FI67956C - Pao roentgendiffraktion sig grundande foerfarande och anordning foer maetning av spaenningar - Google Patents

Description

67956 Röntgendiffraktioon perustuva menetelmä ja laitteisto jännitysten mittaamiseksi

Pa röntgendiffraktion sig grundande förfarande och anordning för mätning av spänningar

Keksinnön kohteena on röntgendiffraktioon perustuva menetelmä metallien, etenkin austeniittisten terästen tai vastaavien jännitystilan mittaamiseksi, jossa menetelmässä detektoripintaa kallistetaan tutkittavan näytteen pinnalla kulkevan sellaisen akselin kautta, joka on olennaisesti 5 kohtisuorassa tutkittavien jännitysten suuntaan nähden ja jonka detek- toripinnan välityksellä rekisteröidään kahdella tai useammalla kallitus-kulmalla ns. Debye-renkaiden tutkittavan pinnan suuntaiset halkaisijat tai vastaavat, ja joka detektoripinta on mainittuun kallistusakseliin nähden kohtisuorassa suunnassa katsottuna kaaren muotoinen, ja jossa 10 menetelmässä käytetään sellaista mainitun kallistusakselin suunnassa pitkänomaista ja vastakkaisessa suunnassa riittävän kapeaa kaaren muotoista detektoripintaa, että menetelmän toteutuksen kannalta riittävän suuri detektoripinnan kallistuskulma on mahdollinen.

15 Keksinnön kohteena on lisäksi keksinnön mukaisen menetelmän toteuttami seen tarkoitettu mittauslaite, joka käsittää röntgenputken, joka muine laitteineen on järjestetty kierrettäväksi kyseisen kallistusakselin ympäri, joka akseli kulkee tutkittavan näytteen tutkittavan kohdan kautta ja johon laitteeseen kuuluu mainittuun akseliin nähden kohtisuo-20 rasta suunnasta nähtynä kaareva, sopivimmin ympyrän kaaren muotoinen, detektoripinta.

Ainetta rikkomaton jännitysmittauksen tarve on kasvanut voimakkaasti viime vuosina. Ainoa ainetta rikkomaton jännitysmittausmenetelmä, joka 25 on laajemmassa käytössä, perustuu röntgensäteiden diffraktioon kiteises sä materiaalissa. Mittauslaitteiden suurin puute on niiden monimutkainen rakenne ja suuri koko, mikä vaikeuttaa työskentelyä kenttäolosuhteissa.

Röntgendiffraktioon perustuvat jännitysmittausmenetelmät mittaavat ki-30 teisen materiaalin pinnan jännityksiä. Röntgensäteiden tunkeutumasyvyys 2 67956 on noin 5-25 ura:n luokkaa. Pinnassa olevat jännitykset ovat rakenteiden kestävyyden kannalta merkittäviä, koska vauriot saavat alkunsa yleensä pintakerroksista; esimerkiksi jännityskorroosio, haurasmurtuma, väsyminen, jne.

5

Kansainvälisten arvioiden mukaan materiaaliteknillisten vaurioiden aiheuttamat vuotuiset kustannukset ovat noin viisikymmentä miljardia markkaa, joista huomattava osa on jäännnösjännitysten aiheuttamia.

10 Jäännösjännitykset syntyvät aina epähomogeenisen deformaation tuloksena, joka voi olla seurausta mm. seuraavista tekijöistä: muokkaus, lämpötilaerot, faasitransformaatiot, eri faasien erilaiset lampolaajenemiskertoi-met. Tärkeimpiä metallien käsittelyjä, joissa jäännösjännityksiä muodostuu, ovat hitsaus, lämpökäsittelyt ja työstäminen esimerkiksi hiomalla. 15 Jäännösjännitykset jaotellaan tavallisesti kahteen eri ryhmään riippuen niiden vaikutusetäisyydestä: makro- ja mikrojännityksiin. Makrojännitys-ten vaikutusalue ulottuu vähintään useiden rakeiden alueelle, kun taas mikrojännitykset keskittyvät vain yhden rakeen alueelle. Röntgendiffrak-20 ti.olla mitataan makrojännityksi ä, jotka ovat joko puristus- tai veto- jäännösjännityksiä. Rakenteiden kannalta epäedullisia ovat pinnassa olevat vetojäännösjännitykset; sen sijaan puristusjäännösjännitykset parantavat mm. metallien väsymiskestävyyttä, minkä johdosta usein pyritään saamaan metalliosien pintaan puristusjännitys. Tärkeimmät menetelmät, 25 joilla puristusjäännösjännitystila voidaan saada aikaan, ovat kuula- puhallus, valssaus, vasaroiminen ja yleensä menetelmä, jolla metallin pintaa muokataan plastisesti.

