本实用新型涉及称重技术领域，尤其涉及一种X射线核子秤。
背景技术：
煤炭在我国的能源产业结构中一直占据主导地位。煤矿企业为了提高经济效益，加强对煤炭生产环节的监管，一般在回采工作面的顺槽皮带上安装同位素核子秤，实时监督采区的原煤回收率，确保煤炭资源的有效回收。
煤矿回采工作面的采煤工艺采用“倒退法”采煤，井下回采工作面的皮带输送机会随着采煤工作面的推进而缩短，引起皮带张力的变化。在皮带输送机上安装的同位素核子秤采用“非接触式”称量，同位素核子秤采用测量物料对同位素137Cs释放γ射线的衰减量来对输送机输送的物料进行称重，计量误差不受皮带张力变化的影响，特别适合煤矿回采皮带环境下的计量，得到广泛应用。同位素137Cs产生的单能γ射线，衰减系数为常数，计量精度高、线性度好。
但上述同位素核子秤中使用的放射性同位素137Cs存在一定的辐射残留问题。
技术实现要素：
本实用新型提供一种X射线核子秤，以解决上述现有的同位素核子秤存在一定的辐射残留问题。
本实用新型提供一种X射线核子秤，包括：
X射线源、X射线探测器、支架和称重仪表；
其中，所述X射线源设置在所述支架的一端；所述支架的另一端设置在所述X射线探测器上；所述X射线源和所述X射线探测器之间设置有传送被测物料的皮带；
所述X射线探测器和所述称重仪表连接。
可选的，所述支架包括：
顶板、侧板和底板；
其中，所述顶板、侧板和底板之间围成密闭空间；
所述顶板和所述底板上分别设有一开口，用于透过X射线。
可选的，所述X射线源，包括：
X射线管、高压电源模块、低压电源模块和高压电源控制模块；
其中，所述X射线管分别与所述高压电源模块和所述低压电源模块电连接；
所述高压电源模块和所述高压电源控制模块电连接。
可选的，所述X射线源与所述称重仪表通过无线通信连接。
可选的，所述X射线探测器和所述称重仪表通过无线通信连接。
可选的，所述X射线管设置在防护套里；
所述防护套设有一射线窗口，用于射出X射线。
可选的，所述射线窗口处设有屏蔽结构，用于屏蔽小于预设的能量值的 X射线。
可选的，所述屏蔽结构的厚度范围为4-5mm。
可选的，还包括：
与所述称重仪表连接的测速组件；其中，所述测速组件设置在所述皮带的输送机上，用于测量所述输送机的传送速度。
可选的，所述测速组件为速度传感器。
本实用新型提供的X射线核子秤，包括：X射线源、X射线探测器、支架和称重仪表；其中，所述X射线源设置在所述支架的一端；所述支架的另一端设置在所述X射线探测器上；所述X射线源和所述X射线探测器之间设置有传送被测物料的皮带；所述X射线探测器和所述称重仪表连接，X射线核子秤计量的稳定性较高，而且在关闭X射线源的交流电源之后，没有X射线产生，不存在辐射残留问题，也无需考虑废源处理问题，对环境影响小。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本实用新型提供的X射线核子秤一实施例的结构示意图；
图2是本实用新型提供的X射线核子秤的校准方法一实施例的流程示意图；
图3是本实用新型提供的X射线核子秤一实施例的X射线源结构示意图；
图4是本实用新型提供的X射线核子秤另一实施例的X射线源结构示意图。
附图标记说明：
1、X射线源；
2、X射线探测器；
3、支架；
4、称重仪表；
5、上皮带；
6、下皮带；
7、X射线管；
8、防护套；
9、射线窗口。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的设备的例子。
本实用新型的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现有煤炭生产环节中称重方式，一般是在胶带输送机上安装的电子皮带秤采用接触式称重，计量误差受皮带张力变化影响，不适合在皮带张力变化大的场所使用；或者采用同位素核子秤，即采用测量物料对同位素137Cs释放γ射线的衰减量来对输送机输送的物料进行称重，为“非接触式”称量，计量误差不受皮带张力变化的影响，但是存在辐射残留问题。
