Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển quét chùm tia bức xạ ứng dụng trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ trên vật liệu không đồng nhất

86 749 0
 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển quét chùm tia bức xạ ứng dụng trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ trên vật liệu không đồng nhất

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

[Đồ án] Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển quét chùm tia bức xạ ứng dụng trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ trên vật liệu không đồng nhất

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Phân loại phim chụp ảnh xạ……………………………… 17 Bảng 1.2: Đường kính dây IQI loại dây………………… 28 Bảng 2.1: Các giá trị ghi IE………………………………………… 43 Bảng 2.2: Các giá trị ghi TMOD…………………………………… 44 Bảng 2.3: Các giá trị ghi TCON…………………………………… 45 Bảng 3.1: Tốc độ điều khiển…………………………………………64 Bảng 3.2: Các kết đánh giá phim 1…………………………………… 75 Ngô Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 Bảng 3.3: Các kết đánh giá phim 2…………………………………… 77 Bảng 3.4: Các kết đánh giá phim 3…………………………………… 79 Bảng 3.5: Các kết đánh giá phim 4…………………………………… 81 Bảng 3.6: Kết tổng hợp đánh giá phim…………………………… 83 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Quá trình chụp ảnh xạ Hình 1.2: Cấu tạo ống phát tia X Hình 1.3: Cấu tạo phim ảnh Hình 1.4: Hình ảnh máy đo độ đen Hình 1.5a: Đường cong đặc trưng điển hình phim tia X, loại trực tiếp Ngô Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 Hình 1.5b: Đường cong đặc trưng điển hình phim tia X, tăng cường muối Hình 1.6a: Các đường cong đặc trưng ba loại phim tiêu biểu, dùng cơng nghiệp Hình 1.6b: Đường cong đặc trưng điển hình cho phim tia X loại trực tiếp Hình 1.7: Độ tương phản Hình 1.8: Bố trí hình học chụp ảnh xạ Hình 1.9: IQI dạng bậc lỗ Hình 2.1: Phương pháp dùng nêm thật Hình 2.2: Phương pháp dùng nhiều phim Hình 2.3: Phương pháp chụp nhiều lần phim Hình 2.4: Phương pháp dùng nêm chì Hình 2.5: Phương pháp dùng nêm ảo Hình 2.6: Phương pháp để tạo nên nêm ảo Hình 2.7: Cấu trúc 89C51 dạng sơ đồ khối tổng quát Hình 2.8: Sơ đồ chân vi điều khiển 89C51 Hình 2.9: Dao động thạch anh Hình 2.10: Chương trình có ngắt khơng có ngắt Ngơ Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 Hình 2.11: Độ rộng xung Hình 2.12: Sơ đồ khối điều khiển chùm tia xạ Hình 2.13: Sơ đồ nguồn ni DC Hình 2.14: Sơ đồ mạch vi điều khiển Hình 2.15: Mạch cầu điều khiển Motor Hình 2.16: Lưu đồ chương trình phục vụ ngắt Hình 2.17: Lưu đồ chương trình Hình 2.18 Mạch nạp cho vi điều khiển Hình 2.19: Minh họa truyền động Hình 2.20: Mạch lắp ráp Hình 2.21 Bộ chế tạo lắp vào cửa sổ máy phát Hình 3.1: Kích thước mẫu vật chụp Hình 3.2: Bố trí IQI mẫu vật Hình 3.3: Bố trí hình học khơng dùng điều khiển qt chùm tia Hình 3.4: Bố trí hình học dùng điều khiển qt chùm tia Hình 3.5: Giản đồ liều chiếu máy phát tia X Hình 3.6: So sánh dải độ đen phim khơng dùng có dùng điều khiển phim Ngô Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 