CN114113153A - 对射式测量仪器在线零点校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对射式测量仪器在线零点校准装置及校准方法。对射式测量仪器，由信号发射单元、信号接收单元和信号处理单元组成。使用时，信号发射单元和信号接收单元分别放置于被测量物两侧。信号发射单元发射出的信号穿过被测物，被信号接收单元接收。信号处理单元根据该信号某种或某些属性发生的变化，处理得出被测量物的某种或某些属性信息。对射式测量仪器在测量时，由于被测量物的存在，导致仪器零点校准困难，特别是长期运行、在线测量的场景，零点校准困难导致测量准确度降低。本发明方法解决了对射式测量仪器在被测物存在的情况下，进行在线零点校准的难题。对对射式测量仪器提高测量准确性，减少仪器对生产过程的影响具有重要意义。

Description

对射式测量仪器在线零点校准装置及校准方法

技术领域

本发明涉及对射式测量，特别涉及对射式测量在线零点校准。

背景技术

对射式测量仪器，是广泛使用的一种测量设备，该种仪器一般由信号发射单元、信号接收单元和信号处理单元组成。在使用时，信号发射单元和信号接收单元分别放置于被测量物的两侧。信号发射单元可人工或自然地发射出可以穿透被测物的信号。该信号一般为具有穿透能力的波或物质流，常见的有X射线、γ射线、微波、激光、超声波、中子流等等。该信号在穿过被测物时，其某种或某些属性因被测物影响而发生改变。在测量时，信号接收单元先采集没有被测物时接收到的信号，信号处理单元处理该信号，形成测量仪器的“零点”数据U₀。之后，被测物进入测量区域，信号接收单元接收穿过被测物的信号U_i。信号处理单元分析该信号与“零点”信号之间属性发生的变化，通过数学模型：

W_i＝f(U₀，U_i)

对数据进行处理，进而得到被测物的某种或某些属性信息W_i，该信息可作为测量结果输出。

图1给出了典型的对射式测量仪器示意图：

信号发射单元(1)，用于发射可以穿透被测物的信号；

测量区(2)，位于信号发射单元(1)和信号接收单元(3)之间的区域，在该区域内放入物体，可对从信号发射单元(1)发射出的信号产生影响，并影响信号接收单元(3)接收到的信号读数；

信号接收单元(3)，用于接收从信号发射单元发出的信号；

信号处理单元(4)，用于处理信号，将信号转化为测量结果；

被测物(5)，被测量的物体，放置于信号发射单元和信号接收单元之间。

图2给出了对射式测量仪器采集零点信号时状态的示意图：

信号发射单元(1)，用于发射可以穿透被测物的信号；

测量区(2)，位于信号发射单元(1)和信号接收单元(3)之间的区域，在该区域内放入物体，可对从信号发射单元(1)发射出的产生影响，并影响信号接收单元(3)接收到的信号读数；

信号接收单元(3)，用于接收从信号发射单元发出的信号；

信号处理单元(4)，用于处理信号，将信号转化为测量结果；

由于测量仪器设备所处的工作环境条件如温度、湿度等发生变化，以及测量仪器设备本身元器件的老化等因素的影响，测量仪器的零点会不断地发生变化偏移，进而影响测量仪器测量的准确度。因此，测量仪器设备在使用过程中，需要根据情况形成新的零点数据，保证测量仪器的测量准确度。

测量仪器采集并分析信号，形成测量仪器“零点”数据的过程，称为仪器的零点校准。

目前对射式测量仪器的零点校准，需要移除被测物，由仪器的信号接收单元接收无被测物时的信号，再由信号处理单元处理并形成“零点”数据。

当对射式测量仪器应用于连续输送的被测物，例如管道输送、皮带机输送等，由于被测物一直连续存在，导致测量仪器无法进行零点校准而影响测量的准确度。而若要进行零点校准，则必须停止物料输送，这对需要连续输送物料的场景，如工业生产过程，会产生较大影响。因此，对射式测量仪器在不移除被测物的情况下，进行零点校准，成为该领域需要解决的问题。

针对上述问题，本发明公开了一种“对射式测量仪器在线零点校准方法”，用于对射式测量仪器，在不移除被测物，不停止正常生产的情况下，对仪器进行在线零点校准，从而提高测量的准确度，同时消除测量仪器零点校准对生产带来的影响。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种对射式测量仪器在线零点校准装置及校准方法，用于解决对射式在线测量仪器在不移除被测物，不停止正常生产的情况下，对仪器进行零点校准。

