CN102607476B - 可调节高精度x射线测厚仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

可调节高精度X射线测厚仪及测试方法。X射线管在工作时，灯丝被通电加热到一定温度才会产生大量的热电子，又加上轰击靶面，电子束的绝大部分能量都转化为热能，X射线的转换率只有不到1%，所以在工作时X射线管必须冷却，以免阴极被加热至熔化，受到损坏。一种可调节高精度X射线测厚仪,其组成包括：连接架（1），所述的连接架一端连接具有高性能X射线管（2）的X射线发射装置（3），所述的连接架另一端连接具有X射线接收电离室（14）的X射线接收装置（5）。本发明通过X射线测量带材厚度。

Description

可调节高精度X射线测厚仪及测试方法

技术领域：

本发明涉及一种射线测量领域，具体涉及一种可调节高精度X射线测厚仪及测试方法。

背景技术：

测厚仪的研究和应用开始于上世纪50年代早期，主要利用双束光探测器接收光信号进行测量。70年代后期，则主要采用单束光探测器测厚技术。80年代核物理技术快速发展并日益成熟，从军事应用向民用工业应用转变，根据射线与物质相互作用的原理，核技术在边缘学科、工业、农业和医学等方面都有广泛的应用，同位素测厚仪应运而生。

目前国内造纸、塑料薄膜、无纺布、板材生产等行业使用的测厚仪95%以上为同位素测厚仪。随着近几年放射源丢失和泄露事故的时有发生，尤其是近期发生的日本福岛核电站泄露事故，使人们越来越清楚地认识到放射性同位素的弊端，非核化成为同位素仪表发展的大方向。

X射线具备放射性同位素所有的优点，却比放射源安全得多，因此是放射性同位素很好的替代品。目前X射线应用的非常广泛，例如：医学透视、X射线显微、工业CT、X射线探伤等等。欧美等发达国家在X射线方面的应用领先于我国，例如美国的Spellman公司是专业生产X射线装置的大公司，他们已经有非常成熟的X射线测厚技术，目前我国许多测厚厂家使用的都是进口X射线测厚仪，价格都比较昂贵。

近些年，随着国产X射线管性能的提高和超高压电源技术的成熟，国内X射线测厚方面的研究也逐渐起步。但仪器在性能和工艺等方面跟国外生产的仪器比还有很大差距。目前X射线测厚方面的研究还只是停留在初期试用阶段，因此，相当大的国内市场被欧美等发达国家占领。

X射线管在工作时，灯丝被通电加热到一定温度才会产生大量的热电子，又加上轰击靶面，电子束的绝大部分能量都转化为热能，X射线的转换率只有不到1%，所以在工作时X射线管必须冷却，以免阴极被加热至熔化，受到损坏。

连续能谱的X射线透过不同厚度的吸收物质时，随着吸收物质厚度的增加，不但X射线的总强度会减小，而且平均波长向短的方向移动，也就是高能粒子所占的比例加大，这是由于低能粒子容易被吸收的缘故。

传统的电离室大都采用胶粘密封的方式，在现场环境恶劣的情况下极易破损漏气。

发明内容：

本发明的目的是提供一种射线可控、易防护、能量范围可调的可调节高精度X射线测厚仪及测试方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种可调节高精度X射线测厚仪,其组成包括：连接架，所述的连接架一端连接具有高性能X射线管的X射线发射装置，所述的连接架另一端连接具有高压放大电路板的X射线接收装置。

所述的可调节高精度X射线测厚仪,所述的X射线发射装置包括外箱体，所述的外箱体内装具有高压输出端的可调高压电源，所述的高压输出端通过导线连接X射线管的高压输入端，所述的X射线管的高压输入端装在X射线管上，所述的X射线管装在所述的外箱体内，所述的外箱体顶端具有发射窗，所述的外箱体底端具有外部供电航插，所述的外部供电航插连接所述的可调高压电源，所述的外部供电航插由外部提供+24V给高压电源。

所述的可调节高精度X射线测厚仪,所述的X射线接收装置包括铝箱体，所述的铝箱体内装有电离室屏弊桶，所述的电离室屏弊桶内具有电离室，所述的电离室连接高压放大电路板，所述的高压放大电路板通过导线连接低压外部供电航插，所述的铝箱体底部具有接收窗。

所述的可调节高精度X射线测厚仪,所述的高压电源受上位机控制，所述的高压电源给灯丝高压电源，所述的灯丝包含于X射线发生器内部，所述的X射线发生器连接X能谱硬化装置，X射线通过所述的X能谱硬化装置发射给X射线接受电离室，所述的X射线接受电离室连接前置放大电路，所述的前置放大电路连接所述的上位机。

一种用可调节高精度X射线测试方法,利用可控的X射线发生装置和专用的X射线接收电离室来测量生产线上的带材厚度，可调节高压电源及灯丝电源中的高压电源在射线管阴阳极之间形成电势差，产生X射线；通过外部供给直流24V电压转换成可调的0～10KV高压，通过x射线的接收情况进行厚度检测。

