Электронный плотномер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК И.9 24 ИЯ,ПИСАНИЕ Ю АВТОРСН СВИДЕТЕЛ йК ПЛОТНОМЕР, сотронов, каналв, детектор й в виде сощих секций, и двух узлов зности,сигналов детек ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Научно-исследовательский кисти тут электронной интроскопии при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени п литехническом институте им, С.И. Кирова(56) Авторское свидетельство СССР880105, кл. С О И 9/24, 1980.Авторское свидетельство СССР723870, кл. О О И 9/24, 1978,(54)(57) ЭЛЕКТРОННЫЙ держащий источник эле для проводки электрон электронов, выполненнь вокупности детектирую межсекционных экранов суммирования выходных,ЯО 1135286 И тирующих секций, измеритель разностиузлов суммирования выходных сигналовдетектирующих секций, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повьгшения точности измерения плотности,детектирующие секции разделены надве группы, детектирующие секции пер.вой группы соединены с первым узломсуммирования выходных сигналов секций, а детектирующие секции второйгруппы соединены со вторым узлом сум"мирования выходных сигналов секций,перед входными апертурами детектирую"щих секций первой группы расположены поглотители электронов, а передвходными апертурами детектирующих сеций второй группы расположены поглотители электронов, выполненные с воз"можностью перемещения за пределывходных апертур указанной второйгруппы, а выходы узлов суммированиясоединены с входами измерителя ра1 11Изобретение относится к области измерения плотности материалов радиационными методами, в частности, к устройствам для контроля плотности материалов по обратному рассеянию . электронов.Известен электронный плотномер, содержащий источник электронов, коллиматор, имеющий канал для проводки электронов от источника и внутренний канал регистрации, ограниченный коническими поверхностями, соосными с каналом для проводки электронов от источника и пересекающими его поверхность, детекторы электронов, расположенные, как и источник, по одну сторону от опорного для контролируемого объекта торца коллиматора, имеющего радиус пересечения с внешней по" верхностъю коллиматора, выбираемый в зависимости от энергии электронов от источника и контролируемого объек" та, причем один из детекторов, расположенный во внутреннем канале регистрации коллиматора, имеет телесный угол регистрации, ограниченный внутренним каналом регистрации, и второй детектор - на внешней поверхности коллиматора - имеет телесный угол регистрации, ограниченный внешней поверхностью коллиматора, измеритель отношения, входы которого соединены с детекторами.сВыходные сигналы детекторов этого плотномера, каждый из которых благодаря регистрации обратно рассеянных электронов чувствителен к изменениям плотности объекта, имеют компоненты, соответствующие регистрации тормозного излучения от источника электронов, из канала коллиматора для проводки электронов от источника и возникающего в объекте, интенсивность которого определяется как материалом объекта, так и его толщиной, особенно если она не превышает пробега электронов в мате" риале объекта. Вследствие Практической нечувствительности компонентов сигналов, соответствующих тормозному излучению из объекта, к его плотности и различной чувствительности разных детекторов к изменениям толщины вследствие различных телесных углов регистрации детекторов, этот электронный плотномер имеет ограниченную точность из-за погрешности, обусловленной флуктуациями толщины3"286 30 35 40 5 10 15 20 45 50 55 контролируемых объектов, и зависящей от толщины объекта чувствительности сигналов детекторов к изменениям плотности.Из известных технических решенийближайшим к изобретению по своейтехнической сущности является элект"ронный плотномер, содержащий источник электронов, канал для провод"ки электронов, детектор электронов,выполненный в виде совокупности детектирующих секций, межсекционныхэкранов и двух узлов суммированиявыходных сигналов детектирующих секций,Однако вследствие меньшего различия в телесных углах регистрациисекций детектора, расположенных против вырезов и секцией детектора,расположенных между вырезами коллиматора, чувствительности компонентов сигналов детекторов, соответствующих регистрации тормозного излучения к изменениям толщины объекта,различаются мало, однако чувствительности выходных сигналов в целом к изменениям толщины различаются сильно, так как компонент сигнала, соответствующий регистрации тормозного излучения для секций детектора, расположенных против вырезов, составляетгораздо меньшую долю сигнала, чем для секции детектора, расположенных между вырезами, Поэтому наличие компонентов сигналов секций детекторов, Соответствующих регистрации тормозного излучения, прн меньшей чувствительности к изменениям плотности из-за практической нечувствительности к ним секций, расположенных против вырезов, определяет низкую точность известного плотномера.