專利名稱：輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種自動化檢測技術和核探測技術領域，具體涉及一種輸送帶上煤炭 成分實時檢測裝置。
背景技術：
煤炭成分快速檢測技術主要有X熒光煤炭元素分析技術、激光感生光譜技術、雙 能伽瑪分析技術和中子瞬發伽瑪射線分析技術等。x熒光煤炭元素分析技術有效的元 素測量范圍為11號元素(Na)到92號元素(U)，而且對煤炭粒度和厚度有嚴格要 求，更多應用于實驗室環境。激光感生光譜技術檢測煤炭需要取樣和制樣，而且光路 易受污染，并不能直接對輸送帶上的原煤進行檢測。雙能伽瑪分析技術不能檢測原煤 的元素成分，只能檢測總灰分的含量，而且檢測精度受原煤成分變化的影響。中子瞬 發伽瑪射線分析技術是當前可在線快速檢測原煤的可行技術。
在中子瞬發伽瑪射線在線分析煤炭成分領域內，直接檢測輸送帶上原煤成分的優 點最多，可以取消采樣和制樣，摒棄采制樣誤差，同時也是要求最高，受影響因素最 多的一種情況，如煤炭顆粒變化、煤層厚度變化和煤層表面形狀不規則等對測量精度 均產生影響。目前，像Gamma-Metrics、 SODERN、 Scantech等設備的透射式檢測系統 的檢測精度受煤層厚度和煤層表面形狀的影響較大，而散射式檢測系統在煤層較薄時 存在較大誤差，在煤層較厚時又不能檢測全斷面的煤炭，單純透射式檢測和單純散射 式檢測，煤層斷面不均勻性使得各部分煤炭在檢測中的權重是不同的，從而也對測量 精度產生較大影響。
運用中子瞬發伽瑪射線在線分析技術可以直接檢測出煤炭中各元素C、 H、 N、 S、 Si、 Al、 Ca、 Fe、 Ti、 Na、 K、 Mg、 Cl等的含量，但在工業應用中，人們更關心和需 要的是煤炭的工業特性指標，如發熱量、灰份、水分、揮發份、灰成份、灰熔點等。 現行情況均是依據工業特性指標與各元素的相關性建立一個工業特性指標的多元回歸 模型，從而實現工業特性指標的在線分析。問題是，這種模型都有一個煤種適應范圍， 煤種變化后原模型的誤差將顯著增大，并不適合要經常切換煤種的用戶需要(如大多 數燃燒混煤的發電廠)。
發明內容
發明目的本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，為提高煤炭元素 測量精度和煤炭工業分析精度，提供一種輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置。
技術方案本發明公開了一種輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置，包括設置在輸送
帶上方的上中子源和上伽瑪射線探測器以及設置在輸送帶下方的下中子源和下伽瑪射線探測器；所述上中子源和上伽瑪射線探測器固定在上鉛塊座上，所述下中子源和下
伽瑪射線探測器固定在下鉛塊座上；所述上鉛塊座和下鉛塊座外設有屏蔽層；所述上 中子源與所述下伽瑪射線探測器正對，所述下中子源與所述上伽瑪射線探測器正對；
所述上伽瑪射線探測器和下伽瑪射線探測器依次連接伽瑪能譜分析器，煤炭元素分析 處理器以及煤炭工業分析處理器；
所述伽瑪能譜分析器用于對上伽瑪射線探測器和下伽瑪射線探測器的信號進行放 大、濾波和數字化處理形成復合伽瑪能譜；
所述煤炭元素分析處理器用于分析煤炭中各種元素的含量；
煤炭工業成分分析器用于分析煤炭發熱量、灰份、揮發份、全水份、內水份、灰 成份、灰熔點特性。
本發明中，優選地，所述上伽瑪射線探測器和下伽瑪射線探測器為NaI探測器。 本發明中，優選地，所述上伽瑪射線探測器與上中子源間距為300 400mrn。 本發明中，優選地，所述下伽瑪射線探測器與下中子源間距為300 400mrn。 本發明中，優選地，所述上中子源和下中子源為同位素中子源锎252Cf,工作質量 為5 20ug，上、下中子源锎的質量相同。
本發明中，優選地，所述屏蔽層為高密度聚乙烯板包圍的屏蔽層。 本發明中，優選地，所述煤炭工業分析處理器與一水分檢測器連接。 有益效果本發明的裝置能夠安裝在煤炭開采、洗煤、配煤、煤炭裝車裝船、火 電廠入廠煤、火電廠入爐煤等場合的傳輸輸送帶上，無需取樣和制樣，可準確快速檢 測輸送帶上煤炭中的C、 H、 N、 S、 Si、 Al、 Ca、 Fe、 Ti、 Na、 K、 Mg等元素的含量， 在線分析發熱量、灰份、灰成份、揮發份、全水分、內水分、灰熔點等工業成分。由 于裝置設計是采用雙中子源和雙探測器錯位對稱布置方式，構建出高精度的透射-散射 復合式檢測系統，元素檢測精度可不受煤塊粒度和煤層厚度及煤層表面形狀的影響； 由于其建立了基于煤質特性數據庫的多個辨識模型，工業分析指標精度不受煤種變化
的影響，在更換煤種吋無須重新標定，裝置在工業應用中可長期保持穩定的性能指標。 本發明可為煤炭開采、商品煤的生產和煤炭使用提供及時準確的煤質數據，有助于提 高資源利用率和能源使用效率。
