中子活化多元素分析仪

东方测控DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪一、产品概述

DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪(图1-1)是跨皮带式水泥物料在线检测装置。用于料堆管理、生料配料过程中元素成分的在线检测。

DF-5701的装置为模块化结构，不需切割皮带，可绕皮带安装。DF-5701运行时，皮带从测量装置内托槽上滑过，对流经的所有物料进行检测，整个检测过程不

接触物料，不影响皮带运行。DF-5701每分钟给出一次检测结果，精确分析出各元素含量以及相关的质量控制参数。根据分析仪实时检测信息，对生产过程进行有效

控制，改良生产工艺，降低生产成本,提高产品质量。

图1-1 DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪装置

二、产品结构

DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪由测量装置、中子源、探测器、信号处理柜以及主机五个部分构成。(图2-1)

图2-1 DF-5701结构图

1.测量装置

测量装置采用模块式框架结构。包含支持测量过程中核相互作用的关键部件，同时对射线进行辐射防护，使装置周围剂量率达到辐射安全国家标准，保证工作人员的健康安全。

2.中子源

中子源安装于测量装置的下部，位于物料皮带的正下方，内部装有一个或多个不锈钢封装的252Cf源芯。252Cf的半衰期为2.6年，放射性活度随着持续发射中子减小，约二年半时间，需补充新的中子源芯达到初始源强度。

3.探测器

探测器安装于测量装置的上部，位于物料皮带的正上方，用于接收物料被中子作用后发出的射线。探测器外包有射线抑制体和恒温部件。其中，射线抑制体用于抑制干扰射线，并由恒温部件对探测器进行恒温。

4.信号处理柜

信号处理柜内有探测器外围部件，电子信号处理部件和温度控制部件。探测器外围部件为探测器运行提供高、低压电源。电子信号处理部件的主要功能是将来自探测器的模拟信号，通过ADC转换为数字信号。温度控制部件用于控制探测器温度和柜内温度。信号处理柜可以安装在墙上或支架上，与探测器相连接的电缆线长度标准为25米。

5.主机

主机由硬件和软件组成，主要采集来自电子信号处理单元的数字信号，并对这些数字信号进行解析，计算出元素成分含量及相关的质量控制参数，指导和控制水泥生产。

硬件包括计算机、调制解调器和网卡，可配置打印机。计算机内配有数据传输接口，与自动控制系统连接，还可通过互联网实现远程故障诊断功能。

软件利用元素谱库多元回归算法，对复杂的伽玛能谱进行解析，每分钟给出一次分析结果，实时显示,并提供多种方式报表查询。

三、工作原理

DF-5701采用中子活化瞬发γ分析(PGNAA)技术。由中子源放出平均能量为2.35MeV的快中子，快中子被测量装置慢化为热中子，并由热中子照射水泥物料与物料中各元素原子核发生热中子俘获反应，放射出不同能量及强度的特征γ射线，通过检测特征γ射线的能量辨识物料中元素种类，通过检测特定能量γ射线的强度得出元素含量。

图3-1 PGNAA原理图

每种元素对中子活化过程的反应不尽相同，这表现在两个方面。一方面是一些元素的活化性比另一些元素要高，例如铁非常活跃，而碳和氧的惰性很高，表现为与中子作用后放出的射线强度不同。各元素间的另一个关键不同在于每种元素会放射出（具有已知强度）一组特定能量的γ射线，称为特征γ射线，例如，钙元素会放射出能量不同的γ射线，最明显的是4.42MeV和6.42MeV。

碘化钠闪烁体探测器接收到γ射线时会产生光脉冲，光脉冲进入光电倍增管后生成电脉冲，电脉冲经过电子信号处理部件放大和ADC转换，进而生成复合γ射线能谱。然后，使用微处理器和高级分析软件可分解出该能谱的成分（元素）。

四、技术参数

表4-1 DF-5701技术参数

DF-5701报告的参数如下：

氧化物：

CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO

计算的质量控制参数：

石灰饱和系数、硅酸率、铝氧率、C3S、C2S、C3A、C2F、C4AF、易烧指数、烧失量

五、产品应用

DF-5701在水泥厂中主要用于料堆管理和生料配料。根据分析仪对原料的实时检测信息，通过采石场优化调度控制和质量、成分统计实现料堆管理功能，而通过控制各种生料原料的给料量实现生料配料功能。

图5-1 DF-5701的应用

1.料堆管理

DF-5701的测量装置可使皮带贴在托槽上滑过。托槽角度为30°至45°变化范围，方便安装。DF-5701将在水平皮带和倾角最大不超过18°的皮带上工作。

DF-5701可以与各种皮带组合一起使用。但由于某些皮带上的化合物可能会对分析性能造成负面影响，根据具体应用环境作相应处理。DF-5701不宜用于钢芯皮带或含有氯的皮带,但极少量钢丝不会对分析仪性能带来显著影响。皮带接头推荐硫化的方法，防止损伤DF-5701托槽。

皮带载荷会影响分析仪的性能，因此也是重要的考虑因素之一。皮带载荷过少，物料产生的特征γ射线少,引起计数率低，从而增加了统计涨落误差，降低了重复性，同时测量精度也受到一定影响。因此，尽可能避免皮带载荷过少的发生，将有助于持续获得好的分析结果。

DF-5701系统可以与过程控制软件配合使用，进行料堆管理，以监控预混料堆的化学成分。使用过程控制软件时可以采用手动模式或自动模式。

◆手动模式

过程控制软件根据称重秤及分析仪测得的结果来调度采石场的作业，指导开采车到不同矿区开采，使各种品位的矿搭配使用，以满足以最低成本均化料堆的质量控制要求。手动模式控制适用于通过合理调度开采和运输作业设备以达到采石场所要求质量的应用场合。

图5-2 手动模式下的过程控制

◆自动模式

自动模式下，过程控制软件用于原料存放在不同库（每个库下有自动给料）中的情况。控制软件通过控制系统（PLC系统）来自动控制物料的配比，以满足预混料堆的质量要求。