Целью изобретения является повьщенке точности измерения плотности. Поставленная цель достигается тем, что в электронном плотномере, содержащем источник электронов, канал для проводки электронов, детектор электронов, выполненный в виде совокупности детектирующих секций, межсекционных экранов и двух узлов суммирования выходных сигналов детектирую" щих секций, дополнительно содержит измеритель разности, детектирующие, секции первой группы соединены с пер вым узлом суммирования выходных сиг-. налов секций, я детектирующие секции второй группы соединены со вторым3 11узлом суммирования выходных сигнаЛовсекций, перед входными апертурами де"тектирующих секций первой группырасположены поглотители электронов,а перед входными апертурами .детектирующих секций второй группы расположены поглотители электронов, выполненные с возможностью перемещения запределы входных апертур указаннойвторой группы, а выходы узлов суммирования соединены со входами измерителя разности.Выходные сигналы секций первойгруппы, перед входными апертурами которых расположены поглотители электронов, соответствуют регистрации тормозного излучения. Выходные сигналысекций второй группы, перед входнымиапертурами которых расположены поглотители электронов, перемещаемые запределы входных апертур секций, в положении поглотителя за пределами апертур секций соответствуют регистрации как обратно рассеянных электронов, так и тормозного излучения, ав положении поглотителя перед входными апертурами секций - выходныесигналы секций равны компонентам вы"ходных сигналов этих секций,соответствующим регистрации тормозного излучения в положении поглотителя за пре"делами апертур. Выходной сигнал устройства суммирования выходных сигна.лов секций первой группы изменениемкоэффициентов передачи секций илиустройства суммирования устанавливается равным выходному сигналуустройства суммирования выходныхсигналов секций второй группы прирасположении перемещаемых поглотителей перед апертурами секций второйгруппы, что соответствует нулевомувыходному сигналу измерителя разности. Выходной же сигнал измерителяразности в положении перемещаемогопоглотителя за пределами апертурсекций второй группы, при которомведется контроль плотности, в этомслучае вследствие чередования секций разных групп пропорционален суммарному компоненту выходных сигналов секций второй группы, соответствующему регистрации только обратнорассеянных электронов независимо отобъекта контроля источника электронов и т.д,Чувствительность выходного сигна"ла измерителя разности к изменениям35286 10 15 20 ходного сигнала измерителя разности 25 З 0. фики зависимости выходных сигналов устройства суммирования выходных сигналов секций второй группы и измерителя разности при выходном сигнале устройства суммирования секций 35первой группы, равном компоненту вью" ходного сигнала устройства суммирования выходных сигналов секций второй группы, соответствующему регист" рации тормозного излучения.Предлагаемый электронный плотномер содержит фиг. 1 и 2) коллидля проводки электронов от источника 2 на контролируемый объект 3, устанавливаемый на торец коллиматора 4, имеющий радиус торца В. Детектор, охватывающий коллиматор, выполнен из двенадцати секций 5, представляющих собой секторы кольцевого пластмассового сцинтиллятора. Секции разделены поглощающими электроны экранами 6. Нечетные секции детектора составляющие первую группу, оптически соединены с устройством суммирования выходных сигналов секций первой группы, выполненного в виде кольцевого световода 7 с оптически соединенным с ним фотоумножителем 8, Четные сек 45 50 55 плотности равна чувствительности компонента сигнала детектора, соответствующего регистрации только обратно рассеянных электронов, т.е. вышее, чем чувствительность выходного сигнала детектора известного плотномера.Независимость выходного сигнала измерителя разности от интенсивности тормозного излучения обеспечивает также и отсутствие погрешности, обусловленной зависимостью интенсивности тормозного излучения от толщины объекта. Этим достигается более высокая точность контроля плотности.На фиг. 1 изображена схема плот- номера; на фиг. 2 - разрезы А-А, Б-Б, В-В, Г-Гнафиг.1; нафиг.3 - график зависимости чувствительности вык изменениям плотности контролируемого объекта от соотношения между выходным сигналом устройства суммирования. выходных сигналов секций первой группы и компонентом выходногосигнала устройства суммирования выходных сигналов секций второй грунпы, соответствующим регистрации тормозного излучения; на фиг. 4 - граматор с каналом 1 диаметром 2 гции детектора, составляющие вторую группу, оптически соединены с устройством суммирования выходных сигналов секций второй группы, выполненного в виде кольцевого свето- вода 9 с оптически соединенным,с ним, фотоумножителем 10. Выходы фотоумножителей 8 и,10 соединены с измерителем 11 разности выходных сигналов устройств суммирования. Перед входными апертурами секций второй группы расположены поглотители 12 электронов, выполненные в виде пластин из материала с низким атомным номером, например из графита, толщиной, превышающей пробег обратно рассеянных электронов в,материале поглотителя, Такие же поглотители 3, но перемещаемые за пределы входных апертур секций, расположены перед входными апертурами секций первой группы.