FR2693793A1 - Procédé et installation de mesure de l'épaisseur d'une bande continue en déplacement. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne la mesure de l'épaisseur d'une bande continue en déplacement. - Elle se rapporte à une installation de mesure du rayonnement transmis par le matériau, qui comprend une source (112) d'un rayonnement polychromatique (104) placée d'un premier côté du matériau (106), un dispositif détecteur (110) placé du côté du matériau opposé, destiné à détecter plusieurs bandes d'énergie du rayonnement reçu (108) qui a traversé le matériau, et ayant plusieurs étages empilés de longueur variable contenant un matériau d'absorption du rayonnement, et un processeur (118) destiné à calculer constamment l'épaisseur du matériau d'après les signaux (112) du détecteur. Application à la commande des laminoirs.

Description

L'invention concerne de façon générale le domaine de la mesure de

l'épaisseur d'un matériau sous forme d'une feuille laminée à plat dans un laminoir Plus précisément,

l'invention concerne une jauge à atténuation d'un rayon-

nement, travaillant sans contact et est insensible aux

variations de la composition d'alliage.

Au cours de la fabrication des matériaux métalliques laminés à plat, par exemple de l'aluminium, de l'acier, du

laiton, du cuivre et de l'acier inoxydable, une considé-

ration primordiale est le respect des spécifications de livraison avec des tolérances très serrées, avec cependant conservation d'un débit élevé de fabrication Les matériaux laminés à plat qui sont trop épais augmentent les coûts du matériau à la fabrication et les matériaux qui sont trop

minces doivent être réusinés pour correspondre aux spécifi-

cations voulues.

La plupart des laminoirs ont un type quelconque de système de commande destiné à régler l'épaisseur des produits laminés à plat Les systèmes de commande doivent pouvoir commander les laminoirs avec des 'temps d'environ 0,1 S ou moins et doivent déterminer les épaisseurs avec

une précision d'environ + 0,25 t Ces systèmes sont utili-

sés par mise en oeuvre de l'une de deux techniques de mesure, les techniques à jauge mécanique de contact et les

techniques à jauge à rayonnement sans contact.

Les techniques de mesure mécanique d'épaisseur avec contact sont indésirables, car les éléments capteurs qui sont au contact du matériau peuvent rayer ou marquer le matériau En outre, l'élément capteur peut sauter ou rebondir lorsque le matériau en feuille atteint des vitesses élevées Ceci provoque une mesure imprécise ou une détérioration du capteur lorsque le matériau en feuille

présente une fluctuation.

Les jauges à rayonnement sans contact, par exemple les jauges-à radioisotopes, ou à rayons bêta, X et gamma sont les plus courantes actuellement Cependant, certains des systèmes ont présenté des difficultés pour le respect

des tolérances serrées relatives à la mesure et au temps.

La précision des jauges de rayonnement est affectée par les

conditions du matériau et ambiantes, notamment la tempéra-

ture et la dimension de l'espace d'air, la présence d'une huile ou solution de laminage sur la matière, les varia- tions de hauteur dans le trajet de passage, les variations

de composition du matériau, et le flottement de la feuille.

Les jauges à rayons bêta qui sont utilisées dans certains laminoirs à feuilles d'épaisseur moyenne ou faible sont connues pour leur faible sensibilité relative aux variations de la composition d'alliage Cependant, comme la jauge bêta utilise des électrons d'énergie élevée ayant une masse distincte pour la mesure de la densité de la matière, les rayons bêta sont sensibles à la densité des matières se trouvant sur leur trajet Ceci rend impossible en pratique l'utilisation de la jauge à rayons bêta dans les opérations des laminoirs dans lesquelles la sensibilité des rayons bêta à le densité de l'air, aux solutions de laminage et au film d'huile réduit la précision Cette sensibilité à la densité de l'air nécessite que la distance d'espacement contenant l'air soit relativement petite, si bien que la source de rayons bêta et le détecteur sont très proches du

matériau en feuille Ceci expose la jauge à des détériora-

tions si la feuille présente un flottement et provoque aussi un défaut d'alignement sur de courtes périodes étant donné l'énergie cinétique élevée créée pour les vitesses de fonctionnement des laminoirs En outre, les jauges à rayons bêta nécessitent un temps d'environ 5 S pour la formation de la moyenne du signal afin que la précision nécessaire

soit obtenue Ceci empêche la création des mesures néces-

saires par la jauge avec respect des tolérances de temps

imposées par les opérations des laminoirs.

