CN112697816B - 一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪 - Google Patents

一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪 Download PDF

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Abstract

本次公开一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪，包括放射源、探测器阵列、测量装置、激光源、摄像头和信号处理柜；在皮带上方中心位置放置放射源，放射源到皮带的距离可调；在皮带下方布置探测器阵列，探测器阵列中包含探测器个数大于等于2，探测器平行排列在一个基板上。每个探测器可以调整在基板上的位置和射线接收窗口与放射源输出口的角度，水平滑块上安装有紧定螺钉1，松开紧定螺钉1，探测器可以整体横向平移。在环形滑块上安装有紧定螺钉2，松开一组紧定螺钉2，探测器圆通可以转动。可对皮带横截面上物料多个位置点上的灰分进行测量，计算出任意时间段内的平均灰分。

Description

一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪
技术领域
本发明涉及一种在线灰分仪，具体说涉及一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪。
背景技术
煤炭是我国主要的能源和重要的化工原料，煤炭中灰分含量的大小直接关系到煤炭的加工和利用。传统的煤炭灰分检测方法是按现场采样、破碎、缩分、烘干、研磨、称重、燃烧系列进行。大部分工序需要在实验室条件下进行，对人员、环境和实验室设备的依赖性较大。另一方面，此种方法所得到的灰分值最快也得两个小时之后才能出来，结果严重的滞后于生产的进行。传统灰分分析方法的另一弊端就是：这种方法所得到的灰分值代表性差，因为现场采样通常得到的是皮带一个横截面上的全部煤，最后化验所得的灰分值也只是这个皮带横断面上煤的灰分而不是整条皮带的灰分。目前基于专利技术“一种在线检测皮带上煤炭灰分的方法”（专利号：ZL200810013224.0）在线灰分分析仪器已经很好的实现了对煤炭灰分的实时检测,摆脱了人工取样后再进行分析的烦琐程序,大大提高了生产效率。
该仪器可用于对整条输运皮带上的煤炭灰分含量进行快速准确的测量。但是在某些应用现场煤的粒度有较大波动，同时输煤皮带长时间运行有跑偏的现象，这些情况都会影响仪器测量的灰分值得准确性。
发明内容
本发明提供一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪，目的是解决上述技术的不足。
解决上述问题所采用的具体技术方案是：分析仪包括放射源（1）、探测器阵列（2）、测量装置（3）和信号处理柜（4）；在皮带上方中心位置放置放射源（1），放射源（1）到皮带的距离可调；在皮带下方布置探测器阵列（2），对皮带横截面上物料多个位置点上的灰分进行测量，同时计算出煤的瞬时流量信息，通过与煤的瞬时灰分相结合，计算出任意时间段内的平均灰分；
激光源（21）和摄像头（22）分别通过支架被固定在皮带的上方位置，激光源（21）出射一字线形的激光，照射在物料的上表面，形成一道亮线，被摄像头（22）拍摄成数码照片后传输给信号处理柜（4）。信号处理柜（4）根据摄像头（22）所拍摄的数码照片，对亮线的位置进行识别，可以得到物料的横截面形状，进而推算出探测器阵列（2）的不同探测器所各自接收到的由放射源（1）发出射线在物料中经过的不同距离。
使用的探测器是NaI探测器，探测器中包括晶体（6）、光电倍增管（7）、能谱采集电路（8）和探测器外壳（5）。能谱采集电路包括高压电路（9）、前置放大电路（10）、高速ADC转换电路和控制器电路（11），所有电路都固定在光电倍增管的管座上，用于将光电倍增管输出的模拟信号转换成数字信号，整个探测器有一个USB接口（12），USB接口（12）为探测器电路提供直流电源，同时与外界进行通信。
探测器阵列（2）中包含探测器个数大于等于2，探测器平行排列在一个基板上，每个探测器可以调整在基板上的位置和射线接收窗口（16）与放射源输出口的角度，水平滑块（15）上安装有紧定螺钉1（17），松开紧定螺钉1（17），探测器可以整体横向平移。在环形滑块（13）上安装有紧定螺钉2（14），松开一组紧定螺钉2（14），探测器圆通可以转动。
信号处理柜（4）为的探测器阵列（2）各个探测器及激光源（21）、摄像头（22）提供电源，并将USB通信集中转换成网络接口，用于和工控机通信。
计算平均灰分的方法，假设有n个探测器，n≥2,每个探测器计算出的灰分是H1,H2，……，Hn，平均灰分H=H1*A1*D1+ H2*A2*D2+ ……+Hn*An*Dn，其中：D1、D2、……Dn是各探测器所接收到的射线在物料中经过的距离，A1、A2、……An是标定实验得到的各探测器灰分值的占比系数。
本发明的有益效果在于：使用探测器阵列，并且每个探测器可以调整位置和射线接收窗口与放射源的角度，使每个探测器的射线强度达到最大，通过多个探测器接收皮带上不同位置的煤样的透射射线，计算出不同位置煤样的灰分，通过加权计算，得到皮带上的平均灰分，减小了随机误差和皮带对灰分测量的影响，使得灰分测量更加准确。
附图说明
图1 灰分测量装置的结构示意图；
图2 探测器的组成示意图；
图3 探测器安装结构示意图；
图4 整体结构示意图；
图5 不同探测器所各自接收射线经过物料距离的示意图；
图中：1、放射源，2、探测器阵列，3、测量装置，4、信号处理柜，5、探测器外壳，6、晶体，7、光电倍增管，8、能谱采集电路，9、高压电路，10、前置放大电路，11、高速ADC转换电路和控制器电路，12、USB接口，13、环形滑块，14、紧定螺钉2，15、水平滑块，16、射线接收窗口，17、紧定螺钉1，21激光源，22、摄像头。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步描述，所述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1、图4，分析仪包括放射源（1）、探测器阵列（2）、测量装置（3）和信号处理柜（4）；在皮带上方中心位置放置放射源，放射源到皮带的距离可调；在皮带下方布置探测器阵列，对皮带横截面上物料多个位置点上的灰分进行测量。激光源（21）和摄像头（22）分别通过支架被固定在皮带的上方位置，激光源（21）出射一字线形的激光，照射在物料的上表面，形成一道亮线，被摄像头（22）拍摄成数码照片后传输给信号处理柜（4）。信号处理柜（4）根据摄像头（22）所拍摄的数码照片，对亮线的位置进行识别，可以得到物料的横截面形状，进而推算出探测器阵列（2）的不同探测器所各自接收到的由放射源（1）发出射线在物料中经过的不同距离。
如图2，探测器选择直径为2英寸的NaI探测器，探测器中包括晶体（6）、光电倍增管（7）、能谱采集电路（8）和探测器外壳（5）。能谱采集电路包括高压电路（9）、前置放大电路（10）、高速ADC转换电路和控制器电路（11），所有电路都固定在光电倍增管的管座上，用于将光电倍增管输出的模拟信号转换成数字信号，整个探测器有一个USB接口（12），USB接口（12）为探测器电路提供5V直流电源，同时与外界进行通信。
如图1、图3，探测器阵列由8个相同NaI探测器构成，所有探测器都安装在一个基板上，基板的形状与皮带相当，每个探测器可以调整在基板上的位置和射线接收窗口（16）与放射源输出口的角度，水平滑块（15）上安装有紧定螺钉1（17），松开紧定螺钉1（17），探测器可以整体横向平移。在环形滑块（13）上安装有紧定螺钉2（14），松开一组紧定螺钉2（14），探测器圆通可以转动。在调整每个探测器的位置和角度时，同时观察每个探测器采集到的射线计数率，当探测器的射线计数率达到最大时，此时这个探测器的位置和角度便可以固定下来。
每个探测器的USB数据线缆都接入到信号处理柜中，在信号处理柜中用USB接口转网络接口的转换器进行通信接口转换，同时转换器还为探测器提供5V直流电源。
如图5，本实施例中使用了8个探测器，可以同时计算出8个瞬时灰分值，假设每个探测器的瞬时灰分值分别是H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8，以及每个探测器所接收到射线在物料中经过的距离分别是D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8，则平均灰分H=H1*A1*D1+H2*A2*D2+H3*A3*D3+H4*A4*D4+H5*A5*D5+H6*A6*D6+H7*A7*D7+H8*A8*D8，其中A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8是通过标定实验得到的各探测器灰分值的占比系数。

