鋼鐵工業(yè)在線X射線測量技術的應用
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假設在厚度為0 時的噪聲值為SN0，則厚度為X 時的噪聲為：
圖4 相對統(tǒng)計噪聲與半厚度之間關系
使用X 射線技術進行濃度、化學成分分析時，射線源的能量和強度可以調節(jié)顯得尤為重要。在進行化學分析時，一般是利用X 射線的熒光效應，通過對被測化學元素的原子激發(fā)產生該種元素的特征譜線，但被測元素的激發(fā)譜線容易受到其它元素譜線的影響，從而降低了系統(tǒng)的檢測精度，可以利用X 射線的能量調節(jié)和濾片技術，實現(xiàn)對特有元素的譜線激發(fā)，而不激發(fā)或降低其它元素的激發(fā)，從而實現(xiàn)對特有元素的高精度測量。
2.1.3 使用上更安全和可靠。
X 射線是加速的熱電子碰撞陽極靶產生的，因此在切斷電源后便沒有任何射線，而同位素放射源是密封在源罐中，即使關閉射線源的快門也存在一定劑量的泄露射線，不利于人身和設備的安全。
圖5 穿透物質后X射線能譜的變化
2.2.1 高壓范圍限制
X 射線的能量取決于施加的高壓，由于受技術的限制，高壓不能不受限制地增加。在熱軋生產線上使用的X 射線源高壓一般為160 kV，冷軋使用100 kV 左右，相對于放射性同位素發(fā)射出的γ射線而言如表1 所示，其能量要小得多，因此穿透物質的能力不如放射性同位素，目前鋼鐵工業(yè)上的X 射線源的高壓最高在200 kV 左右，如果再增加高壓會帶來制造和維護成本的增加，因此在寬厚板等工廠，厚度和凸度的測量通常都是采用放射性同位素方法。
表1 常用放射性同位素的射線能量 
加速熱電子在碰撞陽極靶過程中，99%的能量轉換成熱量，只有1%轉換成X 射線，因此在陽極靶上產生的熱量很大，必須對其進行冷卻，冷卻效果的好壞直接影響到設備的測量精度和使用壽命。在實際使用過程中經常受到水質、管路等影響，使冷卻效率下降。
2.2.3 吸收系數(shù)的變化
由于X 射線的能譜為連續(xù)譜，低能部分很容易被吸收，造成能譜的偏移，即X 射線的硬化現(xiàn)象，如圖6 所示，其結果是射線能量和強度都發(fā)生變化，不象放射性同位素在穿透物質時只是強度發(fā)生變化，而能量不會發(fā)生變化，這種變化的結果造成在X 射線能量不同時吸收系數(shù)不同。
不同元素吸收系數(shù)與射線能量的關系如圖7 所示，橫坐標為射線能量，縱坐標為吸收系數(shù)。
圖6 射線能量與吸收系統(tǒng)關系
圖7 電離室
2.2.4 探測器要求的增加
目前X 射線測量技術主要采用電離室作為射線檢測部件，其檢測原理是通過射線進入電離室產生氣體電離，通過對電離后的離子對加壓，產生弱電流信號（10-9～10-11A），然后將弱電流信號轉換成電壓信號，并進行數(shù)據(jù)的轉換和處理。由于X 射線是連續(xù)譜，要求測量X 射線的電離室對整個能譜范圍內的X 射線進行有效的檢測，應用在傳統(tǒng)放射性同位素測量設備上的電離室只需要對特定能量的射線進行有效檢測。隨著現(xiàn)代生產工藝對產品檢測和控制精度要求的提高，要求電離室的尺寸減小，而檢測效率提高，對電離室的制造工藝提出了更高的要求。
3 寶鋼X 射線測量設備的應用實績
寶鋼自 1997 年首次在2030 冷軋5 機架上使用X 射線測量設備以來，設備良好的精度和快速響應促進了產品質量和控制精度的提高，到目前X 射線測量設備已達25 套（不包括三期后工程）。對新建設的主生產線上都配置使用X 射線測量設備，也逐步將老的主生產線上同位素測量設備升級或改造成X 射線測量設備。測量物理量包括厚度、凸度、邊緣降、鋅層厚度、電工鋼膜厚、電解液離子濃度等。在帶鋼厚度測量方面，從以前的單點測量發(fā)展到對帶鋼整個橫斷面的精細測量（每5 mm 寬度1 個測量點），在鍍層測量方面，可以根據(jù)需要對不同成分層進行的實時多層測量。
在鋼鐵工業(yè)上，在線X 射線測量技術也需要一個不斷完善和發(fā)展的過程，在現(xiàn)場實際應用過程中仍然存在不少問題，主要是設計上的缺陷和沒有充分考慮到現(xiàn)場環(huán)境因素的影響。經過我們多年的努力，成功地解決了X 射線源的冷卻問題，提高了X 射線源的使用壽命；解決了化學成分對厚度測量結果的影響，提高了產品的質量和精度；成功地完成了X 射線源、探測器、標樣箱等關鍵部件的國產化。
4 結束語
① 在線X 射線測量設備精度、可靠性比傳統(tǒng)的放射性同位素設備高，而且其功能在不斷地增加，對現(xiàn)有系統(tǒng)進行少量的改進即可實現(xiàn)多物理量的同時測量。比如X 射線凸度儀進行適當升級就可以實現(xiàn)帶鋼溫度的測量、寬度測量、平直度測量、凸度邊降測量、局部高點測量等，從而能完成過去需要多臺測量設備才能完成的任務；
② 在線X 射線測量設備具備完善的自我診斷功能，提高了系統(tǒng)的可維護性；
③ 隨著計算機技術的發(fā)展，在測量現(xiàn)場就完成測量信號的快速采集和數(shù)字化處理，通過系統(tǒng)內部總線及部件之間的網(wǎng)絡連接，測量設備不但能提供各種工藝所需要的信號，而且通過集成在測量系統(tǒng)內部的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件，可以為生產技術人員對可能出現(xiàn)的問題提供指導。(end)
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