一种用于黄金检测的无损检测装置及方法

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种用于黄金检测的无损检测装置及方法。

背景技术

传统检测黄金纯度的技术主要包括密度法、火试金法、金相法、化学分析法、X射线荧光分析法等。其中，密度法作为最常用的黄金检测技术，虽然应用广泛但是其精度不高；而火试金法、金相法以及化学分析法，虽然检测精度得到提高，但是需要对黄金制品进行再加工，再加工一般采取切割、熔化的方式，再加工过程会破坏黄金制品的外形，同时会造成黄金损耗；X射线荧光分析法这类无损检测黄金的技术，由于其对检测样品的要求很高，同时只能检测样品浅层的成分，制约了其应用场景。

现有还提出了伽马射线中子活化分析技术，然而该技术需要采用中子慢化和准直系统等体积庞大的装置，从而导致检测装置复杂、体积庞大、物理设计困难且成本高等问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，如精度不高、操作繁琐、造成黄金损耗、装置复杂不便于实现且成本高等问题，本发明提供一种用于黄金检测的无损检测装置及方法，本发明采用中子发生器产生中子直接作用于待测物品表面，利用中子与元素发生核反应产生特征伽马射线的特性，结合特征伽马射线接收仪器，对特征伽马能谱进行分析，从而获得黄金制品中掺杂元素分布，本发明集成化程度高，适应性强，检测过程汇总能对黄金制品做到无损耗，且无需使用体积庞大且价格昂贵的中子慢化和准直系统等，实现了装置的小型化、轻量化和便捷性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于黄金检测的无损检测装置，所述无损检测装置包括：

载物台，所述载物台用于防止待检测的黄金制品；

中子发生器，所述中子发生器位于所述载物台上方，用于产生预设能量和流强的中子束；

信号接收模块，所述信号接收模块位于所述载物台下方，用于接收所述中子束辐照待检测的黄金制品后产生的特征伽马射线并进行预处理；

计算机设备，所述计算机设备根据所述信号接收模块预处理后的数据进行特征伽马能谱分析，从而实现黄金掺杂元素的无损检测；所述计算机设备还用于控制所述信号接收模块和载物台在空间中移动定位；

以及屏蔽盒，所述屏蔽盒用于安装并密封所述载物台、信号接收模块和中子发生器，以进行中子屏蔽。

相较于传统黄金检测技术，其存在精度不高、操作繁琐或造成黄金损耗等问题，而现有基于伽马射线中子活化分析技术的测量技术需要利用中子慢化和准直系统这种体积庞大、价格昂贵的设备，从而导致测量装置设计困难，成本高等问题，不利于工程应用。本发明提出的无损检测装置，通过中子发生器产生中子直接作用于待测的黄金制品表面，中子与元素发生核反应生成特征伽马射线，通过信号接收装置和计算机设备采集该特征伽马射线并进行伽马能谱分析，即可确定待检测的黄金制品中所掺杂的元素，从而有效实现黄金的无损检测，同时该装置仅需要中子发生器和信号接收模块等硬件，配合相应的数据处理软件即可实现检测，无需中子慢化和准直系统这类体积庞大、价格昂贵的设备，实现了装置的小型化、轻量化、便捷性。此外，本发明提出的检测装置，其硬件部分全部密封在屏蔽盒内，从而实现中子传输全过程的整体密封，使得中子在传输路径上不会发生泄露(逃逸)，保证了人员安全。

作为优选实施方式，本发明的中子发生器还带有可见光光源系统，所述可见光光源系统发出可见光光束，所述可见光光束具有和中子束发散角相同的发散角，且所述可见光光束在待检测的黄金制品上形成的光斑大小和中子束在待检测的黄金制品上的辐照区域相当，光斑中心与所述信号接收模块同心。

