一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法及系统

技术领域

本申请涉及散状物料真密度测量领域，尤其涉及一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法及系统。

背景技术

很多物料的加工或应用过程中需要知道其真密度，例如煤炭洗选加工通常利用不同质量的煤炭其真密度不同，来分选煤炭与矸石的，测量物料（包括煤炭）的真密度对指导洗选加工有重要意义。

液体或固液混合物的密度更容易测量，测量过程中尽量排除液体中的气泡即可。由于散状固体物料中间有空隙，物料的外形是不规则的，粒度是变化的，空隙也是随机变化的，在线测量散状固体物料排除空隙后的密度（这里称为真密度）是很难的，目前未见在线测量散状物料真密度的仪器设备。

物料的堆积密度相对更容易测量，例如，可以采用电子皮带秤测量经过物料流的总质量，利用激光扫描测量出物料流的轮廓，从而计算出经过物料流的总体积，用总质量除以总体积，即可以得到堆积密度。堆积密度与真密度的差异在于计算堆积密度时，将物料空隙的体积也计算在总体积中，而计算真密度时，需要扣除空隙的体积。由于物料颗粒度、形状都是随机变化的，高速运行的物料流，很难测量出其空隙的体积，因此在线测量物料的真密度非常困难，因此亟需提供利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方案。

发明内容

本申请提供一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法及系统，以至少解决难以测量出散状物料真密度的技术问题。

本申请第一方面实施例提出一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法，所述方法包括：

获取待测量散状物料的堆积厚度，并基于所述堆积厚度对所述散状物料进行分层；

利用主探测器测量出准直的X/γ射线束透射散状物料后的射线强度、利用辅助探测器阵列测量出X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度；

根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度和辅助探测器阵列测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度；

根据所述散状物料各层的密度确定所述散状物料的真密度。

优选的，所述获取待测量散状物料的堆积厚度，包括：

利用测距传感器测量所述测距传感器到运输所述散状物料的空皮带的第一距离及所述测距传感器到所述散状物料的第二距离；

确定所述第一距离与所述第二距离的差值，并将所述差值作为所述待测量散状物料的堆积厚度。

优选的，所述辅助探测器阵列包括：多个准直器和辅助探测器；

所述多个准直器的准直方向平行，且按照预设角度设置所述准直器。

进一步的，所述根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度和辅助探测器阵列测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度，包括：

根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度确定各层散状物料对应的X/γ射线强度；

根据所述各层散状物料对应的X/γ射线强度、辅助探测器阵列中各辅助探测器测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度。

进一步的，所述根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度确定各层散状物料对应的X/γ射线强度，包括：

将所述主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度作为第一层散状物料对应的X/γ射线强度；

基于X/γ射线的指数衰减规律和所述第一层散状物料对应的X/γ射线强度确定第2-n层中各层散状物料对应的X/γ射线强度，n为散状物料分层总数；

其中，所述X/γ射线的指数衰减规律的计算式如下：

式中，

进一步的，所述根据所述散状物料各层的密度确定所述散状物料的真密度，包括：

在所述述散状物料各层的密度中筛选出大于等于预设的真密度下限值的密度，并确定筛选出的各密度的平均值，将所述平均值作为所述散状物料的真密度相关量；

对所述散状物料的真密度相关量进行校准，得到所述散状物料的真密度。

进一步的，所述方法还包括：

将筛选出的大于等于预设的真密度下限值的密度按照从低到高的顺序排列，得到各密度值出现的概率；

基于所述各密度值出现的概率确定所述物料的真密度分布数据。

本申请第二方面实施例提出一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的系统，包括：

获取模块，用于获取待测量散状物料的堆积厚度，并基于所述堆积厚度对所述散状物料进行分层；

测量模块，用于利用主探测器测量出准直的X/γ射线束透射散状物料后的射线强度、利用辅助探测器阵列测量出X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度；

第一确定模块，用于根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度和辅助探测器阵列测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度；

第二确定模块，用于根据所述散状物料各层的密度确定所述散状物料的真密度。

优选的，所获取模块，还用于利用测距传感器测量所述测距传感器到运输所述散状物料的空皮带的第一距离及所述测距传感器到所述散状物料的第二距离；

所获取模块，还用于确定所述第一距离与所述第二距离的差值，并将所述差值作为所述待测量散状物料的堆积厚度。

优选的，所述辅助探测器阵列包括：多个准直器和辅助探测器；

所述多个准直器的准直方向平行，且按照预设角度设置所述准直器。

本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

本申请提出了一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法及系统，其中所述方法包括：获取待测量散状物料的堆积厚度，并基于所述堆积厚度对所述散状物料进行分层；利用主探测器测量出准直的X/γ射线束透射散状物料后的射线强度、利用辅助探测器阵列测量出X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度；根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度和辅助探测器阵列测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度；根据所述散状物料各层的密度确定所述散状物料的真密度。本申请提出的技术方案，可以准确的测量出散状物料的真密度，为工业生产提供科学的指导。

本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请一个实施例提供的一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法的流程图；

