Радиометрический контроль сложнопрофильных изделий
На правах рукописи
СОЛОДУШКИН ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Специальность 05.11.13.- Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Томск 2002
Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете и Томском политехническом университете
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Недавний Олег Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Смирнов Геннадий Васильевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник Забродский Виталий Антонович
Ведущая организация: НПО «ЦНИИТМАШ», г. Москва
Защита состоится " 23 " декабря 2002 г. в " 15 " часов на засе дании диссертационного Совета Д 212.269.09 при Томском политехни ческом университете по адресу: Россия, 634028, г. Томск, ул. Савиных, 7. Библиотека НИИ интроскопии.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского поли технического университета.
Автореферат разослан " 12 " ноября 2002 г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.
Несмотря на значительное количество работ в области теории радиационного неразрушающего контроля и инженерно технических разработок, практически реализующих положения метода, до сих пор остается нерешенной в полной мере задача ра диометрического контроля сложнопрофильных объектов (изде лий). Для дальнейшего развития методов и средств радиометриче ского контроля существующие алгоритмы обработки не позволяют реализовать потенциальные возможности метода. Это справедливо как для процедур выбора апертур детектирующих устройств, так и для способов формирования и обработки информации. Данное об стоятельство сдерживает практическое использование потенци альных возможностей радиометрического контроля, особенно при контроле изделий, имеющих сложную геометрическую форму. В связи с этим, тема, избранная для диссертационных исследований, является актуальной. Об этом свидетельствует и то, что работа выполнялась в рамках темы НИР:211.09.02 «Разработка принци пов комплексного использования научных достижений в области контроля и диагностики в строительной отрасли и методологии подготовки специалистов высшей квалификации» подпрограммы «Архитектура и строительство» научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направ лениям науки и техники» и проекта №2.03-28 «Диагностика внут ренних пространств остановленных уран-графитовых реакторов и разработка концепции контроля и управления технологией их кон сервации» по межотраслевой программе сотрудничества Мини стерства образования Российской Федерации по атомной энергии по направлению «Научно-инновационное сотрудничество».
ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.
Целью диссертационной работы является разработка и со вершенствование радиометрического контроля сложнопрофиль ных изделий, имеющих значительные перепады по толщине, на основе оптимизации методов формирования и обработки радио метрической информации.
Для достижения данной цели необходимо было решить сле дующие задачи:
- выбрать оптимальную функцию пространственной чувстви тельности детектора, разработать алгоритм коррекции апертур ных искажений при формировании радиационного сигнала и спо соб реализации этого алгоритма;
- разработать метод определения оптимального шага скани рования объекта контроля;
-оценить влияние аппаратурного «мертвого времени» непро длевающегося типа и построить алгоритм коррекции его влияния методом построения градуировочной кривой шкалы радиометра;
- провести сравнительный анализ эффективности аналогового и счетного режимов контроля при исследовании объектов со зна чительными перепадами по толщине;
- выполнить апробацию разработанных алгоритмов и реко мендаций в приборах радиометрического контроля.
МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЙ И ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ Исследования базируются на теоретических положениях ра диационного метода неразрушающего контроля. Достоверность полученных результатов обеспечена корректным применением математического и функционального анализа, теории множеств, теории вероятностей и математической статистики. Под тверждением достоверности теоретических положений диссерта ционных исследований является согласованность с ранее полу ченными теоретическими результатами других авторов. Экспери ментальным подтверждением достоверности данной работы явля ется применение полученных методик и расчетных соотношений при модернизации и функционировании 256-ти канального радио метрического комплекса, разработанного в НИИ строительных ма териалов ТГАСУ.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:
1)С целью расширения функциональных возможностей ра диометрического тракта дополнена и скорректирована математи ческая модель, которая более адекватно описывает процессы фор мирования и обработки сигнала для объектов контроля, имеющих сложную геометрическую форму. В данной модели, в отличие от ранее известных, учтены:
- объемно-пространственное представление объекта контро ля и инородных включений;
-нелинейность таких процессов как квантование сигнала и прохождение сигнала через преобразователь, имеющий аппара турное «мертвое» время.
