RU1807309C - Способ определени рельефа и уровн поверхности материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике, в частности к способам измерени  рельефа и уровн  поверхности материалов с помощью ионизирующих излучений и может быть использовано дл  определени  рельефа и уровн  поверхности шихтовых материалов на колошнике доменной печи. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени . Эта цель достигаетс  тем, что в известном способе определени  рельефа и уровн  материалов, заключающемс  в том, что контролируемую поверхность облучают колли- мйрованными пучками ионизирующего излучени , регистрируют отраженное излучение при помощи коллимированного приемника , осуществл ют обзорные и пеленгующие движени  источника и приемника и определ ют координаты точки локации по ориентации источника и приемника, причем пеленгирующими движени ми управл ют по сигналу разбаланса, формируемому путем распознавани  сигналов приемника, скорость обзорных движений регулируют пропорционально интенсивности сигналов приемника, обзорными движе- ни ми дополнительно управл ют по второму сигналу разбаланса, формируемому по величине пространственного рассогласовани  осей ориентации источника и приемника, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике, в частности, к способам измерени  рельефа и уровн  поверхности материалов с помощью ионизирующих излучени  и может быть использовано дл  определени  рельефа и уровн  поверхности шихтовых материалов на колошнике доменной печи, Цель изобретени  - повышение точности измерени .

На чертеже изображена схема осуществлени  способа.

Контролируемую поверхность 1 облучают выход щим из блока 2 источника кол- лимированным пучком ионизирующего

излучени , ось 3 которого  вл етс  осью ориентации блока 2 источника, причем указанный пучок излучени  формируют выт нутым в вертикальной плоскости 4. проход щей через центр блока 2 источника и ось 3 ориентации блока 2 источника (на чертеже контролируема  поверхность 1 дл  простоты изображена в виде горизонтальной плоскости ). При этом на контролируемой поверхности образуетс  облученна  зона, выт нута  в направлении блока 2 источника.

Рассе нное излучение регистрируют двум  детекторами коллимированного блока приемника 5, в который попадает излучение с двух ограниченных приемных полузон , имеющих общую границу, через центр которой (центр приемной зоны) проходит ось 6 ориентации блока 5 приемника, причем оси ориентации каждого детектора блока 5 приемника располагают в вертикальной плоскости 7. проход щей через центр блока 5 приемника и ось 6 ориентации блока 5 приемника, примерно симметрично относительно оси 6 (на чертеже оси ориентации детекторов не показаны). При этом ось 6 ориентации блока 5 приемника пересекаетс  с плоскостью 4 первичного излучени  блока 2 источника в точке 8 локации. Сигналы блока 5 приемника накапливают в накопител х 9 и 10, после накоплени  сравнивают их в блоке 11 сравнени , в результате чего на выходе блока 11 сравнени  получают основной сигнал разбаланса Up , характеризующий взаимнс расположение центров облученной и приемной зон в плоскости 7, т.е. погрешность измерени . В соответст- Е чи с величиной и пол рностью сигнала раз- баланса Up управл ют пеленгующими движени ми блока 5 приемника с помощью блока управлени  12 и сервопривода 13, обеспечивающего соответствующий поворот блока 5 приемника в плоскости 7 относительно горизонтальной оси вращени  блока 5, перпендикул рной плоскости 7, до исчезновени  (до нулевого значени ) сигнала разбаланса, т.е. до совмещени  центров облученной и приемной зон в плоскости 7, когда точка 8 локации практически совмещена с контролируемой поверхностью 1. При этом углова  скорость указанных пеленгующих движений определ етс  сигналом разбаланса Up , коэффициентом передачи (усилени ) блока 12 управлени  Ki2 и коэффициентом передачи Ктзсервопривода 13 в соответствии с формулой

К12 К13

Одновременно с пеленгующими движени ми осуществл ют обзорные движени  блока 5 приемника относительно его вертикальной оси вращени  с помощью сервопривода 14 дл  обеспечени  перемещени  точки 8 локации вблизи контролируемой поверхности в заранее выбранном направлении , например, в направлении удлинени  облученной зоны (в направлении облученной полосы), причем скорость этих движений регулируют пропорционально интенсивности сигналов блока 5 приемника с помощью суммирующего блока 15, в котором суммируют накопленные в накопител х 9 и 10 сигналы приемника с получением сигнала на выходе, пропорционального интенсивности сигналов блока 5 приемника, и

блока 16 управлени . При таком регулировании скорости обзорных движений блока 5 приемника происходит автоматическое ограничение возможного роста динамической

5 погрешности, обусловленного уменьшением интенсивности отраженного полезного сигнала по разным причинам, например, при удалении контролируемого участка поверхности от блоков источника и приемника

Ю или естественного снижени  активности излучател  блока 2 источника с течением времени , а также реализуетс  возможность автоматического снижени  времени измерени  без снижени  точности измерени 

15 при увеличении интенсивности отраженного сигнала.

