CN109254317A - 一种钾肥在线检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钾肥在线检测系统及方法，属于钾肥检测技术领域，包括传送机构、采样机构、用于对钾肥样品进行探测的β射线检测器、处理器和平台支架；平台支架上设有滑动机构，滑动机构上放置进样筒，通过滑动机构运动以带动进样筒运动，进样筒前进位移上依次有采样工位、检测工位和出样工位，采样工位上方和检测工位上方分别对应设置有采样机构和β射线检测器，出样工位位于β射线检测器后方；采样机构的采样端位于传送机构上方、出样端位于所述采样工位上方，β射线检测器输出端与处理器连接，β射线检测器将钾肥样品检测信号发送至处理器供处理器进行钾含量检测。本方案对钾肥在线采样、制样和检测，缩短了检测时间，可及时提供检测结果。

Description

一种钾肥在线检测系统及方法

技术领域

本发明涉及钾肥检测技术领域，特别涉及一种钾肥在线检测系统及方法。

背景技术

钾是植物生长的三大营养元素之一，能够促进农作物光合作用和提高抗病能力，充足的钾肥施肥量是对农业粮食产量的重要保证。目前，钾肥生产中钾的检测流程主要是生产线采样、实验室制样，最后利用四苯硼化纳重量法检测钾含量。这种方法的检测准确度较高，但存在测定周期长、操作繁琐以及不能及时提供结果等缺点，不能满足钾肥在线生产的需求。

自然界中的钾有三种同位素，即³⁹K、⁴⁰K和⁴¹K，其中⁴⁰K具有放射性。⁴⁰K在衰变过程中能释放出具有连续光谱的、最大能量为1.33MeV的β粒子和能量为1.46MeV的γ量子。平均每克钾1分钟放射1650个β粒子和180个γ量子。⁴⁰K的半衰期很长(1.25×10⁹年)，可以认为它在钾元素中的含量是固定的。因此可以利用⁴⁰K的β或γ辐射的方法来测定样品中的钾含量。由于在⁴⁰K衰变过程中放射的β粒子远多于γ量子，所以检测其β辐射要比γ辐射更灵敏。β射线射程短(几个毫米)，只要样品厚度大于β辐射的射程，测量不受样品体积的影响。γ射线易受宇宙射线和其它放射性元素的γ射线的干扰，必须采用可靠的铅屏蔽，且γ射线穿透能力强，易受样品体积影响。国外公司的放射性检测仪器只能用在特定的场合且测量精度难以达到钾肥在线检测要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钾肥在线检测系统及方法，以对钾肥生产中钾含量进行快速检测，满足钾肥在线生产的质量控制需求。

为实现以上目的，本发明采用一种钾肥在线检测系统，包括钾肥样品传送机构、采样机构、用于对钾肥样品进行检测的β射线检测器、处理器和平台支架；

平台支架上设有滑动机构，滑动机构上放置进样筒，通过滑动机构运动以带动进样筒运动，进样筒前进位移上依次有采样工位、检测工位和出样工位，采样工位上方和检测工位上方分别对应设置有采样机构和β射线检测器，出样工位位于β射线检测器后方；

采样机构的采样端位于传送机构上方、出样端位于所述采样工位上方，β射线检测器输出端与处理器连接，β射线检测器将钾肥样品检测信号发送至处理器供处理器进行钾含量计算。

优选地，所述采样机构包括第一电机和布置在采样管支架上的采样管，采样管支架布置在所述采样工位前方，采样管的采样端位于所述传动机构上方、出样端位于所述采样工位上方，第一电机输出轴固定在采样管管身上，以驱动采样管上、下动作实现钾肥样品采样。

优选地，在所述进样筒前进位移上还设有压实工位，该压实工位位于采样工位和检测工位之间，压实工位上方设置用于对运动至压实工位的进样筒内样品进行压实的制样机构。

优选地，所述制样机构包括压实活塞和第二电机，第二电机的输出轴与所述压实活塞的活塞杆连接以驱动压实活塞向下运动对所述进样筒内样品进行压实。

优选地，在所述平台支架且位于采样工位正后方还布置有刮板支架，刮板支架上固定有刮板，刮板下板面一端位于所述进样筒上端面上且刮板下板面与所述进样筒上端面呈锐角布置。

优选地，还包括第三电机，所述第三电机与所述滑动机构连接，驱动滑动机构前后运动。

优选地，还包括布置在所述滑动机构上的旋转电机，该旋转电机输出轴固定在所述进样筒筒身上以控制所述进样筒翻转。

优选地，所述β射线检测器包括位于磁屏蔽筒内的塑料闪烁体、聚苯乙烯光导、光电倍增管、分压器、前置放大器、主放大器、数字多道脉冲幅值分析器、高压模块、通讯接口电路以及低压接口电路，磁屏蔽筒外周布设不锈钢外筒；

