CN108918372A - 基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置和方法,装置包含探测管道组件和γ光子探测装置;探测管道组件包含接入管、正常支路、对比支路和接出管。工作时,首先将具有活度的放射性核素与待检测液体充分混合后注入探测管道组件中,通过γ光子探测装置测的正常支路、对比支路的γ光子响应线个数,计算其差值,进而根据该差值得到待检测液体中的杂质浓度。本发明能够在线或者在位检测处在苛刻状态下如高温、低温、高压、腐蚀、放射等状态下,金属管道内部的液体杂质含量状况。
Description
技术领域
本发明涉及管道内溶液杂质浓度检测领域,尤其涉及一种基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置和方法。
背景技术
1928年,英国理论物理学家保罗·狄拉克提出了描述电子的相对论性方程—狄拉克方程,狄拉克方程存在无法解释的负能量解,因而他预言正电子的存在。中国物理学家赵忠尧是人类物理学史上第一个发现反物质的科学家,他于1930年观测到了一种“特殊辐射”,事实上,这种“特殊辐射”就是正、负电子湮灭后产生的辐射。1932年美国物理学家安德森用威尔逊云室记录宇宙射线,发现了带正电的电子,他称这个新粒子为“正电子”。正电子是电子的反粒子,所带电荷的符号与电子相反,其它性质均与电子相同。
正电子湮灭指正负电子碰撞后湮灭而产生γ光子的过程,正电子湮灭无损检测技术正是利用了正电子湮没的过程无损检测物质内部的信息。正电子湮没无损检测技术能在材料机械性能发生变化之前探测到其微结构的变化,是研究材料缺陷和电子结构的重要手段。现今,正电子湮没技术应用于材料物质结构、形态的研究以及医学上的诊断治疗等,但在工业领域正电子湮没技术的应用还较少,更未涉及对管道内溶液杂质浓度的检测。
发动机可以把其它形式的能转化为机械能,发动机工作时,许多传动零件以很高的速度作相对运动,金属表面之间的摩擦会增大发动机内部的功率消耗,加速零部件工作表面的磨损。此外,摩擦产生的热量还可能烧损零件,使某些工作零件表面熔化,导致发动机无法正常运转。因此为保证发动机正常工作,必须设置发动机润滑系统,在相对运动部件摩擦表面覆盖一层润滑剂(机油或油脂),使金属表面之间间隔一层薄的油膜,变干摩擦为液体摩擦,便可以减轻磨损、降低功率损耗,从而延长发动机的使用寿命。在发动机运行时,发动机工作零件摩擦会产生金属磨屑和其他机械杂质,且机油工作一段时间后会产生胶质,这些杂质若随同机油进入润滑油道,将加速工作零件的磨损,还可能堵塞油路,缩短发动机的使用寿命,杂质浓度达到一定程度将严重影响发动机的运行,所以对发动机管道内的润滑油杂质浓度检测是十分重要的。
由于发动机内的管道均为金属管道,管道内高温高压,设备在运行过程中,人们很难从外面观察到它内部的情况。目前,并没有发动机润滑油杂质浓度的直接检测方法,现有的常用检测方法有油流观察法、手捻法、化验法、油滴痕迹法等,这类检测方式大多依靠人的观察与经验,受主观因素的干扰易出现失误,定量分析不够精确,而且需要取样,很难实现在线或者在位的检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷,提供一种利用正电子湮没技术检测管道内溶液杂质浓度的装置和方法,通过正电子液中的核素探针标记润滑油,对发动机管道内的润滑油进行检测和计算,从而判断发动机润滑油中杂质浓度是否超标。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置,包含探测管道组件和γ光子探测装置;
所述探测管道组件包含接入管、正常支路、对比支路和接出管;
所述正常支路、对比支路均包含依次相连的前段管道、测试管道和后段管道,其中,前段管道、后段管道为弧形管道,测试管道为直管道;
所述接入管、接出管位于同一直线上,所述接入管一端接待检测的液体、另一端分别和所述正常支路的前段管道、对比支路的前段管道相联通;所述接出管一端用于排出待检测的液体,另一端分别和所述正常支路的后段管道、对比支路的后段管道相联通;
所述正常支路、对比支路关于所述接入管、接出管所在的直线对称;
所述对比支路和接入管的连接处设有用于过滤待检测液体中杂质的滤网;
所述γ光子探测装置用于测量正常支路、对比支路的γ光子响应线个数。
作为本发明基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置进一步的优化方案,所述正常支路、对比支路中的前段管道和后段管道曲率半径相同、圆心角均为45°。
