RU2369048C1 - Laser centraliser for x-ray emitter - Google Patents
Laser centraliser for x-ray emitter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2369048C1 RU2369048C1 RU2008108280/28A RU2008108280A RU2369048C1 RU 2369048 C1 RU2369048 C1 RU 2369048C1 RU 2008108280/28 A RU2008108280/28 A RU 2008108280/28A RU 2008108280 A RU2008108280 A RU 2008108280A RU 2369048 C1 RU2369048 C1 RU 2369048C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axis
- laser
- ray
- radiation
- parallel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий авиакосмической отрасли, трубопроводных систем транспортировки нефти и газа и т.п. объектов с помощью рентгенографического метода.The invention relates to the field of non-destructive testing of materials and products of the aerospace industry, pipeline systems for transporting oil and gas, etc. objects using the radiographic method.
Известен лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус, в котором размещены центральный лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, зеркало из оргстекла, установленное на пересечении осей лазерного и рентгеновских пучков перпендикулярно образованной ими плоскости и направляющее на объект лазерный луч, совпадающий с осью симметрии рентгеновского пучка, для определения центра зоны просвечивания объекта рентгеновским излучением, ультразвуковой дальномер, ось пучка излучения которого параллельна оси рентгеновского пучка, цифровая фотокамера, ось которой параллельна оси рентгеновского пучка, объектив, оптическая ось которого совпадает с оптической осью лазера, и кольцевая матрица полупроводниковых микролазеров, установленная перед объективом со стороны его заднего фокуса, ось симметрии которой совпадает с осью центрального лазера, и на объекте формирует кольцевую структуру лазерных точек для визуализации зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением [1].A known laser centralizer for an x-ray emitter, comprising a housing in which a central laser is placed, the optical axis of which is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter, a plexiglass mirror mounted at the intersection of the axes of the laser and x-ray beams perpendicular to the plane formed by them and directing the laser beam coinciding with the object the axis of symmetry of the x-ray beam, to determine the center of the zone of transmission of the object by x-ray radiation, an ultrasonic range finder, the axis of the beam of radiation which is parallel to the axis of the X-ray beam, a digital camera whose axis is parallel to the axis of the X-ray beam, a lens whose optical axis coincides with the optical axis of the laser, and an annular matrix of semiconductor microlasers mounted in front of the lens from its back focus side, the axis of symmetry of which coincides with the axis of the central laser, and on the object forms an annular structure of laser dots to visualize the area of the object exposed to x-ray radiation [1].
Однако данный центратор имеет ряд недостатков. Например, при часто встречающихся на практике случаях рентгенографирования объектов, находящихся под слоем воды, нефти, спирта, кислот, химических растворов или иной жидкости, необходимо не только оценивать расстояние от объекта до центратора, но и определять толщину слоя жидкости над объектом, так как это сильно влияет на качество рентгенограмм из-за сильного рассеивания рентгеновского излучения в жидких средах. Вместе с тем ультразвуковые дальномеры могут определять только расстояние от центратора до внешней поверхности жидкой среды.However, this centralizer has several disadvantages. For example, in cases of frequent radiography of objects under a layer of water, oil, alcohol, acids, chemical solutions or another liquid, it is necessary not only to estimate the distance from the object to the centralizer, but also to determine the thickness of the liquid layer above the object, since this greatly affects the quality of x-rays due to the strong scattering of x-rays in liquid media. However, ultrasonic rangefinders can only determine the distance from the centralizer to the outer surface of the liquid medium.
Измерение глубины слоя жидкости механическими средствами (мерные рейки, отвесы и пр.) трудоемко, не точно, не оперативно, а в случае агрессивных жидкостей (кислоты и пр.) опасно.Measuring the depth of a liquid layer by mechanical means (measuring rails, plumb, etc.) is laborious, not accurate, not operational, and in the case of aggressive liquids (acids, etc.) it is dangerous.
Лазерные дальномеры могут измерять расстояние до объекта в двухфазных средах (вода-воздух), но их показания зависят от оптической толщины слоя жидкости, т.е. от произведения его геометрической толщины на показатель преломления жидкости. В показаниях дальномера доля пути, проделанного лучом лазера в жидкой среде, как правило, неизвестно, что приводит к неопределенности результатов измерений, в частности к завышению расстояний.Laser rangefinders can measure the distance to an object in two-phase media (water-air), but their readings depend on the optical thickness of the liquid layer, i.e. from the product of its geometric thickness to the refractive index of the liquid. As a rule, the share of the path traveled by a laser beam in a liquid medium is not known in the rangefinder readings, which leads to uncertainty of the measurement results, in particular to overestimation of distances.
