RU2189008C1

RU2189008C1 - X-ray thickness gauge

Info

Publication number: RU2189008C1
Application number: RU2000132155A
Authority: RU
Inventors: А.И. Маслов; В.Г. Запускалов; И.В. Егоров; Б.В. Артемьев; В.А. Ролик; В.А. Федоров
Original assignee: Закрытое акционерное общество Московское научно-производственное объединение "СПЕКТР"
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-09-10

Abstract

FIELD: X-ray measurement technology. SUBSTANCE: X-ray thickness gauge is supplemented with feedback automatically controlled by value of output electric signal from amplifier of compensation channel technically secured by insertion of actuating mechanism, by implementation and position of calibrated filter with uniformly increasing ( decreasing ) thickness towards angular coordinate of plane of filter. EFFECT: enhanced measurement precision. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к рентгеновским измерителям толщины, и может быть использовано при измерении толщины лент полотен и тому подобных из различных материалов как в статике, так и динамике. The invention relates to measuring technique, in particular to x-ray thickness gauges, and can be used to measure the thickness of tapes of canvases and the like from various materials in both static and dynamic.

Известны рентгеновские измерители толщины, содержащие рентгеновский источник излучения, приемник излучения, калиброванный поглотитель (фильтр), измеряемое изделие (полоса), два усилителя, источник опорного напряжения и блок сравнения, соединенный первым и вторым входами соответственно с выходом первого усилителя, и выходом источника опорного напряжения [1]. Known x-ray thickness gauges containing an x-ray source of radiation, a radiation receiver, a calibrated absorber (filter), a measured product (strip), two amplifiers, a reference voltage source and a comparison unit connected by the first and second inputs respectively to the output of the first amplifier, and the output of the reference source voltage [1].

Диапазон контроля таких измерителей ограничен, точность их недостаточна особенно в начальный момент времени вследствие несовпадения экспоненциальных характеристик поглощения импульсов излучения материалом и толщиной изделия. The control range of such meters is limited, their accuracy is insufficient especially at the initial time due to the mismatch of the exponential characteristics of the absorption of radiation pulses by the material and the thickness of the product.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется рентгеновский измеритель толщины, содержащий рентгеновский излучатель, два приемника излучения, между которыми размещено контролируемое изделие, два усилителя, первый из которых соединен входом с выходом первого приемника излучения, второй - входом с выходом второго приемника излучения и последовательно соединенные схему обработки и регистратор, схема обработки включает вычитатель, сумматор и делитель, первые входы вычитателя и сумматора подключены к выходу первого усилителя, вторые входы вычитателя и сумматора - к выходу второго усилителя, выходы вычитателя и сумматора связаны с первым и вторым входами делителя соответственно, выход которого является выходом схемы обработки [2]. The closest technical solution to the claimed one is an x-ray thickness gauge containing an x-ray emitter, two radiation detectors, between which the controlled product is placed, two amplifiers, the first of which is connected to the input to the output of the second radiation receiver, the second to the input to the output of the second radiation receiver and connected in series processing circuit and registrar, processing circuit includes a subtractor, adder and divider, the first inputs of the subtractor and adder are connected to the output of the first amplifier, the second inputs of the subtractor and the adder to the output of the second amplifier, the outputs of the subtractor and the adder are connected to the first and second inputs of the divider, respectively, the output of which is the output of the processing circuit [2].

Диапазон измерения толщин изделий этого толщиномера расширен, однако его надежность недостаточна, а точность измерения толщин в пределах заданного диапазона не одинакова. Наличие этих недостатков объясняется тем, что при большом диапазоне измеряемых толщин (порядка 0,05-10 мм) очень трудно обеспечить во всем диапазоне оптимальный коэффициент μ поглощения рентгеновского потока материалом контролируемого изделия и одновременно большое количество квантов γ, достаточных для получения заданной точности измерения толщины с погрешностью не хуже, например, 0,1%. The range of thickness measurements of products of this thickness gauge is expanded, however, its reliability is insufficient, and the accuracy of thickness measurements within a given range is not the same. The presence of these disadvantages is explained by the fact that for a wide range of measured thicknesses (of the order of 0.05-10 mm), it is very difficult to ensure the optimal absorption coefficient X-ray flux of the material of the controlled product in the entire range and at the same time a large number of quanta γ sufficient to obtain a given accuracy of thickness measurement with an error not worse than, for example, 0.1%.

