CN102368057A - 一种透射式x射线煤炭检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透射式X射线煤炭检测系统，包括：X射线装置，安装在被测煤流的上方或下方，向被测煤流的方向发射X射线，其中部分X射线透过被测煤流，X射线装置的工作管电压大于50kV，并且小于600kV；射线探测装置，安装在被测煤流的下方或上方，射线探测装置和X射线装置不位于被测煤流的同一侧，用于探测透过被测煤流的X射线的信息，射线探测装置包括一个或多个射线探测模块；计算控制装置，分别与每个射线探测模块相连，用于接收来自各个射线探测模块的X射线的信息，根据信息计算出被测煤流的灰分和/或发热量值。本发明的透射式X射线煤炭检测系统在与煤流非接触的情况下对煤流的参数进行测量，从而具有较高的可靠性。

Description

一种透射式X射线煤炭检测系统

技术领域

本发明涉及煤炭检测技术领域，特别涉及一种透射式X射线煤炭检测系统。

背景技术

煤炭作为一种重要的能源，长期以来被人们广泛的使用在工业及生活中。在将煤炭投入使用之前，需要对煤质进行检测。目前广泛采用的在线煤质检测方法是采用2个放射源向煤流方向发射出2中不能能量的伽马射线，通过检测透过煤流的这2种不同能量的伽马射线的强度，实现对煤质的相关参数(如灰分)的测量。但是，放射源管理严格，在一定程度上限制了利用放射源实现煤炭灰分测量技术的应用，并且放射源的生产、退役都会对环境产生一定影响。

发明内容

本发明的目的旨在解决上述缺陷，特别提出一种透射式X射线煤炭检测系统，该煤炭检测系统可以在非接触情况下实现对煤流的灰分及热值等参数的测量。

为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种透射式X射线煤炭检测系统，包括：X射线装置，所述X射线装置安装在被测煤流的上方或下方，向所述被测煤流的方向发射包含两种或两种以上能量的X射线，其中部分X射线透过所述被测煤流，其中，所述X射线装置的工作管电压大于50kV，并且小于600kV；

射线探测装置，所述射线探测装置安装在所述被测煤流的下方或上方，其中，所述射线探测装置和所述X射线装置不位于所述被测煤流的同一侧，用于探测透过所述被测煤流的所述X射线的强度与能量信息，在探测到的所述X射线的强度与能量信息中包括所述X射线装置在至少两个能量值处发射的X射线所对应的强度，其中，所述射线探测装置包括一个或多个射线探测模块，所述每个射线探测模块用于探测透过部分所述被测煤流的X射线，获得相应的X射线的强度与能量信息；

计算控制装置，所述计算控制装置分别与所述每个射线探测模块相连，用于接收来自所述各个射线探测模块的X射线的强度与能量信息，根据所述X射线的强度与能量信息计算出所述被测煤流的灰分和/或发热量值。

根据本发明实施例的透射式X射线煤炭检测系统采用x射线装置替代放射源，实现对煤流的灰分和发热量的测量，并且采用多个射线探测模块可以实现对全部煤流的测量。由于x射线装置发射能量连续的x射线，可以从中选取多个不同能量区域，用于煤质检测计算，因此可以替代应用两个放射源的技术方案，同时由于可以选取多于2个的能量区域进行分析计算，将得到比仅使用2个放射源的方案更好的结果。并且本发明实施例的透射式X射线煤炭检测系统在与煤流非接触的情况下对煤流的参数进行测量，从而具有较高的可靠性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的透射式X射线煤炭检测系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面参考图1描述根据本发明实施例的透射式X射线煤炭检测系统。

如图1所示，本发明实施例提供的透射式X射线煤炭检测系统包括X射线装置1000、射线探测装置2000和计算控制装置3000。其中，X射线装置1000和射线探测装置2000分别安装于被测煤流的两侧。本发明实施例提供的透射式X射线煤炭检测系统可以用于对煤炭生产或利用中的煤流质量的评测。

在煤炭生产或利用中，煤炭放置于输送带上，通过输送带运输煤炭。X射线装置1000安装在被测煤流的上方或下方，即安装在输送带上的煤炭的上方或下方，向被测煤流所在的方向发射能量连续的X射线。X射线装置1000发射的X射线中有部分X射线会透过被测煤流，而另一部分X射线不透过煤流。相比较于传统的放射源，X射线装置1000通过电源控制开启或关闭。具体而言，在电源关闭的情况下，X射线装置1000没有X射线输出，从而提高了检测的安全性。此外，采用X射线装置替代原有的放射源，也可以避免放射源管理上的问题。

