一種射線測厚方法和射線數字厚度計技術

本發明專利技術用于材料厚度的無接觸在線測量，由放射源、探測器和二次儀表構成。其二次儀表包括加偏壓的反向器，充電式對數Ａ／Ｄ變換器、時間常數調節電路和Ｖ－［０］保持電路，Ｖ－［０］為材料厚度為０時靜電計輸出電壓。由于本發明專利技術中的對數Ａ／Ｄ變換器在電容充電過程中能改變時間常數，使厚度計在量程范圍內能給出滿足誤差要求的厚度數字指示。（*該技術在2007年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于物理領域涉及一種粒子輻射計量設備，用于機械量測量。目前在線測量和控制板材生產的同位素或x射線厚度計種類很多，但是，基本上分兩大類。1.偏差或厚度計儀表只顯示被測板材與標準板材的差值。這種方法的優點是電路間單，易實現，價格便宜。缺點是不能直接讀出被測板材的厚度值，只顯示與標準板材的偏差。改變生產規格要裝上不同的標準板，更換標準板要中斷生產，浪費時間，降低生產效率。例如武漢溫度計廠，長沙儀表廠，大連213所生產的同位素厚度計均屬于這類儀表。英國1976年3月10日公開的專利1427751也是偏差指示的厚度計。其不能在量程范圍內實現數字直讀的原因是因為采用的對數放大器及線性A/D交換器的變換結果不能在量程范圍內擬合材料對射線的吸收曲線。2.直讀式厚度計當射線穿過被測板材時，射線強度被衰減。被測的板材厚度Th變化時探測器的輸出信號電壓V也隨之變化。它們之間有函數關系V＝f(Th)。現有的直讀式厚度計是將探測器的輸出信號進行放大，放大后的信號電壓V進行線性A/D變換，得到的數字信號輸入計算機。計算機由函數V＝f(Th)計算出厚度Th值。這種厚度計的優點是直讀，并能進行控制。缺點是設備復雜，價格較貴，不適合在惡劣的環境下工作。英國1981年9月3日公布的專利1597010屬于這類儀器。本專利技術的目的在于提供一種A/D變換器實現板材厚度值的直讀以及一種校準方法。既改進了偏差式厚度計讀數不便及使用不便的缺點，又能代替微機計算厚度值。具有電路簡單價格便宜、使用方便的優點。本專利技術的要點是提供一種變換器，這種變換器輸出的BCD代碼與輸入的模擬電壓的關系在要求的誤差范圍內和板材的厚度值與探測器輸出信號的關系曲線一致。此時變換器的輸出代碼也就是被測板材的厚度值讀數了。同位素放出的β射線或γ射線，在穿過被測板材時，放射性強度和被測板材的厚度Th的關系為N(Th)＝N0e-μTh(1)N0為板材厚度為0時探測器接收的放射性強度，粒子數/秒。N(Th)為板材厚度為Th時探測器接收的放射性強度，粒子數/秒。μ為材料的吸收系數，毫米-1或厘米2/克。Th為板材厚度，毫米或克/厘米2。探測器的輸出信號經放大器放大后的輸出電壓V與板材厚度值Th的關系為V(Th)＝V0e-μTh(2)V0為板材厚度為0時輸出電壓，伏。V(Th)為板材厚度為Th時輸出電壓，伏。Th= 1/(μ) ln (V0)/(V(Th)) (3)使用低能γ射線或β源時(3)式的誤差是很小的。如果用中能γ源或用低能γ源測量較輕的元素時(3)式給出較大的誤差，應考慮累積效應。V(Th)＝V0e-μThB(μTh) (4)Th= 1/(μ) ln (V0B(μT))/(V(Th)) = 1/(μ) ln (V0)/(V(Th)) + 1/(μ) lnB(μTh)(5)附圖2中的曲線1為窄束γ射線也就是積累因子B(μTh)＝1時的吸收曲線。曲線2是積累因子大于1時的吸收曲線。實現厚度值的直讀，顯示Th值，也就是設計一種變換器，這種變換器的數字輸出信號能夠擬合曲線1和或線2。在量程范圍內其偏差滿足精度要求。附圖說明圖1為數字直讀式同位素厚度計原理圖。 圖2為γ射線的吸收曲線(靜電計輸出電壓與材料厚度的關系曲線)〔1〕放射源 〔2〕探測器〔3〕靜電計 〔4〕反向運算放大器〔5〕RC回路 〔6〕比較器〔7〕與門 〔8〕計數器〔9〕時鐘產生器 〔10〕分頻器〔11〕〔12〕時間常數調節電路〔13〕V0保持電路 〔14〕上限予置開關〔15〕下限予置開關 〔16〕數值比較器〔17〕軋輥調節電路圖2曲線說明曲線1為窄束γ射線吸收曲線(積累因子B(μTh)＝1)曲線2為積累因子B(μTh)＞1時，γ射線的吸收曲線。 曲線3為以三段折線(二個折點)擬合曲線2的示意曲線。 以下結合附圖對專利技術作進一步詳細描述1.本設備包括放射源〔1〕、探測器器〔2〕(電離室)、靜電計運算放大器〔3〕、加偏壓的反向器〔4〕、由電子開關K、電阻R以及電容C組成的RC回路〔5〕、電壓比較器〔6〕、與門〔7〕、計數器〔8〕、時鐘產生器〔9〕、分頻器〔10〕、電壓比較器及相連的電子開關Ke1、Ke2和電阻R1、R2組成的時間常數調節電路〔11〕、〔12〕以及由行程開關K1、繼電器J、電容C和靜電計運算放大器組成的V0保持電路〔13〕、上限予置開關〔14〕、下限予置開關〔15〕、數值比較器〔16〕和軋輥調節電路〔17〕。 