рентгеновский измеритель параметров проката из металлического сплава

Формула изобретения

Рентгеновский измеритель параметров проката из металлического сплава, содержащий источник рентгеновского излучения, размещенные в потоке излучения первый, второй и третий детекторы рентгеновского излучения, контролируемое изделие, расположенное между первым и вторым детекторами, рентгенозащитный экран, размещенный между первым и третьим детекторами, первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи, процессор, входами соединенный с выходами первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, рентгенозащитный экран, размещенный между излучателем и третьим детектором, и регистратор, связанный входом с выходом процессора, причем первый детектор обращен к контролируемому изделию преобразующим элементом из материала с большим атомным номером, а третий детектор обращен своим преобразующим элементом к контролируемому изделию из материала с меньшим атомным номером, отличающийся тем, что в него введен цифроаналоговый преобразователь, выходом соединенный с входом источника рентгеновского излучателя, а входом с другим выходом процессора, первый, второй и третий детекторы выполнены трехсекционными, материалы преобразующих элементов которых имеют по величине различные атомные номера и чередуются последовательно от меньшего до большего, при этом второй детектор обращен к контролируемому изделию своим преобразующим элементом из материала с меньшим атомным номером, а слои материалов преобразующих элементов трех детекторов связаны с входами процессора через три аналого-цифровых преобразователя соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к рентгеновскому методу измерения толщины проката и химического состава его материала, и может быть использовано при контроле листового, трубного и другого проката непосредственно на станах холодной и горячей прокатки в динамике.

Известны рентгеновские измерители параметров проката из металлического сплава, содержащие источник рентгеновского излучения, последовательно расположенные в потоке излучения первый и второй детекторы рентгеновского излучения, контролируемое изделие, размещенное между первым и вторым детекторами, контроллер и регистратор [патенты РФ № 2179706, 2159408, кл. G 01 В 15/02, US № 4803715 A, 1989].

Недостатком известных рентгеновских измерителей являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в контроле только толщины проката с фиксированным химическим составом и в необходимости набора образцовых мер эталонных толщин каждого прокатываемого материала для обеспечения заданной точности измерителей.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется рентгеновский измеритель параметров проката из металлического сплава, содержащий источник рентгеновского излучения, первый, второй и третий детекторы рентгеновского излучения, контролируемое изделие, размещенное между первым и вторым детекторами, рентгенозащитный экран, расположенный между излучателем и третьим детектором, процессор и регистратор, причем первый и третий детекторы выполнены двухсекционными [патент РФ № 2221220, кл. G 01 B 15/02 - прототип].

К недостатку этого технического решения относится недостаточное энергетическое разрешение, снижающее метрологические характеристики измерителя.

Суть заявляемого технического решения состоит в том, что в рентгеновский измеритель параметров проката из металлического сплава, содержащего источник рентгеновского излучения, первый, второй и третий детекторы рентгеновского излучения, контролируемое изделие, расположенное между первым и вторым детекторами, рентгенозащитный экран, размещенный между источником излучения и третьим детектором, первый, второй и третий аналогово-цифровые преобразователи, процессор, входами соединенный с выходами первого, второго и третьего аналогово-цифровых преобразователей, рентгенозащитный экран, размещенный между излучателем и третьим детекторами, и регистратор, связанный входом с выходом процессора, причем первый детектор обращен к контролируемому изделию преобразующим элементом из материала с большим атомным номером, а третий детектор обращен своим преобразующим элементом к контролируемому изделию из материала с меньшим атомным номером, введен цифроаналоговый преобразователь, выходом соединенный с входом источника рентгеновского излучателя, а входом с другим выходом процессора, первый, второй и третий детекторы выполнены трехсекционными, материалы преобразующих элементов которых имеют по величине различные атомные номера и чередуются последовательно от меньшего до большего или наоборот, при этом второй детектор обращен к контролируемому изделию своим преобразующим элементом из материала с меньшим атомным номером, а слои материалов преобразующих элементов трех детекторов связаны с входами трехканальных аналогово-цифровых преобразователей соответственно.

Техническим результатом изобретения является повышение энергетического разрешения, расширяющее функциональные возможности, обусловленные одновременным измерением толщины листового материала как из черного, так и цветного сплава, и обеспечивающее высокие метрологические показатели.

