專利名稱：基于pgnaa技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在線檢測裝置，尤其是一種可在線檢測皮帶輸送機上輸送的燒結礦物料的成份的檢測裝置，具體地說是一種基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置。
背景技術：
為了保證燒結礦的合格率，必須對原料進行嚴格的控制，并適時進行原料的調整，因此必須定時對輸送帶上的燒結礦物料進行成份分析，以便為配料站及時提供必要的信息，目前，普遍采用的方法大多是取樣離線分析。這種方法取樣少，實時性差，代表性差，不能及時反饋燒結礦物料的信息，造成信息的滯后，屬于事后補救，不利用提高產品質量。
近年來，中子感生瞬發γ射線分析技術(簡稱PGNAA)已經成為現代分析技術中的一種新的檢測手段。它通過用快熱中子流轟擊物料中元素的原子核，與中子發生反應的原子核在很短時間內發射γ射線，這部分γ射線攜帶了元素種類和含量等信息，只要分析這部分射線就可以實現物料全元素的在線分析，但據申請人所知，目前尚無一種利用PGNAA技術對皮帶輸送的燒結礦物料進行動態的在線分析的裝置可供選用。
發明內容
本發明的目的是針對目前市場上急需一種能在線實時檢測燒結礦物料化學成份的現狀，設計一種基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置。
本發明的技術方案是一種基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置，包括中子發生器1、慢化體2、γ射線探測器5、電子放大系統7、數據獲取系統8、計算機處理系統9(包括數據分析系統和數據顯示系統)、復合屏蔽防護系統10，其特征是輸送帶3穿過復合屏蔽防護系統10，待檢測燒結礦物料4位于帶動其前進的輸送帶3上，慢化體2安裝在復合屏蔽防護系統01中并位于輸送帶3的下方，中子發生器1也安裝在復合屏蔽防護系統10中并位于慢化體2的下方，γ射線探測器5安裝在復合屏蔽防護系統10中并位于燒結礦物料4的上方，它通過傳輸線與電子放大系統7相連，電子放大系統7與數據獲取系統8相連，數據獲取系統8與計算機處理系統9相連。
所述的中子發生器1發射的中子平均能量為14MeV。
所述的復合屏蔽防護系統10由鉛、聚乙烯和含硼聚乙烯組成。
所述的慢化體2由鉛層和聚乙烯層組合構成，它們的厚度比為，鉛層∶聚乙烯層＝1∶0.4-0.8，它們的總厚度為8-10cm。
所述的電子放大系統7由前置放大電路、比較放大電路、高通濾波電路、低通濾波電路、比例放大電路和跟隨器組成；前置放大電路由運放A1、A2及其外圍電阻R1、R2、R3、R4、R5，電容C1構成，其輸入從運放A1的反相輸入端引出接γ射線探測器5輸出的信號，其輸出從運放A2的輸出端引出接比較放大電路，在運放A1的輸入端接有由二極管CR1、CR2構成的保護電路，它用于防止輸入信號電壓過高損壞前置放大電路，比較放大電路由運放A3、晶體管Q1和電阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12及二極管CR3構成，其輸入從運放A3的同相輸入端引出接前置放大電路的輸出即運放A2的輸出端，運放A3的反相輸入端接晶體管Q1的集電極以得到比較信號電壓，比較放大電路的輸出從運放A3的輸出端引出接高通濾波電路，高通濾波電路由運放A4、A5，電容C2、C3、C4，電阻R13、R14、R15、R16構成，其輸入從運放A4的同相輸入端引出接比較放大電路的輸出即運放A3的輸出端，其輸出從運放A5的輸出端引出接低通濾波電路，低通濾波電路由運放A6、A7，電阻R17、R18，電容C5、C6、C7構成，其輸入從運放A6的同相輸入端引出接高通濾波電路的輸出即運放A5的輸出端，其輸出從運放A7的輸出端引出接由運放A8及電阻R19、R20構成的比例放大電路的輸入即運放A8的同相輸入端，比例放大電路的輸出從運放A8的輸出端引出接由運放A9構成的跟隨器的輸入即運放A9的同相輸入端，跟隨器的輸出從運放A9的輸出端引接數據獲取系統8的輸入端。