On a déjà utilisé des jauges à radioisotopes avec un succès modéré dans ces applications Cependant, elles ont une faible intensité de rayonnement, si bien que les électrons transmis sont en nombre réduit Ceci augmente le rapport signal-sur-bruit et les temps de traitement des

signaux à des valeurs pour lesquelles des résultats opti-

maux ne peuvent pas être obtenus pendant le temps néces-

saire En conséquence, les jauges à radioisotopes sont utilisées au mieux dans des conditions dans lesquelles un réglage à faible vitesse du procédé de mesure est suffisant. La majorité des problèmes précités est résolue lorsque la mesure est réalisée avec des photons créés par des sources de rayons X ou gamma d'énergie et d'intensité convenables La source de rayons X permet l'utilisation du meilleur procédé de production de photons puisque l'énergie

et l'intensité du dispositif sont ajustables pour l'obten-

tion des rapports signal-sur-bruit optimaux Le faisceau d'intensité élevée qui est produit permet la formation de la moyenne du signal de la jauge à rayons X en un temps d'environ 0,01 à 0,005 s, correspondant aux conditions de

temps fixées par la commande de procédés à grande vitesse.

La jauge à rayons X n'est pas affectée non plus par la densité de l'air ou d'autres matériaux se trouvant sur son trajet Cependant, les techniques classiques mettant en oeuvre les jauges à rayons X sont sensibles aux variations

de la composition d'alliage.

Dans un exemple de composition, la jauge à rayons X fonctionnant par transmission comprend une source de rayonnement placée d'un premier côté de la matière en feuille et un détecteur placé de l'autre côté La jauge à rayons X détermine l'épaisseur du matériau par mesure de l'intensité du rayonnement qui a traversé le matériau A partir de cette valeur, l'intensité du rayonnement qui est absorbé par le matériau peut être déterminée L'intensité du rayonnement absorbé par un élément du matériau est déterminée par son coefficient d'absorption en épaisseur

qui est fonction de la fréquence du rayonnement.

Il n'est pas rare que les matériaux en feuille contiennent des quantités variables d'alliage qui ont des coefficients d'absorption différents de ceux de la matière principale en feuille Dans la jauge classique de mesure d'épaisseur à un seul faisceau ou par un rayonnement à une seule bande d'énergie, un changement de composition du matériau change l'absorption globale du rayonnement par le matériau et apparaît sous forme d'un changement d'épaisseur pour l'instrument. On a déjà essayé plusieurs fois de réduire la sensibilité des jauges à rayons X à la composition d'alliage La plupart des essais ont porté sur une forme quelconque d'analyse spectrale pour la détermination de la composition chimique du métal, avec utilisation d'un algorithme ou d'un circuit de compensation destiné à combiner les résultats de la mesure avec la mesure de

l'atténuation des rayons X Des techniques de rétrodif-

fusion ont été utilisées pour l'exécution de l'analyse spectrale, par disposition d'un détecteur en direction

inclinée du même côté du métal pour la mesure du rayon-

nement qui est réfléchi par la surface du métal Les résultats du système à rétrodiffusion sont utilisés pour la modification des résultats du système d'atténuation Le temps nécessaire à cette technique de compensation ne correspond cependant pas aux tolérances indiquées précédemment.

D'autres systèmes ont utilisés deux sources diffé-

rentes, ayant chacune un niveau différent d'énergie pour la détermination du déplacement des propriétés d'absorption destinées à la compensation de la composition d'alliage Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 037 104 de Allport paraît représenter une jauge fonctionnant par transmission de rayons X, utilisant deux sources d'énergie et deux détecteurs Bien que ce dispositif accroisse la précision des mesures par rapport à une seule source d'énergie, la

source et le détecteur supplémentaires sont coûteux.

Allport paraît aussi décrire un autre mode de réalisation à deux détecteurs empilés alignés l'un sur l'autre dans l'appareil du document précité N O 4 037 104 Les deux détecteurs sont disposés de manière que le faisceau de rayons X les traverse Les sections empilées du détecteur sont séparées par des filtres destinés à ne permettre le passage que d'une certaine partie du spectre d'énergie dans le premier étage de détection avant son entrée dans l'étage restant Cette technique est coûteuse à mettre en oeuvre étant donné les conditions fixées aux matériaux et les tolérances relatives aux filtres En outre, l'utilisation de deux sources de rayonnement seulement néglige des éléments d'alliage importants et n'est pas donc pas aussi

précise que la présente invention.

