專利名稱：一種反射式x射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭檢測領(lǐng)域，特別涉及一種反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置及其檢測方法。
背景技術(shù)：
煤炭灰分與發(fā)熱量是衡量煤炭質(zhì)量的重要參數(shù)，煤炭的發(fā)熱量可以通過灰分計算出來，因此煤炭灰分在線檢測技術(shù)是煤炭在線檢測的重要技術(shù)。現(xiàn)有的煤炭灰分在線檢測一般采用輻射測量技術(shù)，例如低能伽馬射線反散射法，高能伽馬射線電子對效應(yīng)、天然伽馬射線測量法、雙能量伽馬射線透射法、中子活化瞬發(fā)伽馬分析法。其中，低能伽馬射線反散射法，高能伽馬射線電子對效應(yīng)、天然伽馬射線測量法被證明均存在各種限制而導(dǎo)致不太適合灰分測量，因此未被廣泛應(yīng)用。中子活化瞬發(fā)伽馬分析技術(shù)可以分析煤炭中的各元素成分，不僅能給出灰分，也能測量出煤炭中的多種元素成分。但其設(shè)備價格比其它類型設(shè)備高很多(幾十倍)；其采用的中子源，如锎-252，或中子管，壽命都比較低，需定期更換，進(jìn)一步增加了成本；另外其測量灰分的精度，并不比雙能量伽馬射線透射法更高。因此，中子活化瞬發(fā)伽馬分析法也不適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。雙能量伽馬射線透射法測量灰分是目前應(yīng)用最廣的煤灰分在線測量方式，盡管其仍存在測量結(jié)果與煤中元素成分相關(guān)的局限性，但與上述其它方法比較，其在適用各種粒度、厚度、密度的動態(tài)煤流上是具有明顯優(yōu)勢的。但是，該方法采用放射性同位素作為放射源，放射源在使用、運輸、退役過程中，可能會由于泄漏而對環(huán)境產(chǎn)生影響，該方法的推廣也因此受到制約。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決現(xiàn)有技術(shù)中放射源的應(yīng)用限制；煤炭灰分測量受煤炭中元素含量變化的影響；反射測量受煤流厚度影響等問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提出一種反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，包括射線裝置，位于被測煤流的上方，用于向所述被測煤流發(fā)射X射線；至少一個X射線探測裝置，位于所述被測煤流的上方，用于測量被所述被測煤流反射的X射線的能譜；測距傳感器，位于所述被測煤流的上方，用于測量所述被測煤流到所述X射線探測裝置的距離；計算裝置，所述X射線探測裝置與所述計算裝置連接，將測得的所述X射線的能譜傳輸至所述計算裝置，所述測距傳感器與所述計算裝置連接，將測得的所述被測煤流到所述X 射線探測裝置的距離傳輸至所述計算裝置，所述計算裝置根據(jù)所述能譜與距離計算出所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。本發(fā)明采用射線裝置替代放射源，來測量灰分，射線裝置是通過電能來產(chǎn)生X射線的，關(guān)閉電源就不會發(fā)出射線，解決了放射源的應(yīng)用限制問題。由于射線裝置發(fā)射能量連續(xù)的X射線，能量不同的X射線與物質(zhì)元素的作用截面不同，因此與被測物質(zhì)作用后被反射的X射線能譜中包括了很多的關(guān)于被測物質(zhì)元素成分的信息，可以獲得比放射源發(fā)出的能量離散的射線的反散射線更多的有用信息，可以提高灰分測量精度，改善煤炭灰分測量受元素含量變化的影響。根據(jù)本發(fā)明實施例的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，利用測距傳感器測量X射線探測裝置的探頭到被測煤流表面的距離。X射線經(jīng)煤流反射后，反射X射線的強度與煤炭灰分之間存在一個近似的關(guān)系，即灰分越高，反射射線強度越低，根據(jù)二者的關(guān)系即可推算灰分。但反射射線強度還與反射點到X射線探測裝置之間距離有關(guān)，反射射線強度近似隨距離的平方成反比衰減。因為反射射線向各個方向都有，X射線探測裝置與反射點距離越近，能夠射向X射線探測裝置的射線數(shù)量就越多，若煤流厚度變化，則反射點到 X射線探測裝置距離就發(fā)生變化，這樣系統(tǒng)無法區(qū)分，是灰分變化還是厚度變化引起的反射射線強度變化。