本發明具有以下優點本發明具有無需取樣，全物流，全元素分析，速度快(1～2分鐘)，精度高，安全可靠的特點。通過該設備實時在線檢測分析燒結礦中的元素成分含量，能夠實現生產過程的自動反饋控制，提高生產效率和產品質量。
本發明還可用于類似的需要在線化學成份實時檢測的場合。
圖1是本發明的結構框圖示意圖。
圖2是本發明的電子放大系統的電原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施對本發明作進一步的說明。
如圖1、2所示。
一種基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置，包括中子發生器1、慢化體2、γ射線探測器5(可采用一個或二個)、電控柜6、電子放大系統7、數據獲取系統8、計算機處理系統9(包括數據分析系統和數據顯示系統)、復合屏蔽防護系統10，其中電控柜6、電子放大系統7、數據獲取系統8、計算機處理系統9安裝在一控制室中，中子發生器1、慢化體2、γ射線探測器5、輸送帶3安裝在復合屏蔽防護系統10中，輸送帶3穿過復合屏蔽防護系統10，待檢測燒結礦物料4位于帶動其前進的輸送帶3上，慢化體2安裝在復合屏蔽防護系統10中并位于輸送帶3的下方，中子發生器1也安裝在復合屏蔽防護系統10中并位于慢化體2的下方，電子發生器1的工作電壓、命令等由電控柜6控制，γ射線探測器5安裝在復合屏蔽防護系統10中并位于燒結礦物料4的上方，它一方面受控于電控柜6，另一方面通過傳輸線與電子放大系統7相連，電子放大系統7與數據獲取系統8相連，數據獲取系統8與計算機處理系統9相連。
本實施例子中的中子發生器1可采用西安石油勘探儀器總廠中子發生器公司生產的電可控D-T中子發生器、美國MF Physics中子發生器、法國Sodren中子發生器、俄羅斯ALL-RUSSIA INSTITUTE 0F AUTOMATICS RF MINATOM中子發生器或德國EADS公司中子發生器。
慢化體2可采用鉛加聚乙烯按常規技術加以制造，它主要由鉛層和聚乙烯層組合構成，它們的厚度比為，鉛層∶聚乙烯層＝1∶0.4-0.8，它們的總厚度為8-10cm。
γ射線探測器5可采用BGO晶體探測器(如Proteus，Inc.生產的Φ4”×3”BGO晶體探測器或法國圣戈班生產的Φ5”×3”BGO晶體探測器。
電控柜6為常規電控柜，一般電氣技術人員均可根據使用要求和相關儀器的參數進行設計，無特別要求，其中最主要的一是電壓電源(型號可為BH1222)，二是高壓電源(型號可為Spellman SL130kV)。
電子放大系統7主要由前置放大器(型號可為FH1048A)和線性放大器(可采用北京核儀器廠的BH1218)組成，其主要作用是對γ射線探測器5送出的信號進行處理和放大，此外電子放大系統7還可采用圖2所示的電路圖加以實現，它由前置放大電路、比較放大電路、高通濾波電路、低通濾波電路、比例放大電路和跟隨器組成；前置放大電路由運放A1(型號可為AD829)、A2(型號可為AD829)及其外圍電阻R1、R2、R3、R4、R5，電容C1構成，其輸入從運放A1的反相輸入端引出接γ射線探測器5輸出的信號，其輸出從運放A2的輸出端引出接比較放大電路，在運放A1的輸入端接有由二極管CR1、CR2構成的保護電路，它用于防止輸入信號電壓過高損壞前置放大電路。比較放大電路由運放A3(型號可為AD811)、晶體管Q1(型號可為2222N)和電阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12及二極管CR3構成，其輸入從運放A3的同相輸入端引出接前置放大電路的輸出即運放A2的輸出端，運放A3的反相輸入端接晶體管Q1的集電極以得到比較信號電壓，比較放大電路的輸出從運放A3的輸出端引出接高通濾波電路，高通濾波電路由運放A4(型號可為0P27)、A5(型號可為0P27)，電容C2、C3、C4，電阻R13、R14、R15、R16構成，其