便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)分析

李錦娟

摘 要：該文主要研究便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)，對便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的研究概況進行了介紹，并對便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的結構功能、設計方法進行了簡單討論，希望能夠為這種煤質(zhì)分析系統(tǒng)的優(yōu)化改進和推廣使用帶來啟發(fā)。

關鍵詞：便攜 煤質(zhì)分析 程序設計

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0084-01

我國是世界上規(guī)模最大的煤炭生產(chǎn)國，煤炭是我國主要的能源和化工原料。目前我國的煤炭仍然按照灰分分級，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)結構的影響，煤質(zhì)也不一樣[1]。煤質(zhì)是煤炭分析的主要經(jīng)濟指標，并且直接影響發(fā)熱量。用煤單位為了防止供煤單位以次充好，需要對煤質(zhì)進行分析，煤質(zhì)分析對于一些煤礦、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)濟意義。該文就對一種便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)進行研究。

1 概況

一些產(chǎn)煤國家從20世紀60年代開始就采用核方法進行煤炭灰分的測量，利用光電效應為基礎的低能γ射線反射，這種方法有著很高的測量精度，但是這種方法存在著一定的局限性，對粒度要求較高，需要的設備較多，比較不方便，檢驗的效率不高。20世紀的七八十年代，澳大利亞學者研究除了一種雙能γ射線穿透方法和電子對湮沒輻射法，能夠測量高度運行煤流的灰分，對高低灰分的煤都能有良好的測量精度。之后對煤質(zhì)的測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優(yōu)勢，長期處于領先地位，我國進口儀器多數(shù)來自澳大利亞，但是澳大利亞的設備非常昂貴[2]。

2 便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)

便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)主要用于對煤質(zhì)測量、存儲和輸出測量結果，其測量的主要參數(shù)是灰分。

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

存儲則主要有兩個環(huán)節(jié)，分別是便攜煤質(zhì)分析系統(tǒng)測量主機存儲和便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的PC端存儲，其中主機存儲是在測量結束之后主機顯示屏顯示出結果，操作人員能夠選擇繼續(xù)測量還是存儲，此時選擇存儲測量結果能夠按照時間順序記錄下來。PC端存儲則主要把測量數(shù)據(jù)記錄在PC端管理軟件數(shù)據(jù)庫中。

便攜式煤質(zhì)分析儀主要有兩部分，分別為便攜式煤質(zhì)分析測量主機和PC端管理系統(tǒng)，二者之間為了方便使用，可以實現(xiàn)無線通信。

2.1 系統(tǒng)總體設計

（1）測量主機。

使用γ射線反射為測量原理的主機要求放射源和探測器在被測物質(zhì)同一側，主要部件有放射源，NaI和光電倍增管組成的閃爍探測器，用以實現(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。

硬件是主機的主體，主機需要在硬件資源的支持下，使用閃爍計數(shù)器探測信號，并通過信號處理電路處理閃爍計數(shù)器輸出信號，采用輸入單片機進行處理，并通過顯示系統(tǒng)顯示在液晶屏上。

閃爍計數(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變?yōu)楣饽?，光電倍增管能夠接受閃爍體發(fā)生的管子轉化為電子，還能夠把電子倍增放大成能夠測量的脈沖。射線進入閃爍體，會導致閃爍體發(fā)射電子，電子被光電倍增管收集，最終發(fā)射出光子，光子在電場加速下被光電倍增管陽極吸收，形成電流脈沖，電子線路對這個電流脈沖進行放大記錄，通過脈沖數(shù)率就能夠求出射線強度。

閃爍體可以采用多種材料，主要有無機物和有機物兩種，有固體、液體和塑料等多種形式，其中最常見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變，并將電子放大，陽極用于接受電子，同時形成電壓脈沖。在閃爍體和光電倍增管之間需要涂一些硅油，用以對閃爍體和光電倍增管之間的光學接觸，削弱反射。

（2）信號處理電路設計。

電路設計過程中要充分考慮高計數(shù)率和閃爍計數(shù)器輸出信號的特殊性，還要注意阻抗匹配問題，保證信號波形不失真，保證計數(shù)精準度。信號處理對象是光電倍增管的輸出脈沖，需要經(jīng)過微分、放大、基線恢復、甄別、分頻等處理，最終整理成矩形波用于計數(shù)。

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

放大電路主要對電路進行放大，因為后續(xù)處理電路對低壓處理難度很大，因而加設了放大電路，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）單片機處理單元設計。

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

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

2.2 測量主機軟件設計

便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)測量主機軟件有整體邏輯設計和功能模塊設計兩方面。功能模塊程序主要有測量計數(shù)模塊和標定算法模塊兩種方法算法。整體操作邏輯是指儀器應用過程中根據(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計基礎是儀器的應用，操作者需要進行相應的按鍵操作，才能執(zhí)行相關功能，主要的操作功能有測試、參數(shù)修改、標定、時間顯示和修改等，程序設計過程中需要及時刷新參數(shù)傳遞和相關指針，提高數(shù)據(jù)的準確性、穩(wěn)定性。

3 結語

該文討論了基于γ射線反射測量原理的便攜式煤質(zhì)分析系統(tǒng)的設計，研究了γ反射測量的理論基礎，并完成了系統(tǒng)結構的設計過程，從軟硬件兩個方面進行了詳細討論，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，在煤質(zhì)分析中的應用空間十分廣闊。

參考文獻

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

[2] 馬永和.低能γ射線反散射法測量煤灰分的線性處理[J].核電子學與探測技術，2010，10（6）：331.

[3] 趙廣軍，徐軍.高光輸出快衰減高溫無機閃爍晶體的研究與發(fā)展[J].人工晶體學報，2002（3）：291-297.endprint