基于PGNAA技術的工業(yè)物料成分實時在線檢測系統(tǒng)的高計數(shù)率探測器系統(tǒng)研究.pdf

1、基于PGNAA方法的工業(yè)物料成分實時在線檢測技術，可廣泛應用于煤炭、水泥和冶金等領域的生產(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具有實時在線、非破壞性、多元素同時測量等特點，而且具有高靈敏度、高準確度，不受物料的粒度和周圍環(huán)境的影響。因此，PGNAA技術已經(jīng)成為滿足工業(yè)大塊物料成分檢測需求的最佳選擇。
　　隨著計算機技術和現(xiàn)代數(shù)學分析方法的迅速發(fā)展，在

2、上世紀80年代后期，原美國gamma metrics公司研發(fā)出第一臺能夠用于工業(yè)現(xiàn)場的元素成分分析儀。我國基于這項技術的研究發(fā)展相對較晚，檢測設備與國外同類產(chǎn)品相比，性能還存在較大差距。對此，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的工業(yè)物料成分實時在線檢測系統(tǒng)》國家重大科學儀器設備開發(fā)專項研究。
　　本項目研究目標，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系統(tǒng)的關鍵技術，研發(fā)性能可靠的檢測設備。其中，

3、需要重點攻克的關鍵技術主要為:“研制高產(chǎn)額長壽命的小型中子源”和“高計數(shù)率探測器系統(tǒng)的研制”。本文介紹的工作內(nèi)容即為項目中探測器讀出電子學系統(tǒng)的研制工作。
　　面向PGNAA應用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計要求，系統(tǒng)有較高的計數(shù)通過率和能譜測量精度。同時，如何保證系統(tǒng)長時間工作的穩(wěn)定性也是一個關鍵問題。本文研究確定了一種高計數(shù)率高精度的伽馬能譜測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用改進型探測器讀出電子學設計，使用多級濾波成形電路和基線快恢復電路對探測器信號

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

5、讀出方法，解決在PGNAA應用中的兩大難題之一，提高信號采集速度、能譜測量精度、以及元素成分分析的效率和準確性。
　　2)提出快速信號斬波成形方法，將基線恢復時間減少到200ns以內(nèi)，使最高計數(shù)率達到5MHz，滿足了系統(tǒng)在計數(shù)損失小10％的情況下平均計數(shù)率達到500KHz以上。
　　3)完成了滿足高計數(shù)率、高精度伽馬能譜測量的讀出電子學系統(tǒng)樣機設計，并將樣機應用于基于PGNAA方法的工業(yè)物料成分分析過程，滿足了系統(tǒng)實際應用需