УСТРОЙСТВО РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Область техники
Полезная модель относится к области технической физики и непосредственно касается радиометрического контроля материалов и изделий.
Уровень техники
Известны устройства радиометрического контроля, содержащие источник ионизирующего излучения, механизм перемещения контролируемого изделия, интегрирующий детектор ионизирующего излучения [1]. В данных устройствах выход интегрирующего детектора непосредственно подключен к регистратору. Их недостатком является то, что при контроле изделий с изменяющейся геометрией скорость перемещения остается постоянной для всех зон контролируемого изделия. Также, при использовании такого технического решения, коэффициент использования пространственных характеристик источника ионизирующего излучения имеет малую величину.
0
0
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство радиометрического контроля, содержащее источник ионизирующего излучения, блок из m интегрирующих детекторов, источник опорного напряжения U, таймер, m компараторов, решающее устройство, датчик начала измерительного цикла, управляемый механизм перемещения с платформой для установки на ней контролируемого изделия, m триггеров, имеющий m входов элемент И, причем выход датчика начала цикла измерения подключен к первому входу управления каждого из m интегрирующих детекторов и к первому входу управления таймера, выход каждого из m интегрирующих детекторов подключен к первому входу соответствующего компаратора, выход источника опорного напряжения U подключен ко второму входу каждого из m компараторов, выход каждого из
m компараторов подключен к первому входу соответствующего триггера, выход каждого из m триггеров подключен к соответствующему входу m-входового элемента И, выход m-входового элемента И подключен ко второму входу каждого из m триггеров и к управляющему входу механизма сканирования, выход таймера подключен к одному из входов решающего устройства [2].
Устройство в соответствии с прототипом обеспечивает автоматическое изменение скорости перемещения контролируемого изделия в зависимости от толщины контролируемых участков изделия и позволяет существенно повысить коэффициент использования пространственных характеристик источника ионизирующего излучения. Так же достоинством устройства выбранного в качестве прототипа является возможность применения источников ионизирующего излучения как непрерывного принципа действия (радионуклид, рентгеновский аппарат), так и импульсных (бетатрон, импульсный рентгеновский аппарат). Недостаток прототипа проявляется в том, что не минимизируется статистический компонент погрешности измерения для зон с меньшей радиационной толщиной.
Сущность полезной модели
0
Задачей полезной модели является разработка устройства радиометрического контроля, в котором бы недостаток технического решения, выбранного в качестве прототипа, был бы устранен. Эта задача решается тем, что в устройстве радиометрического контроля, содержащем источник ионизирующего излучения, блок из m интегрирующих детекторов, источник опорного напряжения U, таймер, m компараторов, решающее устройство, датчик начала измерительного цикла, управляемый механизм перемещения с платформой для установки на ней контролируемого изделия, m триггеров, имеющий m входов элемент И, причем выход датчика начала цикла измерения подключен к первому входу управления каждого из m интегрирующих детекторов и к первому входу управления таймера, первый выход каждого из m интегрирующих детекторов подключен к первому
0
входу соответствующего компаратора, выход источника опорного напряжения U подключен ко второму входу каждого из m компараторов, выход каждого из m компараторов подключен к первому входу соответствующего триггера, выход каждого из m триггеров подключен к соответствующему входу m-входового элемента И, выход m-входового элемента И подключен ко второму входу каждого из m триггеров и к управляющему входу механизма перемещения, выход таймера подключен к m+1-вому входу решающего устройства, имеющего m+1 вход, выход m-входового элемента И подключен также ко второму управляющему входу таймера - входу остановки таймера и обнуления его содержимого и подключен ко второму управляющему входу каждого из m интегрирующих детекторов - входу остановки и обнуления содержимого, а выход каждого из m интегрирующих детекторов подключен к соответствующему входу решающего устройства.
0
0
В устройстве, выбранном в качестве прототипа, используется принцип измерения промежутков времени, за которые напряжения на выходах интегрирующих детекторов, обусловленные ионизирующим излучением, станут равными по значению с заданным опорным напряжением U. Это опорное напряжение U одинаково для всех интегрирующих детекторов и выбирается из условия обеспечения требуемой относительной статистической погрешности измерения. Измеренные для каждого из m интегрирующих детекторов ионизирующего излучения промежутки времени являются мерой поглощающей способности участков контролируемого изделия, соответствующих апертурам этих детекторов.