实用新型人在实现本实用新型的过程中，研究了用X射线源替代137Cs同位素源后对核子秤计量性能产生的影响。综合X射线与同位素γ射线的差异性，提出了用X射线探测器兼做监测X射线能量(即管电压)和强度(即管电流)的反馈传感器，通过反馈控制X射线源的管电压和管电流来保持X射线参数的恒定，而且提出了X射线源“源强零点”的概念，通过监测X射线核子秤的“计量零点”来控制X射线源的“源强零点”，实现X射线核子秤计量零点的稳定。
图1是本实用新型提供的X射线核子秤一实施例的结构示意图。如图1 所示，本实施例提供的X射线核子秤，包括：
X射线源1、X射线探测器2、支架3和称重仪表4；
其中，所述X射线源1设置在所述支架3的一端；所述支架3的另一端设置在所述X射线探测器2上；所述X射线源和1所述X射线探测器2之间设置有传送被测物料的皮带；
所述X射线探测器2和所述称重仪表连接；
所述称重仪表4，用于根据所述X射线探测器发送的X射线强度信息，确定所述被测物料的负荷；
所述称重仪表4，还用于根据所述X射线探测器输出的X射线能量和强度，以及所述X射线源发送的管电压和管电流参数，确定所述管电压和管电流参数的偏移量，并发送给所述X射线源；
所述X射线源1，用于根据所述管电压和管电流参数的偏移量，调整所述管电压和管电流参数。
如图2所示，本实施例的方法，应用于如图1所示的X射线核子秤，所述方法包括如下步骤：
步骤201、所述称重仪表获取所述X射线探测器输出的X射线能量和强度，以及获取所述X射线源发送的管电压参数和管电流参数；
步骤202、所述称重仪表根据所述X射线能量和强度，以及所述管电压参数和管电流参数，分别确定所述管电压参数的偏移量和所述管电流参数的偏移量，并发送给所述X射线源；
步骤203、所述X射线源根据所述管电压参数的偏移量和所述管电流参数的偏移量，调整所述管电压参数和管电流参数。
具体的，如图1所示，X射线源和X射线探测器设置在支架3的两端，X 射线源用于产生一定能量且强度稳定的X射线，即发射X射线；X射线探测器，用于检测穿过物料后剩余的X射线的能量和强度。
X射线源1和所述X射线探测器3之间设置有传送被测物料的上皮带5，在其他实施例中X射线源1和所述X射线探测器3的位置也可以互换，即X 射线源1设置在上皮带5和下皮带6中间，X射线探测器3设置在支架上方，本实用新型实施例对此并不限定。
称重仪表4与X射线探测器3之间可以通过有线连接，或无线通信连接实现，称重仪表，用于根据所述X射线探测器发送的X射线强度信息，确定所述被测物料的负荷。
X射线在穿过物料时，一部分被物料吸收，未被吸收的X射线穿透物料后到达X射线探测器。穿透物料后的X射线的强度按下式(1)的指数规律衰减：
N＝N0e‐μF/S……………………………………(1)
其中：μ表示物料的质量吸收系数；F表示输送机物料负荷；S表示输送机皮带的宽度；N0表示无物料时X射线探测器处X射线强度；N表示有物料时 X射线探测器处X射线强度。
X射线探测器有2个作用：1)监测X射线能量和强度，向称重仪表反馈 X射线源的管电压和管电流参数的瞬时值，保持X射线能量和强度的恒定；2) 作为输送机上物料载荷检测传感器。
具体的，为了保持X射线核子秤的X射线的能量和强度的恒定，本实用新型实施例中所述称重仪表获取所述X射线探测器X射线能量和强度(即管电压和管电流参数的瞬时值)，以及X射线源发送的管电压参数和管电流参数，并根据所述X射线能量和强度，以及所述管电压参数和管电流参数，分别确定所述管电压参数的偏移量和所述管电流参数的偏移量，并发送给所述X射线源，使得所述X射线源根据所述管电压参数的偏移量和所述管电流参数的偏移量，调整所述管电压参数和管电流参数，增加了X射线源输出的X 射线能量和强度的稳定性，提高了X射线核子秤计量的稳定性。