電離室受到射線照射時，產生電離電流i，流過高阻RH，靜電計運算放大器3的輸出電壓V1＝iRH。 被測板材的厚度為0時，靜電計〔3〕輸出電壓V0，板材厚度為Th時，靜電計〔3〕的輸出電壓V1＝V0e-μTh反向放大器〔4〕的放大倍數為-1，在正輸入端加V0/2的偏壓。 通過放大器〔3〕、〔4〕后，反向器〔4〕的輸出電壓V2＝V0(1-e-μTh) (6)RC回路〔5〕的電阻上加電壓V0，在t＝0時刻電子開關K1斷開，同時把時鐘分頻后的方波倒向后的正方波加到與門〔7〕，打開與門〔7〕，時鐘脈沖通過與門〔7〕，計數器〔8〕開始計數。電子開關K1斷開后，電容C上的電壓指數上升VC= V0( 1 - e-TR C)]]>(7)T為時間，單位秒當電容C上的電壓Vc等于V2時，電壓比較器〔6〕翻轉，關閉與門〔7〕，停止計數，并把計數送給顯示器顯示。 此時(6)，(7)兩式相等則μTh＝ (T)/(RC) (8)其中T＝ (n)/(f)n為計數器記錄的脈沖數，f為時鐘頻率，代入(8)式得(Th)/(n) ＝ 1/(μRCf) (9)(9)式中Th/n表示每個脈沖代表的厚度，因此我們確定了靈敏度和時鐘頻率f后，對每種材料都可以求出要求的RC值。按照公式(9)選擇電路參數，圖2形式的電路就可以作為B(μTh)＝1的直讀式厚度計了。 附圖1中電壓比較器及相連的電阻R1、及R2及電子開關Ke1、Ke2所組成的時間常數調節電路〔11〕〔12〕是用來改變時間常數的。也就是改變公式(9)中的RC值的。 使用低能γ射線測量輕材料時或者使用中能γ源時，必須考慮積累因子B(μTh)，否則將給出較大的誤差。附圖2中的曲線2是積累因子大于1時的吸收曲線。 這種情況我們可以用幾段折線來擬合曲線2，如圖2中的曲線3。首先我們根據a線段選擇一等效的μ1求出電阻R，當電容C充電到Vc＝U＊1時，電壓比較器〔11〕翻轉，電子開關Ke1接通，將R1并聯在R上。(R1和R的并聯電阻值由b線段的斜率，也就是等效的μ2決定。)此時電容C充電的速度將加快。同樣當Vc＝U＊2時，電壓比較器〔12〕翻轉，電子開關Ke2接通，將R2并聯于R1和R上。(R1R2和R的并聯值由C線段的斜率，也就是等效的μ3決定。)此時電容C將以更快的速度充電。 折線數目由測量范圍和要求的誤差決定。并聯電阻的阻值由折線的斜率決定，折點的位置由吸收曲線的形狀和誤差要求決定。 這樣，用幾段折成擬合了有積累效應的吸收曲線。 使用2種能量以上的β源，例如Sr90+Y90，作放射源的厚度計，也可以用幾段折線來擬合吸收曲線。區別是先要以較快的速度給電容充電，即先并聯R1和R2，充電到Vc＝U1時斷開R1，充電到Vc＝U本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在線無接觸材料厚度測量方法，其特征在于：ａ，對探測器輸出的與射線強度成正比的電壓信號進行線性放大，反向使之轉變為材料厚度為０時，Ｖ↓〔２〕＝０，隨著材料厚度增加Ｖ↓〔２〕增加的電壓信號，ｂ，將電壓Ｖ↓〔０〕通過電阻Ｒ給電容Ｃ充電 ，電容上的電壓為Ｖ↓〔Ｃ〕＝Ｖｏ（１－ｅ↑〔－Ｔ／ＲＣ），ｃ、當電壓Ｖ↓〔ｃ〕＝Ｖ↓〔２〕＝Ｖ↓〔０〕（１－ｅ↑〔－μＴｈ〕時，電壓比較器［６］翻轉得到與門［７］的開門時間，也就得到了代表厚度值的脈沖計數，ｄ，用調整積分電容Ｃ上串聯 電阻的辦法改變電容Ｃ的充電速度，修正由于積累因子、多能量射線源造成的吸收曲線與指數曲線的偏離。

【技術特征摘要】
1.一種在線無接觸材料厚度測量方法，其特征在于a，對探測器輸出的與射線強度成正比的電壓信號進行線性放大，反向使之轉變為材料厚度為0時，V2=0，隨著材料厚度增加V2增加的電壓信號，b，將電壓V0通過電阻R給電容C充電，電容上的電壓為VC=Vo(1-e-μTh)，c，當電壓Vc=V2=V0(1-e-μTh)時，電壓比較器[6]翻轉得到與門[7]的開門時間，也就得到了代表厚度值的脈沖計數，d，用調整積分電容C上串聯電阻的辦法改變電容C的充電速度，修正由于積累因子、多能量射線源造成的吸收曲線與指數曲線的偏離。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于可用于數字直讀式密度計，也可用于核子秤的靜載荷的測量。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于適用于微機厚度計、微機密度計、也可用于微機核子秤。4.一種同位素厚度計，由放射源〔1〕、探測器〔2〕、二次儀表組成，其特征在于所說的二次儀表采用加偏壓的反向器〔4〕，由電子開關K、電阻R以及電容C組成的RC回路〔5〕，電壓比較器〔6〕、與門〔7〕、計數器〔8〕、時鐘產生器〔9〕、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王澤民，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]