CN101349660A - 一种在线矿物料铁品位分析检测方法 - Google Patents

Abstract

一种在线矿物料铁品位分析检测方法：其测量装置是一个探测器与放射源一起置于被测量物料的一侧，另一个探测器置于被测量物料的另一侧，γ射线照射到矿石后，探测器分别将各自接收到的射线转化为脉冲信号传输给智能主机并根据下式计算出物料中铁元素的品位值P：P＝A·K1·K2+B·K1+C·K2+D·Ln+E。本发明的测量方法不受物料形状和厚度变化的影响，测量精度高，整体***集成度高，操作简单，运行稳定。本发明适用于金属矿山、采矿厂、选矿厂以及港口等需要对皮带运输中的矿石进行在线铁品位测量的场合，也可以用于在线对皮带上的矿粉进行检测。

Description

一种在线矿物料铁品位分析检测方法

技术领域

本发明涉及一种在线检测方法，具体说涉及一种采用γ射线在线检测物料中的铁元素含量的方法。

背景技术

对皮带上矿石或矿粉的在线铁品位分析检测，最早为X荧光法，但是X射线的穿透能力比较弱，对于一般铁矿石而言，只能穿透1mm，因此测量结果不能代表全部皮带上的物料实际品位，只是矿石外表面一层的品位值。但是矿石中铁元素的分布并不是十分均匀的，因此这种方式的测量结果准确度不够。

后来得到广泛应用的是电子对淹没效应与康普顿散射效应相结合的测量方法。该方法已经申请专利，专利名称为《电子对淹没辐射效应大块矿石品位在线检测方法及其***》，专利号为“01135087.3”。其具体内容是放射源和探测器被放置于被测量物的同一侧，放射源所发出的能量大于1.022MeV的射线与物质发生作用后，生成的湮没光子与散射光子被探测器接收，由计算机对探测器所接收到射线而形成的能谱进行分析，选取两个分别对应康普顿散射射线能量和淹没辐射射线能量的敏感区S1和S2，根据下式计算出铁或其它重金属的品位值P：

P＝A·K²+B·K+C

其中K＝S2/S1；A、B、C为待定系数，可以通过对仪表标定的方式确定。

但是这种方式在现场的实际应用中，还是存在一定的不足，就是当皮带上物料的质量厚度超过一定程度后，探测器所接受到的信号无法体现物料上层的品位变化。而大块矿石的品位分布却不是均匀的，所以仪表的测量结果与矿石整体的实际品位对应效果不好。

发明内容

针对原有技术存在的缺陷，本发明提出一种测量结果不受皮带上物料的料形和厚度变化的影响，测量精度更高的测量方式和品位计算方法。

本发明所采用的具体技术方案是：一种在线矿物料铁品位分析检测方法：

1)测量装置：一个探测器与放射源一起置于被测量物料的一侧，即上下皮带之间的空间内，另一个探测器置于被测量物料的另一侧，即上皮带与物料的上方。两个探测器信号输出端分别联接智能主机；

2)测量与计算：当放射源的射线照射皮带上的物料，射线与物料发生作用，一部分发生康普顿散射和电子对效应，生成散射光子和湮没辐射光子被与放射源同侧的探测器接收到；另一部分射线则穿透物料被另外一枚探测器接收到，探测器将接收到的射线转化为脉冲信号传输给智能主机，智能主机分别对两个探测器传输来的脉冲幅度进行识别，并分别形成两个横轴对应射线能量、纵轴对应射线个数的能谱A和能谱B，并从能谱A中识别出对应散射射线能量峰和淹没辐射射线能量峰的峰面积S_A1和S_A2，从能谱B中识别出对应透射射线能量峰和淹没辐射射线能量峰的峰面积S_B1和S_B2，根据下式计算出物料中铁元素的品位值P：

P＝A·K1·K2+B·K1+C·K2+D·Ln+E

式中：K1＝S_A2/S_A1，K2＝S_B2/S_B1，Ln＝ln(SB₁₀)-ln(S_B1)；S_B10为当皮带上没有物料时，物料上方探测器所测量到的透射射线能量峰面积值；A、B、C、D、E为待定系数，用对已知品位的矿石进行测量，由测量结果通过线性回归获得。