而本發(fā)明實施例通過設(shè)置測距傳感器，如超聲波測距傳感器，測量出X射線探測裝置到煤流表面的距離，則可以校正反射射線的強度，從而得到灰分信息。另外，若采用低能X射線，其從煤表面被反射到探測的路程中，強度會受到空氣的衰減，若測量了 X射線探測裝置到煤流表面的距離，則根據(jù)X射線的指數(shù)衰減規(guī)律，可以校正這部分的衰減，提高測量的精確度。在本發(fā)明的一個實施例中，所述射線裝置發(fā)射的射線包含能量連續(xù)的軔致輻射X 射線，所述至少一個X射線探測裝置用于測量所述軔致輻射X射線被所述煤流反射后的X 射線的能譜，所述計算裝置根據(jù)所述反射的X射線的能譜，以及所述測距傳感器測量到的所述煤流到所述X射線探測裝置的距離，計算所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明的一個實施例中，所述反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置還包括標(biāo)準(zhǔn)塊，所述標(biāo)準(zhǔn)塊位于所述被測煤流的上方，其中在所述煤流的測量過程中，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被提起，使得所述射線裝置發(fā)射的X射線直接照射到所述煤流，被所述煤流反射的X射線到達(dá)所述探測裝置，整個過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運輸煤炭時，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運輸帶與所述射線裝置、所述X射線探測裝置之間，使所述射線裝置發(fā)射的X射線照射到所述標(biāo)準(zhǔn)塊上，所述X射線探測裝置測量被所述標(biāo)準(zhǔn)塊反射的X射線的能譜，用于校正所述射線裝置發(fā)射的X射線的能譜變化。由于射線裝置在長期工作的過程中，其發(fā)射的X射線的能譜可能發(fā)生變化，將導(dǎo)致被所述被測煤流反射的X射線的能譜變化，從而影響灰分測量， 而通過比較不同時間內(nèi)的所述標(biāo)準(zhǔn)塊反射的X射線的能譜，可以推導(dǎo)出所述射線裝置發(fā)射的X射線能譜的變化，進(jìn)而校正被所述被測煤流反射的X射線的能譜變化。在本發(fā)明的一個實施例中，所述X射線探測裝置包括X射線探測器、高壓電源和探測信號采集器。在本發(fā)明的一個實施例中，所述X射線探測器包括閃爍探測器、正比計數(shù)管和半導(dǎo)體探測器中的一種。在本發(fā)明的一個實施例中，所述閃爍探測器的窗口為鈹窗。在本發(fā)明的一個實施例中，所述半導(dǎo)體探測器的能量分辨率大于250eV。在本發(fā)明的一個實施例中，所述探測信號采集器包括多道脈沖幅度分析器、單道脈沖幅度分析器或電壓比較器中的一種或組合。在本發(fā)明的一個實施例中，所述X射線發(fā)射裝置包括X射線管，所述X射線管工作管電壓為10kV-200kV。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述X射線管采用銀靶。在本發(fā)明的一個實施例中，所述X射線發(fā)射裝置和X射線探測器設(shè)置在探測箱內(nèi)， 用于防水、防塵。在本發(fā)明的一個實施例中，所述探測箱的下表面距所述被測煤流的上表面最小間距為2cm。在本發(fā)明的一個實施例中，所述探測器箱內(nèi)安裝有加熱與制冷裝置，所述加熱與制冷裝置用于保持所述探測箱內(nèi)的溫度恒定。本發(fā)明另一方面還提出一種上述反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的檢測方法，所述檢測方法包括以下步驟所述射線裝置對所述被測煤流發(fā)射X射線；所述至少一個X射線探測裝置測量被所述被測煤流反射的X射線的能譜；所述測距傳感器測量所述被測煤流到所述X射線探測裝置的距離；所述計算裝置根據(jù)所述反射的X射線的能譜與所述被測煤流到所述射線探測裝置的距離，計算所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明的一個實施例中，所述射線裝置發(fā)射的X射線包含能量連續(xù)的軔致輻射 X射線；所述至少一個X射線探測裝置用于測量所述軔致輻射X射線被所述煤流反射后的 X射線的能譜，所述計算裝置根據(jù)所述反射的X射線的能譜，以及所述被測煤流到所述X射線探測裝置的距離，計算所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明的一個實施例中，所述反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置還包括標(biāo)準(zhǔn)塊，所述標(biāo)準(zhǔn)塊位于所述被測煤流的上方。