CN101349661B - 一种在线检测皮带上煤炭灰分的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在线检测皮带上煤炭灰分的方法，在下皮带和上皮带之间安装有放射源，在上皮带和煤炭的上方安装有探测器，探测器将接收到的透射光子和湮没辐射光子转换为电脉冲信号传输给智能主机，根据得到的透射光子计数N1和湮没辐射光子计数N2，依据H＝A·K2+B·K+C·(lnN10-lnN1)+D计算出煤炭的灰分值H。由于放射源和探测器分别安装在检测物煤炭的上、下两侧，这样避免了煤炭中接近放射源和探测器的部分与入射射线发生的相互作用，在测量中处于更大的权重，因此当煤炭的灰分分布不均匀的时候，就会使测量结果与整体煤炭的真实灰分值有较大的差距的缺陷，使测量结果更准确。本发明所采用的检测装置结构简单、安装使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线检测煤炭灰分的方法，具体说涉及一种利用γ射线快速在线分析煤炭灰分的方法。
背景技术
目前在线检测皮带上煤炭灰分的仪表，应用最广泛的就是双能量γ射线透射吸收法。其实现方式是采用两个同位素放射源241Am和137Cs分别发出的低能和中能γ射线照射皮带上的煤炭，然后在皮带的另一侧，接收透射煤炭后的射线。由于煤炭中的不同物质对这两种能量的射线的吸收效率不同，特别是煤炭中的重金属元素对241Am发出的低能γ射线的吸收效率要远大于煤炭中的其它元素，因此可以根据比较两种射线透射煤炭前、后的强度变化，就可以分析得到煤炭的灰分值了。
但是这种仪表只能适用于皮带上煤炭料层厚度适中并且变化不大的条件下，因为当皮带上煤炭较多的时候，241Am所发出的低能γ射线能够穿透煤炭而被探测器接收到的光子数量较少，接近于本底程度，受本底和涨落效应的影响较大，给测量带来较大误差；而如果皮带上煤炭较少的时候，对137Cs所发出的高能γ射线的阻挡效率不够，导致射线穿透煤炭前、后的强度变化不明显，影响测量精度。
而国外有文献介绍，有利用电子对效应和康普顿散射效应相结合的在线煤炭灰分分析仪表。其实现方式是将放射源与探测器放置于煤炭的同一侧，放射源发出的能量高于1.022MeV的γ射线照射到煤炭后，与煤炭相互作用。一部分γ射线发生康普顿散射效应，产生散射光子，而其效率与煤炭的总体密度成一定关系；一部分γ射线发生电子对效应，最终产生湮没辐射光子，而煤炭中的重金属元素发生该效应的几率要远大于煤炭中的其它元素。因此可以通过比较探测器接收到的散射光子和湮没辐射光子的数量，就能够推算出煤炭的灰分值来。
但是由于这种仪表的测量方式，导致煤炭中接近放射源和探测器一边的部分与入射射线所发生的相互作用，在测量中处于更大的权重，因此当煤炭的灰分分布不均匀的时候，就会使测量结果不具备代表性，与整体煤炭的真实灰分值有较大的差距。
另外还可以利用中子活化方法来对皮带上煤炭进行在线灰分检测，但是结构复杂，造价昂贵，单纯用来测量煤炭灰分没有实用意义。
发明内容
针对目前在线煤炭灰分测量方法存在的缺陷，本发明提出一种测量结果准确、测量装置结构简单、操作方便的在线煤炭灰分测量方法。
解决上述问题本发明所采用的具体技术方案是：一种在线检测皮带上煤炭灰分的方法：
1)检测装置的安装：在下皮带(1)和上皮带(2)之间的位置，安装有屏蔽输出器(4)，在屏蔽输出器(4)中安装有放射源(5)，屏蔽输出器(4)朝上开有准直孔(6)，在上皮带(2)和煤炭(3)的上方安装有探测器(7)，探测器(7)与智能主机(8)相联接；
2)检测结果计算：当放射源发出的射线照射煤炭后，一部分被阻挡，还有一部分则穿过煤炭被探测器接收到。而γ射线透射煤炭前、后的强度变化，符合物质对γ射线的吸收规律：
I＝I0·e(-μ·d)
其中I为透射后的射线强度，I0为透射前的射线强度，μ为煤炭对该能量的γ射线吸收系数，d为煤炭的质量厚度。
当能量高于1.022MeV的γ射线照射到煤炭后，一部分会发生电子对效应，产生一对正、负电子，而正电子很不稳定，会和一个负电子碰撞产生湮没辐射，生成两个能量为511KeV的γ光子，而煤炭中的灰分元素所发生电子对效应的几率远远高于煤炭中的其它元素，因此所产生的湮没辐射光子的强度与总的灰分元素含量有关。
探测器将接收到的透射光子和湮没辐射光子转换为电脉冲信号传输给智能主机，智能主机根据得到的透射光子计数N1和湮没辐射光子计数N2，依据下式即可计算出煤炭的灰分值H：
H＝A·K2+B·K+C·(ln N10-lnN1)+D
式中：K＝(10×N2/N1)；N10为皮带上没有煤炭时探测器测量到的透射光子计数，可以在仪表使用前通过实际测量获得；A、B、C、D为待定系数，可以通过对已知灰分值的煤炭进行测量，根据测量结果利用线性回归处理得到。
本发明的有益效果：由于本发明检测装置的放射源和探测器分别安装在被检测物煤炭的上、下两侧，这样避免了由于煤炭中接近放射源和探测器一边的部分与入射射线所发生的相互作用，在测量中处于更大的权重，因此当煤炭的灰分分布不均匀的时候，就会使测量结果不具备代表性，与整体煤炭的真实灰分值有较大差距的缺陷，使测量结果更准确。
本发明所采用的检测装置结构简单、安装使用方便。
附图说明
图1为检测装置安装位置结构示意图
图中：1下皮带，2上皮带，3煤炭，4屏蔽输出器，5放射源，6准直孔，7探测器，8智能主机。
