Рассмотрена одна из проблем неразрушающего контроля - контроль плотностных характеристик различных материалов. Приведены алгоритмы и тексты программ моделирования процесса переноса гамма-излучения, оптимизация параметров технологической схемы измерения. Рассмотрены вопросы программного обеспечения систем на базе ЭВМ с возможностью подключения к АСУ ТП.
Материал рассматривается с позиций использования его в САПР гамма-плотномеров и сопровождается алгоритмами и программами на языке ФОРТРАН-4, схемами на микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе, а также на базе микроЭВМ.
Для научных работников и инженеров, специализирующихся в области проектирования и применения радиоизотопных методов в народном хозяйстве.
Табл. 9. Ил. 48. Библиогр. назв. 59.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Как отмечалось в материалах XXVII съезда КПСС, первостепенное значение имеет быстрое обновление производства путем широкого внедрения передовой техники, наиболее прогрессивных технологических процессов и гибкого производства. Поставленные задачи требуют создания большого количества разнообразных средств контроля, а также дальнейшего совершенствования методов и средств неразрушающего контроля различных материалов и изделий.
Среди большого числа показателей качества материалов плотность занимает особое место, так как она во многом определяет такие характеристики, как прочность, долговечность, непроницаемость, морозостойкость и др.
В настоящее время в разных отраслях науки, техники и производства используются различные приборы, предназначенные для измерения плотности, в том числе радиационные плотномеры [21]. Условно все радиационные плотномеры можно разделить на две группы: первая — плотномеры, регистрирующие излучение, прошедшее сквозь исследуемый материал, и вторая — плотномеры, регистрирующие рассеянное в материале излучение. Плотномеры последней группы, реализующие так называемый гамма-гамма-метод, являются наиболее перспективными, так как позволяют производить измерение плотности при одностороннем доступе к исследуемому материалу.
Традиционные методы проектирования гамма-плотномеров основывались на априорном выборе технологической схемы измерения с последующей оптимизацией одного-двух ее параметров, что приводило лишь к незначительному улучшению характеристик проектируемых приборов, с одной стороны, и отсутствию достаточного обоснования используемой технологической схемы измерения — с другой. Эти недостатки, свойственные практически всем известным плотномерам, сказываются в итоге на точности и эксплуатационных характеристиках этих приборов, так как препятствуют дальнейшему развитию методов и средств радиационной плотнометрии.
Важной проблемой гамма-плотнометрии является проблема обработки и представления полученной информации в удобном для пользователя виде, так как практически все существующие и вновь разрабатываемые гамма-плотномеры комплектуются либо интенсиметрами, либо простейшими пересчетными устройствами с ограниченными функцио-
3
нальными возможностями, при этом градуировка приборов производится в единицах скорости счета. Такое аппаратурное обеспечение не соответствует возросшим требованиям, предъявляемым современным роботизированным конвейерным производством к средствам контроля плотности. Кроме того, до настоящего времени практически не решены вопросы автоматизации процессов градуировки, поверки, настройки плотномеров, накопления, хранения и обработки полученной информации, что, в свою очередь, также снижает эксплуатационные характеристики приборов. Данные вопросы могут быть успешно решены только при широком использовании средств микропроцессорной и вычислительной техники.
В развитии современной гамма-плотнометрии можно выделить четыре этапа.
I этап - установление связи различных характеристик провзаимодей-ствовавшего с материалом гамма-излучения с геометрией измерения, плотностью и химическим составом материала;
II этап — широкие экспериментальные исследования связи энергетических и угловых характеристик провзаимодействовавшего ^-излучения с параметрами исследуемой среды;
III этап - переход к теоретическим методам исследований, которые обеспечивают большую точность и достоверность полученных результатов. Первые попытки проведения оптимизации на имитационных моделях;
IV этап — создание САПР гамма-плотнометрии, ориентированной на широкие исследования на математических моделях с выходом на технологические параметры гамма-плотномеров.
Современная гамма-плотнометрия находится в начале IV этапа своего развития.