在所述煤流的測量過程中，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被提起，使得所述射線裝置發(fā)射的X射線直接照射到所述煤流，被所述煤流反射的X射線到達(dá)所述探測裝置，整個過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運輸煤炭時，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運輸帶與所述射線裝置、所述X射線探測裝置之間，使所述射線裝置發(fā)射的X射線照射到所述標(biāo)準(zhǔn)塊上，所述X射線探測裝置測量被所述標(biāo)準(zhǔn)塊反射的X射線的能譜，用于校正所述射線裝置發(fā)射的X射線的能譜變化。本發(fā)明提供一種反射式X射線檢測裝置及其檢測方法，用于煤炭灰分和發(fā)熱量的測量。本發(fā)明適合應(yīng)用于煤炭的生產(chǎn)加工(例如煤礦、洗煤廠)與利用(例如焦化廠、火力發(fā)電廠)場所等。本發(fā)明實施例的優(yōu)點體現(xiàn)在(1)采用X射線發(fā)射裝置取代傳統(tǒng)的放射源(例如Pu-238，Am-241, Cs-137, Ba-133等)，由于X射線發(fā)射裝置在關(guān)閉電源的情況下無射線輸出，提高發(fā)射源管理的安全性；(2)利用X射線發(fā)射裝置發(fā)射能量連續(xù)的X射線能譜，測量被煤流反射回來的不同能量的X射線的強度變化，校正煤流厚度與煤中高原子序數(shù)元素比例變化對煤炭灰分和發(fā)熱量測量的影響，提高測量的精確度；(3)利用距離測量傳感器測量X射線探測裝置的探頭到煤流表面的距離，校正煤流厚度對煤炭灰分和發(fā)熱量測量的影響，提高測量的精確度。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的檢測方法流程圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實施例的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置包括射線裝置100、至少一個X射線探測裝置、測距傳感器800、計算裝置300。射線裝置100位于被測煤流500的上方，用于對被測煤流500發(fā)射χ射線。至少一個X射線探測裝置，位于被測煤流500的上方，用于測量被被測煤流500反射的X射線的能量與強度。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，設(shè)置多個X射線探測裝置，由于各X射線探測裝置的射線入射窗口厚度不同，從而對不同能量的X射線的探測效率不同，故可獲得更多的反射X射線能譜信息。本實施例以兩個X射線探測裝置200和201為例進(jìn)行描述。測距傳感器800，位于被測煤流500的上方，用于測量被測煤流500到X射線探測裝置的距離。計算裝置300，X射線探測裝置200和201分別與計算裝置300電連接，以將其測得的能譜傳輸至計算裝置300 ；測距傳感器800與計算裝置300連接，將測得的被測煤流500到X射線探測裝置的距離傳輸至計算裝置300，計算裝置300根據(jù)能譜與距離計算出被測煤流500的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明的一個實施例中，X射線發(fā)射裝置100以及X射線探測裝置200和201設(shè)置在探測箱400內(nèi)，用于防水、防塵。其中，探測箱400的下表面距被測煤流500的上表面最小間距為2cm。間距設(shè)置與煤流的厚度變化范圍有關(guān)，需確保煤流厚度最大時，煤流不會撞擊到探測箱。間距越小，測量到的反射X射線越多，對降低計數(shù)的統(tǒng)計漲落越有利，但間距越小，探測箱越容易與煤流碰撞，若間距為2cm時，需要煤流厚度非常平穩(wěn)，一般可以安裝煤流整形裝置以確保煤流厚度的平穩(wěn)。探測箱400內(nèi)還可以安裝有加熱與制冷裝置600， 加熱與制冷裝置600與計算裝置300電連接，由計算裝置300通過加熱與制冷裝置600控制探測箱400內(nèi)的溫度保持恒定。 在本發(fā)明的一個實施例中，射線裝置100包括X射線探測器、高壓電源和探測信號采集器。其中，高壓電源給X射線探測器供電，根據(jù)X射線探測器的種類不同，高壓電壓的電壓從十幾伏到幾千伏，X射線探測器輸出的信號，輸送給探測信號采集器，由探測信號采集器對該信號整形處理后，進(jìn)行信號采集，生成X射線的能譜。