0
При работе заявляемого устройства радиометрического контроля, как и устройства, выбранного в качестве прототипа, напряжение на выходе каждого из m интегрирующих детекторов сравнивается с задаваемым значением U опорного напряжения, выбираемого из условия обеспечения требуемой относительной статистической погрешности измерения. Но, в
0
0
max
0
отличие от прототипа, интегрирующие детекторы после накопления заданного значения напряжения U продолжают работу до тех пор, пока напряжение на выходе последнего из m интегрирующих детекторов, апертура которого соответствует участку изделия с максимальной поглощающей способностью, не станет равным по значению с опорным напряжением U. Таким образом, время измерения τ для всех m интегрирующих детекторов будет одинаково и будет автоматически определяться в зависимости от параметров контролируемого изделия. При этом, напряжение на выходах m-1 интегрирующих детекторов будет больше заданного значения U, что соответствует большему количеству зарегистрированного ионизирующего излучения, чем это имело бы место при работе устройства-прототипа. Вследствие этого уменьшается относительная статистическая погрешность измерения для этих m-1 интегрирующих детекторов, причем без потери в производительности контроля.
На чертеже изображена структурная схема устройства радиометрического контроля, поясняющая сущность полезной модели, где позицией 1 обозначен источник ионизирующего излучения, 2 и 3 -интегрирующие детекторы, 4 и 5 - компараторы, 6 - источник опорного напряжения, 7 и 8 - триггеры, 9 - логический элемент И, 10 - таймер, 11 - решающее устройство, 12 - управляемый механизм перемещения, 13 - платформа, 14 - датчик начала цикла измерения, 15 и 16 - участки контролируемого изделия 17, соответствующие апертурам интегрирующих детекторов 2 и 3, причем выход датчика 14 начала цикла измерения подключен к первому управляющему входу детектора 2, к первому управляющему входу детектора 3 и к первому управляющему входу таймера 10, первый вход компаратора 4 подключен к первому выходу детектора 2, первый вход компаратора 5 подключен к первому выходу детектора 3, второй вход как компаратора 4, так и компаратора 5 подключены к выходу источника 6 опорного напряжения, первый управляющий вход триггера 7 подключен к выходу компаратора 4, первый управляющий вход триггера 8
подключен к выходу компаратора 5, входы элемента И 9 подключены к соответствующим выходам триггеров 7 и 8, выход элемента И 9 подключен ко второму управляющему входу детектора 2, ко второму управляющему входу детектора 3, ко второму управляющему входу триггера 7, ко второму управляющему входу триггера 8, ко второму управляющему входу таймера 10 и к управляющему входу управляемого механизма перемещения 12, второй выход как детектора 2, так и детектора 3 подключены к соответствующим входам решающего устройства 11, выход таймера 10 подключен к соответствующему входу решающего устройства 11.
Пример реализации.
max
1
2
3
В соответствии с чертежом в качестве источника 1 ионизирующего излучения взят рентгеновский аппарат РАП 150/300, излучающий фотоны с максимальной энергией Е=300 КэВ. Детектор 2 как и детектор 3 состоит из оптически сочлененных монокристалла NaJ(T1) и фотоэлектронного умножителя ФЭУ-12 и подключенного к анодной цепи ФЭУ-12 интегратора. Таким образом, монокристалл, фотоэлектронный умножитель и интегратор образуют интегрирующий детектор. Между источником 1 и детекторами 2 и 3 расположено контролируемое изделие 17, выполненное из углеродосодержащего композита с плотностью ρ=2,25 г/см. Изделие имеет такой профиль, что радиационная толщина h участка 15, соответствующего апертуре детектора 2 составляет 20 см, а радиационная толщина h участка 15, соответствующего апертуре детектора 3 составляет 25 см.