Координаты точки 8 локации определ ют с помощью вычислительного устройства 17, св занного с датчиками 18 и 19 ориента20 ции источника и приемника.

С целью дальнейшего повышени  точности измерени , а также снижени  времени измерени  и активности излучател  блока 2 источника скорость пеленгующих

25 движений блока 5 приемника дополнительно регулируют с помощью блока 12 управлени  пропорционально сигналу U формируемому вычислительным устройством 17, исход  из услови  достижени  ско30 рости изменени  во времени ординаты у точки 8 локации прогнозируемой скорости изменени  этой ординаты, т.е. исход  из услови :

y «Vy,(2)

35 где у - скорость изменени  ординаты точки 8 локации (производна ), обеспечиваема  с помощью вычислительного устройства 17, блока 12 управлени  и сервопривода 13 с учетом положени  осей ориентации блоков

40 источника и приемника и динамики изменени  этого положени ;

Vy Ay/At - прогнозируема  скорость изменени  ординаты точки 8 локации; - изменение ординаты точки 8

45 локации за промежуток времени At;

у - ординаты точки локации в момент формировани  сигнала на выходе вычислительного устройства 17, соединенного со входом блока 12 управлени , представл ло юща  собой, рассто ние между точкой 8 локации и горизонтальной плоскостью, проход щей через центры блоков источника и приемника;

Уо - предыдущее значение ординаты

55 точки локации, вычисленное устройством 17 за промежуток времени At до момента вычислени  величины у.

Прогнозируемую величину Vy могут определ ть и другим способом, например,

принимать как наиболее веро тную или посто нную величину.

Ординату у вычисл ют устройством 17 в общем случае по формуле:

BtgpVtgctn cos#,(tg#,+tg#i)

(3)

где В - рассто ние между центрами блоков источника и приемника/расположенными в одной горизонтальной плоскости;

он - угол между осью б ориентации блока 5 приемника и горизонтальной плоскостью;

fin - угол между осью б ориентации бло- ка 5 приемника и вертикальной плоскостью, проход щей через центры блоков источника и приемника, т.е. угол между указанной вертикальной плоскостью плоскостью 7;

/Зи - угол между вертикальной плоско- стью 4, в которой ориентируют плоский по форме пучок излучени  блока 2 источника, и вертикальной плоскостью, проход щей через центры блоков источника и приемника .

С учетом (3) условие (2) принимают вид:

-гЈ3&+ 1

xCtg/Vtgfr-lHon t

Uy

COS2 Oh

BcospVtgpV

(4)

где уЗ и - скорость изменени  во времени угла /8и, т.е. углова  скорость обзорных движений блока 2 источника относительно его вертикальной оси, осуществл емого с помощью сервопривода 20 блока 21 управле- ни  и вычислительного устройства 17 по заранее выбранной программе;

РП - скорость изменени  во времени угла fa, т.е. углова  скорость пеленгующих движений блока 5 приемника относительно его горизонтальной оси, необходима  дл  совмещени  точки 8 локации с контролируемой поверхностью в процессе обзорных движений и задаваема  выходным сигналом блока 12 управлени .

Дл  достижени  поставленной цели сигналы U на выходе вычислительного устройства 17 формируют на основе услови  (4) с учетом коэффициентов передачи блока 12 управлени  и сервопривода 13 по следую- щему закону:

COS2Oh

Ki2-Ki3(tgA,+tg&)

10

15

0 5

0

5

0

5 0

UL

д/ tgan-tgffn Bcos/ n-tgAi slnpVcospV

-pV-tgOn(tg/Vtg/ n - 1)1 .(5)

Учитыва , что по своему физическому смыслу величина On близка к величине угловой скорости (On, определ емой формулой (1), можно сделать вывод о том, что величина сигнала U формируемого с целью дальнейшего повышени  точности, близка к величине основного сигнала разбаланса Up , возникающего на входе блока 12 управлени  в случае отсутстви  дополнительного сигнала U на другом входе блока 12 управлени . Следовательно, сигнал U в значительной мере берет на себ  роль основного сигнала разбаланса и поэтому дополнительное регулирование скорости пеленгующих движений блоха 5 приемника пропорционально сигналу U приводит к значительному уменьшению сигнала разбаланса Up и динамической погрешности измерени . Погрешность измерени  в этом случае определ етс  практически лишь точностью прогнозировани  величины Uy и флуктуацией сигнала разбаланса на выходе блока 11 сравнени , обусловленной случайным характером отраженного излучени .

При контроле профил  поверхности, образованного сечением поверхности вертикальной плоскостью 22, расположенной под углом к вертикальной плоскости, проход щей через центры блоков источника и приемника , на рассто нии d от центра блока 2 источника, регулирование скорости обзорных движений блока источника относитель-. но его вертикальной оси осуществл ют с помощью вычислительного устройства 17 блока 21 управлени  и сервопривода 20 в соответствии с выражением:

slnpVcosfli

в:

sln#,cos#,(1 +fcosp-tg#0

(6)

Ниже рассмотрены возможные частные случаи применени  предлагаемого способа.