圖說明
下面結合圖和具體實施方式
對本發明做更進一步的具體說明，本發明的上述和/或 其他方面的優點將會變得更加清楚。
圖1為本發明輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置的系統組成方框圖。
圖2為煤炭元素分析'性能表。
圖3為煤炭工業分析性能表。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明所述的輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置直接安裝在工業現場， 與輸送帶1上的待測煤炭2非接觸。檢測傳感器包括激發信號的上、下中子源3a、 3b 和上、下伽瑪射線探測器4a、 4b，成錯位對稱安裝在輸送帶的正上方和正下方，構建 出高精度的透射-散射復合式檢測系統，即輸送帶上方的上中子源3a與輸送帶下方的 下伽瑪射線探測器4b的連線，輸送帶上方的上伽瑪射線探測器4a與輸送帶下方的下 中子源3b的連線均垂直于輸送帶。輸送帶上方的上中子源3a與輸送帶上方的上伽瑪 射線探測器4a構成一個散射式檢測系統，而輸送帶上方的上中子源3a與輸送帶下方 的下伽瑪射線探測器4b同時又構成了一個透射式檢測系統。同樣的，輸送帶下方的下 中子源3b與輸送帶下方的下伽瑪射線探測器4b也構成一個散射式檢測系統，輸送帶 下方的下中子源3b與輸送帶上方的上伽瑪射線探測器4a又構成了一個透射式檢測系 統。
如此設計檢測傳感器融洽了透射式檢測系統和散射式檢測系統的優點，使裝置具 有穩定的檢測性能，不受煤炭顆粒和煤層厚度及煤層表面形狀的影響；同時也增加了 系統的容錯性能， 一個中子源或探測器損壞只是降低系統的一些性能指標，系統仍可 正常工作。
上中子源3a與上伽瑪射線探測器4a組合安裝在輸送帶上方的上鉛塊座5a上，輸 送帶下方的下中子源3b與下伽瑪射線探測器4b組合安裝在輸送帶下方的下鉛塊座5b 上，上鉛塊座5a和下鉛塊座5b外部是由高密度聚乙烯板包圍的屏蔽層6，確保屏蔽 層外的輻射劑量符合國家相關的標準。
上、下中子源和上、下伽瑪射線探測器的安裝機構都是活動式的，可方便地進行 安裝和退出。上、下中子源為同位素中子源锎252(^，上、下中子源锎^Cf的質量相同， 正常工作時為5 20ug，由于锎^Cf半衰期為2.6年，故每2.6年要補充一半的锎252(^ 進去。锎^Cf發出的中子與煤炭中各元素的原子核發生熱中子俘獲反應，放出與元素 種類相對應的特征伽瑪射線。上、下伽瑪射線探測器為Nal閃爍體探測器，探測表征 煤炭中各元素成分的特征伽瑪射線，經過一定前置處理后將信號輸出至伽瑪能譜分析 器8。
伽瑪能譜分析器8是基于數字信號處理DSP芯片的核電子電路，與上、下伽瑪射 線探測器相連，從上、下伽瑪射線探測器接收信號，進行放大、濾波和數字化處理， 形成復合伽瑪能譜信號，傳送給煤炭元素分析處理器9。
煤炭元素分析處理器9是一臺基于Linux操作系統的工業控制機，從伽瑪能譜分 析器8接收數字化的伽瑪能譜信號，經過能譜校正、尋峰和解譜運算后，獲得煤炭中 各組成元素C、 H、 N、 S、 Si、 Al、 Ca、 Fe、 Ti、 Na、 K、 Mg、 Cl等的含量。在線獲得的煤炭元素成分含量可以直接向用戶系統DCS或SIS提供，或作為分析煤炭工業成 分指標的基礎數據，傳送到煤炭工業分析處理器9。
煤炭工業分析處理器9的主要功能就是在實時獲得煤炭元素含量數據的基礎上， 在線分析煤炭的工業成分指標，如發熱量、灰份、揮發份、全水份、內水份、灰成份、 灰熔點等。煤炭工業分析處理器9是一臺基于Windows NT操作系統的工業控制機， 與煤炭元素分析處理器相連。本發明是在煤質特性數據庫的支撐下，針對煤種的聚類 分析，即建立若干個煤質工業分析指標與元素成分的多元回歸模型，分別適用于特定 類別的煤種，依據煤炭元素分析的實時數據，系統可自動辨識其煤炭類別，以與該類 別煤炭相對應的多元回歸模型進行煤炭工業成分的在線分析，從而較沒有煤質特性數 據支撐，用單一模型進行煤質工業分析顯著提高了分析精度。
本發明中為了獲得高精度的煤炭工業成分指標，煤炭工業分析處理器9還與水分 檢測器7和煤質特性數據庫10相連。
水分檢測器7應用微波水分儀在線檢測煤炭外水分，并輸出至煤炭工業分析處理 器，便于煤炭工業分析處理器9從煤炭全水分中分辨出內水分和外水分，據此可實現 煤炭工業分析指標收到基、空干基、千燥基等各種"基"的變換。
煤質特性數據庫10匯集了我國煤炭各主要產地各大煤礦煤炭元素成分和工業成分 的大量基礎數據。煤炭工業分析處理器9在煤質特性數據庫10的支撐下，針對煤種進 行聚類分析，即可建立若干個煤質工業分析指標與元素成分的多元回歸模型，分別適 用于特定類別的煤種，依據煤炭元素分析的實時數據，煤炭工業分析處理器9可自動 辨識其煤炭類別，以與該類別煤炭相對應的多元回歸模型進行煤炭工業成分的在線分 析，從而可顯著提高煤炭工業分析指標的分析精度，在更換煤種時，也無須對系統重 新標定，始終保持穩定的性能。
