопривода 20 блока 21 управле- 40 ния и вычислительного устройства 17 по заранее выбранной программе;

P n — скорость изменения во времени угла Рп, т.е. угловая скорость пеленгующих движений блока 5 приемника относительно 45 его горизонтальной оси, необходимая для совмеЩения точки 8 локации с контролируемой поверхностью в процессе обзорных движений и задаваемая выходным сигналом блока 12 управления. 50

Для достижения поставленной цели сигналы U на выходе вычислительного устройства 17 формируют на основе условия (4) с учетом коэффициентов передачи блока 12 управления и сервопривода 13 по следую- 55 щему закону:

tg Ctg tgPn

В совдеп ЦД в!при соэPg

- р, щ а, (щ /4 щ /зп - 1) ) . (5) Учитывая, что по своему физическому смыслу величина а близка к величине угловой скорости в, определяемой формулой (1), можно сделать вывод о том, что величина сигнала U формируемого с целью дальнейшего повышения точности, близка к величине основного сигнала разбаланса

Up, возникающего на входе блока 12 управления в случае отсутствия дополнительного сигнала U на другом входе блока 12 управления. Следовательно, сигнал U в значительной мере "берет на себя" роль основного сигнала разбаланса и поэтому дополнительное регулирование скорости пеленгующих движений блока 5 приемника пропорционально сигналу 0 приводит к значительному уменьшению сигнала разбаланса Ор и динамической погрешности измерения. Погрешность измерения в этом случае определяется практически лишь точностью прогнозирования величины U> и флуктуацией сигнала раэбаланса на выходе блока 11 сравнения, обусловленной случайным характером отраженного излучения.

При контроле профиля поверхности, образованного сечением поверхности вертикальной плоскостью 22, расположенной под углом к вертикальной плоскости, проходящей через центры блоков источника и приемника, на расстоянии б от центра блока 2 источника, регулирование скорости обзорных движений блока источника относитель-. но его вертикальной оси осуществляют с помощью вычислительного устройства 17 блока 21 управления и сервопривода 20 в соответствии с выражением:

Ниже рассмотрены возможные частные случаи применения предлагаемого способа.

Пример 1 ° Плоскость 22 проходит через центр блока 2 источника ф» =О). В этом случае закон формирования сигнала U принимает вид: мщу @%5 Р дА

1807309

sin tg ап

tg аи—

sin u (12) cos а, 10

-Р„ щ а, (щ ф, - > )) (8) 15

tg (xg tg au

tg a + tg au (9) cos а, U—

В созе tgP

Г . р и м е р 2. Плоскость 22 проходит через центр блока 2 источника ф, =О) и диаметр колошника, а блок 5 приемника расположен на конце другого диаметра колошника, перпендикулярного первому диаметру ф» =45О). В этом случае закон регулирования 0 принимает вид:

Пример 3. Плоскость 22 проходит через центры блоков источника и приемника ф, =О, f4 = f4 =О), расположенных диаметрально противоположно. В этом случае выражение (3) преобразуется к виду а закон регулирования U принимает вид

Uy sin a„+a„) — а, B.sèÐа, . Ки-К1з В.з1п а, где а, — угол между осью 3 ориентации блока 2 источника и горизонтальной плоскостью; а„ вЂ” скорость изменения во времени угла.

Пример 4. Плоскость 22 проходит через центр блока 5 приемника (/4 =О), а обзорные движения блока 2 источника осуществляют по произвольной программе. В этом случае закон регулирования сигнала принимает вид:

С целью дальнейшего повышения точности измерения путем уменьшения радиационного фона за счет уменьшения размеров облученной зоны в плоскости 4 обзорными движениями дополнительно управляют с помощью блока 23 управления и сервопривода 24 по второму сигналу разбаланса Ор2, формируемому с помощью вычислительного устройства 17 по величине пространственного рассогласования осей ориентации 3 и 6 блоков источника и приемника. В общем случае условие отсутствия пространственного рассогласования осей ориентации 3 и 6, т.е, условие нахождения указанных осей в одной плоскости имеет вид:

Поэтому для непрерывного совмещения оси 3 ориентации блока 2 источника с осью

6 ориентации блока 5 приемника, позволяющего уменьшить размеры облученной зоны без риска срыва слежения. упомянутый сигнал раэбаланса формируют с помощью вычислительного устройства 17 по следующему закону:

Ор2=К(au arctg (13) sing.tg а, sin u где К вЂ” коэффициент пропорциональности, 20 выбираемый в зависимости от коэффициентов передачи блока 23 управления и сервопривода 24 исходя из необходимости создания условий устойчивого регулирования;

25 аи — угол между осью 3 ориентации блока 2 источника и горизонтальной плоскостью.

Положительный эффект описанного способа состоит в том, что существенно снижа30 ется динамическая погрешность измерения, обусловленная снижением интенсивности отраженных сигналов при изменении от-. дельных участков поверхности и при уменьшении активности излучателя блока

35 источника, динамическая погрешность, обусловленная особенностями изменения контролируемого рельефа, поверхности, и случайная составляющая погрешности, обусловленная. радиационным фоном.

40 Кроме этого, описанный способ позволяет снизить время измерения и активность излучателя блока источника, что упрощает обеспечение мер радиационной безопасности.

Формула изобретения

1. Способ определения рельефа и уровня поверхности материалов, заключающийся в том, что контролируемую поверхность

50 облучают коллимировэнными пучками ионизирующего излучения, регистрируют отраженное излучение при помощи коллимированного приемника, осуществляют обзорные и пеленгующие движения источника

55 и приемника и определяют координаты точки локации по ориентации источника и щзи. емника, при анализе сигналов приемника формируют сигнал разбэланса и управляют пеленгующими движениями по сигналу раз10

1807309 но регулируют пропорционально этому сигналу.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что обзорными движениями допол5 нительно управляют по второму сигналу. разбаланса, формируют по величине пространственного рассогласования осей ориентации источника и приемника, формируют сигнал разбаланса и используют его

10 для дополнительного управления обзорными движениями, баланса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, скорости обзорных движений регулируют пропорционально интенсивности сигналов приемника.

2.. Способпоп.1,отличающийся тем, что формируют сигнал исходя из условия достижения прогнозируемой скорости изменения ординаты точки локации, а скорость пеленгующих движений дополнительСоставитель Е. Глазкова

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Н Король

Заказ 1372 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент" ° г. Ужгород, ул.Гагарина, 101