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(jì)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)?，F(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(duì)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(duì)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(jià)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(dòng)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(yùn)輸、退役過程中，可能會(huì)由于泄漏而對(duì)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(gè)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(jì)算裝置，所述X射線探測裝置與所述計(jì)算裝置連接，將測得的所述X射線的能譜傳輸至所述計(jì)算裝置，所述測距傳感器與所述計(jì)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(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置根據(jù)所述能譜與距離計(jì)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(huì)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(shí)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(qiáng)度與煤炭灰分之間存在一個(gè)近似的關(guān)系，即灰分越高，反射射線強(qiáng)度越低，根據(jù)二者的關(guān)系即可推算灰分。但反射射線強(qiáng)度還與反射點(diǎn)到X射線探測裝置之間距離有關(guān)，反射射線強(qiáng)度近似隨距離的平方成反比衰減。因?yàn)榉瓷渖渚€向各個(gè)方向都有，X射線探測裝置與反射點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)度變化。而本發(fā)明實(shí)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(qiáng)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(qiáng)度會(huì)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(gè)實(shí)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(gè)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(jì)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(jì)算所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運(yùn)輸煤炭時(shí)，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運(yùn)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(shí)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(gè)實(shí)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(hào)采集器。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述X射線探測器包括閃爍探測器、正比計(jì)數(shù)管和半導(dǎo)體探測器中的一種。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述閃爍探測器的窗口為鈹窗。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中，所述探測信號(hào)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中，所述X射線管采用銀靶。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(duì)所述被測煤流發(fā)射X射線；所述至少一個(gè)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(jì)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(jì)算所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)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(jì)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(jì)算所述被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運(yùn)輸煤炭時(shí)，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運(yùn)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(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)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(duì)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(duì)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(diǎn)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(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)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(hào)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(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)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(jī)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(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)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(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)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(shí)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(gè)X射線探測裝置、測距傳感器800、計(jì)算裝置300。射線裝置100位于被測煤流500的上方，用于對(duì)被測煤流500發(fā)射χ射線。至少一個(gè)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(qiáng)度。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，設(shè)置多個(gè)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(duì)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(shí)施例以兩個(gè)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(jì)算裝置300，X射線探測裝置200和201分別與計(jì)算裝置300電連接，以將其測得的能譜傳輸至計(jì)算裝置300 ；測距傳感器800與計(jì)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(jì)算裝置300，計(jì)算裝置300根據(jù)能譜與距離計(jì)算出被測煤流500的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(shí)，煤流不會(huì)撞擊到探測箱。間距越小，測量到的反射X射線越多，對(duì)降低計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)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(shí)，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(jì)算裝置300電連接，由計(jì)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(gè)實(shí)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(hào)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(hào)，輸送給探測信號(hào)采集器，由探測信號(hào)采集器對(duì)該信號(hào)整形處理后，進(jìn)行信號(hào)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(duì)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(jì)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(duì)不同能量的X射線的分辨越不利， 但對(duì)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(duì)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(hào)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(gè)實(shí)施例中，射線裝置還可以包括X射線管，X射線管相對(duì)于加速器結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)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(gè)實(shí)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(duì)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(gè)能量的X射線的強(qiáng)度)，再將測量數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算裝置300，根據(jù)這些不同能量的X射線的強(qiáng)度計(jì)算被測煤流500的灰分和發(fā)熱量。設(shè)單能X射線的對(duì)煤流的反射X射線的強(qiáng)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?yàn)楹穸仍酱?，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(jì)算出灰分，但對(duì)于能譜連續(xù)的X射線， 可以得到很多個(gè)反射X射線的強(qiáng)度與灰分、厚度的關(guān)系方程，對(duì)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(shí)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(qiáng)度在空氣中的衰減隨傳播距離的變化，同時(shí)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(diǎn)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(duì)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(qiáng)度與煤炭灰分之間存在一個(gè)近似的關(guān)系，即灰分越高，反射射線強(qiáng)度越低， 根據(jù)二者的關(guān)系即可推算灰分。但反射射線強(qiáng)度還與反射點(diǎn)到X射線探測裝置之間距離有關(guān)，反射射線強(qiáng)度近似隨距離的平方成反比衰減。因?yàn)榉瓷渖渚€向各個(gè)方向都有，X射線探測裝置與反射點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)度變化。而本發(fā)明實(shí)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(qiáng)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(qiáng)度會(huì)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(gè)實(shí)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(gè)過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運(yùn)輸煤炭時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運(yùn)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?yàn)樯渚€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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)被測煤流發(fā)射X射線。步驟S02 至少一個(gè)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(shí)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(gè)不同能量的X射線的能量和強(qiáng)度，并將測量數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)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(jì)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(jì)算被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)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(gè)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(jì)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(jì)算被測煤流的灰分和發(fā)熱量。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)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(gè)過程不受標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運(yùn)輸煤炭時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運(yùn)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(shí)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(jì)算灰分。本發(fā)明實(shí)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(shí)施例采用的是射線裝置，在停止供電后，本發(fā)明實(shí)施例的裝置是不會(huì)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(hào)探測和信號(hào)處理上是完全不同的，因?yàn)椴煌芰康纳渚€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(hào)互相重疊，需要復(fù)雜算法進(jìn)行分離，并且本發(fā)明實(shí)施例利用連續(xù)能量的射線，通過分析計(jì)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(shí)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(qiáng)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?yàn)槠涫苊毫骱穸?、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(gè)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(dòng)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(shí)總體能探測到的反射射線數(shù)量就越少，同樣時(shí)間內(nèi)，測量的統(tǒng)計(jì)誤差就越大，而對(duì)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(shí)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(jì)數(shù)較低。而本發(fā)明實(shí)施例所采用的射線裝置發(fā)射的射線強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(duì)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(duì)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(shí)施例，對(duì)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(duì)這些實(shí)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(gè)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(jì)算裝置，所述X射線探測裝置與所述計(jì)算裝置連接，將測得的所述X射線的能譜傳輸至所述計(jì)算裝置，所述測距傳感器與所述計(jì)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(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置根據(jù)所述能譜與距離計(jì)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(gè)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(jì)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(jì)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(gè)過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運(yùn)輸煤炭時(shí)，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運(yùn)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(hào)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(jì)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(hào)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(gè)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(jì)算裝置，所述檢測方法包括以下步驟所述射線裝置對(duì)所述被測煤流發(fā)射X射線；所述至少一個(gè)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(jì)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(jì)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(gè)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(jì)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(jì)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(gè)過程不受所述標(biāo)準(zhǔn)塊阻擋；當(dāng)停止運(yùn)輸煤炭時(shí)，所述標(biāo)準(zhǔn)塊被置于運(yùn)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(duì)被測煤流發(fā)射X射線；至少一個(gè)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(jì)算裝置，至少一個(gè)X射線探測裝置、測距傳感器各自與所述計(jì)算裝置連接，以將所測得的能譜與距離傳輸至計(jì)算裝置，計(jì)算裝置根據(jù)能譜與距離計(jì)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(hào)G01N23/20GK102519993SQ20111046068
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)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(qǐng)人:清華大學(xué)