其中，X射線探測器可以為閃爍探測器，閃爍探測器的窗口可以優(yōu)選為鈹窗，由于鈹窗對X射線吸收很小，能夠盡量使低能X射線通過；X射線探測器還可以為正比計數(shù)管或半導(dǎo)體探測器，其中，半導(dǎo)體探測器的能量分辨率大于250eV，通常情況下能量分辨率越大，對不同能量的X射線的分辨越不利， 但對半導(dǎo)體探測器的性能要求越低，設(shè)備成本越低，甚至不需要對半導(dǎo)體探測器制冷(為達(dá)到好的能量分辨率，半導(dǎo)體探測器需要制冷)，因此本發(fā)明中選擇能量分辨率較差的半導(dǎo)體探測器。探測信號采集器可以包括多道脈沖幅度分析器、單道脈沖幅度分析器或電壓比較器中的一種或組合。在本發(fā)明的一個實施例中，射線裝置還可以包括X射線管，X射線管相對于加速器結(jié)構(gòu)簡單，價格適中。其中，X射線管管電壓可以為20kV，并且X射線管優(yōu)選采用銀靶，由于銀的良好導(dǎo)熱性，利于X射線管散熱，提高其壽命。 在本發(fā)明的一個實施例中，優(yōu)選地，射線裝置100發(fā)射能量連續(xù)的軔致輻射X射線能譜，由于不同能量的X射線對煤流的衰減系數(shù)不同，X射線探測裝置200和201測量被反射的X射線的能譜(即各個能量的X射線的強度)，再將測量數(shù)據(jù)傳輸至計算裝置300，根據(jù)這些不同能量的X射線的強度計算被測煤流500的灰分和發(fā)熱量。設(shè)單能X射線的對煤流的反射X射線的強度為I，則煤炭灰分Ad與I近似成反比關(guān)系，并且I也隨著煤流厚度增加而增大，這是因為厚度越大，煤流表面距離X射線探測裝置越近，測量到的反射X射線就越多，若使用一種能量X射線，將不容易僅根據(jù)I計算出灰分，但對于能譜連續(xù)的X射線， 可以得到很多個反射X射線的強度與灰分、厚度的關(guān)系方程，對于同一次測量，厚度是相同的，因此通過解方程組，則可以確定煤炭灰分。 在本發(fā)明實施例中，利用測距傳感器測量X射線探測裝置的探頭到被測煤流表面的距離，以校正反射的X射線的強度在空氣中的衰減隨傳播距離的變化，同時也能校正由于距離變化導(dǎo)致X射線探測裝置與煤流表面X射線反射點所成立體角的變化帶來的影響， 從而校正被測煤流的厚度變化對被測煤流灰分和發(fā)熱量測量的影響。X射線經(jīng)煤流反射后， 反射X射線的強度與煤炭灰分之間存在一個近似的關(guān)系，即灰分越高，反射射線強度越低， 根據(jù)二者的關(guān)系即可推算灰分。但反射射線強度還與反射點到X射線探測裝置之間距離有關(guān)，反射射線強度近似隨距離的平方成反比衰減。因為反射射線向各個方向都有，X射線探測裝置與反射點距離越近，能夠射向X射線探測裝置的射線數(shù)量就越多，若煤流厚度變化， 則反射點到X射線探測裝置距離就發(fā)生變化，這樣系統(tǒng)無法區(qū)分，是灰分變化還是厚度變化引起的反射射線強度變化。而本發(fā)明實施例通過設(shè)置測距傳感器，如超聲波測距傳感器， 測量出X射線探測裝置到煤流表面的距離，則可以校正反射射線的強度，從而得到灰分信息。另外，若采用低能X射線，其從煤表面被反射到探測的路程中，強度會受到空氣的衰減， 若測量了 X射線探測裝置到煤流表面的距離，則根據(jù)X射線的指數(shù)衰減規(guī)律，可以校正這部分的衰減，提高測量的精確度。
在本發(fā)明的一個實施例中，可選地，反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置還可以包括標(biāo)準(zhǔn)塊(圖1中未示出)，標(biāo)準(zhǔn)塊位于被測煤流的上方，其中在煤流的測量過程中，標(biāo)準(zhǔn)塊被提起，使得射線裝置發(fā)射的X射線直接照射到煤流，被煤流反射的X射線到達(dá) X射線探測裝置，整個過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運輸煤炭時，標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運輸帶 700與所述射線裝置、X射線探測裝置之間，使射線裝置發(fā)射的X射線照射到標(biāo)準(zhǔn)塊上，X射線探測裝置測量被標(biāo)準(zhǔn)塊反射的X射線的能譜，用于校正射線裝置發(fā)射的X射線的能譜變化。因為射線裝置長期工作，其發(fā)射的X射線的能譜有可能發(fā)生變化，將導(dǎo)致被所述被測煤流反射的X射線的能譜變化，將影響灰分測量，而通過比較不同時間內(nèi)的所述標(biāo)準(zhǔn)塊反射的X射線的能譜，可以推導(dǎo)出所述射線裝置發(fā)射的X射線能譜的變化，進(jìn)而校正被所述被測煤流反射的X射線的能譜變化。本發(fā)明實施例進(jìn)一步提供上述反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的檢測方法，圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實施例的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的檢測方法流程圖。該檢測方法包括以下步驟步驟SOl 射線裝置對被測煤流發(fā)射X射線。步驟S02 至少一個X射線探測裝置測量被被測煤流反射的X射線的能譜。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，X射線探測裝置測量被反射的X射線能譜中的各個不同能量的X射線的能量和強度，并將測量數(shù)據(jù)傳輸至計算裝置。步驟S03 測距傳感器測量被測煤流到X射線探測裝置的距離。步驟S04 計算裝置根據(jù)反射的X射線的能譜與被測煤流到X射線探測裝置的距離，計算被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，X射線發(fā)射裝置發(fā)射能量連續(xù)的軔致輻射X射線能譜。 至少一個X射線探測裝置用于測量軔致輻射X射線被煤流反射后的X射線的能譜，計算裝置根據(jù)反射的X射線的能譜，以及被測煤流到X射線探測裝置的距離，計算被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，還可以在被測煤流的上方設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)塊，其中在煤流的測量過程中，標(biāo)準(zhǔn)塊被提起，使得射線裝置發(fā)射的X射線直接照射到煤流，被煤流反射的X射線到達(dá)X射線探測裝置，整個過程不受標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運輸煤炭時，標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運輸帶與射線裝置、X射線探測裝置之間，使射線裝置發(fā)射的X射線照射到標(biāo)準(zhǔn)塊上，X射線探測裝置測量被標(biāo)準(zhǔn)塊反射的X射線的能譜，用于校正射線裝置發(fā)射的X射線的能譜變化。本發(fā)明實施例采用射線裝置發(fā)射X射線照射煤流，通過測量被煤流反射的射線來計算灰分。本發(fā)明實施例提供的煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的檢測方法雖然與低能伽馬射線反射法在形式上類似，但存在本質(zhì)不同首先采用的射線源不同，低能伽馬射線反射法采用的是放射源同位素，本發(fā)明實施例采用的是射線裝置，在停止供電后，本發(fā)明實施例的裝置是不會發(fā)射出射線；第二，放射源發(fā)射的是能量離散的射線，射線裝置發(fā)射的是能量連續(xù)的射線；第三，能量離散的射線與能量連續(xù)的射線，在信號探測和信號處理上是完全不同的，因為不同能量的射線與煤炭作用的規(guī)律是存在差別的，而連續(xù)能量的射線與被探測的信號互相重疊，需要復(fù)雜算法進(jìn)行分離，并且本發(fā)明實施例利用連續(xù)能量的射線，通過分析計算、可以獲得更多煤炭中的成分信息，使灰分測量更準(zhǔn)確；第四，本發(fā)明實施例采用了測距傳感器，測量X射線探測裝置到煤流的距離，以校正由于該距離的變化導(dǎo)致的X射線探測裝置所探測到的射線強度的變化。另外，低能伽馬射線反射法之所以被淘汰，主要是因為其受煤流厚度、煤流表面形狀等因素影響。煤流厚度變化后，煤流表面距離探測器距離發(fā)生改變，射線反射位置與探測裝置窗口所形成的立體角發(fā)生變化，而射線的反散射向各個方向都有，因此到達(dá)探測裝置窗口的射線數(shù)量就發(fā)生改變，從而引起測量誤差?？梢酝茖?dǎo)出，在同樣的煤流厚度波動的情況下，探測裝置距離輸送帶距離越遠(yuǎn)，受煤流厚度影響就越弱，但同時總體能探測到的反射射線數(shù)量就越少，同樣時間內(nèi)，測量的統(tǒng)計誤差就越大，而對應(yīng)同位素放射源測量煤炭灰分的情況下，放射源與煤流之間的距離活度不易太大，從而限制了通過提高探測裝置到輸送帶的距離，來降低厚度變化影響的措施實施。另外由于被測煤流厚度變化較大，放射源與探測裝置距離煤表面要有一定安全距離，否則將被煤流撞擊，這樣也導(dǎo)致探測裝置測量計數(shù)較低。