Fantomiaso

Fantomiaso

пикабушник
поставил 2614 плюсов и 1144 минуса
отредактировал 0 постов
проголосовал за 0 редактирований
29К рейтинг 245 подписчиков 4984 комментария 104 поста 24 в горячем
1 награда
5 лет на Пикабу
31

Теперь я понял, для чего мне нужен был 3D-принтер

Купил в феврале чисто на импульсе принтер anycubic i3 mega, толком не зная, для чего он мне нужен. Потом рванула пандемия и почти два месяца печаталось всякое разное для медиков.  Когда ажиотаж подутих, всё не мог придумать, что же себе такое напечатать. Нуууу.... Техничку всякую делал конечно, но это всё так, как в анектоде про корову - без любви. А тут нашёл на thingiverse моделюку потешного мини-тоторо из прерасной мультипликационной ленты "Мой сосед Тоторо". Понял, что вот оно) Печать из ПЛА соплом 0,3 слоем 0,15 на 40мм/с. Покрыл акриловым автомобильным грунтом, покрасил нитрой MR HOBBY, задул поверх автомобильным же лаком.

Теперь я понял, для чего мне нужен был 3D-принтер Тоторо, 3D печать, 3D принтер, Велоцираптор, Череп, Длиннопост
Теперь я понял, для чего мне нужен был 3D-принтер Тоторо, 3D печать, 3D принтер, Велоцираптор, Череп, Длиннопост
Теперь я понял, для чего мне нужен был 3D-принтер Тоторо, 3D печать, 3D принтер, Велоцираптор, Череп, Длиннопост
Теперь я понял, для чего мне нужен был 3D-принтер Тоторо, 3D печать, 3D принтер, Велоцираптор, Череп, Длиннопост
Теперь я понял, для чего мне нужен был 3D-принтер Тоторо, 3D печать, 3D принтер, Велоцираптор, Череп, Длиннопост

Ну и бонусом череп велоцираптора, который попросил отпечатать знакомый, угорающий по палеонтологии. Получился не очень, т.к. ПЛА превратился в тыкву.

Теперь я понял, для чего мне нужен был 3D-принтер Тоторо, 3D печать, 3D принтер, Велоцираптор, Череп, Длиннопост
Показать полностью 5
5045

Я таких не ем...

Вот буквально сейчас произошло. Остановился на заправке залить в бак бензина, а в себя кофеина. Заправка на 4 места, на смежных местах стоят мелкий грузовичок и компакт-вэн. В вэне семья с детьми, дети ревут. Мать детям:

- Если сейчас же не перестанете, вас дядя заберёт!

И тычет в водилу грузовичка. А там дядька 2 метра ростом и весом полтора центнера. Его реакция заставила подавиться кофе. Спокойным тоном, пристально глядя на детей:

- Ну зачем вы так, не буду я их забирать. Худые они, я таких не ем.

Дети замолчали мгновенно (хотя возможно станут потом клиентами психолога).

70

Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла.

Купил я почти два года назад себе мотоциклет Minsk x250. Типичный добротный китайчик с 166ым мотором. Но поскольку руки из плеч и шило там, откуда у многих руки растут, то понеслась 3,14159265зда по кочкам в сторону улучшайзинга. Сначала была увеличена степень сжатия, сделан портинг головки, потом другой карбюратор, доработанный напильником. Вслед за ним для настройки не на слух/нюх пошёл широкополосный лямбда-зонд с контроллером. Сейчас же на зиму решил "ДОКОЛЕ!" и вместо бульбулятора начал вкорячивать инжектор. В качестве отправной точки был взят проект опенсорсный rusefi. Составил список датчиков и исполнительных устройств. Страссировал и заказал плату, заказал нужные детали и пока ждал, принялся за макетирование. Все фото сделаны на форсунку.

Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост
Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост
Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост
Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост
Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост

Не всё получилось сразу. Были найдены баги в исходных алгоритмах. Были найдены ошибки в схеме. Так выглядел дебаг:

Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост
Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост

Дождался плат и комплектухи. Чёрный матт дорог и бохат.

Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост

Разогрел паяло и и пошло-поехало:

Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост
Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост
Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост

В итоге после сборки в корпус и заливки лаком:

Пятничное моё. Самопальный блок управления двигателем для мотоцикла. Пятничный тег моё, Эбу, Длиннопост

На борту:
STM32F407 в качестве думательного органа
5 интеллектуальных P-ключей для управления нагрузками (все дополнительно защищены супрессорами).
Контроллер широкополосного лямбда-зонда на CJ125
Контроллер двух датчиков детонации на HIP9011
Bluetooth модуль HC-05 для связи с ноутом по RFCOM

Мостовой драйвер шаговика на A3977

Ну и куча рассыпусхи, чтобы это всё срастить.
Обсасываемые датчики:

Давление во впускном тракте
Температура во всускном тракте
Положение дроссельной заслонки
Узкополосный датчик кислорода
Широкополосный датчик кислорода
Датчик детонации
Температура двигателя
Холловский датчик положения коленвала
Управляемые нагрузки:
Бензонасос
Форсунка
Подогреватель лямбды
Катушка зажигания
Вентилятор охлаждения маслорадиатора
Шаговый двигатель коррекции холостого хода


Сейчас надо снять карту проводки, раздобыть нужные разъёмы и вязать жгуты. Потом немного токарки, чтобы встроить форсунку и датчик распредвала. И в конце долго и нудно всё настраивать )

Показать полностью 11
12

Как правильно выводить людей из себя. На примере АЗС, по пунктам. Немного утрированно.

Вводная:
- у вас АЗС на оживлённом направлении;
-  час-пик.
Итак, работаем.

1. Чтобы всё сработало, в час-пик на АЗС должер быть только один оператор.

2. Сначала оператор должен выдать красивое длинное приветствие. Что-нибудь вроде: "Добрый день, рады приветствовать вас на АЗС "бенз наливай чуть-чуть не доливай".

3. После озвучивания клиентом своих намерений необъодимо обязательно уточнить наличие бонусной карты. Даже если клиент тычет ей в нос оператору.
4. После проведения карты нужно заявить, что терминал сбойнул и нужно ввести всё заново. Повторить п.п. 3.

5. При отсутствии бонусной карты необходимо в навязчивой форме предложить её приобрести, описывая великое благо от обладания оной.

5. Перед тем, как проводить оплату, необходимо уточнить, не желает ли клиент кофе или хот-дог. Ведь сам он о своём желании никогда не догадается.

6. В случае согласия описать все возможные виды кофе, сосисок и соусов.

7. Уйти готовить кофе/хотдог.

8. По возвращении заявить, что топливо и кофе/хот дог оплачиваются по разным чекам. Повторить п.п. 3-5.

9. Выдать красивое длинное прощание. Например: "Спасибо что воспользовались услугами нашей АЗС "кран вставляй счёт пополняй", будем рады видеть вас нашим постоянным клиентом, чек после заправки, всего доброго".
10. Бонусную карту и сдачу отдавать только после выполнения п.п.9, чтобы клиент никак не мог уйти раньше.
11. Начиная с п.п. 2 продолжить работу со следующим клиентом.
12. Приостановить с ним работу, т.к. необходимо выдать чек предыдущему, для чего долго искать его "проводку" в истории оплат.

13. В случае необходимости перерасчёта по невлезшему в бак топливу повторить пункты 3-10.

14. Вернуться к обслуживанию второго клиента. Увидеть, что он умер от старости и убрать тело. На всякий случай уточнить, не участвует ли он в акциии.

7

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики.

Ну что, заключительная часть. В прошлых постах мы пульнули рентгеном и просветили условный чемодан. В этой разберёмся, как зарегистрировать результат.


Рентген и гамма-излучение являются высокочастотным электроизлучением - светом по сути. Приём принципиального различия между рентгеном и гаммой нет, исторически такое разделение сложилось и зависит от уровня энергии кванта.


В контексте данного поста нам важны два понятия:

- сцинтилляционный детектор;

- фотодетектор;

- интегратор.


Поговорим про них сначала по отдельности.


Сцинтилляторами называют вещества, способные к излучению света в видимом диапазоне под действием ионизирующего излучения. Происходит это благодаря следующим явлениям:
1. Комптон-эффект. Летел, летел себе квант рентгена. И тут встречается ему на пути атом со своими электронными оболочками. И электроны такие "Нука тормозни, пацанчик, энергия есть?". И начинают взаимодействовать с нашим мимокрокодилом. Квант влетает в электрон, передаёт ему часть своей энергии и отлетает под углом от первоначального направления в подизносившемся виде, т.е. с меньшей энергией. Электрон на радостях возбуждается, перепрыгивает на более высокий энергетический уровень, там решает потратить вновь приобретённую энергию (ведь всё стремится к состоянию с наименьшей суммой энергий) и, испустив квант электромагнитного излучения, возвращается к своим. А как мы помним из предыдущего поста, частота и энергия связаны напрямую, поэтому частота нового кванта излучения напрямую зависит от энергии, которую потерял первоначальный гамма-квант, значит длинна волны будет с каждым таким взаимодействием возрастать, частота снижаться, и так пока мы не дойдём до излучения в видимом диапазоне.