射线探测装置2000安装在被测煤流的下方或上方，用于探测X射线装置1000发射的、并透过被测煤流的X射线的强度与能量信息，这些信息与被测煤流的质量厚度和元素成分有关联。具体而言，当X射线装置1000安装在被测煤流的上方时，射线探测装置2000安装在被测煤流的下方。当X射线装置1000安装在被测煤流的下方时，射线探测装置2000安装在被测煤流的上方。

射线探测装置2000包括一个或多个射线探测模块100。如图1所示，每个射线探测模块100包括射线探测器110、第一直流高压电源120和第一探测信号采集器130。第一直流高压电源120与射线探测器110相连，用于向射线探测器110供电。射线探测器110在通电情况下，探测透过当前每个射线探测模块对应的被测煤流的X射线，即探测透过当前煤流探测模块上方的煤流的X射线。同时，生成用于指示上述X射线强度及能量的射线探测信号。

在本发明的一个实施例中，射线探测器110可以为以下多中探测器中的一个：

NaI探测器、CsI探测器、BGO探测器、溴化镧探测器、正比计数管。

在本发明的一个实施例中，第一探测信号采集器130可以为多道脉冲幅度分析器、单道脉冲幅度分析器、甄别器、模拟/数字(A/D)变换采集器、脉冲信号计数器中的一种或多种。

第一探测信号采集器130与射线探测器110相连，用于接收来自射线探测器110的射线探测信号，并根据该射线探测信号测量相应的X射线的能谱信息。

由于煤炭对X射线的衰减，与X射线对煤中各种元素的质量衰减系数和煤炭质量厚度有关，而不同能量的X射线对煤炭中不同元素成分的质量吸收系数是不同的，根据射线探测装置2000测量到的X射线强度与能量信息，可以计算出不同能量的X射线对被测煤流的质量衰减系数和质量厚度信息，而质量衰减系数与煤炭元素成分相关，最终可以计算出煤炭中部分主要元素之间的比例，从而计算出煤炭灰分及发热量值等参数。

第一探测信号采集器130将测量得到的X射线的能谱信息发送给计算控制装置3000。在本发明的一个实施例中，第一探测信号采集器130采用以下通信方式之一与所述计算控制装置进行通信：RS485、RS232、RS422、CAN总线、以太网或USB通信接口。

在本发明的一个实施例中，射线探测模块100的数量可以为一个或多个。

当射线探测模块100为一个时，X射线装置1000输出一个窄束射线，该窄束射线射向射线探测模块100中的射线探测器110所在的方向。采用单个射线探测模块可以测量煤流的一部分，满足煤炭检测中的基本使用要求。

当射线探测模块100为多个时，多个射线探测模块100沿输送带的横截面方向并列放置。X射线装置1000输出的X射线为扇面，可以覆盖多个射线探测模块100形成的射线探测模块阵列，从而使得每个射线探测模块100均可以探测到X射线。采用多个射线探测模块组成的射线探测模块阵列可以测量全部煤流，从而可以提高测量的精度(主要为采样精度)。此外，对于测量的混合不均匀的煤、粒度大的煤以及原煤的测量更加有利。

计算控制装置3000与每个射线探测模块100的第一探测信号采集器1130相连，以根据各个射线探测模块100的第一探测信号采集器1器130测量的X射线的强度与能量信息计算整个被测煤流的灰分值和/或发热量值。

在本发明的一个实施例中，当射线探测模块100为多个时，计算控制装置3000根据接收到的各个射线探测模块100的X射线的强度与能量信息，除了可以计算被测煤流的灰分值和发热量值外，还可以计算被测煤流的重量(流量)。为了保持射线探测模块100的稳定性，需要使得射线探测模块100维持在预设温度区间内。计算控制装置3000可对每个射线探测模块100进行温度控制，以使得每个射线探测模块100的温度维持在预设温度上。

计算控制装置3000可以测量运载被测煤流的输送带的开停信号以及皮带运行速度信号，从而判断输送带的停止和运行，并测量输送带的运行速度

在本发明的一个实施例中，透射式X射线煤炭检测系统进一步包括煤射线测器箱4000用于容纳射线探测装置2000和计算控制装置3000，即将一个或多个射线探测模块100和计算控制装置3000封装在射线探测器箱4000中。通过将射线探测装置2000和计算控制装置3000封装在箱体内，可以提高射线探测装置2000和计算控制装置3000的安全性，避免由于煤炭生产过程中可能出现的漏水、爆炸等危险情况对装置的损害，提高安全性能。

