Радиоизотопный измеритель поверхностной плотности

/О 51)5 6 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТ ОРСКОУУ СВ К(72) З.А,Бунж и И,С,Резник ОПНЫЙ И ОЙ ПЛОТН ичающи я точности ерения, он регулятора ройством и лока измере ЗМЕРИОСТИ. по йсятем, и расшиснабжен прямого включенния вре(54)(57) Р АД И О И 3 ОТ ТЕЛЬ ПОВЕРХНОСТН авт, св, М 576824, о т л что, с целью повышени рения диапазона изм блоком перемещения потока, пороговым уст ным между выходом б Изобретение относится к радиоизотопным приборам неразрушающего контроля поверхностной плотности материала или его покрытия и предназначено для расширения диапазона линеаризации градуировочной характеристики прибора при наличии падающей экспоненциальной зависимости зарегистрированного датчиком сигнала от измеряемого параметра:А -ах (1) где и - сигнал на выходе датчика;х - измеряемый параметр;А и а - константь 1,Известен радиоизотопный измеритель поверхностной плотности по авт. св. Мт 576824, который обеспечивает линеаризацию градуировочной характеристики, который содержит источник излучения в рабочем контейнере, имеющий два коллимационных отверстия: (через одно проходит излучение, взаимодействующее с измеряемым материалом, а другое обеспечивает проход прямого излучения) детектор излучения, усилитель, формирователь, интегратомени интегрирования и измерительным прибором, задатчиком коэффициента пропорциональности, второй вход которого подключен к выходу порогового устройства, подключенного входом к блоку измерения времени интегрирования, а выходом - к входу блока перемещения регулятора прямого потока, выход которого подключен ко второму входу блока измерения времени интегрирования. а блок перемещения регулятора прямого потока выполнен с дополнительным выходом подключенным ко входам блокировки интегратора и блока измерения времени интегрирования. ра, блок измерения времени интегрирования, блок управления интегратором, регулятор прямого потока излучения, , размещенный между источником и детектором излучения, задатчик времени интегрирования при нулевом значении измеряемого параметра и измерительный прибор.Существенным недостатком этого измерителя является его ограниченный диапазон линеаризации и как следствие этого невысокая точность измерения.Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения.Поставленная цель достигается тем, что радиоизотопный известный измеритель поверхностной плотности снабжен блоком перемещения регулятора прямого потока пороговым устройством и включенным между выходом блока измерения времени интегрирования и измерительным прибором, задатчик коэффициента пропорциональности, второй вход которого подключен к вы669852 п 1= В+ Ае 20 снабжен двумя коллимационными отверстиями 10 (для прохода излучения взаимо о о С В+А - ах(5) 40 50 ходу порогового устройства, подключенного входом к блоку измерения времени интегрирования, а выходом - к входу блока перемещения регулятора прямого потока, выход которого подключен к второму входу блока измерения времени интегрирования, а блок перемещения регулятора прямого потока выполнен с дополнительным выходом, подключенным к входам блокировки интегратора и блока измерения времени интегрирования,На чертеже изображен предлагаемый измеритель,Измеритель содержит источник 1 излучения в рабочем контейнере 2, детектор 3 излучения, выход которого через усилитель 4 и формирователь 5 соединен с входами интегратора б и блока 7 измерения времени интегрирования. блок 8 управления, вход которого соединен с выходом интегратора б, а выход подключен к интегратору б и блоку 7 измерения времени интегрирования, измерительный. прибор 9, рабочий контейнер 2 действующего с обьектом измерения и прохода прямого излучения), регулятор прямого потока в виде клина 11, задатчик 12 времени интегрирования при нулевом знаценил измеряемого параметра, выход которого соединен с измерительным прибором 9, подключенным к задатчику 13 коэффициента пропорциональности, который подключен к выходу блока 7 измерения времени интегрирования, блок 14 перемещения регулятора прямого потока и пороговое устройство 15, вход которого подключен к блоку 7 измерения времени интегрирования, а выход - к задатчику 13 коэффициента пропорциональности и блоку 14 перемещения клина, выход которого подключен к клину 11, причем блок 14 имеет дополнительньй выход, присоединенный к входам блокировки интегратора б и блока 7 измерения времени интегрирования для их блокировки во время перемещения клина,Предложенный измеритель поверхностной плотности работает следующим образом. Излучение от источника 1, находящегося в рабочем контейнере 2, взаимодействует с измеряемым материалом, например возбуждает характеристическое излучение материала подложки для измерителя покрытия или отражается от материала или среды за измеряемым материалом для измерителя, измеряющего толщину тонких пленок и регистрируется детектором 8, этот сигнал имеет градуировочную характеристику (1) от измеряемого параметра. Одно 5 10 15 временно излучение от источника 1 проходит и через коллимациойное отверстие 10 рабочего контейнера 2 и регулятор 11 прямого потока излучения и тоже регистрируется детектором 3, как сигнал с постоянной величиной - В, независящей от измеряемого параметра, В результате сигнал на выходе детектора 3 имеет следующую зависимость от измеряемого параметра. Зтот сигнал усиливается усилителем 4, формируется формирователем 5, подается на интегратор 6.