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可調高能X射線反散射物位測量方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201511023481.9

申請日:

2015.12.30

公開號:

CN105486379A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01F 23/288申請日:20151230|||公開
IPC分類號: G01F23/288 主分類號: G01F23/288
申請人: 黑龍江省科學院技術物理研究所
發明人: 趙孝文; 高雅娟; 李北城; 萬志偉; 潘志魁
地址: 150001黑龍江省哈爾濱市南崗區科研街26號
優先權:
專利代理機構: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109 代理人: 張利明
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201511023481.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.10.19|||2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

可調高能X射線反散射物位測量方法,屬于核物位檢測技術領域。本發明是為了解決現有核物位測量中含有輻射源,對人員及周圍環境存在危害的問題。它基于可調高能X射線反散射物位測量裝置實現,方法為待測罐體內無物料時,使X射線管發射X射線至待測罐體,X射線探測器接收待測罐體對X射線的反散射信號;將此時X射線探測器的輸出數據作為標定參數;然后使待測罐體內緩慢輸入物料,并實時將X射線探測器輸出數據與標定參數作比較,當X射線探測器輸出數據與標定參數不相等時,確定待測罐體內物料的物位達到標準,由此實現對物位的測量。本發明用于物位測量。

權利要求書

1.一種可調高能X射線反散射物位測量方法,該方法基于可調高能X射線反散射物
位測量裝置實現,該裝置包括外箱體(1)、X射線管(2)、高壓電源(3)、X射線探測
器(4)、液晶顯示屏(5)、物位指示燈(6)和航空插頭(7),
外箱體(1)的底座上設置X射線發射窗口(1-1)和X射線接收窗口(1-2),X射線
發射窗口(1-1)和X射線接收窗口(1-2)的中心位于與外箱體(1)一側邊框平行的同一
條直線上;X射線管(2)固定在底座上,并且X射線管(2)的射線發射口對應于X射線
發射窗口(1-1),高壓電源(3)固定于外箱體(1)內的高壓電源固定板上,高壓電源(3)
用于為X射線管(2)提供工作電源;X射線探測器(4)位于外箱體(1)內,并且X射
線探測器(4)的探頭對應于X射線接收窗口(1-2);液晶顯示屏(5)、物位指示燈(6)
和航空插頭(7)均設置于外箱體(1)的上蓋上,液晶顯示屏(5)用于顯示X射線探測
器(4)的測量數據,物位指示燈(6)用于待測罐體內物料到達指定位置時的閃爍指示,
航空插頭(7)用于為高壓電源(3)提供外接電源;
其特征在于,所述測量方法為:
將測量裝置按照預設限位高度相對于待測罐體固定,使外箱體(1)的底座與待測罐體
頂面相對;
待測罐體內無物料時,使X射線管(2)發射X射線至待測罐體,X射線探測器(4)
接收待測罐體對X射線的反散射信號;將此時X射線探測器(4)的輸出數據作為標定參
數;
然后使待測罐體內緩慢輸入物料,并實時將X射線探測器(4)輸出數據與標定參數
作比較,當X射線探測器(4)輸出數據與標定參數不相等時,確定待測罐體內物料的物
位達到標準,由此實現對物位的測量。
2.根據權利要求1所述的可調高能X射線反散射物位測量方法,其特征在于,
所述X射線探測器(4)包括晶體外套(4-1)、NaI晶體(4-2)、探測器屏蔽筒(4-3)、
光電倍增管(4-4)、分壓器(4-5)、電路板支架(4-6)、電路板外套(4-7)、放大電路板
(4-8)和探測器屏蔽筒上蓋(4-9),
晶體外套(4-1)的X射線接收端插入X射線接收窗口(1-2),晶體外套(4-1)內安
裝NaI晶體(4-2),NaI晶體(4-2)與光電倍增管(4-4)之間通過涂抹硅油緊密相連,
光電倍增管(4-4)與分壓器(4-5)相連接,光電倍增管(4-4)與分壓器(4-5)套接在
探測器屏蔽筒(4-3)內;
分壓器(4-5)固定在電路板支架(4-6)一側表面上,電路板支架(4-6)另一側表面
固定放大電路板(4-8),電路板支架(4-6)套接在電路板外套(4-7)內并且通過螺紋固
定,電路板外套(4-7)用于放大電路板(4-8)的屏蔽與保護,探測器屏蔽筒上蓋(4-9)
通過螺紋旋接在電路板外套(4-7)的外端口上;
所述NaI晶體(4-2)用于采集待測罐體的反散射信號,NaI晶體(4-2)的脈沖信號
輸出端連接光電倍增管(4-4)的信號輸入端,光電倍增管(4-4)的信號輸出端連接放大
電路板(4-8)的信號輸入端,放大電路板(4-8)輸出的放大信號為X射線探測器(4)的
輸出數據;分壓器(4-5)分別為光電倍增管(4-4)和放大電路板(4-8)提供工作電壓。
3.根據權利要求2所述的可調高能X射線反散射物位測量方法,其特征在于,所述
測量方法對物位的測量通過甄別器(8)、控制器(9)、定時器(10)和計數器(11)實現,
放大電路板(4-8)的放大信號輸出端連接甄別器(8)的信號輸入端,甄別器(8)的
核素信號輸出端連接控制器(9)的核素信號輸入端,控制器(9)的閾值信號輸出端連接
計數器(11)的計數信號輸入端,計數器(11)的計數信號輸出端連接控制器(9)的計數
信號輸入端,計數器(11)的顯示信號輸出端連接液晶顯示屏(5)的顯示信號輸入端;控
制器(9)的定時控制信號輸出端連接定時器(10)的控制信號輸入端,定時器(10)的定
時信號輸出端連接控制器(9)的定時信號輸入端;
甄別器(8)用于實現X射線探測器(4)輸出數據的檢測;
控制器(9)用于實現X射線探測器(4)輸出數據與標定參數的比較。