В приведенном техническом решении увеличение квантов для больших толщин достигается за счет увеличения напряжения питания рентгеновского излучателя. Однако это приводит к уменьшению величины μ, а следовательно, к понижению точности измерения, перенасыщению приемников излучения, что также вызывает понижение точности. In the above technical solution, an increase in quanta for large thicknesses is achieved by increasing the supply voltage of the x-ray emitter. However, this leads to a decrease in μ and, consequently, to a decrease in the accuracy of measurement and a saturation of radiation detectors, which also causes a decrease in accuracy.

Сущность изобретения заключается в том, что в толщиномере, содержащем рентгеновский излучатель, два приемника излучения, между которыми размещено контролируемое изделие, калиброванный фильтр, расположенный между источником излучения и первым приемником излучения, два усилителя, первый из них, соединенный входом с выходом первого приемника излучения, второй - входом с выходом второго приемника, последовательно соединенные схему обработки и регистратор, блок сравнения и источник опорного напряжения, схема обработки включает вычитатель, сумматор и делитель, первые входы вычитателя и сумматора подключены к выходу первого усилителя, вторые входы вычитателя и сумматора - к выходу второго усилителя, выходы вычитателя и сумматора связаны с первым и вторым входами делителя соответственно, выход которого является выходом схемы обработки, первый и второй входы блока сравнения соединены соответственно с выходом первого усилителя и выходом источника опорного напряжения, введен исполнительный механизм, при этом калиброванный фильтр выполнен в виде диска с равномерно-увеличивающей (уменьшающей) толщиной по угловой координате плоскости фильтра, причем центральная ось Х-Х вращения фильтра смещена параллельно от центральной оси Хо-Хо рентгеновского потока излучателя на величину половины радиуса фильтра, вход исполнительного механизма подключен к выходу блока сравнения, а выход исполнительного механизма кинематически связан с осью Х-Х вращения фильтра. The essence of the invention lies in the fact that in a thickness gauge containing an x-ray emitter, two radiation receivers, between which a controlled product is placed, a calibrated filter located between the radiation source and the first radiation receiver, two amplifiers, the first of them connected to the input of the output of the first radiation receiver , the second - input with the output of the second receiver, a processing circuit and a recorder connected in series, a comparison unit and a reference voltage source, the processing circuit includes a subtractor, the adder and the divider, the first inputs of the subtractor and the adder are connected to the output of the first amplifier, the second inputs of the subtractor and the adder are connected to the output of the second amplifier, the outputs of the subtractor and the adder are connected to the first and second inputs of the divider, respectively, the output of which is the output of the processing circuit, the first and second inputs the comparison unit is connected respectively to the output of the first amplifier and the output of the reference voltage source, an actuator is introduced, while the calibrated filter is made in the form of a disk with uniformly increasing total (decreasing) thickness along the angular coordinate of the filter plane, and the central axis of rotation of the filter XX is parallel to the central axis of the x-ray x-ray flow of the emitter by half the radius of the filter, the input of the actuator is connected to the output of the comparison unit, and the output of the actuator is kinematically connected with the axis X-X rotation of the filter.

Техническим результатом изобретения является постоянство точности измерения в заданном диапазоне контролируемых толщин за счет автоматической регулировки толщины калиброванного фильтра. The technical result of the invention is the constancy of measurement accuracy in a given range of controlled thicknesses due to automatic adjustment of the thickness of the calibrated filter.