图2为根据本申请一个实施例提供的X/γ射线在线测量散状物料真密度的测量示意图；

图3为根据本申请一个实施例提供的一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的系统的第一种结构图；

图4为根据本申请一个实施例提供的第一确定模块的结构图；

图5为根据本申请一个实施例提供的第二确定模块的结构图。

图6为根据本申请一个实施例提供的一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的系统的第二种结构图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

本申请提出的一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法及系统，其中所述方法包括：获取待测量散状物料的堆积厚度，并基于所述堆积厚度对所述散状物料进行分层；利用主探测器测量出准直的X/γ射线束透射散状物料后的射线强度、利用辅助探测器阵列测量出X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度；根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度和辅助探测器阵列测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度；根据所述散状物料各层的密度确定所述散状物料的真密度。本申请提出的技术方案，可以准确的测量出散状物料的真密度，为工业生产提供科学的指导。

下面参考附图描述本申请实施例的一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法及系统。

实施例一

图1为根据本申请一个实施例提供的一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤1：获取待测量散状物料的堆积厚度，并基于所述堆积厚度对所述散状物料进行分层。

在本公开实施例中，所述获取待测量散状物料的堆积厚度，包括：

利用测距传感器测量所述测距传感器到运输所述散状物料的空皮带的第一距离及所述测距传感器到所述散状物料的第二距离；

确定所述第一距离与所述第二距离的差值，并将所述差值作为所述待测量散状物料的堆积厚度。

需要说明的是，如图2所示，关于步骤1具体包括：

首先利用测距传感器测量出其到空皮带的距离，然后实时测量物料到传感器的距离，空皮带距离减去物料距离，就得到物料的厚度，因为测距传感器测量的是到物料表面的距离，无法扣除物料的空隙，因此这里的厚度是堆积厚度。根据堆积厚度的大小，确定给物料分层的数目，每层的厚度根据康普顿探测器的尺寸，事先来确定，再测量过程中不变，分层的数目是动态变化的。

步骤2：利用主探测器测量出准直的X/γ射线束透射散状物料后的射线强度、利用辅助探测器阵列测量出X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度。

进一步的，所述辅助探测器阵列包括：多个准直器和辅助探测器；

所述多个准直器的准直方向平行，且按照预设角度设置所述准直器。

其中，所述预设角度为准直器与所述X/γ射线束的夹角即固定夹角，其中，所述固定夹角为α，如图2所示；

所述辅助探测器的尺寸小于所述被测散状物料中出现概率为A的实心料块的粒度。

所述A为所述被测散状物料中出现概率最大的概率值。

同时，所述辅助探测器阵列中的辅助探测器的个数乘以单个辅助探测器的尺寸大于物料厚度B与固定夹角的正切的乘积，其中，所述物料厚度B为所述被测散状物料中最大的物料厚度。

需要所说明的是，所述利用主探测器测量出准直的X/γ射线束透射散状物料后的射线强度，具体包括：

如图2所示，采用X/γ射线源和X/γ射线探测器，分别安装在物料流的两侧，X/γ射线源发射的X/γ射线束（这里称“主射线束”）经准直后透射物料，被物料衰减过的X/γ射线被所安装在主射线束覆盖范围内的X/γ射线探测器（这里称其为“主探测器”）测量，设衰减后的射线强度为

如果设未经物料衰减的射线强度为

其中，所述X射线源为X光机；所述X光机的管电压大于50kV且小于600kV。

需要说明的是，所述利用辅助探测器阵列测量出X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度具体包括：

X/γ射线与物质有可能产生三种作用：光电效应、康普顿效应、电子对效应。其中康普顿效应是X/γ射线与原子核外电子发生非弹性散射，损失一定能量后，射出能量和方向都发生改变的X/γ射线，入射射线能量确定的情况下，在某一确定方向上出射的康普顿散射射线的能量是确定的。康普顿效应的作用截面与物质中电子密度成正比，因此单一能量的入射射线的康普顿效应产生的X/γ射线近似与作用物质的密度成比例关系。将物料分成厚度相同的n层，准直射线束将与每层物料发生作用，并且产生康普顿散射射线，散射射线在4π方向都有分布，如图2所示，设置一排带某一固定方向准直的辅助探测器阵列（这里称康普顿探测器），使得只有散射角为α的散射射线可以进入辅助探测器，并且每个辅助探测器对应物料的一层。

步骤3：根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度和辅助探测器阵列测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度。

在本公开实施例中，所述步骤3具体包括：

步骤3-1：根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度确定各层散状物料对应的X/γ射线强度；

进一步的，步骤3-1包括：

将所述主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度作为第一层散状物料对应的X/γ射线强度；

基于X/γ射线的指数衰减规律和所述第一层散状物料对应的X/γ射线强度确定第2-n层中各层散状物料对应的X/γ射线强度，n为散状物料分层总数；

其中，所述X/γ射线的指数衰减规律的计算式如下：

式中，

步骤3-2：根据所述各层散状物料对应的X/γ射线强度、辅助探测器阵列中各辅助探测器测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度。