說明書

可調高能X射線反散射物位測量方法

技術領域

本發明涉及可調高能X射線反散射物位測量方法,屬于核物位檢測技術領域。

背景技術

以核物理測量原理為基礎進行研究的監測儀表,由于具有不與被測物接觸進行無損測
量、可在惡劣條件下監測的優點,在工業的特定領域中應用非常廣泛,并逐步形成不可替
代的地位。國內應用的核物位測量裝置均是由探測器、輻射源、二次儀表三部分組成,多
采用輻射源做為發射極,輻射強度較大,對使用人員安全和周圍環境有一定的危害,隨著
國家經濟的發展,環境保護的要求也更加嚴格了,因而對物位檢測技術提出了新的更多的
需求。

發明內容

本發明目的是為了解決現有核物位測量中含有輻射源,對人員及周圍環境存在危害的
問題,提供了一種可調高能X射線反散射物位測量方法。

本發明所述可調高能X射線反散射物位測量方法,該方法基于可調高能X射線反散
射物位測量裝置實現,該裝置包括外箱體、X射線管、高壓電源、X射線探測器、液晶顯
示屏、物位指示燈和航空插頭,

外箱體的底座上設置X射線發射窗口和X射線接收窗口,X射線發射窗口和X射線
接收窗口的中心位于與外箱體一側邊框平行的同一條直線上;X射線管固定在底座上,并
且X射線管的射線發射口對應于X射線發射窗口,高壓電源固定于外箱體內的高壓電源
固定板上,高壓電源用于為X射線管提供工作電源;X射線探測器位于外箱體內,并且
X射線探測器的探頭對應于X射線接收窗口;液晶顯示屏、物位指示燈和航空插頭均設
置于外箱體的上蓋上,液晶顯示屏用于顯示X射線探測器的測量數據,物位指示燈用于
待測罐體內物料到達指定位置時的閃爍指示,航空插頭用于為高壓電源提供外接電源;

所述測量方法為:

將測量裝置按照預設限位高度相對于待測罐體固定,使外箱體的底座與待測罐體頂面
相對;

待測罐體內無物料時,使X射線管發射X射線至待測罐體,X射線探測器接收待測
罐體對X射線的反散射信號;將此時X射線探測器的輸出數據作為標定參數;

然后使待測罐體內緩慢輸入物料,并實時將X射線探測器輸出數據與標定參數作比
較,當X射線探測器輸出數據與標定參數不相等時,確定待測罐體內物料的物位達到標
準,由此實現對物位的測量。

所述X射線探測器包括晶體外套、NaI晶體、探測器屏蔽筒、光電倍增管、分壓器、
電路板支架、電路板外套、放大電路板和探測器屏蔽筒上蓋,

晶體外套的X射線接收端插入X射線接收窗口,晶體外套內安裝NaI晶體,NaI晶
體與光電倍增管之間通過涂抹硅油緊密相連,光電倍增管與分壓器相連接,光電倍增管與
分壓器套接在探測器屏蔽筒內;

分壓器固定在電路板支架一側表面上,電路板支架另一側表面固定放大電路板,電路
板支架套接在電路板外套內并且通過螺紋固定,電路板外套用于放大電路板的屏蔽與保
護,探測器屏蔽筒上蓋通過螺紋旋接在電路板外套的外端口上;