塑料闪烁体四周壁及前端均包裹有铝反射膜，其后端涂有硅油且与聚苯乙烯光导前端相连，聚苯乙烯光导后端与光电倍增管连接；

分压器与光电倍增管输入端连接，高压模块输出端与分压器连接，前置放大器的输入端、输出端分别与光电倍增管、主放大器连接，主放大器输出端与数字多道脉冲幅值分析器连接；

低压接口电路输入端接低压接口、输出端接高压模块，通讯接口电路通过通讯接口与所述处理器连接。

优选地，所述塑料闪烁体面积为0.5m²，厚度为0.5mm，其四周壁包裹的铝反射膜厚度为0.1mm、前端包裹的铝反射膜厚度为10μm。

优选地，所述数字多道脉冲幅值分析器包括AD采集芯片、现场可编程逻辑门阵列以及数字处理芯片；

AD采集芯片与所述主放大器的输出端连接，AD采集芯片的输出端与现场可编程逻辑门阵列连接，现场可编程逻辑门阵列的输出端与数字处理芯片连接，数字处理芯片的输出端与所述处理器连接。

另一方面，提供一种钾肥在线检测方法，其特征在于，包括：

采样机构对传送机构传送的钾肥样品进行采样，并将钾肥样品送入位于进样工位处的进样筒内；

滑动机构带动进样筒移动至检测工位处，利用检测工位上方的β射线检测器对钾肥样品进行检测并将检测信号发送至处理器；

处理器根据内置的标准曲线对探测信号进行处理，计算钾肥样品中钾的含量并显示；

滑动机构带动进样筒移动至出样工位处进行出样，出样后重新移动至进样工位进行下一次取样检测。

优选地，在所述进样筒移动至所述检测工位前，还包括：

滑动机构带动进样筒移动至压实工位处，利用压实工位上方的制样机构对进样筒中的样品进行压实处理。

优选地，所述β射线检测器对钾肥样品进行探测的过程包括：

钾肥样品中的⁴⁰K放射出的β射线与塑料闪烁体作用，产生光子；分压器为所述光电倍增管供电，光电倍增管对所述光子进行收集并转换成脉冲信号，该脉冲信号依次经前置放大器、主放大器进行放大后发送至数字多脉冲幅值分析器；

在数字多脉冲幅值分析器中，现场可编程逻辑门阵列控制AD采集芯片对主放大器输出的脉冲放大信号进行采集；

数字信号处理芯片对AD采集芯片采集的脉冲放大信号进行处理，得到能谱并输出至所述处理器。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明中钾肥的采样、钾肥样品的制样及后续的检测、数据分析、显示检测结果等构成在线检测系统，在钾肥采样后即对钾肥样品进行制样、检测，而不同于现有技术中的生产线采样后需送往实验室进行制样、检测，缩短了检测时间，可及时提供钾肥中钾含量的检测结果。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种钾肥在线检测系统的结构示意图；

图2是采样机构示意图；

图3是制样机构示意图；

图4是β射线检测器的结构示意图；

图5是一种钾肥在线检测方法的流程示意图。

图中：

1：传送机构；2：平台支架；3：处理器；4：进样筒；5：控制箱；6：通讯接口电路；7：低压接口电路；8：不锈钢外筒；10：采样机构；20：β射线检测器；30：制样机构；40：滑动机构；50：刮板支架；11：采样管支架；12：采样管；21：磁屏蔽筒；22：塑料闪烁体；23：聚苯乙烯光导；24：光电倍增管；25：分压器；26：前置放大器；27：主放大器；28：数字多道脉冲幅值分析器；29：高压模块；31：压实活塞；32：第二减速步进电机；41：基座；43：旋转电机；44：滑动轨道；45：第三减速步进电机；51：悬臂；52：刮板。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1至图3所示，本实施例公开了一种钾肥在线检测系统，包括：钾肥样品传送机构1、、采样机构10、用于对钾肥样品进行探测的β射线检测器20、处理器3和平台支架2；

平台支架1上设有滑动机构40，滑动机构40上放置进样筒4，通过滑动机构40运动以带动进样筒4运动，进样筒4前进位移上依次有采样工位、检测工位和出样工位，采样工位上方和检测工位上方分别对应设置有采样机构10和β射线检测器20，出样工位位于β射线检测器20后方；