На фиг. 1 показана структурная схема рентгеновского толщиномера. Он содержит рентгеновский излучатель 1, первый и второй приемники излучения (ионизационные камеры) 2, 4, между которыми расположено контролируемое изделие (лента, полоса) 3, первый и второй усилители 5 и 6, последовательно соединенные схему 7 обработки и регистратор 8, калиброванный фильтр 12, выполненный в виде диска с равномерно-увеличивающей (уменьшающей) толщиной по угловой координате плоскости диска, блок сравнения 13, источник 14 опорного напряжения и исполнительный механизм 15. In FIG. 1 shows a block diagram of an X-ray thickness gauge. It contains an x-ray emitter 1, the first and second radiation detectors (ionization chambers) 2, 4, between which the controlled product (tape, strip) 3 is located, the first and second amplifiers 5 and 6, the processing circuit 7 and the recorder 8 connected in series, a calibrated filter 12, made in the form of a disk with a uniformly increasing (decreasing) thickness along the angular coordinate of the disk plane, a comparison unit 13, a voltage reference source 14 and an actuator 15.

Калиброванный фильтр 12 размещен между источником 1 рентгеновского излучения и первым приемником 2 излучения, центральная ось Х-Х вращения фильтра 12 смещена параллельно от центральной оси Хо-Хо рентгеновского потока излучателя 1 на величину половины радиуса R калиброванного фильтра 12. Схема 7 обработки включает вычитатель 9, сумматор 10 и делитель 11. Первые входы вычитателя 9 и сумматора 10 подключены к выходу первого усилителя 5, вторые входы вычитателя 9 и сумматора 10 - к выходу второго усилителя 6, выходы вычитателя 9 и сумматора 10 соединены соответственно с первым и вторым входами делителя 11, выход которого является выходом схемы 7 обработки, а ее первым входом - первые входы вычитателя 9 и сумматора 10, а вторым входом - вторые входы вычитателя 9 и сумматора 10. A calibrated filter 12 is placed between the x-ray source 1 and the first radiation receiver 2, the central axis X-X of rotation of the filter 12 is offset in parallel from the central axis Ho-X-ray of the emitter 1 by half the radius R of the calibrated filter 12. The processing circuit 7 includes a subtractor 9 , adder 10 and divider 11. The first inputs of subtractor 9 and adder 10 are connected to the output of the first amplifier 5, the second inputs of subtractor 9 and adder 10 are connected to the output of the second amplifier 6, the outputs of subtractor 9 and adder 10 are connected accordingly, with the first and second inputs of the divider 11, the output of which is the output of the processing circuit 7, and its first input is the first inputs of the subtractor 9 and the adder 10, and the second input is the second inputs of the subtractor 9 and the adder 10.

Первый вход блока 13 сравнения соединен с выходом первого усилителя 5, второй вход блока 13 сравнения соединен с выходом источника 14 опорного напряжения, выход блока 13 сравнения подключен к входу исполнительного механизма 15, выход которого связан кинематически с осью Х-Х вращения фильтра. The first input of the comparison unit 13 is connected to the output of the first amplifier 5, the second input of the comparison unit 13 is connected to the output of the reference voltage source 14, the output of the comparison unit 13 is connected to the input of the actuator 15, the output of which is kinematically connected with the axis X-X of the filter rotation.

В качестве источника 1 излучения может быть рентгеновская трубка. Приемники 2 и 4 излучения или ионизационные камеры предназначены для преобразования рентгеновского излучения в электрическое напряжение (сигнал). В качестве регистратора 8 может быть монитор. As the source of radiation 1 may be an x-ray tube. Radiation receivers 2 and 4 or ionization chambers are designed to convert X-ray radiation into electrical voltage (signal). As the recorder 8 may be a monitor.

