專利名稱：一種使用x射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的方法和裝置，是一種用于計(jì)量厚度的方法和裝置，特別涉及一種在軋制金屬帶材的軋制生產(chǎn)線上利用X射線進(jìn)行連續(xù)高精度測(cè)量厚度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在軋制金屬帶材的軋制生產(chǎn)線上對(duì)軋制中的金屬帶材進(jìn)行連續(xù)的厚度測(cè)量是保證金屬帶材質(zhì)量的重要手段。早期使用的測(cè)厚儀器是γ射線測(cè)厚儀。γ射線測(cè)厚儀的缺點(diǎn)是γ射線源是一種放射性物質(zhì)，管理起來比較復(fù)雜，更不利的是γ射線的背景噪聲比較大，響應(yīng)時(shí)間長，測(cè)量精度相對(duì)較低，取而代之的是X射線測(cè)厚儀。X射線測(cè)厚儀越來越多的被使用在帶材軋制生產(chǎn)線上，其原理主要是應(yīng)用了X射線穿透帶材的過程中，一部分射線被帶鋼材吸收，一部分射線穿過金屬帶材至X射線測(cè)厚儀探測(cè)器，穿過帶材的射線隨帶鋼厚度的增加而減弱，利用其衰減規(guī)律并根據(jù)采集的信號(hào)得到被測(cè)金屬帶材的厚度值。但要在金屬帶材的軋制生產(chǎn)線使用，就必須解決兩個(gè)關(guān)鍵問題。一是測(cè)量的精度，另一個(gè)是X射線源的恒溫冷卻問題。早期元器件的制造水平低，X射線源很難保持穩(wěn)定，再加上傳輸和放大方面的元器件是模擬型的，本身的噪聲和漂移已經(jīng)很大，很難保持信號(hào)輸出的穩(wěn)定和精確。因此有人提出了雙光束測(cè)量的方法。中國專利CN86209739U(
公開日1987年9月16日)提出了一種改進(jìn)型的雙光束X射線測(cè)厚儀。該發(fā)明使用對(duì)數(shù)放大器近似的模擬X射線在質(zhì)密媒介中的衰減程度，近似的實(shí)現(xiàn)偏差指示的線性化。同時(shí)采用雙光束，力圖通過兩束光的比較放大過程避開標(biāo)準(zhǔn)塊和電子器件的誤差，獲得精確的測(cè)量數(shù)值。上述方法雖然可以取得一些效果，但還不能達(dá)到軋機(jī)生產(chǎn)線連續(xù)快速測(cè)量的要求。由于受到模擬電子元件和電位器精度限制，實(shí)際的測(cè)量精度很難達(dá)到該發(fā)明說明書中給出的精度。

發(fā)明內(nèi)容
為克服早期X射線測(cè)厚儀精度低的缺點(diǎn)，本發(fā)明的發(fā)明目的是全數(shù)字化的X射線測(cè)厚儀，并使用恒溫的X射線源及C型架，提高了精度。實(shí)現(xiàn)了在金屬帶材生產(chǎn)線上的連續(xù)自動(dòng)化測(cè)量，并可以與控制軋制厚度的自動(dòng)軋制控制系統(tǒng)(AGC)聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)高精度帶材軋制。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的方法，包括運(yùn)算器、A/D轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場(chǎng)顯示器、中央控制處理器、輸出接口、X射線高壓電源、現(xiàn)場(chǎng)控制器、冷卻控制器、X射線源、X射線探測(cè)器、測(cè)量變送器，其運(yùn)行過程的步驟X射線接收裝置收到穿過金屬板材的X射線；將獲得的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)；將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行長距離傳輸處理；經(jīng)長距離傳輸處理后的壓縮數(shù)字信號(hào)被發(fā)送至中央控制處理器中；中央控制處理器將壓縮的數(shù)字信號(hào)處理為正常數(shù)字信號(hào)；將獲得的數(shù)字信號(hào)與原始X射線量比較，獲得差值；差值送入運(yùn)算器計(jì)算衰減量；獲得精確測(cè)量值；
將測(cè)量值記錄并顯示。