Hình 3.7: So sánh dải độ đen phim khơng dùng có dùng điều khiển phim Hình 3.8: So sánh dải độ đen phim khơng dùng có dùng điều khiển phim Hình 3.9: So sánh dải độ đen phim khơng dùng có dùng điều khiển phim LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển vượt bậc cơng nghệ thơng tin kỹ thuật hạt nhân áp dụng phổ biến nhiều lĩnh vực đời sống, mang lại nhiều lợi ích kinh tế - xã hội Trong phát triển kỹ thuật hạt nhân, kỹ thuật “kiểm tra không phá hủy (NDT)” sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp khắp giới Việt Nam Một phương pháp kiểm tra không phá hủy ngày chấp nhận sử dụng rộng rãi đóng vai trị quan trọng công nghiệp là: Phương pháp chụp ảnh xạ công nghiệp Ngô Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 ( Radiography Testing – RT ) Nó ngày trở nên hữu hiệu lựa chọn nhiều ngành công nghiệp việc kiểm tra chi tiết cơng trình u cầu độ an toàn cao Tuy nhiên kỹ thuật chụp ảnh xạ mẫu vật có bề dày khơng đồng cịn gặp nhiều khó khăn, phải chụp nhiều lần, thời gian tốn Để khắc phục vấn đề này, đề tài nghiên cứu xây dựng thiết kế, chế tạo điều khiển quét chùm tia xạ điều chỉnh liều chiếu thích hợp với bề dày vật để đảm bảo phép chụp cho hình ảnh đạt yêu cầu tiêu chuẩn NDT Bộ điều khiển xây dựng dựa sở hệ thống gồm vi điều khiển, khóa điện tử hiển thị kết nối để điều khiển hệ khí Bước đầu đề tài ứng dụng chụp ảnh xạ cho mẫu vật có bề dày thay đổi tuyến tính đạt kết khả quan Đề tài bao gồm nội dung sau: - Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp chụp ảnh xạ - Tìm hiểu khó khăn kỹ thuật chụp ảnh xạ mẫu vật có bề dày khơng đồng đặt vấn đề cần nghiên cứu - Giải vấn đề - Kiểm nghiệm khả ứng dụng thực tế đưa số kết Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Th.S Lê Văn Miễn tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện nghiên cứu giúp đỡ em nhiều suốt trình thực tập làm đồ án Ngô Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 Xin chân thành cảm ơn tất thầy giáo hết lịng giảng dạy, quan tâm, tạo điều kiện suốt trình học tập trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội 06/2011 Chương : Cơ sở lý thuyết phương pháp chụp ảnh xạ 1.1Khái niệm phương pháp chụp ảnh xạ (RT) Phương pháp chụp ảnh xạ phương pháp dùng để xác định khuyết tật bên nhiều loại vật liệu có cấu hình khác Ngơ Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 Một phim chụp ảnh xạ thích hợp đặt phía sau vật cần kiểm tra chiếu chùm tia X tia gamma qua vật thể bị thay đổi tùy theo cấu trúc bên vật thể sau rửa phim chụp hình ảnh bóng, ảnh chụp xạ sản phẩm Sau phim giải đốn để có thơng tin khuyết tật bên sản phẩm Phương pháp dùng rộng rãi cho tất loại sản phẩm vật rèn, đúc hàn  Một số ưu điểm phương pháp kiểm tra chụp ảnh xạ:  Có thể dùng để kiểm tra vật liệu có diện tích lớn lần chụp  Hữu hiệu tất vật liệu  Có thể dùng để kiểm tra sai hỏng bên cấu trúc vật liệu, lắp ráp sai chi tiết, lệch hàng  Cho kết kiểm tra lưu trữ lâu  Có thiết bị để kiểm tra chất lượng phim xạ  Quá trình giải đoán phim thực điều kiện tiện nghi       