Работает устройство следующим образом. Устанавливают контролируемое изделие на платформе 13 управляемого механизма перемещения 12 и включают рентгеновский аппарат 1. Включают источник 6, при этом на второй вход как компаратора 4, так и компаратора 5 поступает опорное напряжение U". Включают датчик 14 начала цикла измерения, при
1
2
i
0i1
0i2
i
i
1
2
1
0
2
0
0
этом его сигнал поступает на первый управляющий вход детектора 2, первый управляющий вход детектора 3 и на первый управляющий вход таймера 10. Этот сигнал включает интегрирующие детекторы 2 и 3 и таймер 10. Фотоны ионизирующего излучения, прошедшие через участки 15 и 16 контролируемого изделия 17, преобразуются сцинтилляторами детекторов 2 и 3 в световые вспышки, которые при воздействии на фотокатод соответствующих фотоэлектронных умножителей преобразуются в электрические импульсы, амплитуда которых в среднем пропорциональна энергиям фотонов. Эти электрические импульсы интегрируются, в результате чего на выходе детекторов 2 и 3 будут действовать напряжения  и  соответственно, где τ -  время наблюдения, k и k - коэффициенты преобразования фотона рентгеновского излучения в импульсное напряжение детектором 2 и детектором 3 соответственно, Е - энергия фотона в спектре рентгеновского излучения, N и N - количество фотонов с энергией Е регистрируемых детекторами 2 и 3 соответственно при отсутствии изделия, μ - массовый коэффициент ослабления i-той энергетической линии, ρ - плотность, h и h толщины участков изделия соответствующие апертурам детекторов 2 и 3. Время τ, необходимое для того, чтобы напряжение на выходе детектора 2 стало равным U, составляет: . Соответственно время τ, необходимое для того, чтобы напряжение на выходе детектора 3 стало равным U, составляет: . С первого выхода детектора 2 напряжение поступает на первый вход компаратора 4, где оно сравнивается с заданным значением опорного напряжения U. Аналогично, с первого выхода детектора 3 напряжение поступает на первый вход
0
0
0
0
1
2
max
2
компаратора 5, где оно сравнивается с заданным значением опорного напряжения U. Так как толщина участка 15 контролируемого изделия меньше толщины участка 16, то напряжение на выходе интегрирующего детектора 2 станет равным по значению с U раньше, чем напряжение на выходе интегрирующего детектора 3. Когда значение напряжения на выходе детектора 2 станет равным опорному напряжению U, компаратор 4 сработает и его выходной сигнал подается на первый управляющий вход триггера 7, при этом интегрирующий детектор 2 продолжает работу. С приходом выходного сигнала компаратора 4 на первый управляющий вход триггера 7 с выхода этого триггера управляющий сигнал подается на первый вход элемента И. Затем, когда значение напряжения с выхода детектора 3 станет равным опорному напряжению U, компаратор 5 срабатывает и его выходной сигнал подается на первый управляющий вход триггера 8. С приходом выходного сигнала компаратора 5 на первый управляющий вход триггера 8 с выхода этого триггера управляющий сигнал подается на второй вход элемента И 9. Когда на первом и втором входе элемента И 9 появятся управляющие сигналы с триггера 7 и триггера 8 соответственно, с его выхода подается управляющий сигнал на второй управляющий вход интегрирующего детектора 2, на второй управляющий вход интегрирующего детектора 3 и на второй управляющий вход таймера 10, который прекращает их работу. После прихода управляющего сигнала с элемента И 9 интегрирующие детекторы 2 и 3 ионизирующего излучения и таймер 10 передают значения U, U и τ=τ на решающее устройство 11. После этого интегрирующие детекторы 2 и 3 ионизирующего излучения и таймер 10 обнуляются. Так же с выхода элемента И 9 управляющий сигнал подается как на второй управляющий вход триггера 7, так и на второй управляющий вход триггера 8, который возвращает соответствующие триггеры в исходное состояние. Так же с выхода элемента И 9 управляющий сигнал подается на вход управляемого механизма 12, который переводит платформу 13 в
1
2
max
следующее положение. Далее процесс контроля повторяется. Регистрируемые значения U, U и τ являются мерой радиационной толщины контролируемого изделия. При этом для рассматриваемого примера, относительная статистическая погрешность измерения детектора 2, контролирующего участок 15 изделия 17, будет в  раза меньше, чем относительная статистическая погрешность измерения детектора 3, контролирующего участок 16 изделия 17.
max
При этом производительность контроля максимальна, так как при уменьшении радиационной толщины участка контролируемого изделия промежуток времени τ соответственно уменьшается. Таким образом, заявляемому техническому решению сообщается новое потребительское качество, состоящее в том, что улучшается качество контроля при сохранении максимальной производительности.
241
137
Возможны и другие примеры реализации полезной модели, не выходящие за объем признаков ограничительной и отличительной частей ее формулы. В качестве источника ионизирующего излучения может быть взят источник импульсного принципа действия, например бетатрон или линейный ускоритель. Новое потребительское качество полезной модели, состоящее в повышении качества контроля изделий с переменной толщиной, будет иметь место и тогда, когда в качестве источника ионизирующего излучения будет взят моноэнергетический источник излучения, например изотоп Am или Cs, а перепад по толщине у контролируемых изделий такой, что при меньших толщинах детектор не обеспечивает временное разрешение поступающих фотонов и соответственно счетный метод регистрации не может быть осуществлен [3].
Промышленная реализация
Заявляемое техническое решение может быть реализовано на основе существующей элементной базы и методологии проведения радиационного
контроля. В настоящее время готовится техническая документация для изготовления опытного образца и испытания его в исследовательской лаборатории ГНУ «НИИ интроскопии при ТПУ».