采样机构10的采样端位于传送机构1上方、出样端位于采样工位上方，β射线检测器20输出端与处理器3连接，β射线检测器20将钾肥样品检测信号发送至处理器3供处理器3进行钾含量计算。

需要说明的是，本实施例中钾肥在线检测系统的工作过程为：利用采样机构10对生产线上的钾肥进行采样，滑动机构带动进样筒进行移动，在进样筒移动至采样工位时，采样机构10将采样样品放入进样筒内，在进样筒移动至检测工位时，利用β射线检测器20对钾肥中钾元素⁴⁰K放射出的β射线进行检测，并将检测信息交由处理器3进行处理，计算出钾肥中钾元素含量并进行显示。其通过将钾肥采样、钾含量检测作为钾肥检测生产线不同工序集中管理，与传统的生产线采样、实验室制样、检测的过程相比，极大缩短了检测时间，精简了操作步骤，可及时的提供钾肥中钾含量的检测结果，满足了钾肥生产的质量控制需求。

需要说明的是，平台支架上设置的滑动机构40可采用滑动轨道44等多种滑动方式，滑动轨道44由第三减速步进电机45驱动来进行移动。

优选地，采样机构10包括第一减速步进电机和布置在采样管支架11上的采样管12，采样管12支架11布置在采样工位前方，采样管12的采样端位于传送机构上方、出样端位于采样工位上方，第一减速步进电机的输出轴固定在采样管12管身上，以驱动采样管12上、下动作实现钾肥样品采样。

较为优选地，本实施例中采样管12一部分为硬塑料管、另一部分为塑料波纹管，采样管12的硬塑料管管身部分作为采样端口，第一减速步进电机的输出轴固定在采样管12的硬塑料管管身上，采样管12的塑料波纹管作为出样端并固定在采样管12支架11上，采样管12支架11采用倒立的‘U’型支架。通过将采样管12前部分设计成硬塑料管以便于与第一减速步进电机输出轴连接，将采样管12的另一部分设计成塑料波纹管，塑料波纹管部分形状易于改变，通过第一减速步进电机驱动采样管12硬塑料管部分向下即可采集传送带上的钾肥样品，向上运动即可通过塑料波纹管部分将钾肥样品放入进样筒内。

优选地，在进样筒前进位移上还设有压实工位，该压实工位位于采样工位和检测工位之间，压实工位上方设置用于对运动至压实工位的进样筒内样品进行压实的制样机构30。本实施例中利用制样机构30对进样筒中的钾肥样品进行压实，可降低因样品表面不平整对后续β射线检测的影响。

较为优选地，制样机构30包括压实活塞31和第二减速步进电机32，第二减速步进电机32的输出轴与压实活塞31的活塞杆连接以驱动压实活塞31向下运动对处在压实工位上的进样筒内样品进行压实。

优选地，在平台支架1且位于采样工位后方还布置有刮板支架50，刮板支架50上固定设置水平悬臂51，悬臂的另一端向下设有刮板52，刮板52下板面一端位于所述进样筒上端面上且刮板52下板面与进样筒上端面呈锐角布置。其中，刮板52支架50采用倒‘U’型支架，刮板52用来刮去进样筒上高于进样筒的样品。

优选地，该检测系统还包括第三减速步进电机45用以驱动滑动机构带动进样筒运动。

较为优选地，本实施例中还可在滑动机构40上布置基座41和旋转电机43，该旋转电机43的输出轴固定在进样筒筒身上以控制所述进样筒翻转。其中，在钾肥检测完毕后，滑动机构带动进样筒和旋转电机43移动至出样工位，利用旋转电机43驱动进样筒筒身进行180度翻转，进样筒内钾肥样品下落，样品下落完毕后，旋转电机43驱动进样筒翻转复位，滑动机构带动进样筒重新移动至采样工位，准备进行下一次采样。

需要说明的是，本实施例中在平台支架上设置有控制箱5，该控制箱5包括减速步进电机控制器和旋转电机43控制器；减速步进电机控制器用于对第一减速步进电机、第二减速步进电机、第三减速步进电机等进行控制，旋转电机43控制器用于对旋转电机43进行控制。

优选地，如图4所示，β射线检测器20包括位于磁屏蔽筒21内的塑料闪烁体22、聚苯乙烯光导23、光电倍增管24、分压器25、前置放大器26、主放大器27、数字多道脉冲幅值分析器28、高压模块29、通讯接口电路6以及低压接口电路7，磁屏蔽筒21外周布设不锈钢外筒8；

