專利名稱：一種有關提高無源核子料位計信噪比的方法
—種有關提高無源核子料位計信噪比的方法本發(fā)明涉及無源核子料位測量技術領域，具體涉及一種提高無源核子料位計信噪比的方法。 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，降低了輻射風險。根據(jù)物位測量的報警模式又可分為開關式和連續(xù)式兩種形式。開關式物位計是指只能分辨物料高度是否達到設定位置、并輸出開關量信號的物位計，包括料滿報警和料空報警；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。隨著測量精度要求變高、報警可靠性要求變高、信噪比比較低、或者希望用較低靈敏度的伽瑪探測器實現(xiàn)測量時，就需要提高無源核子料位計的信噪比。國內(nèi)專利CN200610118890及國內(nèi)專利為CN201010296383公開的一種無源核子料位測量裝置，均是利用加設在探測器外部的輻射屏蔽體屏蔽環(huán)境中放射線的影響，降低與料位變化不相干的環(huán)境射線，從而提高信噪比，但不能從根本上消除環(huán)境射線的變化對測量料位的影響。本發(fā)明的目的在于完善現(xiàn)有技術的不足，提供一種全面、簡單、易行提高無源核子料位計信噪比的方法。為實現(xiàn)上述目的，設計一種有關提高無源核子料位計信噪比的方法，包括無源核子料位測量裝置和計算技術，其特征在于該方法采用參考法，包括以下步驟(a)所述無源核子料位測量裝置設有兩個伽馬射線探測器，一個伽馬射線探測器用于監(jiān)測被測容器內(nèi)部隨料位變化而變化的伽馬射線放射強度變化量，另一個伽馬射線探測器作為參考伽馬射線探測器，監(jiān)測被測容器外部不隨料位變化而變化的環(huán)境伽馬射線放射強度自身的變化量；(b)將監(jiān)測被測容器內(nèi)部伽瑪射線探測器測量到的伽瑪射線放射性強度變化量扣除參考伽瑪射線探測器測量到的環(huán)境伽瑪射線放射性強度變化量，計算料位變化，消除環(huán)境伽瑪射線放射性強度自身的變化對監(jiān)測被測容器內(nèi)部的伽馬射線探測器的影響，提高無源核子料位計信噪比。該方法采用多點平衡計算法替代參考法，不需要增加參考用的伽瑪射線探測，適用于在相似測量區(qū)域有多個測量點的情況，包括以下步驟(a)將所有測量點測量的伽瑪放射性強度數(shù)據(jù)通過通信接口輸入到一個無源核子料位計或一個獨立處理單元中；(b)由該無源核子料位計或處理單元計算出環(huán)境伽瑪射線放射性強度的平均變化量，并通過通信接口輸出到所有測量點的無源核子料位計；(c)由各個無源核子料位計扣除此環(huán)境伽瑪射線放射性強度的平均變化量，計算料位變化，消除環(huán)境輻射自身的變化影響，提高無源核子料位計信噪比。該方法采用特征射線法替代參考法，不需要增加參考用的伽瑪射線探測，包括以下步驟(a)測量確定被測物料自身伽瑪輻射中與環(huán)境輻射不同的特征伽瑪射線；(b)無源核子料位計從伽瑪射線探測器探測到的伽瑪射線里識別出該特征射線；(C)僅以此特征伽瑪射線的強度變化計算料位變化，濾除環(huán)境輻射變化的影響，提高無源核子料位計信噪比。所述參考法中測量被測容器外部環(huán)境伽馬射線放射強度變化量的參考伽瑪射線探測器安裝位置和測量方向選擇在料位變化時對其測量不產(chǎn)生影響的位置。所述多點平衡計算法中，依據(jù)環(huán)境輻射自身的變化對各個測量點的影響一致，和測量點比較多時，各個測量點的實際料位同步變化的概率是非常小的特點，計算出各個料位計測量到的伽馬射線的同步變化量；根據(jù)料位變化引起的伽馬射線放射強度變化率和環(huán)境伽馬射線放射強度的變化率的差異，識別出環(huán)境伽馬射線放射強度變化。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，將環(huán)境伽馬射線的變化量列入影響因素參與料位計算，或者利用被測物料的特征射線從根本上消除了環(huán)境影響，提高了測量的精確度，提供了參考法、多點平衡計算法及特征射線法三種可依實際測量情況相互替換的方法，消除了環(huán)境伽馬射線變化量對被測容器內(nèi)部伽馬射線探測器的影響，既增加了用戶測量時依實際測量情況的選擇性，又可作為檢驗方法增加數(shù)據(jù)的可信度。圖I為本發(fā)明涉及的無源核子料位計內(nèi)部硬件結構示意圖；圖2為本發(fā)明涉及的無源核子料位計應用示意圖；圖3為本發(fā)明帶參考伽瑪射線探測器的開關式飛灰料位計的硬件結構示意圖；圖中I.物料2.被測容器3.伽馬射線探測器4.探測器支架結合附圖
