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1、作者：周新朝 攀钢集团成都板材公司培训课件2* * 探头 Detector 信号检测器 Source 射线源 Steel - Thickness, t （钢-厚度为t） 测厚仪测量原理介绍 3 攀钢集团成都板材公司培训课件 Metal Blocks Gamma/X-rays 物体 伽玛/X射线 Detector 探头 射线源 钢-厚度，t I0 = Full Intensity I0 =总强度 I=Intensity I=强度 I=II=I 0 0e e -t/q-t/q t =- q ln(I / It =- q ln(I / I o o ) ) 厚度测量值 Mean free path,
2、主自由通道 q=f(keV, chemistry) 化学成份 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *4 检测强度 ID 厚度 0 q 2q 6q q = thickness at which I = 0.37*I0 位于I=0.37IO的厚度 2q = thickness for best percent noise to signal ratio 信噪比最佳的厚度 6q = maximum measurable Thickness 最大厚度量程 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *5 X射线和伽玛射线的产生和特性 同位素核裂变：常用的同 位素源是
3、镅241和铯137源 单一固定能量 单色 可靠的 低成本 低功耗 射线不能被关闭 X射线管：高压加速电子轰 击靶 能谱 可变能量 安全-可通过关闭高压停 止产生射线 光子强度大 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *6 适用于测量钢 铁厚度的射线 测厚范围-钢 Sr90 (Beta ray) 0.05 - 1.00 mm 锶90 贝它射线 Am241 (Gamma Ray) 0.15 - 6.25 mm 镅241 伽玛射线 Cs137 (Gamma Ray) 6.0 - 125 mm 铯137 伽玛射线 100kV (X-ray) 0.1 - 10.0 mm 100kV
4、X射线 160kV (X-ray) 0.2 - 25.0 mm 160kV X射线 240kV (X-ray) 1.0 - 50.0 mm 240kV X射线 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *7 射 线 源 的 半 衰 期 同位素有”半衰期“活度衰减到初期一半所用 的裂变时间 Am241（镅241）433 years （年） Cs137 （铯137）3 0 years （年） Sr90 （锶90）29.6 years （年） 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *8 X射线管产生的X射线 X射线强度IO正 比于X管电流， 典型的其强度要 比同类
5、设备的同 位素源大500到 1000倍 X射线的能量 Kev,与X射线管 的高压有公式关 系 Anode 阳极 +HV -HV Filament 灯丝 Electrons 电子 X射线，强度为IO 2 - 6 VAC 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *9 平均射线能量（kev)=0.8KV max 射线源高压，KVmax Gamma Ray Source gives mono-energetic Beam 伽玛源产生的单一能量射线 能量，KeV 射线/强度 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *10 X射线和伽玛射线的检测 电离室 光电倍增管式检
6、测器 + HV- HV X射线撞击气体原子，发生 电离产生电子流 e- = current 电子流 X射线激 crystal to generate light Light Detector 光检测 Scintillation Crystal 闪烁晶体 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *11 电离室和光电 倍增管的特点 电离的优点 非常稳定,温飘很低 饱和照射后快速恢复 100KV以下检测效率高 缺点 响应略低于电离室 高能量射线检测效率低 光电倍增管的优点 n响应略高于电离室 n高能量射线检测效率高 缺点 n 稳定差,温飘很高,需要温控装置 n 饱和照射后恢复慢 攀
7、钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *12 测厚仪主要指 标(IEC-1336) 测量噪音 响应时间(时间常数) 长期漂移(稳定性) 静态精度 其中噪音指标和响应时间是相关指标 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *13 统计噪声 噪声产生于射线的发生，吸收 和检测过程中 噪声有以下计算方式 1 sigma - 68.3% of time 2 sigma - 95.5% of time 3 sigma - 99.7% of time 1.65 sigma - 90% of time 探头 源 VD 噪声带 VD Time 时间 攀钢集团成都板材有限责任
8、公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *14 * D DW t t = nq t e - t 2q k i E S 0dd t 厚度 绝对误差 西格马数 EO的主自由通道（吸收系数） 常数 强度/电流 能量 固体角度（入射角） 检测效率 时间常数 Function minimum when t = 2q (X-ray gauges produce more signal) X射线测厚仪产生更强的信号 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 15 1234567 8 1 2 3 4 5 6 7 RELATIVE NOISE 相对噪声 n( ) i 0.1i Min at t=2q
