一种使用X射线连续高精度测量金属带材的方法和装置

摘要

本发明是一种使用X射线连续高精度测量金属带材的方法和装置，克服早期测厚仪精度低的缺点，实现连续高精度金属带材测厚。本发明使用中央控制处理器与运算器、现场控制器连接，中央控制处理器与输出接口、现场显示器、X射线高压电源、现场控制器、冷却控制器连接，X射线高压电源与X射线源连接，X射线探测器与测量变送器连接，测量变送器与现场控制器连接，C型架冷却器通过恒温冷却循环器与冷却控制器连接。由于使用了数字控制传输技术、恒温技术，实现了测量信号的远距离、抗干扰、低损耗传输，测量精度达到≤±0.1％，测量响应时间达到5毫秒，完全符合AGC系统(板带轧制厚度自动控制系统)的要求，实现金属带材的连续、稳定测量。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种使用X射线连续高精度测量金属带材的方法和装置，是一种用于计量厚度的方法和装置，特别涉及一种在轧制金属带材的轧制生产线上利用X射线进行连续高精度测量厚度的方法和装置。

背景技术

在轧制金属带材的轧制生产线上对轧制中的金属带材进行连续的厚度测量是保证金属带材质量的重要手段。早期使用的测厚仪器是γ射线测厚仪。γ射线测厚仪的缺点是γ射线源是一种放射性物质，管理起来比较复杂，更不利的是γ射线的背景噪声比较大，响应时间长，测量精度相对较低，取而代之的是X射线测厚仪。X射线测厚仪越来越多的被使用在带材轧制生产线上，其原理主要是应用了X射线穿透带材的过程中，一部分射线被带钢材吸收，一部分射线穿过金属带材至X射线测厚仪探测器，穿过带材的射线随带钢厚度的增加而减弱，利用其衰减规律并根据采集的信号得到被测金属带材的厚度值。但要在金属带材的轧制生产线使用，就必须解决两个关键问题。一是测量的精度，另一个是X射线源的恒温冷却问题。早期元器件的制造水平低，X射线源很难保持稳定，再加上传输和放大方面的元器件是模拟型的，本身的噪声和漂移已经很大，很难保持信号输出的稳定和精确。因此有人提出了双光束测量的方法。中国专利CN86209739U(公开日：1987年9月16日)提出了一种改进型的双光束X射线测厚仪。该发明使用对数放大器近似的模拟X射线在质密媒介中的衰减程度，近似的实现偏差指示的线性化。同时采用双光束，力图通过两束光的比较放大过程避开标准块和电子器件的误差，获得精确的测量数值。上述方法虽然可以取得一些效果，但还不能达到轧机生产线连续快速测量的要求。由于受到模拟电子元件和电位器精度限制，实际的测量精度很难达到该发明说明书中给出的精度。

发明内容

为克服早期X射线测厚仪精度低的缺点，本发明的发明目的是：全数字化的X射线测厚仪，并使用恒温的X射线源及C型架，提高了精度。实现了在金属带材生产线上的连续自动化测量，并可以与控制轧制厚度的自动轧制控制系统(AGC)联用，实现高精度带材轧制。

本发明的目的是这样实现的：一种使用X射线连续高精度测量金属带材的方法，包括：运算器、A/D转换器、现场显示器、中央控制处理器、输出接口、X射线高压电源、现场控制器、冷却控制器、X射线源、X射线探测器、测量变送器，其运行过程的步骤：