本发明通过在中子发生器上装配可见光光源系统，用于可视化中子束的辐照区域，便于自动调节待检测的黄金制品位于最佳检测区域，实现更加准确可靠的测量。

作为优选实施方式，本发明的信号接收模块包括伽马射线接收单元和数据处理单元；

所述伽马射线接收单元位于所述载物台正下方，用于接收所述特征伽马射线并将其转换为光信号；

所述数据处理单元用于对所述伽马射线接收单元输出的光信号进行去除背景干扰处理。

作为优选实施方式，本发明的伽马射线接收单元包括碘化钠特征伽马探测器和光电倍增管；

搜索碘化钠特征伽马探测器将接收到的特征伽马射线转换为光信号；

所述光电倍增管用于对所述光信号进行放大。本发明采用碘化钠伽马射线探测器和光电倍增管相结合的伽马射线采集方式，可直接将伽马射线转换为光信号，探测精度高、速度快。

作为优选实施方式，本发明的信号接收模块装有三个伺服电机，三个所述伺服电机分别用于驱动所述载物台和信号接收模块在x、y、z三个方向的移动，以实现不同尺寸黄金制品的检测；

其中，以所述屏蔽盒的横截面作为x-y平面，所述屏蔽盒的轴向方向作为z方向。

本发明通过信号接收模块上装配的伺服电机，实现信号接收模块和载物台在空间位置上的移动定位，通过伺服电机的驱动，不仅可以将待检测的黄金制品调节至最佳检测区域，同时还可以调节辐照区域的大小，从而能够实现对不同尺寸的黄金制品的检测。

作为优选实施方式，本发明的中子探测器采用D-D中子源或D-T中子源产生中子束。

作为优选实施方式，本发明的屏蔽盒的材料采用石蜡，厚度为50cm。本发明采用石蜡作为屏蔽盒的材料，相较于现有铅屏蔽设备，重量更轻，成本更低。

作为优选实施方式，本发明的载物台的材料采用低活化钢。

另一方面，本发明还提出了一种用于黄金检测的无损检测方法，所述无损检测方法基于权利要求1-8所述的无损检测装置实现，具体包括以下步骤：

将待检测的黄金制品放置于所述载物台上，通过控制载物台在空间中移动，从而将中子发生器上的可见光光源系统在黄金制品上的光斑移动至待检测区域；

关闭屏蔽盒并进行密封性检查；

进行中子辐照检测，打开中子发生器和信号接收模块，通过信号接收模块接收中子发生器产生的中子束辐照待检测的黄金制品后生成的特征伽马射线并对其进行预处理，预处理后的数据传输至计算机设备；

根据预处理后的数据进行特征伽马能谱分析，输出特征伽马能谱曲线并标注出能谱曲线各峰所代表的元素。

10、根据权利要求9所述的一种用于黄金检测的无损检测方法，其特征在于，所述特征伽马能谱分析过程具体包括：

对预处理后的数据采用多点平滑方式进行去噪处理；

然后获取含有峰的能谱曲线；

将获取的能谱曲线中各峰所对应的能量与各元素的伽马特征峰能量进行比较即可标定出待检测的黄金制品中所含的元素；其中，各元素的伽马特征峰能量数据从中子特征伽马数据库获取得到。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明利用中子发生器产生中子束直接作用于待检测的黄金制品表面，中子束和黄金相互作用过程中释放出特征伽马射线，通过伽马射线探测设备采集特征伽马射线，并结合伽马能谱分析技术，即可直接标定出黄金制品中所掺杂的元素，实现了黄金的无损检测；同时本发明的装置结构简单，便于实现，成本低；

2、本发明还通过可将光光源系统，对中子束辐照区域进行可视化定位，协同伺服电机自动调节待检测的黄金制品位于最佳检测区域，提高测量的准确性和可靠性；同时还可调节辐照区域的大小，从而实现不同尺寸的黄金制品的检测，应用范围广；

3、本发明通过对中子传输全过程进行屏蔽，从而保证中子传输过程中不会发生中子逃逸或泄露，避免因中子泄露造成的安全问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例中的装置结构示意图。