học     Những hạn chế phương pháp này: Chùm xạ tia X gamma gây nguy hiểm cho sức khỏe người Không thể phát khuyết tật dạng phẳng cách dễ dàng Cần phải tiếp xúc mặt vật thể kiểm tra Bị giới hạn bề dày kiểm tra Có số vị trí số chi tiết khơng thể chụp cấu tạo hình Độ nhạy kiểm tra giảm theo bề dày vật thể kiểm tra Phương pháp đắt tiền Không dễ tự động hóa Người thực phương pháp cần có nhiều kinh nghiệm việc giải đốn ảnh chụp phim 1.2 Cơ sở vật lý phương pháp chụp ảnh xạ (RT) [1] Ngô Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 Mục đích chụp ảnh xạ tia X diện loại khuyết tật bên vật liệu cần kiểm tra Kỹ thuật chụp ảnh nhằm tận dụng khả tia X gamma với bước sóng cực ngắn vào vật thể Bước sóng ngắn khả xun thấu lớn Không phải tất tia xạ xuyên qua vật liệu mà phần bị hấp thụ vật liệu Lượng bị hấp thụ hàm theo mật độ hay chiều dày loại vật liệu: I = Ioe(-µx) (1.1) Trong đó: Io: Cường độ xạ tia X gamma tới I: Cường độ xạ tia X tia gamma truyền qua vật liệu có bề dày x có hệ số hấp thụ µ Hình 1.1: Q trình chụp ảnh xạ Nếu có khuyết tật rỗng hay tính khơng liên tục vật liệu cần chùm tia xạ nhỏ chùm tia xuyên qua vật liệu rắn đồng Do có khác xạ bị hấp thụ chỗ có khơng có khuyết tật Ngơ Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 Nếu ghi nhận tượng phim tia X hay gamma cho ta ảnh có hay khơng diện khuyết tật Ảnh có bóng tối tạo tia X hay gamma khác chỗ có khơng có khuyết tật Như vậy, chụp ảnh xạ có độ nhạy dựa vào nguyên lý hấp thụ xạ qua vật liệu Sự khác vùng hấp thụ dịch thông tin liên quan đến cấu trúc bên vật liệu Về chất hệ chụp ảnh gồm: nguồn phóng xạ, vật thể cần kiểm tra, phận ghi phim hệ thống xử lý đọc phim 1.3 Nguồn xạ đặc trưng tia X tia gamma [1] 1.3.1 Nguồn tia X Hình 1.2: Cấu tạo ống phát tia X Nguồn phát tia X dùng cho chụp ảnh công nghiệp ống phát tia X Ống phát tia X kinh điển ống thủy tinh chân không chứa điện cực dương anode điện cực âm cathode Cathode bao gồm sợi dây tóc đốt nóng dịng điện cỡ vài ampe để phát điện tử Dưới tác dụng điện trường anode cathode điện tử từ cathode chạy anode Dòng điện tử tập trung thành chùm ống hình trụ chén hội tụ Bia miếng lót kim loại hàn điểm cắm vào anode chỗ mà chùm điện tử đập vào Sự va đập làm bia phát tia X Về chất, phần diện tích bia bị va đập thông lượng electron phải đủ rộng để tránh bị đốt nóng cục gây nguy hiểm cho phép tản nhiệt nhanh 1.3.2 Các nguồn gamma Ngô Tiến Mạnh 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011  Phim 2:  Liều chiếu: • Cao áp : 200kV • Dịng phát 4mA • Khoảng cách 400mm • Thời gian chiếu thực tế 60’’ • Tốc độ quét: v = 18% (1.41 mm/s) 25 ‘’ đầu v=16% (1.07 mm/s) thời gian lại  Kết đánh giá phim sau chụp: Bảng 3.3: Các kết đánh giá phim Bề dày (mm) 13 18 23 28 7.45 4.45 2.63 1.78 1.27 3.29 3.16 3.13 2.62 2.52 Độ đen khơng điều khiển qt Độ đen có điều khiển quét Độ nhạy Ngô Tiến Mạnh 1.08% 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 • Độ đen trung bình phim : D = 2.94 • Chênh lệch độ đen cho phép : D – 15%D < D < D + 30%D Tức : 2.50 < D < 3.5 • Kết