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原文传递一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置及其方法

专利名称：	一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置及其方法
摘要：	本发明属于煤炭的发热量在线测量技术领域，具体涉及一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置及其方法。本发明的测量方法采用微波雷达天线、低噪声探测器、近红外探头、信号处理器、信号放大器、上位机、下位机等构成测量硬件；利用微波雷达天线测得煤炭的水分，利用低噪声放大器测得煤炭的灰分，通过公式QfDW＝Ko‑86Wf‑92Af计算得到待测煤炭的发热量。不需要人为添加放射源，对环境安全没有任何影响；有效降低经典噪声、放大光信号和直接表征光信号的下交分量起伏量，具有无辐射、在线、安全、快速精确测量的特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安阿尔特测控技术有限公司
发明人：	李世星;吴涛;万伟龙;刘红永;王毅哲
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910911105.5
公开号：	CN110618232A
代理机构：	北京汇捷知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	于鹏
分类号：	G01N31/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N31
申请人地址：	710061 陕西省西安市高新区信力大厦65幢1单元1504室
主权项：	1.一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置，其特征是：包括结构支架(1)、微波信号发生器(3)、微波信号运算处理单元(3-1)、信号处理器(5)、下位机(7)、上位机(8)和输煤皮带(9)；所述的结构支架(1)为框架结构，在结构支架(1)顶部及周围设置有外壳(1-1)，所述的微波信号发生器(3)、微波信号运算处理单元(3-1)、信号处理器(5)和下位机(7)均设置在结构支架(1)的侧面的支架上，上位机(8)设置在结构支架(1)外，所述的输煤皮带(9)设置在结构支架(1)内，输煤皮带(9)的下方设置有微波雷达天线a(2)和低噪声探测器(4)，在输煤皮带(9)的上方设置有微波雷达天线b(2-1)和3-5组近红外探头(6)，所述的微波雷达天线a(2)和微波雷达天线b(2-1)分别通过微波通信电缆与微波信号发生器(3)相连；低噪声探测器(4)通过信号放大器(10)与信号处理器(5)相连；微波信号运算处理单元(3-1)、信号处理器(5)分别与下位机(7)电连接；下位机(7)与上位机(8)电连接。 2.根据权利要求1所述的一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置，其特征是：所述的信号放大器(10)与低噪声探测器(4)之间还电连接有光电转换器(11)。 3.根据权利要求1所述的一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置，其特征是：所述的微波信号运算处理单元(3-1)是用于对比微波穿透待测煤炭后产生的能量衰减和相位移动，并对比煤的微波正切角和煤中水分子的微波正切角，计算得到煤中水分含量；所述的低噪声探测器(4)用来接收来自待测煤炭中所含有的微量放射性元素发出的电离辐射脉冲信号；所述的3-5组近红外探头(6)用于对输煤皮带(9)上的煤炭体积进行实时测量；其中近红外探头(6)三个为一组，沿输煤皮带(9)的横截面方向匀布。 4.根据权利要求1所述的一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置，其特征是：所述的信号处理器(5)用于对要检测的目标元素钍、镭、铀、钾和铷的信号频率范围之外的噪声和干扰进行过滤，通过对煤中含有的包括钍、镭、铀、钾和铷在内的多种微量放射性元素所发出的特征电离辐射脉冲信号的频率、波长以及能量峰进行能级分析，并根据能级对比分析结果，定量分析出待测煤炭中钍、镭、铀、钾、铷五种元素的总脉冲计数量和该五种元素各自的单一元素脉冲计数量。 5.根据权利要求1或4所述的一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置，其特征是：所述的信号处理器(5)为DSP芯片。 6.根据权利要求1所述的一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置，其特征是：所述的下位机(7)BOXPC嵌入式工控机，所述的上位机(8)为西门子KA61EA型PLC；所述的微波信号运算处理单元(3-1)是由功分器、耦合器、放大器及恒温晶振等微波器件共同组成的用于检测微波信号衰减及相移参数的PCB印制板。 7.根据权利要求1所述的一种不用放射源的煤炭发热量在线测量装置，其特征是：该装置采用低压晶体管制作的高压稳压电源，稳压系数为S_V＝0.05％。 8.一种不用放射源的煤炭发热量在线测量方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1，微波信号发生器(3)通电并产生微波；步骤2，通过微波雷达天线a(2)发射微波信号，微波信号穿透待测煤炭后由微波雷达天线b(2-1)接收信号；步骤3，微波信号运算处理单元(3-1)经过对比微波穿透待测煤炭后产生的能量衰减和相位移动，同时对比煤的微波正切角和煤中水分子的微波正切角，计算得到煤中水分含量；步骤4，低噪声探测器(4)接收来自待测煤炭中所含有的微量放射性元素发出的电离辐射脉冲信号；步骤5，电离辐射脉冲信号通过光电转换器(11)进行转换后，进入信号放大器(10)进行逐级放大；步骤6，经过放大后的电信号进入信号处理器(5)，信号处理器(5)首先对要检测的目标元素钍、镭、铀、钾和铷的信号频率范围之外的噪声和干扰进行过滤，然后对煤中含有的包括钍、镭、铀、钾和铷在内的多种微量放射性元素所发出的特征电离辐射脉冲信号的频率、波长以及能量峰进行能级分析，并根据能级对比分析结果，定量分析出待测煤炭中钍、镭、铀、钾、铷五种元素的总脉冲计数量和该五种元素各自的单一元素脉冲计数量；步骤7，通过安装于输煤皮带(9)上方的近红外探头(6)对输煤皮带(9)上的煤炭体积进行同步测量，将煤炭体积测量信号与信号处理器(5)的分析结果一起传送到下位机(7)；步骤8，下位机(7)利用近红外探头(6)测量得到皮带上待测煤炭的瞬时体积，将步骤6所得到的钍、镭、铀、钾、铷的五种元素的总脉冲计数量和该五种元素各自的单一元素脉冲计数量依据煤炭的瞬时体积换算成单位体积的总脉冲计数量和单一元素脉冲计数量，然后，得到待测煤炭单位体积内所含有的钍、镭、铀、钾、铷的具体含量，并通过待测煤炭单位体积内所含有的钍、镭、铀、钾、铷的具体含量与煤中无机物总含量的比例关系，运算得到待测煤炭的灰分值；步骤9，下位机(7)将得到的水分值和灰分值代入公式 QfDW＝Ko-86Wf-92Af 式中：QfDW——燃料的分析基低位热值，千卡/公斤； Wf、Af—燃料中分析基水分、灰份重量百分含量； Ko—系数，具体为：当Af的重量百分含量为37-44％时，Ko为68.5；当Af的重量百分含量为44-48％时，Ko为67.0；当Af的重量百分含量为48-55％时，Ko为65.0；当Af的重量百分含量为55-60％时，Ko为63.0；当Af的重量百分含量大于60％时，Ko为61.5；步骤10，将发热量QfDW通过通讯电缆在上位机(8)上显示。 9.根据权利要求8所述的一种不用放射源的煤炭发热量在线测量方法，其特征是：所述步骤3具体为：微波信号运算处理单元(3-1)经过对比微波穿透待测煤炭后产生的能量衰减和相位移动，同时对比煤的微波正切角和煤中水分子的微波正切角，与化验室采用烘箱法得到的煤炭水分值进行对比标定，从而建立起前述微波能量衰减和相位移动与煤中水分含量的对应方程： Y＝0.00000068XX+0.0004685*X+C 式中Y为煤中水分含量，X为微波衰减量，C为微波相移周数。
所属类别：	发明专利