Цель изобретения - устранение этого недостатка.The purpose of the invention is the elimination of this disadvantage.
Для этого в лазерный центратор для рентгеновского излучателя, содержащий корпус, в котором размещены центральный лазер, оптическая ось которого параллельна продольной оси рентгеновского излучателя, зеркало из оргстекла, установленное на пересечении осей лазерного и рентгеновских пучков перпендикулярно образованной ими плоскости и направляющее на объект лазерный луч, совпадающий с осью симметрии рентгеновского пучка для определения центра зоны просвечивания объекта, цифровая фотокамера и ультразвуковой дальномер, оси которых параллельны оси рентгеновского пучка, кольцевая матрица полупроводниковых микролазеров с диаметром D, установленная на оси центрального лазера на расстоянии (А+В) от центра зеркала из оргстекла, где А - расстояние от центра этого зеркала до фокуса рентгеновской трубки, α - угол расходимости пучка рентгеновского излучения, которая формирует на объекте кольцевую структуру лазерных точек, для визуализации положения и размера зоны, просвечиваемой рентгеновским излучением, дополнительно введены лазерный дальномер, оптическая ось которого параллельна оси рентгеновского пучка и оси излучения ультразвукового дальномера, измерительные базы обоих дальномеров расположены на одном уровне, длина волны излучения лазерного дальномера выбирается в диапазоне длины волны, в котором жидкая среда над объектом прозрачна и имеет минимальное светорассеивание, а расстояние от объекта до центратора вычисляется по формулеTo do this, into a laser centralizer for an x-ray emitter, comprising a housing in which a central laser is placed, the optical axis of which is parallel to the longitudinal axis of the x-ray emitter, a plexiglass mirror mounted at the intersection of the axes of the laser and x-ray beams perpendicular to the plane formed by them and directing the laser beam onto the object, coinciding with the axis of symmetry of the x-ray beam to determine the center of the zone of transmission of the object, a digital camera and an ultrasonic range finder, the axes of which are parallel Yelnia axis x-ray beam, an annular array of semiconductor microlasers with a diameter D, mounted on a central axis in the region of the laser (A + B) of the mirror center of plexiglass, where A - distance from the center of the mirror to focus the x-ray tube, α is the angle of divergence of the x-ray beam, which forms an annular structure of laser dots on the object, to visualize the position and size of the zone illuminated by x-ray radiation, an additional laser rangefinder is introduced, the optical axis of which is parallel to the axis of the x-ray beam and the radiation axis of the ultrasonic range finder, measuring bases of both rangefinders located at the same level, the wavelength of the laser rangefinder radiation is selected in the wavelength range in which the liquid medium above the object is transparent ANT and has a minimum light scattering, and the distance from the object to the centralizer is calculated by the formula
, ,
где Hуз - показания ультразвукового дальномера, равные расстоянию от центратора до поверхности жидкой среды с показателем преломления n, Δ - расстояние от фокуса рентгеновской трубки до измерительных баз дальномеров, Нл - показания лазерного дальномера, показания обоих дальномеров берутся в единой шкале линейных измерительных единиц, например в метрах, а толщина h слоя жидкости определяется по выражениюwhere H knots are the readings of the ultrasonic range finder equal to the distance from the centralizer to the surface of the liquid medium with the refractive index n, Δ is the distance from the focus of the x-ray tube to the measuring bases of the range finders, N l is the readings of the laser range finder, the readings of both range finders are taken in a single scale of linear measuring units , for example, in meters, and the thickness h of the liquid layer is determined by the expression
Схема лазерного центратора приведена на чертеже.A diagram of the laser centralizer is shown in the drawing.