и запускает блок 7 измерения времени интегрирования. Когда сигнал на выходе интегратора 6 достигает заданной величины - . С, зависящей от требуемой точности измерения и возможности представления результата измерения, в единицах измеряемого параметра. С =,Г п 1 Й =(В + Ае ")й =(В + Ае ")1 (3) срабатывает блок 8 управления по команде, от которого сбрасывается на ноль интегратор 6, а на выходе блока 7 появляется результат измерения времени интегрирова- ния При этом время интегрирования при нулевом значении измеряемого параметра - хбудет Сигнал такой величины установлен на выходе задатчика 12 времени интегрирования при нулевом значении измеряемого параметра, выход которого через измерительный прибор 9 и задатчик 13 коэффициента пропорциональности соединен с выходом блока 7 измерения времени интегрирования, при этом если коэффициент пропорциональности в задатчике 13 установлен К 1 = = 1, то измерительный прибор 9 будет показывать сигнал - Е равный Е=т-то -С С(6)В+А ах В+А Как видно из уравнения (5) результат измерения радиоизотопного измерителя имеет сложную зависимость от измеряемого параметра, однако это монотонно возрастающая(13) функция, которая изменяется от О, при Х = 0до значения Упах при Х - 00 и имеет точку перегиба при значении измеряемого параметра Хвокруг которой функция (6) с достаточной точностью аппроксимируется прямой, При помощи регулятора прямого тока можно выбрать такую величину значения сигнала - В, чтобы точка перегиба находилась в середине первого участка линеаризации Для получения результата измерения -2 в единицах измеряемого параметра необходимо установить следующее значение величин.ы - С,до которой производится интегрирование сигнала (2),Ошибка линеаризации экспоненциальнойзависимости (1) д = Е - Х -Х (11) В+А Это сложная функция, которая изменяется от 0 при Х = 0 через -днах до 0 при Х = Х 1 и ЧЕРЕЗ +днах ДО 0 ПРИ Х =. Х 1,ДаЛЕЕ д принимает отрицательное значение, которое увеличивается по мере увеличения измеряемого параметра,Если значение измеряемого параметра ХХ 1 п,ах, то по истечении вРемени интегРирования 1 соответствующего результату из- меРениЯ Х 1 пах, пРи котоРом ошибка линеаризации (11) равна нулю при изменении ее с+ д на - д. срабатывает пороговое устройство 15, сигнал с выхода которого подается на блок 4перемещения регулятора прямого потока иизменяет величину сигнала В на где Х 2 - значение измеряемого параметра в середине второго участка линеаризации, При постоянной абсолютной ошибке линеаризации днах5 Х 2 - Х 1 пах + Х 1 (14)Одновременно с этим сигнал с выхода порогового устройства 15 подается на задатчик 13 коэффициента пропорциональности, где он изменяет коэффициент пропорциональ ности представления результата с Во время, перемещения регулятора 1 "5 прямого потока сигнал с дополнительноговыхода блока 14 перемещения блскирует входы интегратора 6 и блока 7 измерения времени интегрирования т.е. приостанавливает интегрирование сигнала (2) и измерение времени интегрирования за время переходного процесса пока регулятор прямого потока находится в движении.При значении измеряемого параметраХХ 1 х за вРемЯ т 1 величина сигнала (2), проинтегрированного по времени, равна е 1 = пй-(в А,"1 11(15)о30а суммарное время интегрирования измененного сигнала до величины - С С - С 1 т=т 1+ 35 +А - ах-ах, вах - ахК =Х х+КВ 2 +Ае Это монотонно растущая функция, котораяИЗМЕНяЕтСя От Х 1 макс дО 22 вах ПРИ Х = ф45А - ах, щах22 аах = Х 1 вах + К 2 (18)6В 2 и имеет точку перегиба при значении измеряемого параметра 55вокруг которой функция (17) мало отличается от прямой и для получения результата измерения в единицах измеряемого параметра необходимо выбрать величину коэффициента пропорциональноститогда результат измерения Уп+1 = Хпаах + Кп+1 х(20) Ошибка линеаризации на втором учэстАе Ае)СоставительТехред М,Моргентэ исьм Корректор М.Андрушенко едактор Заказ 544 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина равна 0 при.Х = Х 1 пах и при увеличении Х изменяется через -д еах до 0 при Х=Х 2 и Далее чеРез+д п 1 ах До 0 и Ри Х=Х 2 вах и Далее принимаетотрицательные значения Х, которые увеличива 1 отся по мере увеличения Х, Функциональная зависимость (21) аналогична функциональной зависимости (11), Далее если значение измеряемого параметра ХХ 2 п,ах при достижении времени интегрирования 12 соответствующего результату измерения Х 2 сигнал становится больше второго порога порогового устройства 15 и тэк далее можно увеличить число участков линеаризации, при атом каждое следующее срабатывание порогового устройства 15 изМЕНявт ВЕЛИЧИНУ СИГНаЛа В С Вп На Вп+1 3 В А -ахп+1 (22) и изменяет коэффициент пропорЦиональности начиная с второго участка с Кп на Кпм 1 При постоянной абсолютной ошибке линеаризации днах на каждом участке где при использовании гп участков линеаризацииХпах(26)2 Гп+0,3где Х пах-максимальное значение неабходи мого диапазона измерения, Это обуславливается тем, что последний участок аппроксимации может быть несколько длиннее до - днах.Для линеаризации путем линейно-ку сочной аппроксимации потребовалось бы12 участков аппроксимации, или каждый участок соответствует шести участкам линейно-кусочной аппроксимации.Предлагаемый измеритель позволяет 30 аппроксимировать экспоненциальную зависимость кусками сложной функциональной зависимости, чем упрощаетс устройство и градуировка устройства для получения той же ошибки линеаризации или 35 расширения диапазона измерения, в котором можно достигнуть заданную точность измерения,