CN102095744A - 一种三能煤炭灰分在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种三能在线煤炭灰分检测装置，由低能伽玛源Am241和中能伽玛源Cs137发射的伽玛光子照射样品容器中的煤样，低中能伽玛射线被溴化镧探测器接收；所述溴化镧探测器的输出端连接多道数据分析谱仪的输入端；将采集到的伽玛能谱信息和特征X光谱信息传给数据处理解谱***，由数据处理解谱***进行数据处理。本发明可以应用于入场煤汽车来煤取样自动快速检测装置，不做旁路皮带，只在样品容器的后端直接稍作结构改动，即可安装检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的三能煤炭灰分在线监测装置，简称新型煤炭灰分仪。本灰分仪利用X荧光技术检测煤炭中的钙铁含量，利用低能伽玛检测煤炭中灰成分的变化，利用中能伽玛检测煤炭的质量密度，通过中能伽玛测到的质量密度来修正由于煤炭质量密度变化带来的影响，尤其是通过X荧光技术检测到的铁钙含量来补偿由于煤种变化带来的对灰分的影响，降低煤种变化对灰分测量的影响，有效地提高灰分测量的稳定性。
背景技术
目前，在各种测量分析中，利用伽玛射线技术已经作为一项常规技术。它有其它分析技术所不具有的很多优点，例如利用穿透性强这一特点，伽玛射线多年前就被用于金属无损探伤以及煤炭中的灰分。近年来，伽玛射线相关的核测量技术应用更加广泛，例如其在水泥、煤、矿石等领域的应用。目前利用双能伽玛射线来检测煤炭中的灰成分的技术已很成熟，但在很多场合下，由于煤种变化，导致利用双能伽玛技术检测到的灰分变化较大，从而导致测量误差较大。
本发明就是利用X荧光技术来测量煤炭中的铁钙含量来有效地消除由于煤种变化对灰分测量的影响，从而提高灰分的测量精度。
发明内容
本发明的目的是针对由于煤种变化对双能伽玛测量技术对灰分测量的影响，针对双能伽玛技术测量灰分结果受到煤种变化影响，提供一种技术来检测煤炭中铁钙含量，从而补偿煤种变化对灰分测量的影响。本发明的技术方案如下：
一种三能煤炭灰分在线监测装置，包括被测样品容器和检测部分；所述检测部分包括低能伽玛源Am241、中能伽玛源Cs137、溴化镧探测器、多道数据分析谱仪和硅漂移探测器；所述低能伽玛源Am241和中能伽玛源Cs137发射的伽玛光子照射样品容器中的煤样，透过煤样的低中能伽玛射线被溴化镧探测器接收；所述溴化镧探测器的输出端连接多道数据分析谱仪的输入端；
低能伽玛照射到煤样上，同时激发煤样中铁、钙、铝的特征X射线，所述硅漂移探测器采集该特征X射线；所述硅漂移探测器的输出端连接多道数据分析谱仪的输入端；
所述多道数据分析谱仪的输出端还与工控机连接，在工控机控制下，将采集到的伽玛能谱信息和特征X光谱信息传给数据处理解谱***，由数据处理解谱***进行数据处理。
所述低能伽玛源Am241和中能伽玛源Cs137位于样品容器的一侧；所述溴化镧探测器和硅漂移探测器位于样品容器的另一侧。
所述低能伽玛源Am241和中能伽玛源Cs137放置于源防护体内，该源防护体内设有的两个平行紧靠的准直孔，分别放置两个伽玛源；其中一个准直孔较深，放置中能伽玛源Cs137；另一个较浅，放置低能伽玛源Am241。例如，所述低能伽玛源Am241所在的准直孔孔深为3cm，中能伽玛源Cs137源所在的准直孔孔深为4cm。
源防护体的结构见图2(图中，较深准直孔是26，对应中能伽玛源Cs137是24；较浅准直孔是25，对应低能伽玛源Am241是23)，源防护体(屏蔽体)的主体21材料是铅，外壳22是不锈钢，主要用来屏蔽伽玛射线和准直伽玛射线。有两个紧靠的准直孔25和26，孔壁材料是不锈钢/其中一个准直孔较深，主要准直相对高能伽玛射线，另一个较浅，主要用来准直相对低能伽玛射线。这种特殊结构避免了传统的两个源放在同一个准直孔内，致使后面的源的衰减较快，从而需增大该源的源强。该防护体采用紧邻双准直孔，可在一定程度上降低放射源的源强。
所述样品容器包括煤样料斗、自动抽板和漏斗；所述漏斗连在煤样料斗的上方，自动抽板设在煤样料斗出口处，所述自动抽板还连接有自动放样/卸样控制***，并受该***控制。