Детектор во внутреннем канале 14 регистрации коллиматора выполнен аналогично описанному детектору, охватывающему коллиматор.Выходы измерителей разности, соответствующих детектору, охватывающему коллиматор, и детектору вовнутреннем канале регистрации, соединены со входами измерителя отношений, выходной сигнал которогоявляется мерой плотности объекта.Перед проведением контроля плотности объектов перемещаемые поглотители секций первой группы устанавливаются в положение перед апертурами секций,Пучок электронов от источника 2проходит по каналу 1 для проводкиэлектронов от источника 2 на контролируемый объект 3. Обратно рассеянные контролируемым объектом 3электроны, возникающее в объекте тормозное излучение, а также тормозное излучение, прошедшее черезэлементы конструкции плотномера от канала 1 для проводки электронов от источника 2 на контролируемый объект 3,и нейосредственно от источника 2 падают на поглотители перед апертурами. секций обоих групп. При этом ввиду низкого атомного номера материалапоглотителей обратно рассеянныеэлектроны полностью поглощаются поглотителями перед апертурами практччески без генерирования тормозного излучения в нем, а тормозное из;апертурами секций первой группы пе"ремещают в положение вне пределоввходной апертуры секций и в такомположении перемещаемых поглотителейпроводят контроль плотности объектов. При этом секции первой группыоблучаются как тормозным излучением,так и обратно рассеянными электронами, а на выходе измерителя разЗ 5 ности сигнал пропорционален результату регистрации только обратно рас"сеянных электронов секциями первойгруппы, так как компонент выходногосигнала фотоумножителя 8, соответст"вующий регистрации тормозного излучения И , равен выходному сигналутгфотоумножителя 1 О У 1 (Б,йт :-1).Это соответствует фиг. 3) наибольшему значению чувствительности 5выходного сигнала измерителя разности к изменениям плотности. Принеполной компенсации компонента 0сигналом фотоумножителя 100,(О,О, =1)за счет уменьшения коэффициента передачи фотоумножителя О , что соответствует моделированию известногоплотномера, чувствительность поступа".ющего на измеритель отношений сигнала к изменениям плотности уменьшается в зависимости от радиуса торца коллиматора в 3-20 раз, а значит чувствительность предлагаемого плот- номера к изменениям плотности пре 5 10 15 20 25 лучение проходит через поглотителипрактически без поглощения,Световое излучение секций, пропорциональное интенсивности падающего на них тормозного излучения,поступает от секций первой группыв кольцевой световод 7, а от секцийвторой группы - в кольцевой световод 9. Выходные сигналы фотоумножителя 8 и фотоумножителя 10, пропорциональные интенсивности тормозногоизлучения, регистрируемой секциямисоответственно первой и второйгрупп, поступают на измеритель разности и путем подбора коэффициентовпередачи фотоумножителей на выходеизмерителя разности оператор устанавливает нулевой сигнал. Благодаря чередованию секций первой и второй групп изменение интенсивноститормозного излучения из объекта, канала коллиматора и от источника прак"тически не изменяет нулевой выходной сигнал измерителя разности,После этого поглотители перед1 гвосходит чувствительность известногоплотномера соответственно более, чемв 3-20 раз,Выходной сигнал измерителя 11 разнос.ти (фнг. 1) 11 - 111 при толщннах объекхрв, больших глубины контроля й, не зависит от толщины объектов (см, кривая 5, фиг. 4) н, значит предлагаемый плотномер не имеет погрешности,обусловленной изменением толщины, Выходной же сигнал устройства суммирова"ния выходных сигналов секций первойгруппы, которые аналогичны детекторуизвестного плотномера, зависит засчет компоненты 1 от толщины объекттов при всех толщинах см. кривая 16)и, следовательно, известный плотномер имеет погрешность, обусловленнуюФлуктуациями толщины объектов привсех толщннах объектов.Меньшая погрешность, обусловленная Йлуктуациями неконтролируемыхсвойств объектов, и более высокаячувствительность к изменениям конт 28 б 8ролируемого параметра - плотности,определяет более высокую точностьпредлагаемого плотномера по сравнению с известными,5Предлагаемый плотномер обеспечивает высокопроизводительный неразруша-.ющий контроль распределения плотности в материалах порошковой металлур 1 О гии, например в порошковом прокатес точностью не худшей, чем точностьиспользуемого в порошковой металлургии гидростатического взвешивания,применение которого для этих целей15 однако не требует разрушения контролируемого объекта. Оценка ожидаемого экономического эффекта без учетакачественно новых возможностей предлагаемого плотномера при замене гид 20 ростатического взвешивания, котороеможет быть принято за базовый объект,дает более 100 тыс. руб. для лаборатории, производящей ц 0000 измеренийв год,