作为本发明基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置进一步的优化方案,所述正常支路、对比支路的管道内径均为15mm,管道壁厚均为2mm。
作为本发明基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置进一步的优化方案,所述滤网采用平面滤网或凸球面状滤网,当采用凸球面状滤网时、凸球面状滤网的凸起方向和待检测液体的流向相反。
作为本发明基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置进一步的优化方案,所述γ光子探测装置包含第一至第三探测器;
所述第一至第三探测器形成等腰三角形,第二探测器到第一探测器、第三探测器的距离相等;
第一探测器、第二探测器用于检测正常支路测试管道的γ光子响应线,第二探测器、第三探测器用于检测对比支路测试管道的γ光子响应线。
作为本发明基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置进一步的优化方案,所述γ光子探测装置包含第一至第四探测器;
第一探测器、第二探测器用于检测正常支路测试管道的γ光子响应线,第三探测器、第四探测器用于检测对比支路测试管道的γ光子响应线。
作为本发明基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置进一步的优化方案,探测器头部均设有准直器,所述准直器为由钨铜合金、钼、铅中任意一种制成的金属圆环。
本发明还公开了一种该基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置的检测方法包含以下步骤:
步骤1),将活度为预设活度阈值的放射性核素与待检测的液体按预定比例充分混合均匀,制备得到带有核素标记的液体;
步骤2),将带有核素标记的液体由接入管接入、接出管流出;
步骤3),放射性核素在衰变过程中发射正电子,正电子与电子碰撞时发生湮没现象、产生互成180°的中性γ光子对,通过γ光子探测装置测量正常支路、对比支路的γ光子响应线个数;
步骤4),计算正常支路和对比支路中γ光子响应线个数的差值,在预设的液体杂质浓度和响应线个数差值的对应关系表中查询到该差值对应的液体杂质浓度、或将该差值带入预设的标定函数进行计算,得到液体中杂质的含量。
作为本发明基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置的检测方法进一步的优化方案,所述预设的标定函数的确定步骤如下:
步骤A),在液体中加入杂质,对液体中的杂质浓度进行标定;
步骤B),将活度为预设活度阈值的放射性核素与标定杂质浓度的液体按预定比例充分混合均匀后,由接入管接入、接出管流出;
步骤C),通过γ光子探测装置测量正常支路、对比支路的γ光子响应线个数;
步骤D),计算正常支路和对比支路中γ光子响应线个数的差值,得到响应线个数差值及其对应的杂质浓度;
步骤E),重复执行步骤A)至步骤D)若干次,得到若干组响应线个数差值及其对应的杂质浓度,通过曲线拟合的方法得到响应线个数差值和液体杂质浓度的拟合曲线作为计算浓度大小的计算公式,即所述预设的标定函数。
作为本发明基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置的检测方法进一步的优化方案,所述放射性核素为18F-BTE,活度范围为10mCi/L--20mCi/L。
目前,工业上没有发动机润滑油杂质浓度的直接检测方法,现有的常用检测方法有很大的局限性,本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
(1)在位检测,现有的常用检测方法,例如油流观察法、手捻法等,均需要取样再进行后续检测。发动机润滑油取样要求发动机油温高于60℃,要求使用干净、干燥的新取样容器,方法步骤冗杂且需要定期取样检查,不易实现在线或者在位实时检测。本专利所提出的检测方法,只要将探测管道组件安装在回油路上,在发动机进行试车时,就可以直接检测流过探测管道组件正常支路和对比支路中液体中γ光子发射密度的差异,从而检测出液体中杂质浓度的变化,测量方式是在位的,在试车台上可以实现实时监测。
(2)待测液体工作环境恶劣时也能检测,本专利所提出的方法,被检测的液体可以处在高温或者低温下,可以是带腐蚀性的液体、带放射性的液体,可以工作在高压下,可以流动在金属材料的管道中。
