Tốc độ hiển thị (%) Thời gian quét hết cửa sổ (s) Vận tốc cửa sổ (mm/s)
12 160 0.47 13 114 0.66 14 92 0.81 15 78 0.96 16 70 1.07 17 59 1.27 18 53 1.41 19 46 1.63 20 44 1.70
3.2Tính tốn liều chiếu, bố trí hình học và tiến hành chụp phim
Để thấy rõ hiệu quả của bộ điều khiển, mẫu vật sẽ được chụp trong 2 điều kiện: không sử dụng bộ điều khiển và có sử dụng bộ điều khiển. Mẫu vật được chọn làm bằng vật liệu thép có mật độ 7,9g/cm với kích thước chiều dài x chiều rộng = 200 x 100mm, bề dày nhỏ nhất 5mm, lớn nhất 30mm như trong Hình 3.1
Hình 3.1: Kích thước mẫu vật được chụp
Chọn điều kiện chiếu:
Cao áp : 200kV.
Dòng phát 4mA.
Khoảng cách 400mm.
Tra giản đồ chiếu ta tính được thời gian chiếu thực tế là 60’’
Bộ IQI 1A được đặt ở bề dày 8mm, bộ 1B được đặt ở bề dày 25mm. Dây lớn nhất đặt về phía giữa, dây nhỏ đặt ra phía ngồi
Hình 3.2: Bố trí IQI trên mẫu vật
Chụp khi khơng dùng bộ điều khiển qt chùm tia
Bố trí hình học:
Hình 3.3: Bố trí hình học khi khơng dùng bộ điều khiển qt chùm tia
Hình 3.4: Bố trí hình học khi dùng bộ điều khiển quét chùm tia
Tính tốn cho bộ điều khiển:
Hình 3.5: Giản đồ liều chiếu của máy phát tia X
• Từ giản đồ liều chiếu ta chọn khoảng bề dày của mẫu vật mà có thể chụp được theo cao áp 200Kv, bề dày nhỏ nhất là 15mm, lớn nhất là 30mm, 2 bề dày này đo được trên mẫu vật có khoảng cách chiều dài là 130mm
• Tính tốn ra thời gian chiếu cho từng phần, theo giản đồ ở khoảng cách 700 mm ta có:
Với bề dày 30mm và cao áp 200KV ta tra giản đồ được liều chiếu:
D30 = I70 x T30 = 10 mA.min , chọn cường độ chiếu là 4mA, theo cơng thức (1.11) ta tính được thời gian chiếu cho bề dày 30 mm là:
T30 == = 2.5 (min) = 150 (s) Tương tự với bề dày 15mm : T15 = = 0.375 (min) = 22.5 (s)
• Tính tốn lại ở khoảng cách 400mm. Theo định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách (1.3) ta có :
= ()2= ()2 = 3 → I40 = I70 x 3
Vậy ở khoảng cách 400mm thời gian cần chiếu của 2 bề dày là: T30 = = = 0.83(min) =50 (s)
T15 = = = 0.125(min) = 7.5 (s)
• Tính tốn qng đường cần chạy của cửa sổ: cửa sổ đặt cách nguồn
125mm, vật đặt cách nguồn 400mm. Để quét hết 130mm chiều dài của vật, theo nguyên tắc đồng dạng hình học thì quãng đường cần chạy của cửa sổ là
d1 = = 40 (mm)
• Theo cơng thức (2.2) ta tính được vận tốc cần chạy của cửa sổ V = = = 0.94 (mm/s)
Như vậy bằng việc chọn vận tốc tương ứng với 0.94 (mm/s) (v = 15%) của bộ điều khiển, và bắt đầu cho cửa sổ chạy từ thời điểm bắt đầu chụp, ta sẽ có hình ảnh của mẫu vật đạt các tiêu chuẩn của NDT trong khoảng bề dày từ 15 mm đến 30 mm. Từ đó nội suy với tốc độ đó quét trên khoảng bề dày còn lại nhỏ hơn ta thấy vẫn đạt kết quả.
Ngoài 2 lần chụp trên, đề tài đã tiến hành chụp với cùng mẫu vật, cùng phương pháp chụp ở các cao áp khác nhau. Một số lần chụp áp dụng phương pháp chia mẫu vật ra làm 2 đoạn chụp với 2 tốc độ khác nhau. Kết quả chụp được trình bày trong phần sau.
3.3Các kết quả chụp phim
Qua quá trình thiết kế mạch và lập trình cho vi điều khiển, bước đầu đã chế tạo thành công mạch điều khiển động cơ, ứng dụng cho việc điều khiển quét chùm tia bức xạ để chụp các mẫu vật có bề dày khơng đồng nhất tuyến tính. Qua thực nghiệm bộ điều khiển đã ứng dụng để chụp được cho mẫu vật có chiều dài 20 cm, bề dày thay đổi từ 5mm -> 30mm với máy chụp cao áp 200KV.