2. Фотоэлектронное поглощение. Если первоначальный квант был сильно борзый (с энергиями за 1МэВ), то он самовыпиливается, при этом выбрасывая электрон за пределы атома. А поскольку в веществе на более-менее макроуровне всё строится на принципе "Есть электрон? А если найду?", то этот выпнутый бродяга рано или поздно где-то зацепится там, где электронов не хватило, по пути, возможно, провзаимодействовав с ядрами других атомов, где притормозив выделит энергию по тому же механизму, что был описан в предыдущем посте. Тут он может светануть как новым квантом рентгена меньшей энергии, так и квантом видимого света. Всё зависит от того, сколько у него было энергии на момент выхода из атома (разница энергий первоначального кванта и энергии связи электрона с ядром).

3. Формирование электрон-позитронной пары. Ага. Антивещество. Очень заметный эффект на энергиях кванта больше 3МэВ. При меньших энергиях работают в основном первых два эффекта, а ниже 1,022МэВ данный эффект невозможен в принципе. Ключевой фактор тут - энергия кванта должна быть вдвое выше энергии покоя электрона. Е=2mec^2. Знакомая формула? :-) И если в предыдущих случаях первоначальные кванты взаимодействовали с шестёрками-электронами, то теперь, видя всю серьёзность прущего кванта, в дело вступает самый здоровый из этой тусовки - ядро атома. Оно кастует в своём поле "виртуальный фотон", об который квант сбрасывает энергию в 1,022МэВ, рождая электрон и позитрон, которые затем схлопываются (аннигилируют), а победневший первичный квант прёт дальше, к двум описанным выше эффектам. При этом так же испускается квант излучения с той же энергией в 1,022МэВ. Вероятность рождения пары в таком процессе пропорциональна квадрату заряда ядра. Вообще в квантовом мире везде приходится оперировать вероятностью. Может захватит, может не захватит. Поэтому подбираетя баланс между энергиями квантов в генераторе и предполагаемым набором исследуемых объектов. Инач может возникнуть ситуация, когда все кванты сожрал тестируемый объект и д одетектора ничего не долетело, либо наоборот - объект прошибло навылет, ничего не задержав.

Короче, как можно понять из вышесказанного, первоначальные кванты рентгена (или гаммы) постепенно теряют свою энергию, порождают низкоэнергетические новые кванты и так до тех пор, пока не дойдём до видимого спектра.


С процессами разобрались. Так вот, какие же вещества обладают нужными нам свойствами? Для начала - они должны быть прозрачными, чтобы выпустить свет наружу. На самом деле, среди них хватает как вполне обыденных: нафталин (средство от моли), антрацен (применяют для красителей), сульфид кадмия (пигмент в красках), так и тех, что создавались специально для этих нужд. Среди них наиболее часто применяют:
- NaI(Tl);
- CsI(Tl);

- CdWO4;

- GOS-керамика.

Но и у них есть проблемы. NaI имеет хороший световыход, но гигроскопичен и имеет большое послесвечение, что ограничивает максимальные частоты, на которых можно провести сканирование. CsI так вообщ фосфоресцирует. CdWO4 обладает хорошими механическими свойствами, малым временем послесвечения, однако световыход его понижен. Короче хватает нюансов.


Вот так выглядит кристалл из вольфрамата кадмия:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики. Рентген, Детектор, Сцинтиллятор, Длиннопост

Если не знать - от какого-нибудь акрила можно отличить только по весу. Этот кристалл идёт в каргосаны, размер пикселя 4х4мм, длинна кристала 30. Собирает рентген в торец.

Вообще в системах на две энергии обычно применяют различные типы сцинтилляторов. чтобы эффективно ловить разные энергии излучений.


Ладно, излучение мы поймали, получили свет. Теперь свет нужно собрать. А собрать можно разными приборами:

Фотоэлектронным умножителем, в сканерах не используется, зато очень хорошо себя показывает в радиометрах, где нужно ловить отдельные кванты света - он их "размножает" в тысячи раз. Очень чувствительная вещь.

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики. Рентген, Детектор, Сцинтиллятор, Длиннопост
Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики. Рентген, Детектор, Сцинтиллятор, Длиннопост

Дальше следуют фотодиоды. Их применяют в багажках практически всегда. Вот в таком виде чаще всего и приходят:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики. Рентген, Детектор, Сцинтиллятор, Длиннопост

На этой плате 16 фотодиодов (по два на кристалле). Здесь размер пикселя 2,5х4мм.