輸入從運放A4的同相輸入端引出接比較放大電路的輸出即運放A3的輸出端，其輸出從運放A5的輸出端引出接低通濾波電路，低通濾波電路由運放A6(型號可為OP27)、A7(型號可為OP27)，電阻R17、R18，電容C5、C6、C7構成，其輸入從運放A6的同相輸入端引出接高通濾波電路的輸出即運放A5的輸出端，其輸出從運放A7的輸出端引出接由運放A8(型號可為OP27)及電阻R19、R20構成的比例放大電路的輸入即運放A8的同相輸入端，比例放大電路的輸出從運放A8的輸出端引出接由運放A9(型號可為OP27)構成的跟隨器的輸入即運放A9的同相輸入端，跟隨器的輸出從運放A9的輸出端引接數據獲取系統8的輸入端。
上述電子放大系統7的工作原理為(1)Singal In表示信號輸入，接γ射線探測器5輸出的信號，此信號為電流信號，經R1、R2、A1轉化放大為電壓信號，電壓信號經R3、R4、R5、A2反相放大。二極管CR1、CR2防止過大信號進入運放A1，二極管CR3(即穩壓管)防止過大信號進入運放A2，都是起保護作用。R6、R7、A3組成同相放大，R8、R9、R10、R12、Q1為該同相放大提供直流偏置電壓，使輸出端在偏置電壓附近波動。C1為補償電容，R11是匹配電阻。
(2)C2、C3、C4、R13、R14、R15、A4、A5組成高通濾波器，截止頻率約為100KHz；C5、C6、C7、R16、R17、R18、A6、A7組成低通濾波器，截止頻率約為10MHz，二者構成帶通濾波器，增益曲線以40dB的速度衰減。R19、R20、A8構成同相放大，調節系統增益。A9用于電壓跟隨，減小輸出阻抗，增強驅動能力，Singal Out表示信號輸出。
數據獲取系統8可采用多道譜儀加以實現(可采用canberra公司的ASA-100或公司專用高精度數字化多道譜儀DL4096)；計算機處理系統9主要由計算機和軟件組成，計算機可采用IBM公司生產的計算機，軟件可采用基于譜庫dlmc的分析軟件dlcna001。
復合屏蔽防護系統10是由鉛+聚乙烯+含硼聚乙烯組成的防輻射箱式結構體，也可采用專利號為2004200802856的中國專利所公開的結構。
本發明的工作過程為電控柜6控制電可控脈沖中子發生器1產生脈沖快中子(14MeV)，脈沖快中子通過慢化體2慢化為一定比例的脈沖快熱中子，脈沖快熱中子穿過傳輸皮帶3照射到傳輸皮帶上的燒結礦4上，脈沖快中子與燒結礦中的C、O核素發生非彈核反應，發出瞬發非彈特征γ射線，脈沖熱中子與燒結礦中的其它全部主要核素發生俘獲核反應，發出瞬發特征俘獲γ射線，通過γ射線探測器5(BGO探測器)，接收到這些瞬發非彈γ射線和瞬發俘獲特征γ射線，將這些特征γ射線轉變為電脈沖信號，通過電子學線路7(前置放大器進行初級放大，電纜傳輸到線性放大器放大)將信號放大，然后通過電纜傳輸到數據獲取系統8(多道譜儀)進行γ能譜的紀錄，然后將能譜信號傳輸到計算機處理系統9，利用已儲存的物料的標準能譜庫，通過專用的分析軟件進行數據處理，最后將分析結果顯示。
本發明的工作原理為利用電可控D-T中子發生器反應產生14MeV快中子，通過慢化，形成一定比例的脈沖快熱中子，快中子與燒結礦中的C、O等核素發生非彈散射，產生非彈瞬發特征γ射線，利用這些射線能檢測燒結礦中的C、O元素；利用熱中子與燒結礦中的其它主要元素的俘獲反應產生瞬發特征γ射線，能檢測除C、O以外的其它主要元素Ca、Si、Fe、Mg、Al、S、K、P、Na。根據脈沖時序，分別記錄非彈特征γ射線和俘獲特征γ射線能譜，利用譜庫最小二乘法分析技術(參見申請人于2004年申請的申請號為2004100649846的專利申請)，可給出燒結礦中所有主要核素的含量(包括C、O元素)。
權利要求