为实现上述目的，本发明提供了一种对射式测量仪器在线零点校准装置，其特点在于：

安装有校准物；

所述校准物放置位置位于测量仪器信号发射单元和信号接收单元之间，位于测量区内。信号发射单元发出的信号穿透过校准物，由信号接收单元接收；

所述校准物是可对该种对射式测量仪器的测量信号产生影响，进而改变信号接收单元读数的物体。可以是固体、由容器装载的液体或气体、注入放置位置的液体或气体等物质；

所述校准物可由人工或机械驱动机构移出测量区和放入放置位置。

当被测物不存在的情况下，所述校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理以得到仪器初始零点信号数据；

当被测物不存在的情况下，所述校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理以获得校准物标准信号数据；

当被测物存在的情况下，所述校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理以得到被测物信号数据；

当被测物存在的情况下，所述校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理以得到校准物与被测物共同存在时的信号数据；

所述测量仪器的信号处理单元使用所述零点信号数据、校准物信号数据、被测物信号数据和校准物与被测物共同存在时的信号数据，根据校准数学模型计算出仪器零点偏移后新的零点数据U_0N。

所述信号发射单元为X射线装置，所述信号接收单元为晶体闪烁计数器或电离室探测器。

所述机械驱动机构为气动或液动或电磁或电机驱动的驱动器。

所述校准装置中还安装有限位装置，由人工或机械驱动机构驱动所述校准物依照限位装置限制运动或停止。

为实现上述目的，本发明还提供了一种对射式测量仪器在线零点校准的方法，其特征在于包括：

仪器初始化步骤，当被测物不存在的情况下，将校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理获得仪器初始零点信号数据；将校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理获得校准物标准信号数据；

在线校准测量步骤，当被测物存在的情况下，将校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理获得被测物信号数据。将校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理获得校准物与被测物共同存在时的信号数据；

计算校准步骤，所述测量仪器的信号处理单元使用所述零点信号数据、校准物信号数据、被测物信号数据和校准物与被测物共同存在时的信号数据，根据校准数学模型计算出仪器零点偏移后新的零点数据U_0N。

所述的校准数学模型为：

已知关系(1)：

W_i＝f(U₀，U_i)

式中W_i-该种测量仪器所测量的被测物的某种属性的负荷值；

U₀-测量仪器的零点信号数据；

U_i-测量仪器的测量信号数据；

已知关系(2)：

W_iN＝g(W_m，W_im)

式中W_iN-校准物单独存在时的负荷值；

W_m-被测物单独存在时的负荷值；

W_im-校准物与被测物共同独存在时的负荷值；

设仪器零点发生偏移后，新的零点信号数据为U_0N，校准物在测量仪器零点偏移后，在不存在被测物的情况下单独测量的测量信号数据为U_1N，则由数学关系(1)和数学关系(2)可得到如下关系：

W₁＝f(U₀，U₁)......(a)

W_1m＝f(U₀，U_1m)......(b)

W_m＝f(U₀，U_m)......(c)

W_1N＝g(W_m，W_1m)......(d)

式中W₁-校准物的标准负荷值；

W_1m-校准物与被测物共同存在时的负荷值；

W_m-被测物单独存在时的负荷值；

W_1N-当测量仪器零点偏移后，校准物的测量负荷值；

U₁-测量仪器初始化时校准物的标准信号数据；

U_1m-校准物与被测物共同存在时的信号数据；

U₀-测量仪器初始化时读取的零点信号数据；

上述W₁、W_1m、W_m、W_1N均可由已测量出的信号数据计算求得。

由数学关系(1)有如下关系：

W₁＝f(U_0N，U_1N)......(e)

W_1N＝f(U₀，U_1N)......(f)

式中U_1N-仪器零点发生偏移后，校准物单独存在时的信号数据；

W_1N-当测量仪器零点偏移后，校准物的测量负荷值；

U₀-测量仪器初始化时读取的零点信号数据；

U_0N-测量仪器零点发生偏移之后新的零点信号数据；

其中W₁、W_1N均已算出，进而可计算得出仪器零点偏移后新的零点数据U_0N。

所述线测量步骤为中，还可以以如下方法获取被测物单独存在时的负荷W_m和校准物与被测物共同存在时的负荷W_1m：当被测物存在的情况下，先将校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元在一定测量时间t1内读取多个(N1)测量信号，获得多个(N1)被测物信号数据；将校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元在一定测量时间t内读取多个(M)信号，获得多个(M)校准物与被测物共同存在时的信号数据；再将校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元在一定测量时间t2内读取多个(N2)测量信号，获得多个(N2)被测物信号数据；