Он содержит рентгеновский излучатель 1, к которому крепится корпус 2. В корпусе 2 находится зеркало 3 из оргстекла, установленное на пересечении осей лазера и рентгеновского пучка, полупрозрачное зеркало 4, установленное на оси лазера между зеркалом из оргстекла и кольцевой матрицей диаметром D=2R полупроводниковых микролазеров 5, лучи которых наклонены к оси центрального лазера 6 под углом равному половине угла расходимости рентгеновского пучка, и сходятся на оси центрального лазера 6 в точке, отстоящей на расстоянии А от центра зеркала 3, а затем после отображения от него, формируют конической сноп лучей, соосный с рентгеновским пучком и имеющий одинаковый с ним угол раскрытия. При этом на объекте возникает кольцевая структура лазерных пятен, с помощью которой можно оценить положение и размер зоны объекта, просвечиваемой рентгеновским излучением. Пятно от центрального лазера обозначает центр этой зоны.It contains an X-ray emitter 1, to which the housing 2 is attached. In housing 2 there is a Plexiglas mirror 3 mounted at the intersection of the laser and X-ray axes, a translucent mirror 4 mounted on the laser axis between the Plexiglas mirror and a ring matrix with a diameter D = 2R of semiconductor microlasers 5, the rays of which are inclined to the axis of the central laser 6 at an angle equal to half the angle of divergence of the x-ray beam, and converge on the axis of the central laser 6 at a point spaced at a distance A from the center of mirror 3, and then, after displaying from it, form a conical sheaf of rays, coaxial with the x-ray beam and having the same opening angle with it. In this case, an annular structure of laser spots appears on the object, with the help of which it is possible to evaluate the position and size of the zone of the object exposed to x-ray radiation. A spot from the central laser indicates the center of this zone.
На корпусе 2 крепятся ультразвуковой 8 и лазерный 7 дальномеры, оси которых параллельны друг другу и оси рентгеновского пучка, а измерительные базы находятся на одном расстоянии Δ от фокуса рентгеновского излучателя.Ultrasonic 8 and laser 7 rangefinders are mounted on the body 2, the axes of which are parallel to each other and the axis of the X-ray beam, and the measuring bases are at the same distance Δ from the focus of the X-ray emitter.
В корпусе 2 находятся также цифровая фотокамера, состоящая из фильтра 9, объектива 10 и ПЗС-матрицы 11 с дисплеем 12. Объект 13 находится в жидкой среде с показателем преломления n и толщиной h.In the housing 2 there are also a digital camera, consisting of a filter 9, a lens 10 and a CCD matrix 11 with a display 12. The object 13 is in a liquid medium with a refractive index n and a thickness h.
Центратор работает следующим образом. Включают микролазеры матрицы 5, центральный лазер 6 и наводят с их помощью рентгеновский излучатель на зону контура объекта 13, контролируя процесс наведения центратора по экрану дисплея 12. Необходимое условие эффективной работы центратора - жидкость должна быть чистой, прозрачной в полосе излучения лазера, со спокойной поверхностью.The centralizer works as follows. The microlasers of the matrix 5 are turned on, the central laser 6 is turned on and the x-ray emitter is directed at the contour zone of object 13, controlling the centralizer pointing process on the display screen 12. A necessary condition for the centralizer to work effectively is that the liquid must be clean, transparent in the laser emission band, with a calm surface .
Затем включают дальномеры, снимают показания и вычисляют расстояние от объекта до центратора и толщину слоя жидкости с известным показателем преломления по приведенным выше формулам.Then include rangefinders, take readings and calculate the distance from the object to the centralizer and the thickness of the liquid layer with a known refractive index according to the above formulas.
Вычисления могут выполняться вручную или автоматически. В последнем случае в центратор введен компьютер или иное вспомогательное устройство.Calculations can be performed manually or automatically. In the latter case, a computer or other auxiliary device is introduced into the centralizer.
Если показатель преломления жидкости неизвестен, его определяют стандартными рефрактометрами или с помощью справочных таблиц [2, 3].If the refractive index of the liquid is unknown, it is determined by standard refractometers or using look-up tables [2, 3].
Для воды длина волны лазера выбирается обычно в видимом диапазоне длин волн (λ=0,4÷0,7 мкм).For water, the laser wavelength is usually selected in the visible wavelength range (λ = 0.4 ÷ 0.7 μm).
Показатель преломления воды как пресной, так и морской, хорошо известен и с достаточной для практики рентгеновского контроля может быть принят n=1,33.The refractive index of water, both fresh and marine, is well known and with sufficient x-ray control for practice, n = 1.33.
Для других жидкостей (нефть, жидкий азот, кислоты, бензин, керосин, спецсоставы и т.д.) показатель преломления определяется индивидуально. Обычно он равен Н=1,35÷1,45 [2].For other liquids (oil, liquid nitrogen, acids, gasoline, kerosene, special compounds, etc.), the refractive index is determined individually. Usually it is equal to H = 1.35 ÷ 1.45 [2].
Полосы пропускания конкретных жидкостей приведены в ряде справочников или определяются экспериментально. Для углеводов, например, полосы пропускания лежат обычно в инфракрасной области спектра (λ=0,9÷8 мкм), в которой излучают многочисленные промышленные лазеры.The passbands of specific liquids are given in a number of reference books or are determined experimentally. For carbohydrates, for example, the bandwidths usually lie in the infrared region of the spectrum (λ = 0.9–8 μm), in which numerous industrial lasers emit.