所述的可调节高精度X射线测试方法,由于电离室采集的信号非常微弱，通过所述的前置积分放大电路在信号输入端由高阻直接从电离室取出信号，并进入积分放大电路，积分芯片选择具有低温漂、高稳定性的AD549，积分电路采用双电源供电，在电源接入端芯片附近均采取相应的滤波措施；在放大电路上还采用反馈方式来稳定电路，把加到X射线管上的电压整流成直流，检测并控制此电压，采用高压测反馈：高压电压，高压电流；灯丝电流通过可变电阻实现无级调整，高压变压的初级采用高频激励，采用高稳定度的电压检测电阻及低漂移运算放大器。

有益效果：

1.本发明突破了传统的应用放射源穿透被测物的测量方式，利用可控的X射线发生装置和专用的X射线接收电离室来测量生产线上的带材厚度，测量准确。

2.本发明的测厚仪具有射线可控、易防护、能量范围可调、测量精度高、使用寿命长、维护简单。

3.本发明市场份额大概占到全国的80%；可调节高精度X射线测厚仪的成功研制使我们的厚度测量产品推陈出新，更加多样化，使我们的产品更加具有市场竞争力，从而赢得更多的市场份额。

4.本发明采用的高性能X射线管作为射线发生装置中的灯丝靶材均为钨元素，所产生的X射线光谱为连续谱，根据测量对象的不同如纸张、塑料薄膜、无纺布、铝板等多种材料和被测物厚度在1mm~40mm中间，能够实现X射线能量范围在0～70KeV可调。

5.本发明采用的可调节高压电源及灯丝电源中的高压电源的作用是产生高压，从而在射线管阴阳极之间形成电势差，产生X射线；通过外部供给直流24V电压转换成可调的0～10KV高压；保证了X射线的稳定性并一个高精度的灯丝电源调节电路，以稳定电子束的大小。

6.本发明的X射线的发生主要由管电压和管电流决定的，与管电压的立方或平方及管电流成正比；若换算到厚度上，对于管电压的波动来说要增大4～10倍，对于管电流的波动要增大1～4倍；所以要求X射线驱动器有很高的稳定性。

7.本发明把加到X射线管上的电压整流成直流，检测并控制此电压，采用高压测反馈，从而达到了高稳定度；高压电压，高压电流，灯丝电流通过可变电阻实现无级调整，使射线管根据实际的要求来调整工作环境，延长了射线管寿命和保证测量精度；高压变压的初级采用高频激励，使控制高速化和外型小巧化；采用高稳定度的电压检测电阻及低漂移运算放大器。

8.本发明的冷却装置是用导热环氧树脂将射线管包裹，再在环氧树脂外加装一定厚度的铝合金散热块能够起到射线防护作用。

9.本发明所使用的X能谱硬化装置中的X射线管产生的X射线并不是单能X射线，而是宽能谱的连续X射线，考虑了能谱的硬化；通过对不同物质的吸收实验，在X射线管发射窗口前加上不同厚度的低能滤片和准直栅达到了X能谱的硬化处理的目的。

10.本发明采用的测厚仪的电离室作为射线探测器，它的灵敏度较高，适合在线测量的要求，高性能焊封电离室，采用全新密封工艺，具有耐高温抗腐蚀的特性，比传统胶粘电离室性能更好寿命更长，更能适应现场的恶劣环境。

附图说明：

附图1为本产品的结构示意图。

附图2为附图1中X射线发射装置的结构示意图。

附图3为本产品的工作原理图原理图。

附图4为本产品的厚度测量原理图。

附图5为本产品的积分放大电路图。

具体实施方式：

实施例1：

一种可调节高精度X射线测厚仪,其组成包括：连接架1，所述的连接架一端连接具有高性能X射线管2的X射线发射装置3，所述的连接架另一端连接具有x射线电离室14的X射线接收装置5。

实施例2：

实施例1所述的可调节高精度X射线测厚仪,所述的X射线发射装置包括外箱体6，所述的外箱体内装具有高压输出端7的可调高压电源8，所述的高压输出端通过导线连接X射线管的高压输入端9，所述的X射线管的高压输入端装在X射线管上，所述的X射线管装在所述的外箱体内，所述的外箱体顶端具有发射窗10，所述的外箱体底端具有外部供电航插11，所述的外部供电航插连接所述的可调高压电源，所述的外部供电航插由外部提供+24V高压电源。

实施例4：

实施例1所述的可调节高精度X射线测厚仪,所述的X射线接收装置包括铝箱体12，所述的铝箱体内装有电离室屏弊桶13，所述的电离室屏弊桶内具有电离室14，所述的电离室连接高压放大电路板，所述的高压放大电路板通过导线连接低压外部供电航插15，所述的铝箱体底部具有接收窗16。

实施例4：

实施例3所述的可调节高精度X射线测厚仪,所述的高压电源受上位机控制，所述的高压电源给灯丝高压电源，所述的灯丝包含于X射线发生器内部，所述的X射线发生器连接X能谱硬化装置，X射线通过所述的X能谱硬化装置发射给X射线接受电离室，所述的X射线接受电离室连接前置放大电路，所述的前置放大电路连接所述的上位机。

实施例5：

一种用可调节高精度X射线测试方法,把加到X射线管上的电压整流成直流，检测并控制此电压，采用高压测反馈；高压电压，高压电流，灯丝电流通过可变电阻实现无级调整，射线管根据实际的要求来调整工作环境；高压变压的初级采用高频激励，用以控制高速化和外型小巧化；采用高稳定度的电压检测电阻及低漂移运算放大器。

实施例6：

实施例5所述的用可调节高精度X射线测试方法,所述的前置积分放大电路，由于电离室采集的信号非常微弱，在信号输入端由高阻直接从电离室取出信号，并进入积分放大电路，积分芯片选择具有低温漂、高稳定性的AD549，积分电路采用双电源供电，在电源接入端芯片附近均采取相应的滤波措施；在放大电路上还采用多种反馈方式来稳定电路，消除干扰。

实施例7：

上述实施例1所述的可调节高精度X射线测厚仪,利用波长短、能量大的X射线透过被测物体产生的衰减同被测物体的厚度成正比的原理测量板带材厚度。按此原理制成的仪器为X射线测厚仪，用于板带材的在线测量。x射线测厚仪通过调整X射线管的电压；选择X射线能量，就能适应于各种被测物质。

实施例8：

上述实施例所述的可调节高精度X射线测厚仪,

被测材料对x射线吸收的能力同材料的厚度有如下关系：

I=I0e-λd

式中I为射线穿透材料后的射线强度；I0为射线原始强度；λ为衰减系数，取决于材质；d为被测材料厚度。由上式可见，射线通过被测材料时是按指数规律衰减的，当λ已知时，测定I及I0就可以确定材料厚度d。

Claims (1)

1.一种利用可调节高精度X射线测厚仪进行测厚的方法,其组成包括：连接架，其特征是：所述的连接架一端连接具有高性能X射线管的X射线发射装置，所述的连接架另一端连接具有高压放大电路板的X射线接收装置；

所述的X射线发射装置包括外箱体，所述的外箱体内装具有高压输出端的可调节高压电源，所述的高压输出端通过导线连接X射线管的高压输入端，所述的X射线管的高压输入端装在X射线管上，所述的X射线管装在所述的外箱体内，所述的外箱体顶端具有发射窗，所述的外箱体底端具有外部供电航插，所述的外部供电航插连接所述的可调节高压电源；

所述的X射线接收装置包括铝箱体，所述的铝箱体内装有电离室屏弊桶，所述的电离室屏弊桶内具有X射线接收电离室，所述的X射线接收电离室连接高压放大电路板，所述的高压放大电路板通过导线连接低压外部供电航插，所述的铝箱体底部具有接收窗；

所述的可调节高压电源受上位机控制，所述的可调节高压电源给灯丝高压电源，所述的灯丝包含于X射线发生器内部，所述的X射线发生器连接X能谱硬化装置，X射线管产生宽能谱的连续X射线，X射线通过所述的X能谱硬化装置发射给X射线接收电离室，所述的X射线接收电离室连接前置积分放大电路，所述的前置积分放大电路连接所述的上位机；

利用可控的X射线发生装置和专用的X射线接收电离室来测量生产线上的带材厚度，可调节高压电源在射线管阴阳极之间形成电势差，产生X射线；通过外部供给直流24V电压转换成可调的0～10KV高压，通过x射线的接收情况进行厚度检测；

由于X射线接收电离室采集的信号非常微弱，通过所述的前置积分放大电路在信号输入端由高阻直接从X射线接收电离室取出信号，并进入前置积分放大电路，积分芯片选择具有低温漂、高稳定性的AD549，积分电路采用双电源供电，在电源接入端芯片附近均采取相应的滤波措施；在前置积分放大电路上还采用反馈方式来稳定电路，把加到X射线管上的电压整流成直流，检测并控制此电压；高压电压，高压电流，灯丝电流通过可变电阻实现无级调整，高压变压的初级采用高频激励，采用高稳定度的电压检测电阻及低漂移运算放大器；

被测带材对x射线吸收的能力同材料的厚度有如下关系：

I=I ₀ e ^-λd ；

式中I为射线穿透材料后的射线强度；I ₀ 为射线原始强度；λ为衰减系数，取决于材质；d为被测带材厚度，由上式可见，射线通过被测带材时是按指数规律衰减的，当λ已知时，测定I及I ₀ 就可以确定带材厚度d。