李錦娟

摘 要：該文主要研究便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)，對(duì)便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的研究概況進(jìn)行了介紹，并對(duì)便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能、設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單討論，希望能夠?yàn)檫@種煤質(zhì)分析系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)和推廣使用帶來(lái)啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：便攜 煤質(zhì)分析 程序設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）09（a）-0084-01

我國(guó)是世界上規(guī)模最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)，煤炭是我國(guó)主要的能源和化工原料。目前我國(guó)的煤炭仍然按照灰分分級(jí)，不同煤產(chǎn)地煤質(zhì)有著很大的差別，產(chǎn)地相同的煤，受到地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，煤質(zhì)也不一樣[1]。煤質(zhì)是煤炭分析的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并且直接影響發(fā)熱量。用煤?jiǎn)挝粸榱朔乐构┟簡(jiǎn)挝灰源纬浜?，需要?duì)煤質(zhì)進(jìn)行分析，煤質(zhì)分析對(duì)于一些煤礦、燃煤電廠、洗煤廠、焦化廠和鋼鐵廠以及水泥廠和碼頭等有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。該文就對(duì)一種便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 概況

一些產(chǎn)煤國(guó)家從20世紀(jì)60年代開(kāi)始就采用核方法進(jìn)行煤炭灰分的測(cè)量，利用光電效應(yīng)為基礎(chǔ)的低能γ射線反射，這種方法有著很高的測(cè)量精度，但是這種方法存在著一定的局限性，對(duì)粒度要求較高，需要的設(shè)備較多，比較不方便，檢驗(yàn)的效率不高。20世紀(jì)的七八十年代，澳大利亞學(xué)者研究除了一種雙能γ射線穿透方法和電子對(duì)湮沒(méi)輻射法，能夠測(cè)量高度運(yùn)行煤流的灰分，對(duì)高低灰分的煤都能有良好的測(cè)量精度。之后對(duì)煤質(zhì)的測(cè)量逐漸向便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的研究，澳大利亞在這方面有著很高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期處于領(lǐng)先地位，我國(guó)進(jìn)口儀器多數(shù)來(lái)自澳大利亞，但是澳大利亞的設(shè)備非常昂貴[2]。

2 便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)

便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)主要用于對(duì)煤質(zhì)測(cè)量、存儲(chǔ)和輸出測(cè)量結(jié)果，其測(cè)量的主要參數(shù)是灰分。

測(cè)量是指對(duì)煤分礦標(biāo)定之后測(cè)量煤分礦，把便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的測(cè)量主機(jī)深入煤堆中，10 s內(nèi)測(cè)量煤的灰分，并給出結(jié)果，在便攜式煤質(zhì)分析儀顯示面板上顯示出來(lái)，要求測(cè)量誤差要在5%以內(nèi)。

存儲(chǔ)則主要有兩個(gè)環(huán)節(jié)，分別是便攜煤質(zhì)分析系統(tǒng)測(cè)量主機(jī)存儲(chǔ)和便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的PC端存儲(chǔ)，其中主機(jī)存儲(chǔ)是在測(cè)量結(jié)束之后主機(jī)顯示屏顯示出結(jié)果，操作人員能夠選擇繼續(xù)測(cè)量還是存儲(chǔ)，此時(shí)選擇存儲(chǔ)測(cè)量結(jié)果能夠按照時(shí)間順序記錄下來(lái)。PC端存儲(chǔ)則主要把測(cè)量數(shù)據(jù)記錄在PC端管理軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中。

便攜式煤質(zhì)分析儀主要有兩部分，分別為便攜式煤質(zhì)分析測(cè)量主機(jī)和PC端管理系統(tǒng)，二者之間為了方便使用，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（1）測(cè)量主機(jī)。

使用γ射線反射為測(cè)量原理的主機(jī)要求放射源和探測(cè)器在被測(cè)物質(zhì)同一側(cè)，主要部件有放射源，NaI和光電倍增管組成的閃爍探測(cè)器，用以實(shí)現(xiàn)不同的功能，除此之外還有數(shù)字模擬電路板和輔助電源以及通信模塊。

硬件是主機(jī)的主體，主機(jī)需要在硬件資源的支持下，使用閃爍計(jì)數(shù)器探測(cè)信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)處理電路處理閃爍計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)，采用輸入單片機(jī)進(jìn)行處理，并通過(guò)顯示系統(tǒng)顯示在液晶屏上。

閃爍計(jì)數(shù)器主要有閃爍體和光電倍增管兩部分，閃爍體能夠把射線的能力轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，光電倍增管能夠接受閃爍體發(fā)生的管子轉(zhuǎn)化為電子，還能夠把電子倍增放大成能夠測(cè)量的脈沖。射線進(jìn)入閃爍體，會(huì)導(dǎo)致閃爍體發(fā)射電子，電子被光電倍增管收集，最終發(fā)射出光子，光子在電場(chǎng)加速下被光電倍增管陽(yáng)極吸收，形成電流脈沖，電子線路對(duì)這個(gè)電流脈沖進(jìn)行放大記錄，通過(guò)脈沖數(shù)率就能夠求出射線強(qiáng)度。

閃爍體可以采用多種材料，主要有無(wú)機(jī)物和有機(jī)物兩種，有固體、液體和塑料等多種形式，其中最常見(jiàn)的是銀或者銅為激活中心的硫化鋅和硫化鎘閃爍體。

光電倍增管能夠接受光子轉(zhuǎn)變，并將電子放大，陽(yáng)極用于接受電子，同時(shí)形成電壓脈沖。在閃爍體和光電倍增管之間需要涂一些硅油，用以對(duì)閃爍體和光電倍增管之間的光學(xué)接觸，削弱反射。

（2）信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)。

電路設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮高計(jì)數(shù)率和閃爍計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)的特殊性，還要注意阻抗匹配問(wèn)題，保證信號(hào)波形不失真，保證計(jì)數(shù)精準(zhǔn)度。信號(hào)處理對(duì)象是光電倍增管的輸出脈沖，需要經(jīng)過(guò)微分、放大、基線恢復(fù)、甄別、分頻等處理，最終整理成矩形波用于計(jì)數(shù)。

微分電路主要由于削弱脈沖重疊效應(yīng)，采用RC微分電路能夠縮短脈沖持續(xù)時(shí)間，跟隨電路用于輸出后第一級(jí)后續(xù)電路設(shè)計(jì)，跟隨電路主要用于使阻抗匹配和輸入信號(hào)以及輸出信號(hào)相互隔離。

放大電路主要對(duì)電路進(jìn)行放大，因?yàn)楹罄m(xù)處理電路對(duì)低壓處理難度很大，因而加設(shè)了放大電路，放大電路電阻選擇使放大倍數(shù)為15倍，控制輸出脈沖幅值在3 V左右。

（3）單片機(jī)處理單元設(shè)計(jì)。

便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的測(cè)量主機(jī)核心就是單片機(jī)，主要用于進(jìn)行計(jì)算和控制。單片機(jī)為核心中樞，配合輔助電路進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、交互和通信，硬件主要有單片機(jī)、輔助電路、存儲(chǔ)電路、電機(jī)控制和通信模塊等。

單片機(jī)系統(tǒng)最小系統(tǒng)是指最少原件組成的單片機(jī)能夠工作的系統(tǒng)，通常由單片機(jī)本身、晶振和復(fù)位電路等組成。人際交互則主要有矩陣鍵盤(pán)和液晶電路，液晶顯示刷屏和按鍵操作分開(kāi)，不會(huì)出現(xiàn)沖突[3]。通信功能主要通過(guò)單片機(jī)的串口實(shí)現(xiàn)，有線和無(wú)線兩種方式，系統(tǒng)使用16 V電池供電，使用集成式電源轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)。

2.2 測(cè)量主機(jī)軟件設(shè)計(jì)

便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)測(cè)量主機(jī)軟件有整體邏輯設(shè)計(jì)和功能模塊設(shè)計(jì)兩方面。功能模塊程序主要有測(cè)量計(jì)數(shù)模塊和標(biāo)定算法模塊兩種方法算法。整體操作邏輯是指儀器應(yīng)用過(guò)程中根據(jù)操作人員的交互制定不同功能，由功能模塊程序組成。

整體操作邏輯程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是儀器的應(yīng)用，操作者需要進(jìn)行相應(yīng)的按鍵操作，才能執(zhí)行相關(guān)功能，主要的操作功能有測(cè)試、參數(shù)修改、標(biāo)定、時(shí)間顯示和修改等，程序設(shè)計(jì)過(guò)程中需要及時(shí)刷新參數(shù)傳遞和相關(guān)指針，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

該文討論了基于γ射線反射測(cè)量原理的便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，研究了γ反射測(cè)量的理論基礎(chǔ)，并完成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程，從軟硬件兩個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)討論，這種便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)還能夠和PC端的管理軟件相配合，能夠完成很多更高的功能，便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)有著很多的優(yōu)勢(shì)，在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用空間十分廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 候益銘，任延明.TN-2000型快速煤質(zhì)監(jiān)測(cè)儀在柳林電廠的應(yīng)用[J].熱力發(fā)電，2013（10）：91-95.

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