專利名稱：一種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法
一種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法本發(fā)明涉及無源核子料位測量技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法。在化工、冶金、煤炭、電力等行業(yè)，在輸送物料的過程中，經(jīng)常需要測量料斗、料倉中的料位?，F(xiàn)有利用伽瑪射線測量物位的方法主要有兩種一種是傳統(tǒng)的帶放射源的核子料位計，如國內(nèi)專利CN202230393公開的一種自動料位控制裝置，其實質(zhì)是利用左右相互對稱的伽馬射線柱對料位倉中的料位進(jìn)行測量；另一種則是不帶放射源，利用被測物料和環(huán)境的天然的伽瑪射線測量物位的無放射源核子料位計，簡稱無源核子料位計，無源核子料 位計使得不用放射源而只是利用被測物料自身的伽瑪放射性和被測容器所在環(huán)境中的伽瑪放射性實現(xiàn)非接觸測量物位變得簡單有效和可行，使得原本需要使用核子料位計的領(lǐng)域被無源核子料位計取代，大大減少了放射源的使用數(shù)量，免去了高昂的放射源管理成本，降低了輻射風(fēng)險。根據(jù)料位測量的報警模式又可將無源核子料位計分為開關(guān)式和連續(xù)式兩種形式。開關(guān)式無源核子料位計是只能分辨物料高度是否達(dá)到設(shè)定位置、并輸出開關(guān)信號的物位計；而連續(xù)式物位計是指能夠分辨出具體的物料高度、并輸出一種或多種連續(xù)物位信號的物位計。對于連續(xù)式無源核子料位計來說，料位曲線即物料高度與伽馬射線強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系曲線，因此料位曲線的確定對準(zhǔn)確判斷料位起到非常關(guān)鍵的作用。如國內(nèi)專利CN200810017274提供了一種與現(xiàn)實非常不符的理想的計算方法，用來計算出物位和測量到的放射性強(qiáng)度的對應(yīng)曲線。該方法為了計算方便，首先把體放射源簡化成面狀放射源，其次把體放射源側(cè)面的測量點的位置簡化為面狀放射源上空一點，最后又把平面上空一點的理想情況，擴(kuò)大到不符合該理想模型的實際應(yīng)用中，由此計算出的曲線的變化趨勢在測量點靠近物料分界面時，與實際是相反的，所以沒有實用價值。又如國內(nèi)專利CN03115824公開的一種利用天然放射性測量物位的方法，其方法在于已知料位的情況下，逐漸增加物料，同時連續(xù)測量伽瑪射線放射強(qiáng)度，得到物料高度和伽瑪射線放射強(qiáng)度一一對應(yīng)的點，連接所有測量點得到一條連續(xù)曲線即料位曲線。該方法的適用前提為已知料位，并且知道每個時刻的料位，但在實際情況下，該方法難以實現(xiàn)原因有三第一，通常不能及時準(zhǔn)確知道料位；第二、為了得到比較準(zhǔn)確的伽瑪射線強(qiáng)度值，需要一定的響應(yīng)時間；第三，由于伽瑪射線的隨機(jī)性，實際測量到的伽瑪射線強(qiáng)度值是一個范圍。本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可精準(zhǔn)確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法。為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法，包括測量裝置和計算模塊，其特征在于該方法采用直接法，包含以下步驟(a)將連續(xù)式無源核子料位計安裝在選定位置，使其安裝高度符合報警的高度要求，安裝方向要使得其中的伽瑪馬射線探測器能探測被測物料和被測容器的伽瑪射線強(qiáng)度；(b)在測量范圍內(nèi)任意的一個可知的料位處，記錄連續(xù)式無源核子料位計測量到的伽馬射線強(qiáng)度及其變化范圍，得到料位與伽馬射線強(qiáng)度平面上的一個線段；(C)按照所需測量精度，改變料位，記錄連續(xù)式無源核子料位計測量到的伽馬射線強(qiáng)度及其變化范圍，得到料位與伽馬射線強(qiáng)度平面上的另一個線段；(d)重復(fù)步驟(c); (e)連接得到的線段的最大點，再連接得到的線段的最小點，得到不同料位對應(yīng)的伽馬射線強(qiáng)度的變化趨勢，即比較粗的一條料位曲線；(f)根據(jù)該料位曲線，依實際測量的伽瑪射線強(qiáng)度得到料位的范圍，其中間值就是被測料位。