以如下公式获取被测物单独存在时的负荷值W_m：

W_im＝f(U₀，U_im)

以如下公式获取校准物与被测物共同存在时的负荷值W_1m：

W_i1m＝f(U₀，U_i1m)

本发明的有益技术效果在于：

通过对校准物的测量和使用数学模型进行计算，解决了对射式测量仪器在不移除被测物，不停止正常生产的情况下，对仪器进行零点校准的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是典型的对射式测量仪器结构及使用示意图。

图2是典型的对射式测量仪器进行零点校准时的示意图。

图3是本发明的的在线零点校准装置示意图。

图4是本发明的系统示意图。

图5是本发明在线零点校准方法的整体流程图。

图6是初始化步骤的流程图。

图7是在线校准测量步骤的流程图。

图8是计算校准步骤的流程图。

其中，附图标记：

1——信号发射单元；

2——测量区；

3——信号接收单元；

4——信号处理单元；

5——被测物；

6——驱动器；

7——限位机构；

8——校准物

具体实施方式

结合附图对本发明方案进一步说明：

图4是本发明方案主要设备示意图，其中包含信号发射单元1；信号接收单元3；信号处理单元4；驱动器6；校准物8。

信号发射单元1与信号接收单元3之间区域为测量区2。

信号发射单元1采用X射线装置，信号接收单元3采用晶体闪烁探测器。校准物8采用铝片或铜片或塑料片或其他材料片。

驱动器6为电机或电磁或气动或液动或其他动力驱动的驱动器，限位机构7为限定校准物5运动范围和停止位置的导轨或凹槽或其他机械机构。

校准物8可移入或移出测量区2。

如图5所示为本发明的零点校准方法流程图，具体包含以下步骤：

初始化步骤，对仪器进行初始化。

在线校准测量步骤，当被测物存在于测量区内时，测量校准所需要的数据。

计算校准步骤，通过数学模型计算，获取测量仪器零点漂移后新的零点数据。

如图6所示，为本发明前述初始化步骤的方法流程图，具体包含以下步骤：

测量初始零点数据U₀步骤：

在被测物不在测量区内时，在驱动器6的驱动下，将校准物8移出测量区。

信号接收单元3接收信号发射单元1发射出的信号并输出信号数据U_i，在测量时间t内，测得t时间内的平均值，此平均值即为测量仪器的初始零点U₀数据：

测量校准物信号数据U₁步骤：

在被测物不在测量区内时，在驱动器6的驱动下，将校准物8放入测量区放置位置。

信号接收单元3接收信号发射单元1发射出的信号并由信号处理单元4处理获得信号数据U_i，在测量时间t内，测得t时间内的平均值，此平均值即为校准物的标准信号数据U₁：

如图7所示，为本发明前述在线校准测量步骤的方法流程图，具体包含以下步骤：

测量被测物信号数据U_ma步骤：

当被测物存在于测量区域内时，在驱动器6的驱动下，将校准物8移出测量区。

信号接收单元3接收信号发射单元1发射出的信号并由信号处理单元4处理获得信号数据U_i，在测量时间t_a内，测得t_a时间内的平均值，此平均值即为被测物在时间t_a内的平均信号数据U_ma：

测量仪器在设定的测量时间T_a内，测量多个U_ma数据，U_ma数据个数为n_a，记为：

U_maj......(j＝1，2，3......n_a)

测量校准物与被测物共同存在时信号数据U_1m步骤：

当被测物存在于测量区域内时，在驱动器6的驱动下，将校准物8放入测量区放置位置。

信号接收单元3接收信号发射单元1发射出的信号并由信号处理单元4处理获得信号数据U_i，在测量时间t₁内，测得t₁时间内的平均值，此平均值即为被校准物与被测物同时存在时，在时间t₁内的平均信号数据U_1m：

测量仪器在设定的测量时间T内，测量多个U_1m数据，U_1m数据个数为n₁，记为：

U_1mj......(j＝1，2，3......n₁)

测量被测物信号U_mb步骤：

当被测物存在于测量区域内时，在驱动器6的驱动下，将校准物8移出测量区。

信号接收单元3接收信号发射单元1发射出的信号并由信号处理单元4处理获得信号数据U_i，在测量时间t_b内，测得t_b时间内的平均值，此平均值即为被测物在时间t_b内的平均信号数据U_mb：

