DD212108A1 - DEVICE FOR THE THICKNESS INDEPENDENT RADIOMETRIC SIGNAL DETERMINATION OF SHOE-LOADERS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur radiometrischen schichtdickenunabhaengigen Gehaltsbestimmung an Schuettguetern, insbesondere zur Aschegehaltsbestimmung von Braunkohle auf Transportbaendern, auf der Basis der Vorwaertstreuung und der Transmission von Gammastrahlung. Die Vorrichtung besteht aus nur einer Strahlenquelle, die jedoch zwei verschiedene Gammaenergien emittieren muss, einem energieproportionalen Detektor und den erforderlichen Versorgungs- und Signalverarbeitungseinrichtungen und ist dadurch charakterisiert, dass ein entsprechend dimensionierter Absorber vor dem Detektor garantiert, dass die fuer die Vorwaertsstreuung eingesetzte energieaermere Gammastrahlung weitestgehend, die fuer die Transmissionsdickenmessung benutzte energiereichere Gammastrahlung moeglichst wenig absorbiert wird.The invention relates to a device for radiometric layer thickness-independent content determination of Schuettguetern, in particular for determining the ash content of lignite on Transportbaendern, based on the Vorwaertstreuung and the transmission of gamma radiation. The device consists of only one radiation source, which, however, has to emit two different gamma energies, an energy-proportional detector and the necessary supply and signal processing equipment and is characterized in that a suitably dimensioned absorber in front of the detector guarantees that the more energy-efficient gamma radiation used for the forward scattering is as far as possible , that the energy-rich gamma radiation used for the transmission thickness measurement is absorbed as little as possible.

Description

Vorrichtung zur schichtdickenunabhängigen radiornetrischen Ge-Apparatus for layer-thickness-independent radiorentric

haltsbestimmung an Schüttgüterndetermination of solids _ιι

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Torrichtung zur radiometrischen schichtdickenunabhängigsn Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern mit großem Gehaltsbereich, insbesondere zur schichtdickenunahhängigen Aschegehaltsbestinunung von Braunkohlen, auf der Basis der Vorwärtsstreuung und der Transmission von Gammastrahlung* ·The invention relates to a gate direction for the radiometric coating thickness-independent content determination on bulk goods on conveyor belts with a large content range, in particular for coating thickness-dependent ash content estimation of lignite, on the basis of the forward scattering and the transmission of gamma radiation.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, sowohl die Transmission als auch die Vörwärtsstreuung von Gammastrahlung für GehaltgbeStimmungen an Schüttgütern zu nutzen.It is known to use both the transmission and the forward scattering of gamma radiation for salary conditions on bulk solids.

Da bei der Gehaltsbestimmung an Schüttgütern mittels Gamma-Transmission eine starke Plächenmasseabhängigkeit auftritt, wurde vorgeschlagen, zwei Gamma-Transmissions-Meßstrecken mit den Energien E. und E₂ (E* < E₂) zu kombinieren. Dabei ist es auch möglich, beide Strahlungsenergien nur mit einer Sonde zu detektieren, die Signale elektronisch wieder zu trennen und anschließend zu verknüpfen., Wegen der starken Dickenabhängigkeit der Gehaltsmeßstrecke (Gammastrahlungsenergie E.) ist jedoch eine hohe Meßgenauigkeit einzuhalten, so daß lange Meßzeiten für die Dickenmessung (Gammastrahlungsenergie Ep) erforderlich sind.Since the determination of the bulk content of bulk goods by means of gamma transmission shows a strong surface mass dependence, it has been proposed to combine two gamma transmission measurement paths with the energies E. and E ₂ (E * < E ₂ ). In this case, it is also possible to detect both radiation energies with only one probe, to electronically separate the signals again and then to link them. However, because of the high thickness dependency of the content measuring path (gamma radiation energy E.), a high accuracy of measurement has to be maintained so that long measuring times for the thickness measurement (gamma radiation energy Ep) are required.

