CN106931917A - β背散射法石墨涂层厚度检测仪 - Google Patents

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汤慧
俞东宝
冯海宁
李小娜
朱永利
张涵
武帅
姚文涛
张进
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    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness

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Abstract

本发明属于无损检测仪器技术领域，具体涉及一种β背散射法石墨涂层厚度检测仪。本发明包括高压电源模块、低压电源模块、信号上拉模块、探头、信号提取模块和信号转换放大模块：高压电源模块为探头提供直流高压电源，探头将射线信号转换为电信号，信号提取模块将探头输出的负脉冲信号耦合到信号转换放大模块，低压电源模块为信号转换放大模块供电，信号上拉模块调节信号转换放大模块的电位值，信号转换放大模块将探头输出的负脉冲信号转换为正脉冲信号。本发明简化了仪器电路设计难度和调试周期，降低了仪器开发成本，实现了故障的快速诊断维修，能够根据现场具体情况设置检测流程，可实现上下工艺自动衔接。

Description

β背散射法石墨涂层厚度检测仪
技术领域
本发明属于无损检测仪器技术领域，具体涉及一种β背散射法石墨涂层厚度检测仪。
背景技术
重水堆核燃料组件由单根燃料棒组装而成，每根燃料棒由单根锆包壳管内装入二氧化铀芯块、两端通过端塞封堵并与锆包壳管焊接而成。在装入二氧化铀芯块之前，锆包壳管内壁需涂一层石墨层，石墨层可以防止堆内运行时芯块与包壳发生反学反应、同时保护锆管不被芯体的滑动而损坏。
石墨涂层厚度检测普遍采用β射线背散射法，该方法适用于覆盖层与基体原子序数或等效原子序数相差一个适当的数值的情况，具有测量范围宽、能耗低的优点。现有β背散射法石墨涂层厚度检测设备存在维修困难、界面人性化差、无法与上下工艺进行自动衔接等缺点，是无损检测仪器技术领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题为：现有β背散射法石墨涂层厚度检测设备维修困难、界面人性化差、无法与上下工艺进行自动衔接。
本发明的技术方案如下所述：
一种β背散射法石墨涂层厚度检测仪，包括高压电源模块、低压电源模块、信号上拉模块、探头、信号提取模块和信号转换放大模块：高压电源模块为探头提供直流高压电源，探头将射线信号转换为电信号，信号提取模块将探头输出的负脉冲信号耦合到信号转换放大模块，低压电源模块为信号转换放大模块供电，信号上拉模块调节信号转换放大模块的电位值，信号转换放大模块将探头输出的负脉冲信号转换为正脉冲信号。
所述高压电源模块包块高压电源HV和相互串联的电阻R1和电阻R3，所述探头为GM管，所述信号提取模块包括相互串联的电容C1和电阻R2，所述信号转换放大模块包括三极管Q1，所述低压电源模块包括两个低压电源，所述信号上拉模块包括电阻R5和电阻R4。
高压电源HV依次连接电阻R1和电阻R3后，将高压电输送至GM管上；电容C1的一端连接在电阻R1和电阻R3之间，另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极接地，集电极通过电阻R5连接一个低压电源；另一个低压电源通过电阻R4连接在电阻R2与三极管Q1基极之间。
通过调节电阻R1、电阻R3的阻值和高压电源HV的电压值实现对GM管电压的调节；当有β射线照到GM管时，从电阻R3上得到负脉冲信号，通过电容C1充放电实现GM管负脉冲信号的输出；当负脉冲信号到达三极管Q1基极时，三极管Q1截止，三极管Q1集电极与电阻R5之间输出高电平；当无负脉冲信号到达三极管Q1基极时，三极管Q1导通，三极管Q1集电极与电阻R5之间输出低电平。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种β背散射法石墨涂层厚度检测仪，使用三极管的导通和截止实现对GM管脉冲计数，简化了仪器电路设计难度和调试周期，降低了仪器开发成本；
(2)本发明的成功研发，实现了故障的快速诊断维修，能够根据现场具体情况设置检测流程，可实现上下工艺自动衔接。
附图说明
图1为本发明的β背散射法石墨涂层厚度检测仪电路图。
1-高压电源模块，2-低压电源模块，3-信号上拉模块，4-探头，5-信号提取模块，6-信号转换放大模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的β背散射法石墨涂层厚度检测仪进行详细说明。
如图1所示，本发明的β背散射法石墨涂层厚度检测仪包括高压电源模块1、低压电源模块2、信号上拉模块3、探头4、信号提取模块5和信号转换放大模块6：高压电源模块1为探头4提供直流高压电源，探头4将射线信号转换为电信号，信号提取模块5将探头输出的负脉冲信号耦合到信号转换放大模块6，低压电源模块2为信号转换放大模块6供电，信号上拉模块3调节信号转换放大模块6的电位值，信号转换放大模块6将探头4输出的负脉冲信号转换为正脉冲信号。
所述高压电源模块1包块高压电源HV和相互串联的电阻R1和电阻R3，所述探头4为GM管，所述信号提取模块5包括相互串联的电容C1和电阻R2，所述信号转换放大模块6包括三极管Q1，所述低压电源模块2包括两个低压电源，所述信号上拉模块3包括电阻R4和电阻R5。
高压电源HV依次连接电阻R1和电阻R3后，将高压电输送至GM管上；电容C1的一端连接在电阻R1和电阻R3之间，另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极接地，集电极通过电阻R5连接一个低压电源；另一个低压电源通过电阻R4连接在电阻R2与三极管Q1基极之间。
通过调节电阻R1、电阻R3的阻值和高压电源HV的电压值实现对GM管电压的调节；当有β射线照到GM管时，从电阻R3上得到负脉冲信号，通过电容C1充放电实现GM管负脉冲信号的输出；当负脉冲信号到达三极管Q1基极时，三极管Q1截止，三极管Q1集电极与电阻R5之间输出高电平；当无负脉冲信号到达三极管Q1基极时，三极管Q1导通，三极管Q1集电极与电阻R5之间输出低电平。根据三极管Q1集电极与电阻R5之间输出的高/低电平，通过后续成形电路和电平转换、将信号送入计数处理器，计数处理器计数后通过RS232接口输入上位机电脑，由相应的检测程序实现接收、处理、显示、存储。
本发明的β背散射法石墨涂层厚度检测仪的检测原理如下所述：Pm-147放射源发射的β射线轰击到包壳管内壁，其中一部分被内壁材料反向散射。这种反向散射的强度是材料的种类和数量的函数。当覆盖层与基体原子序数相差较大(大于5)时，仪器就能测出单位面积上的镀层的质量，从而得出被测面积内的平均厚度。
本发明的β背散射法石墨涂层厚度检测仪的检测步骤如下所述：将探头4与β测厚仪数据采集装置相连接；开机预热10分钟后，连续测量基体的计数度5次相互之间的计数率差值不大300CPS，可以进行设备标定，否则延长预热时间，直到连续测量基体的计数度5次相互之间的计数率差值不大300CPS；进行基体标准样厚度标定、标准厚度样厚度标定以及锆包壳管涂层厚度检测；每测量20个数据检查一次不确定度，如果不确定度＞5％，延长测量时间，重复测量直到不确定度≤5％为止，同时需重新对设备进行标定，上次校验后的次组件应重新检测；对检测结果进行判定，经真空固化后石墨涂层的厚度为2.5μm～20μm，平均厚度(每根次组件)应为5μm～15μm。

