DD252441A1 - ARRANGEMENT FOR THICKNESS AND IRON CONTENT COMPENSATED ASHET CONDITIONING ON COAL - Google Patents
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Abstract
Das Ziel der Erfindung ist es, die Anordnung unter Nutzung der Zweienergie-Transmission und der elastischen Vorwaertsstreuung von Quantenstrahlung so aufzubauen, dass in beiden Messstrecken weitgehend identische Messguteigenschaften sowohl bei bewegten als auch an ruhenden Messproben gewaehrleistet sind. Das wird erreicht, indem in einem Messkopf zwei Strahlungsdetektoren und Absorber so angeordnet sind, dass ein Detektor nur fuer die transmittierte Strahlung der geringeren Energie, der andere Detektor dagegen sowohl fuer die vorwaertsgestreute Strahlung der geringeren Energie als auch die transmittierte Strahlung der hoeheren Energie erreichbar ist. Das bedeutet, dass beide Messstrecken koaxial zueinander angeordnet sind.The aim of the invention is to construct the arrangement using the two-energy transmission and the elastic forward scattering of quantum radiation in such a way that substantially identical measured product properties are ensured in both measuring sections both in moving and stationary measuring samples. This is achieved by arranging two radiation detectors and absorbers in one measuring head such that one detector can be reached only for the transmitted radiation of the lower energy, while the other detector can be reached both for the pre-scattered radiation of the lower energy and the transmitted radiation of the higher energy , This means that both measuring sections are arranged coaxially with each other.
Description
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung des Aschegehaltes von Kohle mit schwankender Zusammensetzung des Mineralstoffgehaltes beim Transport auf Transportbändern unter Anwendung der Schwächung und Streuung von Quantenstrahlung. Sie ist darüber hinaus allgemein zur Bestimmung des Gehaltes von Zweistoffkomponenten in einem Dreistoffsystem mit schwankender Schichtdicke einsetzbar.The invention relates to an arrangement for determining the ash content of coal with varying composition of the mineral content during transport on conveyor belts using the attenuation and scattering of quantum radiation. In addition, it can generally be used to determine the content of binary components in a ternary system with a varying layer thickness.
Radiometrische Aschegehaltsbestimmungen an Kohle auf Transportbändern, bei denen gleichzeitig die störenden Einflüsse von Schwankungen sowohl der Schichtdicke als auch der Aschezusammensetzung (insbesondere die durch Schwankungen des Eisengehaltes bedingten) eliminierten werden, erfordern drei voneinander unabhängige simultane Informationen über das gleiche Volumen des Meßgutes. Bei einigen Verfahren wird dazu die in Transmission oder Rückstreuung gemessene Strahlenschwächung bei drei unterschiedlichen Quantenstrahlungsenergien ausgenutzt. In einem ersten Energiebereich (40-50 keV) wird ein erster Massenschwächungskoeffizient μι des Meßgutes, in einem zweiten Energiebereich (60-100keV) ein zweiter Massenschwächungskoeffizient μ2 des Meßgutes und in einem dritten Energiebereich, für den der Massenschwächungskoeffizient als konstant angesehen werden kann, die Flächenmasse oder Schichtdicke bzw. Dichte des Meßgutes bestimmt. Das Dilemma dieser Verfahren besteht darin, daß zur Erzielung einer befriedigenden Kompensation der Wirkung der Eisengehaltsschwankungen ein großer Unterschied zwischen zwei Energiebereichen zur Bestimmung von μΊ und μ2 realisiert werden muß. Dabei ist zu beachten, daß für den zweiten Energiebereich die obere Grenze bei etwa 100 keV liegt, weil der Photoeffekt mit weiter steigender Energie gegenüber der Compton-Streuurtg stark zurücktritt, so daß der Massenschwächungskoeffizient μ2 schließlich unabhängig von der Stoffzusammensetzung wird. Andererseits darf