需要说明的是，所述步骤3具体包括：

设第m（1≤m≤n）层的主射线束强度为

具体的测量与计算过程：

（a）主探测器探测到的准直射线强度为I0，则第一层的主射线束的强度为

（1）

（b）计算第一层的密度。第1个康普顿探测器探测到的强度为

I

其中k为常数。

将（1）式代入（2）式有

I

式（3）中只有一个未知数

（c）有了第1层密度和厚度（厚度为固定值）数据，可以根据第2层康普顿探测器测量到的强度

I

同样利用指数衰减规律，根据主射线在第一层的强度

（5）

（d）重复（a）（b）（c）三步骤，可以计算出2~n层的密度。

步骤4：根据所述散状物料各层的密度确定所述散状物料的真密度。

在本公开实施例中，所述步骤4具体包括：

步骤4-1：在所述述散状物料各层的密度中筛选出大于等于预设的真密度下限值的密度，并确定筛选出的各密度的平均值，将所述平均值作为所述散状物料的真密度相关量；

需要说明的是，当康普顿探测器尺寸足够小，物料分层越细，各层测量到的密度将非常接近真密度。设置真密度的下限，将计算得到的n个密度值分别于所设置的真密度的下限比较，排除小于真密度的下限的密度值，这是因为小于真密度的下限的位置应该是空隙较大的地方，将大于真密度下限的密度值取平均，就可以得到真密度相关量。

步骤4-2：对所述散状物料的真密度相关量进行校准，得到所述散状物料的真密度。

需要说明的是，由于真密度相关量与实际的真密度还存在差别，再利用真密度相关量为自变量的一次函数，或多次函数，将真密度相关量校准到真密度。

示例的，设实际真密度为ρ

在本公开实施例中，所述方法还包括：

将筛选出的大于等于预设的真密度下限值的密度按照从低到高的顺序排列，得到各密度值出现的概率；

基于所述各密度值出现的概率确定所述物料的真密度分布数据。

需要说明的是，每次测量可以得到物料的多个密度值，连续测量时，对这些密度值进行统计，从最低密度到最高密度，不同密度值出现的概率，即物料的真密度分布。这个真密度分布可以应用到很多工业生产中，例如煤炭的洗选加工中，入洗煤炭的真密度分布对洗煤机的参数设定非常有价值。

综上所述，本实施例提出的一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的方法，可以准确的测量出散状物料的真密度，为工业生产提供科学的指导。

实施例二

图3为根据本申请一个实施例提供的一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的系统的结构图，如图3所示，所述系统包括：

获取模块100，用于获取待测量散状物料的堆积厚度，并基于所述堆积厚度对所述散状物料进行分层；

测量模块200，用于利用主探测器测量出准直的X/γ射线束透射散状物料后的射线强度、利用辅助探测器阵列测量出X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度；

第一确定模块300，用于根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度和辅助探测器阵列测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度；

第二确定模块400，用于根据所述散状物料各层的密度确定所述散状物料的真密度。

在本公开实施例中，所获取模块100，还用于利用测距传感器测量所述测距传感器到运输所述散状物料的空皮带的第一距离及所述测距传感器到所述散状物料的第二距离；

所获取模块100，还用于确定所述第一距离与所述第二距离的差值，并将所述差值作为所述待测量散状物料的堆积厚度。

其中，所述辅助探测器阵列包括：多个准直器和辅助探测器；

所述多个准直器的准直方向平行，且按照预设角度设置所述准直器。

在本公开实施例中，如图4所示，所述第一确定模块300，包括：

第一确定单元301，用于根据主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度确定各层散状物料对应的X/γ射线强度；

第二确定单元302，用于根据所述各层散状物料对应的X/γ射线强度、辅助探测器阵列中各辅助探测器测量出的所述X/γ射线与物料的康普顿散射射线强度确定所述散状物料各层的密度。

进一步的，所述第一确定单元301，还用于将所述主探测器测量出的所述X/γ射线束透射散状物料后的射线强度作为第一层散状物料对应的X/γ射线强度；

所述第一确定单元301，还用于基于X/γ射线的指数衰减规律和所述第一层散状物料对应的X/γ射线强度确定第2-n层中各层散状物料对应的X/γ射线强度，n为散状物料分层总数；

其中，所述X/γ射线的指数衰减规律的计算式如下：

式中，

在本公开实施例中，如图5所示，所述第二确定模块400，包括：

第三确定单元401，用于在所述述散状物料各层的密度中筛选出大于等于预设的真密度下限值的密度，并确定筛选出的各密度的平均值，将所述平均值作为所述散状物料的真密度相关量；

校准单元402，用于对所述散状物料的真密度相关量进行校准，得到所述散状物料的真密度。

在本公开实施例中，如图6所示，所述系统还包括：第三确定模块500；

所述第三确定模块500，用于将筛选出的大于等于预设的真密度下限值的密度按照从低到高的顺序排列，得到各密度值出现的概率；

所述第三确定模块500，还用于基于所述各密度值出现的概率确定所述物料的真密度分布数据。

综上所述，本实施例提出的一种利用X/γ射线在线测量散状物料真密度的系统，可以准确的测量出散状物料的真密度，为工业生产提供科学的指导。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。