图2为本发明实施例中的方法流程示意图。

图3为本发明实施例所提取的特征伽马能谱。

附图标记及对应的零部件名称：

1-屏蔽盒，2-载物台，3-伽马射线接收单元，4-数据处理单元，5-伺服电机，6-中子发生器，7-计算机设备。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

传统黄金检测技术存在精度较低、操作繁琐、造成黄金损耗等问题；而现有中子活化分析技术，其需要利用中子慢化以及中子准直系统这类大型且价格昂贵的设备，从而导致测量装置体积大、物理设计难以实现且成本高等问题。基于此，本实施例提出了一种用于黄金检测的无损检测装置。由于中子呈电中性具有很强的穿透性，中子与金(Au)以及锡(Sn)、铅(Pb)、银(Ag)等黄金掺杂元素反应截面大，一定能量和流强的中子轰击上述元素发生核反应，被活化的元素会产生特征伽马射线，以金(Au)为例，具体的反应如下：Au+n→Au*+γ；中子与金(Au)相互作用，中子与金(Au)原子核发生核反应，金(Au)原子处于激发态，激发态的金(Au)会释放出特征伽马射线，同理，其它掺杂元素和中子相互作用后也会发生核反应，并产生该元素的特征伽马射线。因此，本实施例提出的检测装置通过中子发生器产生中子直接作用于黄金制品，中子与元素发生核反应产生特征伽马射线，由信号接收模块接收特征伽马射线，进行特征伽马能谱分析，从而获得黄金制品中掺杂元素分布，实现黄金制品的无损检索。

具体如图1所示，本实施例提出的检测装置包括屏蔽盒1、载物台2、信号接收模块、中子发生器6以及计算机设备7。

其中，载物台2、信号接收模块和中子发生器6均设置在屏蔽盒1中，屏蔽盒用于屏蔽中子逃逸，防止逃逸的中子对相关人员造成伤害，保证了相关人员的安全。

载物台2用于放置待检黄金制品，中子发生器用于产生预设能量和流强的中子束，中子发生器6位于载物台2上方，信号接收模块位于载物台2下方，信号接收模块以及中子发生器6均与计算机设备7连接，计算机设备7用于控制中子发生器6以及信号接收模块的开启和关闭，并处理信号接收模块传输来的数据；同时计算机设备7还能够发送控制命令以控制信号接收模块和载物台2在空间上移动定位，以实现可靠的检测。信号接收模块用于接收中子与待检黄金制品元素发生核反应后产生的特征伽马射线并进行预处理后传输给计算机设备7以进行特征伽马能谱分析，从而实现黄金掺杂元素的无损检测。本实施例提出的检测装置检测精度高，结构简单，集成化程度高，便于实现，且无需采用大型且昂贵的系统，成本低。

具体的，本实施例的信号接收模块包括伽马射线接收单元3以及数据处理单元4，其中伽马射线接收单元3位于载物台2正下方，用于接收中子与待检黄金制品元素发生核反应后产生的特征伽马射线并将其转换为光信号，数据处理单元用于对伽马射线接收单元输出的光信号进行预处理。

进一步的，本实施例的中子发生器带有可见光光源系统，通过可见光束实现样品检测区域的可视化。由于中子束具有一定发散角，可见光光源系统发射的光束具有和中子束发散角相同的发散角，该光源会在待检黄金制品上形成光斑，该光斑大小和中子束在黄金样品的辐照区域相当，光斑位置中心与特征伽马射线接收单元同心。

一种可选实施方式，信号接收模块通过金属杆与载物台2连接，信号接收模块装有三个伺服电机作为驱动机构，分别控制载物台和信号接收模块在x、y、z三个方向的精确移动，以实现不同尺寸黄金制品的检测。其中，以屏蔽盒的横截面作为x-y平面，屏蔽盒的轴向方向作为z方向。

进一步的，本实施例的中子发生器可采用但不限于紧凑型D-D中子源，该D-D中子源用于产生预设能量和流强的中子束，中子产额为1.6×10

本实施例的伽马射线接收单元包括碘化钠特征伽马探测器和光电倍增管，碘化钠伽马射线探测器将接收到的特征伽马射线转换为光信号，光电倍增管用于对光信号进行放大。需要说明的是，上述并不对伽马射线接收单元的具体结构进行限制，在另外的可选实施方式中，也可以采用其他伽马射线接收单元。