А вот это уже две платы по 16 фотодиодов по 1,6мм на пиксель. Слева - низкоэнергетическая, справа - высокоэнергетическая.

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики. Рентген, Детектор, Сцинтиллятор, Длиннопост

На ниху уже приклеены сцинтилляторы. Белое покрытие - светоотражающий компаунд. Его задача вернуть фотоны, пытающиеся свалить из кристалла, обратно. И заставить их влететь в фотодиод. А чтобы фотоны из одного села пикселя не летели в соседний и не портили там всю малину. таким же составом кристалики разделяют и между пикселями. Низкоэнергетический сцинтиллятор тольше и выполнен из GOS-керамики, высокоэнергетический уже толще и сделан из NaI(Tl). Платки имеют разную ширину, т.к. их нужно собирать в бутерброд одну над другой:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики. Рентген, Детектор, Сцинтиллятор, Длиннопост

Плата, служащая в этом "бутерброде" маслом и скрепляющая всё, не показана.

Представьте, что вы - это пучок рентгена, летящий в этот бутер снизу вверх. Вы влетаете в низкоэнергетический сцинтиллятор, где часть ваших самых слабых фотонов теряется, а остальные. кто пободрее, летят дальше. Тут на вашем пути встаёт преграда - медный фильтр, который забирает на себя каким-то чудом оставшиеся в живых низкоэнергетические фотоны. Тут фильтр на фотке не показан. Дальше ваш путь лежит прямиком в высокоэнергетический сцинтиллятор, где в идеале должны осесть остальные фотоны.


Ещё, когда нужно получить высокое пространственное разрешение. могут применяться ПЗС-матрицы и линейки, но в сканерах багажа их не применяют - это в медицину и дефектоскопию.


Ну и непростая задача - согласовать спектральный максимум высвечивания сцинтиллятора со спектральным максимумом поглощения фотодиода. Т.е. если наш сцинтиллятор светит в 550нм (красный), то и фотоприёмник должен быть максимально  чувствительен именно к 550нм, иначе процесс будет происходить неэффективно. Это как пытаться собрать паззл из четырёх кусочков, в котором есть каждого кусочка 20 вариаций и все одинаковые, но чуть-чуть разные.


Всё, 2/3 работы выполнено. Мы получили свет и преобразовали его в фотодиоде в ток. Именно в ток, а не в напряжение. Такова судьба фотодиода - быть источником тока. Дальше нам нужно определить количественно, сколько тока прёт. И этот процесс уже является точной калькой с классической фотографии. ВЫДЕРЖКА. Оно же интегрирование. И происходит оно, как не странно, в интеграторе )
Что за зверь такой и с чем его едят? Вспомним старшие классы и физический смысл интеграла - определение количества чего либо: площади под фигурой, объёма и т.д. В нашем случае, пустив на вход интегратора ток и управляя интегратором в плане времени выдержки, мы определим количественную характеристику тока - заряд, который прошёл через фотодиод за время выдержки. Смысл выдержки ровно такой же, как и в фотографии - подогнать имеющуюся интенсивность светового потока к имеющейся чувствительности фотодетектора. Проводя аналогии  - при слабом освещении и малой выдержке кадр будет чёрным, при большом световом потоке и большой выдержке будет засветка. Важно подобрать баланс. И тут те же самые инструменты: можно регулировать чувствительность фотоприёмника (аналог ISO) иможно регулировать выдержку. Следствия те же самые.
В среднем это выглядит вот так:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики. Рентген, Детектор, Сцинтиллятор, Длиннопост

В качестве интегрирующего элемента выступают конденсаторы, т.к. они могут накапливать заряд, при этом на выводах кондёра меняется напряжение, причём в определённом диапазоне вполне нинейно. Переключая конденсаторы можно менять чувствительность интегратора - чем больше ёмкость конденсатора, тем медленнее нарастает напряжение, значит и чувстсвиельность ниже. За отслеживание этого изменения отвечает операционный усилитель, который меняет напряжение на своём выходе. Почему нельзя сразу снимать напругу с кондёра? Дело в том, что любые электронные элементы имеют входной ток, который будет тырить полезные электроны обратно с кондёра. И чем этот ток меньше, тем лучше. А операционный усилитель по природе своей имеет входное сопротивлене. стремящееся к бесконечности, а по закону Ома это означает, что входной ток его будет стремиться к нулю. Получаем систему, которая практически не влияет на измеряемую величину самим фактом измерения.

