专利名称：快中子和γ射线吸收在线水分测量方法和仪表的制作方法
技术领域：
本发明属于核探测技术应用和自动化检测领域，具体涉及一种物料水分在线测量方法和仪表。
现有的在线水分测量技术有如下几种(1)红外线反射比技术，这种仪器在被测物料表面反光性质变化较大时无法应用。
(2)电容和微波技术，这种仪器测到的不是物料中水分的重量百分比。当物料中水分的分布情况发生变化时，如物料的颗粒大小、形状、吸水性等变化时，会使测量结果产生较大偏差。当物料的导电性能较高时也无法应用。
(3)慢中子计数法和γ射线散射法联合测定密度和含水。这种仪器放射源和探测器均放置在被测物料的同一侧，利用水对快中子的慢化作用，测量生成慢中子的多少来反应水分的含量。该方法的不足之处是a.慢中子计数和物料中水分之间的关系为非线性，水分增加时，慢中子产额增加，但产生的慢中子在到达探测器之前又被物料吸收，使探测到的慢中子计数减少。
b.物料对慢中子的吸收能力受到物料密度和成分变化的影响。
c.虽可用γ散射法测量物料密度进行补偿，但散射法测密度存在饱和现象(密度或厚度达到一定值以后，散射计数不再变化)和双值现象(即同一散射计数可对应两个密度值)，从而不能有效地进行补偿，造成较大的水分测量误差。
d.物料中水以外的成分发生变化时，也会造成较大测量误差。
本发明的目的在于提供一种检测动态物料水分的方法和仪表，对现场物料性质的变化有较强的适应性，在物料密度、颜色、形状、粒度、成分等变化时，能准确测出物料中所含水分的重量百分比。
本发明的具体方案包括将快中子源(2)、γ射线源(7)及快中子探测器(4、5)、γ射线探测器(8)相对安装在被测物料(9)的两侧并对射线进行测量和计算，其特征在于①首先，对有物料和无物料时的中子和γ计数进行测量，得到如下数椐被物料吸收后的快中子的透射计数N1；被物料吸收后的γ射线的透射计数N2；无物料时的γ射线计数N10；无物料时的快中子的计数N20；②然后，按下式计算参数L2、L1的数值L2＝Ln(N20)-Ln(N2) (2)L1＝Ln(N10)-Ln(N1) (3)③最后，按下式计算待测物料的水分数值H
H＝A.L2/L1+B (1)式中A、B均为常数。
上式中常数A、B的数值可由实际物料的标定求得。例如用仪器对5种以上不同水分值的物料进行测定，由式(2)和式(3)求出对应的L1和L2的数值，由化验室测得对应的水分值，用以上数据拟合式(1)，就可得到A、B的数值。
现有的快中子探测器对快中子选择性太差，其对慢中子也有相当高的探测效率，无法去除慢中子的影响。
为此，本发明给出了一种快中子和γ射线吸收在线水分测量仪表，具体包括快中子源、γ射线源、高选择性的快中子探测器、γ射线探测器和主机，其特征在于放射源和探测器分别相对安装在被测物料的两侧。本发明的测量原理是测量物料对快中子和γ射线的吸收能力。由于物料中水以外的其他不含氢物质对快中子没有吸收能力(只产生弹性散射)，所以本方法测水不受物料性质和水以外的其他成分变化的影响。由于物料中各种成分对所选γ射线的质量吸收系数判别很�。忙蒙湎呶辗ú饬课锪系闹柿亢穸染哂泻芎玫南咝裕也皇芪锪厦芏群统煞直浠挠跋�。
本发明利用中子变换体、加上锂玻璃闪烁体和光电倍增管制成高效率、高选择性的快中子探测器。本探测器对慢中子极不灵敏，测量不受慢中子及其有关的各种因素的干扰。
本发明采用快中子吸收和γ射线吸收联合测定的方案，在这种方案中，水分子对快中子的吸收具有很好的线性关系。水对于快中子的吸收能力远远大于其它物质，物料中水以外的其它成分对快中子几乎没有吸收能力，且其互相之间的差别很�。晕锪铣煞直浠运植饬棵挥杏跋�。
采用γ射线吸收法可准确测量物料的质量厚度，从而可准确计算出物料中水分的重量百分比(水分的确切定义)。而物料的其它性质如，成分、密度、形状、粒度、颜色、吸水性、水的分布情况、导电性能等的变化均不会对水分测量造成影响。
本发明对于动态物料的水分检测具有良好的适应性、线性和精度，现场应用测水分误差小于0.5％。当现场物料的厚度、密度、形状、颜色、成分等因素变化时仍能保证测量精度。利用检测到的水分值去控制生产设备，实现生产过程中物料水分的自动调节，可以保证产品质量，提高生产效率，给用户带来显著的经济效益。
本发明可用于矿山、冶金、建材、煤炭等众多领域对散装物料中的水分进行在线实时检测，以便实现水分的自动调节，完成生产过程的自动控制。
本发明有如下附图
图1快中子和γ射线吸收在线水分测量仪表示意图以下结合附图对本发明作进一步说明。
