便携式煤质分析系统分析

李锦娟

摘 要：该文主要研究便携式煤质分析系统，对便携式煤质分析系统的研究概况进行了介绍，并对便携式煤质分析系统的结构功能、设计方法进行了简单讨论，希望能够为这种煤质分析系统的优化改进和推广使用带来启发。

关键词：便携 煤质分析 程序设计

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0084-01

我国是世界上规模最大的煤炭生产国，煤炭是我国主要的能源和化工原料。目前我国的煤炭仍然按照灰分分级，不同煤产地煤质有着很大的差别，产地相同的煤，受到地质结构的影响，煤质也不一样[1]。煤质是煤炭分析的主要经济指标，并且直接影响发热量。用煤单位为了防止供煤单位以次充好，需要对煤质进行分析，煤质分析对于一些煤矿、燃煤电厂、洗煤厂、焦化厂和钢铁厂以及水泥厂和码头等有着重要的经济意义。该文就对一种便携式煤质分析系统进行研究。

1 概况

一些产煤国家从20世纪60年代开始就采用核方法进行煤炭灰分的测量，利用光电效应为基础的低能γ射线反射，这种方法有着很高的测量精度，但是这种方法存在着一定的局限性，对粒度要求较高，需要的设备较多，比较不方便，检验的效率不高。20世纪的七八十年代，澳大利亚学者研究除了一种双能γ射线穿透方法和电子对湮没辐射法，能够测量高度运行煤流的灰分，对高低灰分的煤都能有良好的测量精度。之后对煤质的测量逐渐向便携式煤质分析系统的研究，澳大利亚在这方面有着很高的技术优势，长期处于领先地位，我国进口仪器多数来自澳大利亚，但是澳大利亚的设备非常昂贵[2]。

2 便携式煤质分析系统

便携式煤质分析系统主要用于对煤质测量、存储和输出测量结果，其测量的主要参数是灰分。

测量是指对煤分矿标定之后测量煤分矿，把便携式煤质分析系统的测量主机深入煤堆中，10 s内测量煤的灰分，并给出结果，在便携式煤质分析仪显示面板上显示出来，要求测量误差要在5%以内。

存储则主要有两个环节，分别是便携煤质分析系统测量主机存储和便携式煤质分析系统的PC端存储，其中主机存储是在测量结束之后主机显示屏显示出结果，操作人员能够选择继续测量还是存储，此时选择存储测量结果能够按照时间顺序记录下来。PC端存储则主要把测量数据记录在PC端管理软件数据库中。

便携式煤质分析仪主要有两部分，分别为便携式煤质分析测量主机和PC端管理系统，二者之间为了方便使用，可以实现无线通信。

2.1 系统总体设计

（1）测量主机。

使用γ射线反射为测量原理的主机要求放射源和探测器在被测物质同一侧，主要部件有放射源，NaI和光电倍增管组成的闪烁探测器，用以实现不同的功能，除此之外还有数字模拟电路板和辅助电源以及通信模块。

硬件是主机的主体，主机需要在硬件资源的支持下，使用闪烁计数器探测信号，并通过信号处理电路处理闪烁计数器输出信号，采用输入单片机进行处理，并通过显示系统显示在液晶屏上。

闪烁计数器主要有闪烁体和光电倍增管两部分，闪烁体能够把射线的能力转变为光能，光电倍增管能够接受闪烁体发生的管子转化为电子，还能够把电子倍增放大成能够测量的脉冲。射线进入闪烁体，会导致闪烁体发射电子，电子被光电倍增管收集，最终发射出光子，光子在电场加速下被光电倍增管阳极吸收，形成电流脉冲，电子线路对这个电流脉冲进行放大记录，通过脉冲数率就能够求出射线强度。

闪烁体可以采用多种材料，主要有无机物和有机物两种，有固体、液体和塑料等多种形式，其中最常见的是银或者铜为激活中心的硫化锌和硫化镉闪烁体。

光电倍增管能够接受光子转变，并将电子放大，阳极用于接受电子，同时形成电压脉冲。在闪烁体和光电倍增管之间需要涂一些硅油，用以对闪烁体和光电倍增管之间的光学接触，削弱反射。

（2）信号处理电路设计。

电路设计过程中要充分考虑高计数率和闪烁计数器输出信号的特殊性，还要注意阻抗匹配问题，保证信号波形不失真，保证计数精准度。信号处理对象是光电倍增管的输出脉冲，需要经过微分、放大、基线恢复、甄别、分频等处理，最终整理成矩形波用于计数。

微分电路主要由于削弱脉冲重叠效应，采用RC微分电路能够缩短脉冲持续时间，跟随电路用于输出后第一级后续电路设计，跟随电路主要用于使阻抗匹配和输入信号以及输出信号相互隔离。

放大电路主要对电路进行放大，因为后续处理电路对低压处理难度很大，因而加设了放大电路，放大电路电阻选择使放大倍数为15倍，控制输出脉冲幅值在3 V左右。

（3）单片机处理单元设计。

便携式煤质分析系统的测量主机核心就是单片机，主要用于进行计算和控制。单片机为核心中枢，配合辅助电路进行计算、存储、交互和通信，硬件主要有单片机、辅助电路、存储电路、电机控制和通信模块等。

单片机系统最小系统是指最少原件组成的单片机能够工作的系统，通常由单片机本身、晶振和复位电路等组成。人际交互则主要有矩阵键盘和液晶电路，液晶显示刷屏和按键操作分开，不会出现冲突[3]。通信功能主要通过单片机的串口实现，有线和无线两种方式，系统使用16 V电池供电，使用集成式电源转换模块实现。

2.2 测量主机软件设计

便携式煤质分析系统测量主机软件有整体逻辑设计和功能模块设计两方面。功能模块程序主要有测量计数模块和标定算法模块两种方法算法。整体操作逻辑是指仪器应用过程中根据操作人员的交互制定不同功能，由功能模块程序组成。

整体操作逻辑程序设计基础是仪器的应用，操作者需要进行相应的按键操作，才能执行相关功能，主要的操作功能有测试、参数修改、标定、时间显示和修改等，程序设计过程中需要及时刷新参数传递和相关指针，提高数据的准确性、稳定性。

3 结语

该文讨论了基于γ射线反射测量原理的便携式煤质分析系统的设计，研究了γ反射测量的理论基础，并完成了系统结构的设计过程，从软硬件两个方面进行了详细讨论，这种便携式煤质分析系统还能够和PC端的管理软件相配合，能够完成很多更高的功能，便携式煤质分析系统有着很多的优势，在煤质分析中的应用空间十分广阔。

参考文献

[1] 候益铭，任延明.TN-2000型快速煤质监测仪在柳林电厂的应用[J].热力发电，2013（10）：91-95.

[2] 马永和.低能γ射线反散射法测量煤灰分的线性处理[J].核电子学与探测技术，2010，10（6）：331.

[3] 赵广军，徐军.高光输出快衰减高温无机闪烁晶体的研究与发展[J].人工晶体学报，2002（3）：291-297.endprint