X射线接收装置收到穿过金属板材的X射线；

将获得的模拟信号进行A/D转换，获得数字信号；

将数字信号进行长距离传输处理；

经长距离传输处理后的压缩数字信号被发送至中央控制处理器中；

中央控制处理器将压缩的数字信号处理为正常数字信号；

将获得的数字信号与原始X射线量比较，获得差值；

差值送入运算器计算衰减量；

获得精确测量值；

将测量值记录并显示。

连续高精度金属带材X射线测厚仪，其特征包括运算器，现场显示器，中央控制处理器，输出接口，X射线高压电源，现场控制器，冷却控制器，X射线源，X射线探测器，测量变送器，C型架冷却器，恒温水冷循环器；所述的中央控制处理器与所述的运算器连接；所述的中央控制处理器与所述的现场控制器连接；所述的中央控制处理器与所述的输出接口、所述的现场显示器、所述的X射线高压电源、所述的现场控制器、所述的冷却控制器连接；所述的X射线高压电源与所述的X射线源连接；所述的X射线探测器与所述的测量变送器连接；所述的测量变送器与现场控制器连接；所述的C型架冷却器通过恒温冷却循环器与冷却控制器连接。

运算器和中央控制处理器是一个或两个以上CPU，或者是一台或两台以上计算机。C型架冷却器包括：恒温器，恒温冷水进水管，恒温冷水回水管，恒温水套，恒温冷却水，恒温媒介；所述的恒温冷水进水管和恒温冷水回水管与所述的恒温器连接，所述的恒温冷水进水管和恒温冷水回水管与所述的恒温水套连接，所述的恒温水套中装有所述的恒温媒介，所述的X射线源放置在所述的恒温媒介中。

本发明产生的有益效果是：由于使用了数字控制和传输技术，将噪声的影响降到最低，稳定性提高到模拟电路所无法达到的地步，使X射线测厚仪在测量信号处理上实现真正的线性化，测量精度达到≤±0.1％。数字传输的应用实现了测量信号的远距离、抗干扰、低损耗传输，有效的解决了轧制现场到控制中心距离远，周围电场、磁场干扰大的问题。由于采用专用处理器作为运算器，减小了中央控制处理器的运算负担，提高了控制处理和运算的速度，使测量响应时间达到5毫秒，完全符合AGC系统的要求。由于对整个C型架密封和冷却，并对X射线源单独冷却，可以满足各种轧制环境的要求，保证了测厚仪的稳定性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为一种使用X射线连续高精度测量金属带材的方法过程示意图；

图2为一种使用X射线连续高精度测量金属带材装置的结构示意图；

图3是C型架冷却器的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例所述的是使用X射线连续高精度测量金属带材的方法，所使用的硬件包括：运算器、A/D转换器、现场显示器、中央控制处理器、输出接口、X射线高压电源、现场控制器、冷却控制器、X射线源、X射线探测器、测量变送器，这些硬件组成X射线测量仪，这是一种无接触、无损测量仪器，其运行的步骤：

1.X射线接收装置收到穿过金属板材的X射线，这时X射线接收装置发出的信号为连续的模拟信号。

2.将获得的模拟信号进行A/D转换，获得数字信号。

3.将数字信号进行长距离传输处理。在实际金属带材轧制生产线上，测量用的X射线发射管和X接收装置必须在带材轧制的流水线上，以便实时的测量带材的厚度，而控制运算装置必须远离轧制流水线。因为轧制流水线的环境是高温和污染严重的环境，普通的电子设备很难在那样的环境中正常运行。为使获得的测量信号在传输中不失真，在传输前必须对获得的测量信号进行编码压缩。

4.经长距离传输处理后的压缩数字信号被发送至中央控制处理器中。传输的过程可以通过光缆或电缆，可以使用各种现有的传输技术。

5.中央控制处理器将压缩的数字信号处理为正常数字信号。

6.将获得的数字信号与原始X射线量比较，获得差值。

7.差值送入运算器计算衰减量；

8.获得精确测量值；

9.将测量值记录并显示。

本实施例的关键在于将模拟量转换为数字信号，之后进行处理。数字信号的处理在当今数字电路完善的体制下可以得到十分精确的处理，大量的数字处理电路可供选择，可以十分方便的实现精确运算、控制等过程。摒弃了所有模拟电路，避开了模拟电路产生的噪声误差、零点漂移等问题。

实施例二：

图2是本发明一种使用X射线连续高精度测量金属带材的装置的整体结构示意图，图中的序号所代表的是：1.运算器，2.AGC系统，3.输出接口，4.中央控制处理器，5.现场显示器，6.X射线高压电源，7.现场控制器，8.冷却控制器，9.X射线源，10.X射线探测器，11.测量变送器，12.C型架冷却器，13.C型架，14.恒温冷却循环器。