1.一種基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置，包括中子發生器(1)、慢化體(2)、γ射線探測器(5)、電子放大系統(7)、數據獲取系統(8)、計算機系統(9)、復合屏蔽防護系統(10)，其特征是輸送帶(3)穿過復合屏蔽防護系統(10)，待檢測燒結礦物料(4)位于帶動其前進的輸送帶(3)上，慢化體(2)安裝在復合屏蔽防護系統(11)中并位于輸送帶(3)的下方，中子發生器(1)也安裝在復合屏蔽防護系統(10)中并位于慢化體(2)的下方，γ射線探測器(5)安裝在復合屏蔽防護系統(10)中并位于燒結礦物料(4)的上方，它通過傳輸線與電子放大系統(7)相連，電子放大系統(7)與數據獲取系統(8)相連，數據獲取系統(8)與計算機處理系統(9)相連。
2.根據權利要求1所述的基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置，其特征是所述的中子發生器(1)發射的中子平均能量為14MeV。
3.根據權利要求1所述的基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置，其特征是所述的復合屏蔽防護系統(10)由鉛、聚乙烯和含硼聚乙烯組成。
4.根據權利要求1所述的基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置，其特征是所述的慢化體(2)由鉛層和聚乙烯層組合構成，它們的厚度比為，鉛層∶聚乙烯層＝1∶0.4-0.8，它們的總厚度為8-10cm。
5.根據權利要求1所述的基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置，其特征是所述的電子放大系統(7)由前置放大電路、比較放大電路、高通濾波電路、低通濾波電路、比例放大電路和跟隨器組成；前置放大電路由運放A1、A2及其外圍電阻R1、R2、R3、R4、R5，電容C1構成，其輸入從運放A1的反相輸入端引出接γ射線探測器(5)輸出的信號，其輸出從運放A2的輸出端引出接比較放大電路，比較放大電路由運放A3、晶體管Q1和電阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12及二極管CR3構成，其輸入從運放A3的同相輸入端引出接前置放大電路的輸出即運放A2的輸出端，運放A3的反相輸入端接晶體管Q1的集電極以得到比較信號電壓，比較放大電路的輸出從運放A3的輸出端引出接高通濾波電路，高通濾波電路由運放A4、A5，電容C2、C3、C4，電阻R13、R14、R15、R16構成，其輸入從運放A4的同相輸入端引出接比較放大電路的輸出即運放A3的輸出端，其輸出從運放A5的輸出端引出接低通濾波電路，低通濾波電路由運放A6、A7，電阻R17、R18，電容C5、C6、C7構成，其輸入從運放A6的同相輸入端引出接高通濾波電路的輸出即運放A5的輸出端，其輸出從運放A7的輸出端引出接由運放A8及電阻R19、R20構成的比例放大電路的輸入即運放A8的同相輸入端，比例放大電路的輸出從運放A8的輸出端引出接由運放A9構成的跟隨器的輸入即運放A9的同相輸入端，跟隨器的輸出從運放A9的輸出端引接數據獲取系統(8)的輸入端。
全文摘要
本發明針對目前市場上急需一種能在線實時檢測燒結礦物料化學成份的現狀，公開了一種基于PGNAA技術的帶式輸送式燒結礦物料成份在線檢測裝置，它包括中子發生器(1)、慢化體(2)、γ射線探測器(5)、復合屏蔽防護系統(10)，其特征是輸送帶(3)穿過復合屏蔽防護系統(10)，待檢測燒結礦物料(4)位于帶動其前進的輸送帶(3)上，慢化體(2)、中子發生器(1)安裝在復合屏蔽防護系統(10)中并位于輸送帶(3)的下方，γ射線探測器(5)安裝在復合屏蔽防護系統(10)中并位于燒結礦物料(4)的上方，它通過傳輸線與電子放大系統(7)相連，電子放大系統(7)、數據獲取系統(8)、計算機處理系統(9)依次相連，能在線實時檢測出燒結礦物料的化學成份，為配料系統及時提供信息。
文檔編號G01N23/00GK1831522SQ20061003960
公開日2006年9月13日 申請日期2006年4月17日 優先權日2006年4月17日
發明者宋兆龍, 賈文寶, 繆善從, 顏廷勇, 梅義忠, 徐愛國 申請人:南京大陸中電科技股份有限公司