2)Выполнена оптимизация пространственной функции чувст вительности детектора излучения с учетом объемного модельного представления объекта контроля и инородного включения 3)Получена система интегральных уравнений, позволяющая определить характеристики импульсного потока (обусловленного фотонным излучением), прошедшего через инерционное звено, имеющего аппаратурное «мертвое» время.
ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ ДЛЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ.
1.Теория радиометрического контроля дополнена и развита применительно к объектам, имеющим сложную объемную гео метрическую форму со значительными перепадами по толщине.
Найдены оптимальные соотношения, связывающие параметры и условия работы радиометрической системы с характеристиками объекта контроля.
2.Практическая ценность работы состоит в разработке мате матических соотношений, рекомендаций, методов инженерного расчета и алгоритмов для обеспечения корректного функциониро вания радиометрического комплекса, предназначенного для кон троля сложнопрофильных объектов и изделий.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.
1.Научные положения диссертационной работы использованы при модернизации 256-ти канального радиометрического ком плекса, предназначенного для изучения внутренней структуры сложнопрофильных композиционных материалов и изделий.
2.Математические соотношения, полученные в диссертацион ной работе и описывающие процессы функционирования радио метрического тракта, используются в учебном процессе электро физического факультета ТПУ при обучении студентов по специ альности 190200-«Методы и приборы контроля качества и диагно стики» и подготовке бакалавров и магистров по направлению 5511000-«Приборостроение».
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
-совокупность установленных закономерностей формирова ния радиометрической информации и математических соотноше ний, связывающих характеристики сложнопрофильных объектов и изделий c параметрами радиометрической системы, предназна ченной для их контроля;
- метод нахождения оптимальной апертуры детектора излуче ния для объекта контроля произвольной геометрической формы;
-способ коррекции апертурных искажений;
-выбор режима контроля.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.
Основные положения диссертационной работы и отдельные ее результаты докладывались и обсуждались на семинарах ТПУ, ТГАСУ, а так же на научных конференциях и симпозиумах раз личных уровней, в частности:
- международном симпозиуме Proceedings of the 5 th Korea Russia International Symposium on Science and Technology, Tomsk, Russia, June 26 - July 3, 2001.;
- XX Уральской региональной конференции "Контроль техно логий, изделий и окружающей среды физическими методами", г.
Екатеринбург, 2001.;
- втором Всероссийском симпозиуме по прикладной и про мышленной математике (летняя сессия), г. Самара,1-6 июля 2001.
ПУБЛИКАЦИИ.
По материалам диссертации опубликовано 24 научных работы.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, приложения и содержит страниц машинописного текста, 26 рисунков, 3 таблицы, 153 на именования библиографии и 1 приложение.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, изложены научные и практические результа ты, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена обзору литературных данных и обоснованию целей и задач исследований, сформулированных во введении. Проанализировано современное состояние методов об работки информации для радиометрического контроля сложно профильных изделий, имеющих значительные перепады по тол щине.
Вторая глава посвящена оптимальному выбору апертуры де тектора излучения и коррекции апертурных искажений.
Выбор оптимальной функции пространственной чувстви тельности детектора Теоретически исследована перспектива использования в радио метрических системах контроля детекторов с неоднородной про странственной чувствительностью к излучению. Рассмотрена задача выбора оптимальной функции пространственной чувствительности детектора излучения, применяемой при регистрации излучения в ра диометрических системах радиационного контроля. Данная задача рассмотрена для широкого класса однородных объектов контроля (ОК) и большого разнообразия инородных однородных включений (ИВ). Более полное и подробное исследование проведено для прак тически важного случая обнаружения системой плотных инородных включений в контролируемом объекте, когда лучевой размер вклю чения описывается выпуклой функцией (рис.1). Представлена гео метрическая интерпретация основных расчетных соотношений. От мечена область преимущественного использования полученных ре зультатов.