Claims (5)

1.一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪，其特征在于：包括放射源（1）、探测器阵列（2）、测量装置（3）、激光源（21）、摄像头（22）和信号处理柜（4）；
在皮带上方中心位置放置放射源（1），放射源（1）到皮带的距离可调；在皮带下方布置探测器阵列（2），对皮带横截面上物料多个位置点上的灰分进行测量，计算出任意时间段内的平均灰分；
激光源（21）和摄像头（22）固定在皮带的上方位置，激光源（21）出射一字线形的激光，照射在物料的上表面，形成一道亮线，被摄像头（22）拍摄成数码照片后传输给信号处理柜（4），信号处理柜（4）根据摄像头（22）所拍摄的数码照片，对亮线的位置进行识别，得到物料的横截面形状，进而推算出探测器阵列（2）的不同探测器所各自接收到的由放射源（1）发出射线在物料中经过的不同距离；
所述计算平均灰分的方法，假设有n个探测器，n≥2,每个探测器计算出的瞬时灰分是H1、H2、……、Hn，则平均灰分H=H1*A1*D1+ H2*A2*D2+ ……+Hn*An*Dn，其中：D1、D2、……Dn是各探测器所接收到的射线在物料中经过的距离，A1、A2、……An是标定实验得到的各探测器灰分值的占比系数。
2.如权利要求1所述的一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪，其特征在于：所述探测器阵列（2）中包含探测器个数大于等于2，探测器平行排列在一个基板上；每个探测器能够调整在基板上的位置和射线接收窗口（16）与放射源输出口的角度，水平滑块（15）上安装有紧定螺钉1（17），松开紧定螺钉1（17），探测器整体横向平移；在环形滑块（13）上安装有紧定螺钉2（14），松开一组紧定螺钉2（14），探测器圆筒转动。
3.如权利要求1所述的一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪，其特征在于：所述的探测器是NaI探测器，探测器中包括晶体（6）、光电倍增管（7）、能谱采集电路（8）和探测器外壳（5）。
4.如权利要求3所述的一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪，其特征在于：所述的能谱采集电路包括高压电路（9）、前置放大电路（10）、高速ADC转换电路和控制器电路（11），所有电路都固定在光电倍增管的管座上，用于将光电倍增管（7）输出的模拟信号转换成数字信号，整个探测器有一个USB接口（12），USB接口（12）为探测器电路提供直流电源，同时与外界进行通信。
5.如权利要求1所述的一种激光辅助检测多探测器在线灰分仪，其特征在于：所述信号处理柜为各个探测器提供电源，并将USB通信集中转换成网络接口。
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