Контрольная работа по "Высшей математике"

Изделия просвечивают с использованием различных видов ионизирующего излучения.

Радиографические методы радиационного НК основаны на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в радиографический снимок или запись этого изображения на запоминающем устройстве с последующим преобразованием в световое изображение. На практике этот метод наиболее широко распространен в связи с его простотой и подтверждением получаемых результатов документации. В зависимости от используемых детекторов различают пленочную и ксерорадиографию (электрорадиографию). В первом случае детектором скрытого изображения и регистратором статического видимого изображения служит фоточувствительная пленка, во втором – полупроводниковая пластина, а в качестве регистратора используют обычную бумагу.

В зависимости от используемого  излучения различают несколько  разновидностей промышленной радиографии: рентгенографию, гаммаграфию, ускорительную и нейтронную радиографию. Каждый из перечисленных методов имеет свою область применения. Этими методами можно контролировать стальные изделия толщиной от 1 до 700 мм.

 

Рис.2. Классификация источников ионизирующего излучения.

Радиационная интроскопия  – метод радиационного НК, основанный на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в световое изображение на выходном экране радиационно-оптического преобразователя, причем анализ полученного изображения проводится в процессе контроля.

Чувствительность этого метода несколько меньше, чем радиографии, но его преимуществами являются повышенная достоверность получаемых результатов благодаря возможности стереоскопического видения дефектов и рассмотрения изделий под разными углами, быстрота и непрерывность контроля.

Радиометрическая дефектоскопия  – метод получения информации о внутреннем состоянии контролируемого  изделия, просвечиваемого ионизирующим излучением в виде электрических сигналов (различной величины, длительности или числа). Этот метод обеспечивает наибольшие возможности автоматизации процесса контроля и осуществления автоматической обратной связи контроля и технологического процесса изготовления изделия. Преимуществом метода является возможность проведения непрерывного высокопроизводительного контроля качества изделия, обусловленная высоким быстродействием применяемой аппаратуры. По чувствительности этот метод не уступает радиографии.

Для выбора предпочтительных методов радиационного НК и оптимальных  схем приборов охарактеризуем методы, нашедшие широкое применение в практической дефектоскопии, при этом основное внимание будем уделять возможности использования известных научных и технических решений применительно к задачам создания аппаратуры, расширяющей функциональные возможности радиационного НК.

Вычислительная  томография (ВТ). Это наиболее перспективный современный метод НК, основанный на послойном облучении контролируемого объекта с последующим цифровым синтезом светового изображения по данным детектора, измеряющего различия коэффициентов ослабления ионизирующего излучения в плоскости сканирования. Исторически ВТ сначала использовали в медицинской диагностике, а позднее и в промышленности, главным образом для аэрокосмической техники. ВТ как новому методу радиационного НК посвящено огромное число научных публикаций в области медицины и в области контроля качества промышленных изделий. Томографы для промышленного применения имеют ряд отличительных особенностей по сравнению с медицинскими. Во-первых, здесь нет никаких ограничений по уровню экспозиционных доз. Во-вторых, метод ВТ позволяет эффективно контролировать изделия с переменной толщиной стенки и выявлять дефекты, находящиеся в тени других, обеспечивая в целом чувствительность контроля от 0,1 до 0,01 %. Однако синтез изображений требует в лучшем случае нескольких десятков секунд (временные ограничения определяются быстродействием ЭВМ), поэтому просмотр всего объекта, т.е. измерение, синтез и анализ многих сечений, становится довольно длительной процедурой. Указанное обстоятельство является существенным ограничивающим фактором при контроле в условиях поточного производства, хотя чувствительность ВТ является рекордной.

Радиометрический  метод (РМ). РМ практически не используется для контроля объектов с переменной толщиной стенки. Основная сложность реализации данного метода заключается в создании соответствующих алгоритмов обработки информации детекторов и использовании специализированных быстродействующих ЭВМ. В целом метод перспективен для научных исследований объектов с переменной геометрией, но в радиационном контроле массовой промышленной продукции его вряд ли можно будет когда-либо использовать.