Из проведенного исследования вытекает следующий вывод:
для достижения максимального значения ОСШ (для наилучшего обнаружения ИВ в ОК) необходимо регистрировать только ту часть пучка излучения, которая прошла через ИВ на участках с лучевым размером ИВ, не меньшим пороговой величины L. Для однородного ОК постоянной толщины получим:
ln(1 ) L=, (1) µ где находится из уравнения x2 ( ) ( x)dx = 2 (x ( ) x1 ( ) ), (2) x1 ( ) 1 и либо из равенства площадей геометрических фигур (рис.2). Здесь (x) = 1 – exp (-µ g 0 (x)), g 0 (x)-лучевая длина дефекта, f opt = D - оптимальная функция чувствительности, D - характери стическая функция множества D = {x (x) ;
x [0;
a]}, [0, a] [0, b] - проекция дефекта на рабочую поверхность детекто ра, µ 1 и µ 2 - линейные коэффициенты ослабления излучения ОК и ИВ соответственно, µ = µ 2 - µ1.
Y 0 Y=(x) X x 2 () a x x 1 () Рис.2. К расчету Рис.1. Геометрия контроля:
значения.
1- пучок излучения от ис точника;
2- объект контроля;
3 дефект;
4- фильтрующий погло титель;
5- детектор излучения.
Примечательной особенностью полученной оптимальной функции пространственной чувствительности детектора является то, что соответствующая ей апертура детектора обладает одно родной чувствительностью к излучению, однако не по всей проек ции ИВ, а лишь в той его части, где лучевой размер ИВ больше некоторого критического значения, определяемого через пара метр из уравнения (2).В работе получены аналогичные соотно шения и для произвольных однородных объемных ОК и ИВ.
Выигрыш от применения оптимальной апертуры может быть проиллюстрирован для дефекта имеющего ступенчатую форму (см. рис.3.).
Рис.4. Величина выигрыша Рис.3. Дефект сту- от применения оптимальной пенчатой формы. апертуры для дефекта имею щего ступенчатую форму.
Если 0 p 0,5 и 0 x (1 2 p ) / p 2 (см. рис.3.), то выигрыш в ОСШ равен: = ( x, p ) = (ОСШ ( АВ )) /(ОСШ ( АС )) = ( 1 + x ) /(1 + px) (см.
рис.4.), где p = /, x=b/a, 0.
При заданных параметрах апертуры предложен способ кор рекции апертурных искажений.
Алгоритм коррекции апертурных искажений Апертурная трансформация (искажение) одномерного сигнала s(t) описывается уравнением:
x s(t )dt = y ( x), (3) x b где b-размер апертуры детектора в направлении сканирования, а y (x) - измеряемый сигнал.
Решение уравнения (3) имеет вид: s(t)= s 0 (t)+ p(t), где s 0 (t) некоторое фиксированное решение данного уравнения, а p(t) произвольная периодическая (с периодом T= b) функция, удовле творяющая условию b = p ( t ) dt.
Для однозначного же разрешения уравнения (3) необходимо наложить дополнительные условия (априорную информацию) на функцию s(t). Такой информацией может быть, например, одно из условий:
1) s(t)=0 при t0;
2) - существует и конечен;
3) s ( t ) dt значения s(t) известны на отрезке [a;
a+b], где a - некоторое фик сированное число.
Предложенный в данной работе метод коррекции обладает всеми достоинствами инверсии по формуле d s (t ) = ( y (t nb ), n =0 dt но притом лишен недостатка "накопления шумов" и влияния со седних участков ОК при непрерывном сканировании. Сущность технической реализации этого способа состоит в том, что весь объект контроля условно разбивается на участки длиной, равной длине апертуры. Затем сначала считывается (циклическим скани рованием коллимационных пластин и линейки детекторов) ин формация об объекте на участках через один (нечетные участки), а потом на всех остальных участках объекта контроля (четных).
После этого полученные сигналы в каждом канале регистра ции дифференцируются, а затем эти отдельные фрагменты изо бражения "склеиваются" в естественном порядке.
Эффективность восстановления сигнала по предложенному алгоритму (при b=2) представлена на рис.5. На этом рисунке s(x) - входной сигнал;
y(x) - выходной сигнал (наблюдаемый);
s1(x) восстановленный сигнал (с интервалом сглаживания, равным 0.05·b, где b - размер апертуры);
s2(x) - восстановленный сигнал (с интервалом сглаживания, равным 0.005·b).
Рис.6.Зависимости G1 ( ) и G2 ( ), где =l, =1/2a Рис.5. Результаты кор – пространственная час рекции апертурных иска тота;
l –величина шага жений.
дискретизации.
