基于PGNAA技術(shù)的工業(yè)物料成分實(shí)時(shí)在線檢測(cè)系統(tǒng)的高計(jì)數(shù)率探測(cè)器系統(tǒng)研究.pdf

1、基于PGNAA方法的工業(yè)物料成分實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于煤炭、水泥和冶金等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程，有提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低安全事故隱患，優(yōu)化資源利用，降低能源消耗，減少環(huán)境污染物排放等重要作用。PGNAA具有實(shí)時(shí)在線、非破壞性、多元素同時(shí)測(cè)量等特點(diǎn)，而且具有高靈敏度、高準(zhǔn)確度，不受物料的粒度和周圍環(huán)境的影響。因此，PGNAA技術(shù)已經(jīng)成為滿足工業(yè)大塊物料成分檢測(cè)需求的最佳選擇。
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析方法的迅速發(fā)展，在

2、上世紀(jì)80年代后期，原美國gamma metrics公司研發(fā)出第一臺(tái)能夠用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的元素成分分析儀。我國基于這項(xiàng)技術(shù)的研究發(fā)展相對(duì)較晚，檢測(cè)設(shè)備與國外同類產(chǎn)品相比，性能還存在較大差距。對(duì)此，科技部于2013年成立開展《基于瞬發(fā)γ射線中子活化分析技術(shù)的工業(yè)物料成分實(shí)時(shí)在線檢測(cè)系統(tǒng)》國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)研究。
　　本項(xiàng)目研究目標(biāo)，是研究工業(yè)生產(chǎn)過程需求的高精度大塊物料成分在線檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)性能可靠的檢測(cè)設(shè)備。其中，

3、需要重點(diǎn)攻克的關(guān)鍵技術(shù)主要為:“研制高產(chǎn)額長壽命的小型中子源”和“高計(jì)數(shù)率探測(cè)器系統(tǒng)的研制”。本文介紹的工作內(nèi)容即為項(xiàng)目中探測(cè)器讀出電子學(xué)系統(tǒng)的研制工作。
　　面向PGNAA應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)有較高的計(jì)數(shù)通過率和能譜測(cè)量精度。同時(shí)，如何保證系統(tǒng)長時(shí)間工作的穩(wěn)定性也是一個(gè)關(guān)鍵問題。本文研究確定了一種高計(jì)數(shù)率高精度的伽馬能譜測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用改進(jìn)型探測(cè)器讀出電子學(xué)設(shè)計(jì)，使用多級(jí)濾波成形電路和基線快恢復(fù)電路對(duì)探測(cè)器信號(hào)

4、進(jìn)行調(diào)理，減小由信號(hào)堆積造成的計(jì)數(shù)損失，提高系統(tǒng)計(jì)數(shù)通過率。系統(tǒng)利用高速ADC進(jìn)行快速波形采樣，并采用先進(jìn)的數(shù)字濾波以及快速尋峰算法提高測(cè)量精度和處理速度，減小系統(tǒng)測(cè)量死時(shí)間，以滿足實(shí)時(shí)性測(cè)量的需求，實(shí)現(xiàn)了高計(jì)數(shù)率水平下對(duì)特征伽馬能譜的精確測(cè)量。測(cè)試表明，系統(tǒng)可以滿足實(shí)際應(yīng)用條件下的測(cè)量需求，提高計(jì)數(shù)率和測(cè)量精度，有效提高元素成分的分析精度。
　　論文工作的創(chuàng)新點(diǎn)主要為以下幾點(diǎn):
　　1)提出一種高計(jì)數(shù)率、高信噪比的伽馬能譜

5、讀出方法，解決在PGNAA應(yīng)用中的兩大難題之一，提高信號(hào)采集速度、能譜測(cè)量精度、以及元素成分分析的效率和準(zhǔn)確性。
　　2)提出快速信號(hào)斬波成形方法，將基線恢復(fù)時(shí)間減少到200ns以內(nèi)，使最高計(jì)數(shù)率達(dá)到5MHz，滿足了系統(tǒng)在計(jì)數(shù)損失小10％的情況下平均計(jì)數(shù)率達(dá)到500KHz以上。
　　3)完成了滿足高計(jì)數(shù)率、高精度伽馬能譜測(cè)量的讀出電子學(xué)系統(tǒng)樣機(jī)設(shè)計(jì)，并將樣機(jī)應(yīng)用于基于PGNAA方法的工業(yè)物料成分分析過程，滿足了系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用需