Claims (3)

1.一种β背散射法石墨涂层厚度检测仪，包括高压电源模块(1)、低压电源模块(2)、信号上拉模块(3)、探头(4)、信号提取模块(5)和信号转换放大模块(6)，其特征在于：高压电源模块(1)为探头(4)提供直流高压电源，探头(4)将射线信号转换为电信号，信号提取模块(5)将探头输出的负脉冲信号耦合到信号转换放大模块(6)，低压电源模块(2)为信号转换放大模块(6)供电，信号上拉模块(3)调节信号转换放大模块(6)的电位值，信号转换放大模块(6)将探头(4)输出的负脉冲信号转换为正脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的一种β背散射法石墨涂层厚度检测仪，其特征在于：所述高压电源模块(1)包块高压电源HV和相互串联的电阻R1和电阻R3，所述探头(4)为GM管，所述信号提取模块(5)包括相互串联的电容C1和电阻R2，所述信号转换放大模块(6)包括三极管Q1，所述低压电源模块(2)包括两个低压电源，所述信号上拉模块(3)包括电阻R4和电阻R5；
高压电源HV依次连接电阻R1和电阻R3后，将高压电输送至GM管上；电容C1的一端连接在电阻R1和电阻R3之间，另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极接地，集电极通过电阻R5连接一个低压电源；另一个低压电源通过电阻R4连接在电阻R2与三极管Q1基极之间。
3.根据权利要求2所述的一种β背散射法石墨涂层厚度检测仪，其特征在于：通过调节电阻R1、电阻R3的阻值和高压电源HV的电压值实现对GM管电压的调节；当有β射线照到GM管时，从电阻R3上得到负脉冲信号，通过电容C1充放电实现GM管负脉冲信号的输出；当负脉冲信号到达三极管Q1基极时，三极管Q1截止，三极管Q1集电极与电阻R5之间输出高电平；当无负脉冲信号到达三极管Q1基极时，三极管Q1导通，三极管Q1集电极与电阻R5之间输出低电平。
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