专利名称：矿石品位和煤炭灰分的测量方法及便携式测量仪器的制作方法
技术领域：
本发明属于核探测技术应用和自动化检测领域，具体涉及一种矿石品位和煤炭灰分的测量方法及便携式测量仪器。
背景技术：
目前对矿石品位和煤炭灰分的分析测定需首先对矿石和煤炭进行破碎、研磨、过筛、缩分，然后进行化学分析；或将研磨后的矿粉压制成密度恒定的片状样品，再进行X荧光分析。这个过程费工、费时、代表性差、费用高，难以满足对矿石品位和灰分进行快速检测的需要。
国内外已有双能量γ射线吸收的原理制成的灰分在线检测仪和扫描式快速分析装置，由于使用的是双能量吸收法，必须将被测物料放在放射源和探测器中间，所以不能直接对矿石堆，煤堆或采矿作业面进行测量，必须从现场取出样品，装到样品盒中，再将样品盒放到测量装置中(放到探测器和放射源之间)才能测量。其装置笨重，只能固定安装，不能移动，使用很不方便，且价格昂贵。同时由于低能γ射线的光电吸收系数和原子序数的4～5次方成正比，对灰分成分的变化太灵敏，所以γ吸收式灰分仪的缺点是灰分成分发生变化时，造成较大的灰分测量误差。
发明内容
本发明针对上述测量方法及设备的不足，利用双能量γ射线散射的原理，提出了一种可更为快速准确测定矿石品位和煤炭灰分的方法，另外，本发明还要提供一种轻便的，可以手携到处使用的矿石品位和灰分的快速分析仪。
本发明的具体技术方案如下矿石品位和煤炭灰分的测量方法，包括如下过程(1)将双能量γ放射源和探测装置置于被测物料的同一侧，使双能量γ射线通过在物料面上的散射被探测装置接收；(2)对探测到的能谱曲线进行数据处理，选取两个敏感区S1和S2分别对应低能和高能γ的散射能量，应用经验公式P＝A·R2+B·R+C
其中，P--品位或灰分R＝S2/S1A、B、C--待定系数，通过对已知品位的矿石样品进行测量，用最小二乘法拟合经验公式求得得出矿石品位或煤炭灰分。
矿石品位和煤炭灰分的便携式测量仪器，包括置于屏蔽容器内的双能量γ放射源、探测器和与探测器连接的仪表主机，放射源和探测器安装在测量架上，探测器外设有铅屏蔽，放射源和探测器的轴线之间的设有一定的夹角，并距矿面之间的距离可调，探测器采用NaI晶体闪烁探测器，与探测器连接的仪表主机为单片机控制的射线能谱分析仪和数据处理系统。
本发明由于运用双能量γ射线散射的原理进行矿石品位和煤炭灰分的测量，其测量结果不受矿石粒度和密度变化的影响。由于散射法是将放射源和探测器置于被测物料的同侧，所以可制成便携式的测量仪器，用手拿仪器直接放在矿堆、运矿车或采矿作业面上测量，既方便又准确。
图1便携式矿石品位和煤炭灰分仪的结构示意图。
图2测量架的结构示意图。
图中1.测量架2.角度调整拨轮3.放射源4.贫铀屏蔽5.放射源开关6.探测器7.铅屏蔽8.堆料或矿层表面9.仪表主机10.横杆11.螺杆具体实施方式
便携式矿石品位和煤炭灰分仪的结构示意图，如图1所示。双能量γ放射源3的高能放射源能量范围为150～1360KeV，活度37～185MBq，本实施例中选用137Cs，活度为148MBq，低能放射源的能量范围为15～100KeV，活度74～370MBq，本实施例中选用241Am，活度为370MBq。探测器可采用Φ20×20～Φ40×40mm的NaI晶体闪烁探测器，本实施例中选用Φ30×30mm的NaI晶体闪烁探测器。双能量γ放射源3放置在贫铀屏蔽4内、探测器6外设有铅屏蔽7，探测器6与仪表主机9连接。