Die Zählrate bei der Vorwärtsstreuung von Gammastrahlung istThe count rate in the forward scatter of gamma rays is

wenig dickenabhängig, es bleibt jedoch eine Dickenabhängigkeit der Meßempfindlichkeit bestehen, die durch Einsatz einer zweiten Meßstrecke zu berücksichtigen ist,little thickness-dependent, but there remains a thickness dependence of the measuring sensitivity, which must be taken into account by using a second measuring path,

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die radiometrische dickenunabhängige Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern.The aim of the invention is the radiometric thickness-independent content determination on bulk materials on conveyor belts.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen., die auf der Grundlage der Vorwärtsstreuung und der Transmission von Gammastrahlung die dickenunabhängige Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern ermöglicht.The object of the invention is to provide a device which, on the basis of the forward scattering and the transmission of gamma radiation, enables the thickness-independent determination of the contents of bulk goods on conveyor belts.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur schichtdickenunabhängigen Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern besteht aus einer Strahlenquelle, e^sinem energieproportionalen Detektor, einem Absorber und den erforderlichen Yersorgungs- und Meßeinrichtungen und ist dadurch charakterisiert, daß die Strahlenquelle zwei verschiedene' Gammaenergien E₁ und E„ emittiert, wobei die energiereichere E_p für eine Transmissionsdickenmessung eingesetzt wird, und das Material und die Dicke des Absorbers so gewählt 'sind, daß die energieärmere Gammastrahlung weitestgehend absorbiert, die energiereichere dagegen möglichst wenig geschwächt wird.The inventive device for coating thickness-independent content determination of bulk materials on conveyor belts consists of a radiation source, e ^s in energy proportional detector, an absorber and the required Yersorgungs- and measuring devices and is characterized in that the radiation source emits two different 'gamma energies E ₁ and E ", wherein the higher energy E _{p is used} for a transmission thickness measurement, and the material and the thickness of the absorber so chosen 'are that the lower energy gamma radiation absorbed as much as possible, the higher energy is weakened as little as possible.

Als Strahlenquelle wird entweder ein einziges Hadionuklid, das zwei geeignete Gammaenergien emittiert, oder eine Eiischung von zwei Radionukliden mit jeweils einer geeigneten Gammaenergie bzw. zwei Strahlungsquellen mit je ein Hadionuklid in einem gemeinsamen Kollimator eingesetzt. Die Gammaenergien sind bekanntlich so zu wählen, daß bei der Vorwärtsstreuung der Massenschwächungskoeffizient des Meßgutes von seiner Zusammensetzung abhängt (d. h. also, energiearme Strahlung), während bei der Transmissionsdickenmeßstrecke die Energie so hoch sein soll, daß die Dickenempfindlichkeit nicht von der Zusammen-The radiation source used is either a single hadion nuclide which emits two suitable gamma energies, or an egg mixture of two radionuclides each having a suitable gamma energy or two radiation sources each having a hadionuclide in a common collimator. The gamma energies are known to be chosen so that in the forward scattering of the mass attenuation coefficient of the sample depends on its composition (ie, low-energy radiation), while in the transmission thickness measuring the energy should be so high that the thickness sensitivity is not dependent on the combination

aetzung des Materialstromes abhängt (d. h., der Massenschwächungskoeffizient nicht von der Kernladungszahl äohängt). Im ersteren Falle bedeutet das Energien unterhalb von 300 keV, im zweiten Falle Energien oberhalb 300 keV. Im Falle der Kohle haben sich z, B. die Energien von 60 keV (Am-241) und 660 ke? (Gs-137) bewährt,depending on the material flow (that is, the mass attenuation coefficient does not equal the atomic number). In the first case this means energies below 300 keV, in the second case energies above 300 keV. For example, in the case of coal, the energies of 60 keV (Am-241) and 660 ke? (Gs-137) proven,

Flächenmasse _jx und Kernladungszahl Z eines Einschichtabsorbers sind für zwei gegebene Primärenergien E..und E_? (wobei Ep> E.) so zu wählen, daß die UngleichungBasis weight _jx and atomic number Z of a single-layer absorber are for two given primary energies E..and E _? (where Ep> E.) so choose that the inequality

A BA B

μ (E₁, Z) μ (E₂, Z) μ (E ₁ , Z) μ (E ₂ , Z)

erfüllt ist. Es bedeuten μ (Ξ., Z) und μ (Ep, Z) die Massenschwächungskoeffizienten des Absorbers mit der Kernladungszahl Z für die beiden Energien E. und Ep, die aus Tabellenwerten entnommen werden können, A 'und B sind Konstanten, die im Bereich von 3<A <8 bzw. 0,1 < B <2 'liegen.is satisfied. Let μ (Ξ., Z) and μ (Ep, Z) denote the mass attenuation coefficients of the absorber with the atomic number Z for the two energies E. and Ep, which can be taken from table values. A 'and B are constants that are in the range of 3 <A <8 or 0.1 <B <2 '.