所述动放样/卸样控制***包括螺杆电机，该螺杆电机受所述工控机控制。
所述溴化镧探测器、硅漂移探测器与所述多道数据分析谱仪之间分别连接有放大器。
应用本装置进行煤炭灰分检测的方法，包括步骤：
1)先取样，用低能伽玛源Am241和中能伽玛源Cs137发射的伽玛光子照射到煤样；采集透过煤样的低中能伽玛射线，分析和记录低能伽玛和中能伽玛光谱信号，来获取灰分响应和质量厚度响应；
2)所述低能伽玛照射到煤样上，同时激发煤样中铁、钙、铝的特征X射线，采集该特征X射线，再对特征X射线谱进行分析处理，得到煤炭中的铁钙含量；
3)利用所述铁钙含量来补偿由于煤种变化对灰分测量的影响；
4)重新取样，进行下一轮检测。
所述步骤1)中，透过煤样的低中能伽玛射线用溴化镧探测器接收；溴化镧探测器输出的信号传给多道数据分析谱仪，多道数据分析谱仪输出信号给数据处理解谱***，由数据处理解谱***来分析低能伽玛和中能伽玛光谱信号，从而获取灰分响应和质量厚度响应；
所述步骤2)中，用硅漂移探测器来采集所述特征X射线，硅漂移探测器输出的信号给所述多道分析谱仪，多道数据分析谱仪输出信号给数据处理解谱***，由数据处理解谱***对特征X射线谱进行分析处理，得到煤炭中的铁钙含量；
所述步骤3)中，由数据处理解谱***利用铁钙含量来补偿由于煤种变化对灰分测量的影响。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明设计了两个紧邻的准直孔来准直两个伽玛源，低能伽玛Am241的准直孔孔深为3cm，中能伽玛Cs137源的准直孔孔深为4cm；
2)本发明设计的低能伽玛源Am241既充当低能伽玛源来检测煤炭中高Z元素(灰分)的吸收，又充当X荧光的激发源；
3)本发明利用硅漂移探测器(SDD)来采集低能伽玛源Am241激发的特征X射线，通过放大器(4)连接到多道谱仪，对特征X射线谱进行分析处理，得到煤炭中的铁钙含量；
4)本发明设计利用上面所得到的铁钙含量来补偿由于煤种变化带来的低能伽玛灰分响应的影响，从而使该产品能够适于煤种多变的复杂场合下。
5)本发明可以应用于入场煤汽车来煤取样自动快速检测置，不做旁路皮带，只在样品容器的后端直接稍作结构改动，即可安装检测。
附图说明
图1是本装置结构示意图。
图2是源防护体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
低能伽玛源Am2416和中能伽玛源Cs1377发射的伽玛光子通过紧靠的两个准直孔照射到煤样10，透过煤样的低中能伽玛射线被溴化镧探测器1接收，溴化镧探测器与放大器2连接，放大器2与多道数据分析谱仪两路5中的一路连接，用来记录低能伽玛和中能伽玛光谱信号，从而获取灰分响应和质量厚度响应；低能伽玛照射到煤样上，同时激发煤样中铁、钙、铝的特征X荧光，利用硅漂移探测器(SDD)3来采集低能伽玛源Am241激发的特征X射线，通过放大器4连接到多道谱仪5的另一路，对特征X射线谱进行分析处理，得到煤炭中的铁钙含量；将多道谱仪5与工控机连接，将采集到的伽玛能谱信息和特征X光谱信息通过工控机连接到数据处理解谱***14、通过复杂的数学处理模型、最后给出灰分、密度等关键参数并通过网络传送到所需关键节点，数据处理解谱***14与显示***15连接，在线显示所测参量。
本装置中煤料直接从取样机中分流一部分进入漏斗16，根据现场实际情况自动收集煤样，带样品仓10满后，随即测量根据需要可设置～2分钟。测量结束后，通过自动放样和卸样控制***螺杆电机9抽拉挡板11，将煤样卸入煤样收集箱中。每样卸空后，随机将挡板11送回原位，重复取样检测。
本实施例中：
溴化镧探测器1与放大器光电倍增管2以及硅漂移探测器SDD可以从探测器晶体生产厂商处购买如：Proteus，Inc.或Saint Gobain，放射源可从同位素公司购买；螺杆电机也可从相关厂家定制。其中双准直孔屏蔽体，以及利用X荧光来检测煤炭中的铁钙含量来补偿煤种变化带来的影响。
本发明的工作过程为：