На чертеже приведена структурная блок-схема рентгеновского измерителя. Он содержит источник 1 рентгеновского излучения, последовательно размещенные в потоке прямого рентгеновского излучения (показано сквозными стрелками) первый и второй детекторы 2, 3, третий детектор 4 рентгеновского излучения, расположенный параллельно первому детектору 2, контролируемое изделие 5, расположенное между первым и вторым детекторами 2 и 3, рентгенозащитный экран 6, первый, второй и третий аналогово-цифровые преобразователи 7, 8, 9, цифроаналоговый преобразователь 10, процессор 11 и регистратор 12.

Все три детектора 2, 3 и 4 выполнены трехсекционными, у которых материалы преобразующих элементов имеют разные по значению атомные числа (номера) Z, например Аl (алюминий), Тl (тантал) и Bi (висмут). Преобразующие элементы размещены в детекторах последовательно с возрастанием атомного числа Z их материала, сигнал каждой секции преобразуется отдельным каналом аналогово-цифрового преобразователя. Детектор 4 размещен параллельно первому детектору 2, но вне первичного потока рентгеновского излучения (показано сквозными стрелками), и изолирован от прямого потока источника 1 излучения и первого детектора 2 экраном 6 из рентгенозащитного материала, например свинца. Первый детектор 2 обращен к контролируемому изделию 5 преобразующим элементом из материала висмут (Z=80-90), а второй и третий детекторы 3 и 4 обращены к контролируемому изделию 5 преобразующим элементом из алюминия (Z=10-14). Промежуточный преобразующий элемент в детекторах имеет атомное число порядка Z=70-75. Сигналы с преобразующих элементов детекторов 2, 3, 4 поступают на вход процессора 11 через аналогово-цифровые преобразователи 7, 8, 9. Для управления током и напряжением излучающей камеры 1 введен цифроаналоговый преобразователь 10, который управляется в свою очередь от процессора 11. Результаты контроля отображаются на мониторе 12, подключенного к выходу процессора 11.

Разные по величине атомные числа Z материалов преобразующих элементов детекторов 2, 3 и 4 обеспечивают высокое энергетическое разрешение, улучшающее спектральную чувствительность детекторам 2, 3 и 4. Для увеличения значения отношения сигнал/шум и уменьшения искажения спектра излучения.

Детекторы 2, 3, 4 предназначены для преобразования рентгеновского излучения в аналоговые электрические сигналы, которые оцифровываются в аналогово-цифровых преобразователях 7, 8, 9. Цифроаналоговый преобразователь 10 включен между процессором 11 и излучателем 1 и предназначен для регулирования тока и напряжения излучателя 1, что позволяет управлять эффективной энергией потока зондирующего излучения. Процессор 11 выполняет функции обработки электрических сигналов детекторов 2, 3, 4, их преобразование (сложение, вычитание, деление) в форму, удобную для воспроизведения на регистраторе 12, управления режимом работы излучателя 1 и запоминания информации, которая отображается на регистраторе 12.

Эффективная энергия определяется как функции отношений токов первой и второй, а также второй и третьей секций детекторов 2, 3, 4, за счет чего перекрывается более широкий диапазон энергий квантов зондирующего излучения и по изменению спектра в процессе прохождения излучения сквозь контролируемое изделие точнее определяется химический состав материала изделия.

Работа измерителя.

В процессе контроля изделия 5 для стабилизации метрологических характеристик измерителя поддерживают постоянными эффективную энергию потока зондирующего излучения и его интенсивность. Эффективная энергия определяется как функции отношений токов первой и второй, а также второй и третьей секций детекторов. Первичный поток рентгеновского излучения направляют в сторону первого детектора 2, который затем просвечивает изделие 5 и попадает во второй детектор 3, при этом отраженный поток рентгеновского излучения от материала контролируемого изделия 5 попадает на детектор 4. Электрические сигналы от детекторов 2, 3, 4 оцифровываются в блоках 7, 8, 9 и поступают в процессор 11 для обработки, а затем на регистратор 12 в необходимой форме (например, в физических единицах) для оператора. Электрические сигналы с детекторов 2 и 3 сравниваются в процессоре 11 и по изменению сравненного значения сигналов судят о толщине контролируемого изделия. Одновременно с этой процедурой сравниваются в процессоре 11 электрические сигналы детектора 2 и детектора 4, принимающего отраженный рентгеновский поток от материала контролируемого изделия 5, и по изменению сравненных сигналов этих детекторов 2 и 4 судят о значении эффективного атомного номера Z_эфф материала контролируемого изделия.

Техническим результатом изобретения является повышение метрологии и расширение функциональных возможностей измерителя, обусловленных одновременным измерением толщины материала и его эффективного атомного номера за счет высокого энергетического разрешения, которое обеспечивается зондированием контролируемого изделия в двух неперекрывающихся энергетических диапазонах.