В книге сделана попытка обобщить опыт проектирования и оптимизации параметров технологической схемы измерения гамма-плотномеров. Эффективное решение поставленных задач, как показал опыт, возможно лишь при использовании математических моделей, адекватно описывающих процесс взаимодействия гамма-излучения с исследуемым материалом. Разработанный подход к математическому моделированию на ЭВМ и реализующее его соответствующее программное обеспечение позволяют существенно повысить эффективность проводимых исследований и обеспечивают синтез оптимального гамма-плотномера. Описаны варианты построения обрабатывающей части гамма-плотномера, ориентированные на различные условия эксплуатации, реализующие широкий спектр функциональных возможностей — от накопления до корреляционной обработки результатов измерения.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие........................................-. j
Глава 1. Обзор методов и технических средств гамма-плотнометрии, применяемых в различных отраслях промышленности.................. j
1.1. Физические основы взаимодействия 7-излучения с контролируемым ма-°риалом .................................... g
1.2. Связь характеристик взаимодействия с плотностью материалов 15
1.3. Методы гамма-плотнометрии......................... 19
1.4. Технические средства гамма-плотнометрии................. 23
1.5. Обзор методов и результатов исследований гамма-плотномеров 24 Глава 2. Основы проектирования технических средств гамма-плотнометрии 31
2.1. Общие вопросы построения имитационной модели процесса взаимодействия 7-излучения с материалом...................... 31
2.2. Экспериментально-теоретические предпосылки к разработке имитационной модели контроля плотностных характеристик материалов 33
2.3. Структурная схема алгоритма имитационной модели.......... 36
2.4. Описание программы моделирования процесса взаимодействия 7-излучения с веществом............................ 40
2.4.1. Описание основных переменных и массивов............ 41
2.4.2. Описание основных подпрограмм, используемых в имитационной модели.........................*..... 42
2.4.3. Использование программы имитационной модели ,....... 43
2.4.4. Текст программы имитационной модели процесса взаимодействия 7-излучения с веществом .................... 44
2.5. Структурная схема алгоритма программы формирования пространственно-энергетических полей плотности распределения рассеянного 7-излучения для различных параметров технологической схемы измерения..................................... 54
2.6. Описание программы обработки информационной базы по моделированию процесса взаимодействия 7-излучения с веществом..... 58
2.6.1. Описание основных переменных и массивов............ 58
2.6.2. Описание основных подпрограмм, используемых в программе обработки информационной базы................... 59
2.6.3. Использование программы обработки информационной базы 59
2.6.4. Текст программы обработки информационной базы....... go
2.7. Структурная схема программы оптимизации параметров технологической схемы измерения гамма-плотномеров............... ^
2.8. Описание программы оптимизации параметров технологической схемы измерения поверхностного гамма-плотномера ............ gg
2.8.1. Описание основных переменных и массивов............ gg
2.8.2. Описание основных подпрограмм, используемых в программе оптимизации параметров поверхностного гамма-плотномера g7
2.8.3. Использование программы оптимизации параметров технологической схемы измерения поверхностного гамма-плотномера gg
2.8.4. Текст программы оптимизации.................... gg
2.9. Общие вопросы синтеза оптимальных гамма-плотномеров....... 75
Глава 3. Оптимизация гамма-плотномеров...................... 77
3.1. Выбор критерия оптимизации......................... 77
3.2. Исследование влияния угла коллимации источника 7-излучения на пространственно-энергетическое поле плотности распределения рассеянного 7-излучения .............................. 79
3.3. Оптимизация параметров технологической схемы измерения доин-версионного поверхностного гамма-плотномера.............. 87
Глава 4. Аппаратурная реализация радиоизотопных систем измерения плотности ............................................. 92
4.1. Общие вопросы построения аппаратуры радиометрического контроля плотностных характеристик различных материалов ......... 92
4.2. Разработка конструкции многофункционального поверхностного доинверсионного гамма-плотномера..................... 93
4.3. Разработка аппаратурной реализации обрабатывающей части поверхностного гамма-плотномера для различных областей применения 93 4.3Т1. Разработка аппаратурной части поверхностного гамма-плотномера для стационарных условий применения на базе микроЭВМ 93
4.3.2. Разработка конструкции поверхностного гамма-плотномера
для полевых условий применения .................. 100
4.3.3. Разработка конструкции радиометрической системы измерения плотности с распределенной во времени и пространстве обработкой результатов измерений.................. 102
4.4. Разработка программного обеспечения для управления работой плотномера и обработки информации по измерению плотностных характеристик различных материалов.................... 104
4.5. Проектирование аппаратуры гамма-плотнометрии на базе однокристальных микроЭВМ............................... Ю7
4.5.1. Архитектура однокристальной микроЭВМ семейства 1816 Ю9 4^.2. Система команд однокристальной микроЭВМ семейства 1816 Ц4 4.5.3. Универсальный блок обработки результатов измерений цифрового гамма-плотномера на базе ОМЭВМ 1816 ........... Ц8
Приложение 1........................................ 121
Приложение 2........................................ 12]
Приложение 3........................................ 123
Список литературы..................................... 136
Цена: 150руб.