Третья глава посвящена анализу и оптимальному выбору основных параметров и характеристик радиометрической системы с дискретным и непрерывным сканированиями радиационного по ля. Таковым параметрами и характеристиками являются: шаг дис кретизации, размер апертуры детектора в направлении сканиро вания, размер «окна» квантования, функция усиления сигнала и величина интенсивности потока при наличии аппаратурного «мертвого» времени.
Шаг дискретизации и размер апертуры детектора в на правлении сканирования Выбор шага дискретизации и размера апертуры детектора в направлении сканирования основывался на оптимизации коэффи циента передачи амплитудной модуляции (КПМ) для ОК с де фектной прослойкой (ДП), имеющей по толщине периодическую структуру. Данное модельное представление выступает своеоб разным «радиационным» аналогом штриховой миры – тест объекта, используемого в оптике для экспериментальной оценки пространственного разрешения оптических систем. Задача реша лась с ограничениями на производительность контроля.
В качестве нормированного профиля ДП брались функции rect((x 2ak + ) / a) S2 ( x) = (sin( ( x + ) / a) + 1) S1 ( x ) = и, k = где (0 2a ) - некоторая фаза, 2a –период ДП.
Максимум КПМ для достигается при S1 ( x ) bопт = a, l опт = 2a / 3,где bопт, lопт - размер апертуры в направлении сканирования и шаг дискретизации соответственно. Если в каче стве ДП взять функцию S 2 ( x), то соответствующая ей строка ра диационного поля будет характеризоваться плавными перепадами по амплитуде. В этом случае (оптимизируя по фазе) нормирован ные коэффициенты передачи амплитудной модуляции оператора дискретизации со ступенчатой интерполяцией будут равны: мини мальный - G1 ( ) = sin ( (1 + [ / 2 ] )) sin ( [ / 2 ]) и максимальный G2 ( ) = sin ( [( + ) / 2 ] ) - рис.6. Здесь [d] – целая часть числа d. В результате численных расчетов получено, что максимум КПМ для S 2 ( x) достигается при bопт = 0,74 a ;
l опт = 2 a / 3.
При изменении фазы значения ОСШ, полученные при оп тимальном сканирования строки радиационного поля с резкими ( S1 ( x ) ) перепадами по амплитуде, изменяются от 54% до 100% от своего максимально возможного значения, определяемого из ог раничения на полное время сканирования строки. Аналогично, при сканировании строки с плавными ( S 2 ( x) ) перепадами по амплиту де вариации ОСШ составляют приблизительно от 78% до 100% от своего максимально возможного значения.
Из результатов исследований вытекает, что геометрическая форма ДП не оказывает существенного влияния на выбор опти мального значения шага дискретизации l, но в достаточной мере влияет на выбор длины b апертуры детектора в направлении ска нирования. Заметим, что для частоты Найквиста выполнено l=a, а в нашем случае l=(2/3)a. Это означает, что на локальный дефект приходится при частоте Найквиста – один дискретный отсчет, а при оптимальной дискретизации- 3/2 отсчета (если считать размер дефекта в направлении сканирования равным a, то есть равным размеру разрешаемого элемента). Полученные соотношения могут быть взяты за основу при проектировании радиометрических сис тем с дискретным сканированием радиационного поля.
Влияние аппаратурного «мертвого» времени Построена и проанализирована модель процесса формирова ния информативного сигнала при наличии инерционного звена, имеющего аппаратурное "мертвое" время непродлевающегося ти па.
Рассматривается задача оценки влияния аппаратурного «мертвого» времени непродлевающегося типа на погрешность оценивания средней скорости счета (интенсивности) рекур рентной импульсной последовательности, порожденной источни ком радиоактивного излучения. Данная задача возникает как в ра диометрическом контроле материалов, так и в оптической связи и спектрометрии ядерных излучений.
Получено, что плотность (t ) распределения интервалов ме жду импульсами наблюдаемой последовательности (выходящего рекуррентного потока) равна:
( t) = 0, (t ) = f ( t ) + f ( t x ) g (x ) dx, t, t ;
где f (t ) - плотность распределения интервалов между импульса ми входящего рекуррентного потока;
функция g (x ) определяется из решения интегрального уравнения g ( x ) = f (x ) + f (x y ) g ( y ) dy, - длительность аппаратурного «мертвого» времени.