該方法采用推算法替代直接法，包含以下步驟(a)線性擬合推算，在料滿(料位為H)時，測量伽瑪射線強(qiáng)度Nh ;在料空(料位為L)時，測出伽瑪射線強(qiáng)度NI，實際測量時，當(dāng)測到的伽瑪射線強(qiáng)度為N，則此時的料位依計算公式 h=L+ (H-L) * (N-Nl) / (Nh-Nl)計算得出。(b)曲線擬合推算，測出料滿和料空兩個伽瑪射線強(qiáng)度值，再多次改變料位，利用移動定位法確定該料位值，同時測出對應(yīng)該料位的伽瑪射線強(qiáng)度，得到包括料滿和料空在內(nèi)的多個料位和伽瑪射線強(qiáng)度的對應(yīng)點，再利用三次曲線擬合這些點，得到伽瑪射線強(qiáng)度和料位的關(guān)系曲線，實際測量時，用測量到的伽瑪射線強(qiáng)度值和該關(guān)系曲線，計算對應(yīng)的料位。該方法采用參考法替代直接法，包含以下步驟(a)在被測容器附近環(huán)境輻射相似處，選擇可以確定料位的、裝同一種被測物料的、相似容器，并將連續(xù)式無源核子料位計安裝在與被測容器的測量位置相似的位置；(b)測量料滿和料空時的伽瑪射線強(qiáng)度Nh和NI，做為實際被測容器處的料滿和料空時的伽瑪射線強(qiáng)度Nh和NI。(c)將連續(xù)式無源核子料位計安裝回被測容器的選定位置，實際測量伽瑪射線強(qiáng)度N，并用剛才確定的料空、料滿射線強(qiáng)度Nh和NI，按照推算法得到實際料位h=L+(H-L) * (N-Nl)/(Nh-Nl)。所述推算法適用于能確定被測容器內(nèi)滿料和完全料空兩種狀態(tài)的情況，包括不能確定具體中間料位的情況，得到伽瑪射線強(qiáng)度和料位的對應(yīng)關(guān)系。所述參考法適用于所有情況，包括不能確定實際的料位，也不能確定被測容器內(nèi)料滿、料空狀態(tài)的情況。所述推算法和參考法中的料位曲線是一條比較粗的曲線，每個料位對應(yīng)一個伽瑪射線強(qiáng)度范圍；每一個測量到的伽瑪射線強(qiáng)度在這條曲線上也對應(yīng)一個料位范圍，該范圍就是該連續(xù)式無源核子料位計的測量精度；
所述的推算法中的曲線擬合中用的移動定位法，是在某一料位狀態(tài)下，從上向下或從下向上移動連續(xù)式無源核子料位計，同時測量伽瑪射線強(qiáng)度，得到一組變化的數(shù)據(jù)，該組數(shù)據(jù)中相鄰兩個數(shù)據(jù)的差最大的數(shù)所對應(yīng)的連續(xù)式無源核子料位計的測量位置就是實際料位。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供了適用于連續(xù)式無源核子料位計的確定料位與伽馬射線強(qiáng)度關(guān)系的方法，為準(zhǔn)確測定料位提供堅實基礎(chǔ)，本發(fā)明提出直接法、擬合推算法及參考法三種可依實際測量情況相互替換的方法，既增加了用戶測量時依實際測量情況的選擇性，又可作為檢驗方法提高數(shù)據(jù)的可信度。圖I是本發(fā)明涉及的無源核子料位計內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明涉及的無源核子料位計應(yīng)用示意圖；圖3是本發(fā)明實施例測量到的料位曲線圖；圖中I.物料2.被測容器3.無源核子料位計4.無源核子料位計支架[具體實施方式
]結(jié)合附圖