本发明所用仪表由快中子源2、γ射线源8、快中子探测器7、γ射线探测器9和计算机10组成，放射源和探测器分别相对安装在被测物料11的两侧。
中子源可采用3.7×109～1.85×1010Bq的Am-Be快中子源。中子源周围用含硼(5％)的石蜡1进行屏蔽，快中子由带准直孔的聚乙烯旋转体3射出。快中子探测器7由锂玻璃闪烁体5、加上中子变换体4和光电倍增管6而制成，该探测器对慢中子是极不灵敏的。中子变换体4由对慢中子有吸收能力和对快中子有慢化能力的材料制成，它有两个功能(1)吸收进入探测器的慢中子。(2)将进入探测器的(透过物料后剩余的)快中子变换为慢中子，以便被锂玻璃所探测。探测器周围用石蜡1对天然本底进行屏蔽。γ放射源可采用137Cs，活度范围为3.7×108～1.1×109Bq。仪器中可采用脉冲幅度甄别技术，以消除γ射线对中子测量的影响。主机可采用高性能的工业控制计算机，也可采用单片机制成智能化主机。
探测器输出和射线对应的脉冲信号。将此信号送入计算机，计算机首先对脉冲信号进行延时处理，对物料先经过的探测器的输出脉冲进行延时后再进行数学运算，延时间隔等于被测物料经过两个探测器的时间差。
计算机按照公式(2)、(3)和(1)进行运算，求出水分值，由计算机显示水分的瞬时值、动态变化曲线，并输出和水分对应的4～20mA标准信号，用于对生产过程进行控制。计算机每10分钟记录一组测量数据，保存在机内，以便随时调出观看和打印。
以下是本发明的一个具体实施例本实施例是用于钢铁厂皮带输送烧结料的水分的在线检测。烧结料是由铁精粉、焦碳等多种物料混合而成。物料的密度、粒度、堆积形状、颜色、电导率、厚度等一直在不断地变化。烧结料水分的变化严重地影响着炼铁高炉的燃烧效率，是决定炼铁工艺产品质量和产量的关键因素。若能实现水分的检测和自动调节，会对炼铁厂带来显著的经济效益。
本实施例采用1.5×1010Bq的Am-Be快中子源和7.4×108Bq的137Cs放射源。由Φ100mm的锂玻璃闪烁体、Φ100mm的光电倍增管加上中子变换体制成快中子探测器。
主机采用工业控制计算机，PC总线，基本配置为Pentium/166型CPU，主频166MHz，1.2G硬盘，32M内存，14”彩色显示器。
采用带光隔离的脉冲计数板接收来自探测器的脉冲信号。
用实际物料标定出仪表的公式系数为A＝49.15B＝-39.55仪表现场测水分误差小于0.3％。现场物料的密度、粒度、堆积形状、颜色、电导率、厚度等对数的变化对水分测量带来的误差可以忽略不计。
权利要求
1.一种快中子和γ射线吸收在线水分测量方法，包括将快中子源(2)、γ射线源(8)及快中子探测器(7)、γ射线探测器(9)相对安装在被测物料(9)的两侧并对射线进行测量和计算，其特征在于①对有、无物料时的快中子和γ射线进行测量，得到如下数椐N1-被物料吸收后快中子的透射计数；N2-被物料吸收后γ射线的透射计数；N10-无物料时γ射线计数；N20-无物料时快中子的计数；②按下式计算参数L2、L1的数值L2＝Ln(N20)-Ln(N2) (2)L1＝Ln(N10)-Ln(N1) (3)③按下式计算待测物料的水分数值HH＝A·L2/L1+B (1)式中A、B为常数。
2.一种快中子和γ射线吸收在线水分测量仪表，包括快中子源(2)、快中子探测器(7)、γ放射源(8)、γ射线探测器(9)和仪表主机(10)，其特征在于放射源(2、8)和探测器(7、9)分别相对安装在被测物料(11)的两侧。
3.根据权利要求2所述的在线水分测量仪表，其特征在于所说的快中子探测器(7)由中子变换体(4)、锂玻璃闪烁体(5)和光电倍增管(6)组成。
全文摘要
本发明涉及一种物料水分在线检测仪。利用快中子吸收和γ射线吸收法联合测定物料水分和密度,能准确测出物料中水分的百分比含量。本仪表对现场物料有很强的适应能力和良好的在线性度。物料的各种其它性质如,成分、密度、形状、粒度、颜色、吸水性、水的分布情况、导电性能等变化均不会对水分测量造成影响。本发明可用于矿山、冶金、建材、煤炭等众多领域对散装物料中的水分进行在线实时检测,以便实现水分的自动调节,完成生产过程的自动控制。特别适合对皮带输送机输送的物料进行在线测量。
文档编号G01N23/02GK1276528SQ0010976
公开日2000年12月13日 申请日期2000年7月5日 优先权日2000年7月5日
发明者侯朝勤 申请人:丹东东方测控技术有限公司, 侯朝勤
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