連續(xù)高精度金屬帶材X射線測(cè)厚儀，其特征包括運(yùn)算器，現(xiàn)場(chǎng)顯示器，中央控制處理器，輸出接口，X射線高壓電源，現(xiàn)場(chǎng)控制器，冷卻控制器，X射線源，X射線探測(cè)器，測(cè)量變送器，C型架冷卻器，恒溫水冷循環(huán)器；所述的中央控制處理器與所述的運(yùn)算器連接；所述的中央控制處理器與所述的現(xiàn)場(chǎng)控制器連接；所述的中央控制處理器與所述的輸出接口、所述的現(xiàn)場(chǎng)顯示器、所述的X射線高壓電源、所述的現(xiàn)場(chǎng)控制器、所述的冷卻控制器連接；所述的X射線高壓電源與所述的X射線源連接；所述的X射線探測(cè)器與所述的測(cè)量變送器連接；所述的測(cè)量變送器與現(xiàn)場(chǎng)控制器連接；所述的C型架冷卻器通過恒溫冷卻循環(huán)器與冷卻控制器連接。
運(yùn)算器和中央控制處理器是一個(gè)或兩個(gè)以上CPU，或者是一臺(tái)或兩臺(tái)以上計(jì)算機(jī)。C型架冷卻器包括恒溫器，恒溫冷水進(jìn)水管，恒溫冷水回水管，恒溫水套，恒溫冷卻水，恒溫媒介；所述的恒溫冷水進(jìn)水管和恒溫冷水回水管與所述的恒溫器連接，所述的恒溫冷水進(jìn)水管和恒溫冷水回水管與所述的恒溫水套連接，所述的恒溫水套中裝有所述的恒溫媒介，所述的X射線源放置在所述的恒溫媒介中。
本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是由于使用了數(shù)字控制和傳輸技術(shù)，將噪聲的影響降到最低，穩(wěn)定性提高到模擬電路所無法達(dá)到的地步，使X射線測(cè)厚儀在測(cè)量信號(hào)處理上實(shí)現(xiàn)真正的線性化，測(cè)量精度達(dá)到≤±0.1％。數(shù)字傳輸?shù)膽?yīng)用實(shí)現(xiàn)了測(cè)量信號(hào)的遠(yuǎn)距離、抗干擾、低損耗傳輸，有效的解決了軋制現(xiàn)場(chǎng)到控制中心距離遠(yuǎn)，周圍電場(chǎng)、磁場(chǎng)干擾大的問題。由于采用專用處理器作為運(yùn)算器，減小了中央控制處理器的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，提高了控制處理和運(yùn)算的速度，使測(cè)量響應(yīng)時(shí)間達(dá)到5毫秒，完全符合AGC系統(tǒng)的要求。由于對(duì)整個(gè)C型架密封和冷卻，并對(duì)X射線源單獨(dú)冷卻，可以滿足各種軋制環(huán)境的要求，保證了測(cè)厚儀的穩(wěn)定性和可靠性。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1為一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的方法過程示意圖；圖2為一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是C型架冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一本實(shí)施例所述的是使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的方法，所使用的硬件包括運(yùn)算器、A/D轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場(chǎng)顯示器、中央控制處理器、輸出接口、X射線高壓電源、現(xiàn)場(chǎng)控制器、冷卻控制器、X射線源、X射線探測(cè)器、測(cè)量變送器，這些硬件組成X射線測(cè)量?jī)x，這是一種無接觸、無損測(cè)量?jī)x器，其運(yùn)行的步驟1.X射線接收裝置收到穿過金屬板材的X射線，這時(shí)X射線接收裝置發(fā)出的信號(hào)為連續(xù)的模擬信號(hào)。
2.將獲得的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)。