Der Absorber sollte aus einem Material bestehen, dessen Kernladungszahl im Bereich zwischen 30 und 92 liegt. Gut eignen sich z. 3. Blei oder Zinn, Beim Einfall der Gammastrahlung entstehen im Absorber Röntgenstrahlen (im Falle des Zinns z. B, mit einer Energie von 26.keY)» Diese Röntgenstrahlen können durch Anwendung einer Diskriminatorschwelle unterdrückt v/erden. Ea ist jedoch auch möglich, den Absorber aus mehreren Schichten aufzubauen ("Sandwichtarget'⁵), und zwar derart, daß die in den der Gamrnastrahlenquelle zugewandten Schichten entstehende Röntgenstrahlung in den auf der Seite des Detektors angeordneter. Schichten bereits im Absorber wieder absorbiert werden. Dabei darf die Gesamtdicke (Flächenmasse) des Absorbers den Wert nicht übersteigen, der zwar eine vollständige Absorption der energieärmeren Gammastrahlung garantiert, aber noch keine wesentliche Schwächung der energiereicheren. Während, wie -bereits erwähnt, Blei und Zinn sich als Materialien für die Schichten auf der Seite der Strahlenquelle eignen, bieten sich Kupfer und Aluminium als überzüge für die Absorption der Röntgenstrahlung auf der Seite zum Detektor hin an.The absorber should consist of a material whose atomic number is between 30 and 92. Good are z. 3. Lead or tin, When the gamma radiation is generated, X-rays are produced in the absorber (in the case of tin, for example, with an energy of 26.keY) »These X-rays can be suppressed by applying a discriminator threshold. Ea, however, it is also possible to build up the absorber from several layers ("sandwich target" ⁵ ) in such a way that the X-rays produced in the layers facing the yarn radiation source are already absorbed again in the absorber in the layers arranged on the side of the detector. The total thickness (basis weight) of the absorber must not exceed the value guaranteeing complete absorption of the lower-energy gamma radiation, but no substantial weakening of the more energetic ones, while, as already mentioned, lead and tin are used as materials for the layers on the On the side of the radiation source, copper and aluminum are suitable as coatings for the absorption of the X-radiation on the side towards the detector.

ά.ά.

Als Detektor wird ein energieproportionaler Detektor verwendet, z. B. ein Szintillationsdetektor mit HaJ- oder CsJ-Kristall oder ein ungekühlter Halbleiterdetektor (ζ. Β. HgJ₂ oder CdTe),As a detector, an energy-proportional detector is used, for. B. a scintillation detector with HaJ or CsJ crystal or an uncooled semiconductor detector (ζ. Β. HgJ ₂ or CdTe),

Um die Signale für die Vorwärtsstreuung und die Transmission zu trennen, kann z. B, die energiearmere (gestreute) Gammastrahlung mit einem Einkanalanalysator aus dem Gesamtspektrum abgetrennt v/erden, während die hochenergetische (nicht gestreute) Gammastrahlung für die Dickenmessung durch einen Diskriminator, dessen Schwelle oberhalb der oberen Schwelle des Einkanalanalvsators liegt, ausgesondert werden.In order to separate the signals for the forward scattering and the transmission, z. B, the lower-energy (scattered) gamma radiation with a Einkanalanalysator from the total spectrum separated, while the high-energy (non-scattered) gamma radiation for the thickness measurement by a discriminator whose threshold is above the upper threshold of the Einkanalanalvsators be discarded.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit nur einer Vorrichtung dickenunabhängige Gehaltsbestimmungen an Schüttgütern auf Transportbändern durchgeführt werden können. Es ist also möglich, die Ergebnisse der- Vorwärtsstreuung zur Gehaltsbestimmung durch die Ergebnisse der Transmission bezüglich Dicke zu korrigieren.The advantage of the invention is that thickness-independent content determinations of bulk goods on conveyor belts can be carried out with only one device. It is thus possible to correct the results of forward scattering for content determination by the results of transmission with respect to thickness.

Au sführungsbe i spie1 Introduction 1

Die Figur zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The figure shows the scheme of a device according to the invention.