Ainetta rikkomattomia ennestään tunnettuja jännitysmittausmenetelmiä 30 ja -laitteita on sovellettu käytännön olosuhteisiin suhteellisen vähän, koska ei ole ollut käytettävissä sopivia mittausvälineitä. Nyttemmin on kuitenkin alettu kiinnittää yhä enenevässä määrin huomiota jäännös-jännityksiin, koska käytännön kokemusten perusteella on todettu, että jäännösjännityksillä on usein yhtä olennainen merkitys rakenteiden kes-35 tavyydelle kuin rakenteissa olevilla säröillä ja muilla epäjatkuvuuskoh dilla. Erään japanilaisen 113 vauriotapausta käsittävän tutkimuksen mukaan 80 %:ssa jännityskorroosiotapauksista ovat jäännösjännitykset, 3 67956 jotka ovat syntyneet hitsauksen tai muiden valmistusmenetelmien seurauksena, olleet vaurion aiheuttavana jännityskomponenttina. Rakenteiden koon kasvu ja turvallisuuden korostuminen (esim. energia- ja off-shore-teknologia) ovat lisänneet myös jännitysmittausten tarvetta.

5

Edellä ilmenneiden haittojen eliminoimiseksi hakija on esittänyt (Fl-pat. n:o 61 248) ns. parannetun kameramenetelrnän, jonka vaatimien laitteiden koko on pieni ja rakenne yksinkertainen verrattuna sitä ennen yleisessä käytössä olleisiin diffraktometrilaitteisiin.

10 Röntgensäteiden diffraktioon perustuvia jännitysmittauslaitteita on periaatteeltaan kahdentyyppisiä: kamera- ja difraktometrilaitteita. Kamera-konstruktiolla päästään kaikkein yksinkertaisempaan ja pienimpään laite-konstruktioon, mutta sen haittana on filmin valotuksen ja kehityksen 15 vaatima suhteellisen pitkä aika. Diffraktometreillä mitataan röntgensäteiden intensiteettiä 20-kulman funktiona joko verrannollisuus- ja tuikelaskurilla. Laskurilla joudutaan pyyhkäisemään tietyn 20-kulma-alueen yli, mikä vaatii tarkan goniometrilaitteen, josta johtuen diffraktometrit ovat melko suuria, monimutkaisia ja kalliita laitteita 20 kenttätyöskentelyyn. Diffraktometrien kokoa on saatu jonkin verran pienennettyä ja mittausnopeutta lisättyä ns. paikan tuntevilla detektoreilla. Koska em. FI-patentissa n:o 61 248 esitetyn kameramenetelrnän käyttöön liittyy filmin valotuksen ja kehityksen vaatima suhteellisen pitkä aika, tämän keksinnön tavoitteena on kehittää jännitysmittausmene-25 telmä ja -laitteisto, joka on samaa kokoluokkaa kuin kamerakonstruktio, mutta olennaisesti nopeakäyttöisempi.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäiselle toteutusmuodolle on pääasialli-30 sesti tunnusomaista se, että menetelmässä käytetään detektoripintana tuikepinnoitteita tai vastaavia, joilla näytteestä heijastuneet röntgensäteet muunnetaan fotosignaaleiksi, jotka siirretään optisten kuitujen avulla ilmaisimelle, sopivimrain vahvistinyksikön kautta.

35 Keksinnön menetelmän toiselle toteutusmuodolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmässä käytetään integroitujen piirien valmistustekniikalla tehtyä detektoripintaa, jonka rakenteessa näytteestä heijas- 67956 tuneet röntgensäteet aikaansaavat sähkösignaalin joko suoraan tai välillisesti.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnus-5 omaista se, että mainittu detektoripinta sijaitsee symmetrisesti mainitun kollimaattorin molemmin puolin ja, että detektoripinnalla on tuike-pinnoitteista muodostuvat tai integroitujen piirien valmistustekniikalla tehdyt osat, joilla detektoripintaan osunut röntgensäteily muutetaan fotosignaaleiksi ja/tai sähkösignaaleiksi ja että laite käsittää edel-10 leen yksikön tai yksiköt joilla fotosignaalin ja/tai sähkösignaalin perusteella johdetaan mitattavat jännitykset.