3.將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行長距離傳輸處理。在實(shí)際金屬帶材軋制生產(chǎn)線上，測(cè)量用的X射線發(fā)射管和X接收裝置必須在帶材軋制的流水線上，以便實(shí)時(shí)的測(cè)量帶材的厚度，而控制運(yùn)算裝置必須遠(yuǎn)離軋制流水線。因?yàn)檐堉屏魉€的環(huán)境是高溫和污染嚴(yán)重的環(huán)境，普通的電子設(shè)備很難在那樣的環(huán)境中正常運(yùn)行。為使獲得的測(cè)量信號(hào)在傳輸中不失真，在傳輸前必須對(duì)獲得的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行編碼壓縮。
4.經(jīng)長距離傳輸處理后的壓縮數(shù)字信號(hào)被發(fā)送至中央控制處理器中。傳輸?shù)倪^程可以通過光纜或電纜，可以使用各種現(xiàn)有的傳輸技術(shù)。
5.中央控制處理器將壓縮的數(shù)字信號(hào)處理為正常數(shù)字信號(hào)。
6.將獲得的數(shù)字信號(hào)與原始X射線量比較，獲得差值。
7.差值送入運(yùn)算器計(jì)算衰減量；8.獲得精確測(cè)量值；9.將測(cè)量值記錄并顯示。
本實(shí)施例的關(guān)鍵在于將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，之后進(jìn)行處理。數(shù)字信號(hào)的處理在當(dāng)今數(shù)字電路完善的體制下可以得到十分精確的處理，大量的數(shù)字處理電路可供選擇，可以十分方便的實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)算、控制等過程。摒棄了所有模擬電路，避開了模擬電路產(chǎn)生的噪聲誤差、零點(diǎn)漂移等問題。
實(shí)施例二圖2是本發(fā)明一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的序號(hào)所代表的是1.運(yùn)算器，2.AGC系統(tǒng)，3.輸出接口，4.中央控制處理器，5.現(xiàn)場(chǎng)顯示器，6.X射線高壓電源，7.現(xiàn)場(chǎng)控制器，8.冷卻控制器，9.X射線源，10.X射線探測(cè)器，11.測(cè)量變送器，12.C型架冷卻器，13.C型架，14.恒溫冷卻循環(huán)器。
X射線穿透物體的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生衰減。正確的矯正衰減量是精確測(cè)量的關(guān)鍵。本實(shí)施例為實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，將X射線探測(cè)器10所測(cè)得的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，通過計(jì)算機(jī)，在本實(shí)施例中是運(yùn)算器1，對(duì)這些數(shù)字量進(jìn)行處理，矯正X射線穿透金屬產(chǎn)生的衰減，最終獲得精確的測(cè)量值。圖2所示，是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)，包括運(yùn)算器，現(xiàn)場(chǎng)顯示器，中央控制處理器，輸出接口，X射線高壓電源，現(xiàn)場(chǎng)控制器，冷卻控制器，X射線源，X射線探測(cè)器，測(cè)量變送器，C型架冷卻器，恒溫水冷循環(huán)器。工作過程是中央控制處理器4發(fā)出控制信息，啟動(dòng)X射線高壓電源6，X射線高壓電源向X射線源提供能量，X射線源發(fā)出X射線，X射線穿透金屬板15，X射線探測(cè)器10測(cè)得穿透信號(hào)，并將穿透信號(hào)傳輸給測(cè)量變送器11，測(cè)量變送器將穿透信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，并將經(jīng)數(shù)字化處理的信號(hào)進(jìn)行傳輸處理。測(cè)量變送器將處理完成的信號(hào)通過現(xiàn)場(chǎng)控制器7和中央控制處理器4送入運(yùn)算器1中，運(yùn)算器對(duì)獲得的信號(hào)進(jìn)行處理。