为了实现对每个射线探测模块100的温度控制，需要在射线探测器箱4000的内部设置第一加热模块5000。第一加热模块5000位于射线探测器箱4000的内部，并且与计算控制装置3000相连。计算控制装置3000向第一加热模块5000发送温度控制信号，第一加热模块5000在该温度控制信号的控制下对射线探测器箱4000进行加热，从而使得射线探测器箱4000维持在预设温度区间内，从而保持每个射线探测模块100工作的稳定性。

本发明实施例提供的透射式X射线煤炭检测系统进一步包括数据显示存储装置6000，数据显示存储装置6000与计算控制装置3000可以进行通信。具体而言，计算控制装置3000将整个被测煤流的灰分值和/或发热量值发送给数据显示存储装置6000，数据显示存储装置6000存储上述灰分值和/或发热量值。

在本发明的一个实施例中，数据显示存储装置6000与计算控制装置3000可以通过RS422接口、RS485接口或者FSK调制的调制解调器(MODEM)、以太网络、超高速数字用户线路VDSL或电流环进行通信。具体而言，当数据显示存储装置6000与计算控制装置3000相距1～2公里时，采用RS422接口进行通信。当数据显示存储装置6000与计算控制装置3000相距较远，例如30公里时，通过FSK调制的调制解调器(MODEM)进行通信。

由于X射线装置1000的不稳定性，输出的X射线强度会发生变化，为了实现对被测煤流的灰分值和热值的精确测量，需要对X射线装置1000发射的X射线强度进行校正。本发明实施例提供的透射式X射线煤炭检测系统进一步包括辅助射线探测装置7000。辅助射线探测装置7000与计算控制装置3000相连，用于探测X射线装置1000发射出的未经过被测煤流的X射线的强度及能量。

如图1所示，辅助射线探测装置7000包括辅助射线探测器7100、第二直流高压电源7200、和第二探测信号采集器7300。

第二直流高压电源7200用于向辅助射线探测器7100供电。辅助射线探测器7100在通电情况下，可以探测未经过被测煤流的X射线，同时，生成用于指示上述X射线强度及能量的X射线探测信号。

在本发明的一个实施例中，辅助射线探测器7100为X/Gamma射线探测器。其中，辅助射线探测器7100可以为以下多中探测器中的一个：NaI探测器、CsI探测器、BGO探测器、溴化镧探测器、正比计数管。

第二探测信号采集器7300与辅助射线探测器7100相连，用于接收来自辅助射线探测器7100的X射线探测信号，并根据该X射线探测信号测量相应的X射线的能谱。

第二探测信号采集器7300将未经过被测煤流的X射线能谱信息发送给计算控制装置3000。在本发明的一个实施例中，第二探测信号采集器7300过以下方式之一与计算控制装置3000进行通信：RS485接口、RS422接口、RS232接口、CAN总线、以太网或USB接口。

在本发明的一个实施例中，透射式X射线煤炭检测系统进一步包括辅助射线探测器箱8000，用于封装辅助射线探测装置7000。通过将辅助射线探测装置7000封装在箱体内，可以提高辅助射线探测装置7000的安全性，避免由于煤炭生产过程中可能出现的漏水、爆炸等危险情况对装置的损害，提高安全性能。

为了实现对辅助射线探测装置7000的温度控制，需要在辅助射线探测器箱8000的内部设置第二加热模块9000。第二加热模块9000位于辅助射线探测器箱8000的内部，并且与计算控制装置3000相连。计算控制装置3000向第二加热模块9000发送温度控制信号，第二加热模块9000在该温度控制信号的控制下对辅助射线探测器箱8000进行加热，从而使得辅助射线探测器箱8000维持在预设温度区间内，从而保持辅助射线探测装置7000工作的稳定性。

辅助射线探测装置7000测量到的射线强度与X射线装置1000发射的总X射线强度存在比例关系，计算控制装置根据未经过被测煤流的X射线的强度计算X射线装置1000发射的总的X射线的强度，进而得到X射线强度的变化，根据强度变化对灰分和/或发热量值计算做出相应的调整。

辅助射线探测装置7000与X射线装置1000包括以下两种安装方式：

1)辅助射线探测装置7000与X射线装置1000位于被测煤流的同一侧。

具体而言，辅助射线探测装置7000与X射线装置1000同时位于被测煤流的上方或同时位于被测煤流的下方。X射线装置1000发射出的X射线为扇面，辅助射线探测装置7000位于扇面射线的边界处，即辅助射线探测装置7000位于扇面射线的边缘位置。由于扇面射线边缘处的射线未经过被测煤流，从而辅助射线探测装置7000可以探测到上述未经过被测煤流的X射线的强度。