der erste Energiebereich niht unter 50 keV gesenkt werden, weil die Strahlung ja das Transportband und die Meßgutschicht (bei Kohle bis ca. 400mm) durchdringen muß.Radiometric ash content determinations of coal on conveyor belts, which simultaneously eliminate the disturbing effects of variations in both layer thickness and ash composition (in particular those due to variations in iron content), require three independent simultaneous information on the same volume of material being measured. In some methods, the radiation attenuation, measured in transmission or backscatter, is exploited for three different quantum radiation energies. In a first energy range (40-50 keV), a first mass attenuation coefficient μι of the sample, in a second energy range (60-100keV) a second mass attenuation coefficient μ 2 of the sample and in a third energy range for which the mass attenuation coefficient can be considered constant, determines the basis weight or layer thickness or density of the material to be measured. The dilemma of these methods is that in order to achieve a satisfactory compensation for the effect of the iron content fluctuations, a large difference must be realized between two energy ranges for the determination of μ Ί and μ 2 . It should be noted that for the second energy range, the upper limit is about 100 keV, because the photoelectric effect with increasing energy over the Compton scattering strongly recedes, so that the mass attenuation coefficient μ 2 finally becomes independent of the composition. On the other hand, the first energy range must not be lowered below 50 keV, because the radiation must indeed penetrate the conveyor belt and the Meßgutschicht (in coal to about 400mm).
So benutzen Fockesund Mitarbeiter (Nuclear Techniques and Mineral Resources, IAEA Wien 1977) ein 3-Energie-Transmissionsverfahren, bei dem eine simultane Messung der durch das Meßgut transmittierten Gammastrahlung der Energien 32keV, 80 keV und 365 keV erfolgt. Die Verknüpfung der Zählraten führt auf eine für dieses sogenannte 2/i-Verfahren mit Dickenkompensation typische Auswerteformel für den dicken- und eisenkompensierten Aschegehalt.For example, Fockesund employees (Nuclear Techniques and Mineral Resources, IAEA Vienna 1977) use a 3-energy transmission method in which a simultaneous measurement of the gamma radiation of the energies transmitted is 32 keV, 80 keV and 365 keV. The combination of the count rates leads to a typical for this so-called 2 / i-method with thickness compensation evaluation formula for the thickness and iron-compensated ash content.
cA = a + bQi + cQ2 mit Qi = μ·ι/μ3 und Q2 = μ2Ιμζ- c A = a + bQi + cQ 2 with Qi = μ · ι / μ 3 and Q 2 = μ 2 Ιμζ-
Weiterhin sind Verfahren mit einer einzigen Gammastrahlungsenergie bekannt, bei denen das Rückstreuspektrum in drei verschiedenen Energiebereichen, die unterschiedliche Informationen über die Eigenschaften des Meßgutes liefern, ausgewertet wird. P. Starcik u. a. (Ugol' 1981, Nr. 5, S. 58) benutzen eine Primärenergie von 660 keV und werten das Rückstreuspektrum in den Energiebereichen 30-40keV und 60-80 keV hinsichtlich der Kohlezusammensetzung und im Energiebereich 120-300keV hinsichtlich der Dichte des Meßgutesaus. Dabei muß die Schichtdicke des Meßgutes mindestens 30cm betragen.Furthermore, methods with a single gamma radiation energy are known in which the backscatter spectrum is evaluated in three different energy ranges that provide different information about the properties of the material under test. P. Starcik u. a. (Ugol '1981, No. 5, p. 58) use a primary energy of 660 keV and evaluate the backscatter spectrum in the energy ranges 30-40keV and 60-80 keV with respect to the coal composition and in the energy range 120-300keV with respect to the density of the material to be measured. The layer thickness of the material to be measured must be at least 30cm.