Калиброванный фильтр 12, выполненный в виде диска с равномерно-увеличивающей (уменьшающей) толщиной по угловой координате плоскости диска, предназначен для частичного подавления мягкого рентгеновского излучения, что обеспечивает заданную точность контроля изменяющейся толщины изделия. Для получения точности измерения не хуже 0,1% для толщин изделия, изменяющихся, например, от 0,5 до 10 мм, пределы изменения толщины фильтра рекомендуется выбирать от 0,1 до 1,0 мм. The calibrated filter 12, made in the form of a disk with a uniformly increasing (decreasing) thickness along the angular coordinate of the plane of the disk, is designed to partially suppress soft x-ray radiation, which provides a given accuracy of control of the changing thickness of the product. To obtain a measurement accuracy of no worse than 0.1% for product thicknesses that vary, for example, from 0.5 to 10 mm, it is recommended that you select 0.1 to 1.0 mm of the filter thickness limits.

Исполнительный механизм 15 выполнен в виде реверсивного двигателя, связанного своим валом через муфту с валом калиброванного фильтра 12 (на фиг. валы и муфта не показаны, причем под валом фильтра 12 понимается его ось Х-Х вращения). The actuator 15 is made in the form of a reversible motor connected by its shaft through the coupling with the shaft of the calibrated filter 12 (in Fig. The shafts and the coupling are not shown, and the shaft of the filter 12 refers to its axis of rotation XX).

Блок 13 сравнения, источник 14 опорного напряжения и исполнительный механизм 15 предназначены для автоматического вращения фильтра 12 вокруг.оси Х-Х на заданный угол в зависимости от установки напряжения на рентгеновском излучателе 1, величина которого устанавливается в свою очередь в зависимости от требуемой толщины контролируемого изделия. The comparison unit 13, the reference voltage source 14 and the actuator 15 are designed to automatically rotate the filter 12 around. Axis XX at a predetermined angle depending on the voltage setting on the x-ray emitter 1, the value of which is set in turn depending on the required thickness of the controlled product .

Работа толщиномера. The work of the thickness gauge.

В первый и второй приемники 2 и 4 излучения поступает поток рентгеновского излучения от излучателя 1 через калиброванный фильтр 12, при этом на приемник 4 рентгеновский поток поступает дополнительно продетектированный контролируемым изделием 3. Излучение в первом приемнике 2 преобразуется в электрические импульсы с амплитудой, определяемой толщиной калиброванного фильтра 12, а излучение во втором приемнике 4 преобразуется в электрические импульсы с амплитудой, определяемой параметрами излучаемого рентгеновского потока излучателем 1, модулированного одновременно толщиной калиброванного фильтра 12 и контролируемого изделия 3. The first and second radiation receivers 2 and 4 receive an x-ray stream from the emitter 1 through a calibrated filter 12, while the X-ray receiver receives an additionally detected by the controlled product 3 receiver 4. The radiation in the first receiver 2 is converted into electrical pulses with an amplitude determined by the thickness of the calibrated filter 12, and the radiation in the second receiver 4 is converted into electrical pulses with an amplitude determined by the parameters of the emitted x-ray stream by the emitter 1, mode simultaneously calibrated by the thickness of the calibrated filter 12 and the controlled product 3.