對(duì)于厚度測(cè)量，人們總是希望測(cè)出的電信號(hào)與被測(cè)厚度呈線性關(guān)系，實(shí)際不可能出現(xiàn)這樣的有利情況。例如X射線，在金屬中的衰減是呈指數(shù)型衰減，過去的方法是采用對(duì)數(shù)放大器近似的放大衰減，認(rèn)為放大所得到的信號(hào)是線性的，這樣近似的方法很難取得精確的效果。現(xiàn)在的方法是精確的計(jì)算射線在穿透時(shí)的衰減量，取得每一點(diǎn)衰減量所對(duì)應(yīng)的厚度量，通過矯正偏差，獲得精確的測(cè)量值。在本實(shí)施例中，運(yùn)算器計(jì)算出精確值后送入中央控制處理器，中央控制處理器一方面可以將數(shù)值顯示在現(xiàn)場(chǎng)顯示器上，另一方面將數(shù)值通過輸出接口輸送給AGC系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)顯示器是一塊大屏幕數(shù)字顯示器，放置在軋機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，顯示軋機(jī)所軋出的金屬帶材的精確厚度，以便工人和技術(shù)人員監(jiān)控軋制質(zhì)量。AGC系統(tǒng)是控制軋制金屬帶材厚度質(zhì)量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，AGC系統(tǒng)可以通過本實(shí)施例測(cè)得的精確數(shù)值對(duì)軋機(jī)的軋輥進(jìn)行精確調(diào)整，以獲得高質(zhì)量厚度的金屬帶材。為適應(yīng)AGC系統(tǒng)的高速運(yùn)行，本實(shí)施例中運(yùn)算器和中央控制處理器設(shè)置為包含一個(gè)或兩個(gè)以上CPU的計(jì)算機(jī)，也可以是一臺(tái)或兩臺(tái)以上計(jì)算機(jī)。
為保證X射線源能夠穩(wěn)定的工作，必須使X射線源和X射線探測(cè)器工作在恒溫的環(huán)境中，這是保障測(cè)厚儀精度的重要環(huán)節(jié)。由于軋制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分惡劣，溫度變化很大，不可能提供恒溫的環(huán)境。因此本發(fā)明提供了一種恒溫的方案，將X射線源以及相關(guān)的設(shè)備封閉在一個(gè)密閉的環(huán)境中，使用恒溫冷卻裝置使這個(gè)密閉的環(huán)境保持恒溫。本實(shí)施例使用了這一方案。冷卻控制器8控制恒溫水冷循環(huán)器14，產(chǎn)生恒溫冷卻水20，使恒溫冷卻水在C型架冷卻器中循環(huán)，如圖3所示。圖中的序號(hào)代表的是15.被測(cè)金屬板，16.恒溫器，17.恒溫冷水進(jìn)水管，18.恒溫冷水回水管，19.恒溫水套，20.恒溫冷卻水，21.恒溫媒介。
為了降低X射線源的背景噪聲，X射線源對(duì)環(huán)境的要求更為嚴(yán)格，因此使用了一個(gè)專用的恒溫水套19。本實(shí)施例中的恒溫水套是一個(gè)容器，外殼的夾層可以通恒溫冷卻水，容器中盛滿了恒溫媒介21。恒溫媒介是液體的，熱容量大于水，在本實(shí)施例中使用的是油，X射線源在油中可以保持更穩(wěn)定的溫度，受外界環(huán)境溫度的干擾更小。如圖3所示，C型架是一個(gè)密閉的空間，恒溫器16中循環(huán)著恒溫冷卻水，使整個(gè)C型架保持恒溫。恒溫冷卻水還使恒溫水套保持恒溫。恒溫冷水進(jìn)水管17、恒溫冷水回水管18與恒溫冷卻循環(huán)器連接，恒溫冷卻循環(huán)器提供恒溫冷卻水，并保持恒溫冷卻水在恒溫冷卻循環(huán)器中不斷循環(huán)，維持恒溫。
權(quán)利要求