如图3所示，可选的，所述X射线源，包括：
X射线管、高压电源模块、低压电源模块和高压电源控制模块；
其中，所述X射线管分别与所述高压电源模块和所述低压电源模块电连接；
所述高压电源模块和所述高压电源控制模块电连接；
所述X射线源与所述称重仪表通过无线通信连接；
所述X射线探测器和所述称重仪表通过无线通信连接；
所述高压电源控制模块，具体用于根据所述管电压和管电流参数的偏移量，调整所述管电压和管电流参数。
为了克服X射线强度变化对X射线核子秤计量稳定性的影响，我们可以利用X射线源的高压电源控制模块，通过网络与称重仪表共享X射线源高压电源的数据，监控X射线强度的变化。
称重仪表可以实现如下功能：1)接收X射线探测器的输出信号，即X射线强度信息、输送机的传送速度、X射线源的X射线能量和强度(即管电压和管电流参数的瞬时值)，接收X射线源发送的管电压参数和管电流参数；2) 计算出输送机上物料的载荷、流量、班产量，管电流、管电压参数的偏移量； 3)通过无线或有线网络，把X射线核子秤的零点电压值(强度信息的一种表示方式)、X射线能量和强度的瞬时值，管电流、管电压参数的偏移量发给X 射线源。
因X射线能量的分布是连续的，与物质相互作用时的衰减系数是波长的变量，为了提高X射线核子秤的称重精度和线性度，因此需要实时跟踪X射线核子秤的计量状态和X射线的参数，使X射线核子秤的稳定性和精度得到很大的提高。
X射线核子秤的稳定性由X射线源的稳定性决定，涉及X射线的能量和强度。X射线源的管电压决定X射线能量、管电流决定X射线强度。
可以利用X射线源内的高压电源控制模块，用X射线探测器作为监视X 射线能量和强度的反馈传感器，通过反馈控制，保持X射线参数的恒定，从而保持X射线的能量和强度的恒定。原理如下：
X射线源送电工作后，高压电源控制模块通过控制高压电源模块实现：
1)根据设定的X射线源参数(管电流、管电压参数)自动调节X射线管电流、管电压，保证X射线的能量和强度不受电源电压波动的影响；
2)称重仪表通过无线网络接收X射线探测器检测到的X射线参数的瞬时值，即X射线能量和强度，根据管电流、管电压参数的瞬时值与预设的管电流、管电压参数(即X射线源发送的管电压参数和管电流参数)比较，确定偏移量，调整管电压、管电流参数的值保持X射线参数的稳定，克服X射线管老化引起的X射线强度的减小。
上述实施方式中，通过实时跟踪X射线核子秤的X射线的参数，调整管电压和管电流参数，使X射线核子秤的稳定性得到很大的提高。
可选的，支架包括：
顶板、侧板和底板；
其中，所述顶板、侧板和底板之间围成密闭空间；
所述顶板和所述底板上分别设有一开口，用于透过X射线。
具体的，顶板上设有一开口，用于透过所述X射线源射出的X射线。
底板上设有一开口，用于透过穿过物料后剩余的X射线。
本实施例提供的的校准方法，用X射线探测器兼做监测X射线能量和强度的反馈传感器，通过反馈控制X射线源的管电压和管电流来保持X射线源的X射线参数恒定，提高了X射线核子秤计量的稳定性，而且采用X射线源替代同位素137Cs源制成的X射线核子秤，在关闭X射线源的交流电源之后，没有X射线产生，不存在辐射残留问题，也无需考虑废源处理问题，对环境影响小。
在上述实施例的基础上，可选的，为了提高X射线核子秤零点稳定性，所述方法还包括如下步骤：
所述称重仪表采集所述皮带空载运行时所述X射线探测器在标定周期内的X射线强度采样值；
所述称重仪表根据所述X射线强度采样值，确定所述X射线核子秤的计量零点；所述计量零点为所述皮带空载运行时所述X射线探测器输出的X射线强度信息。
进一步，还可以包括如下步骤：
所述称重仪表分别采集所述皮带空载运行时所述X射线源在标定周期内的管电压参数采样值和管电流参数采样值；