煤料直接从取样机中分流一部分进入漏斗16，根据现场实际情况自动收集煤样，带样品仓10满后，随即测量根据需要可设置1～2分钟。低能伽玛源Am2416和中能伽玛源Cs137 7发射的伽玛光子通过紧靠的两个准直孔照射到煤样10，透过煤样的低中能伽玛射线被溴化镧探测器1接收，溴化镧探测器与放大器2连接，放大器2与多道数据分析谱仪两路5中的一路连接，用来记录低能伽玛和中能伽玛光谱信号，从而获取灰分响应和质量厚度响应；低能伽玛照射到煤样上，同时激发煤样中铁、钙、铝的特征X荧光，利用硅漂移探测器(SDD)3来采集低能伽玛源Am241激发的特征X射线，通过放大器4连接到多道谱仪5的另一路，对特征X射线谱进行分析处理，得到煤炭中的铁钙含量；将多道谱仪5与工控机连接，将采集到的伽玛能谱信息和特征X光谱信息通过工控机连接到数据处理解谱***14、通过复杂的数学处理模型、最后给出灰分、密度等关键参数并通过网络传送到所需关键节点，数据处理解谱***14与显示***15连接，在线显示所测参量。测量结束后，通过自动放样和卸样控制***螺杆电机9抽拉挡板11，将煤样卸入煤样收集箱中。煤样卸空后，随机将挡板11送回原位，重复取样检测
本发明的工作原理为：
低能伽玛源Am2416和中能伽玛源Cs1377发射的伽玛光子通过紧靠的两个准直孔照射到煤样10，透过煤样的低中能伽玛射线被溴化镧探测器1接收；
溴化镧探测器与放大器2连接，放大器2与多道数据分析谱仪两路5中的一路连接，用来记录低能伽玛和中能伽玛光谱信号，从而获取灰分响应和质量厚度响应；
低能伽玛照射到煤样上，同时激发煤样中铁、钙、铝的特征X荧光，利用硅漂移探测器(SDD)3来采集低能伽玛源Am241激发的特征X射线，通过放大器4连接到多道谱仪5的另一路，对特征X射线谱进行分析处理，得到煤炭中的铁钙含量；利用钙铁含量来补偿由于煤种变化对灰分测量的影响。
既灰分的变化有三个参量低能伽玛的吸收，中能伽玛的吸收以及钙铁含量的变化来相关处理获得。
Claims (8)
1.一种三能煤炭灰分在线监测装置，其特征是包括被测样品容器和检测部分；所述检测部分包括低能伽玛源Am241、中能伽玛源Cs137、溴化镧探测器、多道数据分析谱仪和硅漂移探测器；所述低能伽玛源Am241和中能伽玛源Cs137发射的伽玛光子照射样品容器中的煤样，透过煤样的低中能伽玛射线被溴化镧探测器接收；所述溴化镧探测器的输出端连接多道数据分析谱仪的输入端；
低能伽玛照射到煤样上，同时激发煤样中铁、钙、铝的特征X射线，所述硅漂移探测器采集该特征X射线；所述硅漂移探测器的输出端连接多道数据分析谱仪的输入端；
所述多道数据分析谱仪的输出端还与工控机连接，在工控机控制下，将采集到的伽玛能谱信息和特征X光谱信息传给数据处理解谱***，由数据处理解谱***进行数据处理。
2.根据权利要求1所述的一种三能煤炭灰分在线监测装置，其特征是所述低能伽玛源Am241和中能伽玛源Cs137位于样品容器的一侧；所述溴化镧探测器和硅漂移探测器位于样品容器的另一侧。
3.根据权利要求1所述的一种三能煤炭灰分在线监测装置，其特征是所述低能伽玛源Am241和中能伽玛源Cs137放置于源防护体内，该源防护体内设有的两个平行紧靠的准直孔，分别放置两个伽玛源；其中一个准直孔较深，放置中能伽玛源Cs137；另一个较浅，放置低能伽玛源Am241。
4.根据权利要求1所述的一种三能煤炭灰分在线监测装置，其特征是所述样品容器包括煤样料斗、自动抽板和漏斗；所述漏斗连在煤样料斗的上方，自动抽板设在煤样料斗出口处，所述自动抽板还连接有自动放样/卸样控制***，并受该***控制。
5.根据权利要求1所述的一种三能煤炭灰分在线监测装置，其特征是所述动放样/卸样控制***包括螺杆电机，该螺杆电机受所述工控机控制。
6.根据权利要求1所述的一种三能煤炭灰分在线监测装置，其特征是所述溴化镧探测器、硅漂移探测器与所述多道数据分析谱仪之间分别连接有放大器。
7.根据权利要求3所述的一种三能煤炭灰分在线监测装置，其特征是所述源防护体即屏蔽体的主体材料是铅，外壳是不锈钢；所述准直孔的孔壁材料是不锈钢。
8.根据权利要求3所述的一种三能煤炭灰分在线监测装置，其特征是所述低能伽玛源Am241所在的准直孔孔深为3cm，中能伽玛源Cs137源所在的准直孔孔深为4cm。
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