Tämän keksinnön mukainen jännitysmittausmenetelmä ja -laite on kehitetty hakijan em. FI-patentin 61 248 mukaisen parannetun kameraraenetelmän poh-15 jalta, jonka etuna on ideaalinen Schultz'in tyyppiä oleva fokusointi, joka minimoi fokusointi- ja absorptiovirheet. Toinen tekijä, joka vähentää satunnaisia ja monia laitevirheitä on se, että parannetussa kamera-menetelmässä mitataan Debye-renkaiden säteiden sijasta halkaisijat.

Tässä keksinnössä korvataan FI-patentissa 61 248 käytettävä filmi tuike-20 pinnoitteella tai vastaavalla integroidulla pinnoitepiirillä, joka muuttaa röntgensäteet fotosignaaliksi. Koska diffraktoituneiden röntgensäteiden intensiteetti on pieni ja esim. tuikepinnoitteen tehokkuus on vain 15-20 %, valoa on edullista vahvistaa. Valo siirretään tuikepinnoit-teesta vahvistimeen esim. optisten kuitujen avulla.

25

Tuikepinnoitteiden ja erillisten elektroniikkayksikköjen asemesta voidaan käyttää integroitujen piirien valmistustekniikalla toteutettuja detektiopintoja, joilla ilman optisten kuitujen käyttöä saadaan aikaan suoraan sähkösignaali, joka voidaan rekisteröidä nopealla scannerilla 30 ja syöttää näin aikaansaatu signaali tietokoneeseen. Mainitun scannerin tilalla voidaan käyttää myös suoraan digitaalista laskuria, joka rekisteröi integroitujen piirien tekniikalla valmistetusta detektoripinnasta tulevien jännitepulsslen määrän. Tällä tekniikalla voidaan toteuttaa niin laajalle sektorille ulottuva detektoripinta, ettei välttämättä tarvita 35 myöhemmin kuvattavia kelkkalaitteita, joilla detektoriplntaa tarvitsisi siirtää.

li 67956

Keksinnön mukaisella uudella laitekonstruktiolla, jolla päästään samaan kokoluokkaan kuin kameralaitteilla, mittaus on oleellisesti kameramene-telmää nopeampi - muutamista sekunneista yhteen minuuttiin - kun se ennestään tunnetulla kameramenetelmällä on viidestä minuutista ylöspäin, 5 johon tulee lisäksi filmin kehittämisen ja fotometrointiin kuluva aika.

Tämän keksinnön mukaisella röntgendiffraktioon perustuvalla jännitys-mittausmenetelmällä voidaan selvittää mm. seuraavia kysymyksiä: 10 - hitsauksessa ja lämpökäsittelyssä syntyvien jäännösjännitysten esiintymistä ja määrää jännitystenpoistohehkutuskäsittelyn tarpeellisuutta ja tehokkuutta mm. hitsaussaumoille ja valukappaleille kuormitustenalaisten konstruktioiden suunnittelun avustaminen 15 - kuormitettujen konstruktioiden (esim. paineastiat, reaktorit, jne.) vastaanottotarkastukset ja uusintatarkastukset.

Laitteiston siirrettävyys tekee mahdolliseksi mittausten suorittamisen todellisissa kenttäolosuhteissa, joista esimerkkeinä voidaan mainita 20 materiaalikysymykset seuraavilla teollisuuden aloilla: offshore- ja meriteknologia energiatuotanto raskas konepajateollisuus 25 - vuoriteollisuus prosessiteollisuus

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kaaviokuviin sekä laite-esimerkkeihin.

30

Kuvio IA esittää kaaviollisesti tietyn aineen atomitasojen keskinäistä etäisyyttä jännityksettömässä tilassa ja kuvio IB esittää vastaavaa etäisyyttä jännityksen σχχ alaisessa tilassa.

35 Kuvio 2 havainnollistaa röntgensäteiden tutkittavasta kohteesta heijastumisen periaatetta.

6 67956

Kuvio 3 havainnollistaa röntgenmenetelmässä käytettyjä eri parametreja.

Kuvio 4 esittää keksinnössä sovellettavaa sylinterin osan muotoista detektoripintaa.

5

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen menetelmän lohkokaaviota ja keksinnön mukaisen laitteen toteutuksen periaatetta.

Kuvio 6 esittää yleiskuvaa keksinnön mukaisesta mittauslaitteistosta 10 sivulta nähtynä.

Kuvio 7 esittää samaa kuin kuvio 6 laitteen päädystä päin nähtynä.

Kuvio 8 esittää tuikepinnoitteista muodostuvaa detektorilaitetta, jolla 15 vastaanotetaan näytteestä heijastuvaa röntgensäteilyä, kaaviollisena si vukuvana .

