专利名称：一种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法
一种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法本发明涉及无源核子料位测量技术领域，具体的说是一种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法。在化工、冶金、煤炭、电力等行业，在输送物料的过程中，经常需要测量料斗、料仓中的料位。现有利用伽玛射线测量物位的方法主要有两种一种是传统的带放射源的核子料位计，如国内专利CN202230393公开的一种自动料位控制装置，其实质是利用左右相互对称的伽马射线柱对料位仓中的料位进行测量；另一种则是不带放射源，利用被测物料和环境的天然的伽玛射线测量物位的无放射源核子料位计，简称无源核子料位计，无源核子料 位计使得不用放射源而只是利用被测物料自身的伽玛放射性和被测容器所在环境中的伽玛放射性实现非接触测量物位变得简单有效和可行，使得原本需要使用核子料位计的领域被无源核子料位计取代，大大减少了放射源的使用数量，免去了高昂的放射源管理成本，降低了辐射风险。根据料位测量的报警模式又可将无源核子料位计分为开关式和连续式两种形式。开关式无源核子料位计是只能分辨物料高度是否达到设定位置、并输出开关信号的物位计；而连续式物位计是指能够分辨出具体的物料高度、并输出一种或多种连续物位信号的物位计。对于连续式无源核子料位计来说，料位曲线即物料高度与伽马射线强度的对应关系曲线，因此料位曲线的确定对准确判断料位起到非常关键的作用。如国内专利CN200810017274提供了一种与现实非常不符的理想的计算方法，用来计算出物位和测量到的放射性强度的对应曲线。该方法为了计算方便，首先把体放射源简化成面状放射源，其次把体放射源侧面的测量点的位置简化为面状放射源上空一点，最后又把平面上空一点的理想情况，扩大到不符合该理想模型的实际应用中，由此计算出的曲线的变化趋势在测量点靠近物料分界面时，与实际是相反的，所以没有实用价值。又如国内专利CN03115824公开的一种利用天然放射性测量物位的方法，其方法在于已知料位的情况下，逐渐增加物料，同时连续测量伽玛射线放射强度，得到物料高度和伽玛射线放射强度一一对应的点，连接所有测量点得到一条连续曲线即料位曲线。该方法的适用前提为已知料位，并且知道每个时刻的料位，但在实际情况下，该方法难以实现原因有三第一，通常不能及时准确知道料位；第二、为了得到比较准确的伽玛射线强度值，需要一定的响应时间；第三，由于伽玛射线的随机性，实际测量到的伽玛射线强度值是一个范围。本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种可精准确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法。为实现上述目的，设计一种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法，包括测量装置和计算模块，其特征在于该方法采用直接法，包含以下步骤(a)将连续式无源核子料位计安装在选定位置，使其安装高度符合报警的高度要求，安装方向要使得其中的伽玛马射线探测器能探测被测物料和被测容器的伽玛射线强度；(b)在测量范围内任意的一个可知的料位处，记录连续式无源核子料位计测量到的伽马射线强度及其变化范围，得到料位与伽马射线强度平面上的一个线段；(C)按照所需测量精度，改变料位，记录连续式无源核子料位计测量到的伽马射线强度及其变化范围，得到料位与伽马射线强度平面上的另一个线段；(d)重复步骤(c); (e)连接得到的线段的最大点，再连接得到的线段的最小点，得到不同料位对应的伽马射线强度的变化趋势，即比较粗的一条料位曲线；(f)根据该料位曲线，依实际测量的伽玛射线强度得到料位的范围，其中间值就是被测料位。该方法采用推算法替代直接法，包含以下步骤(a)线性拟合推算，在料满(料位为H)时，测量伽玛射线强度Nh ;在料空(料位为L)时，测出伽玛射线强度NI，实际测量时，当测到的伽玛射线强度为N，则此时的料位依计算公式 h=L+ (H-L) * (N-Nl) / (Nh-Nl)计算得出。