luận khoảng phim tương ứng với khoảng bề dày đạt tiêu chuẩn: – 28 mm Hình 3.7: So sánh dải độ đen phim khơng dùng có dùng điều khiển phim Ngô Tiến Mạnh 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011  Phim 3:  Liều chiếu: • Cao áp : 180kV • Dịng phát 5mA • Khoảng cách 400mm • Thời gian chiếu thực tế 110’’ • Tốc độ quét: v = 15% (0.96 mm/s)  Kết đánh giá phim sau chụp: Bảng 3.4: Các kết đánh giá phim Bề dày (mm) 13 18 23 28 7.45 4.45 2.63 1.78 1.27 4.06 3.14 2.79 2.47 2.07 Độ đen không điều khiển quét Độ đen có điều khiển qt Độ nhạy Ngơ Tiến Mạnh 1.08% 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 • Độ đen trung bình phim : D = 2.91 • Chênh lệch độ đen cho phép : D – 15%D < D < D + 30%D Tức : 2.47 < D < 3.5 • Kết luận khoảng phim tương ứng với khoảng bề dày đạt tiêu chuẩn: 10 – 23 mm Hình 3.8: So sánh dải độ đen phim khơng dùng có dùng điều khiển phim Ngô Tiến Mạnh 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011  Phim 4:  Liều chiếu: • Cao áp : 160kV • Dòng phát 5.5mA • Khoảng cách 400mm • Thời gian chiếu thực tế 120’’ • Tốc độ quét: v = 17% (1.27 mm/s) 25’’ đầu, v=14% (0.81 mm/s) 25’’ v=12% (0.47 mm/s) thời gian lại  Kết đánh giá phim sau chụp: Bảng 3.5: Các kết đánh giá phim Bề dày (mm) 13 18 23 28 7.45 4.45 2.63 1.78 1.27 3.2 2.81 2.32 1.78 1.59 Độ đen không điều khiển quét Độ đen có điều khiển qt Độ nhạy Ngơ Tiến Mạnh 1.43% 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 • Độ đen trung bình phim : D = 2.34 • Chênh lệch độ đen cho phép : D – 15%D < D < D + 30%D Tức : 1.99 < D < 3.04 • Kết luận khoảng phim tương ứng với khoảng bề dày đạt tiêu chuẩn: 12 – 22 mm Hình 3.9: So sánh dải độ đen phim khơng dùng có dùng điều khiển phim Ngô Tiến Mạnh 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 3.3.2 Bảng tổng hợp kết đánh giá phim Bảng 3.6: Kết tổng hợp đánh giá phim Phim Hv t chụp (mA) số I v(%) (s) Độ đen đo TB Min Max Độ Kết luận khoảng nhạy bề dày đạt (%) 200 60 17 3.03 2.45 3.46 1.45 Đạt 8-25mm 200 60 ½ 18 2.94 2.52 3.29 1.08 Đạt 5-28mm (25’’ đầu) ½ 16 180 110 15 2.91 2.07 4.06 1.08 Đạt 10-23mm 160 5.5 110 ¼ 17 2.34 1.59 3.2 1.43 Đạt 12-22mm 3.47 1.27 7.45 1.5 t 18-22mm ẳ 14 ẵ 12 200 60 Không dùng Ngô Tiến Mạnh 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 3.3.3 Nhận xét kết  Khi không dùng điều khiển, chất lượng ảnh đạt kết thấp, vùng bề dày chênh lệch đạt tiêu chuẩn từ 4-5mm  Khi dùng cơ, với liều chiếu tốc độ phù hợp cho ta kết tốt nhiều, bề dày chênh lệch đạt tiêu chuẩn lên đến 20mm  Với cao áp lớn cho ta kết tốt hơn, cao áp thấp kết khơng thực tốt Lý vận tốc yêu cầu để thực chụp cho kết tốt thấp, vận tốc tối thiểu điều khiển bị giới hạn  Bề dày vật thay đổi tuyến tính, liều hấp thụ khơng tuyến tính Do ta áp dụng phương pháp chia vật nhiều đoạn chạy cửa sổ với nhiều tốc độ lần chụp cho kết chụp tốt Ngô Tiến Mạnh 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đề tài thực việc sau:  Thiết kế lắp ráp nguồn nuôi +5V, +12V  Thiết kế lắp ráp mạch vi điều khiển  Viết chương trình cho vi điều khiển  Thiết kế