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X射线实际应用中相关介绍及分析

百纳文秘网  发布于:2021-02-23 08:19:52  分类: 党委政府 手机版

摘 要:文章主要是根据X射线与物质的相互作用原理来对X射线测厚系统的改进使技术的研究。主要的工作是参照国内相关厂家的设计制造经验,并结合国内外相关的研究,通过研究影响X射线测厚仪稳定性与测量精度的各因素,并进行全面具体的分析,然后根据分析得出一些可以提高X射线测厚仪测量精度与稳定性的方法,从而对X射线测厚仪提出了一个较系统的改进与维护方案,最后通过一定的测试测量与数据分析,得出改进措施是合理有效的。

关键词:X射线;实际应用;相关介绍

要想得到高的X射线测量灵敏度,而且厚度又能确定,理论上所加偏压KV应该选择尽可能的小。但考虑到统计噪声的问题,我们需要选择的KV又需要尽可能大,由此我们在确定偏压KV时需要考虑的两个问题灵敏度以及统计噪声就是一对矛盾的,因此在实际的情况中,我们对x测厚仪系统进行设计时,所选定的用于测量特定厚度的KV是一种基于灵敏度和统计噪声综合考虑的折中选择,所选的KV的值要使得两者都能达到一定的要求。我们根据一定的厚度范围就相应的确定一个对应的管电压KV,这样就能够保证在一定的厚度范围内所使用的KV,是能够满足高灵敏度的要求,同时又可以满足低统计噪声的要求[1]。

为了进一步提高测量精度,我们将VSTD X射线测厚仪的1-5000 测厚范围从原来的4段分成6个段,每个段对应一定的KV,相比而言,可以更好地保证灵敏度和统计噪声的较高要求。

1 标定曲线拟合方法的改进

伽马射线是由原子核内部释放出来的不带电的光子束流,其穿透力很强。如果辐射源的半衰期足够长,在单位时间内发出的光子束流量是一定的,也就是说,射线的辐射强度不变。当伽马射线通过被测的物体时,被测物体自身吸收了一定的射线能量(能量被吸收的多寡取决于测量的目标厚度,材料以及其他一些因素)。如果我们可以测出被吸收的射线强度,那么我们就计算出被测板带材的厚度。

射线强度的衰减与被测板带材的厚度之间的关系可以表示为:

I=I0e-?滋?籽h (1)

其中:I,I0-伽马线束穿过被测物体之前与之后的强度;μ-对应于相应材料的吸收系数;h-被测物的实际厚度;ρ-被测物体的材质密度[2]。

γ射线测厚仪包括两类,一类是穿透式测厚仪,另一类是反射式测厚仪,其中穿透式测厚仪是适合于现场的在线测量的,因此下面仅涉及穿透测量。

X射线实际测量是利用穿透物质时,射线的强度与材料相互作用的关系,从而测量材料,是一种非连接式的变化量度仪器。它以软件及硬件模块为核心,采集实时数据并计算出来偏差值给后续控制系统,达到要求厚度响应。因此,X射线测厚仪的工作原理与伽玛射线测厚仪的工作原理是近似相同,所不同的是放射源。γ射线测厚仪使用天然的放射性元素,而X-射线测厚仪则是人造X射线管作为射线源。X-射线测厚仪同γ射线测厚仪基本上是具有相同的优点和缺点。差别主要在于天然的比人工产生的具有更高的稳定性,换言之,伽马射线测厚仪是更加稳定的射线源。而x射线的则可以在关闭电源的情况下停止产生,但再次开始约20分钟的稳定期,然后才可以进行有效的测量。

当x射线穿越物质时,由于物质会对x射线产生出一系列吸收及散射作用,其能量会因材料阻挡而逐渐产生衰减,该能量的大小取决于相关该射线波长,物质的宽度以及物质的组成成分息息相关。如果X射线的波长、被测物的化学组份予以提前确定,那么该射线相关衰减量就与物质的宽度呈现出相关关系,便可以根据该条规律。射线衰减剩余能量与物质宽度的关系可由式(2)来表示。

I=I0e-?滋x (2)

式中,为射线被衰减后能量;射线未被衰减能量;为衰减系数;X为物质的宽度。上式经演算后可得式(3)。

x=■(3)

由式(3)可知,若是常数,则射线与该因素关系。对于地球元素接近常数,但对于相关射线而言,随宽度的变迁而变迁[3]。这是因为连续光谱,在与物质材料作用,随着穿透物质宽度的增大,其低能光量子迅速被吸取,高能级量子迅速增加,辐射强度也会增加,那么我们可以假设:

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,只要求出相关数据矩阵的值及粒子束强度值,就可以算出宽度X值。由于从相关仪器传声的电流信号与衰变强度成比例,而仪器电流信号又与经处电子电路板处理后的相关电压信号呈现出比例,式(6)可改写为:

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

由此我们可以根据有规则拟合出矩阵C的值,测量时根据仪器所得出的电压值V求出射线所透过物质的宽度X[4]。X与lnV关系属于高阶方程,由V求解X需要利用计算机编写递归算法而得出。

参考文献

[1]孙磊,彭雪莲.一种超声测厚仪B型扫描显示方法及其超声测厚仪[P].CN101210807 2008-07-02.北京三友知识产权代理有限公司.

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

le Gauge,ENGLAND.

[3]杨建华,刘文琦,郎华威.同位素测厚仪的合金曲线标定方法的研究[J].仪器仪表学报,2004(S1):737-738.

[4]张克敏,王世耕.测厚仪在板带轧制中的应用[J].中国仪器仪表,2006(7):60-62.

作者简介:姚磊(1985,11-),男,山东省济宁市,现职称:助理工程师,学历:硕士研究生,研究方向:放射性环境监测。

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