(3)本发明使用三点式、四点式探测方式需要的探测器数量少,使用准直器将γ光子探测装置隔离,可以减小γ光子随机噪声和散射的影响,进而提高测试精度,数据处理的工作量小,工作速度快,可以实时检测液体中杂质浓度是否达到报警值。
(4)计算简单结果可靠。本发明中γ光子探测装置仅需记录正常支路和对比支路中响应线个数,将差分的结果代入标定函数,便可以计算得到液体中杂质的浓度含量,消除了环境、管道材料、活度、死时间等影响,保证了测量结果的真实性和可靠性。
(5)可以测量金属、复合材料等透明材料中液体的杂质浓度。放射性核素在衰变过程中发射正电子,正电子与电子碰撞时会发生湮没现象,大多数情况下,正电子—电子对湮没后产生一对互成180°的中性γ光子对。这对γ光子的穿透能力极强,穿透200mm厚的铝材能量才衰减到1%,因此可以检测金属管道内的液体杂质含量。
(6)使用γ光子探测装置检测液体中杂质的浓度,可以不受温度、压强、电场、磁场等外界因素的干扰,即使在发动机内部也能够完成检测。由于采用平均技术的方式进行检测,因此传感器对间隔的距离可以比较长,这对于一些尺寸比较大的管路测量十分有利。
附图说明
图1是本发明中采用平面滤网的探测管道组件的结构示意图;
图2是本发明中采用凸球面状滤网的探测管道组件的结构示意图;
图3是放射性核素β+衰变产生正电子原理图;
图4是本发明中γ光子探测装置采用三点式探测系统的结构示意图;
图5是本发明中γ光子探测装置采用四点式探测系统的结构示意图;
图6是本发明的工作流程示意图。
图中,1-正常支路,2-滤网,3-对比支路,4-电子层,5-原子核,6-发生湮灭位置,7-电子,8-γ光子对,9-正电子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
本发明可以以许多不同的形式实现,而不应当认为限于这里所述的实施例。相反,提供这些实施例以便使本公开透彻且完整,并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中,为了清楚起见放大了组件。
下面以润滑油为载体溶剂举例来进行说明:
1、液体的标记
以润滑油为载体溶剂,将具有活度的放射性核素18F-BTE与液压油按10mCi/L--20mCi/L的活度比例充分混合,制备得到带有核素标记的润滑油。其中放射性核素由医用回旋加速器系统制备得到。本发明中的测量方式是在位的,在试车台上可以实现实时监测,检测所需要的时间短,根据检测时间选择半衰期适合的放射性核素。此外,选择的放射性核素能够溶于润滑油且不与润滑油发生化学反应而改变润滑油的成分,制备得到的带有核素标记的润滑油不会与油管发生化学反应而腐蚀油管。
2、探测管道组件的设置
在制作发动机滑油系统时,在回油路上(如油箱、附件齿轮箱和各轴承的回油管路上)安装本发明提出的特制探测管道组件,如图1所示,回油路上的油管在中途分为两根管道:两管道前端为弧形管道,弧形对应的圆心角为45°,两管道的弧形部分曲率半径相同;两管道的中部为直管道,相互平行,为测试段;两管道的尾部与管道前端管道对称,合为一个管道,与滑油系统的其他装置相连。两根管道管径相同、关于接入管对称设置,管道内径为15mm,管道壁厚为2mm,其中管道1是正常支路,管道3是对比支路,在进油管道分流处、对比支路3进油管口处设置一个滤网2,滤网2通过卡销连接到探测管道组件上。如果是金属管道,在满足压力等安全条件下,管壁要薄一点。管道制作安装完毕之后,将带有核素标记的润滑油注入滑油箱,发动机测试时流经探测管道组件,标记后的滑油的活度控制在10mCi/L--20mCi/L。
滤网可选用不锈钢丝网:孔隙大小根据检测需求和杂质特点进行选择,检测大于0.2mm的杂质,可以选择60目(55696孔/dm2,丝的直径约0.19㎜,孔隙约0.28㎜)。在发动机运行时各运动机件因摩擦产生金属磨屑,含有杂质的润滑油可以直接通过没有滤网的正常支路1,而流经设有滤网的对比支路3时润滑油中的金属碎屑被滤网阻拦,对比支路3中的润滑油相对纯净。滤网2处于管道分流处,在滑油的冲刷作用下,过滤产生的杂质流入正常支路1,如此一来,过滤产生的杂质重新进入滑油系统循环,可以减小误差且避免对比支路3的堵塞。滤网2可以采用平面滤网,也可以采用如图2所示的凸球面状滤网,以进一步的提高测量精度。虽然设有滤网的管道3中的溶液流速相对管道1有所减小,但是在本发明中,设置平行管道的目的是得出含有杂质的润滑油与经滤网过滤的纯净润滑油浓度之间的差异,流速对实验结果并没有影响。本装置抗环境干扰能力较强,平行管道长度较短,减小了周边干扰因素对检测的影响,高温高压的场合、有一定腐蚀性的溶液检测亦可以使用本检测装置。
