RU555811C

RU555811C - Digital roentgeneluoroscent device

Info

Publication number: RU555811C
Application number: SU752144326A
Authority: RU
Inventors: З.А. Бунж; Б.Н. Вейц
Original assignee: Предприятие П/Я А-1646
Priority date: 1975-06-16
Filing date: 1975-06-16
Publication date: 1992-11-07

Abstract

ЦИФРОВОЕ РЕНТГЕНОФЛУОРЕС- ЦЕНТНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее радиоизотопный датчик с источником излучени и спектрометрическим детектором, который через усилитель подключен к входу блока дискриминации, первый выход которого через устройство стабилизации подключен к входу стабилизации датчика, а второй и третий его выходы подключены соответственно к первым входам первой и' второй схем И, вторые входы которых подключены к первому выходу блока управлени , первый вход которого через счетчик времени измерени подключен к выходу генератора стабильной частоты, при этом выход первой схемы И через счетчик с переменным коз!ффициентом пересчета соединен с основным счетчиком, к выходамразр дов которого подключен дешифратор, выход которого через первую схему ИЛИ подключен к входу блока пам ти, подключенного выходами к входам установки коэффициентов пересчета счетчика с переменным коэффициентом пересчета, отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерени , оно содержит дополнительный генератор, третью схему И, вторую .и третью схемы ИЛИ, счетчик с предустановкой и триггер управлени , при этом первый вход третьей схемы И подключен к выходу генератора, второй вход подключен к второму выходу блока управлени , третий вход подключен к инверсному выходу триггера управлени , а выход третьей схемы И подключен к вторым входам второй и третьей схем ИЛИ, причем втора схема ИЛИ включена между выходом первой схемы и входом счетчика с переменным коэффициентом пересчета, а треть схема ИЛИ •включена между выходом второй схемы И и входом счетчика с предустановкой, на входе которого подключен триггер управлени , выход которого подключен к второму входу блока управлени , третий выход которого через переключатели предустановки подключен ко входам счетчика с предустановкой.СC>&C.idDIGITAL X-RAY FLUORESCENT DEVICE containing a radioisotope sensor with a radiation source and a spectrometric detector, which is connected through an amplifier to the input of the discrimination unit, the first output of which through the stabilization device is connected to the sensor stabilization input, and its second and third outputs are connected respectively to the first inputs of the first and '' second AND circuits, the second inputs of which are connected to the first output of the control unit, the first input of which is connected to the output of the generator frequency, and the output of the first AND circuit through the counter with a variable conversion factor is connected to the main counter, to the outputs of the bits of which a decoder is connected, the output of which through the first OR circuit is connected to the input of the memory unit connected by the outputs to the inputs of the counter conversion coefficients with a variable conversion factor, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, it contains an additional generator, a third AND circuit, a second. and a third OR circuit, a counter with a preset and a trigger control, the first input of the third AND circuit connected to the output of the generator, the second input connected to the second output of the control unit, the third input connected to the inverse output of the control trigger, and the output of the third circuit And connected to the second inputs of the second and third OR circuits, and the second circuit OR is connected between the output of the first circuit and the input of the counter with a variable conversion factor, and the third circuit OR • is connected between the output of the second circuit and the input of the counter with a preset, at the input of which a control trigger is connected, the output is orogo connected to the second input of the control unit, the third output via the switches which is connected to the preset inputs of counter with predustanovkoy.SC > & C.id

Description

Изобретение относитс к приборам неразрушающего контрол , и в частности к . рентгенофлуоресцентным толщиномерам покрытий и измерител м состава двухкомпонентных сплавов и смесей.The invention relates to non-destructive testing devices, and in particular to X-ray fluorescence thickness gauges of coatings and composition meters of two-component alloys and mixtures.