2)辅助射线探测装置7000与X射线装置1000分别位于被测煤流的上下两侧。在此种安装方式中，辅助射线探测装置7000和射线探测装置2000可以为同一个射线探测装置。下面以射线探测装置2000为例进行描述。可以理解的是，此处也可以为辅助射线探测装置7000。

具体而言，对于第(2)种安装方式，将射线探测装置2000与X射线装置1000分别安装在一个C形旋转架上，其中射线探测装置2000安装在C形旋转架开口处的一个端面上，X射线装置1000安装于C形旋转架开口处的另一个端面上。在测量煤流灰分和发热量时，被测煤流通过C形旋转架中部的开口处。

在本发明的一个示例中，射线探测装置2000安装于C形旋转架开口处的上端面，X射线装置1000安装于C形旋转架开口处的下端面。此时，X射线装置1000向被测煤流所在方向发射X射线，即向上方发射X射线。

在本发明的另一个示例中，射线探测装置2000安装于C形旋转架开口处的下端面，X射线装置1000安装于C形旋转架开口处的上端面。此时，X射线装置1000向被测煤流所在方向发射X射线，即向下方发射X射线。

C形旋转架可以定时旋转，从而可以带动位于其端面的射线探测装置2000和X射线装置1000旋转到预设位置。当X射线装置1000和射线探测装置2000位于预设位置时，X射线装置1000发射的部分X射线不经过被测煤流而透过标准测块后投射到射线探测装置上2000上，从而射线探测装置2000可以探测到上述未经过被测煤流的X射线的强度。标准测块具有固定的质量厚度且位于C形旋转架的开口处。射线探测装置2000输出部分透过标准测块的X射线的强度与能量信息至计算控制装置3000，用于校正X射线装置1000发射的X射线的强度与能量的变化。

由于C形旋转架是可以旋转的，当C形旋转架运动到预设位置时，射线探测装置2000可以用作辅助射线探测装置7000，可以检测到部分未透过被测煤流的X射线的强度。

可以理解的是，C形旋转架的两个端面上安装的也可以分别是X射线装置1000和辅助射线探测装置7000。当C形旋转架从预设位置运动到测量位置，所述被测煤流通过所述C形旋转架的开口处，可以检测到透过被测煤流的X射线的强度。

根据本发明实施例的透射式X射线煤炭检测系统采用X射线装置替代放射源，实现对煤流的灰分的统计，并且采用多个射线探测模块可以实现对全部煤流的测量，提高了测量精度。并且本发明实施例的透射式X射线煤炭检测系统中的各个装置均不与煤炭由直接接触，即在与煤流非接触的情况下对煤流的参数进行测量，从而具有较高的可靠性。本发明实施例提供的透射式X射线煤炭检测系统对灰分、热值等参数的测量可以用于煤炭生产企业中的煤炭质量考核，以及地面系统的煤质煤量的管理中。此外，通过对煤质混合不均匀的煤炭的分析可以实现对煤流的参数的高精度测量，有利于在煤炭装车过程中，快速响应装车动作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (15)

1.一种透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，包括：

X射线装置，所述X射线装置安装在被测煤流的一侧，向所述被测煤流的方向发射包含至少两种能量的X射线，其中部分X射线透过所述被测煤流，其中，所述X射线装置的工作管电压大于50kV，并且小于600kV；

射线探测装置，所述射线探测装置安装在所述被测煤流的另一侧，其中，所述被测煤流位于所述射线探测装置和所述X射线装置之间，所述射线探测装置用于探测透过所述被测煤流的所述X射线的强度与能量信息，在探测到的所述X射线的强度与能量信息中包括所述X射线装置在至少两个能量值处发射的X射线所对应的强度，其中，所述射线探测装置包括一个或多个射线探测模块，所述每个射线探测模块用于探测透过部分所述被测煤流的X射线，获得相应的X射线的强度与能量信息；

计算控制装置，所述计算控制装置分别与所述每个射线探测模块相连，用于接收来自所述各个射线探测模块的X射线的强度与能量信息，并根据所述各个射线探测模块的X射线的强度与能量信息计算出所述被测煤流的灰分和/或发热量值。

2.如权利要求1所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，当所述射线探测装置包括一个射线探测模块时，所述X射线装置输出窄束射线，且所述窄束射线射向所述射线探测模块所在的方向。

3.如权利要求1所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，当所述射线探测装置包括多个射线探测模块时，所述多个射线探测模块沿所述输送带的横截面方向并列放置，所述X射线装置输出的X射线覆盖所述多个射线探测模块。