X射线穿透物体的时候，会产生衰减。正确的矫正衰减量是精确测量的关键。本实施例为实现高精度测量，将X射线探测器10所测得的模拟量转变为数字量，通过计算机，在本实施例中是运算器1，对这些数字量进行处理，矫正X射线穿透金属产生的衰减，最终获得精确的测量值。图2所示，是本发明的整体结构，包括：运算器，现场显示器，中央控制处理器，输出接口，X射线高压电源，现场控制器，冷却控制器，X射线源，X射线探测器，测量变送器，C型架冷却器，恒温水冷循环器。工作过程是：中央控制处理器4发出控制信息，启动X射线高压电源6，X射线高压电源向X射线源提供能量，X射线源发出X射线，X射线穿透金属板15，X射线探测器10测得穿透信号，并将穿透信号传输给测量变送器11，测量变送器将穿透信号进行数字化处理，并将经数字化处理的信号进行传输处理。测量变送器将处理完成的信号通过现场控制器7和中央控制处理器4送入运算器1中，运算器对获得的信号进行处理。对于厚度测量，人们总是希望测出的电信号与被测厚度呈线性关系，实际不可能出现这样的有利情况。例如X射线，在金属中的衰减是呈指数型衰减，过去的方法是采用对数放大器近似的放大衰减，认为放大所得到的信号是线性的，这样近似的方法很难取得精确的效果。现在的方法是精确的计算射线在穿透时的衰减量，取得每一点衰减量所对应的厚度量，通过矫正偏差，获得精确的测量值。在本实施例中，运算器计算出精确值后送入中央控制处理器，中央控制处理器一方面可以将数值显示在现场显示器上，另一方面将数值通过输出接口输送给AGC系统。现场显示器是一块大屏幕数字显示器，放置在轧机现场，显示轧机所轧出的金属带材的精确厚度，以便工人和技术人员监控轧制质量。AGC系统是控制轧制金属带材厚度质量的自动控制系统，AGC系统可以通过本实施例测得的精确数值对轧机的轧辊进行精确调整，以获得高质量厚度的金属带材。为适应AGC系统的高速运行，本实施例中运算器和中央控制处理器设置为包含一个或两个以上CPU的计算机，也可以是一台或两台以上计算机。

为保证X射线源能够稳定的工作，必须使X射线源和X射线探测器工作在恒温的环境中，这是保障测厚仪精度的重要环节。由于轧制现场环境十分恶劣，温度变化很大，不可能提供恒温的环境。因此本发明提供了一种恒温的方案，将X射线源以及相关的设备封闭在一个密闭的环境中，使用恒温冷却装置使这个密闭的环境保持恒温。本实施例使用了这一方案。冷却控制器8控制恒温水冷循环器14，产生恒温冷却水20，使恒温冷却水在C型架冷却器中循环，如图3所示。图中的序号代表的是：15.被测金属板，16.恒温器，17.恒温冷水进水管，18.恒温冷水回水管，19.恒温水套，20.恒温冷却水，21.恒温媒介。

为了降低X射线源的背景噪声，X射线源对环境的要求更为严格，因此使用了一个专用的恒温水套19。本实施例中的恒温水套是一个容器，外壳的夹层可以通恒温冷却水，容器中盛满了恒温媒介21。恒温媒介是液体的，热容量大于水，在本实施例中使用的是油，X射线源在油中可以保持更稳定的温度，受外界环境温度的干扰更小。如图3所示，C型架是一个密闭的空间，恒温器16中循环着恒温冷却水，使整个C型架保持恒温。恒温冷却水还使恒温水套保持恒温。恒温冷水进水管17、恒温冷水回水管18与恒温冷却循环器连接，恒温冷却循环器提供恒温冷却水，并保持恒温冷却水在恒温冷却循环器中不断循环，维持恒温。