Ähnlich arbeiten Watt und Gravitis (AU 3079-80; DE-OS 3114668), die mindestens zwei Gammaenergien einsetzen. Die Auswertung des Rückstreuspektrums erfolgt bei zwei Energien, die so gewählt werden, daß ein erheblicher Unterschied in der Absorption der Strahlung durch die Kohle bzw. das mineralische Material mit und ohne Eisen besteht. Das Verfahren entspricht also dem 2μ-νβΓΓ3ΐπβη. Die Autoren empfehlen Gd-153, das Gammastrahlung bei 97 und 103keV und die Röntgen-K-Strahlung des Europiums (41-47 keV) emittiert. Die Auswertung des Rückstreuspektrums erfolgt in den Energiebereichen 81-107keV und 27-44keV. Zur Eliminierung des Dickeneinflusses muß ein weiteres unabhängiges Verfahren herangezogen werden. Die oben genannten Verfahren sind wegen der erforderlichen niedrigen Energie im 3. Meßkanal sämtlich nicht für Messungen an Kohlehauptbändem bis 40cm Beladehöhe einsetzbar. Die genannte Schwierigkeit kann überwunden werden, indem neben einer flächenmassekompensierten Zwei-Energie-Transmission (bei 60keVundz. B. 660keV) die dritte Information aus dem Meßgut nicht aus einem Meßeffekt gewonnen wird, der auf der Schwächung von Quantenstrahlung beruht. Geeignet ist z. B. die Ausnutzung der elastischen Streuung von 60keV-Quantenstrahlung, die wegen der starken Kernladungszahlabhängigkeit des Streuquerschnittes trotz Anwendung der gleichen Primärenergie (60keV) eine andersartige Inform ation über das Meßgut liefert als die 60keV-Transmission.Similarly, watts and gravitis (AU 3079-80; DE-OS 3114668) employ at least two gamma energies. The evaluation of the backscatter spectrum is carried out at two energies that are chosen so that there is a significant difference in the absorption of the radiation by the coal or the mineral material with and without iron. The method thus corresponds to the 2μ-νβΓΓ3ΐπβη. The authors recommend Gd-153, which emits gamma radiation at 97 and 103keV and the X-ray K radiation of europium (41-47 keV). The evaluation of the backscatter spectrum takes place in the energy ranges 81-107keV and 27-44keV. To eliminate the influence of thickness another independent method must be used. Due to the low energy required in the third measuring channel, the above methods can not all be used for measurements on carbon primary bands up to a loading height of 40 cm. The mentioned difficulty can be overcome by not only extracting an area-mass-compensated two-energy transmission (at 60keV and 660keV, for example), but also extract the third information from the measurement material from a measurement effect based on the attenuation of quantum radiation. Suitable is z. B. the utilization of the elastic scattering of 60keV quantum radiation, which despite the application of the same primary energy (60keV) despite the application of the same primary energy (60keV) provides a different type Inform ation on the material to be measured than the 60keV transmission because of the strong nuclear charge number dependence.
Durch simultane Messung und Auswertung der Signale einer flächenmassekompensierten Zweienergie-Transmission und einer flächenmassekompensierten Vorwärtsstreuung, in der überwiegend elastisch gestreute Quanten registriert werden, kann ein flächenmasse- und eisengehaltkompensiertes Aschemeßsignal trotz schwankender Schütthöhe und Mineralstoffzusammensetzung der Kohle auf dem Transportband gewonnen werden (DD WP G 01 N/287230.2). Die Realisierung dieses Verfahrens bringt Schwierigkeiten bei der Justierung, insbespndere bei der Kalibrierung mit sich. Die Kalibrierung muß unter dynamischen Bedingungen erfolgen, weil im Stand des Transportbandes unterschiedliche Meßguteigenschaften (Dicke, Dichte, Zusammensetzung) in den beiden Meßstrecken zur Wirkung kommen können.By simultaneous measurement and evaluation of the signals of a surface mass compensated two-energy transmission and a surface mass compensated forward scattering, are registered in the predominantly elastically scattered quanta, a surface mass and iron content compensated ash measurement signal despite varying bed height and mineral composition of the coal can be obtained on the conveyor belt (DD WP G 01 N / 287230.2). The implementation of this method brings difficulties in the adjustment, in particular with the calibration. The calibration must be carried out under dynamic conditions, because in the state of the conveyor belt different Meßguteigenschaften (thickness, density, composition) can come into effect in the two Meßstrecken.
