无源核子料位计的背景辐射修正测量方法及其系统

摘要

本发明涉及物料料位测量领域，公开了一种无源核子料位计的背景辐射修正测量方法及其系统，在预设时间段T1内，先测得物料的进入与输出过程具备循环周期特性的容器内部的物料辐射与容器内部及外部的背景辐射之和；再提取所述物料辐射和背景辐射之和中的最小值或与该最小值相关的值作为背景辐射特征值；然后根据设定好的数据模型对所述背景辐射特征值进行分析和运算获得背景辐射修正数据；最后根据背景辐射修正数据对无源核子料位计的测量进行修正。与现有技术相比，本发明提升了料位测量的准确性，降低了背景测量的成本。

说明书

技术领域

本发明涉及物料料位测量领域，特别涉及一种无源核子料位计的背景辐射修正测量方 法及其系统。

背景技术

无源核子料位计是通过测量物料自身所释放的放射性能量，实现对物料料位进行测量的 物位计装置。它不同于核子料位计，其没有放射源，测量的是物料自身的放射性能量。无源 核子料位计测量的辐射能量包括：α射线、β射线、γ射线、X射线等高等能量。这些高能能 量在宇宙背景中是永远存在的。并且随着昼夜、季节、温度、天气、宇宙背景环境的变化发 生变化，特别是雨天或者太阳磁暴等环境下，环境中的背景辐射会发生非常大的变化。物料 中自身释放的放射性能量对于无源核子料位计来说是有效信号，环境背景辐射信号对于无源 核子料位计来说是噪声、无效信号和干扰信号。无源核子料位计测量的是物料中所含的放射 性物质所释放的微弱的放射性能量。环境背景辐射相对于物料的放射能量而言，其影响非常 大，甚至有时背景辐射能量或者其变化量会超过物料的放射性能量，即使在无源核子料位计 采取多种硬件屏蔽情况下，无源核子料位计也可能无法识别有效的物料放射性能量。所以， 无源核子料位计要想进行准确测量，需要对背景辐射进行测量、识别、分辨，无源核子料位 计必须对背景辐射对测量的影响进行修正与消除。

目前无源核子料位计对背景辐射进行修正的方法，如公开号CN 102706409A的中国专 利所公开的“一种有关提高无源核子料位计信噪比的方法”。其述的三个方法均存在一定缺 陷，方法一参考法是使用一个伽马射线探测器专门测量容器外的背景辐射，用其修正其他 的测量料位计，该方法的缺点是，需要设置专门对环境进行独立测量的伽马射线探测器， 成本比较高。如若想保证数据的可靠性，需要设置多只环境伽马射线探测器，成本就更高； 该伽马射线探测器安装位置要求多，不能受物料辐射影响，不能受环境中其他设备或者意 外干扰因素的影响；同时如果该只伽马射线探测器如果发生损坏或者测量错误，将影响所 有测量料位计，可靠性差；由于是独立的测量设备，需要安装额外的电缆、支架、电源管 理配件等，带来额外的工作量与成本。方法二多点平衡计算法，在实际运用中由于各测量 点物料过程差异非常大，特别是测量位置物料数量变化大，变化频率高时，很难识别到底 是背景辐射的变化还是物料自身变化。方法三特征射线法，由于背景辐射能量和物料辐射 能量特征很多是重合，基本无法将背景辐射特征和物料辐射特征真正区别开来，此方法根 本无法真正实现。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种无源核子料位计的背景辐射 修正测量方法及其系统，提升了料位测量的准确性，降低了背景测量的成本。

技术方案：本发明提供了一种无源核子料位计的背景辐射修正测量方法，包括以下步 骤：S 1：在预设时间段T1内，测得物料的进入与输出过程具备循环周期特性的容器内部 的物料辐射与容器内部及外部的背景辐射之和；S2：提取所述物料辐射和背景辐射之和中 的最小值或与该最小值相关的值作为背景辐射特征值；S3：根据设定好的数据模型对所述 背景辐射特征值进行分析和运算获得背景辐射修正数据；S4：根据背景辐射修正数据对物 料料位的测量进行修正。

