專利名稱：礦石品位和煤炭灰分的測量方法及便攜式測量儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核探測技術(shù)應(yīng)用和自動(dòng)化檢測領(lǐng)域，具體涉及一種礦石品位和煤炭灰分的測量方法及便攜式測量儀器。
背景技術(shù)：
目前對礦石品位和煤炭灰分的分析測定需首先對礦石和煤炭進(jìn)行破碎、研磨、過篩、縮分，然后進(jìn)行化學(xué)分析；或?qū)⒀心ズ蟮牡V粉壓制成密度恒定的片狀樣品，再進(jìn)行X熒光分析。這個(gè)過程費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、代表性差、費(fèi)用高，難以滿足對礦石品位和灰分進(jìn)行快速檢測的需要。
國內(nèi)外已有雙能量γ射線吸收的原理制成的灰分在線檢測儀和掃描式快速分析裝置，由于使用的是雙能量吸收法，必須將被測物料放在放射源和探測器中間，所以不能直接對礦石堆，煤堆或采礦作業(yè)面進(jìn)行測量，必須從現(xiàn)場取出樣品，裝到樣品盒中，再將樣品盒放到測量裝置中(放到探測器和放射源之間)才能測量。其裝置笨重，只能固定安裝，不能移動(dòng)，使用很不方便，且價(jià)格昂貴。同時(shí)由于低能γ射線的光電吸收系數(shù)和原子序數(shù)的4～5次方成正比，對灰分成分的變化太靈敏，所以γ吸收式灰分儀的缺點(diǎn)是灰分成分發(fā)生變化時(shí)，造成較大的灰分測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述測量方法及設(shè)備的不足，利用雙能量γ射線散射的原理，提出了一種可更為快速準(zhǔn)確測定礦石品位和煤炭灰分的方法，另外，本發(fā)明還要提供一種輕便的，可以手?jǐn)y到處使用的礦石品位和灰分的快速分析儀。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下礦石品位和煤炭灰分的測量方法，包括如下過程(1)將雙能量γ放射源和探測裝置置于被測物料的同一側(cè)，使雙能量γ射線通過在物料面上的散射被探測裝置接收；(2)對探測到的能譜曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，選取兩個(gè)敏感區(qū)S1和S2分別對應(yīng)低能和高能γ的散射能量，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式P＝A·R2+B·R+C
其中，P--品位或灰分R＝S2/S1A、B、C--待定系數(shù)，通過對已知品位的礦石樣品進(jìn)行測量，用最小二乘法擬合經(jīng)驗(yàn)公式求得得出礦石品位或煤炭灰分。
礦石品位和煤炭灰分的便攜式測量儀器，包括置于屏蔽容器內(nèi)的雙能量γ放射源、探測器和與探測器連接的儀表主機(jī)，放射源和探測器安裝在測量架上，探測器外設(shè)有鉛屏蔽，放射源和探測器的軸線之間的設(shè)有一定的夾角，并距礦面之間的距離可調(diào)，探測器采用NaI晶體閃爍探測器，與探測器連接的儀表主機(jī)為單片機(jī)控制的射線能譜分析儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
本發(fā)明由于運(yùn)用雙能量γ射線散射的原理進(jìn)行礦石品位和煤炭灰分的測量，其測量結(jié)果不受礦石粒度和密度變化的影響。由于散射法是將放射源和探測器置于被測物料的同側(cè)，所以可制成便攜式的測量儀器，用手拿儀器直接放在礦堆、運(yùn)礦車或采礦作業(yè)面上測量，既方便又準(zhǔn)確。


圖1便攜式礦石品位和煤炭灰分儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2測量架的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.測量架2.角度調(diào)整撥輪3.放射源4.貧鈾屏蔽5.放射源開關(guān)6.探測器7.鉛屏蔽8.堆料或礦層表面9.儀表主機(jī)10.橫桿11.螺桿具體實(shí)施方式
便攜式礦石品位和煤炭灰分儀的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。雙能量γ放射源3的高能放射源能量范圍為150～1360KeV，活度37～185MBq，本實(shí)施例中選用137Cs，活度為148MBq，低能放射源的能量范圍為15～100KeV，活度74～370MBq，本實(shí)施例中選用241Am，活度為370MBq。探測器可采用Φ20×20～Φ40×40mm的NaI晶體閃爍探測器，本實(shí)施例中選用Φ30×30mm的NaI晶體閃爍探測器。雙能量γ放射源3放置在貧鈾屏蔽4內(nèi)、探測器6外設(shè)有鉛屏蔽7，探測器6與儀表主機(jī)9連接。結(jié)合圖2所示，倒T形的測量架1的立柱上設(shè)有導(dǎo)槽，橫桿10的中間設(shè)有螺柱。放射源3的貧鈾屏蔽4和探測器6活動(dòng)安裝在測量架的橫桿10兩端。測量架1的立柱上橫桿10的上方設(shè)有螺桿11，螺桿11中間設(shè)有角度調(diào)整撥輪2，螺桿11的兩端設(shè)有左右旋螺紋，螺桿的兩端與設(shè)在屏蔽容器4和探測器6上的螺母連接，轉(zhuǎn)動(dòng)角度調(diào)整撥輪2可使螺母在螺桿上移動(dòng)，橫桿10和螺桿11均可通過測量架上的導(dǎo)槽上下移動(dòng)，并通過螺釘緊固。放射源和探測器的軸線之間的夾角可通過測量架上的角度調(diào)整撥輪2在30°～60°之間調(diào)整，距礦面之間的距離可根據(jù)被測礦石粒度的不同在20～250mm之間選取。與探測器連接的儀表主機(jī)9為89C51RD2微處理單片機(jī)控制的射線能譜分析儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
如圖所示，測量架可手持放在堆料上，按如下步驟對礦石品位或煤炭灰分進(jìn)行測量(1)開啟放射源屏蔽，使雙能量γ射線射出并通過在物料面上的散射被探測器接收；由于單能γ射線被物料內(nèi)部的原子散射一般經(jīng)歷3個(gè)物理過程，首先射線在入射路程中受到衰減，再被物料內(nèi)部的原子散射，最后散射射線在透出物料的過程中又被物料衰減，散射射線的強(qiáng)度由下式表示I=Ioρe.dσ/dΩρ(μi+μs)(1-e-ρ(μi+μs)x)ΔΩ---(1)]]>ρe是電子密度；ρ是散射材料的體密度；μi，μs分別是在散射前后的散射材料的質(zhì)量衰減系數(shù)；ΔΩ是探測器張開的立體角；Io是入射光子強(qiáng)度；x是在散射材料內(nèi)的散射中心的深度。
(2)探測器獲取射線脈沖信號經(jīng)前置放大后，由同軸電纜送往儀表主機(jī)；(3)儀表主機(jī)對能譜曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)伴隨穩(wěn)峰控制，選取兩個(gè)敏感區(qū)S1和S2分別對應(yīng)低能和高能γ的散射能量，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式P＝A·R2+B·R+C其中，P--品位或灰分R＝S2/S1
A，B，C--待定系數(shù)得出礦石品位或煤炭灰分。
公式中的待定系數(shù)A、B、C是通過對至少5個(gè)已知品位的礦石樣品進(jìn)行測量，用最小二乘法擬合經(jīng)驗(yàn)公式求得。
選取高能射線的能量大于150KeV，被測物料中的各種元素對高能射線的質(zhì)量衰減系數(shù)基本是一個(gè)不變的常數(shù)。選取低能射線，使其質(zhì)量衰減系數(shù)對被測元素有較好的選擇性。這樣，散射強(qiáng)度比就主要受被測元素的品位的影響，或受煤炭中灰分變化的影響。
測量系統(tǒng)的穩(wěn)峰方案如下用測到的γ譜線的特征峰作為穩(wěn)峰基準(zhǔn)，將峰分為上下兩部分，以上、下兩部分的面積(計(jì)數(shù)率)的比值--“計(jì)數(shù)比”達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)作為穩(wěn)定條件。當(dāng)探測器增益發(fā)生漂移時(shí)，造成計(jì)數(shù)比發(fā)生變化，此時(shí)由單片機(jī)控制，改變供給探測器光電倍增管的高壓值，從而使增益變化，對漂移進(jìn)行補(bǔ)償。整個(gè)穩(wěn)峰過程由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)軟件PID調(diào)節(jié)和多信息智能控制，實(shí)現(xiàn)電路的高穩(wěn)定性和高可靠性。用微處理機(jī)對測到的能譜曲線進(jìn)行分析、處理、控制，可杜絕目前穩(wěn)峰技術(shù)常出現(xiàn)的跑峰和死機(jī)現(xiàn)象。
用該儀器測量礦石品位，范圍0～70％，測量誤差小于0.5％；測量煤炭灰分，范圍0～30％，誤差小于0.5％。測量一次樣品的時(shí)間為1～3分鐘，機(jī)內(nèi)可存放100個(gè)測量結(jié)果，5種不同的礦石數(shù)學(xué)模型。
權(quán)利要求
1.一種礦石品位和煤炭灰分的測量方法，其特征在于該方法包括如下過程(1)將雙能量γ放射源和探測裝置置于被測物料的同一側(cè)，使雙能量γ射線通過在物料面上的散射被探測裝置接收；(2)對探測到的能譜曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，選取兩個(gè)敏感區(qū)S1和S2分別對應(yīng)低能和高能γ的散射能量，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式P＝A·R2+B·R+C其中，P--品位或灰分R＝S2/S1A、B、C--待定系數(shù)，通過對已知品位的礦石樣品進(jìn)行測量，用最小二乘法擬合經(jīng)驗(yàn)公式求得得出礦石品位或煤炭灰分。
2.如權(quán)利要求1所述的礦石品位和煤炭灰分的測量方法，其特征在于在測量過程中，用測到的γ譜線特征峰作為基準(zhǔn)，將峰分為上下兩部分，以上下兩部分面積的比值達(dá)到一定的數(shù)值作為穩(wěn)定條件，對增益的漂移進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)峰。
3.一種測量礦石品位和煤炭灰分的便攜式儀器，包括置于屏蔽容器(4)內(nèi)的雙能量γ放射源(3)、探測器(6)和與探測器連接的儀表主機(jī)(9)，其特征在于放射源(3)和探測器(6)安裝在測量架(1)上，放射源(3)和探測器(6)的軸線之間的設(shè)有一定的夾角，并距礦面有一定的距離，與探測器連接的儀表主機(jī)為單片機(jī)控制的射線能譜分析儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3所述的測量礦石品位和煤炭灰分的便攜式儀器，其特征在于探測器(7)和放射源(6)的軸線之間的夾角調(diào)整范圍為30°～60°，距礦面的調(diào)整距離在20～250mm之間。
5.如權(quán)利要求3或4所述的測量礦石品位和煤炭灰分的便攜式儀器，其特征在于探測器(6)采用NaI晶體閃爍探測器，探測器(6)外設(shè)有鉛屏蔽(7)。
6.如權(quán)利要求5所述的測量礦石品位和煤炭灰分的便攜式儀器，其特征在于測量架(1)的立柱上設(shè)有導(dǎo)槽，橫桿(10)安裝在測量架(1)的立柱上，橫桿(10)可通過測量架(1)上的導(dǎo)槽上下移動(dòng)，放射源(3)和探測器(6)安裝在橫桿(10)的兩端，根據(jù)需要調(diào)整放射源(3)與探測器(6)軸線之間的夾角。
7.如權(quán)利要求3或4或6所述的測量礦石品位和煤炭灰分的便攜式儀器，其特征在于測量架(1)的立柱上設(shè)有螺桿(11)，螺桿(11)中間設(shè)有角度調(diào)整撥輪(2)，螺桿(11)兩端為左右旋螺紋，螺桿(11)與放射源(3)和探測器(6)上設(shè)有的螺母連接，通過調(diào)整撥輪(2)來調(diào)整放射源(3)與探測器(6)軸線之間的夾角，螺桿(11)均通過測量架上的導(dǎo)槽上下移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求3或4所述的測量礦石品位和煤炭灰分的便攜式儀器，其特征在于雙能量γ放射源的高能放射源能量范圍為150～1360KeV，活度37～185MBq，低能放射源的能量范圍為15～100KeV，活度74～370MBq，NaI晶體閃爍探測器的尺寸為Φ20×20～Φ40×40mm。
9.如權(quán)利要求7所述的測量礦石品位和煤炭灰分的便攜式儀器，其特征在于雙能量γ放射源的高能放射源能量范圍為150～1360KeV，活度37～185MBq，低能放射源的能量范圍為15～100KeV，活度74～370MBq，NaI晶體閃爍探測器的尺寸為Φ20×20～Φ40×40mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種礦石品位和煤炭灰分的測量方法及便攜式測量儀器。該方法利用雙能量γ放射源散射原理,通過計(jì)算機(jī)對散射的γ譜線進(jìn)行數(shù)學(xué)處理,求出被測物料的品位或灰分值。屏蔽的放射源和探測器安裝在測量架上,放射源和探測器的軸線之間的設(shè)有一定的夾角,并距礦面有一定的距離,探測器采用NaI晶體閃爍探測器,與探測器連接的儀表主機(jī)為單片機(jī)控制的射線能譜分析儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)?？芍苯臃旁诙蚜仙线M(jìn)行測量,使用方便,準(zhǔn)確度高。
文檔編號G01T1/202GK1346981SQ0113508
公開日2002年5月1日 申請日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
發(fā)明者侯朝勤 申請人:丹東東方測控技術(shù)有限公司, 侯朝勤