4.如权利要求3所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，当所述射线探测装置包括多个射线探测模块时，所述计算控制装置接收来自各个射线探测模块的X射线的强度与能量信息，根据所述X射线的强度与能量信息计算出所述被测煤流的灰分、发热量和重量。

5.如权利要求1-4中任一项所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，所述射线探测模块包括：

一个或多个射线探测器，所述射线探测器用于探测透过当前射线探测模块对应的被测煤流的X射线，生成用于指示X射线强度及能量的射线探测信号；

第一直流高压电源，所述第一直流高压电源与所述射线探测器相连，用于向所述射线探测器供电；每个所述射线探测模块可以各自包括一个所述第一直流高压电源，也可以多个所述射线探测模块公用一个所述第一直流高压电源。

第一探测信号采集器，所述第一探测信号采集器分别与所述射线探测器和所述计算控制装置相连，用于根据所述射线探测信号生成相应的X射线的强度与能量信息，并将X射线的强度与能量信息发送给所述计算控制装置。

6.如权利要求1所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，进一步包括：

射线探测器箱，所述射线探测器箱用于容纳所述射线探测装置和所述计算控制装置。

7.如权利要求1所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，所述计算控制装置还用于计算所述被测煤流的灰分和发热量和重量值，以及测量并控制所述射线探测器箱的温度位于预设温度区间内，和测量用于运载所述被测煤流的输送带的开停信号和速度信号以判断和计算输送带的运行状态和速度。

8.如权利要求7所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，进一步包括：

第一加热模块，所述第一加热模块位于所述射线探测器箱内且与所述计算控制装置相连，当所述计算控制装置判断所述射线探测器箱的温度未位于所述预设温度区间内时，则向所述第一加热模块发送温度控制信号，所述第一加热模块在所述温度控制信号的控制下对所述射线探测器箱进行加热以控制所述射线探测器箱的温度位于预设温度区间内。

9.如权利要求1所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，进一步包括：

数据显示存储装置，所述数据显示存储装置与所述计算控制装置进行通信，用于存储并显示来自所述计算控制装置的所述被测煤流的灰分和/或发热量值。

10.如权利要求1所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，进一步包括：

辅助射线探测装置，所述辅助射线探测装置与所述计算控制装置相连，用于探测所述X射线装置发射出的未经过所述被测煤流的X射线的强度与能量信息，其中，所述辅助射线探测装置包括一个或多个辅助射线探测模块。

所述计算控制装置根据所述辅助射线探测装置测量到的未经过所述被测煤流的X射线的强度与能量信息，校正所述X射线装置发射的X射线的强度与能量的变化。

11.如权利要求10所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，所述辅助射线探测装置与所述X射线装置位于所述被测煤流的同一侧，且所述辅助射线探测装置位于所述X射线装置发射的X射线束的边界处。

12.如权利要求1所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，进一步包括：C形旋转架，所述射线探测装置安装于所述C形旋转架开口处的一个端面，所述X射线装置安装于所述C形旋转架开口处的另一个端面，在测量煤流灰分和发热量时，所述被测煤流通过所述C形旋转架的开口处。

所述C形旋转架旋转以带动所述X射线装置和所述射线探测装置运动，旋转到预设位置，当所述X射线装置和所述射线探测装置位于所述预设位置时，所述被测煤流不通过所述C形旋转架的开口处，所述X射线装置发射的部分X射线透过标准测块后投射到所述射线探测装置上，其中，所述标准测块具有预设的质量厚度且位于所述C形旋转架的开口处，所述射线探测装置输出所述部分透过标准测块的X射线的强度与能量信息至所述计算控制装置，用于校正所述X射线装置发射的X射线的强度与能量的变化。

13.如权利要求10-11中任一项所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，所述辅助射线探测模块进一步包括：

辅助射线探测器，所述辅助射线探测器用于探测未经过所述被测煤流的X射线的强度与能量，生成用于指示X射线强度及能量的X射线探测信号；

第二直流高压电源，所述第二直流高压电源与所述射线探测器相连，用于向所述辅助射线探测器供电；

第二探测信号采集器，所述探测信号采集器分别与所述辅助射线探测器和所述计算控制装置相连，用于根据射线探测信号生成相应的X射线的强度与能量信息，并将所述X射线的强度与能量信息发送给所述计算控制装置。

14.如权利要求10所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，进一步包括：

辅助射线探测器箱，所述辅助射线探测器箱用于容纳所述辅助射线探测装置。

15.如权利要求5所述的透射式X射线煤炭检测系统，其特征在于，所述第一探测信号采集器可以为多道脉冲幅度分析器、单道脉冲幅度分析器、甄别器、模拟/数字变换采集器、脉冲信号计数器中的一种或多种。

Images