Пример 1. Плоскость 22 проходит через центр блока 2 источника (pV 0). В этом случае закон формировани  сигнала U принимает вид:

COS2Gn

UL

Ki2-Ki3(tg#,+tg/Sn) В cospVtgft -pVtgan(tgpVtg#,-1)(7)

Пример 2. Плоскость 22 проходит через центр блока 2 источника ( 0) и диаметр колошника, а блок 5 приемника расположен на конце другого диаметра колошника, перпендикул рного первому диаметру ({$ 45°). В этом случае закон регулировани  U принимает вид:

Claims (3)

1

COS2On

, и

Ki2 Ki3(1 +tgЈn) ВсозД, -/Vtgan(tg#i- 1 )J

kHE

Пример З. Плоскость 22 проходит через центры блоков источника и приемника {/У 0, fin - AI 0). расположенных диаметрально противоположно. .В этом случае выражение (3) преобразуетс  к виду

tg Ой tg On .

(9)

tg C4i + tg он а закон регулировани  U принимает вид

Uy-sin2(cfr, +an)-an -B-sih2ah

U

. Ki2-Ki3-B-sin2a i

(10

где Oi, - угол между осью 3 ориентации блока 2 источника и горизонтальной плоскостью;

Оп - скорость изменени  во времени угла.

Пример 4. Плоскость 22 проходит через центр блока 5 приемника ( 0), а обзорные движени  блока 2 источника осуществл ют по произвольной программе. В этом случае закон регулировани  сигнала принимает вид:

U

COS2On

ЛХ

K -KisCtg +tgA,) BcosArtgA,

-/V

tgan-tgffn -

Sin/3n COS#, J

С целью дальнейшего повышени  точности измерени  путем уменьшени  радиа- ционного фона за счет уменьшени  размеров облученной зоны в плоскости 4 обзорными движени ми дополнительно управл ют с помощью блока 23 управлени  и сервопривода 24 по второму сигналу разбаланса Up2, формируемому с помощью вычислительного устройства 17 по величине пространственного рассогласовани  осей ориентации 3 и 6 блоков источника и приемника . В общем случае условие отсутстви  пространственного рассогласовани  осей

ориентации 3 и 6, т.е. условие нахождени  указанных осей в одной плоскости имеет вид:

sln/Vtgan )

Поэтому дл  непрерывного совмещени  оси 3 ориентации блока 2 источника с осью 6 ориентации блока 5 приемника, позвол - 10 ющего уменьшить размеры облученной зоны без риска срыва слежени , упом нутый сигнал разбаланса формируют с помощью вычислительного устройства 17 по следующему закону: 15

slnflrtgah

(an -arctg

(13)

30

35

где К - коэффициент пропорциональности, 20 выбираемый в зависимости от коэффициентов передачи блока 23 управлени  и сервопривода 24 исход  из необходимости создани  условий устойчивого регулировани ;

25 Ой-угол между осью 3 ориентации блока 2 источника и горизонтальной плоскостью .

Положительный эффект описанного способа состоит в том, что существенно снижаетс  динамическа  погрешность измерени , обусловленна  снижением интенсивности отраженных сигналов при изменении отдельных участков поверхности и при уменьшении активности излучател  блока источника, динамическа  погрешность,

обусловленна  особенност ми изменени  контролируемого рельефа, поверхности, и случайна  составл юща  погрешности, обусловленна  радиационным фоном.

40 Кроме этого, описанный способ позвол ет снизить врем  измерени  и активность излучател  блока источника, что упрощает обеспечение мер радиационной безопасности .

45

Формул а изо бретени   1. Способ определени  рельефа и уровн  поверхности материалов, заключающийс  в том, что контролируемую поверхность

50 облучают коллимированными пучками ионизирующего излучени , регистрируют отраженное излучение при помощи колли- мированного приемника, осуществл ют обзорные и пеленгующие движени  источника

55 и приемника и определ ют координаты точки локации по ориентации источника и при-- емника, при анализе сигналов приемника формируют сигнал разбаланса и управл ют пеленгующими движени ми по сигналу разбаланса , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , скорости обзорных движений регулируют пропорционально интенсивности сигналов приемника.

2, Способ по п.1, от личающийс  тем, что формируют сигнал исход  из услови  достижени  прогнозируемой скорости изменени  ординаты точки локации, а скорость пеленгующих движений дополнитель

но регулируют пропорционально этому сигналу .

3. Способ по пп. 1 и 2, отличаю щи й- с   тем, что обзорными движени ми дополнительно управл ют по второму сигналу разбаланса, формируют по величине пространственного рассогласовани  осей ориентации источника и приемника, формируют сигнал разбаланса и используют его дл  дополнительного управлени  обзорными движени ми.