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，該方法對本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員來說是可以實現(xiàn)的。本發(fā)明方法的提出是為了適用于連續(xù)式料位計，希望隨著物料高度的變化、連續(xù)輸出精確的物位信號，設(shè)計的基本方案為在確定好的測量點位置安裝符合靈敏度要求的連續(xù)式無源核子料位計，在確定的響應(yīng)時間內(nèi)測量伽瑪射線強(qiáng)度，確定測量到的伽瑪射線強(qiáng)度和物位的關(guān)系曲線，依實際測量到的伽瑪射線強(qiáng)度值，輸出被測料位。本發(fā)明提出的直接法的實現(xiàn)要結(jié)合其他方法先確定料位，方法不局限于移動法和敲擊法，按照測量精度要求，反復(fù)測量不同料位對應(yīng)的伽瑪射線強(qiáng)度范圍，記錄連續(xù)式無源核子料位計測量到的伽瑪射線強(qiáng)度及其變化范圍，由此得到料位曲線上的一個點，然后再用各種方法，改變料位，重復(fù)上述步驟，又會得到料位曲線上的另外一個點，如此反復(fù)重復(fù)，會得到許多點，把這些點連起來，就能得到不同料位高度對應(yīng)的伽瑪射線強(qiáng)度的變化范圍。實際上這樣得到的是一條比較“粗”的、每個料位對應(yīng)一個伽瑪射線強(qiáng)度范圍、每一個伽瑪射線強(qiáng)度值也對應(yīng)一個料位范圍的料位曲線。盡量找到足夠多的點使得連起來的曲線平滑，由測量到的伽瑪射線強(qiáng)度值對應(yīng)的料位范圍符合連續(xù)式無源核子料位計的精度要求。然后依據(jù)實際測量的伽瑪射線強(qiáng)度判定料位范圍。將本發(fā)明提供的方法應(yīng)用于連續(xù)式飛灰料位計中，測量電除塵器或布袋除塵器灰斗的料位，所用的電除塵器或布袋除塵器灰斗如圖2所示為倒四棱錐形鋼板結(jié)構(gòu)、高度5-8米、傾角60度、外部設(shè)有20-40cm厚的保溫材料和保護(hù)保溫材料的彩鋼板，內(nèi)部被測物料是煤粉燃燒后形成的溫度在135-450°C的飛灰，鑒于飛灰的溫度、黏性和落灰的沖擊力及其較強(qiáng)的伽瑪放射性，在灰斗灰位監(jiān)測上采用本發(fā)明所述的方法是非常理想的。實施例中使用的無源核子料位計如圖I所示主要包括(I)伽瑪射線探測器，選用NaI閃爍探測器，用于測量被測物料和被測容器所在環(huán)境的伽瑪射線強(qiáng)度；(2)信號處理模塊，用于處理所收集的伽瑪射線強(qiáng)度信號，結(jié)合軟件根據(jù)預(yù)先設(shè)定的開關(guān)點發(fā)出報警信號、解除報警信號，或根據(jù)預(yù)先取得的伽瑪射線強(qiáng)度與料位的關(guān)系輸出連續(xù)料位信號的電子線路；(3)料位信號輸出模塊，用于把信號處理模塊輸出的報警信號、報警解除信號、料位信號輸出的電子線路，可以是燈光、聲音、I/O 口、繼電器、模擬量輸出電路、通信接口等；(4)輔助模塊，包括安裝支架、改善信噪比的射線屏蔽裝置、電纜接頭、天線、用于設(shè)定開關(guān)點或伽瑪射線強(qiáng)度與料位的關(guān)系曲線參數(shù)的手持設(shè)備、用于無源核子料位計之間交換信息的通信設(shè)備等；(5)軟件，用于控制伽瑪探測器，處理伽瑪信號并輸出報警信號、解除報警信號、或連續(xù)料位信號，實現(xiàn)通信或人機(jī)對話等等功能的所有相關(guān)代碼的集合。采用直接法測量步驟如下
(a)將連續(xù)式飛灰料位計安裝在灰斗高度的3/4位置處，使得連續(xù)式飛灰料位計的探測方向?qū)?zhǔn)灰斗，并開始測量伽馬射線強(qiáng)度；(b)改變料位，用其他料位測量設(shè)備測量并確認(rèn)料位，記錄連續(xù)式無源核子料位計測量到的伽馬射線強(qiáng)度及其在可信度為99%時的變化范圍，得到料位曲線上的一個線段；(c)重復(fù)步驟(b)，直到有足夠精度的數(shù)據(jù)，通常要50次以上；(d)連接得到的線段，得到不同料位對應(yīng)的伽馬射線強(qiáng)度的變化趨勢，即料位曲線，依據(jù)該料位曲線，每個伽瑪射線強(qiáng)度值對應(yīng)一個料位范圍，蓋范圍就是測量精度；(e)根據(jù)實測的伽瑪射線強(qiáng)度N和上述的料位曲線，得到當(dāng)前灰位范圍。