Рассмотрены результаты решения нашей задачи для различ ных типов импульсных последовательностей, а именно: для пото ка Эрланга произвольного порядка, для равномерного закона рас пределения интервалов между импульсами. Подробные исследо вания проведены для пуассоновского потока, который является достаточно точной моделью подавляющего большинства потоков радиационного излучения. Таким образом, если интервалы меж ду импульсами наблюдаемой последовательности - случайные величины, распределенные с плотностью вероятностей:
f (t ) = exp( t ) при t 0 и f (t ) = 0 при t (пуассоновская последовательность импульсов), то в этом случае g ( x ) = и (t ) = exp( ( t )) при t и (t ) = 0 при t, то есть имеют смещенное показательное (экспоненциальное) рас пределение.
Отсюда вытекает следствие, состоящее в том, что инерцион ное звено, имеющее аппаратурное "мертвое" время (непродле вающегося типа), трансформирует пуассоновский поток с интен сивностью ( Ai - независимые одинаково распределенные случай ные величины) 1 (t ) = Ai (t t i ) i = в поток событий вида 2 (t ) = Ai (t t i (i 1) ), где 3 (t ) = Ai (t t i ) i = i = -является пуассоновским потоком с интенсивностью, а Ai - неза висимые одинаково распределенные случайные величины, () дельта-функция Дирака. Данные формулы являются обобще нием известных соотношений, полученных при нулевом «мерт вом» времени. Также отметим, что случайная величина N = ( N 2) /(TN ( N 1) ) (4) является несмещенной оценкой для интенсивности, где Т N время регистрации N импульсов равное промежутку времени ме жду моментами прихода первого и N-го зарегистрированных им пульсов. То есть найден способ полной коррекции систематиче ской составляющей погрешности измерения интенсивности пото ка, вызванной аппаратурным "мертвым" временем (4).
Наличие "мертвого" времени увеличивает среднюю длитель ность измерения в одной позиции сканирования (ОК) в K раз (при обеспечении той же точности измерения, что и при нулевом "мертвом" времени), где K= (1 + ).
Четвертая глава посвящена обоснованию выбора режима контроля, практическому применению результатов диссертацион ных исследований и перспективам дальнейших исследований.
В данной главе рассматривается проблема выбора оптимизи рованных способов регистрации радионуклидного излучения при контроле объектов со значительными перепадами по толщине.
Найдены граничные величины радиационной толщины и интен сивности потока излучения, разделяющие приоритетность приме нения счетного или токового режимов регистрации. Для контроля объектов со значительными перепадами по толщине, предложен способ селективного измерения интенсивности излучения.
Выбор режима контроля В метрологическом отношении выбор того или иного режима регистрации излучения в радиометрических системах преимуще ственно обусловлен величиной интенсивности (скоростью счета, интенсивностью загрузки, средней частотой следования) потока импульсов на выходе (входе) детектора излучения. А именно, при малых интенсивностях целесообразно применять счетный режим, а при высоких - аналоговый.
Это обусловлено тем, что при больших значениях интенсив ности загрузки наличие аппаратурного "мертвого" времени приво дит к значительным "просчетам" выходных импульсов с детекто ра, и, как следствие, снижает эффективность применения счетного режима регистрации излучения. С другой стороны, при малых за грузках наличие амплитудных флуктуаций импульсов приводит к значительному снижению эффективности использования аналого вого режима регистрации. Таким образом, существует некоторое граничное значение 0 величины интенсивности загрузки, менее которого целесообразно использовать счетный режим, а более аналоговый.
В настоящей работе проведен количественный анализ и полу чено аналитическое соотношение между вышеуказанным значени ем 0, величиной коэффициента амплитудного разброса электри ческих импульсов и величиной аппаратурного "мертвого" времени непродлевающегося типа.
