ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Заявляемая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения механических поверхностных напряжений с помощью дифракции рентгеновских лучей.
Известно устройство для экспресс-анализа механических поверхностных напряжений поликристаллических материалов, состоящее из блока излучения, детектора, содержащего М чувствительных элементов, и блока обработки и представления информации, при этом с целью упрощения конструкции, повышения надежности и улучшения габаритных показателей, выход каждого из М чувствительных элементов детектора соединен с соответствующим входом преобразователя позиционного кода данного элемента в код его координат, однозначно определяемых его положением среди остальных чувствительных элементов детектора, а выход преобразователя подключен к входу блока обработки и представления информации (патент РФ №2387980, 2010 г.). Данное устройство принято за ближайший аналог.
Недостатком указанного устройства является относительно низкий уровень надежности, обусловленный невысокой точностью измерений.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении надежности устройства за счет увеличения точности измерений.
Указанный технический результат достигается тем, что портативное устройство, включающее блок излучения и детектор, дополнительно содержит коллиматор, заполненный средой с малым коэффициентом поглощения рентгеновского излучения, при этом блок излучения состоит из одного излучателя с двумя анодами, а детектор выполнен двухэлементным с прямой регистрацией рентгеновского излучения в диапазоне энергии 3-15 кэВ и угловым разрешением не менее 30 мкрад.
Кроме того, в блоке излучения может размещаться источник высоковольтного напряжения для питания излучателя.
Аноды излучателя могут быть выполнены из хрома или меди или железа или кобальта или марганца, причем аноды могут быть выполнены либо из одинаковых металлов, либо из разных.
Полезная модель иллюстрируется чертежом Фиг. 1, на котором изображена функциональная схема устройства.
Согласно Фиг. 1, портативное устройство (обозначено пунктиром) включает блок излучения 1 и детектор 2. Блок излучения 1 содержит один излучатель 3 в виде рентгеновской трубки с двумя анодами 4 и 5, излучающими мягкое рентгеновское излучение с характеристическими линиями 4-8,5 кэВ. Детектор 2 выполнен двухэлементным, т.е. состоит из двух полупроводниковых приемных элементов, и осуществляет прямую регистрацию рентгеновского излучения в диапазоне энергии 3-15 кэВ и угловым разрешением не менее 30 мкрад, достигая высокой эффективности 50-98%. Портативное устройство дополнительно содержит коллиматор 6, заполненный средой с малым коэффициентом поглощения рентгеновского излучения, например, гелием или водородом, коэффициент поглощения рентгеновского излучения у которых в 2 раза меньше, чем у атмосферного воздуха. Коллиматор 6 задает угол падения лучей из излучателя 3 к поверхности образца 7, угол схождения лучей на поверхности образца 7 и размер облучаемого участка. Блок излучения 1, детектор 2 и коллиматор 6 соединены между собой с помощью разъемных жестких соединений, например, болтов, и размещены в едином корпусе портативного устройства.
Портативное устройство может подключаться к внешнему источнику питания или использовать встроенный в корпус аккумулятор.
В блоке излучения 1 может размещаться источник высоковольтного напряжения 8 для питания рентгеновской трубки, что повышает электробезопасность портативного устройства. Источник высоковольтного напряжения 8 закрепляется в блоке излучения 1 с помощью крепежных элементов, например, винтов.
Аноды 4 и 5 излучателя 3 могут быть выполнены из хрома или меди или железа или кобальта или марганца, при этом они могут быть выполнены как из одинаковых металлов, так и из разных, формируя различное характеристическое излучение и расширяя диапазон исследуемых материалов.
Для измерений портативное устройство устанавливается на образце 7. Управление процессом измерений, обработка результатов и представление информации осуществляется с помощью компьютера (на чертеже не показан), который может быть соединен с детектором 2 проводной или беспроводной связью.
Портативное устройство работает следующим образом.
После подачи напряжения питания на излучатель 3 формируются два рентгеновских луча, которые, проходя через коллиматор 6, сходятся в точке на поверхности образца 8 под фиксированным углом, например, 50°. При этом один из лучей падает под углом, например, 90° к поверхности образца 7, а другой луч - под углом, отличающимся от первого, например, 50°. Лучи дифрагируют на кристаллитах исследуемого образца 7. Дифрагированные назад фотоны попадают в детектор, поглощаются в материале пикселей детектора, производя свободные заряды, которые накапливаются в течение всего времени экспозиции. По окончании экспозиции накопленные пикселями заряды передаются в компьютер (на чертеже не показан), где преобразуются в значения углов дифракции, а затем механического напряжения. Глубина исследуемого слоя образца 7 не превышает 10 мкм, поэтому измеренные напряжения являются поверхностными.
Высокая эффективность регистрации детектора способствует увеличению точности измерений, повышая надежность портативного устройства.
Заполнение коллиматора средой с малым коэффициентом поглощения рентгеновского излучения способствует снижению потерь интенсивности излучения и увеличению статистической точности, что также повышает надежность портативного устройства.
Использование в блоке излучения одного излучателя с двумя анодами обеспечивает постоянство отношения интенсивностей излучения двух анодов, сокращая погрешность измерений и, следовательно, повышая надежность портативного устройства.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение надежности устройства за счет увеличения точности измерений.