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        X射線實際應(yīng)用中相關(guān)介紹及分析

        2016-12-31 00:00:00姚磊
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年15期

        摘 要:文章主要是根據(jù)X射線與物質(zhì)的相互作用原理來對X射線測厚系統(tǒng)的改進使技術(shù)的研究。主要的工作是參照國內(nèi)相關(guān)廠家的設(shè)計制造經(jīng)驗,并結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)的研究,通過研究影響X射線測厚儀穩(wěn)定性與測量精度的各因素,并進行全面具體的分析,然后根據(jù)分析得出一些可以提高X射線測厚儀測量精度與穩(wěn)定性的方法,從而對X射線測厚儀提出了一個較系統(tǒng)的改進與維護方案,最后通過一定的測試測量與數(shù)據(jù)分析,得出改進措施是合理有效的。

        關(guān)鍵詞:X射線;實際應(yīng)用;相關(guān)介紹

        要想得到高的X射線測量靈敏度,而且厚度又能確定,理論上所加偏壓KV應(yīng)該選擇盡可能的小。但考慮到統(tǒng)計噪聲的問題,我們需要選擇的KV又需要盡可能大,由此我們在確定偏壓KV時需要考慮的兩個問題靈敏度以及統(tǒng)計噪聲就是一對矛盾的,因此在實際的情況中,我們對x測厚儀系統(tǒng)進行設(shè)計時,所選定的用于測量特定厚度的KV是一種基于靈敏度和統(tǒng)計噪聲綜合考慮的折中選擇,所選的KV的值要使得兩者都能達到一定的要求。我們根據(jù)一定的厚度范圍就相應(yīng)的確定一個對應(yīng)的管電壓KV,這樣就能夠保證在一定的厚度范圍內(nèi)所使用的KV,是能夠滿足高靈敏度的要求,同時又可以滿足低統(tǒng)計噪聲的要求[1]。

        為了進一步提高測量精度,我們將VSTD X射線測厚儀的1-5000 測厚范圍從原來的4段分成6個段,每個段對應(yīng)一定的KV,相比而言,可以更好地保證靈敏度和統(tǒng)計噪聲的較高要求。

        1 標定曲線擬合方法的改進

        伽馬射線是由原子核內(nèi)部釋放出來的不帶電的光子束流,其穿透力很強。如果輻射源的半衰期足夠長,在單位時間內(nèi)發(fā)出的光子束流量是一定的,也就是說,射線的輻射強度不變。當伽馬射線通過被測的物體時,被測物體自身吸收了一定的射線能量(能量被吸收的多寡取決于測量的目標厚度,材料以及其他一些因素)。如果我們可以測出被吸收的射線強度,那么我們就計算出被測板帶材的厚度。

        射線強度的衰減與被測板帶材的厚度之間的關(guān)系可以表示為:

        I=I0e-?滋?籽h (1)

        其中:I,I0-伽馬線束穿過被測物體之前與之后的強度;μ-對應(yīng)于相應(yīng)材料的吸收系數(shù);h-被測物的實際厚度;ρ-被測物體的材質(zhì)密度[2]。

        γ射線測厚儀包括兩類,一類是穿透式測厚儀,另一類是反射式測厚儀,其中穿透式測厚儀是適合于現(xiàn)場的在線測量的,因此下面僅涉及穿透測量。

        X射線實際測量是利用穿透物質(zhì)時,射線的強度與材料相互作用的關(guān)系,從而測量材料,是一種非連接式的變化量度儀器。它以軟件及硬件模塊為核心,采集實時數(shù)據(jù)并計算出來偏差值給后續(xù)控制系統(tǒng),達到要求厚度響應(yīng)。因此,X射線測厚儀的工作原理與伽瑪射線測厚儀的工作原理是近似相同,所不同的是放射源。γ射線測厚儀使用天然的放射性元素,而X-射線測厚儀則是人造X射線管作為射線源。X-射線測厚儀同γ射線測厚儀基本上是具有相同的優(yōu)點和缺點。差別主要在于天然的比人工產(chǎn)生的具有更高的穩(wěn)定性,換言之,伽馬射線測厚儀是更加穩(wěn)定的射線源。而x射線的則可以在關(guān)閉電源的情況下停止產(chǎn)生,但再次開始約20分鐘的穩(wěn)定期,然后才可以進行有效的測量。

        當x射線穿越物質(zhì)時,由于物質(zhì)會對x射線產(chǎn)生出一系列吸收及散射作用,其能量會因材料阻擋而逐漸產(chǎn)生衰減,該能量的大小取決于相關(guān)該射線波長,物質(zhì)的寬度以及物質(zhì)的組成成分息息相關(guān)。如果X射線的波長、被測物的化學組份予以提前確定,那么該射線相關(guān)衰減量就與物質(zhì)的寬度呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系,便可以根據(jù)該條規(guī)律。射線衰減剩余能量與物質(zhì)寬度的關(guān)系可由式(2)來表示。

        I=I0e-?滋x (2)

        式中,為射線被衰減后能量;射線未被衰減能量;為衰減系數(shù);X為物質(zhì)的寬度。上式經(jīng)演算后可得式(3)。

        x=■(3)

        由式(3)可知,若是常數(shù),則射線與該因素關(guān)系。對于地球元素接近常數(shù),但對于相關(guān)射線而言,隨寬度的變遷而變遷[3]。這是因為連續(xù)光譜,在與物質(zhì)材料作用,隨著穿透物質(zhì)寬度的增大,其低能光量子迅速被吸取,高能級量子迅速增加,輻射強度也會增加,那么我們可以假設(shè):

        μ=f(x)=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4 (4)

        把式(4)代入式(3)后得:

        1nI=b0+b1x+b2x2+b3x3+b4x4+b5x5(5)

        由式(5)可知,只要求出相關(guān)數(shù)據(jù)矩陣的值及粒子束強度值,就可以算出寬度X值。由于從相關(guān)儀器傳聲的電流信號與衰變強度成比例,而儀器電流信號又與經(jīng)處電子電路板處理后的相關(guān)電壓信號呈現(xiàn)出比例,式(6)可改寫為:

        1nV=c0+c1x+c2x2+c3x3+c4x4+c5x5(6)

        由此我們可以根據(jù)有規(guī)則擬合出矩陣C的值,測量時根據(jù)儀器所得出的電壓值V求出射線所透過物質(zhì)的寬度X[4]。X與lnV關(guān)系屬于高階方程,由V求解X需要利用計算機編寫遞歸算法而得出。

        參考文獻

        [1]孫磊,彭雪蓮.一種超聲測厚儀B型掃描顯示方法及其超聲測厚儀[P].CN101210807 2008-07-02.北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司.

        [2]EBERLINE RADIOMETRIE,Non-Contact Instantaneous Strip Profi

        le Gauge,ENGLAND.

        [3]楊建華,劉文琦,郎華威.同位素測厚儀的合金曲線標定方法的研究[J].儀器儀表學報,2004(S1):737-738.

        [4]張克敏,王世耕.測厚儀在板帶軋制中的應(yīng)用[J].中國儀器儀表,2006(7):60-62.

        作者簡介:姚磊(1985,11-),男,山東省濟寧市,現(xiàn)職稱:助理工程師,學歷:碩士研究生,研究方向:放射性環(huán)境監(jiān)測。

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