Das Ziel der Erfindung ist es, die Kalibrierung eimer Meßanordnung zur flächenmassen- und eisengehaltkompensierten Aschegehaltsbestimmung unter Nutzung der Zweienergie-Transmission und der elastischen Vorwärtsstreuung von Quantenstrahlung am stehenden Transportband bzw. an ruhenden Meßproben durchführen zu können.The object of the invention is to be able to carry out the calibration of the measuring arrangement for area mass and iron content-compensated ash content determination using the two-energy transmission and the elastic forward scattering of quantum radiation on the stationary conveyor belt or on stationary test samples.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für die genannte Aschegehaltsbestimmung zu schaffen, bei der in beiden Meßstrecken weitgehend identische Meßguteigenschaften, unabhängig davon, ob das Transportband in Bewegung ist oder nicht, gegeben sind.The invention has for its object to provide an arrangement for said ash content determination, in the two measuring sections largely identical Meßguteigenschaften, regardless of whether the conveyor belt is in motion or not, are given.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus Quantenstrahlungsquelle, Strahlungsdetektoren, Meßwerterfassung und Meßwertverarbeitung und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle verwendet wird, die beide erforderlichen Quantenenergien emittiert oder eine Kombination zweier Quellen mit den erforderlichen Einzelquellen darstellt, und die Strahlungsdetektoren in einem Meßkopf vereinigt sind, wobei entsprechend angeordnete Absorber dafür sorgen, daß ein Detektor nur für die transmittierte Strahlung der geringen Energie, der andere Detektor dagegen sowohl für die vorwärtsgestreute Strahlung der geringeren Energie als auch die transmittierte Strahlung der höheren Energie erreichbar ist. Damit sind die beiden Meßstrecken koaxial zueinander angeordnet, so daß ein weitgehend identisches Probevolumen durchstrahlt wird.The inventive arrangement consists of quantum radiation source, radiation detectors, data acquisition and Meßwertverarbeitung and is characterized in that a radiation source is used which emits both required quantum energies or a combination of two sources with the required individual sources, and the radiation detectors are combined in a measuring head, where appropriate arranged absorbers ensure that one detector can be reached only for the transmitted radiation of low energy, the other detector, however, both for the forward scattered radiation of lower energy and the transmitted radiation of higher energy. Thus, the two measuring sections are arranged coaxially to each other, so that a largely identical sample volume is irradiated.
Als Strahlungsquelle kann z.B. eine Kombination der beiden Radionuklide Am-241 mit E = 60keVund Cs-137 mit E = 661 keV, die gemeinsam in einer Abschirmung untergebracht sind, zum Einsatz kommen. Im Meßkopf sind die beiden Detektoren hintereinander angeordnet. An der Vorderfront des Meßkopfes befindet sich ein Absorber, der verhindert, daß die transmittierte Strahlung mit der geringeren Energie (60keV) den zweiten Detektor erreicht, dagegen für die transmittierte Strahlung der höheren Energie (661 keV) durchlässig ist. Der Durchmesser des Absorbers ist so gewählt, daß die vorwärtsgestreute Strahlung mit der geringeren Energie an ihm vorbei in den zweiten Detektor gelangen kann. Der erste Detektor, hinter dem Adsorber angeordnet, ist so bemessen, daß er ebenfalls für die transmittierte Strahlung mit der höheren Energie durchlässig ist. Eine (zentrale) Bohrung im Absorber ermöglicht es, daß die transmittierte Strahlung mit der geringeren Energie vom ersten Detektor erfaßt wird.As the radiation source, e.g. a combination of the two radionuclides Am-241 with E = 60keV and Cs-137 with E = 661 keV, which are housed together in a shield are used. In the measuring head, the two detectors are arranged one behind the other. At the front of the measuring head is an absorber, which prevents the transmitted radiation with the lower energy (60 keV) reaches the second detector, however, is permeable to the transmitted radiation of higher energy (661 keV). The diameter of the absorber is chosen so that the forward scattered radiation can pass with less energy past it into the second detector. The first detector, located behind the adsorber, is sized to be transparent to the transmitted higher energy radiation as well. A (central) bore in the absorber allows the transmitted radiation to be detected at the lower energy from the first detector.