根据所述计量零点以及所述管电压参数采样值和管电流参数采样值，确定与所述计量零点对应的源强零点；所述源强零点为与所述计量零点对应的管电压参数和管电流参数。
具体的，计量零点是X射线核子秤计量的基准，是输送带上没有物料且运转一周时，X射线探测器接收到的X射线剂量率的平均值。计量零点受X 射线能量、强度和输送带的材质的一致性等因素的共同影响。计量零点的稳定性决定了X射线核子秤计量的稳定性，我们首次提出“计量零点”和X射线源的“源强零点”，通过监控X射线的计量零点和X射线源的源强零点，实现了X射线核子秤计量的稳定。原理如下：
在X射线核子秤的计量过程中，X射线源的源强零点(管电压U0i、管电流I0i)的变化会造成X射线的能量和强度变化，皮带跑偏、皮带磨损等因素都会影响到X射线探测器输出值的稳定。为了得到稳定的皮带秤的计量零点，消除X射线变化对计量零点的影响就十分重要了。
1)确定“计量零点-源强零点”
接通X射线源交流电源待X射线稳定后，启动输送机让皮带空载运行，由称重仪表分别记录在皮带运转一个标定周期(T)内采集到的X射线探测器的信号S0i、X射线源的管电压U0i和管电流I0i：
式中：S0、U0、I0分别表示核子秤的计量零点和对应的源强零点(管电压、管电流)；
S0i、U0i、I0i表示核子秤计量零点和对应的源强零点的第i个采样信号的值；
n表示在标定周期内的采样信号点数；
T表示标定周期；
fs表示计量仪表的信号采样频率。
我们把皮带空载运行时测得X射线探测器的信号S0i称为X射线核子秤的“计量零点”，与“计量零点”时刻相对应的X射线源的管电压U0i、管电流I0i称为X射线源的“源强零点”。高压电源控制模块把X射线源的“源强零点”数值通过无线或有线网络发给称重仪表，称重仪表也通过无线网络把“计量零点”反馈给高压电源控制模块。在称重仪表和高压电源控制模块内同时建立X射线核子秤的“计量零点-源强零点”数组(S0i、U0i、I0i)。
进一步的，所述方法，还包括：
所述称重仪表确定所述源强零点是否属于预设的源强零点范围；
若所述源强零点不属于预设的源强零点范围，则所述称重仪表确定所述管电压参数的偏移量和所述管电流参数的偏移量，并将所述管电压参数的偏移量和所述管电流参数的偏移量发送给所述X射线源，以使所述X射线源对所述管电压参数和所述管电流参数进行调整。
具体的，在输送机空带运行时，称重仪表实时采集X射线探测器的信号Si，与秤“计量零点-源强零点”数组保存的零点值做比对：
1)X射线探测器的信号Si值与“计量零点”S0i值的误差在允差内，即X 射线探测器的信号Si值在计量零点”S0i值的预设范围内：如果X射线源的管电压Ui值、管电流Ii值与“源强零点”U0i值、I0i值的误差也在允差内,则可以确认X射线能谱和皮带秤的零点没有变化，X射线核子秤的零点稳定；如果X射线源的管电压Ui值、管电流Ii值与“源强零点”U0i值、I0i值的误差超过预设范围，则X射线源的“强度零点”受射线管老化等工况影响出现偏差，需要重新测量“源强零点”，并把新测量的“源强零点”保存到“计量零点- 源强零点”数组里。
2)X射线探测器的信号Si值与“计量零点”S0i值的误差超过预设范围：如果X射线源的管电压Ui值、管电流Ii值与“源强零点”U0i值、I0i值的误差在允差内,即管电压Ui值、管电流Ii值在“源强零点”U0i值、I0i值的预设范围内，则X射线核子秤的零点受输送机的工况影响出现偏差，需要重新测量“计量零点”，并把新测量的“计量零点”保存到“计量零点-源强零点”数组里；如果X射线源的管电压Ui值、管电流Ii值与“源强零点”U0i值、I0i值的误差超过预设范围，则说明X射线的管电压和管电流参数发生偏移，则称重仪表确定源强的变化量反馈给高压电源控制模块，调整X射线源的管电压、管电流参数，保持X射线稳定，保证“计量零点”的稳定。
上述具体实施方式中，通过实时跟踪X射线核子秤的计量状态和X射线的参数，使X射线核子秤的稳定性和精度得到很大的提高。