Известно цифроаналоговое рентгенофлуоресцентное устройство, измер ющее массу на единицу поверхности покрыти по интенсивности характеристического излучени материала подложки. Устройство содержит радиоизотопный датчик с источником возбуждающего излучени , эталонным источником, спектрометрическим детектором и предусилителем,усилитель, блок дискриминации; источник регулируемого высокого напр жени , управл емый устройством автоматической калибровки, счетчик импульсов, таймер, цифроаналоговый преобразователь , устройство линеаризации представл ющее собой аналоговый функциональный логарифмический преобразователь , аналого-цифровой преобразователь и устройство цифровой индикации. Известно цифровое рентгенофлуоресцентное устройство, измер ющее массу на единицу поверхности покрыти (толщину) по интенсивности характеристического излучени материала покрыти , вл ющеес наиболее близким прототипом. Известное устройство содержит радиоизотопный датчик с источником излучени и спектрометрическим детектором, -который через усилитель подключен к входу блока дискриминации , первый выход которого через устройство стабилизации подключен к входу стабилизации датчика, а второй и третий его выходы подключены соответственно к первым входам первой и второй схем И, вторые входы которых подключены к первому выходу блока управлени , первый вход которого через счетчик времени измерени подключен к выходу генератора стабильной частоты , при этом выход п.ервой схемы l/1j4ep;e3 счетчик с переменным коэффициентом пе-. ресчета соединен с основным счетчиком, к выходам разр дов которого подключен дешифратор , вь1ходы которого через первую схему ИЛИ подключены к входу блока пам ти , подключенного вьгходами к входам установки коэффициентов пересчета счетчика с переменным коэффициентом пересчета. Общим недостатком указанных устройств вл етс то,, что в них используетс только часть информации об .измер емом параметре, в то врем как друга часть полезной информации остаетс неиспользован .ной, что приводит к снижению чувствительности, а следовательно и точности измерений. Цель изобретени - повышение точно-, сти измерени цифрового рентгенофлуоресцен .тного прибора без увеличени времени измерени или повышени активности источника излучени . Это достигаетс тем, что устройство содержит дополнитель.ный генератор, третью схему И, вторую и третьюсхемы ИЛИ, счетчик с предустановкой и триггер управлени , при этом первый вход третьей схемы И подключен к выходу генератора, второй вход подключен к второму выходу блока управлени , третий вход подключен к инверсному выходу триггера управлени , а выход третьей схемы И подключен к вторым входам второй и третьей схем ИЛИ, причем втора схема ИЛИ включена между выходом первой схемы И и входом счетчика с переменным коэффициентом пересчета, а треть схема ИЛИ включена между выходом второй схемы И и входом счетчика с предустановкой , на выходе которого подключен триггер управлени , выход которого подключен к второму входу блока управлени , третий выход которого через переключатели предустановки подключен к входам счетчика с предустановкой, На фиг.1 приведена функциональна схема описываемого цифрового рентгенофлуоресцентного устройства. Цифровое рентгенофлуоресцёнтное устройство содержит радиоизотопный датчик 1 с источником излучени и спектрометрическим детектором, выход которого через усилитель 2 подключен к входу блока дискриминации 3, первый выход которого через устройство стабилизации 4 подключен к входу стабилизации указанного датчика, а второй и третий его выходы подключены соответственно к первым входам первой 5;и второй 6 схем И, вторые входы которых подключены к первому выходу блока управлени 7, первый вход которого через счетчик времени измерени 8 подключен к выходу генератора 9 стабильной частоты, при этом счетчик io с переменным коэффициентом пересчета соединен с основным счетчиком 11, к выходам разр дов которого подключен дешифратор 12, выходы которого через первую схему ИЛИ 13 подключены к входу блока пам ти 14, подключенного своими выходами к входам установки коэффициентов пересчета счетчика.10, а также содержит дополнительный генератор 15, третью схему И 16, вторую 17 и третью 18 схемы ИЛИ, счетчик 19 с предустановкой и триггер управлени 20, при этом первый вход третьей схемы И 16 подключен к выходу генератора 15, второй вход подключен к второму выходу блока управлени 7. третий вход подключен к инрерсному выходу триггера управлени 20, а