В качестве критерия сравнения эффективности применения двух заданных режимов регистрации излучения примем величину = Q / N, где Q, N относительные погрешности оценки пара метра p = exp( µH ), при использовании аналогового и счетного ре жимов регистрации излучения соответственно, где µ и H- ЛКО и толщина ОК соответственно. Относительная погрешность N оценки параметра р при счетном способе регистрации излуче ния равна N = 1/ N 3, N 4. Относительная погрешность Q оценки параметра р при токовом способе регистрации излучения с использованием идеального интегратора равна Q = / pT, где интенсивность источника излучения, - эффективность регист рации, T- время измерения в одной позиции дискретного сканиро вания, - величина коэффициента амплитудного разброса импуль сов. При больших N получим: = / 1 + exp( µH ).
Коэффициенту можно придать и другое (новое) физиче ское толкование, а именно: этот коэффициент показывает во сколько раз при нулевом "мертвом" времени счетный режим луч ше аналогового (токового) в смысле величины относительной среднеквадратической погрешности измерения интенсивности. На рис.7. представлена зависимость отношения (погрешностей) =(x, ) от x= 1 (при различных значениях коэффициента = 1,0;
1,2;
1,5;
2,0), где 1 = p.
Таким образом, граничное значение 0 интенсивности по тока импульсов на выходе люминесцентного счетчика, имеющего "мертвое" время, равно 0 = A /, A = A /A где - относительные флуктуации амплитуд элек трических импульсов. При этом граничное значение радиационной толщины равно ( ) µH = ln / A.
Рис.7.Зависимость отноше- Рис.8. Схема 256-ти канально ния (погрешностей) =(x, го радиометрического ком ) от x= 1 (при различ- плекса: 1-источник излуче ных значениях коэффици- ния;
2- диафрагма;
3- выравни ента =1,0;
1,2;
1,5;
2,0). вающий фильтр;
4- объект контроля;
5-коллиматоры де текторов;
6-сцинтилляторы.
Практическое приложение Модернизированный 256-ти канальный радиометрический дефектоскоп работает аналогично сканирующему интроскопу. Ве ерный пучок рентгеновского излучения, ограниченный щелевой диафрагмой, проходит через выравнивающий фильтр, затем через объект контроля (ОК) облучает линейку коллимированных детек торов. Информационным параметром является время, за которое детектором зарегистрируется заданное число квантов N. После на копления N импульсов всеми измерительными каналами информа ция передается в компьютер. Полное изображение ОК формирует ся путем дискретного перемещения изделия по вертикали. Пере мещение ОК в зону контроля и позиционирование осуществляется манипулятором, управляемым центральным компьютером ком плекса. Анализ изображения осуществляется на основе специаль ного программного обеспечения, позволяющего просматривать весь яркостный динамический диапазон теневого радиационного изображения ОК на экране монитора. Решение о годности или де фектности изделий принимает компьютер или оператор после об работки изображения. В соответствии с принятым решением ма нипулятор выносит изделие из зоны контроля и помещает в зону годных или бракованных изделий.
Блок детектирования состоит из 256 каналов, расположенных в две линейки по 128 каналов, со смещением одной линейки отно сительно другой на ширину канала. Указанное расположение по зволяет устранить эффект неполного заполнения объема и свести к минимуму взаимное радиационное влияние детекторов друг на друга. В данном комплексе предусмотрен набор съемных насадок имеющих различную форму в зависимости от характера изделий и неоднородностей, подлежащих выявлению. Также в радиометри ческом комплексе предусмотрен алгоритм апертурной коррекции с применением коллимационных масок. Форма насадок и масок вы биралась в соответствии с рекомендациями диссертационной ра боты. На рис.8. приведена геометрическая схема 256-ти канально го радиометрического комплекса.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
1)Разработана совокупность математических соотношений, устанавливающих оптимальные условия формирования и обработ ки радиометрической информации при контроле сложнопрофиль ных изделий.
2)Выведено соотношение, позволяющее найти оптимальную функцию пространственной чувствительности детектора, исполь зуемого в радиометрической системе при обнаружении ею ино родных включений в контролируемом объекте. Показано, что если лучевой размер инородного включения описывается выпуклой функцией, то существует единственная оптимальная функция про странственной чувствительности детектора. Для неоднородностей другого класса принцип единственности может быть нарушен.