本发明的特点是测量不受物料形状和厚度变化的影响，测量精度高，整体***集成度高，操作简单，运行稳定。

本发明适用于金属矿山、采矿厂、选矿厂以及港口等需要对皮带运输中的矿石进行在线铁品位测量的场合，也可以用于在线对皮带上的矿粉进行检测。

附图说明

图1为实施方式中测量装置示意图

图中：1下皮带，2上皮带，3放射源，4楔形准直孔，5屏蔽输出器，6探测器A，7探测器B，8智能主机。

具体实施方式

结合附图具体说明本发明的一种在线矿物料铁品位分析检测方法。

1)测量装置：见图1，屏蔽输出器5、探测器A6被安装于实际应用现场的上皮带2和下皮带1之间，探测器B7则安装于上皮带2的上方。探测器A6与探测器B7分别与智能主机8联接。

屏蔽输出器5中装有放射源3，屏蔽输出器5对放射源3进行屏蔽防护，并使放射源发出的射线无法直接照射到探测器A6上。输出容器开有能够封闭的楔形准直孔4，当准直孔打开时，射线只能在一定的范围内照射，当准直孔关闭后，整体无辐射外泄。在使用时，楔形准直孔4敞开，放射源3所发出的能量在1.022MeV以上的γ射线向上照射，辐射在上皮带2以及其上的矿石，γ射线与矿石发生相互作用。

本发明所述的放射源可以是⁶⁰Co或者²²⁶Ra，活度范围为1.85～18.5×10⁹Bq。本发明所述的探测器为闪烁体探测器，包括闪烁晶体、光电倍增管、高压电源和前置放大电路，其中闪烁晶体可以选用NaI(Tl)或者BGO晶体，尺寸范围是Φ100×100～Φ200×200mm。

本发明所述的智能主机由脉冲信号整形电路，高速度、高分辨多道能谱分析电路，信号接口电路，CPLD(复杂可编程逻辑器件)逻辑处理电路，32位的ARM7内核嵌入式控制***电路，电源电路，PC104工控板电路，触摸工业液晶显示屏等组成。

2)测量与计算：当能量高于1.022MeV的γ射线照射到矿石后，一部分会发生电子对效应，产生一对正、负电子，而正电子很不稳定，会和一个负电子碰撞产生湮没辐射，生成两个能量为511KeV的γ光子，而铁元素发生电子对效应的几率远远高于矿石中的其它元素，因此所产生的湮没辐射光子的强度与总的铁元素含量有关。另外一部分γ射线能够与物质发生康普顿散射效应，当射线入射角与散射角固定时，探测器所接收到的散射射线的能量是固定的，而强度则与矿石的密度有关。而最终还会有一些γ射线没有与矿石发生作用，这些γ射线直接穿透矿石，能量没有损失，但是强度会降低，符合物质对γ射线的吸收规律：

I＝I₀·e^(-μ·d)

其中I为透射后的射线强度，I₀为透射前的射线强度，μ为吸收系数，d为物质的质量厚度。

一部分的散射光子和一部分的湮没辐射光子被探测器A6接收到，一部分的湮没辐射光子和透射光子被探测器B7接收到。探测器A6和探测器B7分别将各自接收到的射线转化为幅度与射线能量成正比关系的脉冲信号，经由各自的前置放大电路放大整形后传输给智能主机8。

智能主机8分别对探测器A6和探测器B7传输来的脉冲幅度进行识别，并分别形成两个横轴对应射线能量、纵轴对应射线个数的能谱A和能谱B，并从能谱A中识别出对应散射射线能量峰和淹没辐射射线能量峰的峰面积S_A1和S_A2，从能谱B中识别出对应透射射线能量峰和淹没辐射射线能量峰的峰面积S_B1和S_B2，根据下式计算出物料中铁元素的品位值P：