Die Vorrichtung besteht aus einer Strahlenquelle 1, einem Absorber 5, einem- Detektor 4? einem Verstärker 6, zwei Einkanalanalysatoren 7 und 10, zwei Zählern 8 und 11, einem Rechner 9 und einer Ausgabeeinheit 12.The device consists of a radiation source 1, an absorber 5, a detector 4? an amplifier 6, two single-channel analyzers 7 and 10, two counters 8 and 11, a computer 9 and an output unit 12.

Die Strahlenquelle 1 stellt eine Kombination mit den Eukliden Am-241 (S₁ = 60 keV) und Cs-I37 (S₂ = 660 keV) in einer entsprechenden Abschirmung mit Kollimator dar. Als Detektor 4 ist eine Szintillationsmeßsonde mit HaJ-Kristall eingesetzt. Sr ist mit dem Verstärker 6 verbunden, an den sich die beiden Einkanalanalysatoren 7 und 10 anschließen. Die Einkanalanaiysatoren 7 und 10 sind ,jeweils mit einem Zähler 8 bzw. 11 verbunden, die ihrerseits mit dem Rechner 9 gekoppelt sind. Dicke und Material des vor dem Detektor 4 angeordneten Absorbers 5 werden gemäß der 'Ungleichung (1) gewählt.The radiation source 1 represents a combination with the Euclides Am-241 (S ₁ = 60 keV) and Cs-I37 (S ₂ = 660 keV) in a corresponding collimator shield. The detector 4 used is a HaJ crystal scintillation probe. Sr is connected to the amplifier 6, to which the two Einkanalanalysatoren 7 and 10 connect. The Einkanalanaiysatoren 7 and 10 are, in each case connected to a counter 8 and 11, which in turn are coupled to the computer 9. Thickness and material of the absorber 5 arranged in front of the detector 4 are selected according to 'inequality (1).

Mit der beschriebenen Vorrichtung soll der Aachegehalt von Rohbraunkohle auf einem Transportband bei schwankender Schichthöhe bestimmt v/erden. Dazu wird die Strahlenquelle 1 unterhalb des Transportbandes 2, der Detektor 4 mit dem Absorber 5 dagegen oberhalb der Kohleschicht 3 (Schütthöhe <30 cm) installiert. Die Abstände der Strahlenquelle.1, des Absorbers 5 und des Detektors 4 vom Transportband 2, der Durchmesser des Absorbers 5 und der Öffnungswinkel des 60 keY-Primärstrahlenbündels werden so abgeglichen (letzterer mit Hilfe des Kollimators), daß die Vorwärtsstreumeßstrecke im Bereich minimaler Schichtdickenabhängigkeit für eine gegebene mittlere Schichtdicke χ und einen mittleren Aschegehalt arbeitet. Für die genannten Bedingungen ergeben sich für Blei als Absorbermaterial folgende Werte;With the device described, the ash content of crude lignite coal is to be determined on a conveyor belt with varying layer height. For this purpose, the radiation source 1 below the conveyor belt 2, the detector 4 with the absorber 5, however, above the carbon layer 3 (dump height <30 cm) installed. The distances of the Strahlquelle.1, the absorber 5 and the detector 4 from the conveyor belt 2, the diameter of the absorber 5 and the opening angle of the 60 keY primary beam are adjusted (the latter with the help of the collimator) that the forward scatter distance in the range of minimum layer thickness dependence for a given average layer thickness χ and a mean ash content works. For the stated conditions, the following values result for lead as absorber material;

ρ ?ρ?

S₁ = 60 keV A = 5 Ja^ = 3,5 cm7g : Js = -1,5 g/cmS ₁ = 60 keV A = 5 Ja ^ = 3.5 cm7g: Js = -1.5 g / cm

= 660 keV B = 0,22 (d. h. 25 % zulässige Strahlungsschwächung)= 660 keV B = 0.22 (ie 25 % permissible radiation attenuation)