La base de toute analyse spectrale est l'opération

de filtrage qui est utilisée Par exemple, certains sys-

tèmes ont mis en oeuvre un analyseur à plusieurs canaux qui transforme des impulsions électriques proportionnelles à l'énergie des photons des rayons X en une valeur numérique et qui est utilisé pour la production d'un histogramme spectral Ceci est excellent pour des petits nombres de photons puisque l'analyseur à plusieurs canaux est limité au maximum à 80 000 impulsions par seconde environ Ce petit nombre de photons nécessite une source de rayonnement ayant une faible densité de flux Cependant, une grande densité de flux est nécessaire à l'obtention d'une réponse rapide et d'un faible rapport signal-sur-bruit Ceci provoque alors la présence de plus de photons que ne peut

en traiter l'analyseur à plusieurs canaux.

Un dispositif fonctionnant par transmission de rayons X et de faible coût, pouvant donner, pendant le laminage d'un rouleau, des mesures de l'épaisseur véritable d'une matière en feuille dont l'épaisseur et la composition

peuvent varier indépendamment, est donc nécessaire.

La présente invention concerne un procédé et un appareil de mesure de l'épaisseur d'une feuille mobile d'un matériau, habituellement d'un métal, qui a une composition

d'alliage variable sur sa longueur L'opération est réali-

sée par mesure de l'énergie spectrale du rayonnement qui n'a pas été absorbé par le matériau, dans différentes

bandes d'énergie.

Une source d'un rayonnement pénétrant est disposée afin qu'elle transmette un faisceau d'un rayonnement perpendiculairement à travers le matériau de la feuille dont la masse localisée par unité de surface ou l'épaisseur instantanée doit être mesurée lors du déplacement de la feuille Un détecteur du rayonnement est placé de l'autre côté du matériau de la feuille, opposé à la source du rayonnement, afin qu'il permette la mesure de l'atténuation du faisceau Le détecteur du rayonnement est un filtre à absorption en longueur (LAF) qui constitue un dispositif de filtrage spectral du rayonnement à des longueurs d'onde séparées L'intensité de chacune de ces longueurs d'onde est alors mesurée et les signaux électriques de sortie

représentant ces valeurs mesurées sont transmis Un proces-

seur détermine alors l'épaisseur du matériau d'après les valeurs de ces signaux de sortie Ce résultat est alors utilisé pour la commande du laminoir avec réalisation d'une

rétroaction en ligne et en temps réel.

Un avantage de l'invention est qu'elle ne nécessite qu'une seule source et un seul détecteur, si bien que l'invention est moins coûteuse que les solutions classiques. L'invention a aussi l'avantage de ne nécessiter la mesure que de l'atténuation du rayonnement Ceci accroît la

vitesse et la précision dé l'appareil et réduit la néces-

sité de la disposition de la source du détecteur très près

du matériau mesuré.

Un autre avantage de l'invention est que les résul-

tats sont très précis car de nombreux niveaux d'énergie

peuvent être mesurés simultanément.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront mieux de la description qui va suivre

d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un appareil de mesure d'épaisseur;

la figure 2 est une vue en perspective d'un détec-

teur de rayonnement à filtre à absorption en longueur réalisé sous forme d'une chambre ionique à plusieurs étages, sans séparation entre les étages; et la figure 3 est une vue en perspective d'un détec- teur de rayonnement à filtre à absorption en longueur réalisé sous forme d'une chambre ionique à plusieurs étages

contenant des étages de longueur variable séparés physi-

quement les uns des autres.

On décrit maintenant un mode de réalisation de l'invention en référence aux figures sur lesquelles les

références identiques désignent des éléments analogues.

La présente invention concerne un dispositif de

mesure de l'épaisseur d'un matériau laminé à plat, présen-

tant des variations de la composition d'alliage, par

évaluation de l'absorption spectrale du rayonnement poly-

chromatique par le matériau à plusieurs longueurs d'onde.

L'opération est réalisée par mesure de l'énergie spectrale du rayonnement qui n'a pas été absorbé par le matériau par utilisation d'un dispositif d'absorption qui absorbe séparément des longueurs d'onde individuelles L'intensité du faisceau du rayonnement à chacune de ces longueurs d'onde est alors mesurée On se réfère à la figure 1 qui représente un mode de réalisation de jauge 100 de mesure d'épaisseur à l'aide d'un rayonnement Une source 102 d'un

rayonnement qui crée un faisceau de rayonnement polychroma-

tique est séparée d'un détecteur 110 du rayonnement.

L'espace séparant le détecteur 110 de la source 102 forme le champ d'inspection La source 110 du rayonnement crée un faisceau polychromatique collimaté 104 ayant une quantité suffisante d'énergie pour traverser le matériau 106 qui doit être mesuré Le matériau 106 peut être tout produit en feuille, laminé à plat dans un laminoir, par exemple l'acier, le laiton, l'aluminium, le papier ou la matière

plastique Cependant, il faut noter que la présente inven-

tion peut aussi être utilisée en dehors des laminoirs Dans ces applications, le matériau à mesurer peut être notamment le béton, le bois ou les tissus vivants, sans aucune

limitation à ces matériaux.

Le faisceau atténué 108 de rayons X qui a traversé le matériau 106 est reçu par le détecteur 11 Celui-ci mesure l'intensité en plusieurs bandes d'énergie du faisceau polychromatique reçu et transmet ces valeurs sous forme de signaux analogiques continus 112 à un circuit convertisseur 114 Ce circuit 114 transforme les signaux analogiques reçus du détecteur 110 en signaux numériques 116 destinés à un dispositif de calcul 118 Les mesures

d'épaisseur sont observées suivant la dimension transver-

sale ou largeur du matériau 106 qui est la direction perpendiculaire à la direction longitudinale de déplacement

de la bande lorsque celle-ci passe en face de l'appareil.

Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, la source du rayonnement est un générateur de rayons X excité en courant continu qui crée un faisceau de rayons X formant un rayonnement polychromatique Cependant, la source 102 du rayonnement peut aussi être, à titre d'exemples purement illustratifs, une source de rayons gamma, une source à radioisotopes ou une autre source de rayonnement, selon le matériau mesuré et la vitesse à

laquelle la mesure est réalisée Dans le mode de réalisa-

tion préféré, la source de rayons X 102 crée un faisceau de rayonnement ayant un grand nombre de bandes d'énergie avec un espacement des fréquences des bandes suffisamment grand

pour que différents alliages n'aient pas le même coeffi-

cient d'absorption en épaisseur à des fréquences voisines.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le détecteur 110 du rayonnement est un filtre à absorption en longueur qui peut faire la différence entre différentes bandes d'énergie du faisceau atténué de rayons X 108 et qui

peut former des signaux de sortie 112 représentant l'inten-

sité dans chacune de ces bandes d'énergie Le détecteur 110 du rayonnement contient des amplificateurs qui transforment le courant créé par le filtre en une tension analogique La tension est couplée à l'unité 118 de traitement par des convertisseurs analogiques- numériques placés dans le

circuit 114 de conversion Les signaux numériques résul-

tants sont transmis par un circuit 114 à l'unité 118 de traitement par la ligne 116 de signaux numériques L'unité 118 de traitement peut aussi être un circuit de commande ayant des possibilités logiques et de mémorisation, un ordinateur de traitement spécialisé ou un microprocesseur,

sans changement de la mise en oeuvre de l'invention.

La figure 2 est une vue en élévation latérale d'un détecteur 110 de rayonnement à filtre à absorption en

longueur réalisé sous forme d'une chambre ionique à plu-

sieurs étages ayant une électrode 200 placée au centre.

L'électrode 200 comprend un certain nombre de segments différents 202 à 208 ayant chacun des longueurs différentes correspondant à la longueur de l'étage qui le contient Un tronçon de la chambre ionique, avec la longueur associée d'électrode, forme un étage du filtre à absorption en longueur Le détecteur 110 du rayonnement est disposé afin que le faisceau polychrometique collimaté 104 passe dans tous les étages du filtre d'absorption en longueur Cette disposition des étages du filtre est appelée "empilement"

des étages.

Chaque étage du filtre d'absorption en longueur

absorbe une partie différente de la bande d'énergie spec-

trale contenue dans le faisceau du rayonnement Deux facteurs déterminent la partie de la bande d'énergie spectrale qu'un étage particulier absorbe: la longueur de l'étage et sa position dans l'empilement Dans le mode de réalisation de la figure 2, chaque étage du détecteur a une longueur différente L 1 à L 4 La position de chaque tronçon d'empilement est telle que l'étage ayant la plus faible longueur est le plus proche de la source d'énergie alors que l'étage ayant la plus grande longueur est le plus éloigné de la source Les tronçons restants L 2 et L 3 sont placés successivement d'après leur longueur, de la plus

courte à la plus grande.

Un matériau isolant 210 est placé entre chaque paire de segments d'électrode 200 afin qu'il isole électriquement chaque segment d'électrode du segment voisin Il peut s'agir d'un isolement de type classique capable d'empêcher la circulation du courant entre les segments Dans le mode de réalisation préféré, le filtre à absorption en longueur

a été réalisé avec une électrode 200 placée au centre.

Cependant, il faut savoir que d'autres configurations d'électrodes peuvent être utilisées sans que les fonctions mises en oeuvre par l'invention soient modifiées Une variante d'électrode 200 peut comporter des électrodes sous

forme de plaques parallèles.

La chambre ionique est remplie d'un gaz particulier

maintenu à une température et une pression particulières.

Le faisceau polychromatique 104 du rayonnement pénètre dans le premier étage de longueur L 1 qui est le plus court Cet étage absorbe les composantes du spectre de fréquence relativement faible, car il a la plus faible longueur Les composantes de fréquence plus élevée du spectre traversent ce premier étage et pénètrent dans l'étage suivant de

longueur L 2 qui est l'étage ayant la longueur suivante.

L'étage L 2 absorbe une bande du faisceau polychromatique 108 dont la fréquence est plus élevée que celle de la bande qui a été absorbée par le premier étage L 1 Cependant, la

plage des fréquences absorbées est inférieure à la fré-

quence qui serait absorbée par les étages restants de

l'empilement parce que ces étages restants ont des lon-

gueurs plus grandes Ce procédé d'absorption des compo-

santes de fréquence relativement faible et de transmission

des composantes de fréquence relativement élevée se pour-

suit à chacun des étages du détecteur 110 de rayonnement à

filtre à absorption en longueur.

La figure 3 représente un détecteur 110 de rayonne-

ment à filtre à absorption en longueur réalisé sous forme d'une chambre ionique à plusieurs étages comprenant des séparateurs physiques entre les différents étages Dans ce cas, chaque étage de la chambre ionique peut contenir un gaz différent maintenu à une pression différente, grâce à

la présence des séparateurs 212, 214 et 216 Ces sépara-

teurs sont imperméables pour les gaz enfermés dans la chambre ionique Cependant, les séparateurs 212 à 216 ne filtrent pas le faisceau polychromatique 108 du rayonnement

passant dans le filtre à absorption en longueur.

Le filtre à absorption en longueur peut être réalisé sous forme d'une chambre ionique à plusieurs étages comme décrit dans le mode de réalisation préféré Cependant, il faut savoir que le détecteur 110 de rayonnement à filtre à absorption en longueur peut aussi être réalisé avec tout matériau pouvant absorber le rayonnement Par exemple, des cristaux à scintillation peuvent être empilés de la même

manière que dans la chambre ionique à plusieurs étages.

Dans un tel mode de réalisation, chaque cristal absorbe une partie différente du faisceau polychromatique 108 et permet la transmission des fréquences restantes afin qu'elles soient absorbées par les cristaux restants à scintillation

de l'empilement.

La longueur de chaque étage du filtre, sa position dans l'empilement et le nombre d'étages utilisés dans la chambre ionique dépendent de la source 102 du rayonnement qui est utilisée, de la précision voulue et du nombre d'alliages présents dans le matériau à mesurer Dans le mode de réalisation préféré, chaque étage du filtre à absorption en longueur a une longueur différente et les étages sont placés dans l'ordre de leurs dimensions Chaque tronçon contient aussi le même matériau d'absorption du rayonnement Cependant, il faut savoir que chaque étage du filtre d'absorption en lumière peut avoir une même longueur ou une longueur différente, peut contenir le même matériau ou un matériau différent, et peut être empilé dans un ordre quelconque. La longueur d'un milieu de transmission est la distance que parcourt le rayonnement lorsqu'il passe dans le milieu, et détermine la bande d'énergie du rayonnement polychromatique qui est absorbée par le milieu La distance parcourue par le faisceau du rayonnement dans le milieu est appelée "épaisseur du milieu" De manière générale, la propagation du rayonnement dans un milieu de transmission d'épaisseur t, a une intensité I telle que I I ae ( 1) o a étant le coefficient d'absorption en épaisseur et I O l'intensité initiale Le coefficient a d'absorption en épaisseur est fonction de la fréquence et varie donc dans chacune des bandes d'énergie qui peuvent passer dans un

matériau déterminé.

