薄带材智能辐射测厚仪的测量精度集成处理

　　0　引　言

　　透射式辐射测厚仪由于具有测量快速、无接触、无损坏、连续、高精度、能适应各种恶劣复杂环境等优点,因而,能被广泛应用于纸张、塑料、橡胶、金属等各种薄带材的在线定量或厚度测量。近年来,我国很多大型企业陆续从国外引进高精度的辐射测厚仪^[1],但这些仪表大多价格昂贵,很多中小企业购买不起。为了满足一部分中小企业的需求,本文作者研制了利用透射式核辐射探测方法,采用单片机技术实现测量数据的特殊处理、动态自动校正、动态温度补偿、人工修正等功能的带材智能辐射测厚仪,它具有测量范围宽(定量为20~4000g/m²,厚度为0.02~4mm)、测量精度高(±0.5% )、性能稳定可靠、使用和维护方便等特点。

　　1　测量原理

　　射线穿过被测物质时一部分射线被吸收,射线的强度会减弱,被测物越厚,辐射被吸收越多,探测器测到的辐射强度I就越小,其输出电压V(V与I成正比)也就越小;反之,亦然,如图1所示。辐射强度随厚度的减弱规律可用下式表示

　　式中　I^₀为^_t=0(即无被测物)时的辐射强度; I为被测物厚度为^_t时的辐射强度; ^_t为被测物几何厚度,m;ρ为被测物的密度,g/m³;μ为被测物对射线的质量吸收系数,m²/g;ρ^_t在物理学上称为质量面密度,在造纸及塑料工业中称为定量^[2],g/m²。

　　对式(1)求自然对数,得

　　当被测材料与射线能量一定时,μ和ρ为常数,通过测量I_⁰和I,就可得出被测物的厚度值_^t。当ρ不恒定时(如纸张或高温下的金属),则计算出质量面密度ρ_^t。

　　2　硬件组成与工作原理

　　2.1　系统的硬件组成

　　本仪器的硬件系统包括传感器和主机2个部分,原理框图如图2所示。

　　传感器由源盒和探测器两部分组成。源盒内除放射源外,还装有校正用的标样、驱动装置和用于状态识别的光电传感器以及用于温度补偿的温度传感器。探测器主要部件有用于接收射线的电离室和高输入阻抗的前置放大器。主机以最通用的MCS-51单片机作为控制核心,由CPU,EPROM,RAM,主放大器,模拟开关,A/D,D /A,键盘,数字显示,状态指示,状态识别与控制,光电隔离,打印接口,串行接口和V/I转换等功能单元构成。

　　2.2　系统的工作原理

　　来自传感器的状态识别信号经光电隔离和状态识别单元后,由单片机CPU进行识别,判断有无被测物。当测量缝隙无被测物时,CPU发出控制信号经状态控制单元和光电隔离后送至传感器的驱动装置,启动电机带动转盘将传感器内的标样板送至放射源出射口,来自传感器限位开关的状态信号经CPU判断为到位后,CPU发出停电机信号并进入自动校正状态。当测量缝隙有被测物时, CPU发出控制信号启动电机带动转盘将标样板移开,打开放射源出射口,来自传感器限位开关的状态信号经CPU判断为到位后,CPU发出停电机信号并进入测量状态。