所述NaI晶體用于采集待測罐體的反散射信號,NaI晶體的脈沖信號輸出端連接光電
倍增管的信號輸入端,光電倍增管的信號輸出端連接放大電路板的信號輸入端,放大電路
板輸出的放大信號為X射線探測器的輸出數據;分壓器分別為光電倍增管和放大電路板提
供工作電壓。

所述測量方法對物位的測量通過甄別器、控制器、定時器和計數器實現,

放大電路板的放大信號輸出端連接甄別器的信號輸入端,甄別器的核素信號輸出端連
接控制器的核素信號輸入端,控制器的閾值信號輸出端連接計數器的計數信號輸入端,計
數器的計數信號輸出端連接控制器的計數信號輸入端,計數器的顯示信號輸出端連接液晶
顯示屏的顯示信號輸入端;控制器的定時控制信號輸出端連接定時器的控制信號輸入端,
定時器的定時信號輸出端連接控制器的定時信號輸入端;

甄別器用于實現X射線探測器輸出數據的檢測;

控制器用于實現X射線探測器輸出數據與標定參數的比較。

本發明的優點:本發明采用X射線作為輻射源,基于人們對X射線在不使用的過程中
沒有射線傷害的認知,能夠消除人們對核輻射的恐懼感,提高現場工作人員的安全性,減
少管理費用及使用成本。

本發明方法通過閃爍探測器測量可調高能X射線所釋放出的輻射射線能量,并根據其
能量變化特征獲得可調高能X射線發射的參數,最后將該參數與標定參數作比較,從而確
定物位是否達到標準。本發明測量方法不與被測物接觸,且不使用放射源,安全可靠,不
會對人員及環境造成危害。適用于對密閉罐體內介質進行物位檢測。

附圖說明

圖1是本發明所述可調高能X射線反散射物位測量裝置的結構示意圖;

圖2是X射線探測器的分體示意圖;

圖3是本發明方法的控制原理圖;

圖4是本發明方法的流程圖。

具體實施方式

具體實施方式一:下面結合圖1至圖4說明本實施方式,本實施方式所述可調高能X
射線反散射物位測量方法,該方法基于可調高能X射線反散射物位測量裝置實現,該裝
置包括外箱體1、X射線管2、高壓電源3、X射線探測器4、液晶顯示屏5、物位指示燈
6和航空插頭7,

外箱體1的底座上設置X射線發射窗口1-1和X射線接收窗口1-2,X射線發射窗口
1-1和X射線接收窗口1-2的中心位于與外箱體1一側邊框平行的同一條直線上;X射線
管2固定在底座上,并且X射線管2的射線發射口對應于X射線發射窗口1-1,高壓電
源3固定于外箱體1內的高壓電源固定板上,高壓電源3用于為X射線管2提供工作電
源;X射線探測器4位于外箱體1內,并且X射線探測器4的探頭對應于X射線接收窗
口1-2;液晶顯示屏5、物位指示燈6和航空插頭7均設置于外箱體1的上蓋上,液晶顯
示屏5用于顯示X射線探測器4的測量數據,物位指示燈6用于待測罐體內物料到達指
定位置時的閃爍指示,航空插頭7用于為高壓電源3提供外接電源;

所述測量方法為:

將測量裝置按照預設限位高度相對于待測罐體固定,使外箱體1的底座與待測罐體頂
面相對;

待測罐體內無物料時,使X射線管2發射X射線至待測罐體,X射線探測器4接收
待測罐體對X射線的反散射信號;將此時X射線探測器4的輸出數據作為標定參數;

然后使待測罐體內緩慢輸入物料,并實時將X射線探測器4輸出數據與標定參數作
比較,當X射線探測器4輸出數據與標定參數不相等時,確定待測罐體內物料的物位達
到標準,由此實現對物位的測量。

本實施方式還可再設置高壓電源指示燈、電源航空插頭和485通訊接口航空插頭,高
壓電源固定板與高壓電源支架相連并安裝于箱體底座上,X射線管2通過高壓絕緣線與高
壓電源3相連,高壓電源3還通過電線分別與電源航空插頭及高壓電源指示燈相連,高壓
電源指示燈通過螺母固定在箱體上蓋上,指示X射線高壓電源是否工作正常,工作正常時
綠色燈光常亮,工作異常時紅色燈光常亮。航空插頭7通過螺絲固定箱體上蓋上,同時為
箱體里的探測器提供電源。高壓電源3為X射線管2提供一定范圍內可調節的高壓電源。
X射線管2通過X射線發射窗口1-1發射一定能量的連續X射線。