测量仪器在设定的测量时间T_b内，测量多个U_mb数据，U_mb数据个数为n_b，记为：

U_mbj......(j＝1，2，3......n_b)

如图8所示，为本发明前述计算校准步骤流程图，具体包含以下步骤：

计算校准物标准负荷W1步骤：

测量仪器已知的数学模型为：

W_i＝f(U₀，U_i)

式中W_i-该种测量仪器所测量的被测物的某种属性的负荷值；

U₀-测量仪器的零点信号数据；

U_i-测量仪器的测量信号数据；

根据此数学模型，使用本发明前述步骤测量初始零点数据U₀步骤和测量校准物信号数据U₁步骤中获取的U₀和U_i数据计算可获取校准物标准负荷W₁。

计算被测物负荷W_m步骤：

根据前述测量仪器已知的数学模型：

W_i＝f(U₀，U_i)

使用本发明前述步骤测量被测物信号U_ma步骤和测量被测物信号数据U_mb步骤中获取的多个被测物信号数据U_maj、U_mbj，可计算出多个被测物的负荷数据：

W_maj＝f(U₀，U_maj)......(j＝1，2.....n_a)

W_mbj＝f(U₀，U_mbj)......(j＝1，2.....n_b)

由以下公式计算可获取被测物负荷Wm：

计算校准物和被测物共同存在时负荷W_1m步骤：

根据前述测量仪器已知的数学模型：

W_i＝f(U₀，U_i)

使用本发明前述步骤测量校准物与被测物共同存在时信号数据U_1m中获取的校准物与被测物共同存在时的信号数据U_1m，可计算出校准物与被测物共同存在时的负荷数据W_1m：

W_1m＝f(U₀，U_1m)

计算校准物和被测物共同存在时负荷W_1N步骤：

测量仪器所测量出的被测物的负荷Wm与校准物和被测物共同存在时的负荷W1m之间存在已知的数学模型：

W_iN＝g(W_m，W_im)

式中W_iN-校准物单独存在时的负荷值；

W_m-被测物单独存在时的负荷值；

W_im-校准物与被测物共同独存在时的负荷值；

根据此数学模型，使用本发明前述步骤计算被测物负荷W_m和计算校准物和被测物共同存在时负荷W_1m中获取的被测物负荷W_m和校准物和被测物共同存在时负荷W_1m，可计算出校准物单独存在时的偏移负荷W_1N：

W_1N＝g(W_m，W_1m)

计算测量仪器新的零点数据U_0N步骤：

根据前述测量仪器已知的数学模型：

W_i＝f(U₀，U_i)

使用本发明前述步骤中获取的初始零点数据U₀、校准物单独存在时的偏移负荷W_1N和校准物标准负荷W₁，可联立如下方程组：

W₁＝f(U_0N，U_1N)

W_1N＝f(U₀，U_1N)

式中U_1N-仪器零点发生偏移后，校准物单独存在时的信号数据；

W₁-校准物的标准负荷值；

W_1N-当测量仪器零点偏移后，校准物的测量负荷值；

U₀-测量仪器初始化时读取的零点信号数据；

U_0N-测量仪器零点发生偏移之后新的零点信号数据。

由此方程组即可求解得到测量仪器零点发生偏移之后新的零点信号数据U_0N。

本发明还可以由其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所服的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种对射式测量仪器在线零点校准装置，其特征在于，包括：安装有校准物；所述校准物放置位置位于测量仪器信号发射单元和信号接收单元之间，位于测量区内；信号发射单元发出的信号穿透过校准物，由信号接收单元接收；所述校准物是可对该种对射式测量仪器的测量信号产生影响，进而改变信号接收单元读数的物体；所述校准物为固体、由容器装载的液体或气体、注入放置位置的液体或气体；所述校准物可由人工或机械驱动机构移出测量区和放入放置位置；当被测物不存在的情况下，所述校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理以得到仪器初始零点信号数据；当被测物不存在的情况下，所述校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理以获得校准物标准信号数据；当被测物存在的情况下，所述校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理以得到被测物信号数据；当被测物存在的情况下，所述校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理以得到校准物与被测物共同存在时的信号数据；所述测量仪器的信号处理单元使用所述零点信号数据、校准物信号数据、被测物信号数据和校准物与被测物共同存在时的信号数据，根据校准数学模型计算出仪器零点偏移后新的零点数据U_0N。