3)Выигрыш в отношении сигнал/шум за счет выбора опти мальной формы и параметров апертуры детектора излучения мо жет быть значительным при неоднородностях типа скопления раз норадиусных воздушных пор в сварных швах, а также расслоений, трещин и.т.п., что указывает на целесообразность использования предложенных рекомендаций и методик в инженерном проектиро вании и расчетах блоков и систем радиационного контроля.
4)Предложен алгоритм коррекции апертурных искажений и способ его технической реализации. Данный метод коррекции по зволяет практически полностью избавиться от систематической составляющей погрешности, вызванной апертурным «смазом».
5)Разработан алгоритм коррекции влияния аппаратурного «мертвого» времени непродлевающегося типа для оценки истин ных значений интенсивностей входящего и выходящего потоков излучения. Лежащая в основе этого алгоритма формула пересчета дает более точные значения интенсивностей в отличие от общеиз вх = вых /(1 вых ), верной вестной приближенной формулы только при вых 1, где вых - интенсивность загрузки, показы ваемая прибором, а вх - интенсивность загрузки, которую прибор должен показывать при нулевом "мертвом" времени.
6) При контроле объектов со значительными перепадами по толщине целесообразно предусмотреть возможность применения в радиометрической системе измерительного канала регистрации излучения, режим работы которого (счетный или аналоговый) из меняется в зависимости от величины измеряемого сигнала. Для реализации этого положения получены расчетные математические соотношения.
7)Научные положения и рекомендации, содержащиеся в дис сертационной работе, используются при выполнении научно исследовательских работ НИИ интроскопии и учебном процессе электрофизического факультета Томского политехнического уни верситета.
По материалам диссертации автором опубликованы следую щие научные работы:
1. Квасница М.С., Солодушкин В.И. Влияние аппаратурного "мертвого времени" на погрешность измерения интенсивности импульсной последовательности // Радиотехника и электроника. 1987. -Т. 32. - № 6. - С. 1317-1320.
2. Горбунов В.И., Завьялкин Ф.М., Солодушкин В.И., Удод В.А. Выбор параметров радиометрических систем с дискретным сканированием радиационного поля // Автометрия.- 1987. - № 4. С. 21-27.
3.Солодушкин В.И., Удод В.А. О выборе параметров фильт рации при решении интегрального уравнения Абеля //Метрология.-1986.- № 10. - С.12-16.
4. Солодушкин В.И., Удод В.А. Оптимальная по разрешаю щей способности одномерная фильтрация изображений // Оптика атмосферы. -1991. - т.4.- № 10. - С. 1030-1034.
5. Солодушкин В.И., Темник А.К., Удод В.А. Согласованная фильтрация изображений в системах цифровой рентгенографии // Дефектоскопия.- 1999. - № 11.- С. 57-62.
6. Недавний О.И., Солодушкин В.И., Удод В.А. Оптимальная аподизация апертуры детектора излучения в радиометрических системах // Вестник Томского государственного университета. 2000. - № 271.- С. 77-80.
7. Солодушкин В.И., Темник А.К., Удод В.А. Оценка разре шающей способности систем цифровой рентгенографии // Авто метрия.- 2000. - № 6. - С. 113-116.
8. Недавний О.И., Солодушкин В.И., Удод В.А. Оптимизация функции чувствительности детектора в радиометрических систе мах радиационного контроля // Автометрия. - 2001. - № 1.- С. 75 83.
9. Недавний О.И., Солодушкин В.И., Удод В.А. Модель тене вых радиационных изображений и процессы их формирования // Автометрия.- 2001. -№ 4.- С.103-109.
10. Недавний О.И., Солодушкин В.И. Сравнительный анализ эффективности применения счетного и аналогового режимов реги страции излучения в радиометрических системах радиационной толщинометрии // Дефектоскопия.- 2002.- № 7.- С. 70-81.
11. Недавний О.И., Солодушкин В.И., Удод В.А. Оптималь ная коррекция теневого радиационного изображения по направле нию сканирования в радиометрических системах контроля // Том ский государственный архитектурно-строительный университет. Томск,1999. -19 с.- Деп. в ВИНИТИ 01.12.99, № 3565-В99.
12. Солодушкин В.И. Выбор оптимальной формы апертуры детектора излучения в радиометрических системах контроля // Томский государственный архитектурно-строительный универси тет.–Томск, 1999, -8 с.- Деп. в ВИНИТИ 01.12.99, № 3564-В99.