3.3.1 So sánh chất lượng hai phim khi có dùng và khơng dùng bộ điều khiển
So sánh về chất lượng ảnh của các phim có dùng bộ điều khiển ở các liều chiếu khác nhau với các phim không dùng bộ điều khiển được chụp trong điều kiện và liều chiếu tương đương
Phim 1:
Liều chiếu:
• Cao áp : 200kV.
• Thời gian chiếu thực tế là 60’’
• Tốc độ quét: v = 17% (1.27 mm/s)
Kết quả đánh giá phim sau khi chụp: Bảng 3.2: Các kết quả đánh giá phim 1
Bề dày (mm)
8 13 18 23 28
Độ đen không điều
khiển quét 7.45 4.45 2.63 1.78 1.27
Độ đen có điều khiển
quét 3.13 3.19 3.46 2.91 2.45
Độ nhạy
1.45%
• Độ đen trung bình của phim là : D = 3.03
• Chênh lệch độ đen cho phép là : D – 15%D < D < D + 30%D Tức là : 2.57 < D < 3.5
• Kết luận về khoảng phim tương ứng với khoảng bề dày đạt tiêu chuẩn: 8 – 25 mm
Hình 3.6: So sánh dải độ đen của phim khơng dùng và có dùng bộ điều khiển phim 1
Phim 2:
Liều chiếu:
• Cao áp : 200kV.
• Dịng phát 4mA.
• Khoảng cách 400mm.
• Thời gian chiếu thực tế là 60’’
• Tốc độ quét: v = 18% (1.41 mm/s) ở 25 ‘’ đầu và v=16% (1.07 mm/s) thời gian còn lại
Kết quả đánh giá phim sau khi chụp: Bảng 3.3: Các kết quả đánh giá phim 2
Bề dày (mm)
8 13 18 23 28
Độ đen không điều
khiển quét 7.45 4.45 2.63 1.78 1.27
Độ đen có điều khiển
quét 3.29 3.16 3.13 2.62 2.52
Độ nhạy
1.08%
• Độ đen trung bình của phim là : D = 2.94
• Chênh lệch độ đen cho phép là : D – 15%D < D < D + 30%D
Tức là : 2.50 < D < 3.5
• Kết luận về khoảng phim tương ứng với khoảng bề dày đạt tiêu chuẩn: 8 – 28 mm
Hình 3.7: So sánh dải độ đen của phim khơng dùng và có dùng bộ điều khiển phim 2
Phim 3:
Liều chiếu:
• Cao áp : 180kV.
• Dịng phát 5mA.
• Khoảng cách 400mm.
• Thời gian chiếu thực tế là 110’’
• Tốc độ quét: v = 15% (0.96 mm/s)
Kết quả đánh giá phim sau khi chụp: Bảng 3.4: Các kết quả đánh giá phim 3
Bề dày (mm)
8 13 18 23 28
Độ đen không điều
khiển quét 7.45 4.45 2.63 1.78 1.27
Độ đen có điều khiển
quét 4.06 3.14 2.79 2.47 2.07
Độ nhạy
1.08%
• Độ đen trung bình của phim là : D = 2.91
• Chênh lệch độ đen cho phép là : D – 15%D < D < D + 30%D
Tức là : 2.47 < D < 3.5
• Kết luận về khoảng phim tương ứng với khoảng bề dày đạt tiêu chuẩn: 10 – 23 mm
Hình 3.8: So sánh dải độ đen của phim khơng dùng và có dùng bộ điều khiển phim 3
Phim 4:
Liều chiếu:
• Cao áp : 160kV.
• Dịng phát 5.5mA.
• Khoảng cách 400mm.