Электрические сигналы с приемников 2 и 4 усиливаются в усилителях 5 и 6 и подаются на входы схемы 7 обработки и дополнительно с выхода усилителя 5 сигнал подается на первый вход блока 13 сравнения, на второй вход которого поступает электрический сигнал от источника 14 опорного напряжения. В блоке 13 сравниваются сигнал изменяющейся амплитуды (про модулированный толщиной колиброванного фильтра 12), снимаемый с выхода первого усилителя 5, и сигнал постоянной амплитуды, снимаемый с источника 14 опорного напряжения. В зависимости от величины и знака электрического сигнала на выходе блока 13 сравнения исполнительный механизм 15 приводит во вращение калиброванный фильтр 12 либо по часовой стрелке, например, при положительном знаке сигнала на выходе блока 13, либо против - при отрицательном знаке сигнала - на определенный угол, обеспечивающий по оси Хо-Хо рентгеновского потока определенную калиброванную толщину фильтра 12, которая позволяет автоматически обеспечить оптимальное для измеряемой толщины изделия 3 количество квантов γ, зарегистрированных приемниками 2 и 4 излучения, и оптимальную величину коэффициента μ поглощения рентгеновского потока материалом изделия 3. The electrical signals from the receivers 2 and 4 are amplified in the amplifiers 5 and 6 and fed to the inputs of the processing circuit 7 and, additionally, from the output of the amplifier 5, the signal is supplied to the first input of the comparison unit 13, the second input of which receives an electrical signal from the reference voltage source 14. In block 13, a signal of varying amplitude (modulated by the thickness of the calibrated filter 12), taken from the output of the first amplifier 5, and a signal of constant amplitude, taken from the source 14 of the reference voltage are compared. Depending on the magnitude and sign of the electrical signal at the output of the comparison unit 13, the actuator 15 rotates the calibrated filter 12 either clockwise, for example, with a positive sign of the signal at the output of the unit 13, or counter-with a negative sign of the signal by a certain angle, providing a calibrated filter thickness 12 along the Ho-X-ray axis of the X-ray flux, which automatically ensures the optimal number of quanta γ recorded for the measured thickness of the article 3 2 and 4 nicknames radiation, and the optimum value of the absorption coefficient μ of X-ray pictures product stream 3.

Кроме того, электрические сигналы, одновременно поступая с усилителей 5 и 6 на входы вычитателя 9 и сумматора 10, где в них сигналы приемников 2 и 4 вычитаются и складываются, а затем в делителе 11 разностный сигнал делится на суммарный сигнал, в результате чего на выходе схемы 7 обработки получают электрический сигнал, пропорциональный толщине контролируемого изделия 3. Этот сигнал отображается на регистраторе 8. In addition, the electrical signals simultaneously coming from the amplifiers 5 and 6 to the inputs of the subtractor 9 and the adder 10, where the signals of the receivers 2 and 4 are subtracted and added to them, and then in the divider 11 the difference signal is divided by the total signal, resulting in the output processing circuits 7 receive an electrical signal proportional to the thickness of the item 3. This signal is displayed on the recorder 8.

Положительным результатом изобретения является постоянство точности измерения толщины в заданном диапазоне. A positive result of the invention is the constancy of the accuracy of measuring thickness in a given range.

Источники информации
1. А.с. СССР N718700, кл. G 01 В 15/02, БИ N8, 1980.Sources of information
1. A.S. USSR N718700, class G 01 B 15/02, BI N8, 1980.

2. Патент РФ N2159408, кл. G O1 В 15/02, БИ N32, 2000. 2. RF patent N2159408, cl. G O1 B 15/02, BI N32, 2000.

Claims

An X-ray thickness gauge containing an X-ray emitter, two radiation receivers between which the product to be monitored is placed, two amplifiers, the first by an input connected to the output of the first radiation receiver, the second by the input and output of the second receiver, a calibrated filter located between the radiation source and the first radiation receiver, wherein the central axis X-X of rotation of the filter is shifted in parallel to the central axis X ₀ -X ₀ of X-ray emitter flow by an amount half the radius of the filter, executive fur isin kinematically connected with the axis of rotation of the filter filter XX, serially connected processing circuit and recorder, comparison unit and reference voltage source, the first and second inputs of the comparison unit being connected respectively to the output of the first amplifier and the output of the reference voltage source, the processing circuit includes a subtractor, an adder and a divider, the first inputs of the subtractor and the adder are connected to the output of the first amplifier, the second inputs of the subtractor and the adder are connected to the output of the second amplifier, the outputs of the subtractor and the adder are connected with the first and second inputs of the divider, respectively, the output of the divider is the output of the processing circuit, characterized in that the filter is made in the form of a disk with a uniformly increasing (decreasing) thickness in the direction of the angular coordinate of the filter plane, and the input of the actuator is connected to the output of the comparison unit.