结合图2所示，倒T形的测量架1的立柱上设有导槽，横杆10的中间设有螺柱。放射源3的贫铀屏蔽4和探测器6活动安装在测量架的横杆10两端。测量架1的立柱上横杆10的上方设有螺杆11，螺杆11中间设有角度调整拨轮2，螺杆11的两端设有左右旋螺纹，螺杆的两端与设在屏蔽容器4和探测器6上的螺母连接，转动角度调整拨轮2可使螺母在螺杆上移动，横杆10和螺杆11均可通过测量架上的导槽上下移动，并通过螺钉紧固。放射源和探测器的轴线之间的夹角可通过测量架上的角度调整拨轮2在30°～60°之间调整，距矿面之间的距离可根据被测矿石粒度的不同在20～250mm之间选取。与探测器连接的仪表主机9为89C51RD2微处理单片机控制的射线能谱分析仪和数据处理系统。
如图所示，测量架可手持放在堆料上，按如下步骤对矿石品位或煤炭灰分进行测量(1)开启放射源屏蔽，使双能量γ射线射出并通过在物料面上的散射被探测器接收；由于单能γ射线被物料内部的原子散射一般经历3个物理过程，首先射线在入射路程中受到衰减，再被物料内部的原子散射，最后散射射线在透出物料的过程中又被物料衰减，散射射线的强度由下式表示I=Ioρe.dσ/dΩρ(μi+μs)(1-e-ρ(μi+μs)x)ΔΩ---(1)]]>ρe是电子密度；ρ是散射材料的体密度；μi，μs分别是在散射前后的散射材料的质量衰减系数；ΔΩ是探测器张开的立体角；Io是入射光子强度；x是在散射材料内的散射中心的深度。
(2)探测器获取射线脉冲信号经前置放大后，由同轴电缆送往仪表主机；(3)仪表主机对能谱曲线进行数据处理，同时伴随稳峰控制，选取两个敏感区S1和S2分别对应低能和高能γ的散射能量，应用经验公式P＝A·R2+B·R+C其中，P--品位或灰分R＝S2/S1
A，B，C--待定系数得出矿石品位或煤炭灰分。
公式中的待定系数A、B、C是通过对至少5个已知品位的矿石样品进行测量，用最小二乘法拟合经验公式求得。
选取高能射线的能量大于150KeV，被测物料中的各种元素对高能射线的质量衰减系数基本是一个不变的常数。选取低能射线，使其质量衰减系数对被测元素有较好的选择性。这样，散射强度比就主要受被测元素的品位的影响，或受煤炭中灰分变化的影响。
测量系统的稳峰方案如下用测到的γ谱线的特征峰作为稳峰基准，将峰分为上下两部分，以上、下两部分的面积(计数率)的比值--“计数比”达到一定的数值时作为稳定条件。当探测器增益发生漂移时，造成计数比发生变化，此时由单片机控制，改变供给探测器光电倍增管的高压值，从而使增益变化，对漂移进行补偿。整个稳峰过程由单片机实现软件PID调节和多信息智能控制，实现电路的高稳定性和高可靠性。用微处理机对测到的能谱曲线进行分析、处理、控制，可杜绝目前稳峰技术常出现的跑峰和死机现象。
用该仪器测量矿石品位，范围0～70％，测量误差小于0.5％；测量煤炭灰分，范围0～30％，误差小于0.5％。测量一次样品的时间为1～3分钟，机内可存放100个测量结果，5种不同的矿石数学模型。
权利要求
1.一种矿石品位和煤炭灰分的测量方法，其特征在于该方法包括如下过程(1)将双能量γ放射源和探测装置置于被测物料的同一侧，使双能量γ射线通过在物料面上的散射被探测装置接收；(2)对探测到的能谱曲线进行数据处理，选取两个敏感区S1和S2分别对应低能和高能γ的散射能量，应用经验公式P＝A·R2+B·R+C其中，P--品位或灰分R＝S2/S1A、B、C--待定系数，通过对已知品位的矿石样品进行测量，用最小二乘法拟合经验公式求得得出矿石品位或煤炭灰分。