Kuvio 9 esittää samaa kuin kuvio 8 tuikepinnoitteen valon herkän pinnan puolelta nähtynä.

20

Kuvio 10 esittää esimerkkiä mittauksessa tietokoneeseen liitettyyn näyttöpäätteeseen saatavasta graafisesta esityksestä, jossa pystyakselina on pulssien määrä/kanava ja vaaka-akselina kanavien lukumäärä.

25 Kuvio 11 esittää kaaviollisesti sellaista keksinnön toteutusta, jossa käytetty detektoripinta voidaan toteuttaa integroitujen piirien tekniikalla siten, että suuri osa laitteissa tarvittavaa elektroniikkaa sisältyy itse detektoripinnan struktuuriin.

30 Tämän keksinnön perustana olevassa röntgenmenetelmässä käytetään atomi-tasojen välistä etäisyyttä d mittapituutena (kuvio 1). Aallonpituuden omaavat röntgensäteet heijastuvat atomitasoista osuessaan tasoihin kulmassa O, joka saadaan Braggin laista 35 (1) 2 d sin θ = λ kuten kuvio 2 esittää.

il 7 67956

Tarkastelkaamme nyt kuvion 1 esittämää tapausta, jossa atomitasoja vastaan kohtisuora normaalijännitys σχχ suurentaa atomitasojen välin arvosta dQ arvoon d^. Braggin lain avulla voidaan molemmat etäisyydet d^ ja d laskea käyttämällä ao. Braggin kulmaa o, joka mitataan röntgen- u 5 sädediffraktion avulla, ja täten saadaan normaali muodonmuutos laske tuksi kaavasta d - d e =__o (2) xx d o 10

Vastaava jännitys a , joka aiheuttaa muodonmuutoksen e , on nyt määri-

XX XX

tettävissä Hooken lain (3) o = E e ,

XX XX

15 avulla, missä E on kimmomoduli.

Yleisemmin röntgenmenetelmä tuottaa normaalijännityskomponentin y valitussa suunnassa x, kun vähintään kaksi xz-tasossa olevaa muodonmuutosta e( H1 ) mitataan (kuvio 3). Yleisestä Hooken laista saadaan 20 E e(f2) - e^) (4) cxx 1 + υ ! 2 2 sm H^-sm y 25 missä v on Poissonin suhdeluku.

Yleisen kimmo-opin mukaisesti on koko jännitystila määritelty, kun tunnetaan kolme erisuuntaista jännityskomponenttia.

30

Kun keksinnön lähtökohdan mukaisesti heijastusten säteet rekisteröidään mitattavan halkaisijan A-A suuntaisella sylinterimäisellä tai vastaavalla (kuvio 4) detektoripinnalla 10, voidaan austeniittisten terästen heijastukset, esim. (220)„ „ ja (310),, , rekisteröidä käyttäen tar-

Cr—Ka l.r—Kp peeksi erisuuria kallistuskulmia ja (yhtälö (4)) niin, että voidaan saavuttaa riittävä jännitysmäärityksen tarkkuus.

8 67956

Koska kuitenkin 20-kulma (kuvio 2) on hieman liian pieni, on Debye-hal-kaisijat mitattava vastaavasti tarkemmin, jotta saavutettaisiin tarkkuus, joka on luonteenomainen ennestään tunnetuille tavallisille kameramenetel-mille ferriittisten terästen jännitystilaa määritettäessä. Tämä onkin 5 keksinnön perustana olevassa parannetussa kameramenetelmässä mahdollista, koska siinä eri kallistuksilla otetut kuvat saadaan fokusoiduiksi, absorptiotekijä ei riipu kallistuksesta, useat laitetekniset tekijät eivät aiheuta virhettä mitattaessa halkaisijoita ja halkaisijamittauksen avulla saadun 20-kulman satunnaisvirheet ovat pienemmät kuin vertikaali-10 säteitä mitattaessa.

Täten keksinnön mukaisella parannetulla kameramenetelmällä, jossa käytetään erityistä austeniittisten terästen tutkimiseen soveltuvaa, myöhemmin tarkemmin selostettavaa detektoripintaa, on mahdollista mitata auste-15 niittisten terästen jännitystiloja tarkkuudella, joka on tyypillinen tutkittaessa ferriittisten terästen jännitystiloja tavallisilla tunnetuilla kameramenetelmiilä, joilla austeniittisten terästen jännitystilojen määrittäminen käytännössä riittävällä tarkkuudella on aiemmin ollut mahdotonta.