3、γ光子探测装置
γ光子探测装置用于对发动机润滑油中杂质浓度的检测。如图3所示,放射性核素在衰变过程中发射正电子,同时其与电子发生湮没事件,产生一对互成180°的中性γ光子对,通过γ光子探测装置探测并记录γ光子。本发明提出两种检测装置:三点式探测系统和四点式探测系统,分别使用三组和四组γ光子探测装置。
使用三组探测器的探测系统如图4所示,探测器A、C位于两平行管道的上方,其连线与管道垂直,探测器B放置于两管道下方的中间位置,与A、C处于同一平面,其中探测器A、C与下方的探测器B的连线中点分别经过两管道的中心,三组探测器与所在平面的管道中心距离为0.15m,三组探测器形成一个等腰三角形。探测器A、B、C组成A-B、B-C两组探测器对,其中A-B探测器对检测正常支路的γ光子响应线,B-C探测器对检测对比支路的γ光子响应线。进一步提高效率还可以采用准直器D分别将每个探测器包裹起来,准直器内径0.07m,厚5mm,准直器的作用是减少干扰,这样只有在探测器连线方向上的响应线才会被探测到,减小随机噪声和散射的影响,进一步提高了探测的准确性。
使用四组探测器的探测系统如图5所示,探测器两两成对分别放置于两平行管道的正上方和正下方,探测器距离管道约0.15m,图5中探测器A、B、C、E位于同一平面并组成A-B、C-E两组探测器对,其中A-B探测器对检测正常支路的γ光子响应线,C-E探测器对检测对比支路的γ光子响应线。进一步提高效率还可以采用准直器D分别将每个探测器包裹起来,准直器内径0.07m,厚5mm,准直器的作用是减少干扰,这样只有在探测器连线方向上的响应线才会被探测到,减小随机噪声和散射的影响,进一步提高了探测的准确性。
4、探测器的检测方式
在检测时,探测器分别记录符合响应线的个数,因为正电子发生湮灭后,绝大多数情况下会产生能量为511keV,沿一条直线但方向相反的一对γ光子对,如果分布在上下位置的一个探测器对在一个很短的时间窗(一般1-2nS)内,探测到一对满足能量指标的γ光子对,就可以认为记录到了一条符合响应线,根据需要可以记录单位时间(1秒--10秒)内探测器分别记录到的符合响应线的个数。
每组探测器都由若干个探测器组成,为保证检测数据的稳定性和可靠性,将各组探测器中各个探测器得到的响应线求平均值,作为该组探测器记录到的符合响应线的个数。
对于记录到的符合响应线的个数,首先采用差分的方法进行处理。由于探测器的放大电路、晶体、光电倍增管等收到温度和环境的变化等因素影响、工作一段时间后,核素活度衰减的变化等,均会导致初始值发生变化,采用差分的方法十分有必要,其方法是将探测器记录的对比支路的响应线个数减去探测器记录的正常支路的响应线个数,即三点式探测系统中B-C探测器对记录的响应线个数(NB-C)减去A-B探测器对记录的γ光子响应线个数(NA-B)、四点式探测系统中C-E探测器对记录的响应线个数(NC-E)减去A-B探测器对记录的响应线个数(NA-B),记录这个差值(Δn),将这个差值带入标定得到拟合曲线中,也可以通过查表的方法得到液体中对应的杂质含量。
本专利中采用的探测管道组件中比支路的数据还可以作为检测核素活度衰减的依据,在数据处理时,可以利用该检测数据对检测结果进行补偿。
5、标定
在正式做液体的杂质检测之前需要对检测装置进行标定。标定所采用的检测装置包括步骤2中提出的探测管道组件、步骤3中提出的γ光子探测装置,模拟发动机运行状态,进行润滑油杂质浓度阈值标定。
将具有活度的放射性核素与润滑油充分混合,制备得到带有核素标记的润滑油,在已标记的润滑油中加入一定量的机械杂质,充分混合使核素均匀分布。含有杂质的润滑油流经探测管道组件,记下两组探测器对分别记录到的响应线个数,进行差分处理即计算它们的差值(Δn)。
在三点式探测系统中,差值Δn为B-C探测器对记录的响应线个数减去A-B探测器对记录的γ光子响应线。
Δn=NB-C-NA-B
在四点式探测系统中,差值Δn为C-E探测器对记录的响应线个数减去A-B探测器对记录的响应线个数。
Δn=NC-E-NA-B
同样的步骤,向纯净的润滑油中分别加入不同量的杂质,特别是需要报警提示浓度的杂质即阈值Tr,充分混合使核素均匀分布,配置得到不同杂质浓度的标准润滑油试剂。不同浓度的润滑油流经探测管道组件,γ光子探测装置工作,对应记录响应线个数的差值Δn。