具體實施方式二:下面結合圖2說明本實施方式,本實施方式對實施方式一作進一步
說明,所述X射線探測器4包括晶體外套4-1、NaI晶體4-2、探測器屏蔽筒4-3、光電
倍增管4-4、分壓器4-5、電路板支架4-6、電路板外套4-7、放大電路板4-8和探測器屏
蔽筒上蓋4-9,

晶體外套4-1的X射線接收端插入X射線接收窗口1-2,晶體外套4-1內安裝NaI晶
體4-2,NaI晶體4-2與光電倍增管4-4之間通過涂抹硅油緊密相連,光電倍增管4-4與
分壓器4-5相連接,光電倍增管4-4與分壓器4-5套接在探測器屏蔽筒4-3內;

分壓器4-5固定在電路板支架4-6一側表面上,電路板支架4-6另一側表面固定放大
電路板4-8,電路板支架4-6套接在電路板外套4-7內并且通過螺紋固定,電路板外套4-7
用于放大電路板4-8的屏蔽與保護,探測器屏蔽筒上蓋4-9通過螺紋旋接在電路板外套
4-7的外端口上;

所述NaI晶體4-2用于采集待測罐體的反散射信號,NaI晶體4-2的脈沖信號輸出端
連接光電倍增管4-4的信號輸入端,光電倍增管4-4的信號輸出端連接放大電路板4-8
的信號輸入端,放大電路板4-8輸出的放大信號為X射線探測器4的輸出數據;分壓器
4-5分別為光電倍增管4-4和放大電路板4-8提供工作電壓。

所述的晶體外套4-1對NaI晶體4-2起到保護與固定作用,NaI晶體與光電倍增管通
過中間涂抹硅油緊密相連,分壓器與光電倍增管上端相連接,分壓器包括由電阻、電容、
晶體管等元器件構成的各倍增級之間的分壓線路,分壓線路為光電倍增管提供所需的高
壓。探測器屏蔽筒4-3對光電倍增管起到遮蔽射線與固定保護的作用,分壓器通過螺絲與
放大電路板支架相連,放大電路板通過螺絲固定在放大電路板支架上,放大電路板通過屏
蔽導線與分壓器相連,接收光電倍增管測量的脈沖信號并進行放大處理,電路板外套通過
螺紋與放大電路板支架相連接,電路板外套對放大電路板起到屏蔽與保護作用,探測器屏
蔽筒上蓋4-9通過螺紋固定在電路板外套4-7上,對探測器起到密封作用。放大電路板
4-8通過導線與電源航空插頭、485通訊航空插頭、物位指示燈、液晶顯示屏相連。電源
航空插頭為放大電路板及分壓器提供電源,485通訊航空插頭通過螺絲固定在箱體上蓋
上,可以傳輸探測器的信號,也可以通過該接口對探測器進行參數設定,物位指示燈通過
螺母固定在箱體上蓋上,在所測物位到達指定位置時做紅色閃爍提示。

NaI晶體4-2用于采集X射線管發出的γ輻射信號;探測器屏蔽筒4-3的材料為鉛。

具體實施方式三:下面結合圖3和圖4說明本實施方式,本實施方式對實施方式二作
進一步說明,所述測量方法對物位的測量通過甄別器8、控制器9、定時器10和計數器
11實現,

放大電路板4-8的放大信號輸出端連接甄別器8的信號輸入端,甄別器8的核素信號
輸出端連接控制器9的核素信號輸入端,控制器9的閾值信號輸出端連接計數器11的計
數信號輸入端,計數器11的計數信號輸出端連接控制器9的計數信號輸入端,計數器11
的顯示信號輸出端連接液晶顯示屏5的顯示信號輸入端;控制器9的定時控制信號輸出端
連接定時器10的控制信號輸入端,定時器10的定時信號輸出端連接控制器9的定時信號
輸入端;

甄別器8用于實現X射線探測器4輸出數據的檢測;

控制器9用于實現X射線探測器4輸出數據與標定參數的比較。

所述控制器中嵌入有通過軟件實現的模塊,該模塊包括:采集甄別信號的單元;采集
閾值信號的單元;將甄別信號與閾值信號作比較的單元;獲得判斷結果的單元;

物位參數的具體判定過程為:

步驟一:反復檢測閾值甄別器輸出的信號,直到檢測到有信號輸出時,執行步驟二;

步驟二:接收閾值甄別器輸出的待檢測的物料的物位參數,比較該物位參數與標定參
數是否相等,是則表示罐體內物料的物位達到限位高度,否則執行步驟一。

關 鍵 詞:
可調 高能 射線 散射 測量方法
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