本实施例的载物台所选材料优选为低活化钢，该材质不易被中子活化发射出特征伽马射线从而影响测量精度。需要说明的是，上述优选仅为一种示例性说明，并不对载物台的材料进行限制。

本实施例的屏蔽盒所选材料优选为石蜡，厚度优选为50cm，屏蔽盒用于防止中子在传输路径上的逃逸，保证人员安全。需要说明的是，上述优选仅为一种示例性说明，并不对屏蔽盒的材料和尺寸进行限制。

进一步的，由于中子束从中子发生器引出后，具有一定的发散角，通过移动信号接收模块在z方向上的移动，实现对中子束的辐照区域大小的调节，同时接收模块在x、y方向的移动，实现整个待检黄金制品的检测。

本实施例提出的检测装置的检测原理为：由于中子束与黄金及黄金中掺杂的元素进行核反应，会不断地发射出特征伽马射线，发出的特征伽马射线和元素的原子序数相关，采用伽马射线接收单元对特征伽马射线进行接收，黄金及黄金汇总掺杂的元素经过中子辐照后产生的不同的特征伽马射线，通过计算机设备数据处理为特征伽马能谱曲线，特征伽马能谱曲线中的峰和各元素一一对应，基于此，即可实现黄金的无损检测。

本实施例基于上述检测装置，还提出了一种用于黄金检测的无损检测方法，具体如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤1，将待检测的黄金制品放置于载物台2上，通过调节载物台2水平(即x-y平面)和垂直位置(即z方向)位置从而调节中子发生器上的可见光光源系统在黄金制品上的光斑，将光斑移动至待检测区域；具体的，可见光光斑确定的是中子束的辐照区域，通过调节载物台在z方向的位置，可扩大光斑大小即可扩大中子束的辐照区域。

步骤2，放入待检测的黄金制品后关闭屏蔽盒1，并进行密封性检查，着重检查数据线接口处密封是否完好，放置检测过程中中子泄露造成安全事故。

步骤3，进行中子辐照检测，具体为通过计算机设备7打开中子发生器6，进行中子辐照测量，为了保证测量精度，中子发生器6需要开启预设时间(根据经验值可取2分钟)之后再开启信号接收模块，信号接收模块采集时间可设置为预设时间(根据经验值可取10分钟)，信号接收模块中伽马射线接收单元的碘化钠伽马射线探测器接收伽马射线并将伽马射线转换为光信号，光电倍增管将光信号放大并将数据传输至数据处理单元。

步骤3，数据处理单元对接收的光信号进行预处理并将预处理后的数据传输至计算机设备，预处理过程包括去除检测过程中背景对采集特征伽马射线信号的干扰，具体为将所接收的光信号去除未放置黄金制品时中子辐照载物台所采集的光信号。

步骤4，进行特征伽马能谱分析，计算机设备对接收到的数据进行处理后输出特征伽马能谱曲线并标注出能谱曲线各峰所代表的元素，如图3所示，该黄金制品中含有掺杂元素，锡元素。数据处理具体包括去噪处理以及元素标定；其中，去噪处理方法采用多点平滑的方式；元素标定是为了寻找特征伽马能谱曲线中的峰，具体为：首先将含有峰的能谱曲线保留，由于特征伽马能谱中各元素的峰值不同，元素的特征伽马射线峰值所对应的能量是确定的，通过将采集的伽马特征能谱中各峰所对应的能量与元素的伽马特征峰能量比较即可标定出黄金制品中所含的元素。各元素的特征伽马射线峰值数据是从中子特征伽马数据库获取的。

步骤5，关闭中子发生器6后待检黄金制品放置预设时间后取出。进一步的，中子辐照黄金制品后，黄金制品被活化释放出特征伽马射线，中子产额为1.6×10

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。