本發明中，所述的水分檢測器7、伽瑪能譜分析器8、煤炭工業分析處理器9、煤 質特性數據庫10以及煤炭工業分析處理器11均為本領域較為通用的產品或軟件部分， 本發明最為核心的部分在于上伽瑪射線探測器和下伽瑪射線探測器以及上中子源和下 中子源的設計，保證了整個檢測設備的測量精度。
如圖2，為本發明裝置經過測試和試驗，其元素成分在線檢測可達到的性能指標。
如圖3，為本發明裝置經過測試和試驗，其工業成分在線檢測可達到的性能指標。
本發明提供了一種輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置的思路及方法，具體實現該技 術方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本 技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進 和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部 份均可用現有技術加以實現。
權利要求
1、一種輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置，其特征在于，包括設置在輸送帶上方的上中子源(3a)和上伽瑪射線探測器(4a)以及設置在輸送帶下方的下中子源(3b)和下伽瑪射線探測器(4b)；所述上中子源(3a)和上伽瑪射線探測器(4a)固定在上鉛塊座(5a)上，所述下中子源(3b)和下伽瑪射線探測器(4b)固定在下鉛塊座(5b)上；所述上鉛塊座(5a)和下鉛塊座(5b)外設有屏蔽層(6)；所述上中子源與所述下伽瑪射線探測器正對，所述下中子源與所述上伽瑪射線探測器正對；所述上伽瑪射線探測器和下伽瑪射線探測器依次與伽瑪能譜分析器(8)、煤炭元素分析處理器(9)以及煤炭工業分析處理器(11)連接；所述伽瑪能譜分析器(8)用于對上伽瑪射線探測器和下伽瑪射線探測器的信號進行放大、濾波和數字化處理形成復合伽瑪能譜；所述煤炭元素分析處理器(9)用于分析煤炭中各種元素的含量；煤炭工業成分分析器(11)用于分析煤炭發熱量、灰份、揮發份、全水份、內水份、灰成份、灰熔點特性。
2、 根據權利要求1所述的輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置，其特征在于，所述上 伽瑪射線探測器(4a)和下伽瑪射線探測器(4b)為NaI探測器。
3、 根據權利要求l所述的輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置，其特征在于，所述上 伽瑪射線探測器與上中子源間距為300 400mrn。
4、 根據權利要求1所述的輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置，其特征在于，所述下 伽瑪射線探測器與下中子源間距為300 400mrn。
5、 根據權利要求1所述的輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置，其特征在于，所述上 中子源和下中子源為同位素中子源锎252(^，質量為5 20ug。
6、 根據權利要求1所述的輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置，其特征在于，所述屏 蔽層(6)為高密度聚乙烯板包圍的屏蔽層。
7、 根據權利要求1所述的輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置，其特征在于，所述煤 炭工業分析處理器與一水分檢測器(7)連接。
全文摘要
本發明公開了一種輸送帶上煤炭成分實時檢測裝置，包括設置在輸送帶上方的上中子源和上伽瑪射線探測器以及設置在輸送帶下方的下中子源和下伽瑪射線探測器；所述上中子源和上伽瑪射線探測器固定在上鉛塊座上，所述下中子源和下伽瑪射線探測器固定在下鉛塊座上；所述上鉛塊座和下鉛塊座外設有屏蔽層；所述上中子源與所述下伽瑪射線探測器正對，所述下中子源與所述上伽瑪射線探測器正對；所述上伽瑪射線探測器和下伽瑪射線探測器依次與伽瑪能譜分析器，煤炭元素分析處理器以及煤炭工業分析處理器連接。該裝置可以適應煤種變化、適應輸送帶上煤層厚度和形狀的變化，在工業現場保持穩定的檢測性能指標。
文檔編號G01T1/202GK101603929SQ200910181428
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者宋兆龍, 張德琳 申請人:宋兆龍;張德琳