Lors de la mesure d'un alliage ayant une composition

variable, chaque élément est présent en quantité ou pour-

centage différent Chaque élément a un coefficient diffé-

rent d'absorption pour chacune des bandes d'énergie du faisceau polychromatique du rayonnement Pour un matériau en feuille contenant N éléments au total, exposé à un

rayonnement X polychromatique de M bandes d'énergie parti-

culière, chaque élément du matériau a un coefficient

d'absorption associé à la m ième bande d'énergie L'appli-

cation de la relation précédente donne l'intensité du faisceau qui est liée à l'épaisseur du matériau par la relation: Imn = I Ome mn N ( 2) amn étant le coefficient d'absorption pour l'élément En dans la m ième bande d'énergie, Imn étant l'intensité de la

m ième bande spectrale pour l'élément En, I Om étant l'in-

tensité incidente dans la m ième bande spectrale, et tn étant l'épaisseur de l'élément E L'intensité incidente de la m ième bande spectrale Im est l'intensité du faisceau du rayonnement dans la m ième bande d'énergie mesurée sans matériau dans le champ d'inspection Ces valeurs sont

mesurées et conservées dans le dispositif de calcul 118.

On considère maintenant l'exemple d'un matériau formé de deux éléments E 1 et E 2, et l'intensité pour les deux matériaux à des niveaux différents d'énergie est

donnée dans la suite.

Pour l'élément Elf les intensités pour les niveaux d'énergie 1 et 2 sont données par les relations suivantes: -a t ( 3) il 01 121 t 02a 211 ( 4) Pour l'élément E, les intensités aux différents niveaux d'énergie sont données par les relations -1 a t t I 22 = 02 e 22 2 ( 6) Pour une intensité donnée, lors de l'utilisation d'une seule bande d'énergie spectrale, par exemple la bande spectrale m = 1, l'élément concerné ne peut pas être déterminé car il existe deux variables, le coefficient a d'absorption en épaisseur de l'élément, et l'épaisseur du matériau t, alors qu'il n'existe qu'une seule équation En d'autres termes, les intensités pour deux éléments d'une bande d'énergie donnée m = 1 sont égales soit Iil = I 12 ' Cependant, un second ensemble de lecture d'intensité peut être utilisé dans la mesure o les intensités ne sont pas égales En d'autres termes, I n'est pas égal à I 22 Les 21 es 2 aséalàI e substitutions et réarrangements des équations donnent les résultants suivants: I 02 e a 21 t 21 I 02 e a 22 t 2 a 21 t 1 # a 22 t 2 Comme Il = I 12, on a a 12 t 2 = a 11 t 1 (ail/a 21) i (a 12/a 22) ( 7) ail étant le coefficient d'absorption dans la bande 1 pour l'élément 1, a 21 étant le coefficient d'absorption dans la

bande 2 pour l'élément 1, a 12 étant le coefficient d'ab-

sorption dans la bande 1 de l'élément 2, et a 22 étant le

coefficient d'absorption dans la bande 2 de l'élément 2.

Ce dernier résultat est la condition de détermina-

tion des éléments L'analyse élémentaire des alliages peut être déterminée par le spectre uniquement lorsque le rapport des coefficients d'absorption en épaisseur pour différentes bandes d'énergie d'un élément déterminé est différent du même rapport pour l'autre ou les autres éléments Cette relation a été mise au point pour un matériau constitué de deux alliages Cependant, il faut savoir que les équations analogues peuvent être dérivées dans le cas de trois matériaux ou combinaison de matériaux ou plus. Une fois déterminées deux bandes d'énergie, qui est

le nombre minimal de bandes nécessaires pour la détermina-

tion d'épaisseur d'un alliage à deux éléments, l'intensité totale du rayonnement qui a traversé l'alliage dans chaque bande d'énergie est la somme des équations ( 3) et ( 5) Pour que le nombre de variables inconnues dans les équations ( 3) et ( 5) soit réduit, le pourcentage de chaque élément

contenu dans le matériau est utilisé.

La sommation du pourcentage de chaque élément contenu dans le matériau est évidemment égale à 100 % Dans l'exemple à deux éléments, on a Pl + P 2 = 1 ( 8) Pl étant le pourcentage de l'élément 1 et P 2 celui de

l'élément 2 dans l'alliage.