P＝A·K1·K2+B·K1+C·K2+D·Ln+E

式中：K1＝S_A2/S_A1，K2＝S_B2/S_B1，Ln＝ln(S_B10)-ln(S_B1)；S_B10为当皮带上没有物料时探测器B所测量到的透射射线能量峰面积值，该值可在仪表投入实际使用前测量得到；A、B、C、D、E为待定系数，可对已知品位的矿石进行测量，由测量结果通过线性回归获得。

应用实例

放射源选用活度为3.7×10⁹Bq的²²⁶Ra同位素源。

探测器选用尺寸为Φ100×100mm的NaI(Tl)晶体。

智能主机由脉冲信号整形电路，高速度、高分辨多道能谱分析电路，信号接口电路，CPLD(复杂可编程逻辑器件)逻辑处理电路，32位的ARM7内核嵌入式控制***电路，电源电路，PC104工控板电路，触摸工业液晶显示屏等组成。

采用高性能PC104工控板，宽温彩色液晶触摸显示屏，汉字菜单窗口操作。主机获取信号，进行核能谱分析和数据处理，得到矿石品位值。可显示各种参数和测量结果，对分析结果进行处理，输出和品位值相关的控制信号；可显示测量结果的动态曲线；可打印各种参数和数据；每整10分钟存储一组测量数据，可查询和打印任一天的历史记录。

主机的软件部分采用C语言(ARM7***)和VC++(PC104***)，植入了精简的WindowsMe操作***。

32位的ARM7单片机使用C语言编程，负责仪表各电子电路部分的控制和各种原始数据的处理。具体芯片采用飞利浦的LPC2136，片内有较丰富的资源和强大的数据处理能力，可以满足仪表对大量原始数据实时处理的要求。

利用该方法，对不同厚度和不同铁品位配比的矿粉进行标定测量，可以得到相应的参数如下：

A＝-17.5633  B＝82.4583  C＝47.7659  D＝0.0432213  E＝29.7683

将该参数与散射射线能量峰和淹没辐射射线能量峰的峰面积、透射射线能量峰和淹没辐射射线能量峰的峰面积按前述计算公式，由智能主机完成运算。

在皮带上铺置品位为21.2的铁矿粉，厚度为20cm，然后再在其上分别铺置厚度为5cm和10cm的已知品位的不同铁矿粉。采用“01135087.3”号专利所述方法及本方法分别测量，对比测量结果。结果表明“01135087.3”号专利所述方法的测量结果近于一固定值，不随实际整体矿粉品位变化而变化；而本方法的测量结果与实际整体矿粉品位比较，均方误差小于0.5％。

Claims (1)

1一种在线矿物料铁品位分析检测方法，其特征在于：

1)测量装置：一个探测器与放射源一起置于被测量物料的一侧，即上下皮带之间的空间内，另一个探测器置于被测量物料的另一侧，即上皮带与物料的上方；两个探测器信号输出端分别联接智能主机；

2)测量与计算：当放射源的射线照射皮带上的物料，射线与物料发生作用，一部分发生康普顿散射和电子对效应，生成散射光子和湮没辐射光子被与放射源同侧的探测器接收到；另一部分射线则穿透物料被另外一枚探测器接收到，探测器将接收到的射线转化为脉冲信号传输给智能主机，智能主机分别对两个探测器传输来的脉冲幅度进行识别，并分别形成两个横轴对应射线能量、纵轴对应射线个数的能谱A和能谱B，并从能谱A中识别出对应散射射线能量峰和淹没辐射射线能量峰的峰面积S_A1和S_A2，从能谱B中识别出对应透射射线能量峰和淹没辐射射线能量峰的峰面积S_B1和S_B2，根据下式计算出物料中铁元素的品位值P：

P＝A·K1·K2+B·K1+C·K2+D·Ln+E

式中：K1＝S_A2/S_A1，K2＝S_B2/S_B1，Ln＝ln(S_B10)-ln(S_B1)；S_B10为当皮带上没有物料时，物料上方探测器所测量到的透射射线能量峰面积值；A、B、C、D，E为待定系数，用对已知品位的矿石进行测量，由测量结果通过线性回归获得。

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