重新标定润滑油中杂质的含量,并重复上述步骤,得到若干组杂质浓度和其对应的响应线个数差值,将标定的杂质浓度和响应线个数差值做成数据表格,在实际检测时,可以通过查表的方法得到杂质的含量。也可以根据标定的杂质浓度和探测器记录的响应线个数差值的对应关系,通过曲线拟合的方法得到拟合曲线作为计算浓度大小的计算公式,得到标定函数f(Δn),曲线拟合可以采用最小二乘法,通过标定函数f(Δn)便可以将响应线个数差值与杂质浓度一一对应。
在标定函数关系的确定中,应该将探测管道组件中比支路的数据作为检测核素活度衰减的依据,观测不同活度情况下,相同的浓度Δn下f(Δn)的变化情况,从而对不同活度下浓度的计算公式进行补偿。以保证即使长时间的工作,检测结果依然有很好的准确性。
6、检测流程
具体实施方式在上述部分已说明,本部分将以检测发动机润滑油中杂质的含量是否超标为例,阐述整个检测流程。
首先,将具有一定活度的放射性核素与纯净的润滑油按预定比例充分混合,制备得到带有核素标记的润滑油,活度控制在10mCi/L--20mCi/L之间。其次,进行标定工作。使用本发明提出的检测装置,模拟发动机运行状态,向标记过的润滑油中分次加入不同比例的杂质,将充分混合过的润滑油加入滑油系统,润滑油在通过探测管道组件时流经正常支路和对比支路,记录两组探测器响应线的差值,特别是达到报警阈值的杂质浓度响应线的差值。采用最小二乘法拟合曲线,得到杂质浓度与响应线差值的关系曲线,进而得到标定函数。在实际检测过程中,对滑油系统安装了探测管道组件和检测装置的发动机进行测试,向滑油箱中注入被放射性核素标记过的纯净润滑油,其活度和标定时的活度相同。当发动机运行时,滑油系统也在循环,通过对探测管道组件的两根管道测试段中滑油发出的γ光子进行检测,记录响应线的差值,通过标定函数便可以得到当前工作状态下润滑油中杂质的含量,实现滑油杂质的在线实时监测,一旦测试结果达到阈值则报警提示,即当f(Δn)>Tr时,润滑油中杂质的浓度超标,需要更换。
综上,该方法不仅仅局限于发动机内润滑油杂质浓度的检测,而是可以用来检测任意管道内的液体杂质浓度。
本技术领域技术人员可以理解的是,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置,其特征在于,包含探测管道组件和γ光子探测装置;
所述探测管道组件包含接入管、正常支路、对比支路和接出管;
所述正常支路、对比支路均包含依次相连的前段管道、测试管道和后段管道,其中,前段管道、后段管道为弧形管道,测试管道为直管道;
所述接入管、接出管位于同一直线上,所述接入管一端接待检测的液体、另一端分别和所述正常支路的前段管道、对比支路的前段管道相联通;所述接出管一端用于排出待检测的液体,另一端分别和所述正常支路的后段管道、对比支路的后段管道相联通;
所述正常支路、对比支路关于所述接入管、接出管所在的直线对称;
所述对比支路和接入管的连接处设有用于过滤待检测液体中杂质的滤网;
所述γ光子探测装置用于测量正常支路、对比支路的γ光子响应线个数。
2.根据权利要求1所述的基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置,其特征在于,所述正常支路、对比支路中的前段管道和后段管道曲率半径相同、圆心角均为45°。
3.根据权利要求1所述的基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置,其特征在于,所述正常支路、对比支路的管道内径均为15mm,管道壁厚均为2mm。
4.根据权利要求1所述的基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置,其特征在于,所述滤网采用平面滤网或凸球面状滤网,当采用凸球面状滤网时、凸球面状滤网的凸起方向和待检测液体的流向相反。
5.根据权利要求1所述的基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置,其特征在于,所述γ光子探测装置包含第一至第三探测器;
所述第一至第三探测器形成等腰三角形,第二探测器到第一探测器、第三探测器的距离相等;
第一探测器、第二探测器用于检测正常支路测试管道的γ光子响应线,第二探测器、第三探测器用于检测对比支路测试管道的γ光子响应线。
6.根据权利要求1所述的基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置,其特征在于,所述γ光子探测装置包含第一至第四探测器;
第一探测器、第二探测器用于检测正常支路测试管道的γ光子响应线,第三探测器、第四探测器用于检测对比支路测试管道的γ光子响应线。