塑料闪烁体22四周壁及前端均包裹有铝反射膜，其后端涂有硅油且与聚苯乙烯光导23前端相连，聚苯乙烯光导23后端与光电倍增管24连接，光电倍增管24将塑料闪烁体22产生的光子有效的收集到其阴极，其中，光电倍增管24为CR165，阴极有效面积为100mm。

分压器25与光电倍增管24输入端连接，分压器25用于为光电倍增管24供电，高压模块29输出端与分压器25连接用于为分压器25供电，前置放大器26的输入端、输出端与光电倍增管24、主放大器27连接，主放大器27输出端与数字多道脉冲幅值分析器28连接。其中，前置放大器26用于对光电倍增管24输出的脉冲信号进行放大，主放大器27用于对前置放大器26放大后的脉冲信号进行进一步放大、成形。

低压接口电路7输入端接低压接口、输出端接高压模块29，通讯接口电路6通过通讯接口与所述处理器3连接。

需要说明的是，本实施例中磁屏蔽筒21位于光电倍增管外部，用于屏蔽电磁对光电倍增管24的影响。且塑料闪烁体22、聚苯乙烯光导23、光电倍增管24、高压模块29、分压器25、前置放大器26、主放大器27、数字多道脉冲幅值分析器28、接口电路均位于不锈钢外筒8内，只有塑料闪烁体22前端、接口电路接口与外界接触，整个β射线检测器20一体化设计，集成化及智能化程度高，信号传输的抗干扰能力强。

进一步地，塑料闪烁体22面积为0.5m²，厚度为0.5mm，其四周壁包裹的铝反射膜厚度为0.1mm、前端包裹的铝反射膜厚度为10μm、后端涂有硅油。本实施例中使用薄型大面积塑料闪烁体，提高了检测灵敏度。

进一步地，数字多道脉冲幅值分析器28用于将主放大器27放大后的脉冲信号进行模拟转换、甄别、形成能谱，其包括AD采集芯片、现场可编程逻辑门阵列以及数字处理芯片；

AD采集芯片与所述主放大器27的输出端连接，AD采集芯片的输出端与现场可编程逻辑门阵列连接，现场可编程逻辑门阵列的输出端与数字处理芯片连接，数字处理芯片的输出端与所述处理器3连接。现场可编程逻辑门阵列用于控制AD采集芯片对放大后的脉冲信号进行采集、低通滤波及数据缓存。数字处理芯片用于进行脉冲峰值检测、脉冲幅值提取以及形成能谱。

其中，采用数字多道脉冲幅值分析器28相比于模拟多通道脉冲幅值分析器，具有有限的脉冲响应，减少了堆积、弹道缺陷和基线漂移，能够提供更好的噪声滤波，提高检测精度。

如图5所示，本实施例公开一种钾肥在线检测方法，包括如下步骤：

采样机构10对传送机构传送的钾肥样品进行采样，并将钾肥样品送入位于进样工位处的进样筒内；

滑动机构带动进样筒移动至检测工位处，利用检测工位上方的β射线检测器对钾肥样品进行检测并将检测信号发送至处理器；

处理器根据内置的标准曲线对探测信号进行处理，计算钾肥样品中钾的含量并显示；

滑动机构带动进样筒移动至出样工位处进行出样，出样后重新移动至进样工位进行下一次取样检测。

需要说明的是，标准曲线指脉冲计数率与钾肥样品中钾离子含量的关系曲线。其根据若干已知钾离子含量的标准样品确定。

优选地，在进样筒移动至所述检测工位前，还包括如下步骤：

滑动机构带动进样筒移动至压实工位处，利用压实工位上方的制样机构30对进样筒中的样品进行压实处理。

优选地，β射线检测器20对钾肥样品进行探测的过程包括：

钾肥样品中的⁴⁰K放射出的射线与塑料闪烁体22作用，产生光子；分压器25为所述光电倍增管24供电，光电倍增管24对所述光子进行收集并转换成脉冲信号，该脉冲信号依次经前置放大器26、主放大器27进行放大后发送至数字多脉冲幅值分析器；