2.根据权利要求1所述的对射式测量仪器在线零点校准装置，其特征在于，所述信号发射单元为X射线装置，所述信号接收单元为晶体闪烁计数器。

3.根据权利要求1所述的对射式测量仪器在线零点校准装置，其特征在于，所述信号发射单元为X射线装置，所述信号接收单元为电离室探测器。

4.根据权利要求1所述的对射式测量仪器在线零点校准装置，其特征在于，所述机械驱动机构为气动或液动或电磁或电机驱动的驱动器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的对射式测量仪器在线零点校准装置，其特征在于，安装有限位装置，由人工或机械驱动机构驱动所述校准物依照限位装置限制运动或停止。

6.一种对射式测量仪器在线零点校准的方法，其特征在于，包括：

仪器初始化步骤，当被测物不存在的情况下，将校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理获得仪器初始零点信号数据；将校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理获得校准物标准信号数据；

在线校准测量步骤，当被测物存在的情况下，将校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理获得被测物信号数据；将校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元读取信号，经信号处理单元处理获得校准物与被测物共同存在时的信号数据；

计算校准步骤，所述测量仪器的信号处理单元使用所述零点信号数据、校准物信号数据、被测物信号数据和校准物与被测物共同存在时的信号数据，根据校准数学模型计算出仪器零点偏移后新的零点数据U_0N。

7.根据权利要求6所述的对射式测量仪器在线零点校准的方法，其特征在于，其校准数学模型为：

已知关系(1)：

W_i＝f(U₀，U_i)

式中W_i-该种测量仪器所测量的被测物的某种属性的负荷值；

U₀-测量仪器的零点信号数据；

U_i-测量仪器的测量信号数据；

已知关系(2)：

W_iN＝g(W_m，W_im)

式中W_iN-校准物单独存在时的负荷值；

W_m-被测物单独存在时的负荷值；

W_im-校准物与被测物共同独存在时的负荷值；

设仪器零点发生偏移后，新的零点信号数据为U_0N，校准物在测量仪器零点偏移后，在不存在被测物的情况下单独测量的测量信号数据为U_1N，则由数学关系(1)和数学关系(2)可得到如下关系：

W₁＝f(U₀，U₁)......(a)

W_1m＝f(U₀，U_1m)......(b)

W_m＝f(U₀，U_m)......(c)

W_1N＝g(W_m，W_1m)......(d)

式中W₁-校准物的标准负荷值；

W_1m-校准物与被测物共同存在时的负荷值；

W_m-被测物单独存在时的负荷值；

W_1N-当测量仪器零点偏移后，校准物的测量负荷值；

U₁-测量仪器初始化时校准物的标准信号数据；

U_1m-校准物与被测物共同存在时的信号数据；

U₀-测量仪器初始化时读取的零点信号数据；

上述W₁、W_1m、W_m、W_1N均可由已测量出的信号数据计算求得；

由数学关系(1)有如下关系：

W₁＝f(U_0N，U_1N)......(e)

W_1N＝f(U₀，U_1N)......(f)

式中U_1N-仪器零点发生偏移后，校准物单独存在时的信号数据；

W_1N-当测量仪器零点偏移后，校准物的测量负荷值；

U₀-测量仪器初始化时读取的零点信号数据；

U_0N-测量仪器零点发生偏移之后新的零点信号数据；

其中W₁、W_1N均已算出，进而可计算得出仪器零点偏移后新的零点数据U_0N。

8.根据权利要求6所述的对射式测量仪器在线零点校准的方法，其特征在于，其在线测量步骤为：当被测物存在的情况下，先将校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元在一定测量时间t₁内读取多个(N₁)测量信号，获得多个(N₁)被测物信号数据；将校准物由人工或机械驱动机构放入放置位置，所述信号接收单元在一定测量时间t内读取多个(M)信号，获得多个(M)校准物与被测物共同存在时的信号数据；再将校准物由人工或机械驱动机构移出测量区，所述信号接收单元在一定测量时间t₂内读取多个(N₂)测量信号，获得多个(N₂)被测物信号数据；

以如下公式获取被测物单独存在时的负荷值W_m：

W_im＝f(U₀，U_im)

以如下公式获取校准物与被测物共同存在时的负荷值W_1m：

W_i1m＝f(U₀，U_i1m)

Images