便攜式煤質分析系統分析

李錦娟

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

關鍵詞：便攜 煤質分析 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

我國是世界上規模最大的煤炭生產國，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，不同煤產地煤質有著很大的差別，產地相同的煤，受到地質結構的影響，煤質也不一樣[1]。煤質是煤炭分析的主要經濟指標，并且直接影響發熱量。用煤單位為了防止供煤單位以次充好，需要對煤質進行分析，煤質分析對于一些煤礦、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濟意義。該文就對一種便攜式煤質分析系統進行研究。

1 概況

一些產煤國家從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。之后對煤質的測量逐漸向便攜式煤質分析系統的研究，澳大利亞在這方面有著很高的技術優勢，長期處于領先地位，我國進口儀器多數來自澳大利亞，但是澳大利亞的設備非常昂貴[2]。

2 便攜式煤質分析系統

便攜式煤質分析系統主要用于對煤質測量、存儲和輸出測量結果，其測量的主要參數是灰分。

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

存儲則主要有兩個環節，分別是便攜煤質分析系統測量主機存儲和便攜式煤質分析系統的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據記錄在PC端管理軟件數據庫中。

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

2.1 系統總體設計

（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，用以實現不同的功能，除此之外還有數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，使用閃爍計數器探測信號，并通過信號處理電路處理閃爍計數器輸出信號，采用輸入單片機進行處理，并通過顯示系統顯示在液晶屏上。

閃爍計數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為光能，光電倍增管能夠接受閃爍體發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，會導致閃爍體發射電子，電子被光電倍增管收集，最終發射出光子，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率和閃爍計數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，保證計數精準度。信號處理對象是光電倍增管的輸出脈沖，需要經過微分、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。

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時間，跟隨電路用于輸出后第一級后續電路設計，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。

便攜式煤質分析系統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。

單片機系統最小系統是指最少原件組成的單片機能夠工作的系統，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，不會出現沖突[3]。通信功能主要通過單片機的串口實現，有線和無線兩種方式，系統使用16 V電池供電，使用集成式電源轉換模塊實現。

2.2 測量主機軟件設計

便攜式煤質分析系統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，才能執行相關功能，主要的操作功能有測試、參數修改、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傳遞和相關指針，提高數據的準確性、穩定性。

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分析系統的設計，研究了γ反射測量的理論基礎，并完成了系統結構的設計過程，從軟硬件兩個方面進行了詳細討論，這種便攜式煤質分析系統還能夠和PC端的管理軟件相配合，能夠完成很多更高的功能，便攜式煤質分析系統有著很多的優勢，在煤質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型快速煤質監測儀在柳林電廠的應用[J].熱力發電，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展[J].人工晶體學報，2002（3）：291-297.endprint