1.一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的方法，包括運(yùn)算器、A/D轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場(chǎng)顯示器、中央控制處理器、輸出接口、X射線高壓電源、現(xiàn)場(chǎng)控制器、冷卻控制器、X射線源、X射線探測(cè)器、測(cè)量變送器，其特征在于所述的步驟X射線接收裝置收到傳過金屬板材的X射線；將獲得的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)；將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行長距離傳輸處理；經(jīng)長距離傳輸處理后的壓縮數(shù)字信號(hào)被發(fā)送至中央控制處理器中；中央控制處理器將壓縮的數(shù)字信號(hào)處理為正常數(shù)字信號(hào)；將獲得的數(shù)字信號(hào)與原始X射線量比較，獲得差值；差值送入運(yùn)算器計(jì)算衰減量；獲得精確測(cè)量值；將測(cè)量值記錄并顯示。
2.一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的裝置，包括運(yùn)算器，現(xiàn)場(chǎng)顯示器，中央控制處理器，輸出接口，X射線高壓電源，現(xiàn)場(chǎng)控制器，冷卻控制器，X射線源，X射線探測(cè)器，測(cè)量變送器，C型架冷卻器，恒溫水冷循環(huán)器，其特征在于，所述的中央控制處理器與所述的運(yùn)算器連接；所述的中央控制處理器與所述的現(xiàn)場(chǎng)控制器連接；所述的中央控制處理器與所述的輸出接口，所述的現(xiàn)場(chǎng)顯示器，所述的X射線高壓電源，所述的現(xiàn)場(chǎng)控制器，所述的冷卻控制器連接；所述的X射線高壓電源與所述的X射線源連接；所述的X射線探測(cè)器與所述的測(cè)量變送器連接，所述的測(cè)量變送器與現(xiàn)場(chǎng)控制器連接；所述的C型架冷卻器通過恒溫冷卻循環(huán)器與冷卻控制器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的裝置，其特征在于，所述的運(yùn)算器和中央控制處理器是一個(gè)或兩個(gè)以上CPU，或者是一臺(tái)或兩臺(tái)以上計(jì)算機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的裝置，其特征在于，所述的C型架冷卻器包括恒溫器，恒溫冷水進(jìn)水管，恒溫冷水回水管，恒溫水套，恒溫冷卻水，恒溫媒介；所述的恒溫冷水進(jìn)水管和恒溫冷水回水管與所述的恒溫器連接，所述的恒溫冷水進(jìn)水管和恒溫冷水回水管與所述的恒溫水套連接，所述的恒溫水套中裝有所述的恒溫媒介，所述的X射線源放置在所述的恒溫媒介中。
全文摘要
本發(fā)明是一種使用X射線連續(xù)高精度測(cè)量金屬帶材的方法和裝置，克服早期測(cè)厚儀精度低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)高精度金屬帶材測(cè)厚。本發(fā)明使用中央控制處理器與運(yùn)算器、現(xiàn)場(chǎng)控制器連接，中央控制處理器與輸出接口、現(xiàn)場(chǎng)顯示器、X射線高壓電源、現(xiàn)場(chǎng)控制器、冷卻控制器連接，X射線高壓電源與X射線源連接，X射線探測(cè)器與測(cè)量變送器連接，測(cè)量變送器與現(xiàn)場(chǎng)控制器連接，C型架冷卻器通過恒溫冷卻循環(huán)器與冷卻控制器連接。由于使用了數(shù)字控制傳輸技術(shù)、恒溫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量信號(hào)的遠(yuǎn)距離、抗干擾、低損耗傳輸，測(cè)量精度達(dá)到≤±0.1％，測(cè)量響應(yīng)時(shí)間達(dá)到5毫秒，完全符合AGC系統(tǒng)(板帶軋制厚度自動(dòng)控制系統(tǒng))的要求，實(shí)現(xiàn)金屬帶材的連續(xù)、穩(wěn)定測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B15/02GK101046373SQ20071010718
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者周中成, 林律行, 馮樺, 邢紅, 趙永康, 顧原, 常喜福, 左金叢 申請(qǐng)人:北京北科合作儀器廠