專利名稱：一種煤炭成分在線檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤炭成分檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及核技術(shù)，利用中子技術(shù)檢測煤炭成分，為一種煤炭成分在線檢測裝置。
背景技術(shù)：
目前，在各種測量分析中，核技術(shù)已經(jīng)作為一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)。它有其它分析技術(shù)所不具有的很多優(yōu)點(diǎn)，由于中子不帶電，具有極強(qiáng)的穿透能力，尤其是中子與物質(zhì)發(fā)生核反應(yīng)時，在非常短的時間內(nèi)(10,秒內(nèi))發(fā)出特征伽瑪射線，從而來檢測物料的主要成分含量。 近年來，基于中子技術(shù)的物料成分在線檢測裝置在水泥、煤、礦石等領(lǐng)域已有比較廣泛的應(yīng)用。但都是基于同位素中子源或者14MeV的電可控中子源，同位素中子源不論是否應(yīng)用，都在發(fā)射中子，給維修和使用帶來極大的不便，再加上中子源后處理問題以及源材料緊張等因素，其發(fā)展越來越受到限制。14MeV的電可控中子源由于中子能量高，其防護(hù)體系很龐大，不論是現(xiàn)場安裝還是運(yùn)輸均有很大的不便，再加上氚材料屬核控制材料，屬低毒性氣體，不論是使用還是購買都
有一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)在測量分析中采用的同位素鐦中子源和 14MeV的氘氚電可控中子發(fā)生器不易安裝、維修與使用，源材料緊張，不易獲得，難于處理。本發(fā)明專利的技術(shù)方案是一種煤炭成分在線檢測裝置，與煤樣的傳輸皮帶安裝在一起，檢測裝置包括電可控氘氘中子發(fā)生器、石墨反射體、慢化體、含硼聚乙烯防護(hù)塊、溴化鑭探測器、溫度控制系統(tǒng)、鉛吸收套、屏蔽防護(hù)體、放大器、多道分析器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)，屏蔽防護(hù)體設(shè)有煤樣通道，傳輸皮帶由煤樣通道穿過屏蔽防護(hù)體，電可控氘氘中子發(fā)生器、石墨反射體、慢化體、含硼聚乙烯防護(hù)塊、溴化鑭探測器、溫度控制系統(tǒng)、鉛吸收套均設(shè)置在屏蔽防護(hù)體內(nèi)且位于傳輸皮帶下方，其中電可控氘氘中子發(fā)生器設(shè)置在石墨反射體內(nèi)部，石墨反射體和溴化鑭探測器并排設(shè)置在傳輸皮帶下方，慢化體設(shè)置在石墨反射體與傳輸皮帶之間，石墨反射體和溴化鑭探測器之間為含硼聚乙烯防護(hù)塊，溫度控制系統(tǒng)安裝在溴化鑭探測器的外殼，溴化鑭探測器與溫度控制系統(tǒng)共同設(shè)置在鉛吸收套中，溴化鑭探測器與放大器電連接，放大器依次連接多道分析器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)的輸出連接工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)與遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)通過電話線或者網(wǎng)線連接。進(jìn)一步的，溴化鑭探測器外設(shè)有熱中子吸收套，所述熱中子吸收套由20%的氫化鋰與80%高密度聚乙烯聚合而成，厚度為0. 7 0. 8cm之間。作為優(yōu)選方式，電可控氘氘中子發(fā)生器的中子管靶點(diǎn)與溴化鑭探測器中心的距離為30 32厘米。電可控氘氘中子發(fā)生器的能量為2. 5MeV,電可控氘氘中子發(fā)生器周圍的石墨反射體壁厚為km，慢化體為Icm厚的耐磨聚乙烯，傳輸皮帶厚度為1. 2士0. Icm0本發(fā)明的煤炭成分在線檢測裝置，利用電可控2. 5MeV氘氘小型中子發(fā)生器產(chǎn)生的中子，照射到經(jīng)過傳輸帶上的煤流上，與煤流中的主要核素發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生特征伽瑪射線，這些特征伽瑪射線是獨(dú)一無二的，就像人的指紋一樣，俗稱核指紋；利用特殊的傳感器， 收集這些核信息，利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析技術(shù)，根據(jù)這些特征伽瑪射線的性質(zhì)，就可在線檢測煤炭中的全部主要核素，結(jié)合高周波分析技術(shù)，進(jìn)而分析煤炭中的水分，灰成分以及熱值。其特點(diǎn)是不受煤種，以及顆粒大小的影響，可實(shí)時在線檢測全部煤流中元素成分及工業(yè)特性指標(biāo)。裝置中，石墨反射體用來倍增中子產(chǎn)額，慢化體用來進(jìn)一步慢化快中子；溫度控制系統(tǒng)用來控制溴化鑭探測器的溫度，溫度控制電路直接安裝在工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，用以自動控制溫度；電可控氘氘中子發(fā)生器產(chǎn)生的中子通過慢化體以及傳輸皮帶慢化為熱中子，照射到皮帶上的煤樣上，與煤樣中的主要核素發(fā)生俘獲核反應(yīng)，產(chǎn)生特征伽瑪射線，被皮帶下方的溴化鑭探測器采集。本發(fā)明不受煤種，以及顆粒大小的影響，可實(shí)時在線檢測全部煤流中元素成分及工業(yè)特性指標(biāo)，可在線檢測煤炭應(yīng)用部門尤其是火電廠入廠入爐煤的工業(yè)特性指標(biāo)。本發(fā)明利用電可控氘氘中子發(fā)生器，替代同位素中子源和電可控14MeV中子源， 氘氘中子發(fā)生器所需的氘海水中大量存在，取之不盡，再加上氘離子打氘靶，理論上其壽命可以做到非常長。氘氘中子發(fā)生器能量為2. 5MeV中子，與同位素中子源Cf的平均能量相近，遠(yuǎn)低于電可控氘氚中子(HMeV)，因此其防護(hù)體體重和大小均可大幅度降低。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明裝置具有以下特點(diǎn)1)、本發(fā)明利用小型電可控氘氘中子發(fā)生器，能量為2. 5MeV，與同位素中子源Cf 的平均能量相近，遠(yuǎn)低于電可控氘氚中子(HMeV)，因此其防護(hù)體體重和大小均可大幅度降低；2)、本發(fā)明為了有效提高中子的利用率，利用石墨作為其反射體，中子發(fā)生器的中子管周圍用4cm的石墨來反射中子，提高中子的利用率；3)、本發(fā)明中子發(fā)生器上面設(shè)計(jì)了 Icm的耐磨聚乙烯作為慢化體，加上厚度 1. 2士0. Icm的傳輸皮帶，電可控氘氘中子發(fā)生器產(chǎn)生的中子通過慢化體以及傳輸皮帶慢化為熱中子，照射到皮帶上的煤樣上；4)、本發(fā)明利用最先進(jìn)的溴化鑭探測器來采集核信息，溴化鑭探測器分辨率遠(yuǎn)高于BGO探測器和碘化鈉探測器，探測效率介于這兩者之間，同時不易潮解，不受中子損傷；5)、本發(fā)明緊鄰溴化鑭探測器設(shè)計(jì)了一種熱中子吸收套，用來最大可能地吸收到達(dá)探測器的熱中子；6)、本發(fā)明設(shè)計(jì)的幾何布置是溴化鑭探測器中心與電可控中子發(fā)生器的靶點(diǎn)距離為30 32cm，既有效地防止中子對探測器的干擾，又能盡可能地接受所測煤樣中的特征伽瑪射線，這個距離是通過大量的模擬和實(shí)驗(yàn)計(jì)算而得；
7)、本發(fā)明綜合利用了同位素源和電可控氘氚中子發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)，克服了同位素中子源的檢修不便和后處理問題，以及氘氚中子發(fā)生器的龐大防護(hù)體問題。由于電可控氘氘微型中子發(fā)生器，使用時通電才發(fā)射中子，不使用是斷電就不發(fā)射中子，在維修時，斷電即可，沒有任何放射性，再加上氘氘微型中子發(fā)生器本身沒有任何放射性，等壽命結(jié)束后， 沒有任何放射性廢物。而同位素放射源由于時時刻刻都發(fā)出中子，等壽命結(jié)束后還存在大量的剩余活性，因而檢修不便，使用壽命結(jié)束后，還需花費(fèi)不少費(fèi)用返回原單位進(jìn)行后處理。由于氘氚中子發(fā)生器發(fā)射的中子能量(HMeV)遠(yuǎn)高于氘氘中子發(fā)生器(2.5MeV)，為了有效慢化和吸收，需要更多的重金屬和富含氫材料進(jìn)行慢化和吸收；由于而氘氘發(fā)生器的能量2. 5MeV跟同位素中子源锎的平均能量相近，因而防護(hù)體更為輕巧。綜上所述，利用氘氘發(fā)生器既克服了克服了同位素中子源的檢修不便和后處理問題，以及氘氚中子發(fā)生器的龐大防護(hù)體問題；8)、本發(fā)明可實(shí)時在線檢測傳輸帶上煤質(zhì)成分，由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和優(yōu)點(diǎn)，包括中子發(fā)生器與探測器間的距離、利用了氘氘中子發(fā)生器、利用了石墨反射體、利用溴化鑭探測器采集伽瑪能譜、熱中子吸收套等，有效地提高了元素成分的測量精度和可靠性。下面結(jié)合附圖和實(shí)施對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1所示。本發(fā)明裝置中電可控小型氘氘中子發(fā)生器1能量為2. 5MeV，放置在特殊結(jié)構(gòu)的石墨反射體2內(nèi)，石墨反射體2用來倍增中子產(chǎn)額；石墨反射體2與傳輸皮帶16 之間放置特殊尺寸和結(jié)構(gòu)的慢化體3，用來進(jìn)一步慢化產(chǎn)生的快中子；溴化鑭探測器5與電可控小型氘氘中子發(fā)生器1均放在皮帶下方，呈散射布置，電可控小型氘氘中子發(fā)生器1和溴化鑭探測器5沿著煤樣的傳輸方向，電可控小型氘氘中子發(fā)生器1在前，溴化鑭探測器5 在后，中間是含硼聚乙烯塊4，含硼聚乙烯塊4起慢化和吸收中子的作用；探測器中心和中子管靶點(diǎn)的距離為30 32厘米，溴化鑭探測器5外面緊包熱中子吸收套6，該熱中子吸收套6是由20%的氫化鋰與80%高密度聚乙烯聚合而成，厚度為0. 7 0. 8cm之間，熱中子吸收套外面6是一定厚度的鉛吸收套8，實(shí)現(xiàn)防護(hù)；溫度控制系統(tǒng)7直接安裝在探測器5的金屬外殼，用來控制探測器的溫度，控制電路直接安裝在工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)13，用以自動控制溫度；屏蔽防護(hù)體9設(shè)有煤樣通道，傳輸皮帶16由煤樣通道穿過屏蔽防護(hù)體9，電可控小型氘氘中子發(fā)生器1產(chǎn)生的中子，通過慢化體3以及傳輸皮帶16慢化為熱中子，照射到穿過屏蔽防護(hù)體9中間的皮帶上的煤樣上15，與煤樣15中的主要核素發(fā)生俘獲核反應(yīng)， 產(chǎn)生特征伽瑪射線，被皮帶下方的溴化鑭探測器5采集。溴化鑭探測器5通過電纜與放大器10連接，放大器10將信號放大成型后通過電纜輸入多道分析器11，多道分析器11將采集到的能譜通過電纜輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析技巧將能譜解析后得到各種主要的元素成分以及工業(yè)特性指標(biāo)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到工控機(jī)及與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)13，數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)實(shí)時顯示煤炭工業(yè)特性指標(biāo)，工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)13與遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)14通過電話線或者網(wǎng)線連接，利用遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)定期進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和自檢。本發(fā)明的具體實(shí)施時，溴化鑭探測器5可以從探測器晶體生產(chǎn)廠商處購買，如 Proteus, Inc.或Mint Gobain，電可控氘氘中子發(fā)生器1可與相關(guān)研發(fā)單位聯(lián)合攻關(guān)，現(xiàn)有技術(shù)即可以實(shí)現(xiàn)，放大器10自己開發(fā)也可購買，多道分析器11直接購買，如堪培拉公司的產(chǎn)品，石墨反射體2根據(jù)氘氘發(fā)生器的性質(zhì)進(jìn)行獨(dú)特的設(shè)計(jì)，慢化體3由高密度聚乙烯和石墨構(gòu)成，通過二者復(fù)合設(shè)計(jì)，其慢化效果比較理想，厚度比例為1 1，總厚度是2厘米，靠近中子發(fā)生器的是Icm的石墨，石墨上面是Icm的高密度聚乙烯.；探測器外部的中子吸收體通過大量的試驗(yàn)和仿真模擬，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了一種比較理想的配比，利用20%的氫化鋰和80%的聚乙烯聚合而成，厚度為0. 7 0. 8cm。 本發(fā)明的工作過程為將裝置直接安裝在傳輸皮帶16上，傳輸皮帶16穿過屏蔽防護(hù)體9，電可控氘氘中子發(fā)生器1與溴化鑭探測器5均在傳輸皮帶的下方，當(dāng)傳輸皮帶16輸煤信號開始時，啟動電可控氘氘中子發(fā)生器1產(chǎn)生2. 5MeV的中子，利用特殊結(jié)構(gòu)的石墨反射體來提高中子的利用率，然后通過石墨加高密度聚乙烯的慢化體和傳輸皮帶后，被充分慢化為慢中子，也就是熱中子，慢熱中子與傳輸帶上的煤樣中的主要核素發(fā)生熱中子俘獲核反應(yīng)，發(fā)出瞬發(fā)特征伽瑪射線，這些特征伽瑪射線是獨(dú)一無二的，就像人的指紋一樣，俗稱核指紋，跟核素是一一對應(yīng)的，這些瞬發(fā)特征伽瑪射線穿過傳輸皮帶被高性能的溴化鑭探測器5接受，這些特征伽瑪信號被放大器10放大進(jìn)入多道分析器11采集儲存，然后送入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)12，利用數(shù)學(xué)分析方法對這些核信息進(jìn)行解析，這里的數(shù)學(xué)分析方法為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述。最后得到煤炭的主要核素成分，根據(jù)元素與工業(yè)特性指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，利用工業(yè)特性分析軟件，將元素成分轉(zhuǎn)變成工業(yè)特性指標(biāo)，并通過工控機(jī)及顯示系統(tǒng)13實(shí)時顯示現(xiàn)實(shí)和定時儲存，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩舻墓芾硐到y(tǒng)和控制系統(tǒng)當(dāng)中。結(jié)合高周波分析技術(shù)，進(jìn)而分析煤炭中的水分，灰成分以及熱值。本發(fā)明不受煤種，以及顆粒大小的影響，可實(shí)時在線檢測全部煤流中元素成分及工業(yè)特性指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種煤炭成分在線檢測裝置，其特征是與煤樣(1 的傳輸皮帶(16)安裝在一起， 檢測裝置包括電可控氘氘中子發(fā)生器(1)、石墨反射體O)、慢化體(3)、含硼聚乙烯防護(hù)塊(4)、溴化鑭探測器(5)、溫度控制系統(tǒng)(7)、鉛吸收套(8)、屏蔽防護(hù)體(9)、放大器(10)、多道分析器(11)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(12)、工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)(13)以及遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)(14)， 屏蔽防護(hù)體(9)設(shè)有煤樣通道，傳輸皮帶(16)由煤樣通道穿過屏蔽防護(hù)體(9)，電可控氘氘中子發(fā)生器(1)、石墨反射體(2)、慢化體(3)、含硼聚乙烯防護(hù)塊(4)、溴化鑭探測器(5)、溫度控制系統(tǒng)(7)、鉛吸收套(8)均設(shè)置在屏蔽防護(hù)體(9)內(nèi)且位于傳輸皮帶(16)下方，其中電可控氘氘中子發(fā)生器(1)設(shè)置在石墨反射體O)內(nèi)部，石墨反射體(2)和溴化鑭探測器(5)并排設(shè)置在傳輸皮帶(16)下方，慢化體(3)設(shè)置在石墨反射體(2)與傳輸皮帶(16)之間，石墨反射體⑵和溴化鑭探測器(5)之間為含硼聚乙烯防護(hù)塊G)，溫度控制系統(tǒng)(7) 安裝在溴化鑭探測器(5)的外殼上，溴化鑭探測器( 與溫度控制系統(tǒng)(7)共同設(shè)置在鉛吸收套⑶中，溴化鑭探測器(5)與放大器(10)電連接，放大器(10)依次連接多道分析器 (11)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(12)、工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)(13)，溫度控制系統(tǒng)(7)的輸出連接工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)(13)，工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)(13)與遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)(14)通過電話線或者網(wǎng)線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭成分在線檢測裝置，其特征是溴化鑭探測器(5)外設(shè)有熱中子吸收套(6)，所述熱中子吸收套(6)由20%的氫化鋰與80%高密度聚乙烯聚合而成，厚度為0. 7 0. 8cm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種煤炭成分在線檢測裝置，其特征是電可控氘氘中子發(fā)生器(1)的中子管靶點(diǎn)與溴化鑭探測器(5)中心的距離為30 32cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種煤炭成分在線檢測裝置，其特征是電可控氘氘中子發(fā)生器(1)的能量為2. 5MeV,電可控氘氘中子發(fā)生器(1)周圍的石墨反射體(2)壁厚為 4cm，慢化體(3)為Icm厚的耐磨聚乙烯，傳輸皮帶(16)厚度為1. 2士0. Icm0
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤炭成分在線檢測裝置，其特征是電可控氘氘中子發(fā)生器(1)的能量為2. 5MeV,電可控氘氘中子發(fā)生器(1)周圍的石墨反射體(2)壁厚為km，慢化體⑶為Icm厚的耐磨聚乙烯，傳輸皮帶(16)厚度為1.2士0. Icm0
全文摘要
一種煤炭成分在線檢測裝置，與煤樣的傳輸皮帶安裝在一起，檢測裝置包括電可控氘氘中子發(fā)生器、石墨反射體、慢化體、含硼聚乙烯防護(hù)塊、溴化鑭探測器、溫度控制系統(tǒng)、鉛吸收套、屏蔽防護(hù)體、放大器、多道分析器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、工控機(jī)與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)，利用電可控2.5MeV氘氘小型中子發(fā)生器產(chǎn)生的中子，照射到經(jīng)過傳輸帶上的煤流上，與煤流中的主要核素發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生特征伽瑪射線，根據(jù)這些特征伽瑪射線的性質(zhì)，就可在線檢測煤炭中的全部主要核素，進(jìn)而分析煤炭中的水分，灰成分以及熱值。本發(fā)明不受煤種，以及顆粒大小的影響，可實(shí)時在線檢測全部煤流中元素成分及工業(yè)特性指標(biāo)。
文檔編號G01N23/222GK102175702SQ20111000228
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者賈文寶 申請人:賈文寶