可选的，还包括：
所述X射线源在发出X射线之前，屏蔽小于预设的能量值的X射线。
如图4所示，所述X射线管设置在防护套里；
所述防护套9设有一射线窗口9，用于射出X射线。
具体的，X射线管7的阴极灯丝加热后产生电子，电子在高压电场的加速作用下飞向阳极；高速运动的电子撞击阳极靶面后产生了X射线。X射线管电压的大小决定了为电子加速的高压电场的大小，决定了X射线的能量E。 X射线强度I连的大小与管电流i、阳极靶物质的原子序数Z成正比，管电压 U的平方成正比,即：I连＝k1iU2Z(k1为常数,约等于1.1×10-19～1.4×10-19)。
可选的，为了消除X射线硬化对计量线性度的影响，所述射线窗口处设有屏蔽结构，用于屏蔽小于预设的能量值的X射线。
具体的，由于X射线包含了一系列不同波长的电磁波λ，同一种物质对X 射线的吸收系数μ是所包含电磁波波长的三次函数,是一个变数。X射线在透过不同厚度的吸收物时,随着吸收物厚度的增加,长波长的低能粒子被物质吸收，短波长的高能粒子穿透物质后的X射线的总强度减小,短波段的高能粒子占比加大,透射后的X射线能谱较透射前的能谱出现“硬化”现象。
我们通过在射线窗口加设屏蔽结构如选择性屏蔽材料，例如可以加设厚度4mm的屏蔽材料，可以屏蔽能量小于60keV以下的X射线，减少了X射线能谱的硬化程度，消除了X射线硬化对计量线性度的影响。
其中，在实际应用中，所述屏蔽结构的厚度范围可以为4-5mm。
上述具体实施方式中，通过在射线窗口加设选择性屏蔽材料，减少了X 射线能谱的硬化程度，消除了X射线硬化对计量线性度的影响。
如图1、图3所示，本实用新型实施例还提供一种X射线核子秤，包括：
X射线源、X射线探测器、支架和称重仪表；
其中，所述X射线源设置在所述支架的一端；所述支架的另一端设置在所述X射线探测器上；所述X射线源和所述X射线探测器之间设置有传送被测物料的皮带；
所述X射线探测器和所述称重仪表连接；
所述称重仪表，用于根据所述X射线探测器输出的X射线能量和强度，以及所述X射线源发送的管电压和管电流参数，确定所述管电压和管电流参数的偏移量，并发送给所述X射线源；
所述X射线源，用于根据所述管电压和管电流参数的偏移量，调整所述管电压和管电流参数。
可选的，所述称重仪表，还用于采集所述皮带空载运行时所述X射线探测器在标定周期内的X射线强度采样值；根据所述X射线强度采样值，确定所述X射线探测器的计量零点；所述计量零点为所述皮带空载运行时X射线探测器输出的强度信息。
可选的，所述称重仪表，还用于分别采集所述皮带空载运行时所述X射线源在标定周期内的管电压参数采样值和管电流参数采样值；根据所述计量零点以及所述管电压参数采样值和管电流参数采样值，确定与所述计量零点对应的源强零点；所述源强零点为与所述计量零点对应的管电压和管电流参数。
可选的，所述称重仪表，具体用于确定所述源强零点是否属于预设的源强零点范围；
若所述源强零点不属于预设的源强零点范围，则确定所述管电压参数的偏移量和所述管电流参数的偏移量，并将所述管电压参数的偏移量和所述管电流参数的偏移量发送给所述高压电源控制模块，以使所述高压电源控制模块对所述管电压参数和所述管电流参数进行调整。
可选的，还包括：
与所述称重仪表连接的测速组件；其中，所述测速组件设置在所述皮带的输送机上，用于测量所述输送机的传送速度。
具体的，测速组件可以为速度传感器，测量输送机的传送速度，反馈给称重仪表，称重仪表可以用于计算流量、班产量等数据。
上述实施例中的核子秤，其实现原理与技术效果与方法实施例类似，此处不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本公开的其它实施方案。本实用新型旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。