(b)曲线拟合推算，测出料满和料空两个伽玛射线强度值，再多次改变料位，利用移动定位法确定该料位值，同时测出对应该料位的伽玛射线强度，得到包括料满和料空在内的多个料位和伽玛射线强度的对应点，再利用三次曲线拟合这些点，得到伽玛射线强度和料位的关系曲线，实际测量时，用测量到的伽玛射线强度值和该关系曲线，计算对应的料位。该方法采用参考法替代直接法，包含以下步骤(a)在被测容器附近环境辐射相似处，选择可以确定料位的、装同一种被测物料的、相似容器，并将连续式无源核子料位计安装在与被测容器的测量位置相似的位置；(b)测量料满和料空时的伽玛射线强度Nh和NI，做为实际被测容器处的料满和料空时的伽玛射线强度Nh和NI。(c)将连续式无源核子料位计安装回被测容器的选定位置，实际测量伽玛射线强度N，并用刚才确定的料空、料满射线强度Nh和NI，按照推算法得到实际料位h=L+(H-L) * (N-Nl)/(Nh-Nl)。所述推算法适用于能确定被测容器内满料和完全料空两种状态的情况，包括不能确定具体中间料位的情况，得到伽玛射线强度和料位的对应关系。所述参考法适用于所有情况，包括不能确定实际的料位，也不能确定被测容器内料满、料空状态的情况。所述推算法和参考法中的料位曲线是一条比较粗的曲线，每个料位对应一个伽玛射线强度范围；每一个测量到的伽玛射线强度在这条曲线上也对应一个料位范围，该范围就是该连续式无源核子料位计的测量精度；
所述的推算法中的曲线拟合中用的移动定位法，是在某一料位状态下，从上向下或从下向上移动连续式无源核子料位计，同时测量伽玛射线强度，得到一组变化的数据，该组数据中相邻两个数据的差最大的数所对应的连续式无源核子料位计的测量位置就是实际料位。本发明与现有技术相比，弥补了现有技术的空白，提供了适用于连续式无源核子料位计的确定料位与伽马射线强度关系的方法，为准确测定料位提供坚实基础，本发明提出直接法、拟合推算法及参考法三种可依实际测量情况相互替换的方法，既增加了用户测量时依实际测量情况的选择性，又可作为检验方法提高数据的可信度。图I是本发明涉及的无源核子料位计内部硬件结构示意图；图2是本发明涉及的无源核子料位计应用示意图；图3是本发明实施例测量到的料位曲线图；图中I.物料2.被测容器3.无源核子料位计4.无源核子料位计支架[具体实施方式
]结合附图
对本发明做进一步说明，该方法对本领域专业技术人员来说是可以实现的。本发明方法的提出是为了适用于连续式料位计，希望随着物料高度的变化、连续输出精确的物位信号，设计的基本方案为在确定好的测量点位置安装符合灵敏度要求的连续式无源核子料位计，在确定的响应时间内测量伽玛射线强度，确定测量到的伽玛射线强度和物位的关系曲线，依实际测量到的伽玛射线强度值，输出被测料位。本发明提出的直接法的实现要结合其他方法先确定料位，方法不局限于移动法和敲击法，按照测量精度要求，反复测量不同料位对应的伽玛射线强度范围，记录连续式无源核子料位计测量到的伽玛射线强度及其变化范围，由此得到料位曲线上的一个点，然后再用各种方法，改变料位，重复上述步骤，又会得到料位曲线上的另外一个点，如此反复重复，会得到许多点，把这些点连起来，就能得到不同料位高度对应的伽玛射线强度的变化范围。实际上这样得到的是一条比较“粗”的、每个料位对应一个伽玛射线强度范围、每一个伽玛射线强度值也对应一个料位范围的料位曲线。尽量找到足够多的点使得连起来的曲线平滑，由测量到的伽玛射线强度值对应的料位范围符合连续式无源核子料位计的精度要求。然后依据实际测量的伽玛射线强度判定料位范围。将本发明提供的方法应用于连续式飞灰料位计中，测量电除尘器或布袋除尘器灰斗的料位，所用的电除尘器或布袋除尘器灰斗如图2所示为倒四棱锥形钢板结构、高度5-8米、倾角60度、外部设有20-40cm厚的保温材料和保护保温材料的彩钢板，内部被测物料是煤粉燃烧后形成的温度在135-450°C的飞灰，鉴于飞灰的温度、黏性和落灰的冲击力及其较强的伽玛放射性，在灰斗灰位监测上采用本发明所述的方法是非常理想的。