對本發(fā)明作進一步說明，其方法對本專業(yè)領域技術人員來說是可以實現(xiàn)的。 本發(fā)明提供了 3套可依實際情況互相替換的方法，是基于現(xiàn)有無源核子料位計測量計算方式的改進。
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)境的伽瑪射線強度；(2)信號處理模塊，用于處理所收集的伽瑪射線強度信號，結合軟件根據(jù)預先設定的開關點發(fā)出報警信號、解除報警信號，或根據(jù)預先取得的伽瑪射線強度與料位的關系輸出連續(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、用于設定開關點或伽瑪射線強度與料位的關系曲線參數(shù)的手持設備、用于無源核子料位計之間交換信息的通信設備等；(6)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)通信或人機對話等等功能的所有相關代碼的集合。將本發(fā)明提供的方法應用于開關式無源核子飛灰料位計中，測量電除塵器或布袋除塵器灰斗中的料位，所用的電除塵器或布袋除塵器灰斗為倒四棱錐形鋼板結構如圖2所示、高度5-8米、傾角60度、外部設有20-40cm厚的保溫材料和保護保溫材料的彩鋼板，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，且飛灰有較強的伽瑪放射性。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，步驟如下假設料滿伽瑪射線強度N2，料空伽瑪射線強度NI，則信噪比a=N2/Nl。( I)傳統(tǒng)方法一屏蔽與料位變化不相干的環(huán)境射線。加厚開關式飛灰料位計中屏蔽層的厚度，減少除開靈敏方向以外的料位變化不相干的環(huán)境射線。假設減少了 n，則新的信噪比al =(N2_n) / (Nl_n)。顯然 al>a。(2)傳統(tǒng)方法二增強與料位變化相干的環(huán)境射線。在被測量的灰斗的外壁上增加伽瑪射線屏蔽材料。則可以將料空伽瑪射線強度NI減少n。由于灰自身的屏蔽作用和自身的放射性，這樣做對N2影響不大。則新的信噪比a2 = N2/(Nl-n)。顯然a2>a。(3)消除環(huán)境輻射變化的影響(A)在被測點附近安裝另外一個參考伽瑪射線探測器，該探測器也是料位計的一部分，可以安裝在飛灰料位計內(nèi)部，也可以獨立安裝在飛灰料位計外部，其測量的環(huán)境伽瑪射線的變化信息，既可以供其單獨使用，也可以給附近的其他飛灰料位計共同使用。具體位置和安裝方向應使得其靈敏方向不朝向灰斗，并在其和灰斗之間設置屏蔽裝置。參考伽瑪射線探測器監(jiān)測環(huán)境輻射的變化n，與開關式飛灰料位計內(nèi)部的測量灰位變化的伽瑪射線探測器同時測量。開關式飛灰料位計內(nèi)部測量灰位變化的伽瑪射線探測器測量到的伽瑪輻射變化扣除參考伽瑪射線探測器測量到的環(huán)境輻射變化，共同計算料位變化，便消除了環(huán)境輻射自身的變化的影響。( B )由于除塵器下面灰斗數(shù)量比較多，也很集中，很適合用多點平衡計算法消除環(huán)境輻射自身的變化。通過通信接口把所有測量點的開關式飛灰料位計測量的伽瑪放射性強度數(shù)據(jù)集中到一個開關式飛灰料位計里；由該開關式飛灰料位計綜合判斷，計算出環(huán)境輻射的變化，并通知所有測量點的開關式飛灰料位計；由各個開關式飛灰料位計扣除此環(huán)境輻射的變化量，再計算料位變化，便消除了環(huán)境輻射變化的影響。(C)由于飛灰的伽瑪輻射比較強，還可以采用特征射線法提高信噪比。開關式飛灰料位計從伽瑪射線探測器探測到的伽瑪射線里識別出能量為I. 4MeV的特征射線，只以此 能量的特征伽瑪射線的強度變化為依據(jù)來計算料位變化。就可以慮除環(huán)境輻射自身的變化的影響。