2 22 2

= 0,1 coi /g : Jx = 2 g/cm= 0.1 coi / g: Jx = 2 g / cm

Die .Ungleichung '(1) ist somit- erfüllt. Die beschriebene Vorrichtung arbeitet v/ie folgt: Der Detektor mißt die Strahlungen mit den Energien S. und S₂ simultan, so daß am Ausgang des Verstärkers 6 ein Überlagerungsspektrum vorliegt. Mit den beiden Einkanalanalysatoren 7 und 10 werden die beiden Signale getrennt und je einem Zähler 8 bzw. 11 zugeführt, Aus den Zählergebnissen berechnet der Mikrorechner 9 nach einer vorgegebenen Kalibrierungsfujaktion den Aschegehalt der Kohle. Dieser Wert wird durch die Ausgabeeinheit 12 angezeigt . Die Kalibrierungsfimktion wird durch Anpassung eines Ansatzes an die Meß- und Analysenwerte eines repräsentativen Satzes von Proben gewonnen.The 'inequality' (1) is thus fulfilled. The described device operates as follows: The detector measures the radiations with the energies S and S ₂ simultaneously, so that there is an overlay spectrum at the output of the amplifier 6. With the two Einkanalanalysatoren 7 and 10, the two signals are separated and each supplied to a counter 8 and 11, From the count results calculates the microcomputer 9 after a given Kalibrierungsfujaktion the ash content of the coal. This value is displayed by the output unit 12. The calibration function is obtained by fitting an approach to the measurement and analysis values of a representative set of samples.

Claims (6)

6 Erf indungsansp ruch6 in vention 1. Vorrichtung zur schichtdickenunabhängigen Gehaltsbesfimmung an Schüttgütern auf Transportbändern, bestehend aus der Kombination einer Gammavorwärtsstreumeßstrecke und einer Gammatransmissionsmeßstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Strahlenquelle und ein energieproportionaler Detektor in Verbindung mit einem Absorber eingesetzt ist, wobei die Strahlenquelle zwei verschiedene. Gammaenergien emittiert, während Material und Dicke des Absorbers so gewählt sind, daß die energieärmere Gammastrahlung weitestgehend, die energiereichere möglichst wenig absorbiert wird,1. An apparatus for coating thickness independent salary on bulk materials on conveyor belts, consisting of the combination of a Gammavorwärtsstreumeßstrecke and a Gammatransmisionsmeßstrecke, characterized in that only one radiation source and an energy proportional detector is used in conjunction with an absorber, wherein the radiation source two different. Gamma energies emitted while the material and thickness of the absorber are chosen so that the lower-energy gamma radiation as far as possible, the higher-energy is absorbed as little as possible, 2. Vorrichtung nach ?unkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlenquelle eine Kombination mit den Radionukliden Arn-241 und Cs-137 eingesetzt ist.2. Device according to § 1, characterized in that a combination with the radionuclides Arn-241 and Cs-137 is used as the radiation source. 3. Vorrichtung nach ^: Punkt !,.dadurch gekennzeichnet, daß Flächenmasse Qx und Kernladungszahl Z des Absorbers so gewählt werden, daß die Ungleichung3. Device according to ^: point!, Characterized in that surface mass Qx and atomic number Z of the absorber are chosen so that the inequality A B A B /λ (S₁., Z) ^J μ (S₂,. Z)/ λ (S _1. , Z) ^J μ (S ₂ ,. Z) mit den Massensehwächungskceffizienten des Absorbers, für die beiden Energien E.. und Ep (Ep 5» Ξ.) und den Ko stanten A (3<A<8) und B (0,1<B<2) erfüllt ist.for the two energies E .. and Ep (Ep 5 »Ξ.) and the constant A (3 <A <8) and B (0,1 <B <2). 4. Vorrichtung nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber aus Schichten unterschiedlichen Materials aufgebaut ist.4. Device according to item 1 and 3, characterized in that the absorber is composed of layers of different material. 5, Vorrichtung nach Punkt 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber aus Blei oder Zinn und Kupfer oder Aluminium besteht, wobei die Schicht aus Kupfer bzw. Aluminium in Richtung Detektor angeordnet ist.5, device according to item 1, 3 and 4, characterized in that the absorber consists of lead or tin and copper or aluminum, wherein the layer of copper or aluminum is arranged in the direction of the detector. 6. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor ein Szintillationsdetektor mit UaJ- oder CsJ-Kristall oder ein ungekühlter Halbleiterdetektor, vorzugsweise aus HgJ₂ oder CdTe, eingesetzt ist.6. Device according to item 1, characterized in that a Szintillationsdetektor with UaJ or CsJ crystal or an uncooled semiconductor detector, preferably of HgJ ₂ or CdTe is used as the detector. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings