射线测厚方法和射线数字厚度计技术

本发明专利技术用于材料厚度的无接触在线测量，由放射源、探测器和二次仪表构成。其二次仪表包括静电计，双积分式比值对数Ａ／Ｄ变换器，时间常数调整电路和Ｖ－［０］保持电路，Ｖ－［０］为材料厚度为０时静电计的输出电压。由于引入了双积分比值对数Ａ／Ｄ变换器，并且在变换器积分过程中能改变时间常数，使本厚度计在量程范围内能给出满足误差要求的厚度数字指示。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物理领域涉及一种粒子辐射计量设备，用于机械量测量。目前在线测量和控制板材生产的同位素或χ射线厚度计种类很多，但是，基本上分两大类。1.偏差式厚度计仪表只显示被测板材与标准板材的差值。这种方法的优点是电路简单，易实现，价格便宜。缺点是不能直接读出被测板材的厚度值，只显示与标准板材的偏差。改变生产规格要装上不同的标准板，更换标准板要中断生产，浪费时间，降低生产效率。例如武汉温度计厂，长沙仪表厂，大连213所生产的同位素厚度计均属于这类仪表。英国1976年3月10日公布的专利1427751也是偏差指示的厚度计，其不能在量程范围内实现数字直读的原因是因为采用的对数放大器及线性A/D交换器的变换结果不能在量程范围内拟合材料对射线的吸收曲线。2.直读式厚度计当射线穿过被测板材时，射线强度被衰减。被测的板材厚度Th变化时探测器的输出信号电压V也随之变化。它们之间有函数关系V＝f(Th)。现有的直读式厚度计是将探测器的输出信号进行放大，放大后的信号电压V进行线性A/D变换，得到的数字信号输入计算机。计算机由函数V＝f(Th)计算出厚度Th值。这种厚度计的优点是直读，并能进行控制。缺点是设备复杂，价格较贵，不适合在恶劣的环境下工作。英国1981年9月3日公布的专利1597010属于这类仪器。本专利技术的目的在于提供一种A/D变换器实现板材厚度值的直读以及一种校准方法。既改进了偏差式厚度计读数不便及使用不便的缺点，又能代替微机计算厚度值。具有电路简单、价格便宜、使用方便的优点。本专利技术的要点是提供一种变换器，这种变换器输出的BCD代码与输入的模拟电压的关系在要求的误差范围内和板材的厚度值与探测器输出信号的关系曲线一致。此时变换器的输出代码也就是被测板材的厚度值读数了。同位素放出的β射线或γ射线，在穿过被测板材时，放射性强度和被测板材的厚度Th的关系为N(Th)＝N0e-μTh(1)N0为板材厚度为0时探测器接收的放射性强度，粒子数/秒。N(Th)为板材厚度为Th时探测器接收的放射性强度，粒子数/秒。μ为材料的吸收系数，毫米-1或厘米2/克Th为板材厚度，毫米或克/厘米2。探测器的输出信号经放大器放大后的输出电压V与板材厚度值Th的关系为V(Th)＝V0e-μTh(2)V0为板材厚度为0时输出电压，伏。V(Th)为板材厚度为Th时输出电压，伏。Th= 1/(μ) ln (V0)/(V(Th)) (3)使用低能γ射线或β源时(3)式的误差是很小的。如果用中能γ源或用低能γ源测量较轻的元素时(3)式给出较大的误差，应考虑累积效应。V(Th)＝V0e-μThB(μTh) (4)Th= 1/(μ) ln (V0B(μTh))/(V(Th)) = 1/(μ) ln (V0)/(V(Th)) + 1/(μ) lnB(μTh)(5)附图2中的曲线1为窄束γ射线也就是积累因子B(μTh)＝1时的吸收曲线。曲线2是积累因子大于1时的吸收曲线。实现厚度值的直读，显示Th值，也就是设计一种变换器，这种变换器的数字输出信号能够拟合曲线1和或线2。在量程范围内其偏差满足精度要求。以下将结合例图对专利技术作进一步详细描述图1为数字直读式同位素厚度计原理图图2为γ射线的吸收曲线(静电计输出电压与材料厚度的关系曲线)图3为双积分A/D变换器积分器的输出波形图1电路单元说明〔1〕放射源 〔2〕探测器〔3〕静电计 〔4〕比值对数A/D变换器〔5〕〔6〕积分时间常数调节电路〔7〕Vo保持电路 〔8〕上限予置开关〔9〕下限予置开关 〔10〕数值比较器〔11〕轧辊压下调节电路图2曲线1为窄束γ射线吸收曲线(积累因子B(μTh)＝1)。图2曲线2为积累因子B(μTh)＞1时，γ射线的吸收曲线。图2曲线3为以三段折线(二个折点)拟合曲线2的示意曲线。图3 a双积分A/D变换器的积分器输出波形。图3 b比值对数A/D变换器的积分器输出波形。本设备包括放射源〔1〕、探测器〔2〕、静电计〔3〕、双积分比值对数A/D变换器〔4〕、积分时间常数调节电路〔5〕、〔6〕、V0保持电路〔7〕、上限予置开关〔8〕、下限予置开关〔9〕、数值比较器〔10〕和压下调节电路〔11〕。一般的双积分式的A/D变换器是线性变换器。其积分器的输出波形如图3a。T0为自校零周期，T1为对输入信号积分周期，T2为对参考电压反向积分周期。积分器的输出电压过0时得到的时钟脉冲数就是输入电压值VIn＝T2′·f·v (6)f为时钟频率，T2′为对参考电压的反向积分时间，v为每个脉冲代表的电压值。如果在积分电容Cint上并一个电阻RP，在输入端InLo，RefHi和RefLo之间并联电阻R1和R2。积分器的输出波形如图3b。我们定义τ＝CintRp(7)K= (R2)/(R1+R2) (8)如果将V0输入InHi输入端，V1输入InLo输入端。则参考电压VRef＝KV1(9)对输入电压积分完成时，积分器的输出电压Vi n t( T1)= ( V0- V1)RPRi n t(1 - e- T1/ τ)]]>(10)对参考电压反向积分的最大幅度为|Vmax|=Vint(T1)+VRef(Rp)/(Rint) (11)Vint(T)=[Vint(T1)+VRef(Rp)/(Rint) ]e-T/τ-VRef(Rp)/(Rint) (12)当Vint(T)＝0时，完成反向积分周期，得到T2′。［Vi n t(T1) + VR e fRpRi n t］e- T2′/ τ= VR e fRpRi n t]]>(13)将(9)，(10)代入(13)得到 选择K = ( 1 - e- T1/ τ)]]>(15)则T2′= τln (V0)/(V1) (16)如果时钟频率为f，n表示显示器的脉冲计数则T2′＝ (n)/(f) (17)代入(16)式n=fτln (V0)/(V1) (18)由(3)式Th= 1/(μ) ln (V0)/(VTh) (3)把被测板材厚度为0时放大器的输出电压V0输入双积分A/D变换器的InHi端，把板材厚度为Th时的放大器输出电压VTh作为V1输入双分变换器的InLo端。选择每个计数代表的厚度值t＝Th/n，(3)式可改写为n= 1/(μt) ln (V0)/(VTh) (19)(18)和(19)二式相等，则fτ＝ 1/(μt)τ＝ 1/(ftμ) (20)K = ( 1 - e- T1· f ·t ·μ)]]>(21)对图1，〔4〕形式的电路，只要按(20)和(21)二个公式选择电路参数，就可以做成积累因子B(μTh)＝1的直读式厚度计了。附图1中电压比较器及相连的电阻R3、R4及电子开关Ke1、Ke2构成的积分时间常数调节电路〔5〕、〔6〕是用来改变时间常数的。也就是改变公式(20)中的τ值的。使用低能γ射线测量轻材料时或者使用中能γ源时，必须考虑积累因子B(μTh)，否则将给出较大的误差。附图2中的曲线2是积累因子大于1时的吸收曲线。这种情况我们可以用几段折线来拟合曲线2，如图2中的曲线3。首先我们根据a线段选择一等效的μ1求出电阻R，当电容C充电到Vc＝U＊1时，电压比较器〔5〕翻转，电子开关Ke1接通，将R3并联在R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线无接触材料厚度测量方法，其特征在于：ａ，对探测器输出的与射线强度成正比的电压信号进行电压比值对数Ａ／Ｄ变换，其变换器的输出码等于被测材料的厚度值，ｂ，调正积分电容上并联电阻改变双积分Ａ／Ｄ变换器中积分器的输出电压变化速度，使 变换器的输出码与材料厚度值一致，修正由于积累因子、多能量射线源造成的吸收曲线与指数曲线的偏离。

【技术特征摘要】
1.一种在线无接触材料厚度测量方法，其特征在于a，对探测器输出的与射线强度成正比的电压信号进行电压比值对数A/D变换，其变换器的输出码等于被测材料的厚度值，b，调正积分电容上并联电阻改变双积分A/D变换器中积分器的输出电压变化速度，使变换器的输出码与材料厚度值一致，修正由于积累因子、多能量射线源造成的吸收曲线与指数曲线的偏离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于可用于数字直读式密度计，也可用作于核子秤的静载荷的测量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于适用于微机厚度计、微机密度计、也可用于微机核子秤。4.一种同位素厚度计，由放射源〔1〕、探测器〔2〕、二次仪表构成，其特征在于二次仪表采用双积分式A/D变换器〔4〕、积分时间常数调节电路〔5〕、〔6〕，V0保持电路〔7〕。5.根据权利要求4所述的厚度计，其特征在于所说的双积分A/D变换器〔4〕的信号低输入端InLo与参考电压的高输入端RefHi之间并联电阻R1，参考电压的高输入端RefHi与参考电压的低输入端RefLo之间并联电阻R2，构成输入网络，在积分电容CInt上并联电阻RP，使线性双积分A/D变换器变成输出码与信号高输入端InHi、信号低输入端InLo的输入电压的比值对数成正比的对数A/D变换器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽民，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]