9、for Isotope 在t=2q时最小（同位素） Min at t=q for X-ray 在t=q时最小（X射线） 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 测厚仪测量原理介绍 *16 012345678 0 1 2 3 4 5 6 7 8 RELATIVE NOISE 相对噪声 THICKNESS / MEAN FREE PATH 厚度/主自由通道 RELATIVE NOISE 相对噪场 0 n( ) i 80.1i Increasing the x-ray energy shifts the optimum thickness point of the noise curve 增加X射线能
10、量将改变噪声曲线最佳 噪声厚度范围随之改变 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 *17 厚度 t Time 时间 被测物体实际厚度 Thickness change as measured by gauge 测厚仪输出的测量厚度 T0TR 63% Response Time TR = Time to reach 63% of final reading 响应时间TR=输出达到63%时的时间 (99.3% of final reading is reached after 5*TR) 5* TR时间后测量值将达到99.3% 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 *18 测厚仪测量原理介绍 厚度
11、 Time 时间 实际厚度 T0 63% 更新时间 测厚仪模拟输出 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 *19 测厚仪测量原理介绍 为什么X射线测 量效果较好? X射线会给出较好测量效果的原因 更多的光子射线强度高使噪声更低 可以根据测量厚度范围调整最佳射线能量 在同样的噪声条件下,射线强度高会使响应时间 更快 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 *20 测厚仪测量原理介绍 同位素、X射 线的各自优缺 点 Isotope 同位素 低成本 高可靠性 易维护 合金易较准 低速轧制线 射线强度低,使用时 辐射范围小 X-ray X射线 响应快 低噪声 没有不适合的测量厚度 高的气隙开口 攀钢集团
12、成都板材有限责任公司培训课件 *21 测厚仪测量原理介绍 * 同位素和X 射线的缺 点 Isotope 同位素 仅适合一定的厚度测 量范围 响应慢 噪声较高 气隙小 应用受限制要特殊许 可证 X-ray X射线 费用高 维护要求高 合金补偿复杂 射线强度大使用 辐射范围大 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 22 测厚仪测量原理介绍 测量的标准 化（校正） 标准化（校正）采样以下两个电压 射线束内没有物体时的全电压VO 快门关闭，测量出基准电压Vinf 即放 大器的偏置电压 通过使用校正的电压比值去可以补偿测量 曲线由于探头/外界异物产生漂移，测量 精度依然可以保持不变。 攀钢集团成都板材有
13、限责任公司培训课件 *23 测厚仪测量原理介绍 标准化 厚度 0 零厚度时的标准化探头输出 标准化的 探头电压 使用标准化值可以保证曲线精度 不因时间而变化 1.0 0 . . . . . . . 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 *24 测厚仪测量原理介绍 标 准 化 厚 度 计 算 VD Thickness 厚度 0 V0,detector voltage at zero thickness 零厚度时探头电压V0 Vinf, detector voltage at infinite thickness 探头在无限大厚度时的电压 探头 电压 厚度 = - q * Ln (VD - Vin
14、f ) (V0 - Vinf ) 攀钢集团成都板材有限责任公司培训课件 *25 测厚仪测量原理介绍 新测厚仪产品介绍 攀钢集团成都板材公司培训课件26 攀钢集团成都板材有限责任公司新测厚仪： 型号：HRX-90 X射线测厚仪 厂家：马鞍山恒瑞测量设备有限公司 硬件设备有： 1、主电柜， 2、冷却器， 3、入、出口驱动箱， 4、入、出口C型架， 5、入、出口接线箱， 6、入、出口高压箱， 7、入、出口行走电机， 8、电气室操作站及操作室远程连接操作站。 * 新测厚仪产品介绍 （一 ） HRX- 90型X 射线 测厚 仪设 备描 述： 攀钢集团成都板材公司培训课件27 HRX-90型X射线测厚仪是
15、在进口的美国某型X射线测厚仪基础 上研制改进而来的产品，特别适合冷轧带钢的测量范围，针对 不同的厚度范围自动改变射线能量，保证全程的高精度和低噪 音测量性能。 X射线源选用国外公司进口的最大高压可160KV的大功率射线 管，升压及控制电路的特种元件均采用进口部件，性能稳定可 靠。信号检测部分由国外进口电离室、高压模块和小信号放大 器构成。计算机采样系统由高精度快速A/D转换板（ 16BPS/100K）和基准时钟板，D/A转换板及其他辅助控制板构 成。 系统采用模块化设计、免维护设计方案及规范的制造保证了设 备系统高可靠性。仪器性能指标完全按照国际IEC1336核辐射 仪器标准进行设计、进行检测
16、。保证了系统快速响应时间、噪 音低，测量精度高，可保证测量范围内逐点误差均符合精度指 标。HRX-90型X射线测厚仪的性能指标可以达到、部分已超过 同类国外测厚仪性能指标。 * 新测厚仪产品介绍 主电柜 攀钢集团成都板材公司培训课件28* 新测厚仪产品介绍 主电柜说明 攀钢集团成都板材公司培训课件29 最高90千伏 (KV) 直流的X射线源拥有高 压电源、X射线管和发射控制系统，操 作高压适应各种测量范围电子操纵快门 ，用于开/关放射路径 电子操纵标准板用于3点校正法 带热绝缘、油/水冷却的不锈钢室 温度传感器 压缩空气吹扫能直接固定在射线源上 保护程度IP 67（防止滑油飞溅） * 新测厚仪产品介绍 主电柜驱动箱 攀钢集团成都板材公司培训课件30* 新测厚仪产品介绍