由于確認(rèn)料位比較困難，但是可以確認(rèn)料滿和料空這兩個狀態(tài)，就采用推算法測量，步驟如下(a)將連續(xù)式飛灰料位計安裝在灰斗高度的3/4位置處，使得連續(xù)式飛灰料位計的探測方向?qū)?zhǔn)灰斗，并開始測量伽馬射線強(qiáng)度；(b)在灰斗全空時(灰位為L)，測得料空伽瑪射線強(qiáng)度NI ；(c)在根據(jù)經(jīng)驗確認(rèn)灰斗全滿時(灰位為H)，測得料空伽瑪射線強(qiáng)度Nh ；(d)在實際測量時，測到的伽瑪射線強(qiáng)度N與此時的灰位h的關(guān)系h=L+ (H-L) * (N-Nl) / (Nh-Nl)，并輸入連續(xù)式飛灰料位計；(e)根據(jù)實測的伽瑪射線強(qiáng)度N和上述的料位曲線，得到當(dāng)前灰位范圍。有時，料滿值也比較難獲得，用參考法測量料滿值，再用推算法，步驟如下(a)將連續(xù)式飛灰料位計安裝在灰斗高度的3/4位置處，使得連續(xù)式飛灰料位計的探測方向?qū)?zhǔn)灰斗；(b)在灰斗全空時(料位為L)，測得料空伽瑪射線強(qiáng)度NI ；(C)將連續(xù)式飛灰料位計拿下來，在安裝位置的下面不同高度處，與灰斗保持相同距離，對著灰斗測量。用移動定位法判斷灰位，確認(rèn)灰位到一半以上后，在灰斗下半部分，找到伽瑪射線強(qiáng)度最強(qiáng)的區(qū)域，以此最強(qiáng)伽瑪射線強(qiáng)度近似為料滿伽瑪射線強(qiáng)度Nh ；(d)將連續(xù)式飛灰料位計安裝回安裝位置，測到的伽瑪射線強(qiáng)度N與此時的灰位h的關(guān)系h=L+ (H-L) * (N-Nl) / (Nh-Nl)，并輸入連續(xù)式飛灰料位計；(e)連續(xù)式飛灰料位計在安裝位置，根據(jù)實測的伽瑪射線強(qiáng)度N和上述的關(guān)系公式，得到灰位h。依據(jù)上述方法得到如圖3所示的料位曲線，隨著料位高度的增加，伽馬射線放射強(qiáng)度呈上升趨勢，每一個料位H對應(yīng)一個伽瑪射線強(qiáng)度范圍(Al，A2)，實際測量時，每測量到一個伽瑪射線強(qiáng)度值A(chǔ)，它所對應(yīng)的也是一個料位的范圍(H1，H2)，亦即測量精度。直接法、擬合推算法及參 考法三種方法可依據(jù)實際測量工況相互替換，亦可作為檢驗方法，提高數(shù)據(jù)的可信度。
權(quán)利要求
1.ー種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法，包括測量裝置和計算模塊，其特征在于該方法采用直接法，包含以下步驟 (a)將連續(xù)式無源核子料位計安裝在選定位置，使其安裝高度符合報警的高度要求，安裝方向要使得其中的伽瑪馬射線探測器能探測被測物料和被測容器的伽瑪射線強(qiáng)度； (b)在測量范圍內(nèi)任意的ー個可知的料位處，記錄連續(xù)式無源核子料位計測量到的伽馬射線強(qiáng)度及其變化范圍，得到料位與伽馬射線強(qiáng)度平面上的ー個線段； (C)按照所需測量精度，改變料位，記錄連續(xù)式無源核子料位計測量到的伽馬射線強(qiáng)度及其變化范圍，得到料位與伽馬射線強(qiáng)度平面上的另ー個線段； Cd)重復(fù)步驟(C)； (e)連接得到的線段的最大點，再連接得到的線段的最小點，得到不同料位對應(yīng)的伽馬射線強(qiáng)度的變化趨勢，即比較粗的一條料位曲線； (f)根據(jù)該料位曲線，依實際測量的伽瑪射線強(qiáng)度得到料位的范圍，其中間值就是被測料位。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法，其特征在于該方法采用推算法替代直接法，包含以下步驟 (a)線性擬合推算，在料滿(料位為H)時，測量伽瑪射線強(qiáng)度Nh;在料空(料位為L)吋，測出伽瑪射線強(qiáng)度NI，實際測量吋，當(dāng)測到的伽瑪射線強(qiáng)度為N，則此時的料位依計算公式h=L+ (H-L)*(N-Nl)/(Nh-Nl)計算得出。