Радиография. Этот метод нашел широчайшее применение в практике радиационного НК. Весьма важным преимуществом радиографии является возможность контроля промышленных изделий всех видов. Ограничения обусловлены обязательной фотообработкой носителя информации, связанной с непроизводительными затратами труда и роста себестоимости готовой продукции.

Применительно к задачам  радиационного НК радиография объектов с изменяющейся геометрией остается пока что единственным надежным методом технической диагностики. К сожалению, сокращение добычи серебра в мировом масштабе уже сейчас делает галоидосеребряные рентгеновские пленки дефицитными. В перспективе рентгеновская пленка основное средство визуализации радиационного изображения будет заменена полупроводниковыми веществами, как это имеет место в случае электрорадиографии.

Радиоскопия. Радиоскопия (радиационная интроскопия) – быстро развивающееся направление НК. Прогресс электронной техники в области создания малошумящих усилителей слабых световых сигналов относит радиоскопию к числу технических средств, получивших широкое распространение в практике НК. В отличие от рассмотренных методов радиоскопия обеспечивает получение оперативной информации о состоянии контролируемого объекта в реальном масштабе времени.

 

ОСОБЕННОСТИ ТОЛЩИНОМЕТРИИ  И ДЕФЕКТОСКОПИИ

 

Узкий (коллимированный) пучок тормозного или γ-излучения  сканирует по контролируемому объекту, последовательно просвечивая все его участки (рис. 1). Излучение, прошедшее через контролируемый участок, регистрируется детектором, далее преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности (плотности потока) излучения, падающего на детектор.

Рис. 1. Схема радиометрического контроля:

1 - источник излучения; 2 - коллиматоры; 3 - контролируемый объект; 4 - направление перемещения; 5 - кристалл; б - фотоэлектронный умножитель; 7 - усилитель; 8 - регистрирующий прибор •

 

Электрический сигнал через  усилитель поступает на регистрирующее устройство. В качестве выходных регистрирующих устройств обычно применяют миллиамперметр, механический счетчик отдельных импульсов, осциллограф, самопишущий потенциометр, и т.д.

При наличии дефектов в материале (пустота) регистрирующее устройство отмечает возрастание интенсивности (потока) излучения. Наличие дефектов может отмечаться отклонением стрелки прибора, записью на самопишущем приборе, срабатыванием реле, приводящего в действие исполнительный механизм, который отмечает на изделии дефектные участки, и т.д.

Источник излучения  и детектор устанавливают с противоположных  сторон (работа в прямом пучке) контролируемого объекта и одновременно передвигают их параллельно поверхности просвечиваемого материала и все время на одинаковом расстоянии от нее. Иногда сканируют контролируемое изделие при неподвижных источнике излучения и детекторе.

По принципу измерения  и способам регистрации ионизирующих излучений толщинометрию можно отнести к разновидности радиометрического метода радиационной дефектоскопии. Схема измерения толщины основана на ослаблении или отражении (обратном рассеянии) ионизирующих излучений. Прошедшее через измеряемый материал излучение содержит информацию о толщине и регистрируется детектором излучения. Электрический сигнал, пропорциональный интенсивности прошедшего излучения, с детектора через усилитель потупает на измерительный прибор, шкала которого градуирована в единицах толщины измеряемого материала. Отличия дефектоскопии от толщинометрии обусловлены различиями в характере решаемых ими задач.

1. Ввиду локализации  дефектов и небольшой их протяженности  требуется быстродействующая регистрирующая  аппаратура, тогда как благодаря  плавному измнению толщины допускается усреднение результатов, что повышает точность измерений. Постоянную времени прибора необходимо подбирать таким образом, чтобы за интервал измерения можно было зарегистрировать дефект, пересекающий пучок излучения. Например, при выявлении дефектов протяженностью около 2 см, перемещающихся со скоростью 15 м/с, постоянная времени должна быть 0,01 ... 0,02 с.

2. В режиме выявления  дефектов размеры окна коллиматора  в основном определяются  размером  минимальных обнаруживаемых дефектов и поэтому всегда малы. В связи с этим при прочих равных условиях для обеспечения одинаковой чувствительности в режимах дефектоскопии и толщинометрии необходимо повышать интенсивность излучения. При построении регистрирующей аппаратуры следует учитывать, что в таких условиях она работает в неустановившемся режиме. Как показано выше, это снижает чувствительность прибора.