在数字多脉冲幅值分析器中，现场可编程逻辑门阵列控制AD采集芯片对主放大器27输出的脉冲放大信号进行采集；

数字信号处理芯片对AD采集芯片采集的脉冲放大信号进行处理，得到能谱并输出至所述处理器3。

本发明具有的有益效果在于：

(1)本发明提供的一种钾肥在线检测系统及方法能够实现对钾肥生产中钾肥中钾含量的高精度、快速检测。

(2)本发明中的塑料闪烁探测器为高度一体化设计，集成化和智能化程度较高，信号传输的抗干扰能力强，且使用薄型大面积塑料闪烁体，提高了检测灵敏度。

(3)本发明中采用采样机构进行采样，并在检测前对采集的样品进行压实等预处理操作，降低了样品表面不平对β射线检测器检测结果的影响。

(4)本发明采用数字多通道脉冲幅值分析器，相比于现有技术中采用的模拟多通道脉冲幅值分析器，具有有限的脉冲响应，较少了堆积、弹道缺陷和极限漂移，提供了更好的噪声滤波，进一步提高了系统的检测精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钾肥在线检测系统，其特征在于，包括：钾肥样品传送机构、采样机构、用于对钾肥样品进行探测的β射线检测器、处理器和平台支架；

平台支架上设有滑动机构，滑动机构上放置进样筒，通过滑动机构运动以带动进样筒运动，进样筒前进位移上依次有采样工位、检测工位和出样工位，采样工位上方和检测工位上方分别对应设置有采样机构和β射线检测器，出样工位位于β射线检测器后方；

采样机构的采样端位于传送机构上方、出样端位于所述采样工位上方，β射线检测器输出端与处理器连接，β射线检测器将钾肥样品检测信号发送至处理器供处理器进行钾含量计算。

2.如权利要求1所述的钾肥在线检测系统，其特征在于，所述采样机构包括第一电机和布置在采样管支架上的采样管，采样管支架布置在所述采样工位前方，采样管的采样端位于所述传送机构上方、出样端位于所述采样工位上方，第一电机输出轴固定在采样管管身上，以驱动采样管上、下动作实现钾肥样品采样。

3.如权利要求1所述的钾肥在线检测系统，其特征在于，在所述进样筒前进位移上还设有压实工位，该压实工位位于采样工位和检测工位之间，压实工位上方设置用于对运动至压实工位的进样筒内样品进行压实的制样机构。

4.如权利要求3所述的钾肥在线检测系统，其特征在于，所述制样机构包括压实活塞和第二电机，第二电机的输出轴与所述压实活塞的活塞杆连接以驱动压实活塞向下运动对所述进样筒内样品进行压实。

5.如权利要求1所述的钾肥在线检测系统，其特征在于，在所述平台支架且位于采样工位后方还布置有刮板支架，刮板支架上固定有刮板，刮板下板面一端位于所述进样筒上端面上且刮板下板面与所述进样筒上端面呈锐角布置。

6.如权利要求1所述的钾肥在线检测系统，其特征在于，所述β射线检测器采用一体化设计，包括位于磁屏蔽筒内的塑料闪烁体、聚苯乙烯光导、光电倍增管、分压器、前置放大器、主放大器、数字多道脉冲幅值分析器、高压模块、通讯接口电路以及低压接口电路，磁屏蔽筒外周布设不锈钢外筒；

塑料闪烁体四周包裹有厚度为0.1mm铝反射膜，前端包裹厚度为10 µm的铝反射膜，其后端涂有硅油且与聚苯乙烯光导前端相连，聚苯乙烯光导后端与光电倍增管连接；

分压器与光电倍增管输入端连接，高压模块输出端与分压器连接，前置放大器的输入端、输出端分别与光电倍增管、主放大器连接，主放大器输出端与数字多道脉冲幅值分析器连接；

低压接口电路输入端接低压接口、输出端接高压模块，通讯接口电路通过通讯接口与所述处理器连接。

7.如权利要求6所述的钾肥在线检测系统，其特征在于，所述数字多道脉冲幅值分析器包括AD采集芯片、现场可编程逻辑门阵列以及数字处理芯片；

AD采集芯片与所述主放大器的输出端连接，AD采集芯片的输出端与现场可编程逻辑门阵列连接，现场可编程逻辑门阵列的输出端与数字处理芯片连接，数字处理芯片的输出端与所述处理器连接。

8.一种钾肥在线检测方法，其特征在于，包括：

采样机构对传送机构传送的钾肥样品进行采样，并将钾肥样品送入位于进样工位处的进样筒内；

滑动机构带动进样筒移动至压实工位处，利用压实工位上方的制样机构进行制样，然后移动至检测工位处，利用检测工位上方的β射线检测器对钾肥样品进行检测并将检测信号发送至处理器；

处理器根据内置的标准曲线对检测信号进行处理，计算钾肥样品中钾的含量并显示；

滑动机构带动进样筒移动至出样工位处进行出样，出样后重新移动至进样工位进行下一次取样检测。