而本發(fā)明實施例所采用的射線裝置發(fā)射的射線強度通常遠(yuǎn)大于工業(yè)應(yīng)用的一般放射源，因此無上述問題。本發(fā)明實施例提供一種反射式X射線檢測裝置及其檢測方法，用于煤炭灰分和發(fā)熱量的測量。通過采用X射線發(fā)射裝置取代傳統(tǒng)的放射源(例如Pu-238，Am-Ml，Cs-137， Ba-133等)，提高射線源管理的安全性；利用X射線發(fā)射裝置發(fā)射能量連續(xù)的軔致輻射X射線，測量被煤流反射回來的不同能量的X射線的強度變化，校正煤流厚度與煤中高原子序數(shù)元素比例變化對煤炭灰分和發(fā)熱量測量的影響，提高測量的精確度；利用距離測量傳感器測量X射線探測裝置的探頭到煤流表面的距離，校正煤流厚度對煤炭灰分和發(fā)熱量測量的影響，提高測量的精確度。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，包括射線裝置，位于被測煤流的上方，用于向所述被測煤流發(fā)射X射線；至少一個X射線探測裝置，位于所述被測煤流的上方，用于測量被所述被測煤流反射的X射線的能譜；測距傳感器，位于所述被測煤流的上方，用于測量所述被測煤流到所述X射線探測裝置的距離；計算裝置，所述X射線探測裝置與所述計算裝置連接，將測得的所述X射線的能譜傳輸至所述計算裝置，所述測距傳感器與所述計算裝置連接，將測得的所述被測煤流到所述X 射線探測裝置的距離傳輸至所述計算裝置，所述計算裝置根據(jù)所述能譜與距離計算出所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。
2.如權(quán)利要求1所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述射線裝置發(fā)射的X射線包含能量連續(xù)的軔致輻射X射線，所述至少一個X射線探測裝置用于測量所述軔致輻射X射線被所述煤流反射后的X射線的能譜，所述計算裝置根據(jù)所述反射的X射線的能譜，以及所述測距傳感器測量到的所述煤流到所述X射線探測裝置的距離，計算所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。
3.如權(quán)利要求1所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，還包括標(biāo)準(zhǔn)塊，所述標(biāo)準(zhǔn)塊位于所述被測煤流的上方，其中在所述煤流的測量過程中，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被提起，使得所述射線裝置發(fā)射的X射線直接照射到所述煤流，被所述煤流反射的X射線到達(dá)所述X射線探測裝置，整個過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運輸煤炭時，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運輸帶與所述射線裝置、所述X射線探測裝置之間，使所述射線裝置發(fā)射的X射線照射到所述標(biāo)準(zhǔn)塊上，所述X射線探測裝置測量被所述標(biāo)準(zhǔn)塊反射的X射線的能譜，用于校正所述射線裝置發(fā)射的X射線的能譜變化。
4.如權(quán)利要求1所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述X 射線探測裝置包括X射線探測器、高壓電源和探測信號采集器。
5.如權(quán)利要求4所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述X 射線探測器為閃爍探測器、正比計數(shù)管和半導(dǎo)體探測器中的一種或組合。
6.如權(quán)利要求5所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述閃爍探測器的窗口為鈹窗。
7.如權(quán)利要求5所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述X 射線探測器的能量分辨率大于250eV。
8.如權(quán)利要求4所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述探測信號采集器包括多道脈沖幅度分析器、單道脈沖幅度分析器或電壓比較器中的一種或組
9.如權(quán)利要求1所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述X 射線發(fā)射裝置包括X射線管，所述X射線管工作管電壓為10kV-200kV。