具体实施方式
结合附图具体说明本发明的方法。
1)检测装置的安装：在下皮带1和上皮带2之间的位置，安装有屏蔽输出器4，在屏蔽输出器4中安装有放射源5，屏蔽输出器4朝上开有准直孔6，使得放射源5所发出的射线只能向上照射，与上皮带2上面的煤炭3发生相互作用。在上皮带2和煤炭3的上方安装有探测器7，探测器7与智能主机8相联接。
放射源5为能够发出γ射线能量高于1.022MeV的同位素放射源，例如60Co或者226Ra，活度范围为1.85～18.5×109Bq。探测器7为具有较高能量分辨率和探测效率的闪烁体探测器，由闪烁晶体、光电倍增管、高压电源、前置放大电路、脉冲整形电路、脉冲幅度甄别电路组成，闪烁晶体可以选用NaI(Tl)或者BGO晶体，尺寸范围是Φ100×100Φ200×200mm。
2)检测结果的计算：当放射源5发出的射线照射煤炭3后，一部分被阻挡，还有一部分则穿过煤炭被探测器7接收到。而γ射线透射煤炭前、后的强度变化，符合物质对γ射线的吸收规律：
I＝I0·e(-μ·d)
其中I为透射后的射线强度，I0为透射前的射线强度，μ为煤炭对该能量的γ射线吸收系数，d为煤炭的质量厚度。
当能量高于1.022MeV的γ射线照射到煤炭后，一部分会发生电子对效应，产生一对正、负电子，而正电子很不稳定，会和一个负电子碰撞产生湮没辐射，生成两个能量为511KeV的γ光子，而煤炭中的灰分元素发生电子对效应的几率远远高于煤炭中的其它元素，因此所产生的湮没辐射光子的强度与总的灰分元素含量有关。
探测器7将接收到的透射光子和湮没辐射光子转换为电脉冲信号传输给仪表的智能主机8，仪表智能主机8根据得到的透射光子计数N1和湮没辐射光子计数N2，依据下式即可计算出煤炭的灰分值H：
H＝A·K2+B·K+C·(lnN10-lnN1)+D
式中：K＝(10×N2/N1)；N10为皮带上没有煤炭时探测器测量到的透射光子计数，可以在仪表使用前通过实际测量获得；A、B、C、D为待定系数，可以通过对已知灰分值的煤炭进行测量，根据测量结果利用线性回归处理得到。
应用实例
放射源与γ射线探测器分别放置于皮带及煤炭的两侧。放射源所发出的γ射线能量高于1.022MeV，探测器为具有较高能量分辨率和探测效率的闪烁体探测器。
放射源选用活度为3.7×109Bq的226Ra同位素源。
探测器选用尺寸为Φ100×100mm的NaI(Tl)晶体。
智能主机采用高性能PC104工控板，宽温彩色液晶触摸显示屏，汉字菜单窗口操作。主机获取信号，进行数据处理，得到煤炭灰分值。可显示各种参数和测量结果，对分析结果进行处理，输出和品位值相关的控制信号；可显示测量结果的动态曲线；可打印各种参数和数据；每整10分钟存储一组测量数据，可查询和外接打印设备打印任一天的历史记录。
利用该方法，对不同厚度和不同灰分配比的煤样进行标定测量，可以得到相应的参数如下：
A＝-1.4733 B＝12.732 C＝-0.13743 D＝13.413
利用标定后的仪表，对配比的煤样进行测量，并与双能γ法、反散射电子对法的测量结果进行比较。煤样的配制方法为，采用碳粉及铁粉、铝粉配制出灰分值分别为12.30和25.61的两种密度相同的煤样1和煤样2，先均匀在皮带上铺置15cm厚的煤样1，然后依次在其上铺置不同厚度的煤样2，每次煤样2的厚度增加量为2cm。对比数据如下：
Claims (1)
1.一种在线检测皮带上煤炭灰分的方法，其特征在于：
1)检测装置的安装：在下皮带(1)和上皮带(2)之间的位置，安装有屏蔽输出器(4)，在屏蔽输出器(4)中安装有放射源(5)，屏蔽输出器(4)朝上开有准直孔(6)，在上皮带(2)和煤炭(3)的上方安装有探测器(7)，探测器(7)与智能主机(8)相联接；
2)检测结果计算：当放射源发出的能量高于1.022MeV的γ射线照射煤炭后，一部分被阻挡，还有一部分则穿过煤炭，而被探测器接收到，探测器将接收到的透射光子和湮没辐射光子转换为电脉冲信号传输给智能主机，智能主机根据得到的透射光子计数N1和湮没辐射光子计数N2，依据下式即可计算出煤炭的灰分值H：
H＝A·K2+B·K+C·(ln N10-lnN1)+D
式中：K＝(10×N2/N1)；N10为皮带上没有煤炭时探测器测量到的透射光子计数，可以在检测装置使用前通过实际测量获得；A、B、C、D为待定系数，可以通过对已知灰分值的煤炭进行测量，根据测量结果利用线性回归处理得到。
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Address after: 118002 Binjiang Middle Road, Dandong Development Zone, Liaoning, China, No. 136 Patentee after: Dandong Dongfang Measurement & Control Technology Co., Ltd. Address before: 118002 Binjiang Middle Road, Dandong Development Zone, Liaoning, China, No. 136 Patentee before: Dandong Dongfang Measurement & Control Technology Co., Ltd. |