Для повышения точности измерений целесообразно проводить калибровку лазерного дальномера в реальных условиях, измеряя толщину слоя воды или жидкости с помощью мерных линеек, шестов и т.п. приспособлений с погрешностью не хуже ±1 мм.To increase the accuracy of measurements, it is advisable to calibrate the laser rangefinder in real conditions by measuring the thickness of a layer of water or liquid using measuring rulers, poles, etc. devices with an accuracy not worse than ± 1 mm.
Для иллюстрации приведем результаты испытаний центратора с лазерным дальномером фирмы Лейка (Австрия) марки «Дисто» и ультразвуковым дальномером марки «ФИТ» (Англия) в бассейне. Глубина составляла 2 м, толщина слоя воды изменялась от 0 до 2 м.To illustrate, we present the test results of a centralizer with a laser rangefinder of the Leika company (Austria) of the Disto brand and an ultrasonic range finder of the FIT brand (England) in the pool. The depth was 2 m, the thickness of the water layer varied from 0 to 2 m.
Дальномеры располагались на постоянном расстоянии 3 м от бассейна.Rangefinders were located at a constant distance of 3 m from the pool.
Результаты измерений приведены в табл. 1. Показатель преломления принят, равным n=1,33.The measurement results are given in table. 1. The refractive index is taken equal to n = 1.33.
Погрешность измерений обоих дальномеров не превышала ±0,01 м (1 см).The measurement error of both rangefinders did not exceed ± 0.01 m (1 cm).
Как видно, показания лазерного дальномера сильно зависят от толщины водного слоя, а ультразвуковой дальномер измеряет расстояние только до водной поверхности.As you can see, the readings of the laser rangefinder strongly depend on the thickness of the water layer, and the ultrasonic rangefinder measures the distance only to the water surface.
Результаты эксперимента полностью подтвердили справедливость технического решения, положенного в основу изобретения.The results of the experiment fully confirmed the validity of the technical solution underlying the invention.
Бассейн наполнялся чистой водопроводной водой с температурой t=+20°C. Измерения проводились летом, на открытом воздухе, при нормальных погодных условиях (ясная погода, полдень, ветер отсутствует, водная поверхность, атмосферное давление 760 мм рт. столба, температура воздуха +23°С, влажность W≈70%). Длина волны лазерного дальномера λ=0,63 мкм, мощность излучения 3 мВт.The pool was filled with clean tap water with a temperature of t = + 20 ° C. The measurements were carried out in the summer, outdoors, under normal weather conditions (clear weather, noon, no wind, water surface, atmospheric pressure 760 mm Hg, air temperature + 23 ° C, humidity W≈70%). The wavelength of the laser rangefinder λ = 0.63 μm, the radiation power of 3 mW.
Погрешность измерений толщины слоя воды и расстояния от объекта (дна бассейна) до центратора не превысила ±1,5 см в абсолютной мере или не более 0,5% в относительных единицах.The error in measuring the thickness of the water layer and the distance from the object (pool bottom) to the centralizer did not exceed ± 1.5 cm in absolute measure or not more than 0.5% in relative units.
Толщина слоя воды определялась стандартной рулеткой с ценой деления 1 мм и с помощью мерного шеста.The thickness of the water layer was determined by standard roulette with a division price of 1 mm and using a measuring pole.
В табл.1 Н - расстояние до объекта, вычисленное по формулам, приведенным выше в описании изобретения, h - вычисленная толщина слоя воды.In table 1, N is the distance to the object, calculated by the formulas above in the description of the invention, h is the calculated thickness of the water layer.
ЛитератураLiterature
1. Патент RU N 2263421 С1. Лазерный центратор для рентгеновского излучателя.1. Patent RU N 2263421 C1. Laser centralizer for x-ray emitter.
2. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии, Л.: Химия, 1983, 352 с.2. Ioffe B.V. Refractometric methods of chemistry, L .: Chemistry, 1983, 352 p.
3. Золотарев В.М. и др. Оптические постоянные природных и технических сред, Справочник, Л.: Химия, 1984, 360 с.3. Zolotarev V. M. et al. Optical constants of natural and technical media, Directory, L .: Chemistry, 1984, 360 pp.
Claims (1)
,
где Нуз - показания ультразвукового дальномера, равные расстоянию от центратора до поверхности жидкой среды с показателем преломления n, Δ - расстояние от фокуса рентгеновской трубки до измерительных баз дальномеров, Нл - показания лазерного дальномера, при этом показания обоих дальномеров берутся в единой шкале линейных измерительных единиц, например в метрах, а толщина h слоя жидкости определяется по выражению
A laser centralizer for an X-ray emitter, comprising a housing in which a laser is placed, the optical axis of which is parallel to the longitudinal axis of the X-ray emitter, a Plexiglas mirror mounted at the intersection of the axes of the laser and X-ray beams perpendicular to the plane formed by them and directing the laser beam at the object coinciding with the axis of symmetry an x-ray beam that forms an image of a black dot on the object that defines the center of the area of the object's x-ray transmission, ultrasonic number, the axis of the radiation beam of which is parallel to the axis of the x-ray beam, a digital camera, the axis of which is parallel to the axis of the x-ray beam, a lens whose optical axis coincides with the optical axis of the laser, and a ring matrix of semiconductor microlasers mounted in front of the lens from the back focus side, the axis of symmetry of the matrix coincides with the axis of the laser, and with its help an annular structure of laser dots is formed on the object, the diameter of which corresponds to the diameter of the zone of the object that is exposed to x-ray radiation characterized in that an additional laser rangefinder is introduced into it, the optical axis of which is parallel to the axis of the x-ray beam and the radiation axis of the ultrasonic rangefinder, the measuring bases of both rangefinders are at the same level, the wavelength of the laser rangefinder radiation is selected in the wavelength range in which the liquid medium above the object is transparent and has minimal light scattering, and the geometric distance from the object to the centralizer is calculated by the formula
,
where H knots are the readings of the ultrasonic rangefinder equal to the distance from the centralizer to the surface of the liquid medium with the refractive index n, Δ is the distance from the focus of the x-ray tube to the measuring bases of the rangefinders, N l is the readings of the laser rangefinder, while the readings of both rangefinders are taken in a single linear scale measuring units, for example, in meters, and the thickness h of the liquid layer is determined by the expression
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108280/28A RU2369048C1 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Laser centraliser for x-ray emitter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108280/28A RU2369048C1 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Laser centraliser for x-ray emitter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2369048C1 true RU2369048C1 (en) | 2009-09-27 |
Family
ID=41169727
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008108280/28A RU2369048C1 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Laser centraliser for x-ray emitter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2369048C1 (en) |
-
2008
- 2008-03-05 RU RU2008108280/28A patent/RU2369048C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8467044B2 (en) | Continuous index of refraction compensation method for measurements in a medium | |
NO813379L (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR AA PAIRED HYDROCARBONES IN WATER | |
CN105783746A (en) | Wooden product thickness detection system and detection method thereof | |
CN109358435B (en) | Device and method for adjusting perpendicularity of double telecentric lenses | |
US20150116709A1 (en) | Sensor and method for turbidity measurement | |
KR101934069B1 (en) | Liquid level measuring equipment | |
RU2369048C1 (en) | Laser centraliser for x-ray emitter | |
CN108458993A (en) | Sediment measuring apparatus for reflection index and measurement method | |
WO2020003303A2 (en) | System for gauging fluids volume | |
RU2300077C1 (en) | Remote method of measuring thickness of oil product thick films onto water surface | |
CN104330387A (en) | Liquid-level oil contamination measurement system | |
RU2285251C2 (en) | Remote optical absorption laser gas analyzer | |
RU2377612C1 (en) | Mono-static method of determination of cloudiness low border altitude | |
Vilitis et al. | Determining the refractive index of liquids using a cylindrical cuvette | |
CN104132915A (en) | Small high-performance scattering-type visibility measuring device and measuring method thereof | |
RU2780672C1 (en) | Method for determining the meteorological range of visibility in difficult weather conditions | |
CN117470787B (en) | Night hyperspectral remote sensing imaging system for multi-component atmospheric trace components | |
Sasano | Marine observation lidar | |
RU2460988C1 (en) | Method of measuring particle size distribution in wide range of concentrations and apparatus for realising said method (versions) | |
RU2790930C1 (en) | Method for determining vertical intensity profile of optical turbulence in atmosphere | |
RU135121U1 (en) | LASER-ACOUSTIC LEVEL METER | |
RU2494353C1 (en) | Method for determining liquid mass in tank | |
Su et al. | Simple lidar detecting wake profiles | |
LV15583B (en) | DIFFERENTIAL REFRACTOMETER FOR MEASURING REFRACTIVE COEFFICIENT OF LIQUIDS | |
RU2382985C2 (en) | Method for detection of averaged values of air refraction index, angles of side and vertical refraction and device for its realisation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110306 |