(b)曲線擬合推算，測出料滿和料空兩個伽瑪射線強(qiáng)度值，再多次改變料位，利用移動定位法確定該料位值，同時測出對應(yīng)該料位的伽瑪射線強(qiáng)度，得到包括料滿和料空在內(nèi)的多個料位和伽瑪射線強(qiáng)度的對應(yīng)點，再利用三次曲線擬合這些點，得到伽瑪射線強(qiáng)度和料位的關(guān)系曲線，實際測量時，用測量到的伽瑪射線強(qiáng)度值和該關(guān)系曲線，計算對應(yīng)的料位。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法，其特征在于該方法采用參考法替代直接法，包含以下步驟 (a)在被測容器附近環(huán)境輻射相似處，選擇可以確定料位的、裝同一種被測物料的、相似容器，并將連續(xù)式無源核子料位計安裝在與被測容器的測量位置相似的位置； (b)測量料滿和料空時的伽瑪射線強(qiáng)度Nh和NI，做為實際被測容器處的料滿和料空時的伽瑪射線強(qiáng)度Nh和NI。 (c)將連續(xù)式無源核子料位計安裝回被測容器的選定位置，實際測量伽瑪射線強(qiáng)度N，并用剛才確定的料空、料滿射線強(qiáng)度Nh和NI，按照推算法得到實際料位h=L+(H-L) * (N-Nl)/(Nh-Nl)。
4.如權(quán)利要求I或2所述的ー種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法,其特征在于所述推算法適用于能確定被測容器內(nèi)滿料和完全料空兩種狀態(tài)的情況，包括不能確定具體中間料位的情況，得到伽瑪射線強(qiáng)度和料位的對應(yīng)關(guān)系。
5.如權(quán)利要求I或3所述的ー種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法,其特征在于所述參考法適用于所有情況，包括不能確定實際的料位，也不能確定被測容器內(nèi)料滿、料空狀態(tài)的情況。
6.如權(quán)利要求I或2或3所述的ー種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法，其特征在于(a)料位曲線是一條比較粗的曲線，每個料位對應(yīng)ー個伽瑪射線強(qiáng)度范圍； (b)每ー個測量到的伽瑪射線強(qiáng)度在這條曲線上也對應(yīng)ー個料位范圍，該范圍就是該連續(xù)式無源核子料位計的測量精度。
7.如權(quán)利要求2所述的ー種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法中的曲線擬合推算中用移動定位法，其特征在于 Ca)在某一料位狀態(tài)下，從上向下或從下向上移動連續(xù)式無源核子料位計，同時測量伽瑪射線強(qiáng)度，得到一組變化的數(shù)據(jù)； (b)該組數(shù)據(jù)中相鄰兩個數(shù)據(jù)的差最大的數(shù)所對應(yīng)的連續(xù)式無源核子料位計的測量位置就是實際料位。
全文摘要
本發(fā)明涉及無源核子料位測量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種確定連續(xù)式無源核子料位計中料位曲線的方法，該方法采用直接法，包含以下步驟先將連續(xù)式無源核子料位計安裝在選定位置；再通過其他測量方式確定料位，按照測量精度要求，在不同料位處，測量不同料位對應(yīng)的伽瑪射線強(qiáng)度；最后依據(jù)實際測量的伽瑪射線強(qiáng)度確定料位，也可采用推算法或參考法替代直接法，本發(fā)明彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供了適用于連續(xù)式無源核子料位計的確定料位與伽馬射線強(qiáng)度關(guān)系的方法，為準(zhǔn)確測定料位提供堅實基礎(chǔ)，本發(fā)明提出直接法、擬合推算法及參考法三種可依實際測量情況相互替換的方法，既增加了用戶測量時依實際測量情況的選擇性，又可作為檢驗方法提高數(shù)據(jù)的可信度。
文檔編號G01F23/288GK102735313SQ20121020368
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者朱敏娟, 郭云昌 申請人:朱敏娟, 郭云昌