13. Солодушкин В.И. Минимизация погрешности измерений характеристик структурно неоднородных объектов при радиомет рическом контроле // Томский государственный архитектурно строительный университет.– Томск, 1999, -10с.- Деп. в ВИНИТИ 01.12.99, № 3566-В99.
14. Солодушкин В.И. Оценка неизвестного параметра изде лия по квантованным значениям измеряемого случайного сигнала при радиометрическом контроле // Томский государственный ар хитектурно-строительный университет.– Томск, 1999, -9с. -Деп. в ВИНИТИ 01.12.99, № 3563-В99.
15. Недавний О.И., Солодушкин В.И. Разработка оптимизи рованных процедур формирования информативного сигнала при радионуклидном радиометрическом методе контроля // Томский государственный архитектурно-строительный университет.– Томск, 2001, -20 с.- Деп. в ВИНИТИ 31.01.02, № 197-В2002.
16. Недавний О.И., Солодушкин В.И., Солодушкин А.И., Сафронов А.А. Разработка программного обеспечения для изуче ния внутренней структуры непрозрачного объекта методом рент геновской вычислительной томографии // Томский государствен ный архитектурно-строительный университет.– Томск, 2002, -39с. Деп. в ВИНИТИ 26.07.02, № 1410-В2002.
17. Недавний О.И., Солодушкин В.И., Агеев Ю.М., Метель А.А. Анализ и построение структурных схем для измерения тех нологических параметров объектов и оценка инструментальной погрешности разрабатываемой системы // Томский государст венный архитектурно-строительный университет.– Томск, 2002, 19 с.- Деп. в ВИНИТИ 26.07.02, № 1412-В2002.
18. Sidulenko O., Solodushkin V., Udod V. Correction of aper ture distortions in radiometric systems of radiation control // Proceed ings of the 5 th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. Tomsk, Russia, June 26 - July 3, 2001, p. 374-377.
19.Сидуленко О.А., Солодушкин В.И., Удод В.А Границы применимости аналогового и счетного режимов регистрации излу чения в радиометрии // XX Уральская региональная конференция "Контроль технологий, изделий и окружающей среды физически ми методами". -Тез. докл. - Екатеринбург, 2001. - С. 84-85.
20. Сидуленко О.А., Солодушкин В.И., Удод В.А. Фильтра ция изображений с переменной разрешающей способностью на основе применения аподизированных приемников изображений // Второй Всероссийский симпозиум по прикладной и промышлен ной математике (летняя сессия). - Тез.докл.-Самара,1-6 июля г. - С. 350-351.
21. Солодушкин В.И., Удод В.А. Оптимизация характеристик сканирующих систем по модифицированному критерию простран ственной разрешающей способности // Региональная конференция "Обработка изображений и дистанционные исследования". Тез.
докл.- Новосибирск, 1987, - С. 173-174.
22. Солодушкин В.И., Удод В.А Оценка передачи модуляции при дискретизации с интерполяцией //5-я региональная научно практическая конференция "Молодые ученые и специалисты - ус корению научно-технического прогресса".- Тез. докл.- Томск, 1986.- С. 18.
23. Завьялкин Ф.М., Солодушкин В.И., Удод В.А Коррекция апертурных искажений пространственным кодированием проек ций // 2-й Всесоюзный симпозиум по вычислительной томогра фии.-Тез. докл.- г. Куйбышев, 1985.- С. 57-58.
24. Солодушкин В.И. О выборе апертуры детектора излуче ния радиометрической системы контроля // Научно-практическая конференция "Молодые ученые и специалисты - народному хозяйству.-Тез. докл.- Томск, 1983.- С.6.
Автор выражает благодарность научному руководителю – профессору Недавнему Олегу Ивановичу за помощь и поддержку в проведении данных исследований, а также свою признатель ность коллективам кафедр «Физические методы и приборы кон троля качества » ТПУ и «Основания, фундаменты и испытания со оружений» ТГАСУ за содействие в выполнении настоящей рабо ты.
Подписано в печать 04.11.02.
Заказ № 518.Тираж 100 экз.
Офсетная печать ООП ТГАСУ 634003,Томск, ул. Партизанская,