7.根据权利要求5或6所述的基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置,其特征在于,探测器头部均设有准直器,所述准直器为由钨铜合金、钼、铅中任意一种制成的金属圆环。
8.基于权利要求1所述的基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置的检测方法,其特征在于,包含以下步骤:
步骤1),将活度为预设活度阈值的放射性核素与待检测的液体按预定比例充分混合均匀,制备得到带有核素标记的液体;
步骤2),将带有核素标记的液体由接入管接入、接出管流出;
步骤3),放射性核素在衰变过程中发射正电子,正电子与电子碰撞时发生湮没现象、产生互成180°的中性γ光子对,通过γ光子探测装置测量正常支路、对比支路的γ光子响应线个数;
步骤4),计算正常支路和对比支路中γ光子响应线个数的差值,在预设的液体杂质浓度和响应线个数差值的对应关系表中查询到该差值对应的液体杂质浓度、或将该差值带入预设的标定函数进行计算,得到液体中杂质的含量。
9.基于权利要求1所述的基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置的检测方法,其特征在于,所述预设的标定函数的确定步骤如下:
步骤A),在液体中加入杂质,对液体中的杂质浓度进行标定;
步骤B),将活度为预设活度阈值的放射性核素与标定杂质浓度的液体按预定比例充分混合均匀后,由接入管接入、接出管流出;
步骤C),通过γ光子探测装置测量正常支路、对比支路的γ光子响应线个数;
步骤D),计算正常支路和对比支路中γ光子响应线个数的差值,得到响应线个数差值及其对应的杂质浓度;
步骤E),重复执行步骤A)至步骤D)若干次,得到若干组响应线个数差值及其对应的杂质浓度,通过曲线拟合的方法得到响应线个数差值和液体杂质浓度的拟合曲线作为计算浓度大小的计算公式,即所述预设的标定函数。
10. 基于权利要求1所述的基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置的检测方法,其特征在于,所述放射性核素为18F-BTE,活度范围为10mCi/L--20 mCi/L。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109632850A (zh) * | 2019-01-03 | 2019-04-16 | 南京航空航天大学 | 一种基于正电子湮没技术测量液体中杂质粒径的方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6138551A (ja) * | 1984-07-30 | 1986-02-24 | グラマン エアロスペ−ス コ−ポレイシヨン | 陽電子消滅γ線透過ゲ−ジ |
JP2001264272A (ja) * | 2000-03-15 | 2001-09-26 | Toshiba Corp | 陽電子消滅γ線測定方法および装置 |
JP2004093224A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Handotai Rikougaku Kenkyu Center:Kk | 陽電子を利用した欠陥評価装置 |
JP2004245655A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ガス吸着下における陽電子消滅法を用いた細孔サイズの評価方法とその評価装置 |
CN101975815A (zh) * | 2010-09-21 | 2011-02-16 | 上海大学 | 太阳级晶硅中复合中心浓度和陷阱中心浓度的测量方法 |
CN106371132A (zh) * | 2016-09-23 | 2017-02-01 | 中国科学院高能物理研究所 | 用于正电子湮没寿命谱测量的方法、系统以及闪烁探测器 |
CN208721541U (zh) * | 2018-08-08 | 2019-04-09 | 南京航空航天大学 | 基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置 |
-
2018
- 2018-08-08 CN CN201810894868.9A patent/CN108918372B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6138551A (ja) * | 1984-07-30 | 1986-02-24 | グラマン エアロスペ−ス コ−ポレイシヨン | 陽電子消滅γ線透過ゲ−ジ |