2.如权利要求1所述的矿石品位和煤炭灰分的测量方法，其特征在于在测量过程中，用测到的γ谱线特征峰作为基准，将峰分为上下两部分，以上下两部分面积的比值达到一定的数值作为稳定条件，对增益的漂移进行补偿，实现稳峰。
3.一种测量矿石品位和煤炭灰分的便携式仪器，包括置于屏蔽容器(4)内的双能量γ放射源(3)、探测器(6)和与探测器连接的仪表主机(9)，其特征在于放射源(3)和探测器(6)安装在测量架(1)上，放射源(3)和探测器(6)的轴线之间的设有一定的夹角，并距矿面有一定的距离，与探测器连接的仪表主机为单片机控制的射线能谱分析仪和数据处理系统。
4.如权利要求3所述的测量矿石品位和煤炭灰分的便携式仪器，其特征在于探测器(7)和放射源(6)的轴线之间的夹角调整范围为30°～60°，距矿面的调整距离在20～250mm之间。
5.如权利要求3或4所述的测量矿石品位和煤炭灰分的便携式仪器，其特征在于探测器(6)采用NaI晶体闪烁探测器，探测器(6)外设有铅屏蔽(7)。
6.如权利要求5所述的测量矿石品位和煤炭灰分的便携式仪器，其特征在于测量架(1)的立柱上设有导槽，横杆(10)安装在测量架(1)的立柱上，横杆(10)可通过测量架(1)上的导槽上下移动，放射源(3)和探测器(6)安装在横杆(10)的两端，根据需要调整放射源(3)与探测器(6)轴线之间的夹角。
7.如权利要求3或4或6所述的测量矿石品位和煤炭灰分的便携式仪器，其特征在于测量架(1)的立柱上设有螺杆(11)，螺杆(11)中间设有角度调整拨轮(2)，螺杆(11)两端为左右旋螺纹，螺杆(11)与放射源(3)和探测器(6)上设有的螺母连接，通过调整拨轮(2)来调整放射源(3)与探测器(6)轴线之间的夹角，螺杆(11)均通过测量架上的导槽上下移动。
8.如权利要求3或4所述的测量矿石品位和煤炭灰分的便携式仪器，其特征在于双能量γ放射源的高能放射源能量范围为150～1360KeV，活度37～185MBq，低能放射源的能量范围为15～100KeV，活度74～370MBq，NaI晶体闪烁探测器的尺寸为Φ20×20～Φ40×40mm。
9.如权利要求7所述的测量矿石品位和煤炭灰分的便携式仪器，其特征在于双能量γ放射源的高能放射源能量范围为150～1360KeV，活度37～185MBq，低能放射源的能量范围为15～100KeV，活度74～370MBq，NaI晶体闪烁探测器的尺寸为Φ20×20～Φ40×40mm。
全文摘要
本发明提供一种矿石品位和煤炭灰分的测量方法及便携式测量仪器。该方法利用双能量γ放射源散射原理,通过计算机对散射的γ谱线进行数学处理,求出被测物料的品位或灰分值。屏蔽的放射源和探测器安装在测量架上,放射源和探测器的轴线之间的设有一定的夹角,并距矿面有一定的距离,探测器采用NaI晶体闪烁探测器,与探测器连接的仪表主机为单片机控制的射线能谱分析仪和数据处理系统。可直接放在堆料上进行测量,使用方便,准确度高。
文档编号G01T1/202GK1346981SQ0113508
公开日2002年5月1日 申请日期2001年11月27日 优先权日2001年11月27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