3. Толщину деталей  можно измерить при наличии  эталонов, поскольку режим толщинометрии  рассчитан на абсолютные измерения.

4. В силу того что  дефекты выявляют путем сравнения  качества двух объемов контролируемого изделия, просматриваемых в соседние моменты времени, в дефектоскопии производят непрерывные измерения, а в толщинометрии возможны точечные измерения.

5. Из-за конечных размеров  коллиматора дефект не мгновенно  перекрывает окно коллиматора, поэтому усредненный сигнал от дефекта на выходе детектора не является прямоугольным. Это служит дополнительной причиной того, что дефектоскопический режим работы установки менее чувствителен.

Проведенные в нашей  стране и за рубежом исследования чувствительности метода в режимах дефектоскопии и толщинометрии показали, что чувствительность во втором случае всегда выше, чем в первом.

 

ПАРАМЕТРЫ СРЕДСТВ  КОНТРОЛЯ

Все радиометрические дефектоскопы и толщинометры являются приборами, в которых поток излучения изменяется под действием измеряемой величины, а затем попадает в детектор излучения и представляет собой совокупность определенным образом связанных элементов (рис. 2).

Основными элементами любого радиометрического трибора являются: источник излучения, приемник (детектор) излучения, регистратор (электронная схема), который преобразует или усиливает сигнал детектора, и вторичный прибор.

В качестве детектора  излучения применяют: ионизационные  камеры, газовые и сцинтилляционные счетчики, полупроводниковые детекторы. Мощность сигналов детекторов мала, поэтому для усиления сигналов используют соответствующую усилительную аппаратуру.

В зависимости от вида сигналов, снимаемых с детекторов, регистраторы разделяют на аналоговые и дискретные.

При токовом режиме используется некоторый усредненный непрерывный сигнал, появляющийся на выходе детектора от попадания в него большого количества ядерных частиц или фотонов.

Таким образом, к аналоговым регистраторам относят усилители  постоянного тока, например усилители сигнала ионизационной камеры или напряжения интегрирующей цепи.

При импульсном режиме используют отдельные разделенные во времени  сигналы, появляющиеся на выходе детектора  после каждого попадания в  него отдельной ядерной частицы  или фотона. Поэтому дискретный регистратор  обычно состоит из пересчетного устройства, обеспечивающего счет импульсов за определенный промежуток времени.

 

Рис. 2. Структурная схема  построения радиометрических приборов

 

С регистратора электрический  сигнал поступает на вторичный прибор (измерительный, самопишущий, регистрирующий), показания которого пропорциональны интенсивности излучения, попадающего в детектор. Вторичные приборы, как правило, выбирают из приборов общепромышленного применения.

Основные параметры  дефектоскопов и толщиномеров - чувствительность, производительность, точность определения размеров дефекта, разрешающая способность, стабильность работы. Размеры окна коллиматора, время измерения, энергия и активность источника относятся к конструктивным параметрам. Обычно задаются материал и толщина изделия, минимальный объем и конфигурация выявляемого дефекта, производительность и вероятностные характеристики обнаружения.

Для дефектоскопов форма  окна коллиматора детектора определяется поперечными размерами дефекта. Длина окна коллиматора должна несколько превышать длину дефекта, так как при неполном перекрытии окна проекцией дефекта сигнал от дефекта уменьшается. С уменьшением площади окна коллиматора детектора повышается точность определения размеров дефекта. Однако эти требования находятся в противоречии с условием повышения производительности контроля.

Постоянная  времени фильтра определяется временем нахождения дефекта в поле коллиматора и характеризует быстродействие прибора.

При толщинометрии длина  участка контроля, на котором определяется отклонение толщины, всегда больше размеров дефекта. Кроме того, при измерении толщины не требуется высокого быстродействия, поэтому постоянную времени измерения выбирают достаточно большой, что позволяет снизить активность источника. При точечных измерениях постоянная времени не имеет оптимального значения и обратно пропорциональна активности источника.