Pour la bande d'énergie m = 1, l'intensité totale est donnée par lesrelations suivantes 1 = Ie(Pa il +P 2 a 12)t ( 9) 2 = I 02 e(Pîa 21 2 22 ( 10)

ail, a 21, a 12, a 22 ayant la même signification que précé-

demment, c'est-à-dire représentant les coefficients d'ab-

sorption dans les bandes 1 et 2 pour chacun des éléments 1 et 2, I et I 2 étant l'intensité mesurée du rayonnement

dans le matériau dans la bande 1 et dans la bande 2 respec-

tivement, I O et I 02 étant l'intensité mesurée du rayonne-

ment sans matériau dans la bande 1 ou 2 respectivement, et

t étant l'épaisseur du matériau.

A partir des relations précédentes, on détermine l'épaisseur sous la forme: t = l-l/(P 1 ail + P 2 a 12)l Log (I 1/I 0) = l-1/(Pla 21 + P 2 a 22)l Log (I 2/ 02) ( 11) D'après les équations ( 8) et ( 11), on détermine la relation suivante: Pl = ta 12 lLog(I 2/Io 2)/Log(I 1/Io 01)l-a 22 /(a 21-a 22)-(aill-a 12)lLog(I 2/I O o 2)/Log(I 1/I 01)l) ( 12) et on tire de l'équation ( 8) la relation: P 2 = 1 Pl ( 13) Ainsi, on peut calculer l'épaisseur t à l'aide de l'équation ( 11) puisque toute les variables sont alors connues.

Dans un exemple, si on utilise les données théo-

riques pour un filtre d'absorption en longueur rempli de xénon (Xe), l'élément Pl a les coefficients d'absorption suivants: a 11 = 40,0 cm dans le tronçon L 1 a 21 = 20,0 cm dans le tronçon L 2 et les coefficients correspondant pour l'élément E 2 sont: a 12 = 30,0 cm dans le tronçon L 1 12 - a 22 = 100 cm dans le tronçon L 2 La condition ( 7) de détermination des éléments peut alors être calculée sous la forme: (all/a 21) = 2,0 i (a 12/a 22) = 0,333 Si cette condition de détermination des éléments est remplie, les intensités sont alors mesurées pour chacune

des bandes d'énergie en l'absence de tout matériau L'in-

tensité est alors mesurée en présence du matériau dans

chacune des bandes de rayonnement A partir de ces inten-

sités mesurées, le rapport de transmission est obtenu pour chacune des bandes d'énergie: I 1/Io = 0,400

I 2/I 02 = 0,300

et on peut alors calculer le pourcentage des éléments E 1 et E 2 dans l'alliage d'après les équations ( 10) et ( 11): Pl = 0,650 soit 65 % P 2 = 0,350 soit 35 %

et finalement l'épaisseur de l'alliage est t = 0,0251 cm.

Il faut noter que, dans ce cas, l'alliage était formé de deux éléments En conséquence, le troisième étage

du filtre d'absorption en longueur n'a pas été utilisé.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1 Installation destinée à déterminer de façon

continue l'épaisseur d'un matériau par mesure du rayon-

nement transmis par le matériau, caractérisée en ce qu'elle comprend: une source ( 112) destinée à créer un faisceau de rayonnement polychromatique ( 104) et à diriger ce faisceau

d'un premier côté du matériau ( 106), le faisceau du rayon-

nement polychromatique créé ayant plusieurs bandes d'éner-

gie et ayant une énergie suffisante pour traverser le matériau, un dispositif détecteur ( 110) placé du côté du matériau opposé à celui de la source ( 102) et destiné à

détecter plusieurs bandes d'énergie du faisceau de rayon-

nement polychromatique reçu ( 108) qui a traversé le maté-

riau, et à créer des signaux électriques de sortie ( 112) qui représentent l'intensité dans chacune des bandes d'énergie détectées, le dispositif détecteur ( 110) ayant plusieurs étages de longueur variable contenant un matériau d'absorption du rayonnement, empilés de manière que le faisceau du rayonnement polychromatique reçu traverse chacun des étages, et un processeur ( 118) destiné à calculer constamment l'épaisseur du matériau d'après les signaux électriques de

sortie ( 112).

2 Installation selon la revendication 1, caracté-

risée en ce que chacun des étages du détecteur ( 110) absorbe une certaine partie des bandes d'énergie d'après la longueur de l'étage et la position de l'étage dans

l'empilement.

3 Installation selon la revendication 1, caracté-

risée en ce que chacun des étages du détecteur ( 110) comporte une électrode ( 200) isolée électriquement et transmettant les signaux électriques de sortie du détecteur ( 110), les signaux électriques représentant l'intensité de la partie de la bande d'énergie absorbée par l'étage du détecteur.