实施例中使用的无源核子料位计如图I所示主要包括(I)伽玛射线探测器，选用NaI闪烁探测器，用于测量被测物料和被测容器所在环境的伽玛射线强度；(2)信号处理模块，用于处理所收集的伽玛射线强度信号，结合软件根据预先设定的开关点发出报警信号、解除报警信号，或根据预先取得的伽玛射线强度与料位的关系输出连续料位信号的电子线路；(3)料位信号输出模块，用于把信号处理模块输出的报警信号、报警解除信号、料位信号输出的电子线路，可以是灯光、声音、I/O 口、继电器、模拟量输出电路、通信接口等；(4)辅助模块，包括安装支架、改善信噪比的射线屏蔽装置、电缆接头、天线、用于设定开关点或伽玛射线强度与料位的关系曲线参数的手持设备、用于无源核子料位计之间交换信息的通信设备等；(5)软件，用于控制伽玛探测器，处理伽玛信号并输出报警信号、解除报警信号、或连续料位信号，实现通信或人机对话等等功能的所有相关代码的集合。采用直接法测量步骤如下
(a)将连续式飞灰料位计安装在灰斗高度的3/4位置处，使得连续式飞灰料位计的探测方向对准灰斗，并开始测量伽马射线强度；(b)改变料位，用其他料位测量设备测量并确认料位，记录连续式无源核子料位计测量到的伽马射线强度及其在可信度为99%时的变化范围，得到料位曲线上的一个线段；(c)重复步骤(b)，直到有足够精度的数据，通常要50次以上；(d)连接得到的线段，得到不同料位对应的伽马射线强度的变化趋势，即料位曲线，依据该料位曲线，每个伽玛射线强度值对应一个料位范围，盖范围就是测量精度；(e)根据实测的伽玛射线强度N和上述的料位曲线，得到当前灰位范围。由于确认料位比较困难，但是可以确认料满和料空这两个状态，就采用推算法测量，步骤如下(a)将连续式飞灰料位计安装在灰斗高度的3/4位置处，使得连续式飞灰料位计的探测方向对准灰斗，并开始测量伽马射线强度；(b)在灰斗全空时(灰位为L)，测得料空伽玛射线强度NI ；(c)在根据经验确认灰斗全满时(灰位为H)，测得料空伽玛射线强度Nh ；(d)在实际测量时，测到的伽玛射线强度N与此时的灰位h的关系h=L+ (H-L) * (N-Nl) / (Nh-Nl)，并输入连续式飞灰料位计；(e)根据实测的伽玛射线强度N和上述的料位曲线，得到当前灰位范围。有时，料满值也比较难获得，用参考法测量料满值，再用推算法，步骤如下(a)将连续式飞灰料位计安装在灰斗高度的3/4位置处，使得连续式飞灰料位计的探测方向对准灰斗；(b)在灰斗全空时(料位为L)，测得料空伽玛射线强度NI ；(C)将连续式飞灰料位计拿下来，在安装位置的下面不同高度处，与灰斗保持相同距离，对着灰斗测量。用移动定位法判断灰位，确认灰位到一半以上后，在灰斗下半部分，找到伽玛射线强度最强的区域，以此最强伽玛射线强度近似为料满伽玛射线强度Nh ；(d)将连续式飞灰料位计安装回安装位置，测到的伽玛射线强度N与此时的灰位h的关系h=L+ (H-L) * (N-Nl) / (Nh-Nl)，并输入连续式飞灰料位计；(e)连续式飞灰料位计在安装位置，根据实测的伽玛射线强度N和上述的关系公式，得到灰位h。依据上述方法得到如图3所示的料位曲线，随着料位高度的增加，伽马射线放射强度呈上升趋势，每一个料位H对应一个伽玛射线强度范围(Al，A2)，实际测量时，每测量到一个伽玛射线强度值A，它所对应的也是一个料位的范围(H1，H2)，亦即测量精度。直接法、拟合推算法及参 考法三种方法可依据实际测量工况相互替换，亦可作为检验方法，提高数据的可信度。
权利要求
1.ー种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法，包括測量装置和计算模块，其特征在于该方法采用直接法，包含以下步骤 (a)将连续式无源核子料位计安装在选定位置，使其安装高度符合报警的高度要求，安装方向要使得其中的伽玛马射线探测器能探测被测物料和被测容器的伽玛射线強度； (b)在測量范围内任意的ー个可知的料位处，记录连续式无源核子料位计测量到的伽马射线強度及其变化范围，得到料位与伽马射线強度平面上的ー个线段； (C)按照所需测量精度，改变料位，记录连续式无源核子料位计测量到的伽马射线強度及其变化范围，得到料位与伽马射线強度平面上的另ー个线段； Cd)重复步骤(C)； (e)连接得到的线段的最大点，再连接得到的线段的最小点，得到不同料位对应的伽马射线强度的变化趋势，即比较粗的一条料位曲线； (f)根据该料位曲线，依实际测量的伽玛射线強度得到料位的范围，其中间值就是被测料位。