20

Kuvioissa 4-9 esitetty keksinnön mukainen laite käsittää röntgenputken 16, joka on sovitettu käännettäväksi kuviossa 4 esitetyn kiertoakselin A-A ympäri. Akseli A-A on kohtisuorassa mitattavan jännityksen siirtymävaikutus suuntaan nähden. Akseli A-A kulkee tutkittavan näytteen 20 tut-25 kittavan kohdan P kautta tai sen läheisyydessä. Laitteen kääntämiseksi akselin A-A ympäri kuuluu jalustaan pyöreäpoikkipintainen kiertoakseli, jonka ympärillä on kiristettävä ja lukittava rengas (ei esitetty), kuten hakijan em. FI-patentista 61 248 tarkemmin näkyy.

30 Esillä olevassa keksinnössä era. FI-patentin 61 248 mukainen röntgenfilmi ja sen kasetti on korvattu tuikepinnoitteilla 10a ja 10b varustetulla detektoripinnalla 10, joka on kaaren muotoinen. Detektoripinnalla 10 tui-kepinnoitteet 10a ja 10b ovat symmetrisesti röntgensäteiden kollimaat-torin 11 molemmin puolin, kuten kuviosta 5 näkyy.

Röntgenputki 16 käsittää tunnetusti hehkukatodin 18 ja anodin 17, johon jännitteellä U kiihdytetyt elektronit törmäävät synnyttäen röntgensätei- li 35 9 67956 lyä. Jännite U on yleensä välillä 40-50 kV. Anodi 17 on kiinnitetty tuki- ja jäähdytinlaitteisiin 19. Anodin 17 pinta on kulmassa a viistossa asennossa köliimaattorin 11 suuntaan nähden. Kulma a on sopivimman noin 6°, millä aikaansaadaan edullinen röntgensäteiden X kohdis-5 tus näytteeseen 20. Röntgenputkessa 16 on anodina 17 esim. Cr-anodi.

Röntgenputkeen 16 kuuluvat sinänsä tunnetusti jäähdytinlaitteet 15. Kuvioiden 6 ja 7 mukaisesti laitteeseen kuuluvat tuikepinnoitteet 10a ja 10b ovat säteellä R kulmassa β tutkittavan kohdan P ollessa keskipisteenä. Röntgenputken 16 yhteyteen on sovitettu tuikepinnoitteisiin 10a 10 ja 10b yhdistetty koteloitu kuituoptiikka 12, esivahvistin 13 ja puoli-johdeilmaisin 14.

Kuviosta 5 selviää laitteen elektroniikan toteutusesimerkki. Tuikepinnoitteet 10a ja 10b on yhdistetty kuituoptisilla valokaapeleilla 21a ja 15 21b valomonistimeen 22, joka toimii sinänsä tunnetusti vahvistimena.

Valomonistimelta 22 saatavan valosignaalin intensiteetti mitataan lohkossa 23 sijaitsevien Si-valodiodien sarjan avulla. Em. Fl-patentissa 61 248 vastaava mittaus, siis röntgensäteiden intensiteettijakautuma, mitattiin filmiltä fotometrin avulla. Si-valodiodisarjän 23 mittaustulok-20 set johdetaan analogidigitaalimuuntimen 24 jälkeen monikanava-analy- saattorille 25. Monikanava-analysaattorin 25 antama informaatio johdetaan tietokoneelle 27, joka on yhteydessä mittaustulosten graafiseen näyttöön 28 ja kirjoittimeen 29. Lisäksi tietokone 27 ohjaa ohjelmansa perusteella röntgenputken suurjännitelähdettä 26 mittauslaitteiston 25 sopivan toimintasekvenssin aikaansaamista varten.

Kuvioissa 8 ja 9 näkyy detektorilaitteen 10 tarkempi toteutus. Detektori-pinta 10 muodostuu kaarevuussäteellä R olevasta johteesta 35, jonka keskipiste sijaitsee näytteen 20 tutkittavassa kohdassa P. Johteessa 35 30 on röntgensäteiden x koilimaattorin 11 molemmin puolin symmetrisesti urat 34a ja 34b, joihin siirrettäväksi on sovitettu tuikepinnoitteiden 10a ja 10b kelkkaosat 30. Tuikepinnoiteet 10a,10b on tehty suoraan valokaapelien 21a,21b optisten kuitujen päihin esim. höyrystämällä, millä päästään pieniin ja tasaisesti jakautuneisiin rakeisiin. Tuikepinnoit-35 teet 10a,10b ovat esim. kadmiumsinkkisulfidia (CdZnS), joka muuttaa röntgensäteet näkyväksi valoksi. Valokaapelit 21a,2Ib ovat esim. suorakaiteen muotoisia ja kooltaan esim. noin 2 x 10 mm. Kuviossa 9 kaa- 10 6795 6 pelien 21a,21b kuitujen päät 21' on esitetty selvyyden vuoksi luonnollista kokoa huomattavasti suurempina.

Kuvioiden 8 ja 9 mukaisesti kelkka 30 on sen salvalla 33 kiinnitetty 5 yläasentoon, jossa salvan 33 kärkikieleke lukitsee kelkan 30 johteen 35 ylemmän lukitusuran 31 määräämään asemaan. Tässä yläasennossa voidaan havaita röntgensäteiden heijastuksia Xa,Xb kulman 20 ollessa noin 156-160°. Tämä asento sopii esim. α-Fe-, Ti-, Al-mittauksiin. Tuike-pinnotteiden 10a,10b kelkat 30 voidaan siirtää myös ala-asentoon 30', 10 jossa salvat 33 lukitsevat kelkat 30' ja niiden tuikepinnoitteet 10a',10b' johteen 35 urien 32 yhteyteen. Tässä ala-asennossa, jossa kulma 20 on noin 126-130°, voidaan suorittaa γ-Fe-, Ni-seosten mittauksia.

15 Seuraavassa selostetaan yksityiskohtaisemmin keksinnön perustana olevaa parannettua kameramenetelmää, jota esillä olevassa keksinnössä on tarkoitus aiemmin ilmoitettujen päämäärien saavuttamiseksi kehittää edelleen.

Tuikepinnoitteilla 10a ja 10b mitataan Debye- renkaiden akselinsuun-20 täiset halkaisijat 2S suoraan. Näistä halkaisijoista saadaan heijastu-miskulman 180° - 20 = 20 tangentti kaavasta (5) tg 2Θ = -|§-25 missä D on koekappaleen 20 ja detektoripinnan 10 väli. Muodonmuutokset saadaan siten kaavasta 30 (6) ·<? > * ffr! 2\ -‘s 2äc>· ii 11 67956 minkä sijoittamisella yhtälöön (4) saadaan keksinnön menetelmän työskentely-yhtälö <7) 5 missä jännityskerroin on (8) k2 - ---!— ^q 2D(l+v)cg sin - sin

Kuviossa 10 on esitetty mittauksissa näyttöruutuun saatava graafinen esitys, jossa on yksi käyrä kerrallaan. Kuviossa 1 pystyakselina on monikanava-analysaattorilta 25 saatavien pulssien määrä/kanava ja vaa-15 ka-akselilla kanavien lukumäärä. Mittaamalla kuviossa 10 esitettyjen käyrien huippujen välinen etäisyys S kahdella eri kallistuskulmalla T saadaan jännitys lasketuksi edellä esitetystä kaavasta (7). Tietokone 27 voidaan ohjelmoida laskemaan mitatut jännitykset edellä esitettyihin kaavoihin perustuen suoraan, ja jännityksen mittaustulokset voi-20 daan saada suoraan graafiselta näytöltä ja/tai kirjoittimelta 29.

Kuten aiemmin on todettu, voidaan edellä selostetut tuikepinnoitteet 10a ja 10b korvata yhtenäisellä detektoripinnalla, joka voi ulottua kuviossa 6 esitetylle koko sektorille β. Tällainen detektoripinta 25 voidaan toteuttaa esimerkiksi integroitujen piirien valmistustekniikalla siten, että itse detektoripinnan struktuuriin voidaan sijoittaa useita niitä toimintoja, jotka kuviossa 5 ovat elektroniikkayksikköjen 22, 23, 24 ja 25 tehtävinä. Tällöin ei myöskään tarvita valokaapeleita 21a ja 21b, vaan mainitusta pinnoitteesta saadaan aikaan suoraan sähkö-30 signaali, jonka perusteella mitattavat jännitykset voidaan ilmaista.

Edellä selostetun kaltainen keksinnön toteutusesimerkki on kaavioili-sesti hahmoteltu kuviossa 11, jonka mukaisesti käytetään detektoripin-tana 10 fotodiodien sarjaa 42, johon sarjaan on integroitu fluorisoiva kalvo 41. Kun röntgensäde osuu mainittuun kalvoon 41, lähettää se foto-35 nin, jolloin fotodiodi 42 päästää läpi jännitteen, joka syötetään sakara-altogeneraattorista 40. Mainittu jännitepulssi muuttaa bistabiilin mul-tivibraattorin 43 tai vastaavan tilaa, silloin kun röntgensäde herättää 12 67956 fotonin diodissa 42. Multivibraattori 43 tai vastaava voi kuulua detek-toripinnan 10 integroituun rakenteeseen, joka on edellä esitetyllä tavalla kaaren muotoinen. Multivibraattorin 43 tilanmuutokset rekisteröidään nopealla scannerilla 44 ja näin aikaansaatu sähkösignaali syöte-5 tään tietokoneeseen 45. Edellä mainitun bistabiilin multivibraattorin 43 ja scannerin 44 tilalla voidaan käyttää suoraan digitaalista laskuria, joka rekisteröi detektoripinnalta 10 tulevien jännitepulssien määrän.

10 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.

n

Claims (14)

679 5 6

1, Röntgendiffraktioon perustuva menetelmä metallien, etenkin austeniit-tisten terästen tai vastaavien jännitystilan mittaamiseksi, jossa menetelmässä detektoripintaa (10) kallistetaan tutkittavan näytteen (20) pinnalla kulkevan sellaisen akselin (A-A) kautta, joka on olennaisesti 5 kohtisuorassa tutkittavien jännitysten (cr ) suuntaan nähden ja jonka XX detektoripinnan (10) välityksellä rekisteröidään kahdella tai useammalla kallituskulmalla (Ψ) ns. Debye-renkaiden tutkittavan pinnan suuntaiset halkaisijat (2S ) tai vastaavat, ja joka detektoripinta (10) on mainit- d X tuun kallistusakseliin (A-A) nähden kohtisuorassa suunnassa (B-B) kat-10 soituna kaaren muotoinen, ja jossa menetelmässä käytetään sellaista mainitun kallistusakselin (A-A) suunnassa pitkänomaista ja vastakkaisessa suunnassa riittävän kapeaa kaaren muotoista detektoripintaa (10), että menetelmän toteutuksen kannalta riittävän suuri detektoripinnan (10) kallistuskulma (Ψ) on mahdollinen, tunnettu siitä, että tnene-15 telmässä käytetään detektoripintana (10) tuikepinnoitteita tai vastaavia (10a, 10b), joilla näytteestä heijastuneet röntgensäteet muunnetaan foto-signaaleiksi, jotka siirretään optisten kuitujen avulla ilmaisimelle (23), sopivimmin vahvistinyksikön (22) kautta. 20

2. Röntgendiffraktioon perustuva menetelmä metallien, etenkin austeniit- tisten terästen tai vastaavien jännitystilan mittaamiseksi, jossa menetelmässä detektoripintaa (10) kallistetaan tutkittavan näytteen (20) pinnalla kulkevan sellaisen akselin (A-A) kautta, joka on olennaisesti kohtisuorassa tutkittavien jännitysten (o ) suuntaan nähden ja jonka 25 detektoripinnan (10) välityksellä rekisteröidään kahdella tai useammalla kallituskulmalla (Ψ) ns. Debye-renkaiden tutkittavan pinnan suuntaiset halkaisijat (2S ) tai vastaavat, ja joka detektoripinta (JO) on mainit- äX tuun kallistusakseliin (A-A) nähden kohtisuorassa suunnassa (B-B) katsottuna kaaren muotoinen, ja jossa menetelmässä käytetään sellaista mai-30 nitun kallistusakselin (A-A) suunnassa pitkänomaista ja vastakkaisessa suunnassa riittävän kapeaa kaaren muotoista detektoripintaa (10), että menetelmän toteutuksen kannalta riittävän suuri detektoripinnan (10) kallistuskulma (Ψ) on mahdollinen, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään integroitujen piirien valmistustekniikalla tehtyä 35 detektoripintaa (41, 42, 43), jonka rakenteessa näytteestä heijastuneet 14 67956 röntgensäteet aikaansaavat sähkösignaalin joko suoraan tai välillisesti.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu sähkösignaali rekisteröidään nopealla scannerilla tai 5 suoraan digitaalisella laskurilla tai vastaavalla, joista signaali johdetaan tietokoneelle, joka sopivan ohjelman perusteella tulostaa mitattavan jännityksen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että mainittuna vahvistinyksikkönä (22) käytetään valomonistinta.

