射線秤重方法及核子秤技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)用于物料的重量（質(zhì)量）的在線測(cè)量，如生產(chǎn)過(guò)程的配料控制或運(yùn)輸計(jì)量，由放射源，探測(cè)器，測(cè)速傳感器（或測(cè)量長(zhǎng)度傳感器）及二次儀表構(gòu)成。其二次儀表包括米脈沖發(fā)生器、對(duì)數(shù)比值Ａ／Ｄ變換器、變換器時(shí)間常數(shù)調(diào)節(jié)電路及累加計(jì)數(shù)器構(gòu)成，由米脈沖控制計(jì)數(shù)器進(jìn)行載荷累加計(jì)數(shù)。由于本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)中采用的比值對(duì)數(shù)Ａ／Ｄ變換器，在變換過(guò)程中調(diào)節(jié)電路的時(shí)間常數(shù)，使得該電路在量程范圍內(nèi)能給出滿足誤差要求的載荷值。因此二次儀表也能給出滿足誤差要求的積分重量值。（*該技術(shù)在2008年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于物理領(lǐng)域涉及一種粒子輻射計(jì)量設(shè)備，用于重量或質(zhì)量測(cè)量。本專(zhuān)利技術(shù)是專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利“射線測(cè)厚方法和射線數(shù)字厚度計(jì)”的分案申請(qǐng)?zhí)?7104383申請(qǐng)日87.6.25本專(zhuān)利技術(shù)利用射線透過(guò)傳送皮帶及被測(cè)物料時(shí)，射線隨皮帶載荷(單位皮帶長(zhǎng)度上物料的重量)變化的規(guī)律，測(cè)出皮帶載荷，用測(cè)長(zhǎng)度傳感器測(cè)出皮帶運(yùn)行長(zhǎng)度，(或測(cè)速傳感器測(cè)出皮帶速度后對(duì)時(shí)間積分得到長(zhǎng)度)經(jīng)二次儀表計(jì)算，得到傳送的總重量。這種方法也適于管道內(nèi)輸送的物料重量計(jì)量。目前，核子秤的二次儀表有二種方法構(gòu)成1、模擬式核子秤探測(cè)器輸出的電信號(hào)，通過(guò)前置放大器放大并轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)放大器完成載荷的讀數(shù)線性化，再由乘法器進(jìn)行與速度傳感器輸出的電壓信號(hào)相乘得到質(zhì)量(重量)流信號(hào)，最后由積分器將重量流對(duì)時(shí)間積分得到總重量。美國(guó)專(zhuān)利3，541，332Patented17，1970。就是這種電路，這種電路的缺點(diǎn)是由于對(duì)數(shù)放大器的特性不能很好地?cái)M合物料的吸收曲線，并且穩(wěn)定性差，使得這種核子秤精度低、穩(wěn)定性差。2、微機(jī)核子秤利用A/D變換器將探測(cè)器及前置放大器的輸出電壓信號(hào)及速度傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D變換得到數(shù)字信號(hào)，完成數(shù)字化，或者把探測(cè)器的信號(hào)變成脈沖信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)完成載荷線性化，進(jìn)行載荷和速度相乘得到重量流，再對(duì)時(shí)間積分得到傳送總重量。美國(guó)Kay-Ray公司生產(chǎn)的MODEL6000X核子秤以及Isotopenpraxis.Bd.17.H.8/9介紹的RadiometrischeBandWaagemitRechnerschaltkreisZurSignalaufber-eitung(M.claser)就是這種核子秤。本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種A/D變換器完成載荷的線性化及數(shù)字化，并通過(guò)傳送帶運(yùn)行長(zhǎng)度的測(cè)量，得到單位長(zhǎng)度脈沖，例如米脈沖。每個(gè)米脈沖使得載荷在累加計(jì)數(shù)器上累加一次，累加計(jì)數(shù)器的總計(jì)數(shù)就代表了傳送的總重量。本專(zhuān)利技術(shù)既改進(jìn)了模擬式核子秤精度差、穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)又具有電路簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、使用及檢修方便、能在惡劣環(huán)境中(例如礦井中)工作的優(yōu)點(diǎn)。本專(zhuān)利技術(shù)的要點(diǎn)是提供一種變換器，這種變換器輸出的BCD代碼與輸入的模擬電壓的關(guān)系在要求的誤差范圍內(nèi)和皮帶載荷值與探測(cè)器輸出信號(hào)的關(guān)系曲線一致。此時(shí)變換器的輸出代碼也就代表了傳送帶的載荷。同位素放出的γ射線，在穿過(guò)物料時(shí)，放射性強(qiáng)度N和傳送帶載荷P的關(guān)系為N(P)＝N0e-kp(1)N0為無(wú)物料時(shí)探測(cè)器接收的放射性強(qiáng)度，粒子數(shù)/秒。N(P)為載荷為P時(shí)探測(cè)器接收的放射性強(qiáng)度，粒子數(shù)/秒。K為物料的吸收系數(shù)，m/kg。P為皮帶載荷，kg/m探測(cè)器的輸出信號(hào)經(jīng)放大器放大后的輸出電壓V與傳送帶載荷的關(guān)系為V(P)＝Voe-kp(2)Vo為傳送帶上無(wú)物料時(shí)放大器輸出電壓，伏。V(P)為載荷為P時(shí)放大器輸出電壓，伏。P＝ 1/(K) In (Vo)/(V≒)) (3)核子秤使用的γ源通常是中能γ源，能量為Mev量級(jí)。中能γ射線與物質(zhì)相互作用主要是康普頓效應(yīng)，初級(jí)光子和核外電子作用后產(chǎn)生次級(jí)光子，因此有積累效應(yīng)，透過(guò)物料的γ射線與皮帶載荷的關(guān)系與指數(shù)規(guī)律有偏差V(P)＝V0e-kpB(KP) (4)B(Kp)為積累因子，大于1。P＝ 1/(K) In (VoB(KP))/(V(P)) ＝ 1/(K) In (Vo)/(V(P)) + 1/(K) InB(KP) (5)附圖2中的曲線1為窄束γ射線也就是積累因子B(KP)＝1時(shí)的吸收曲線。曲線2是積累因子大于1時(shí)的吸收曲線。實(shí)現(xiàn)皮帶載荷的數(shù)字化與線性化也就是設(shè)計(jì)一種變換器，這種變換器的數(shù)字輸出信號(hào)能夠擬合曲線1和曲線2。在量程范圍內(nèi)其偏差滿足精度要求。以下將結(jié)合例圖對(duì)專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述附圖說(shuō)明圖1為核子皮帶秤原理2為γ射線的吸收曲線(靜電計(jì)輸出電壓與皮帶載荷的關(guān)系曲線)圖3為雙積分A/D變換器積分器的輸出波形圖1電路單元說(shuō)明放射源探測(cè)器靜電計(jì)比值對(duì)數(shù)A/D變換器、積分時(shí)間常數(shù)調(diào)節(jié)電路測(cè)速傳感器米脈沖發(fā)生器控制電路累計(jì)計(jì)數(shù)器圖2曲線1為窄束γ射線吸收曲線(積累因子B(KP)＝1)。圖2曲線2為積累因子B(KP)＞1時(shí)，γ射線的吸收曲線。圖2曲線3為以三段折線(二個(gè)折點(diǎn))擬合曲線2的示意曲線。圖3a雙積分A/D變換器的積分器輸出波形。圖3b比值對(duì)數(shù)A/D變換器的積分器輸出波形。本設(shè)備包括放射源、探測(cè)器、靜電計(jì)、雙積分比值對(duì)數(shù)A/D變換器、積分時(shí)間常數(shù)調(diào)節(jié)電路、、測(cè)速傳感器、米脈沖發(fā)生器、控制電路、累計(jì)計(jì)數(shù)器。一般的雙積分式的A/D變換器是線性變換器。其積分器的輸出波形如圖3a。T0為自校零周期，T1為對(duì)輸入信號(hào)積分周期，T2為對(duì)參考電壓反向積分周期。積分器的輸出電壓過(guò)0時(shí)得到的時(shí)鐘脈沖數(shù)就是輸入電壓值V1n＝T′2·f·v (6)f為時(shí)鐘頻率，T′2為對(duì)參考電壓的反向積分時(shí)間，v為每個(gè)脈沖代表的電壓值。如果在積分電容Cint上并一個(gè)電阻Rp，在輸入端InLo，RefHi和RefLo之間并聯(lián)電阻R1和R2。積分器的輸出波形如圖3b。我們定義τ＝CintRp(7)k＝ (R2)/(R1+R2) (8)如果將V0輸入InHi輸入端，V1輸入InLo輸入端。則參考電壓VRef＝kV1(9)對(duì)輸入電壓積分完成時(shí)，積分器的輸出電壓Vint(T1)＝(Vo-V1) (RP)/(Rint) (1-e-Ti/τ) (10)對(duì)參考電壓反向積分的最大幅度為｜Vmax｜＝Vint(T1)+VRef(RP)/(Rint) (11)Vint(T)＝e-Ti/τ-VRef(RP)/(Rint) (12)當(dāng)Vint(T)＝0時(shí)，完成反向積分周期，得到T′2。e-T′/τ＝VRef(RP)/(Rint) (13)將(9)，(10)代入(13)得到T2′=τIn(V0-V1)RpRint(1-e-T/τ)+kV1RpRintkV1RpRint---(14)]]>選擇k＝(1- (15)則T′2＝τIn (VO)/(V1) (16)如果時(shí)鐘頻率為f，n表示顯示器的脈沖計(jì)數(shù)則T′2＝ (n)/(f) (17)代入(16)式n＝fτIn (VO)/(V1) (18)由(3)式P＝ 1/(K) In (VO)/(VP) (3)把傳送帶上無(wú)物料時(shí)放大器的輸出電壓Vo輸入雙積分A/D變換器的InHi端，把載荷為P時(shí)的放大器輸出電壓Vp作為V1輸入雙分變換器的InLo端。選擇每個(gè)計(jì)數(shù)代表的載荷值p＝P/n，(3)式可改寫(xiě)為n＝ 1/(Kp) In (VO)/(VP) (19)(18)和(19)二式相等，則fτ＝ 1/(Kp)τ＝ 1/(fpK) (20)k＝(1- ) (21)對(duì)圖1，形式的電路，只要按(20)和(21)二個(gè)公式選擇電路參數(shù)，就可以做成積累因子B(KP)＝1的載荷測(cè)量電路。附圖1中電壓比較器及相連的電阻R3、R4及電子開(kāi)關(guān)Ke1、Ke2構(gòu)成的積分時(shí)間常數(shù)調(diào)節(jié)電路、是用來(lái)改變時(shí)間常數(shù)的。也就是改變公式(20)中的τ值的。核子秤一般使用中能γ源，必須考慮積累因子B(KP)，否則將給出較大的誤差。附圖2中的曲 是積累因子大于1時(shí)的吸收曲線。這種情況我們可以用幾段折線來(lái)擬合曲線2，如圖2中的曲線3。首先我們根據(jù)a線段選擇一等效的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種核子皮帶秤載荷的測(cè)量方法是：由射線源〔１〕發(fā)出的射線穿過(guò)被測(cè)物料，一部分被物料吸收，剩余射線被探測(cè)器接收，產(chǎn)生與載荷有關(guān)的電流信號(hào)Ｉ↓〔１〕－Ｉ↓〔０〕ｅ↑〔－ｋｐ〕，其中Ｉｏ為皮帶載荷為０時(shí)探測(cè)器的輸出電流（Ａ），Ｋ為材料對(duì)射線的 吸收系數(shù)（ｍ／ｋｇ），Ｐ為皮帶載荷（ｋｇ／ｍ）。通過(guò)前置放大器〔３〕轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)Ｖ↓〔１〕＝Ｖ↓〔０〕ｅ↑〔－ｋｐ〕，Ｖｏ為載荷為０時(shí)前置放大器的輸出電壓信號(hào)；再通過(guò)具有指數(shù)特性的Ａ／Ｄ變換直接變換成載荷數(shù)學(xué)信號(hào)Ｐ＝Ｉ／Ｋ（Ｉ ｎ）Ｖｏ／Ｖ↓〔１〕；其特征在于所說(shuō)的指數(shù)Ａ／Ｄ變換的方法是：ａ）把Ｖｏ和Ｖ↓〔１〕的差值（Ｖｏ－Ｖ↓〔１〕）作為雙積分Ａ／Ｄ變換器的被測(cè)信號(hào)，即Ｖｏ輸入到信號(hào)高電位輸入端ＩｎＨｉ，Ｖ↓〔１〕輸入到低電位信號(hào)輸入端ＩｎＬｏ；把Ｋ Ｖ↓〔１〕輸入?yún)⒖茧妷旱母咻斎攵耍遥澹妫龋椋渲校耍剑摇玻病常ǎ摇玻薄常摇玻病常┘矗摇玻薄巢⒙?lián)于ＩｎＬｏ和ＲｅｆＨｉ之間，Ｒ↓〔２〕并聯(lián)于ＲｅｆＨｉ與ＲｅｆＬｏ之間，按公式Ｋ＝Ｒ↓〔２〕／（Ｒ↓〔１〕＋Ｒ↓〔２〕）＝（１－ｅ ↑〔－Ｔ↓〔１〕ｔｐｋ〕，選擇Ｒ↓〔１〕和Ｒ↓〔２〕，其中Ｔ↓〔１〕為雙積分變換器的積分周期（ｓ），ｆ為時(shí)鐘頻率（ＨＺ），Ｐ為每個(gè)字代表的載荷，Ｋ為材料對(duì)射線的吸收系數(shù)（ｍ／ｋｇ）。ｂ）在雙積分變換器的積分電容Ｃ↓〔Ｉｎｔ〕上并聯(lián)電阻Ｒ ↓〔Ｐ〕，按公式ｔ＝Ｒｐ．Ｃ↓〔Ｉｎｎｔ〕＝１／ｆｐＫ選擇Ｒｐ，其變換結(jié)果就代表子載荷的數(shù)字信號(hào)，ｃ）修正透過(guò)被測(cè)物料的射線與指數(shù)規(guī)律偏離的方法是在積分電容Ｃ↓〔Ｉｎｔ〕上并聯(lián)由電子開(kāi)關(guān)Ｋ↓〔ｅ１〕、Ｋ↓〔ｅ２〕控制通斷的電阻Ｒ ↓〔３〕、Ｒ↓〔４〕，電子開(kāi)關(guān)由電壓比較器〔５〕、〔６〕控制，當(dāng)積分電容Ｃ↓〔Ｉｎｔ〕上的電壓達(dá)到預(yù)定的電壓Ｕ＊時(shí)電壓比較器〔５〕翻轉(zhuǎn)，使電子開(kāi)關(guān)Ｋ↓〔ｅ１〕通導(dǎo)，電阻Ｒ↓〔３〕并聯(lián)于Ｒｐ上，同時(shí)當(dāng)電壓Ｖｃ＝Ｕ＊時(shí)電阻Ｒ↓〔４〕并聯(lián)于Ｒｐ和Ｒ↓〔３〕上，這樣在電容Ｃ↓〔Ｉｎｔ〕的充電的過(guò)程中改變屹個(gè)時(shí)間常數(shù)，充電曲線成為幾段折線，這就是用折線擬合物料對(duì)射線的吸收曲線的方法，用以修正載荷與指數(shù)規(guī)律的偏離。...

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王澤民，陳宏宙，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：清華大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：11[中國(guó)|北京]