2.如权利要求I所述的ー种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法，其特征在于该方法采用推算法替代直接法，包含以下步骤 (a)线性拟合推算，在料满(料位为H)时，測量伽玛射线強度Nh;在料空(料位为L)吋，测出伽玛射线強度NI，实际测量吋，当测到的伽玛射线强度为N，则此时的料位依计算公式h=L+ (H-L)*(N-Nl)/(Nh-Nl)计算得出。
(b)曲线拟合推算，测出料满和料空两个伽玛射线强度值，再多次改变料位，利用移动定位法确定该料位值，同时测出对应该料位的伽玛射线強度，得到包括料满和料空在内的多个料位和伽玛射线強度的对应点，再利用三次曲线拟合这些点，得到伽玛射线強度和料位的关系曲线，实际测量时，用測量到的伽玛射线强度值和该关系曲线，计算对应的料位。
3.如权利要求I所述的ー种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法，其特征在于该方法采用參考法替代直接法，包含以下步骤 (a)在被测容器附近环境辐射相似处，选择可以确定料位的、装同一种被测物料的、相似容器，并将连续式无源核子料位计安装在与被测容器的測量位置相似的位置； (b)測量料满和料空时的伽玛射线強度Nh和NI，做为实际被测容器处的料满和料空时的伽玛射线強度Nh和NI。 (c)将连续式无源核子料位计安装回被测容器的选定位置，实际测量伽玛射线强度N，并用刚才确定的料空、料满射线強度Nh和NI，按照推算法得到实际料位h=L+(H-L) * (N-Nl)/(Nh-Nl)。
4.如权利要求I或2所述的ー种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法,其特征在于所述推算法适用于能确定被测容器内满料和完全料空两种状态的情况，包括不能确定具体中间料位的情况，得到伽玛射线強度和料位的对应关系。
5.如权利要求I或3所述的ー种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法,其特征在于所述參考法适用于所有情况，包括不能确定实际的料位，也不能确定被测容器内料满、料空状态的情況。
6.如权利要求I或2或3所述的ー种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法，其特征在于(a)料位曲线是一条比较粗的曲线，每个料位对应ー个伽玛射线强度范围； (b)每ー个測量到的伽玛射线強度在这条曲线上也对应ー个料位范围，该范围就是该连续式无源核子料位计的测量精度。
7.如权利要求2所述的ー种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法中的曲线拟合推算中用移动定位法，其特征在于 Ca)在某一料位状态下，从上向下或从下向上移动连续式无源核子料位计，同时测量伽玛射线強度，得到一组变化的数据； (b)该组数据中相邻两个数据的差最大的数所对应的连续式无源核子料位计的测量位置就是实际料位。
全文摘要
本发明涉及无源核子料位测量技术领域，具体是一种确定连续式无源核子料位计中料位曲线的方法，该方法采用直接法，包含以下步骤先将连续式无源核子料位计安装在选定位置；再通过其他测量方式确定料位，按照测量精度要求，在不同料位处，测量不同料位对应的伽玛射线强度；最后依据实际测量的伽玛射线强度确定料位，也可采用推算法或参考法替代直接法，本发明弥补了现有技术的空白，提供了适用于连续式无源核子料位计的确定料位与伽马射线强度关系的方法，为准确测定料位提供坚实基础，本发明提出直接法、拟合推算法及参考法三种可依实际测量情况相互替换的方法，既增加了用户测量时依实际测量情况的选择性，又可作为检验方法提高数据的可信度。
文档编号G01F23/288GK102735313SQ20121020368
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者朱敏娟, 郭云昌 申请人:朱敏娟, 郭云昌