5. Patenttivaatimuksen 2 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittuna detektorina (23) käytetään Si-valodiodien sarjaa tai vastaavaa, jota sopivimmin jäähdytetään tarvittavan herkkyyden ai- 15 kaansaamiseksi.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2, 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitulta valodiodisarjalta (23) tai vastaavalta saatu mittaussignaali johdetaan analogidigitaalimuuntimeen (24), 20 jonka digitaalisignaali johdetaan monikanava-analysaattorille (25) ja että mainitun monikanava-analysaattorin (25) lähtösignaali syötetään tietokoneelle (27), joka sopivan ohjelman perusteella antaa jännityksen mittaustulokset graafisessa näytössä (28) ja/tai kirjoittimen (29) kautta printattuna. 25

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään tietokonetta (27), joka sovitetaan ohjaamaan laitteen röntgenputken (16) suurjännitelähdettä (26) sopivan mittaussekvenssin aikaansaamista varten. 30

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1, 2, 4, 5, 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut tuikepinnoittet (10a,10b) on järjestetty siirrettäväksi ainakin kahteen eri positioon (10a,10a') mainitulla detektoripinnalla (10) erilaisten tutkittavien materiaalien eri- 35 suuruisten heijastuskulmien mukaisesti.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaisen menetelmän toteuttamiseen II 67956 tarkoitettu mittauslaite, joka käsittää röntgenputken (16), joka muine laitteineen on järjestetty kierrettäväksi kyseisen kallistusakselin (A-A) ympäri, joka akseli (A-A) kulkee tutkittavan näytteen (20) tutkittavan kohdan (P) kautta ja johon laitteeseen kuuluu mainittuun akse-5 liin (A-A) nähden kohtisuorasta suunnasta nähtynä kaareva, sopivimmin ympyrän kaaren muotoinen, detektoripinta (10), tunnettu siitä, että mainittu detektoripinta (10) sijaitsee symmetrisesti mainitun kolli-maattorin molemmin puolin ja, että detektoripinnalla (10) on tuikepin-noitteista muodostuvat tai integroitujen piirien valmistustekniikalla 10 tehdyt osat (10a, 10b; 41), joilla detektoripintaan osunut röntgensä teily muutetaan fotosignaaleiksi ja/tai sähkösignaaleiksi ja että laite käsittää edelleen yksikön tai yksiköt joilla fotosignaalin ja/tai sähkö-signaalin perusteella johdetaan mitattavat jännitykset.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu detektoripinta (10) käsittää kaaren, sopivimmin ympyrän kaaren (säde R), muotoisen johdeosan (35), jonka keskikohdalla on röntgensäteiden kollimaattori (11), 20 että mainitun kollimaattorin (11) molemmin puolin symmetrisesti on sovitettu tuikepinnoitteet (10a,10b) tai vastaavat, että mainitut tuikepinnoitteet (10a,10b) on yhdistetty optisten kuitu-kaapelien (21a,21b) avulla detektoriin (23), sopivimmin vahvistimen 25 (22), kautta ja että laitteessa on elektroniikkaosa, johon kuuluu kuuluu detektorin (23) lisäksi analogidigitaalimuunnin (24), monikanava-analysaattori (25) sekä tietokone (27) näyttö- ja/tai tulostuslaitteineen (28,29). 30

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut tuikepinnoitteet (10a,10b) on järjestetty siirrettäväksi mainitulla kaarevalla johteella (35) kelkkalaittein (30), jotka ovat lukittavissa mainitun johteen (35) yhteyteen ainakin kahteen eri asemaan 35 (30;30’) erilaisten materiaalien mittausta varten (kuviot 8 ja 9).

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että 16 67956 mainitut kelkkalaitteet (30) ovat lukittavissa mainitun johteen (35) yhteyteen salvalla (33) tai vastaavalla mainitun johteen (35) yhteydessä olevaan vasteeseen, kuten lukitusuraan (31,32) tai vastaavaan.

13. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu detektorlpinta (41, 42, 43), joka on valmistettu integroitujen piirien valmistustekniikan tapaan niin, että mainitusta detektoripinnasta (41, 42, 43) saadaan suoraan sähkösignaali (kuvio 11).

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laite, t u n n e t tu siitä, että mainittu puolijohdedetektoripinta (41, 42, 43) käsittää fotodiodien (42) tai vastaavien sarjan, joka on varustettu fluorisoivalla kalvolla (41), johon röntgensäteily kohdistuu, että detektoripintaan kuuluu edelleen bistabiilien multivibraattorlen tai vastaavien sarja (43) ja että lait-15 teeseen kuuluu scanner! (44), digitaalilaskuri (11) tai vastaava, joka on yhdistettävissä tietokoneeseen (45). ti 67956 17