4 Installation selon la revendication 2, caracté-

risée en ce que le détecteur ( 110) comporte en outre un volume contigu d'espace contenant tous les étages du détecteur. 5 Installation selon la revendication 4, caracté- risée en ce que le matériau d'absorption du rayonnement est formé d'un gaz maintenu à une pression et une température spécifiées.

6 Installation selon la revendication 3, caracté-

risée en ce que le détecteur ( 110) comporte en outre des dispositifs ( 212, 214, 216) de séparation des étages du détecteur ( 110), les dispositifs de séparation étant imperméables au matériau d'absorption du rayonnement et ne filtrant pas le faisceau du rayonnement polychromatique

reçu.

7 Installation selon la revendication 6, caracté-

risée en ce que le matériau d'absorption du rayonnement est formé d'un gaz maintenu à une pression et une température

spécifiées -

8 Installation selon la revendication 7, caracté-

risée en ce que les étages du détecteur ( 110) sont formés

de gaz différents maintenus à des pressions différentes.

9 Installation selon la revendication 6, caracté-

risée en ce que le matériau d'absorption du rayonnement est

formé de cristaux à scintillation.

Installation selon la revendication 6, caracté-

risée en ce que les étages du détecteur ( 110) sont disposés successivement suivant leur longueur de manière que l'étage de plus faible longueur soit le plus proche de la source ( 102) et l'étage de plus grande longueur le plus éloigné de

la source ( 102).

11 Installation destinée à déterminer de façon

continue l'épaisseur d'un matériau par mesure de la trans-

mission d'un rayonnement par le matériau, caractérisée en ce qu'elle comprend:

une source ( 102) destinée à créer un faisceau poly-

chromatique ( 104) de rayons X traversant le matériau, et un détecteur ( 110) destiné à détecter plusieurs

bandes d'énergie d'un faisceau d'un rayonnement polychroma-

tique X reçu ( 108) qui a traversé le matériau, et à créer des signaux électriques de sortie ( 112) qui représentent l'intensité de chacune des bandes d'énergie détectées du faisceau du rayonnement polychromatique reçu, le détecteur ( 110) ayant une chambre ionique qui contient au moins un gaz et ayant plusieurs étages de longueurs spécifiées différentes disposés successivement suivant la longueur de manière que l'étage de plus faible longueur soit le plus proche de la source ( 102) et l'étage

de plus grande longueur le plus éloigné de la source ( 102).

12 Installation selon la revendication 11, caracté-

risée en ce que la chambre ionique comporte en outre des dispositifs ( 112, 114, 116) de séparation des étages de la chambre ionique, les dispositifs de séparation étant imperméables au gaz et ne filtrant pas le faisceau du

rayonnement polychromatique reçu.

13 Installation selon la revendication 12, caracté-

risée en ce que la chambre ionique est formée d'un seul gaz

à une pression et une température spécifiées.

14 Procédé de mesure continue de l'épaisseur d'un

matériau en feuille ayant une composition variable, carac-

térisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:

la direction d'un faisceau d'un rayonnement poly-

chromatique ( 104) à travers le matériau en feuille ( 106), le faisceau du rayonnement polychromatique ayant plusieurs bandes d'énergie,

la détection du faisceau du rayonnement polychroma-

tique ( 106) avec un filtre ( 110) à absorption en longueur après que le faisceau du rayonnement a traversé le matériau en feuille, la sélection d'un nombre particulier de bandes

d'énergie à mesurer de manière que la condition de détermi-

nation des éléments soit remplie, la mesure de l'intensité dans le nombre de bandes d'énergie, le nombre de bandes d'énergie mesurées étant équivalent du nombre d'éléments contenus dans le matériau en feuille, la création d'un rapport de transmission de feuille pour chacune des bandes d'énergie mesurées, ce rapport étant celui du flux du rayonnement transmis par le matériau en feuille ( 106) au flux du rayonnement transmis par l'air en l'absence du matériau en feuille, le calcul de la quantité de tous les éléments du matériau en feuille, en pourcentage, en fonction des rapports de transmission et des coefficients d'absorption des éléments, ce calcul comprenant les étapes suivantes: l'égalisation des intensités mesurées à travers le matériau dans chacune des bandes mesurées d'énergie, avec formation d'un nombre d'équations égal au nombre d'éléments du matériau, et la résolution simultanée des équations pour la détermination du pourcentage de chaque élément dans le matériau, et le calcul de l'épaisseur de la feuille d'après les quantités en pourcentage et les coefficients d'absorption

des éléments présents.