權利要求
1.一種有關提高無源核子料位計信噪比的方法，包括無源核子料位測量裝置和計算技術，其特征在于該方法采用參考法，包括以下步驟 (a)所述無源核子料位測量裝置設有兩個伽馬射線探測器，一個伽馬射線探測器用于監(jiān)測被測容器內(nèi)部隨料位變化而變化的伽馬射線放射強度變化量，另一個增加的伽馬射線探測器作為參考伽馬射線探測器，監(jiān)測被測容器外部不隨料位變化而變化的環(huán)境伽馬射線放射強度自身的變化量； (b)將監(jiān)測被測容器內(nèi)部伽瑪射線探測器測量到的伽瑪射線放射性強度變化量扣除參考伽瑪射線探測器測量到的環(huán)境伽瑪射線放射性強度變化量，計算料位變化，消除環(huán)境伽瑪射線放射性強度自身的變化對監(jiān)測被測容器內(nèi)部的伽馬射線探測器的影響，提高無源核子料位計信噪比。
2.如權利要求I所述的一種有關提高無源核子料位計信噪比的方法，其特征在于該方法采用多點平衡計算法替代參考法，不需要增加參考用的伽瑪射線探測，適用于在相似測量區(qū)域有多個測量點的情況，包括以下步驟 Ca)將所有測量點測量的伽瑪放射性強度數(shù)據(jù)通過通信接口輸入到一個無源核子料位計或一個獨立處理單元中； (b)由該無源核子料位計或處理單元計算出環(huán)境伽瑪射線放射性強度的平均變化量，并通過通信接口輸出到所有測量點的無源核子料位計； (c)由各個無源核子料位計扣除此環(huán)境伽瑪射線放射性強度的平均變化量，計算料位變化，消除環(huán)境輻射自身的變化影響，提高無源核子料位計信噪比。
3.如權利要求I所述的一種有關提高無源核子料位計信噪比的方法，其特征在于該方法采用特征射線法替代參考法，不需要增加參考用的伽瑪射線探測，包括以下步驟 (a)測量確定被測物料自身伽瑪輻射中與環(huán)境輻射不同的特征伽瑪射線； (b)無源核子料位計從伽瑪射線探測器探測到的伽瑪射線里識別出該特征射線； (c)僅以此特征伽瑪射線的強度變化計算料位變化，濾除環(huán)境輻射變化的影響，提高無源核子料位計信噪比。
4.如權利要求I所述的一種有關提高無源核子料位計信噪比的方法，其特征在于所述參考法中測量被測容器外部環(huán)境伽馬射線放射強度變化量的參考伽瑪射線探測器安裝位置和測量方向選擇在料位變化時對其測量不產(chǎn)生影響的位置。
5.如權利要求2所述的一種有關提高無源核子料位計信噪比的方法，其特征在于所述多點平衡計算法中，依據(jù)環(huán)境輻射自身的變化對各個測量點的影響一致，和測量點比較多時，各個測量點的實際料位同步變化的概率是非常小的特點，計算出各個料位計測量到的伽馬射線的同步變化量；根據(jù)料位變化引起的伽馬射線放射強度變化率和環(huán)境伽馬射線放射強度的變化率的差異，識別出環(huán)境伽馬射線放射強度變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及無源核子料位測量技術領域，具體涉及一種提高無源核子料位計信噪比的方法，包括無源核子料位測量裝置和計算技術，參考法步驟(a)無源核子料位測量裝置設有兩個伽馬射線探測器，一個監(jiān)測被測容器內(nèi)部伽馬射線放射強度變化量，另一個監(jiān)測被測容器外部環(huán)境伽馬射線放射強度的變化量；(b)被測容器內(nèi)部伽瑪射線放射性強度變化量扣除環(huán)境伽瑪射線放射性強度變化量，消除環(huán)境伽瑪射線影響，提高信噪比。本發(fā)明將環(huán)境伽瑪射線的變化量列入影響因素，并加以消除，提高了測量的精確度，提供了三種可相互替換的方法，消除了環(huán)境伽馬射線對測量被測容器內(nèi)部料位的伽馬射線探測器的影響，既增加了選擇性，又可用作檢驗增加數(shù)據(jù)的可信度。
文檔編號G01F23/288GK102706409SQ20121020204
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權日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