10.如權(quán)利要求9所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述 X射線管采用銀靶。
11.如權(quán)利要求1所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述X射線發(fā)射裝置和X射線探測器設(shè)置在探測箱內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述探測箱的下表面距所述被測煤流的上表面最小間距為2cm。
13.如權(quán)利要求11所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置，其特征在于，所述探測器箱內(nèi)安裝有加熱與制冷裝置。
14.一種反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的檢測方法，所述反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置包括位于被測煤流上方的射線裝置、位于所述被測煤流上方的至少一個X射線探測裝置、位于所述被測煤流上方的測距傳感器以及計算裝置，所述檢測方法包括以下步驟所述射線裝置對所述被測煤流發(fā)射X射線；所述至少一個X射線探測裝置測量被所述被測煤流反射的X射線的能譜；所述測距傳感器測量所述被測煤流到所述X射線探測裝置的距離；所述計算裝置根據(jù)所述反射的X射線的能譜與所述被測煤流到所述X射線探測裝置的距離，計算所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。
15.如權(quán)利要求14所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的檢測方法，其特征在于，所述射線裝置發(fā)射的X射線包含能量連續(xù)的軔致輻射X射線；所述至少一個X射線探測裝置用于測量所述軔致輻射X射線被所述煤流反射后的X射線的能譜，所述計算裝置根據(jù)所述反射的X射線的能譜，以及所述被測煤流到所述X射線探測裝置的距離，計算所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。
16.如權(quán)利要求14所述的反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置的檢測方法，其特征在于，所述反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置還包括標(biāo)準(zhǔn)塊，所述標(biāo)準(zhǔn)塊位于所述被測煤流的上方，其中在所述煤流的測量過程中，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被提起，使得所述射線裝置發(fā)射的X射線直接照射到所述煤流，被所述煤流反射的X射線到達(dá)所述X射線探測裝置，整個過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運輸煤炭時，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運輸帶與所述射線裝置、所述X射線探測裝置之間，使所述射線裝置發(fā)射的X射線照射到所述標(biāo)準(zhǔn)塊上，所述X射線探測裝置測量被所述標(biāo)準(zhǔn)塊反射的X射線的能譜，用于校正所述射線裝置發(fā)射的X射線的能譜變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種反射式X射線煤炭灰分與發(fā)熱量檢測裝置及檢測方法，該檢測裝置包括射線裝置，位于被測煤流的上方，用于對被測煤流發(fā)射X射線；至少一個X射線探測裝置，位于被測煤流的上方，用于測量被被測煤流反射的X射線的能譜；測距傳感器，位于被測煤流的上方，用于測量被測煤流到X射線探測裝置的距離，和計算裝置，至少一個X射線探測裝置、測距傳感器各自與所述計算裝置連接，以將所測得的能譜與距離傳輸至計算裝置，計算裝置根據(jù)能譜與距離計算被測煤流的灰分和發(fā)熱量。本發(fā)明通過采用X射線發(fā)射裝置取代傳統(tǒng)的放射源，提高射線源管理的安全性，并且根據(jù)本發(fā)明的檢測方法有利于提高測量精度。
文檔編號G01N23/20GK102519993SQ20111046068
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者林謙, 程建平, 衣宏昌 申請人:清華大學(xué)