基于PGNAA技术的工业物料成分实时在线检测系统升级研究

发布时间：2020-09-03 12:07

　　中子伽马活化分析技术是一种在线分析技术,具有实时在线、非破坏性、多元素同时测量的特点,已经成为大块工业物料实时检测分析的最佳选择。该技术在煤炭工业、水泥工业、钢铁工业等领域中,都有广泛的应用。欧美发达国家在方面的研究起步比较早,发展到今日形成了成熟的产业链与相关产品。而我国这方面的研究起步较晚,随着我国工业技术的发展,对物料成分在线分析的需求也越来越高。2013年,我国科技部开展了《基于瞬发γ中子活化分析技术的工业物料成分实时在线检测系统》国家重大科学仪器设备专项研究。本课题组承担其中一项子任务——高计数率探测器系统研制。此项研究已经取得了阶段性成果,样机系统已经研制完成并投入现场测试。样机系统在现场测试时,受现场复杂工况条件的影响,面临以下问题:基线受现场环境影响不稳定,会影响分辨率;光电倍增管分压电路电压不稳定,探测器输出信号波动大:样机系统需要进一步降低成本,以推进产业化。本文针对以上问题,提出若干解决方案,并对方案进行了可行性论证,确定最终的样机升级方案。基于样机升级方案,对系统的各部分主要电路进行了升级设计,并且进行了相应的测试工作。对基线不稳定的问题,本文基于基线恢复的原理,提出一种门控电路设计,可以在光电倍增管加高压的情况下,控制并切换光电倍增管的工作状态,使基线与信号分别单独测量,并且用数字方法进行基线恢复。对分压电路电压不稳定的问题,本文提出改进设计,从利用稳压管进行稳压改为利用温度系数相同的高精度电阻进行稳压,并且针对不同探测器测试了最佳分辨率下的电阻分压比。本文还设计了一体化机箱,代替样机系统的PXI机箱,在功能不亚于样机系统的基础上,进一步降低成本,推进产业化进行。本论文中工作的创新点主要有以下几点:1)提出一种用于基线恢复的光电倍增管分压电路快速门控设计。采用MOS管控制PMT第一打拿极的电压,进而实现对光电倍增管工作状态的控制和实现对基线和信号进行独立测量。2)提出一种在PMT分压电路中采用高精度电阻抑制温漂方案,通过挑选温度系数相同的电阻元件,使光电倍增管分压电路的电压不稳定性小于0.5%。3)设计了一体化机箱代替PXI机箱系统,利用以太网总线传输数据,对样机系统的电子学设计做出全面升级替换,经过测试满足工业现场的应用需求。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL816
【部分图文】：

物料分析,发达国家,成品

图１．１发达国家物料分析仪成品逡逑综上所述，基于ＰＧＮＡＡ技术的物料成分实时在线检测系统对工业生产、经逡逑济发展有重要作用。随着科技发展进步，国内的工业对大块物料实时在线检测系逡逑统的需求也越来越高。我国自主研发的用于煤炭、钢铁等领域的检测仪，与国外逡逑同类产品相比，性能还存在较大的差距。所以，国内现在需要对这方面进行自主逡逑知识产权研宄，不能全部依赖进口。逡逑在国内己经开展的相关研宄工作基础上，由南京航空航天大学牵头，我国科逡逑技部在２０１３年开展了专项研宄。专项名称为《基于瞬发Ｙ射线中子活化分析技逡逑术的工业物料成分实时在线监测系统》。逡逑《国家重大科学仪器设备开发专项项目实施方案》（以后简称实施方案）中逡逑提出，本项目面向我国资源密集消耗型工业企业的节能降耗的重大需求背景，从逡逑工业物料成分分析技术的新趋势出发，拟研发具有自主知识产权，达到国际先进逡逑水平的物料成分实时在线检测系统。本项目的主要面临的科学问题是“高产额逡逑

照片,样机系统,工业现场,实验室

此任务目前己经取得初步成果，大块工业物料实时在线检测系统样机（以后逡逑简称样机系统）己经研制完成，经过测试己经满足了实施方案中提出的设计指标，逡逑并己经投入工业现场进行测试［１４］。图１．２为样机系统在实验室环境中测试的照逡逑片和现场测试的照片。逡逑ｇｎｌｌ逡逑图１．２在实验室和工业现场测试中的样机系统逡逑样机系统的结构如图１．３。为了满足信号底宽小于２００ｎｓ的条件，样机设计逡逑时采用了一种快速斩波成形方法［１５］。探测器信号输出先经过成形电路。ＡＤＣ采逡逑集到成形后的信号后，立刻送到寻峰模块处理。寻峰模块寻到峰以后，由控制电逡逑路对积分电容上的电荷进行泄放。峰值信息送给寻峰模块进行处理。寻峰模块利逡逑用双缓冲模式工作，两个随机存储器处理数据。其中一个用于实时显示，另一个逡逑用于测量结束后打包发送给上位机。探测器的氋压由上位机通过ＤＡＣ模块控制。逡逑３逡逑

照片,样机系统,工业现场,读出电子学

【相似文献】