本发明还提供了一种无源核子料位计的背景辐射修正测量系统，由运算处理器和至少 一部无源核子料位计组成，所述无源核子料位计中至少有一部对着物料的进入与输出过程 具备循环周期特性的容器且靠近该容器外壁放置；系统内所有无源核子料位计均与所述运 算处理器连接；所述对着容器放置的无源核子料位计中至少有一部用于在预设时间段T1 内，测得所述容器内部的物料辐射与容器内部及外部的背景辐射之和；所述运算处理器用 于提取所述物料辐射和背景辐射之和中的最小值或与该最小值相关的值作为背景辐射特征 值，还用于根据设定好的数据模型对所述背景辐射特征值进行分析和运算获得背景辐射修 正数据，并将所述背景辐射修正数据发送给系统内的无源核子料位计；所述系统内的无源 核子料位计用于根据所述背景辐射修正数据对自身物料料位的测量进行修正。

本发明还提供了一种无源核子料位计的背景辐射修正测量系统，由运算处理器、至少 一部无源核子料位计以及至少一部辐射测量传感器组成；所述辐射测量传感器对着物料的 进入与输出过程具备循环周期特性的容器且靠近该容器外壁放置；所述辐射测量传感器、 运算处理器和无源核子料位计依次相连；所述辐射测量传感器用于在预设时间段T1内测得 所述容器内部的物料辐射与容器内部及外部的背景辐射之和，并将所述物料辐射和背景辐 射之和发送给运算处理器；所述运算处理器用于从所述物料辐射和背景辐射之和中提取出 最小值或与该最小值相关的值作为背景辐射特征值；还用于根据设定好的数据模型对所述 背景辐射特征值进行分析和运算获得背景辐射修正数据，并将所述背景辐射修正数据发送 给系统内的无源核子料位计；系统内的无源核子料位计用于根据所述背景辐射修正数据对 自身物料料位的测量进行修正。

优选地，为了保证在预设时间T1内能够测到有效的背景环境特征值，T1优选大于所 述容器中物料的进入与输出的循环周期T。

优选地，容器空仓时测得的料位数据最接近背景辐射，所以优选将容器空仓时测得的 物料辐射和背景辐射之和作为背景辐射特征值最准确。

优选地，通过以下任意一种方式对所述无源核子料位计的测量进行修正：对无源核子 料位计的测量结果进行修正、对无源核子料位计的测量模型进行修正、对与无源核子料位 计的测量结果相关的输出参数或控制指令进行修正。

优选地，所述运算处理器集成在所述无源核子料位计或辐射测量传感器内部；或者， 所述运算处理器为所述无源核子料位计或辐射测量传感器中的运算处理模块。

有益效果：本发明通过充分利用循环特性容器的工作特点，可以在不增加任何专门用 于测量背景辐射的设备情况下就能够准确测量出容器的背景辐射，大大降低了背景辐射的 测量成本，本发明人发现，在容器内物料料位最低或空仓时测得的辐射最接近真实的背景 辐射数据，所以本方法中把此时测得的容器内部的物料辐射与容器内部及外部的背景辐射 之和作为背景辐射特征值，再根据该背景辐射特征值分析运算出背景辐射修正数据，反过 来对物料料位的测量进行修正，提升了料位测量的准确性；当然，本发明也可以通过专门 的背景辐射测量传感器对背景辐射进行测量，也是利用上述容器工作的循环特性，同样可 以达到提高料位测量准确性的目的。

附图说明

图1为实施方式2中物料料位的背景辐射修正测量系统示意图；

图2为实施方式2中火电厂中基于仓泵的物料料位的背景辐射修正测量系统示意图；

图3为实施方式3中物料料位的背景辐射修正测量系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的介绍。

实施方式1：

本实施方式为无源核子料位计的背景辐射修正测量方法，主要包含以下步骤：

S1：首先是利用物质的辐射在一段时间段T1内测量容器内部的物料辐射与容器内部及 外部的背景辐射之和。

上述的容器必须是物料的进入与输出过程具备循环周期的容器；上述T1可以是从数秒 到数十小时不等的时间，方便用户自由设定。

S2：提取上述物料辐射和背景辐射之和中的最小值或与该最小值相关的值作为背景辐 射特征值。

上述T1优选大于T，因为T1大于T时既可以保证在T1内能够提取到容器内的物料 辐射和背景辐射之和中的最小值，又可以有效避免过多的无效与干扰数据；另外，因为物 料辐射和背景辐射之和中的最小值对应的就是容器内部物料料位最低或者说容器达到空仓 时测得的数据，尤其是空仓时测得的数据，由于空仓时容器内部没有物料，则上述物料辐 射和背景辐射之和中的物料辐射就为零，物料辐射和背景辐射之和就相当于背景辐射，把 此时的物料辐射和背景辐射之和作为背景辐射特征值最为准确。

如果只测得一组物料辐射和背景辐射之和，则在本步骤中，就是提取最小值；如果测 得多组物料辐射和背景辐射之和，则本步骤中就是提取各组中的最小值再求平均，除此之 外，与该最小值相关的值还可以是其它与最小值有关的值，本申请中不再一一列举。

S3：接着是根据设定好的数据模型对上述提取出的背景辐射特征值进行分析和运算， 以获得背景辐射修正数据。

接着S4：根据上述获得的背景辐射修正数据对无源核子料位计的测量进行修正，得到 精确的物料料位数据。

本步骤中对无源核子料位计的修正可以有很多种方式，可以是修正无源核子料位计测 量到的物料料位数据本身；也可以是修正无源核子料位计的测量模型；还可以是对与无源 核子料位计的测量结果相关的输出参数或控制指令进行修正，这些方式均可以达到修正的 目的，经过修正后得到精确的物料料位数据。

本实施方式通过充分利用循环特性容器的工作特点，通过将物料辐射和背景辐射之和 的最小值作为背景辐射的数据，不需要专门测试背景辐射，通过简单的循环工作原理测试 容器内部的物料辐射和背景辐射之和就能够推测出背景辐射特征值，再通过该背景辐射特 征值得到修正数据，进而根据该修正数据对系统内物料料位的测量进行修正，以得到更加 准确的物料料位数据，测试方法简单有效，提高了对物料料位测量的准确性。

实施方式2：

本实施方式提供了一种物料料位的背景辐射修正测量系统，如图1所示，该测量系统 包含运算处理器和与之相连的至少一部无源核子料位计，这些无源核子料位计中至少有一 部是对着物料的进入与输出过程具备循环周期特性的容器且靠近该容器外壁放置，且对着 容器放置的无源核子料位计中至少有一部用于在预设时间段T1内，测得容器内部的物料辐 射与容器内部及外部的背景辐射之和。在实际应用过程中，为保证料位测量的准确性，一 般会对着容器外壁放置多个无源核子料位计，测量时可以取平均值。

该物料料位的背景辐射修正测量系统的工作过程如下：

对着容器放置的无源核子料位计在T1内测得容器内部的物料辐射与容器内部及外部 的背景辐射之和并将其发送给运算处理器，运算处理器提取其中的最小值或与该最小值相 关的值作为背景辐射特征值，并根据设定好的数据模型对背景辐射特征值进行分析和运算 获得背景辐射修正数据，然后将背景辐射修正数据通过有线或无线的方式发送给系统内的 所有无源核子料位计；系统内的所有无源核子料位计再根据上述背景辐射修正数据对自身 物料料位的测量进行修正，以能够测量出更加精确的物料料位数据。

无源核子料位计是通过测量物料的辐射得到物料的料位的，在测量物料料位的同时不 可避免的会受到环境背景辐射的影响，有时候环境背景辐射甚至比物料本身的辐射大得多， 所以此时想要区分到底哪些辐射式物料的辐射，哪些是背景辐射非常困难。在本实施方式 中，发明人利用循环容器的特点，在一个循环周期内，总会有某一个时刻物料的料位最低 甚至空仓的时刻出现，此时无源核子料位计测得的辐射数据一定是整个循环周期中的最小 值，把这个最小值当做背景辐射特征值来看合情合理，而且方法简便，不用使用额外的传 感器对背景辐射进行测量，降低了成本，得到背景辐射特征值之后通过数据模型计算出背 景辐射修正值，反过来再对无源核子料位计自身物料料位的测量进行修正，提高了物料料 位的测量精度。

值得一提的是，上述运算处理器也可以集成在无源核子料位计内部或者使用无源核子 料位计中的运算处理模块来充当。

下面以火电厂的具有循环特性的仓泵为例进行具体说明。

如图2所示，在火电厂的实际工艺流程中，仓泵1的作用是将灰斗2的灰料3输送出去。 其动作过程：仓泵1进料阀门4打开，灰料3进入仓泵1，进料阀门4关闭，在仓泵1中冲 入压缩空气，出料阀门5打开，灰料3被压缩空气推送出仓泵1，当灰料3输送完毕后，出 料阀门5关闭，系统再打开进料阀4，开始进料。仓泵1如此循环进行进料与输料工作。一 般的仓泵1循环工作周期为数秒到数小时，一般输完灰料后，仓泵1内不会剩余过多的灰料， 输完后一般为空泵(空仓)状态。

仓泵1作为物料中转的容器，一般需要对里面的灰料3料位进行测量，现就以仓泵1为 例对本发明进行进一步的解释说明。本实施方式中，无源核子料位计6对着仓泵外壁附近放 置，系统内还有用于测量灰斗2内的灰料3的物料料位的无源核子料位计7和8，另外系统 内还设有能够通过无线方式向无源核子料位计6传输信号的单独存在的运算处理器9。

设定在一段时间段T1内，无源核子料位计6测出一组仓泵1内部的物料辐射与仓泵1内 部及外部的背景辐射之和，仓泵1循环的周期时间为T，选取的预设时间T1＞3T。

运算处理器9先将T1时间段内无源核子料位计6测量到的物料辐射和背景辐射之和中 的最小值作为背景辐射特征值提取出来，然后根据设定的数学模型对这些背景辐射特征值 进行分析、运算，获得背景辐射修正数据，再将背景辐射修正数据通过无线的方式发送给 无源核子料位计6、7和8，无源核子料位计6、7和8再根据该背景辐射修正数据，对自 身物料料位的测量进行修正，已能够更精确地测量到物料的料位。

本实施方式为实施方式1的一个系统实施例，本实施方式可以与实施方式1配合使用， 第一实施方式中涉及到的技术特征同样可以用在本实施方式中，此处不再赘述。

实施方式3：

本实施方式提供了一种物料料位的背景辐射修正测量系统，如图3所示，包含运算处 理器、至少一部无源核子料位计以及至少一部辐射测量传感器；辐射测量传感器对着物料 的进入与输出过程具备循环周期特性的容器且靠近该容器外壁放置，辐射测量传感器、运 算处理器和无源核子料位计依次相连。

该物料料位的背景辐射修正测量系统的工作过程如下：

首先，辐射测量传感器在一段时间段T1内测得所述容器内部的物料辐射与容器内部及 外部的背景辐射之和，并将上述物料辐射和背景辐射之和发送给运算处理器；接着，运算 处理器从上述物料辐射和背景辐射之和中提取出最小值或与该最小值相关的值作为背景辐 射特征值，然后根据设定好的数据模型对背景辐射特征值进行分析和运算获得背景辐射修 正数据，并将背景辐射修正数据通过有线或无线的方式发送给系统内的所有无源核子料位 计；最后，系统内的所有无源核子料位计再根据上述的背景辐射修正数据对自身物料料位 的测量进行修正，以能够更加精确的测量物料的料位。

值得一提的是，本实施方式中的运算处理器也可以集成在无源核子料位计或辐射测量传 感器内部，或者由无源核子料位计或辐射测量传感器中的运算处理模块来充当。

本实施方式与实施方式2的测量原理相同，区别仅在于：本实施方式中使用专门的辐 射测量传感器对容器内部的物料辐射与容器内部及外部的背景辐射进行测量，而实施方式 2中是使用无源核子料位计对容器内部的物料辐射与容器内部及外部的背景辐射进行测量， 专门的辐射测量传感器测量精度更加精确。本实施方式中的其它部分均与实施方式2相同， 此处不做赘述。

本实施方式也为实施方式1的一个系统实施例，本实施方式可以与实施方式1配合使 用，第一实施方式中涉及到的技术特征同样可以用在本实施方式中，此处不再赘述。

上述各实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精 神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。