Система управления процессом уплотнения дорожного покрытия на базе рентгеновского импульсного плотномера

• Автор: Пономарев, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ РЕНТГЕНОВСКОЙ ПЛОТНОМЕТРИИ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
1.1. Технологические особенности уплотнения грунтов, оснований и покрытий
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ КАК ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
1.2. Развитие методов и приборного обеспечения радиационного контроля плотности на ОБРАТНОРАССЕЯННОМ ИЗЛУЧЕНИИ
1.3. Применение обратнорассеянного рентгеновского излучения для контроля качества уплотнения покрытий автомобильных дорог
1.4. Анализ и обзор приборного обеспечения рентгеновской плотнометрии
1.5. Управление процессом уплотнения на основе радиационного контроля
1.6. Задачи диссертационной работы
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕНТГЕНОВСКОГО ИМПУЛЬСНОГО ПЛОТНОМЕРА
2.1. Физические основы рентгенотехники
2.2. Статистическая модель связи плотности материала с распределением интенсивности обратнорассеянного излучения
2.3. Результаты моделирования
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПЛОТНОМЕРА НА ОСНОВЕ ИМПУЛЬСНОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
3.1. Синтез рентгеновского плотномера на основе коллимированного импульсного излучения
3.2. Оптимизация размеров детектора
3.3. Оптимизация размера коллимационного отверстия
3.4. Активность исходного излучения
3.5. Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УПЛОТНЕНИЯ НА БАЗЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ПЛОТНОМЕРА
4.1. Разработка приборного обеспечения
4.2. Исследование характеристик разработанного прибора
4.3. Контролируемый объем дорожного покрытия
4.4. Управление процессом уплотнения на основе рентгеновского импульсного плотномера
4.5. Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Повышение долговечности автомобильных дорог неразрывно связано с совершенствованием технологии их строительства. В условиях увеличения грузопотоков и грузоподъемности транспортных средств особое значение придается прочностным показателям дорожного покрытия, которое в значительной степени определяется качеством (степенью) его уплотнения.
В мировой практике индустриально развитых стран управление процессом уплотнения автомобильных дорог осуществляется на основе гамма-плотномеров. Так, в наиболее распространенной системе управления процессом уплотнения дорожного покрытия фирмы Трокслер (США) в качестве измерителя плотности используется плотномер на основе радиоизотопа цезия-137. Однако данным плотномером регистрируется лишь 5...7% всего обратнорассеянного излучения, что в свою очередь определяет значительное время измерения (2...4 мин) и относительно высокий радиационный фон. В связи с тем, что измерение плотности осуществляется периодически в дискретные моменты времени, а процесс распада изотопа непрерывен, можно считать его использование при управлении процессами уплотнения нерациональным. Возрастающие требования по безопасности и экологичности и имеющие место симптомы радиофобии в обществе затрудняют внедрение техники на базе радиоактивных изотопов, делая невозможным ее применение в некоторых европейских странах.
Повышение производительности контроля возможно путем создания плотномеров на основе интегральных характеристик распределения обратнорассеянного излучения. Снижение радиации может быть достигнуто путем применения новых
источников излучения периодического действия - рентгеновских импульсных трубок, включаемых только на время проведения измерения.
В этой связи можно считать актуальной задачу управления процессом уплотнения дорожного покрытия с использованием импульсного рентгеновского плотномера, оценивающего текущую плотность асфальтобетона по интегральным характеристикам, вычисляемым на основе всего обратнорассеянного излучения, что существенно снижает радиационное излучение на объекте строительства, сводя его к естественному фону.
Целью работы является разработка и исследование системы автоматического контроля и управления процессом уплотнения дорожного полотна на основе использования импульсного рентгеновского излучения.
Методы исследования. В работе использовались методы Монте-Карло, математической статистики и компьютерного эксперимента, теория автоматического дискретного управления и оптимизации.
Научная новизна работы заключается в: разработке математической модели плотномера на основе обратнорассеянного рентгеновского излучения для управления процессом уплотнения покрытия автомобильных дорог;
исследованиях по оценке эффективности интегральной плотности дорожного покрытия на основе интегральных характеристик распределения обратнорассеянных рентгеновских фотонов;
оптимизации параметров радиационного плотномера на основе импульсных рентгеновских трубок,
синтезе автоматической дискретной системы рентгеновского контроля плотности при управлении процессом уплотнения дорожного покрытия.

зависимость полного сечения комптоновского рассеяния кванта на электроне от энергии кванта
21 а2
1п(1 + 2а) +
2 + %а + 9а2 +а1
а2(1 + 2а)
(2.7)
Из данной формулы следует, что сечение рассеяния максимально при а = 0. При увеличении энергии оно уменьшается и стремится к нулю при Е ->
Сечения и коэффициенты поглощения Если параллельный пучок квантов проходит через вещество, то любой из рассматриваемых выше процессов приводит к выбытию квантов из пучка. Количество квантов, выбывших из пучка на длине <7/ равно:
где сечения сгк, Ос И сг/ относятся к комптоновскому,
когерентному и фото - процессам соответственно и рассчитаны на один атом вещества, а п представляет собой число атомов в единице объема. Таким образом, характеристика взаимодействия излучения с веществом дается полным сечением взаимодействия на атом вещества
Величина, равная произведению полного сечения на концентрацию атомов
с= Ы08(ак + Су + <ус)п<іі,
(2.8)
ст=ак + ст/ +сгс.
(2.9)