Dieser Aufbau des Meßkopfes führt dazu, daß vom ersten Detektor nur die transmittierte Strahlung mit der geringeren Energie (mit einem kleinen Anteil der transmittierten Strahlung mit der höheren Energie), vom zweiten Detektor dagegen die vorwärtsgestreute Strahlung mit der geringeren Energie und die transmittierte Strahlung mit der höheren Energie erfaßt wird. Die Trennung der beiden letzteren Komponenten kann durch elektronische Hilfsmittel (z.B. gemäß DD-WP 212108) erfolgen.This construction of the measuring head results in that of the first detector only the transmitted radiation with the lower energy (with a small portion of the transmitted radiation with the higher energy), from the second detector, however, the forward scattered radiation with the lower energy and the transmitted radiation with the higher energy is detected. The separation of the latter two components can be accomplished by electronic means (e.g., according to DD-WP 212108).
Die Figur zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Anordnung.The figure shows the scheme of an arrangement according to the invention.
Die Anordnung besteht aus einem Strahlkopf 1, einem Meßkopf 4 sowie der erforderlichen Meßwerterfassung 9,10 und 11 und Meßwertverarbeitung 12 und 13. Beim Strahlkopf 1 handelt es sich um eine Bleiabschirmung 2 mit Kollimator, in der sich als Strahlungsquelle 3 eine Kombination mit den Radionukliden Am-241 (E = 60keV) undCs-137(E = 661 keV) befindet. Im Meßkopf 4 sind ein Szintillationszähler 5 mit NaJ-Kristall (Durchmesser 45mm. Höhe 45mm) und ein Halbleiterdetektor 6 aus HgJ2 (Durchmesser 5 mm, Dicke 3 mm) installiert. An der Frontseite des Meßkopfes 4 sitzt eine Blende 7 aus Blei (Dicke 2 mm), die eine zentrale Bohrung von 3 mm Durchmesser besitzt. Zwischen dem Halbleiterdetektor 6 und dem Szintillationszähler 5 ist ein Absorber 8 aus Blei (Durchmesser 5mm, Dicke 1 mm) vorgesehen. Der Halbleiterdetektor 6 ist mit einem Verstärker 9, einem Einkanalanalysator 10 und einem Zähler 11, der Szintillationszähler 5 mit zwei Verstärkern 9' und 9", zwei Einkanalanalysatoren 10'und 10" und zwei Zählern 11'und 11" verbunden. An die Zähler 11,11'und 11" schließt sich ein Mikrorechner 12 und eine Ausgabeeinheit 13 an.The arrangement consists of a blasting head 1, a measuring head 4 and the required measured value detection 9, 10 and 11 and measured value processing 12 and 13. The blasting head 1 is a lead shield 2 with collimator, in which the radiation source 3 is a combination with the radionuclides Am-241 (E = 60keV) and Cs-137 (E = 661 keV). A scintillation counter 5 with NaJ crystal (diameter 45 mm, height 45 mm) and a semiconductor detector 6 made of Hg 2 (diameter 5 mm, thickness 3 mm) are installed in the measuring head 4. At the front of the measuring head 4 sits a diaphragm 7 made of lead (thickness 2 mm), which has a central bore of 3 mm diameter. Between the semiconductor detector 6 and the scintillation counter 5, an absorber 8 made of lead (diameter 5 mm, thickness 1 mm) is provided. The semiconductor detector 6 is connected to an amplifier 9, a single-channel analyzer 10 and a counter 11, the scintillation counter 5 to two amplifiers 9 'and 9 ", two single-channel analyzers 10' and 10" and two counters 11 'and 11 " , 11 'and 11 "is followed by a microcomputer 12 and an output unit 13.