JP2001264272A (ja) * | 2000-03-15 | 2001-09-26 | Toshiba Corp | 陽電子消滅γ線測定方法および装置 |
JP2004093224A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Handotai Rikougaku Kenkyu Center:Kk | 陽電子を利用した欠陥評価装置 |
JP2004245655A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ガス吸着下における陽電子消滅法を用いた細孔サイズの評価方法とその評価装置 |
CN101975815A (zh) * | 2010-09-21 | 2011-02-16 | 上海大学 | 太阳级晶硅中复合中心浓度和陷阱中心浓度的测量方法 |
CN106371132A (zh) * | 2016-09-23 | 2017-02-01 | 中国科学院高能物理研究所 | 用于正电子湮没寿命谱测量的方法、系统以及闪烁探测器 |
CN208721541U (zh) * | 2018-08-08 | 2019-04-09 | 南京航空航天大学 | 基于正电子湮没技术的液体杂质浓度检测装置 |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
HUI XIAO 等: "A new method for spatial structure detection of complex inner cavities based on 3D γ-photon imaging", 《AIP ADVANCES》, vol. 8, pages 055205 - 1 * |
JIA SHAOJIN 等: "Study of the size and numerical concentration of the free volume of carbon filled HDPE composites by the positron annihilation method", 《EUROPEAN POLYMER JOURNAL》, vol. 38, pages 2433, XP004389378, DOI: 10.1016/S0014-3057(02)00147-7 * |
K.M. MOSTAFA 等: "A Study of Defects in Iron Based Alloys by Positron Annihilation Techniques", 《ACTA PHYSICA POLONICA A》, vol. 113, no. 5, pages 1471 - 1478 * |
WEIQI ZHOU 等: "Evaluating the Pore Structures of Polysulfone Membranes by Positron 3c-Annihilation Probability and Electrochemical Impedance Spectroscopy", 《CHARACTERIZATION OF GREEN MATERIALS》, pages 1 - 4 * |
YURY D. MOZGOVOI 等: "Features of Electron and Positron Beams Interaction in a Smooth Waveguide", 《: 2013 IEEE 14TH INTERNATIONAL VACUUM ELECTRONICS CONFERENCE (IVEC)》, pages 1 - 2 * |
陈志权,胡新文,王少阶: "用正电子湮没方法鉴别InP半导体中的缺陷", 半导体学报, no. 03, pages 186 - 193 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109632850A (zh) * | 2019-01-03 | 2019-04-16 | 南京航空航天大学 | 一种基于正电子湮没技术测量液体中杂质粒径的方法 |
CN109632850B (zh) * | 2019-01-03 | 2021-06-15 | 南京航空航天大学 | 一种基于正电子湮没技术测量液体中杂质粒径的方法 |
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