Интеграторы могут быть выполнены как в виде отдельных микросхем, так и входить в состав других приборов - например фотодиодной сборки:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики. Рентген, Детектор, Сцинтиллятор, Длиннопост

В этом случае на плате 128 фотодиодов по 0,4мм. Физически сложно каждый из них подключить к отдельному интегратору - проще сделать такой чип, который приварить сразу к фотодиодной линейке, а выходы интеграторов от кажого фотодиода сделать переключаемыми (чтобы не тянуть те же 128 дорожек дальше).


А может быть в составе микросхемы аналогово-цифрового преобразователя.

Так вот. Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Это такая чудо-штука, которая и преобразует напряжение в понятные компьютеру нули и единицы. Если не вдаваться в подробности физической реализации. то он приводит величину из заданного аналогового диапазона к величине из поставленного ему в соответствие цифрового диапазона. Например:
Имеем входной сигнал в 1 вольт. Аналоговый диапазон задаётся опорным напряжением, подаваемым на АЦП. Для удобства пусть это будет 4,096 В. И пусть АЦП имеет разрадность 12 бит, т.е. 4096 значений (0-4095). Т.е. 4,096 вольта = 4095 в выдаваемом АЦП коде, 0 вольт = 0. Что мы получим для одного вольта? А получи мы (1В/4,096В)*4095=999,76. Но поскольку сотые доли конструкцией не предусмотрены, то они отбросятся и получим число 999. Это в идеальной ситуации. На практике же младшие разряды АЦП всегда шумят. Для АЦП в 20 бит шум в младших двух или трёх разрядах - это вполне себе неплохо. Т.е. в контексте нашего примера если бы мы получили в пределах 999+/-4, то это уже норм.


Вот мы и получили величину значения пикселя на нашем изображении. Собираем пиксели в линейку:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Ловим фотончики. Рентген, Детектор, Сцинтиллятор, Длиннопост

Вешаем всё это добро на плату, которая отвечает за сбор данных в пакетики и отправки их куда следует. Та в свою очередь склеит пиксели в строчку и выплюнет её на комп оператору, где в буфер ляжет очередной столбец изображения. А выплюнуть всё это тоже непросто - например в багажках формата 60х40см имеется 1280 пикселей. Каждый из них имеет изначально разрядность в 20 бит, но должен быть дополнен до вида, который воспринимается процессорами обычных ПК - 32 бита. Имеем 1000 "нарезок" в секунду. Итого нужно обеспечить среднюю пропускную способность в 32*1280*1000=40Мбит/с. Но это среднюю. На самом же деле окно для передачи одной строки строго ограничено и для такой же конфигурации багажки составляет всего 310мкс, что поднимает требования к мгновенной пропускной способности линии данных до 130Мбит/сек. Вы когда-нибудь пробовали ДЁШЕВО принять, обработать и пропихнуть такие объёмы информации в такой ограниченный  срок? Вот и не пробуйте ) А то ещё подсядете на иглу FPGA и станете презирать процессоры )


На сим заканчиваю. Кому что осталось не ясно - задавайте вопросы.

Показать полностью 9
46

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген.

С понедельником всех, будь он проклят. Даю вторую часть.

Сегодня, как можно понять из заголовка, речь пойдёт о применяемых в досмотровых комплексах источниках рентгена.
Но сначала небольшое дополнене к предыдущему посту - наглядный снимок  тест-объекта в двух режимах.
Моноэнергетический:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

Двуэнергетический:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

PM - полимер
Al - алюминий
Fe - железо


Как можно видеть, в одноэнергетическом режиме некоторые тест-объекты неразличимы, а вот в двуэнергетическом уже можно понять, где что )


Теперь продолжим тереть за источники. Их мы применяем два вида: рентгеновская трубка и бетатрон. Оба основаны на явлении тормозного рентгеновского излучения.
Обратимся к формулировке из педивикии:
Тормозное излучение — электромагнитное излучение, испускаемое заряженной частицей при её рассеянии (торможении) в электрическом поле.
Отсюда можем понять, что необходимо для получение этого излучения:
- заряженная частица;
- электрическое поле;

- частица затормаживается, значит сначала её нужно привести в движение.


Заряженных частиц в нашей обыденной жизни есть две: протон и электрон. А поскольку ускорение обратно пропорционально массе, то при торможении электрона в том же поле можно получить куда более интенсивное излучение. Да и поток электронов получить намного проще.

Чем же будем тормозить наши электроны? А тормозить мы их будем об атомные ядра! Ну а что? Заряд у них имеется.

Ну а приводить в движение будем электростатическим полем. В сотни киловольт. Иногда в десятки сотен (но это не точно).


В маломощных генераторах используется рентгеновская трубка. Ниже её схематическое изображение.

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

К аноду и катоду прикладывается большое напряжение - чем оно выше, тем большие энергии электронов и излучения мы получим. Оно и разгоняет наши заряженные частицы. Но само по себе напряжение не даст нам ничего - нужны свободные электроны, т.е. ток. А их можно получить путём разогрева катода - на нас начинает работать явление термоэлектронной эмиссии, когда сообщённая телу теплода несёт достаточно энергии, чтобы электроны могли покинуть бленный металл и начать кучковаться у его поверхности. Тут мы подаём ускоряющее напряжение и оно уносит их в далёкие дали - прямо в сторону анода. А анод сделан из вещества с большим зарядом ядра, об который и расшибаются электроны.

Картиночка с тормозящим электроном:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

Энергия излучения получается из двух составляющих: скорости электрона и заряда ядра. Описывается двумя уравнениями:

Энергия фотона:

Е = h∙ν

Где E - энергия фотона, h - постоянная Планка, ν - частота излучения)

И закона Мозли:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

Где M и a - константы, Z - число протонов в ядре.


Как мы видим, энергия кванта излучения напрямую зависит от частоты, а частота - напрямую от заряда ядра. А чем выше энергия, тем более массивные ядра мы этим квантом можем "простреливать" при той же мощности излучения.
Делаем заметочку - массивный анод - это хорошо. И делаем его из вольфрама ).


Разогнали электроны, расшибли их об анод, получили рентген - всё просто. Получаем широкополосное излучение с максимальной энергией, обусловленной напряжением на аноде и зарядом ядра мишени.

А вот так выглядят те самые рентгеновские трубки:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

Слева на 100кВ, справа на 160кВ. Анод в процессе работы сильно разогревается и требует охлаждения, поэтому мишень сидит на медном цилиндре и снарузи имеет алюминиевую блямбу. через которую и происходит теплосъём. Например у правой трубке мощность, рассеиваемая на аноде, может достигать 320 Ватт.Излучение выходит через берилиевое окошко (круглая "шайба" внутри второй трубки"). Бериллий почти прозрачен для рентгена и задерживает только совсем уж низкоэнергетическе кванты, которые не дают полезной информации на снимке. Могут применяться и другие материалы, зависит от задачи. Например в мелкой трубке для фильтра применён титановый поясок.

Теперь про бетатрон. Он же "бублик". Основные принципы те же, вот только электроны разгоняются уже не линейно, а циклически. Вот он:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

В применяемых нами бетатронах мы получаем энергии электронов до 7,5 МэВ. А самое интересное, что для таких энергий не требуется столь высокого напряжения. Весь секрет в том, что это по сути маленький ускоритель частиц. Он представляет собой стеклянный циклобатон, порытый изнутри проводящим слоем и помещённый в магнитное поле. В него инжектируются электроны. которые собираются в пучок внутри бублика и разгоняются по кругу, на каждом пролёте к ним добавляется ещё немного энергии за счёт ускорения вихревым магнитным полем. Позволю себе слизать формулировку из педивикии:
Бетатрон работает подобно трансформатору, у которого вторая обмотка состоит из одного витка — ускоряемых частиц в камере.

Разогнали пучок, отпустили его и дали вылететь из бублика. Там он расшибётся о мишень и дальше по тем же чертежам, что и с трубкой. Главное отличие от трубки - бетатрон может работать только в импульсном режиме. В собранном виде он представляет собой примерно пятидесятилитровый цилиндр, состоящий из бублика, системы электромагнитов и мишени. И заключённый в пять-шесть тонн свинца. И валит с него под 9 рентген в час

Вот собственно "бочка" и блок питания к ней:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

Кстати о свинце. Т.е. об обеспечении биологической защиты. Казалось бы, бери да закрывай всё тем же свинцом, чтобы в стороны не светило. И тут мы сталкиваемся с большой проблемой - высокими электрическими напряжениями. Просто так трубку в свинец замотать нельзя - начнёт прошивать. Вообще на таких высоких напряжениях пересматриваешь свои взгляды на вещи. Например выясняется, что резиновые шланги применять нежелательно - сажа в составе не совсем качественной резины уже проводит. Да и в воздухе всё это висеть не оставишь - тоже пробьёт. И начинаются изыскания в поиске материалов.

Но давайте рассмотрим эти проблемы по отдельности.


Итак. Высокие напряжения. Самым простым способом защититься от пробоя - поместить всё в изолирующую среду, чаще всего это трансформаторное масло. Заливаем им генератор, и всё хорошо. Но нет. Оказывается масло, постоявшее час на открытом воздухе. успевает насосаться влаги из воздуха, как и самого воздуха. Собираем вакуумную камеру, где обезвоживаем и обезгаживаем масло. Заливаем его через фильтр в генератор. ОК. Всё вроде нормально.


Дальше биологическая защита. Многие в курсе, что хорошей защитой является свинец. Однако он проводит - нужно чем-то заменить. Вот только чем? Не проводят полимеры. Вот только запрос в любом поисковике по теме "рентгеннепрозрачный пластик" ничего не даёт. Тут приходим к мысли. что не обязательно использовать свинец в металлическом виде. Отлично подойдут оксиды свинца, главное, чтобы они были стабильными и не насасывали влаги. Решение - компаунд из полиэфирных смол и ортоплюмбата свинца (он же свинцовый сурик, оранжевый пигмент, который до сих пор применяют в корабельной краске, т.к. он является хорошим антикорозионным средством).

Отливаем защиту, помещаем в неё трубку. Лепота.

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

Проблему с защитой и электропроводностью мы решили. Теперь появляется проблема с охлаждением - масло в корпусе не циркулирует. Ставим циркуляционный насос. после чего начинает прошивать генератор. Всё потому, что шланг к насосу резиновый. Закупили не тот - меняем на полипропиленовый, его не шьёт.
А, собственно, чем шьёт то? Откуда у нас получается высокое напряжение?
дамы и господа, представляю вам выпрямитель с умножением напряжения:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

Конкретно этот экземпляр - старый аппарат немецкого производства на 160кВ. Умножителей тут два - катодный и анодный. Благодаря такой схеме максимальное напряжение между входными кабелями генератора и внутренними частями будет уже не 160, а 80 кВ, снижаются требования к элементам. Имеем две симметричных половинки. Подаём переменку порядка 400 вольт на трансформатор, который раскачивается до 5-7 кВ, которые идут на умножитель, с которого снимается уже 80. Контроль напряжения осуществляется через резисторы обратной связи (длинные синие стержни).


Перевернём эту шайтан-трубу:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

А вот и рентгеновская трубка. А слева - трансформатор накала катода.


Управляется генератор с внешнего блока питания и управления. Управляется по двум параметрам: ток трубки и напряжение трубки.

С напряжением всё просто - оно указывается напрямую. А вот с током есть нюанс. Дело в том, что трубка имеет одну особенность: если увеличить напряжение, ток не увеличится. Чтобы понять, почему это происходит, давайте вспомним школьную физику. Нас интересует термоэлектронная эмиссия, ток и заряд. Ток - это заряд за единицу времени. А заряд - это количество электронов. А количество электронов у нас чётко определяется температурой катода - пока его не подогреем сильнее, ток не вырастет, как ты не старайся.
Поэтому ток трубки управляется опосредованно - через ток накала. А накал имеет инерцию, которую надо учитывать, чтобы через обратную связь. по которой мы всё меряем, не произошло возбуждение генератора (прямо как в звуковых усилителях, только в них вы просто слышите неприятный свист, а тут сгорит трубка за штуку зелени).


А вот так выглядит генератор в технологическом корпусе:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген. Рентген, Генератор, Длиннопост

Тут появляется ещё один обязательный элемент любого источника для сканирующих систем: свинцовый коллиматор, который ограничивает пучок излучения и формирует из него веер. Для удобства юстировки он делается широким - порядка 4-5мм, а после него, уже на корпусе багажки, ставится вторичная щель, сужающая пучок до требуемой ширины.


Ну в общем как-то так. Осталась третья часть - детекторы.

Показать полностью 10
70

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство.

Давно прошли те времена, когда основным источником излучения были радиоизотопы (кобальт-60), а основным средством регистрации - фотоплёнка. Теперь и детекторы цифровые, и источники безопасные, и дозы мизерные. И всё реже можно слышать "за снимком приходите послезавтра".


Будучи сотрудником завода, разрабатывающего рентгеновское оборудование для разных сфер применений, решил поделиться с честным народом принципами работы и устройством этих шайтан-машин. Работаю как раз в отделе, занимающимся проектированием новых изделий. В этом посте я не буду затрагивать медицинские установки, принцип их работы в чём-то схож, в чём-то отличен. А разговор пойдёт о досмотровых системах. Маленькие, большие и очень большие - все схожи. Планирую сделать в трёх частях: общее устройство, принципы получения рентгеновского излучения и принципы его детектирования.


Этот малыш для рюкзаков и сумочек. Их по очевидным причинам называют "багажки". Такие вы можете увидеть в общественных местах: метро, входы в аэропорты, вокзалы. Энергия кванта до 100кэв (килоэлектронвольт).

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство. Рентген, Досмотр, Длиннопост

А вот такая дура уже погабаритнее. Их берут в основном для установки на сортировочных пунктах багажа. Энергия кванта до 200кэв.

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство. Рентген, Досмотр, Длиннопост

Дальше - портальные системы. Боди-сканер, он же бодик. Этот аппарат может отсканировать вашу тушку с двух проекций. Энергия кванта до 160кэв.

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство. Рентген, Досмотр, Длиннопост

А этот сделает то же самое с легковым автомобилем, либо с небольшим грузовичком типа газели. Энергия кванта до 200кэв.

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство. Рентген, Досмотр, Длиннопост

А эта чудо-штука уже просветит морской контейнер (или до 350мм стали). Их называют каргосканами, либо просто "каргой". Энергии вплоть до 7,5Мэв. А в нём для экономии места стоит передвижная рентгенлаборатория.

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство. Рентген, Досмотр, Длиннопост

Что это за кэвы и Мэвы? А это, дорогой читатель, тот параметр, который обуславливает глубину прострела и не только. Но об этом будет во втором посте.
Как же всё это работает? Обратися к схеме ниже:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство. Рентген, Досмотр, Длиннопост

И для наглядности выпотрошенная "багажка" с дополненной реальностью курильщика:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство. Рентген, Досмотр, Длиннопост

Из источника исходит веер рентгеновского излучения. Он имеет небольшую ширину - единицы миллиметров. Если быть более точным - то он по ширине равен ширине пикселя детектора, но об этом в третьей части. И через этот веер протягивается исследуемый объект. Там он "нарезается", будто ножом, на множество линий, из которых и складывается изображение. В секунду могут быть сотни и тысячи срезов. Объект затеняет часть излучения, поглощая его. Часть из поглощённого перейдёт в теплоту, часть переизлучится в виде квантов меньшей энергии и так по кругу. Чем ниже энергия кванта, чем больше атомный номер элемента, через который пролетело излучение и чем больше толщина материала - тем "глубже" тень. В простейшем случае мы получим простое монохромное изображение, как на тех самых снимках ваших переломов, только без участия фотоплёнки. Однако, если поиграться с законами физики, то можно получить бонус: определение типа материала! Думаю многие видели вот такие раскрашенные картинки:

Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство. Рентген, Досмотр, Длиннопост

Источник изображения: https://www.militaryaerospace.com/rf-analog/article/16715141...

Взял картинку из интернета, т.к. у себя на компе наглядных не нашёл.
Так вот. Подсветка разным цветом - это выделение предметов, которые для рентгена имеют различную, так сказать, плотность. Дело в том, что различные химические элементы поглощают низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие излучения по-разному. И зависит это в первом приближении от атомного номера элемента - чем он тяжелее, тем меньше пройдёт низкоэнергетической составляющей - квантам просто не хватит силушек пробиться через, например, свинец. А вот через органикау - легко.
Что же для этого нужно сделать с аппаратом? На самом деле немно: заставить генератор пулять поочерёдно на высокой и на низкой энергиях, либо в детектор поставить два типа сенсоров - одни более чувствительные к высокой, вторые к низкой. И по соотношению определять (с определённой погрешность), из чего же сделан предмет:  сталь, свинец, медяха, люмидрий, пластик и т.д. Дело в том, что при настройке генератора на энергию, задаётся лишь её максимальный уровень. А на самом деле там валит в потоке всё - от минимума до максимума. Этакиая мешанина из квантов всех возможных энергий.

Каждый из способов имеет свои плюсы и минусы. Система с двойным детектором будет дороже и сложнее, будет более требовательной к мгновенной пропускной способности по данным, однако позволяет быстрее провести сканирование и повышает точность оного, что особенно ощутимо при использовании с большим потоком объектов, как на входе в аэропорт.
В то же время те же контейнеры не обязаельно нарезать на милиметровые "слайсы", можно пожертвовать пространственным разрешением. В этом случае можно удешевить систему, перейдя на метод управления энергией генератора.

Как всегда нужен баланс стоимости и целесообразности.

Думаю, что этот вводный пост можно закончить. В следующем будем рассматривать виды источников излучения, которые применяются в таких установках, как происходит генерация излучения, какие его основные параметры и на что они влияют, рассмотрим внутреннее устройство рентгеновского генератора и отличия генератора для "багажки" от генератора для "карги". Ждать недолго )

PS
Нет, я не свечусь ночью
Нет, волосы не выпадают
Нет, остаточной радиации от этих установок не остаётся.

Показать полностью 7
Отличная работа, все прочитано!