Der Strahlkopf 1 wird unterhalb des Transportbandes 14 und der Meßkopf 4 ca. 1 m oberhalb der Kohleschicht 15 eingebaut. Der Abstand des Strahlkopfes 1 und des Meßkopfes 4 zum Transport (bzw. der Kohleschicht) sowie der Öffnungswinkel des Primärstrahlenbündels der 60keV-Strahlung werden so abgeglichen, daß die Vorwärtsstreuung möglichst große Einzelstreubeiträge im Streuspektrum liefert.The jet head 1 is installed below the conveyor belt 14 and the measuring head 4 about 1 m above the carbon layer 15. The distance of the beam head 1 and the measuring head 4 for transport (or the carbon layer) and the opening angle of the primary beam of 60keV radiation are adjusted so that the forward scattering delivers the largest possible single scattering contributions in the spread spectrum.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:The described arrangement works as follows:
Der Halbleiterdetektor 6 mißt die 60keV-Transmissionsstrahlung; seine Impulse werden vom Verstärker 9 verstärkt, im Einkanalanalysator 10 vom Untergrund und 661 keV-Strahlungsanteilen bereinigt und im Zähler 11 registriert. DerThe semiconductor detector 6 measures the 60keV transmission radiation; its pulses are amplified by the amplifier 9, adjusted in the single-channel analyzer 10 from the ground and 661 keV radiation components and registered in the counter 11. The
661 keV-Strahlung und die überwiegend elastisch gestreute 60keV-Strahlung, so daß am Ausgang ein Überlagerungsspektrum vorliegt. Mit den beiden Verstärkern 9' und 9" und den beiden Einkanalanalysatoren 10' und 10" werden die beiden Signale getrennt und je einem Zähler 11' bzw. 11" zugeführt. Aus den Zählerergebnissen berechnet der Mikrorechner 12 nach einer vorgegebenen Funktion den Aschegehalt der Kohle, der unabhängig von Schwankungen der Schichtdicke und des Eisengehaltes ist. Dieser Wert wird durch die Ausgabeeinheit 13 angezeigt. Die in den Mikrorechner eingegebene Funktion stellt die Kalibrierungsfunktion dar, die mittels der Analysenwerte eines repräsentativen Probensatzes (Standardproben) gewonnen wird.661 keV radiation and the predominantly elastically scattered 60keV radiation, so that there is an overlay spectrum at the output. With the two amplifiers 9 'and 9 "and the two single-channel analyzers 10' and 10", the two signals are separated and respectively fed to a counter 11 'or 11 "From the counter results, the microcomputer 12 calculates the ash content of the coal according to a predetermined function This value is indicated by the output unit 13. The function entered into the microcomputer represents the calibration function obtained by means of the analysis values of a representative sample set (standard samples).
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD29387986A DD252441A1 (en) | 1986-08-27 | 1986-08-27 | ARRANGEMENT FOR THICKNESS AND IRON CONTENT COMPENSATED ASHET CONDITIONING ON COAL |
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| DD252441A1 true DD252441A1 (en) | 1987-12-16 |
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ID=5582014
Family Applications (1)
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| DD29387986A DD252441A1 (en) | 1986-08-27 | 1986-08-27 | ARRANGEMENT FOR THICKNESS AND IRON CONTENT COMPENSATED ASHET CONDITIONING ON COAL |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DD (1) | DD252441A1 (en) |
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1986
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Legal Events
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