выход третьей схемы И подключен к вторым входам второй 17 и третьей 18 схем ИЛИ, причем втора схема ИЛИ 17 включена между выходом первой схемы И 5 и входом счетчика 10, а треть схема ИЛИ 18 включена между выходом второй схемы И 6 и входом счетчика 19 с предустановкой, на выходе которого подключен триггер управлени 20, выход которого подключен к второму входу блока управлени 7, третий выход которого через переключатели 21 предустановки подключен ко входам предустановки счетчика 19. Предлагаемое цифровое рентгенофлуоресцентное устройство работает следующим образом (на примере измерени толщины цинкового покрыти на стальной подложке). Источник излучени , например америций-241 , возбуждает К оглинию материала подложки и материала покрыти с энерги ми соответственно 6,3 кэВ и 8,64 кэВ, Спектрометрический детектор регистрирует эти характеристические излучени и преобразует их в импульсы, амплитуда которых пропорциональна энергии излучени , а интенсивность (количество импульсов в единицу времени) зависит от поверхностей плотности (толщины) цинкового покрыти . Помимо указанных характеристик линий детектор регистрирует также отличающеес от них по энергии излучение от реперного источника, служащее дл обеспечени автоматической стабилизации коэффициента усилени спектрометрического тракта. На фиг.2 показан зарегистрированный с помощью пропорционального счетчика спектр характеристического излучени , возбужденный порогом гамма-излучени источника америци -241 в образце с цинковым покрытием толщиной 8 мкм на стальной .подложке. Зарегистрированные радиоизотопным датчиком 1 импульсы подаютс в спектрометрический усилитель 2, где они усиливаютс и поступают на вход блока дискриминации 3, сигнал с первого выхода которого подаетс на устройство стабилизации 4, подключенного к входам стабилизации радиоизотопного датчика .1; т.е. радиоизотопный датчик и спектрометрический усилитель охвачены цепью обратной св зи, при помощи которой автоматически стабилизируетс коэффициент усилени спектрометрического тракта. На втором выходе блока стабилизации выдел етс сигнал, соответствующий характеристическому излучению цинка, а на третьем выходе - сигнал, соответствующий характеристическому излучению железа. Средн частота поступлени этих сигналов без учета, их взаимного вли ни имеет следующие зависимости оттолщины цинкового покрыти . - (Ml-bM2)pd fi fio + (fioo.-fio)1-eЦ1) - (MI -bM3)pd f2 f200 + (f20 - f200) e где fo и foo- средн частота импульсов на выходе соответствующего дискриминатора при нулевом и бесконечно толстом слое покрыти соответственно; MI - массовый коэффициент поглощени возбуждающего излучени в материале покрыти . М2 и Мз - соответственно массовые коэффициенты поглощени характеристических излучений материалов покрыти и подложки в материале покрыти : р- плотность материала покрыти ; d - толщина покрыти . На фиг.З приведены графики зависимостей средней частоты характеристического излучени материала покрыти 1 и материала подложки 2 от толщины цинкового покрыти . Далее работа прибора происходит по циклам. Перед каждым циклом измерени по цепи сброса производитс сброс всех счетчиков в нулевое положение (цепь сброса на фиг. 1 не показана) и предустановки счетчика 19 на число: N2 No2 - fao Т,(3) где No2 - объем счетчика 19: Т - врем измерительного цикла. После этого открываютс схемы И 5 и 6, при этом импульсы со второго выхода блока дискриминации проход т через схему И 5, схему ИЛИ 17 на вход счетчика 10 с регулируемым коэффициентом пересчета, где они пересчитываютс на коэффициент Ki и подаютс на основной счетчик импульсов 11, при этом, если Ki равен fio-Т где Noi - объем счетчика 11 без последнего триггера, то после сосчета количества импульсов fio Т перебрасываетс последний триггер счетчика 11 и через дешифратор 12, схему ИЛИ 13 переводит блок пам ти 14 во второе положение, измен коэффициент пересчета счетчика 10 на К2. Входные импульсы пересчитываютс на коэффициент К2 до тех пор, пока в основном счетчике 11 будет сосчитано число di, при котором происходит переключение блока пам ти 14 и изменение коэффициента пересчета на Кз и т.д., т.е. осуществл етс линейно-кусочна аппроксимаци нелинейной функции; - (MI -ЬМ2 )pd f3 fio + (fico + fio)1-e + - (MI Ч-М2 ),0d + (f20-f20o)1-e. ,(5) график этой функции имеет вид кривой 3, изображенной на фиг.З. В конце цикла измерени , который задаетс обьемом счетчика времени измерени 8 и частотой генератора 9 стабильной частоты, срабатывает блок управлени 7, который закрывает схемы И 5 и 6, прекраща подачу входных импульсов через эти схемы И, одновременно открыВедетс схема I/I 16 и импульсы от генератора 15 через эту схему и схемы ИЛИ 17 и 18 соответственно подава на счетчик 19 с предустановкой и через счетчик 10 с регулируемым коэффициентом пересчета на основной счетчик 11, т.е. продолжаетс аппроксимаци нелинейной функции (5) до тех пор, пока заполнитс счетчик 19. При этом срабатывает триггер управлени 20, который закрывает схему И 16 и подает сигнал на блок управлени 7. Прибор готов к новому циклу измерени , а в основном счетчике 11 записан результат измерени . При этом цикл измерени цифрового рентгенофлуоресцентиого прибора разделен на 2 части: перва часть равна заданному посто нному значению за врем первой части при измерении толщины dn в основном счетчике 11 будет записан результат dn. а в счетчике 19 останетс число f, равное: f f20 -1-12 -Т, Врем второй части цикла зависит от этого числа и равно ( 6) fao Т - f2 Т где fr - частота генератора 15. Однако врем второй части цикла может составить менее сотой доли от общего времени измерени и существенно не увеличивает общего времени измерени . Поскольку в устройстве используетс устройство линеаризации ,, основанное на линейно-кусочной аппроксимации нелинейной зависимости, то предлагаемое устройство может быть в равной степени использовано и дл случаев. когда нелинейные зависимости интенсивностей двух характеристических линий не вл ютс экспотенциальными, что как раз имеет место в случае рентгенофлуоресцентного измерени состава двухкомпонентных сплавов и смесей.A digital-to-analog X-ray fluorescence device is known that measures mass per unit surface area of a coating by the intensity of the characteristic radiation of the substrate material. The device comprises a radioisotope sensor with a source of exciting radiation, a reference source, a spectrometric detector and a preamplifier, an amplifier, a discrimination unit; an adjustable high voltage source controlled by an automatic calibration device, a pulse counter, a timer, a digital-to-analog converter, a linearization device, which is an analog functional logarithmic converter, an analog-to-digital converter, and a digital display device. A digital X-ray fluorescence device is known that measures mass per unit surface area of a coating (thickness) by the characteristic radiation intensity of the coating material, which is the closest prior art. The known device contains a radioisotope sensor with a radiation source and a spectrometric detector, which is connected through an amplifier to the input of the discrimination unit, the first output of which is connected through the stabilization device to the sensor stabilization input, and its second and third outputs are connected respectively to the first inputs of the first and second AND circuits the second inputs of which are connected to the first output of the control unit, the first input of which is connected to the output of the stable frequency generator through a measurement time counter, when volume output of the first circuit l / 1j4ep; e3 counter with a variable coefficient pe. of the counter is connected to the main counter, to the outputs of the bits of which a decoder is connected, the inputs of which through the first circuit OR are connected to the input of the memory unit connected to the inputs of the settings of the conversion factors of the counter with a variable conversion factor. A common drawback of these devices is that they use only part of the information about the measurable parameter, while another part of the useful information remains unused, which leads to a decrease in the sensitivity and, consequently, the accuracy of the measurements. The purpose of the invention is to increase the accuracy of a digital X-ray fluorescence instrument without increasing the measurement time or increasing the activity of the radiation source. This is achieved by the fact that the device contains an additional generator, a third AND circuit, a second and third OR circuit, a counter with a preset and a control trigger, while the first input of the third circuit And is connected to the output of the generator, the second input is connected to the second output of the control unit, the third the input is connected to the inverse output of the control trigger, and the output of the third AND circuit is connected to the second inputs of the second and third OR circuits, and the second OR circuit is connected between the output of the first AND circuit and the counter input with a variable conversion factor and the third OR circuit is connected between the output of the second AND circuit and the input of the counter with a preset, the output of which is connected to a control trigger, the output of which is connected to the second input of the control unit, the third output of which is connected through the preset switches to the inputs of the counter with a preset. The functional diagram of the described digital X-ray fluorescence device is shown. The digital X-ray fluorescence device contains a radioisotope sensor 1 with a radiation source and a spectrometric detector, the output of which through an amplifier 2 is connected to the input of the discrimination unit 3, the first output of which through the stabilization device 4 is connected to the stabilization input of the specified sensor, and its second and third outputs are connected respectively to the first the inputs of the first 5; and the second 6 of AND circuits, the second inputs of which are connected to the first output of the control unit 7, the first input of which is connected via the measurement counter 8 it is connected to the output of the stable frequency generator 9, while the counter io with a variable conversion factor is connected to the main counter 11, to the outputs of the bits of which a decoder 12 is connected, the outputs of which through the first circuit OR 13 are connected to the input of the memory unit 14, connected by its outputs to the inputs of setting the conversion factors for the counter. 10, and also contains an additional generator 15, the third AND 16 circuit, the second 17 and the third 18 OR circuits, a counter 19 with a preset and a control trigger 20, while the first input of the third And 16 circuit is connected to generator ode 15, the second input is connected to the second output of the control unit 7. the third input is connected to the inverse output of the control trigger 20, and the output of the third AND circuit is connected to the second inputs of the second 17 and third 18 OR circuits, and the second OR circuit 17 is connected between the output of the first circuit And 5 and the input of the counter 10, and the third circuit OR 18 is connected between the output of the second circuit And 6 and the input of the counter 19 with a preset, the output of which is connected to the control trigger 20, the output of which is connected to the second input of the control unit 7, the third output of which ereklyuchateli 21 is connected to the preset inputs of counter 19. Preset proposed digital X-ray apparatus operates as follows (for example, measuring the thickness of zinc coating on the steel substrate). A radiation source, such as americium-241, excites K of the substrate material and the coating material with energies of 6.3 keV and 8.64 keV, respectively. A spectrometric detector detects these characteristic radiations and converts them into pulses, the amplitude of which is proportional to the radiation energy, and the intensity (number of pulses per unit time) depends on the density surfaces of the zinc coating. In addition to the indicated characteristics of the lines, the detector also detects radiation that differs from them in energy from a reference source, which serves to provide automatic stabilization of the gain of the spectrometric path. Figure 2 shows the characteristic radiation spectrum recorded by means of a proportional counter, excited by the gamma threshold of the americium source -241 in a 8 μm thick zinc coated sample on a steel substrate. The pulses detected by the radioisotope sensor 1 are fed to a spectrometric amplifier 2, where they are amplified and fed to the input of the discrimination unit 3, the signal from the first output of which is supplied to the stabilization device 4 connected to the stabilization inputs of the radioisotope sensor. 1; those. the radioisotope sensor and spectrometric amplifier are covered by a feedback circuit, by which the gain of the spectrometric path is automatically stabilized. A signal corresponding to the characteristic radiation of zinc is released at the second output of the stabilization unit, and a signal corresponding to the characteristic radiation of iron is released at the third output. The average frequency of these signals without taking into account their mutual influence has the following dependences on the thickness of the zinc coating. - (Ml-bM2) pd fi fio + (fioo.-fio) 1-eС1) - (MI-bM3) pd f2 f200 + (f20 - f200) e where fo and foo is the average pulse frequency at the output of the corresponding discriminator at zero and an infinitely thick coating layer, respectively; MI is the mass absorption coefficient of the exciting radiation in the coating material. M2 and M3 are respectively the mass absorption coefficients of the characteristic emissions of the coating materials and the substrate in the coating material: p is the density of the coating material; d is the thickness of the coating. Fig. 3 shows graphs of the dependences of the average frequency of the characteristic radiation of the coating material 1 and the substrate material 2 on the thickness of the zinc coating. Further, the operation of the device occurs in cycles. Before each measurement cycle on the reset circuit, all the counters are reset to the zero position (the reset circuit in Fig. 1 is not shown) and the counter 19 is preset to the number: N2 No. 2 - fao Т, (3) where No. 2 is the volume of the meter 19: Т is the time measuring cycle. After that, the circuits And 5 and 6 are opened, while the pulses from the second output of the discrimination unit pass through the And 5, circuit OR 17 to the input of the counter 10 with an adjustable conversion factor, where they are converted to the coefficient Ki and fed to the main pulse counter 11. at the same time, if Ki is equal to fio-T where Noi is the volume of counter 11 without the last trigger, then after counting the number of pulses fio T, the last trigger of counter 11 is transferred and through decoder 12, OR 13 transfers the memory unit 14 to the second position, changing the coefficient recount that the counter 10 to K2. The input pulses are converted to coefficient K2 until the number di is counted in the main counter 11, at which the memory unit 14 switches and the conversion factor changes to Kz, etc., i.e. a linear piecewise approximation of the nonlinear function is carried out; - (MI-LM2) pd f3 fio + (fico + fio) 1-e + - (MI H-M2), 0d + (f20-f20o) 1-e. , (5) the graph of this function has the form of curve 3 shown in FIG. At the end of the measurement cycle, which is determined by the volume of the measurement time counter 8 and the frequency of the stable frequency generator 9, a control unit 7 is activated, which closes the circuits And 5 and 6, stopping the supply of input pulses through these circuits And, while the I / I circuit 16 and pulses open from the generator 15 through this circuit and the OR circuits 17 and 18, respectively, fed to the counter 19 with a preset and through the counter 10 with an adjustable conversion factor to the main counter 11, i.e. the approximation of the nonlinear function (5) continues until the counter 19 is filled. This triggers a control trigger 20, which closes the circuit And 16 and sends a signal to the control unit 7. The device is ready for a new measurement cycle, and the result is recorded in the main counter 11 measurement. The measurement cycle of the digital X-ray fluorescence instrument is divided into 2 parts: the first part is equal to the set constant value during the first part when measuring the thickness dn in the main counter 11, the result dn will be recorded. and in counter 19 there will be a number f equal to: f f20 -1-12 -Т. The time of the second part of the cycle depends on this number and is equal to (6) fao Т - f2 T where fr is the frequency of the generator 15. However, the time of the second part of the cycle can be less than one hundredth of the total measurement time and does not significantly increase the total measurement time. Since the device uses a linearization device based on a linear-piecewise approximation of the nonlinear dependence, the proposed device can be equally used for cases. when the nonlinear dependences of the intensities of the two characteristic lines are not exponential, which is exactly what happens in the case of X-ray fluorescence measurements of the composition of two-component alloys and mixtures.

Ф14г.1F14g.1

УП. UP

-о-about

5- ё5- ё

5 у5 y

а: ttja: ttj

AMn/tt mydef (энерги )AMn / tt mydef (energy)

, 2 . з , 2. s

Фиг.2Kif. 3Fig. 2Kif. 3

.З.3