chế tạo điều khiển chùm tia xạ Bộ điều khiển quét chùm tia xạ thiết kế, chế tạo thành công đưa vào sử dụng Bộ điều khiển thực yêu cầu cần thiết :  Quay thuận, quay nghịch, tăng tốc, giảm tốc, dừng  Đáp ứng mức vận tốc tối thiểu cần thiết để chụp cho mẫu vật có độ chênh lệch bề dày tương đối từ 5mm – 30mm  Khi khơng có điều khiển chụp khoảng bề dày chênh lêch 3-4mm, với bề dày chênh lệch từ 5-30 phải cần đến phép chụp hình ảnh đầy đủ mẫu Khi có điều khiển chùm tia xạ chụp khoảng bề dày chênh lệch lên tới 20 mm với lần chụp đạt tiêu chuẩn NDT Như bước đầu đưa vào ứng dụng điều khiển chùm tia quét cho kết tương đối khả quan Với tốc độ điều chỉnh liều chiếu phù hợp kết chụp cho ta hình ảnh đạt tiêu chuẩn NDT Tuy nhiên số hạn chế vận tốc tối thiểu chưa đủ thấp, khiến bề dày chênh Ngô Tiến Mạnh 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 lệch chụp số lượng cao áp chụp bị giới hạn, đồng thời điều khiển ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh xạ cho vật liều khơng đồng có bề dày thay đổi tuyến tính Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo:  Chế tạo tốt hơn, thêm truyền động vào, giảm tốc độ tối thiểu cửa sổ, đồng thời lại làm đồng chạy khỏe ổn định Giúp cho ta hình ảnh tốt bề dày chênh lệch lớn cao áp nhỏ  Điều khiển lúc 2, động Từ qt chùm tia theo hình dạng tốc độ mong muốn, chụp mẫu vật có bề dày khơng đồng hình dạng Với đặc điểm kỹ thuật chụp đóng góp vào, tin kỹ thuật chụp ảnh xạ công nghiệp ngày tỏ rõ ưu mình, phát triển nâng cao, với vai trò kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mẫu thông dụng ngành công nghiệp Việt Nam / Ngô Tiến Mạnh 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Công ty ứng dụng phát triển công nghệ - NEAD ; Kiểm tra vật liệu kỹ thuật chụp ảnh xạ - Bậc II; Hà Nội – 2006 [2] BHABHA Atomic Research Centre; Training Course On Radiography Testinglevel – 2; Mumbai – 2007 [3] GS Phạm Văn Ất; C++ Lập trình hướng đối tượng; NXB Giao thơng vận tải – 2005 [4] Ngô Diên Tập; Vi điều khiển với lập trình C; NXB KHKT; 2006 [5] Đỗ Đức Trí; Giáo trình điện tử thực hành; NXB ĐH Quốc gia TP.HCM; 2010 Ngô Tiến Mạnh 82 ... kỹ thuật chụp ảnh xạ mẫu vật có bề dày khơng đồng cịn gặp nhiều khó khăn, phải chụp nhiều lần, thời gian tốn Để khắc phục vấn đề này, đề tài nghiên cứu xây dựng thiết kế, chế tạo điều khiển quét. .. sở vật lý phương pháp chụp ảnh xạ (RT) [1] Ngô Tiến Mạnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011 Mục đích chụp ảnh xạ tia X diện loại khuyết tật bên vật liệu cần kiểm tra Kỹ thuật chụp ảnh nhằm tận dụng khả tia. .. độ xạ cần thiết cho mục đích sử dụng 1.3.3 Các đặc trưng xạ tia X tia gamma Bức xạ tia X dạng xạ điện từ giống ánh sáng Giữa tia X ánh sáng thường khác bước sóng Trong kiểm tra vật liệu chụp ảnh

Ngày đăng: 18/05/2014, 19:02

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • MỤC LỤC

  • DANH MỤC BẢNG BIỂU

  • DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

  • LỜI MỞ ĐẦU

  • KẾT LUẬN

  • TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan