一種射線秤重方法及核子秤技術

本發明專利技術用于物料的重量（質量）的在線測量，如生產過程的配料控制或運輸計量，由放射源，探測器，測速傳感器（或測量長度傳感器）及二次儀表構成。其二次儀表包括米脈沖發生器、對數比值Ａ／Ｄ變換器、變換器時間常數調節電路及累加計數器構成，由米脈沖控制計數器進行載荷累加計數。由于本發明專利技術中采用的比值對數Ａ／Ｄ變換器，在變換過程中調節電路的時間常數，使得該電路在量程范圍內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。（*該技術在2007年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于物理領域涉及一種粒子輻射計量設備，用于重量或質量測量。本專利技術是專利技術專利“一種射線測厚方法和射線數字厚度計”的分案申請號87104380申請日87.6.25本專利技術利用射線透過傳送皮帶及被測物料時，射線隨皮帶載荷(單位皮帶長度上物料的重量)變化的規律，測出皮帶載荷，用測長度傳感器測出皮帶運行長度，(或測速傳感器測出皮帶速度后對時間積分得到長度)經二次儀表計算，得到傳送的總重量。這種方法也適于管道內輸送的物料重量計量。目前，核子秤的二次儀表有二種方法構成1、模擬式核子秤探測器輸出的電信號，通過前置放大器放大并轉變成電壓信號，該信號經過對數放大器完成載荷的讀數線性化，再由乘法器進行與速度傳感器輸出的電壓信號相乘得到質量(重量)流信號。最后由積分器將重量流對時間積分得到總重量。美國專利3，541，332Patented17，1970。就是這路種路，這種電路的缺點是由于對數放大器的特性不能很好地擬合物料的吸收曲線，并且穩定性差，因而這種核子秤精度低、穩定性差。2、微機核子秤利用A/D變換器將探測器及前置放大器的輸出電壓信號及速度傳感器輸出的電壓信號進行A/D變換得到數字信號，完成數字化，或者把探測器的信號變成脈沖信號輸入計算機，由計算機完成載荷線性化，進行載荷和速度相乘得到重量流，再對時間積分得到傳送總重量。美國Kay-Ray公司生產的MoDEL6000X核子秤以及Iso-topenpraxis.Bd.17.H.8/9介紹的RadiometrischeBand-WaagemitRechnerschaltkreisZurSignalaufbereitung(M.claser)就是這種核子秤。本專利技術的目的在于提供一種A/D變換器完成載荷的線性化及數字化，并通過傳送帶運行長度的測量，得到單位長度脈沖例如米脈沖。每個米脈沖使得載荷在累加計數器上累加一次，累加計數器的總計數就代表了傳送的總重量。本專利技術既改進了模擬式核子秤精度差、穩定性差的缺點又具有電路簡單、價格便宜、使用及檢修方便、能在惡劣環境中(例如礦井中)工作的優點。本專利技術的要點是提供一種變換器，這種變換器輸出的BCD代碼與輸入的模擬電壓的關系在要求的誤差范圍內和皮帶載荷值與探測器輸出信號的關系曲線一致。此時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，在穿過物料時，放射性強度N和傳送帶載荷P的關系為N(P)＝N0e-kp(1)No為無物料時探測器接收的放射性強度，粒子數/秒。N(P)為載荷為P時探測器接收的放射性強度，粒子數/秒。K為物料的吸收系數，m/kg。P為皮帶載荷，kg/m探測器的輸出信號經放大器放大后的輸出電壓V與傳送帶載荷的關系為V(P)＝V0e-kp(2)V0為痛銜尬锪鮮狽糯篤魘涑齙繆梗 V(P)為載荷為P時放大器輸出電壓，伏。P＝ 1/(K) In (Vo)/(V(P)) (3)核子秤使用的γ源通常是中能γ源，能量為Mev量級。中能γ射線與物質相互作用主要是康普頓效應，初級光子和核外電子作用后產生次級光子，因此有積累效應，透過物料的γ射線與皮帶載荷的關系與指數規律有偏差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時的吸收曲線。曲線2是積累因子大于1時的吸收曲線。實現皮帶載荷的數字化與線性化也就是設計一種變換器，這種變換器的數字輸出信號能夠擬合曲線1和曲線2。在量程范圍內其偏差滿足精度要求。 附圖說明圖1為核子皮帶秤原理圖。圖2為γ射線的吸收曲線。圖1電路單元說明放射源探測器靜電計反向運算放大器RC回路電壓比較器與門計數器時鐘產生器米脈沖發生器、時間常數調節電路測速傳感器累計重量計數器圖2曲線說明曲線1為窄束γ射線吸收曲線(積累因子B(KP)＝1)曲線2為積累因子B(KP)＞1時，γ射線的吸收曲線。曲線3為以三段折線(二個折點)擬合曲線2的示意曲線。以下結合附圖對專利技術作進一步詳細描述1、本設備包括放射源、探測器(電離室)、靜電計運算放大器、加偏壓的反向器、由電子開關K、電阻R以及電容C組成的RC回路、電壓比較器、與門、計數器、時鐘產生器、米脈沖發生器、電壓比較器及相連的電子開關ke1、ke2和電阻R1、R2組成的時間常數調節電路、測速傳感器以及累計重量計數器。電離室受到射線照射時，產生電離電流i，流過高阻RH，靜電計運算放大器3的輸出電壓V1＝iRH。皮帶載荷為0時，靜電計輸出電壓V0，皮帶載荷為P時，靜電計的輸出電壓V1＝V0e-kp反向放大器的放大倍數為-1，在正輸入端加V0/2的偏壓。通過放大器、后，反向器的輸出電壓V2＝V0(1-e-kp) (6)RC回路的電阻上加電壓V0，米脈沖前沿電子開關k斷開，同時把米脈沖方波加到與門，打開與門，時鐘脈沖通過與門，計數器開始計數。電子開關k斷開后，電容C上的電壓指數上升Vc＝V0(1-e-T/RC) (7)T為時間，單位秒當電容C上的電壓Vc等于V2時，電壓比較器翻轉，關閉與門，停止計數，并把計數送給顯示器顯示。此時(6)，(7)兩式相等則KP＝ (T)/(RC) (8)其中T＝ (n)/(f)n為計數器記錄的脈沖數，f為時鐘頻率，代入(8)式得(P)/(n) ＝ 1/(KRCf) (9)(9)式中P/n表示每個脈沖代表的載荷，因此我們確定了靈敏度和時鐘頻率f后，求出要求的RC值。按照公式(9)選擇電路參數，圖2形式的電路就可以作為B(KP)＝1的載荷測量電路。附圖1中電壓比較器及相連的電阻R1、R2及電子開關ke1、ke2所組成的時間常數調節電路是用來改變時間常數的。也就是改變公式(9)中的RC值的。核子皮帶秤使用中能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中的曲線2是積累因子大于1時的吸收曲線。這種情況我們可以用幾段折線來擬合曲線2，如圖2中的曲線3。首先我們根據a線段選擇一等效的K1求出電阻R，當電容C充電到Vc＝U＊1時，電壓比較器翻轉，電子開關ke1接通，將R1并聯在R上，(R1和R的并聯電阻值由b線段的斜率，也就是等效的K2決定。)此時電容C充電的速度將加快。同樣當Vc＝U＊2時，電壓比較器翻轉，電子開關ke2接通，將R2并聯于R1和R上(R1、R2和R的并聯值由C線段斜率，也就是等效的K3決定。)此時電容C將以更快的速度充電。折線數目由測量范圍和要求的誤差決定。并聯電阻的阻值由折線的斜率決定，折點的位置由吸收曲線的形狀和誤差要求決定。這樣，用幾段折線擬合了有積累效應的吸收曲線。時鐘脈沖同時送給載荷計數器和累計重量計數器，只是載荷計數器每一次變換前清0一次，得到載荷。累計重量計數器每次變換不清0，得到總積分重量。把本專利技術中的變換器的變換結果送微機處理，也有很多優點1.較同樣位數的線性A/D變換器便宜一至幾倍。2.變換結果已進行了對數比運算，微機不需要再進行對數運算，大大地減少了微機處理數據的時間。這一點對單板機和單片機是很重要的。3.減少了內存的容量。實施例由清華大學核能技術研究所研制生產的QW2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種核子皮帶載荷的測量方法是：由射線源［１］發出的射線穿過被測物料，一部分被材料吸收，剩余射線被探測器［２］接收，產生與皮帶載荷有關的電流信號Ｉ↓［１］＝Ｉ↓［ｏｅ］↑［－ｋｐ］，其中Ｉ↓［ｏ］為皮帶載荷為ｏ時探測器的輸出電流（Ａ），Ｋ 為物料的吸收系數（ｍ／ｋｇ），ｐ為皮帶載荷（ｋｇ／ｍ）：通過前置放大器［３］轉換成電壓信號Ｖ↓［１］＝Ｖ↓［０］ｅ↑［－ｋｐ］，Ｖ↓［０］為載荷為ｏ時前置放大器的輸出電壓信號；再通過運算放大和具有指數特性的Ａ／Ｄ變換直接變換成載荷數 字信號Ｐ＝１／Ｋ（Ｉｎ）Ｖ↓［ｏ］／Ｖ↓［２］；其特征在于所說的模擬信號的運算和指數Ａ／Ｄ變換的方法是：ａ）由放大倍數為－１，正輸入端加Ｖ↓［ｏ］／２偏壓的運算放大器［４］將電壓信號Ｖ↓［１］＝Ｖ↓〔０〕ｅ↑［－ｋｐ］轉變成Ｖ↓［２ ］＝Ｖ↓［０］（１－ｅ↑［－ｋｐ］）；同樣也可以由前置放大器在正輸入端加偏壓Ｖ↓［０］，探測器加正高壓，得到Ｖ↓［１］＝Ｖ↓［０］（１－ｅ↑［－ｋｐ］）；ｂ）把電壓信號Ｖ↓［２］輸入到電壓比較器［６］的正輸入端，電壓比較器的負輸入端連接 －ＲＣ回路，ＲＣ回路的電容Ｃ與電子開關Ｋ并聯接地，電壓Ｖ↓［ｏ］通過電阻Ｒ給電容Ｃ充電，電容Ｃ的電壓Ｖｃ輸入到電壓比較器［６］的負輸入端；電容上的電壓Ｖｃ＝Ｖ↓〔０〕（１－ｅ↑［－Ｔ／ＲＣ］），其中Ｔ為電容Ｃ的充電時間（秒），ｃ）在 Ｔ＝０時刻使閉合的電子開關斷開，電容Ｃ開始充電，當電容上的電壓Ｖｃ＝Ｖ↓［０］（１－ｅ↑［－Ｔ／ＲＣ］）＝Ｖｃ（１－ｅ↑［－ｋｐ］）時，即Ｔ／ＲＣ＝ＫＰ時，電壓比較器［６］翻轉；ｄ）斷開電子開關Ｋ的同時打開計數與門［７］，計數器［８ ］開始記錄時鐘產生器［９］的脈沖，電壓比較器［６］翻轉時關閉與門［７］，計數器［８］停止計數，該計數ｎ就代表了皮帶載荷：ｅ）電阻Ｒ、電容Ｃ、鐘頻率ｆ根據公式ｐ／ｎ＝１／ＫＲＣｆ選擇，ｐ／ｎ表示每個脈沖代表的載荷值，由載荷的靈敏度 選定，Ｋ由射線能量和物料決定；ｆ）修正透過被測物料的射線與指數規律偏離的方法是在ＲＣ回路的電阻Ｒ上并聯由電子開關Ｋｅ↓［１］、Ｋｅ↓［２］控制通斷的電阻Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］，電子開關由電壓比較器［１１］、［１２］控制，當電容上的電壓Ｖ ｃ達到預定的電壓Ｕ↓〔１〕↑〔＊〕時，電壓比較器［１１］翻轉，使電子開關Ｋｅ↓［１］通導，電阻Ｒ↓［１］并聯于Ｒ上，同樣，當電...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王澤民，李富榮，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]