• Thời gian chiếu thực tế là 120’’
• Tốc độ quét: v = 17% (1.27 mm/s) ở 25’’ đầu, v=14% (0.81 mm/s) ở 25’’ tiếp theo và v=12% (0.47 mm/s) thời gian còn lại
Kết quả đánh giá phim sau khi chụp: Bảng 3.5: Các kết quả đánh giá phim 4
Bề dày (mm)
8 13 18 23 28
Độ đen không điều
khiển quét 7.45 4.45 2.63 1.78 1.27
Độ đen có điều khiển
quét 3.2 2.81 2.32 1.78 1.59
Độ nhạy
1.43%
• Độ đen trung bình của phim là : D = 2.34
• Chênh lệch độ đen cho phép là : D – 15%D < D < D + 30%D
Tức là : 1.99 < D < 3.04
• Kết luận về khoảng phim tương ứng với khoảng bề dày đạt tiêu chuẩn: 12 – 22 mm
Hình 3.9: So sánh dải độ đen của phim khơng dùng và có dùng bộ điều khiển phim 4
3.3.2 Bảng tổng hợp kết quả đánh giá các phim
Bảng 3.6: Kết quả tổng hợp đánh giá các phimPhim Phim số Hv I (mA) t chụp (s)
v(%) Độ đen đo được Độ
nhạy (%) Kết luận khoảng bề dày đạt được TB Min Max 1 200 4 60 17 3.03 2.45 3.46 1.45 Đạt 8-25mm 2 200 4 60 ½ 18 (25’’ đầu) ½ 16 2.94 2.52 3.29 1.08 Đạt 5-28mm 3 180 5 110 15 2.91 2.07 4.06 1.08 t 10-23mm 4 160 5.5 110 ẳ 17 ẳ 14 ẵ 12 2.34 1.59 3.2 1.43 Đạt 12-22mm 5 200 4 60 Không dùng 3.47 1.27 7.45 1.5 Đạt 18-22mm Ngô Tiến Mạnh 78
3.3.3 Nhận xét về kết quả
Khi không dùng bộ điều khiển, chất lượng ảnh đạt kết quả rất thấp, vùng bề dày chênh lệch đạt tiêu chuẩn chỉ từ 4-5mm
Khi dùng bộ cơ, với liều chiếu và tốc độ phù hợp thì cho ta kết quả tốt hơn nhiều, bề dày chênh lệch đạt tiêu chuẩn có thể lên đến 20mm
Với các cao áp lớn thì cho ta kết quả tốt hơn, ở các cao áp thấp kết quả không thực sự tốt. Lý do là vì vận tốc yêu cầu để thực hiện chụp cho ra kết quả tốt rất thấp, trong khi vận tốc tối thiểu của bộ điều khiển vẫn còn bị giới hạn.
Bề dày vật thay đổi tuyến tính, nhưng liều hấp thụ thì khơng tuyến tính. Do đó ta có thể áp dụng phương pháp chia vật ra nhiều đoạn và chạy cửa sổ với nhiều tốc độ chỉ trong 1 lần chụp sẽ cho kết quả chụp tốt hơn
KẾT LUẬN
Sau 1 thời gian tìm hiểu và nghiên cứu thì đề tài đã thực hiện được các 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 bộ cơ điều khiển chùm tia bức xạ
Bộ điều khiển quét chùm tia bức xạ đã được thiết kế, chế tạo thành công và đưa vào sử dụng. Bộ điều khiển đã thực hiện được đúng các yêu cầu cần thiết :
Quay thuận, quay nghịch, tăng tốc, giảm tốc, dừng.
Đáp ứng được 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 bộ điều khiển thì chỉ chụp được trong khoảng bề dày chênh lêch 3-4mm, như vậy với bề dày chênh lệch từ 5-30 thì phải cần đến 6 phép chụp để cho ra hình ảnh đầy đủ của mẫu. Khi có bộ điều khiển chùm tia bức xạ đã chụp được trong khoảng bề dày chênh lệch lên tới 20 mm chỉ với 1 lần chụp và đạt các tiêu chuẩn NDT
Như vậy bước đầu đưa vào ứng dụng bộ điều khiển chùm tia quét đã cho kết quả tương đối khả quan. Với tốc độ điều chỉnh và liều chiếu phù hợp thì kết quả chụp sẽ cho ta hình ảnh đạt các tiêu chuẩn của NDT. Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế như vận tốc tối thiểu của bộ cơ còn chưa đủ thấp, khiến bề dày chênh
lệch chụp được cũng như số lượng các cao áp chụp được còn bị giới hạn, đồng thời bộ điều khiển mới chỉ ứng dụng được trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ cho vật liều khơng đồng nhất có bề dày thay đổi tuyến tính.
Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo:
Chế tạo được bộ cơ tốt hơn, thêm các bộ truyền động vào, giảm được tốc độ tối thiểu của cửa sổ, đồng thời lại làm đồng cơ chạy khỏe và ổn định hơn. Giúp cho ta hình ảnh tốt ở các bề dày chênh lệch lớn hơn và cao áp nhỏ hơn
Điều khiển cùng lúc 2, 3 hoặc 4 động cơ. Từ đó có thể quét chùm tia theo hình dạng và tốc độ mong muốn, do đó có thể chụp bất cứ mẫu vật có bề dày khơng đồng nhất ở bất cứ hình dạng nào.
Với những đặc điểm của mình cùng những kỹ thuật chụp mới được đóng góp vào, tin rằng kỹ thuật chụp ảnh bức xạ trong công nghiệp sẽ ngày càng tỏ rõ ưu thế của mình, được phát triển và nâng cao, đúng với vai trò là một trong những kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mẫu thông dụng nhất trong các ngành công nghiệp ở Việt Nam ./.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Công ty ứng dụng và phát triển công nghệ - NEAD ; Kiểm tra vật liệu bằng kỹ thuật chụp ảnh bức 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] Ngơ 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