本发明属于物理领域涉及一种粒子辐射计量设备，用于重量或质量测量。 本发明是发明专利“一种射线测厚方法和射线数字厚度计”的分案
申请号87104380
申请日87.6.25
本发明利用射线透过传送皮带及被测物料时，射线随皮带载荷（单位皮带长度上物料的重量）变化的规律，测出皮带载荷，用测长度传感器测出皮带运行长度，（或测速传感器测出皮带速度后对时间积分得到长度）经二次仪表计算，得到传送的总重量。
这种方法也适于管道内输送的物料重量计量。
目前，核子秤的二次仪表有二种方法构成：
1、模拟式核子秤：探测器输出的电信号，通过前置放大器放大并转变成电压信号，该信号经过对数放大器完成载荷的读数线性化，再由乘法器进行与速度传感器输出的电压信号相乘得到质量（重量）流信号。最后由积分器将重量流对时间积分得到总重量。
美国专利3，541，332 Patented 17，1970。就是这路种路，这种电路的缺点是由于对数放大器的特性不能很好地拟合物料的吸收曲线，并且稳定性差，因而这种核子秤精度低、稳定性差。
2、微机核子秤：利用A/D变换器将探测器及前置放大器的输出电压信号及速度传感器输出的电压信号进行A/D变换得到数字信号，完成数字化，或者把探测器的信号变成脉冲信号输入计算机，由计算机完成载荷线性化，进行载荷和速度相乘得到重量流，再对时间积分得到传送总重量。
美国Kay-Ray公司生产的MoDEL6000X核子秤以及Iso-topenpraxis.Bd.17.H.8/9介绍的Radiometrische Band-Waage mit Rechnerschaltkreis Zur Signalaufbereitung（M.claser）就是这种核子秤。
本发明的目的在于提供一种A/D变换器完成载荷地线性化及数字化，并通过传送带运行长度的测量，得到单位长度脉冲例如米脉冲。每个米脉冲使得载荷在累加计数器上累加一次，累加计数器的总计数就代表了传送的总重量。
本发明既改进了模拟式核子秤精度差、稳定性差的缺点又具有电路简单、价格便宜、使用及检修方便、能在恶劣环境中（例如矿井中）工作的优点。
本发明的要点是提供一种变换器，这种变换器输出的BCD代码与输入的模拟电压的关系在要求的误差范围内和皮带载荷值与探测器输出信号的关系曲线一致。此时变换器的输出代码也就代表了传送带的载荷。
同位素放出的γ射线，在穿过物料时，放射性强度N和传送带载荷P的关系为
N（P）＝N0e-kp（1）
No为无物料时探测器接收的放射性强度，粒子数/秒。
N（P）为载荷为P时探测器接收的放射性强度，粒子数/秒。
K为物料的吸收系数，m/kg。
P为皮带载荷，kg/m
探测器的输出信号经放大器放大后的输出电压V与传送带载荷的关系为
V（P）＝V0e-kp（2）
V0为痛衔尬锪鲜狈糯笃魇涑龅缪梗?
V（P）为载荷为P时放大器输出电压，伏。
P＝ 1/(K) In (Vo)/(V(P)) （3）
核子秤使用的γ源通常是中能γ源，能量为Mev量级。中能γ射线与物质相互作用主要是康普顿效应，初级光子和核外电子作用后产生次级光子，因此有积累效应，透过物料的γ射线与皮带载荷的关系与指数规律有偏差
V（P）＝V0e-kpB（KP） （4）
B（KP）为积累因子，大于1。
P＝ 1/(K) In (VoB(KP))/(V(P)) ＝ 1/(K) In (Vo)/(V(P)) + 1/(K) InB（KP） （5）
附图2中的曲线1为窄束γ射线也就是积累因子B（KP）＝1时的吸收曲线。曲线2是积累因子大于1时的吸收曲线。
实现皮带载荷的数字化与线性化也就是设计一种变换器，这种变换器的数字输出信号能够拟合曲线1和曲线2。在量程范围内其偏差满足精度要求。
附图说明：
图1 为核子皮带秤原理图。
图2 为γ射线的吸收曲线。
图1 电路单元说明：
[1]放射源 [2]探测器
[3]静电计 [4]反向运算放大器
[5]RC回路 [6]电压比较器
[7]与门 [8]计数器
[9]时钟产生器 [10]米脉冲发生器
[11]、[12]时间常数调节电路[13]测速传感器
[14]累计重量计数器
图2曲线说明：
曲线1为窄束γ射线吸收曲线（积累因子B（KP）＝1）
曲线2为积累因子B（KP）＞1时，γ射线的吸收曲线。
曲线3为以三段折线（二个折点）拟合曲线2的示意曲线。
以下结合附图对发明作进一步详细描述
1、本设备包括放射源[1]、探测器[2]（电离室）、静电计运算放大器[3]、加偏压的反向器[4]、由电子开关K、电阻R以及电容C组成的RC回路[5]、电压比较器[6]、与门[7]、计数器[8]、时钟产生器[9]、米脉冲发生器[10]、电压比较器及相连的电子开关ke1、ke2和电阻R1、R2组成的时间常数调节电路[11]、[12]测速传感器[13]以及累计重量计数器[14]。
电离室受到射线照射时，产生电离电流i，流过高阻RH，静电计运算放大器3的输出电压V1＝iRH。
皮带载荷为0时，静电计[3]输出电压V0，皮带载荷为P时，静电计[3]的输出电压
V1＝V0e-kp
反向放大器[4]的放大倍数为-1，在正输入端加V0/2的偏压。
通过放大器[3]、[4]后，反向器[4]的输出电压
V2＝V0（1-e-kp） （6）
RC回路[5]的电阻上加电压V0，米脉冲前沿电子开关k断开，同时把米脉冲方波加到与门[7]，打开与门[7]，时钟脉冲通过与门[7]，计数器[8]开始计数。电子开关k断开后，电容C上的电压指数上升
Vc＝V0（1-e-T/RC） （7）
T为时间，单位：秒
当电容C上的电压Vc等于V2时，电压比较器[6]翻转，关闭与门[7]，停止计数，并把计数送给显示器显示。
此时（6），（7）两式相等
则KP＝ (T)/(RC) （8）
其中T＝ (n)/(f)
n为计数器记录的脉冲数，f为时钟频率，代入（8）式得
(P)/(n) ＝ 1/(KRCf) （9）
（9）式中P/n表示每个脉冲代表的载荷，因此我们确定了灵敏度和时钟频率f后，求出要求的RC值。按照公式（9）选择电路参数，图2形式的电路就可以作为B（KP）＝1的载荷测量电路。
附图1中电压比较器及相连的电阻R1、R2及电子开关ke1、ke2所组成的时间常数调节电路[11][12]是用来改变时间常数的。也就是改变公式（9）中的RC值的。
核子皮带秤使用中能γ源，必须考虑积累因子B（KP），否则将给出较大的误差。附图2中的曲线2是积累因子大于1时的吸收曲线。
这种情况我们可以用几段折线来拟合曲线2，如图2中的曲线3。首先我们根据a线段选择一等效的K1求出电阻R，当电容C充电到Vc＝U＊1时，电压比较器[11]翻转，电子开关ke1接通，将R1并联在R上，（R1和R的并联电阻值由b线段的斜率，也就是等效的K2决定。）此时电容C充电的速度将加快。同样当Vc＝U＊2时，电压比较器[12]翻转，电子开关ke2接通，将R2并联于R1和R上（R1、R2和R的并联值由C线段斜率，也就是等效的K3决定。）此时电容C将以更快的速度充电。
折线数目由测量范围和要求的误差决定。并联电阻的阻值由折线的斜率决定，折点的位置由吸收曲线的形状和误差要求决定。
这样，用几段折线拟合了有积累效应的吸收曲线。
时钟脉冲同时送给载荷计数器[8]和累计重量计数器[14]，只是载荷计数器每一次变换前清0一次，得到载荷。累计重量计数器每次变换不清0，得到总积分重量。
把本发明中的变换器的变换结果送微机处理，也有很多优点：1.较同样位数的线性A/D变换器便宜一至几倍。
2.变换结果已进行了对数比运算，微机不需要再进行对数运算，大大地减少了微机处理数据的时间。这一点对单板机和单片机是很重要的。
3.减少了内存的容量。
实施例：由清华大学核能技术研究所研制生产的QW200型核子皮带秤，采用光电耦合器连接直径为6.36cm的磨擦轮，磨擦轮旋转一周为20cm，给出2个光电脉冲，米脉冲发生器为10进位计数器，即皮带运行1米产生一个光脉冲。
用100mc的Cs137γ源，K＝7.3×10-3米/公斤，每个字P/n代表0.1公斤/米，时钟频率为500KHz选择R＝10KΩ，电容C＝0.27μf。