專利名稱：一種自動識別煤種的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種自動識別煤種的方法及其裝置。
背景技術：
煤炭在工業(yè)生產(chǎn)中有著很廣泛的應用，被稱為“工業(yè)的糧食”，而煤炭質量的好壞 直接影響到買賣雙方的計價標準和經(jīng)濟利益，同時也決定用煤單位所生產(chǎn)產(chǎn)品的質量，其 中煤的灰分和發(fā)熱量就是決定煤炭質量好壞的重要指標，也是煤質檢測過程中很重要的檢 驗指標。多少年來，煤質化驗部門和化驗人員就一直在摸索和探究如何快速高效的測量煤 炭的灰分和發(fā)熱量。就目前而言，煤炭的灰分檢測主要通過燃燒法，其過程包括采樣、制樣 和燃燒等過程，采樣就是從同一批次的煤種選取多個有代表性的點，每個點取用一定量的 煤樣，使得混合后的煤樣能對該批次的煤樣具有充分的代表性；制樣就是把采回的煤樣充 分攪勻粉碎再篩分，留下顆粒較小的作為做實驗的煤樣；燃燒就是對一定質量的煤樣在稱 重后，送入高溫爐膛中，在氧氣充足的情況下燒20 40分鐘，燒剩下的灰燼在冷卻后進行 再次稱量，根據(jù)燃燒前的煤樣質量和燃燒后的灰燼質量計算煤炭的灰分和發(fā)熱量。其中僅 僅燃燒和稱重過程就需要20 40分鐘。在煤樣較多，用量較大的情況下，煤質化驗人員的 任務繁重，而且往往不能及時提供煤樣的灰分測量結果。一般在這種情況下，為了不影響生 產(chǎn)，通常只能擴大煤質化驗室的規(guī)模，采購更多的基于燃燒原理的傳統(tǒng)灰分測試儀器。而且 不同的人在不同的條件下的采樣和制樣過程往往存在比較大的區(qū)別，人為引入了化驗測量 誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的技術問題是，提出一種自動識別煤種的方法及其專用裝置， 該方法和專用裝置能準確地識別煤種并測量灰分，而且易于實施。本發(fā)明的技術解決方案如下一種自動識別煤種的方法，其特征在于，包括以下步驟1)儀器內(nèi)設置兩種Y光子射線源；2)將儀器插入煤堆中，打開第一路Y光子射線源，通過探測器檢測平均元素排序 為12的不可燃燒成分的散射能量E1和排序較高的金屬元素如Fe和Ca等的散射能量E2 ； 關閉第一路Y光子射線源，打開第二路Y光子射線源，通過探測器檢測平均元素排序為6 的可燃燒成分的散射能量E3和平均元素排序為12的不可燃燒成分的散射能量E4,測量動 作完成后關閉第二路Y光子射線源。則煤種的特征參數(shù)可以表述為T = F(E1,，E2)；這樣可以得到煤種特征。3)根據(jù)煤種特征和E3、E4可以測出煤炭的灰分ASH = G(Τ, E3, E4)快速測定煤炭灰分的方法，其特征在于，儀器中有兩路Y光子射線源，一路Y光 子射線源發(fā)射Y光子進入周圍的煤堆，其散射能量體現(xiàn)出不可燃燒成分元素Si、Al、Ca、 Mg、Fe和其中排序較高的金屬元素Fe、Ca之間的比例關系；另一路、光子射線源發(fā)射Y光子進入周圍的煤堆，其散射能量體現(xiàn)出可燃燒成分元素C、H、0、N、S和不可燃燒成分元素 Si、Al、Ca、Mg、i^e之間的比例關系。根據(jù)第一種散射能量確定煤種特征并調(diào)整參數(shù)，根據(jù)第 二種散射能量并結合前面確定的參數(shù)，計算煤炭的灰分?？焖贉y定煤炭灰分的方法的專用裝置，其特征在于，該專用裝置為帶有金屬尖錐 頭的圓筒，尖錐頭幫助儀器插入一定深度的煤堆，圓筒內(nèi)放置有加有鉛套和銅套雙重保護 的Y光子射線源，鉛套和銅套上各自都開有直徑約IOmm的孔，銅套能夠在電機的驅動下 180度旋轉，當鉛套和銅套的小孔重疊時，就會有γ光子發(fā)射進入煤堆，儀器就進入測量 狀態(tài)。Y光子射線源的上方是專用探測器，Y光子經(jīng)散射后被探測器檢測到，探測器把散 射能量信號轉換為電信號輸送給模擬電路，模擬電路把信號加以處理放大并轉換為數(shù)字信 號，最后由CPU根據(jù)能量信息識別煤種，并利用量子化模型計算出煤炭灰分。儀器上部還置有操作鍵盤和IXD顯示屏，這些外設均與嵌入式控制器相連接，有 專用充電電池和防止過充過放的保護電路。在計算過程中用到了識別煤種的數(shù)學模型和計 算灰分的量子化模型。儀器前端尖錐上方有內(nèi)嵌Y光子射線源的鉛套，鉛套僅留有一個孔，Y光子可以 從小孔中發(fā)射，鉛套的外面還有一個銅套，銅套的軸和一個步進電機的軸固定在一起，步進 電機可以帶動銅套180度轉動，銅套上也留有一個小孔，當步進電機帶動銅套旋轉到銅套 和鉛套的小孔重疊時，Y光子就可以透過兩個孔發(fā)射出去，此時Y光子射線源處于打開狀 態(tài)，儀器可以通過散射能量識別煤種并測量煤炭灰分。當步進電機帶動銅套旋轉到兩個小 孔錯位時，此時的Y光子要么被鉛套擋住，要么被銅套擋住，要么被兩層外殼同時擋住，Y 光子無法發(fā)射出去，Y光子射線源處于關閉狀態(tài)，這種情況下不能檢測到散射能量，也無法 對煤炭進行測量。儀器還包括提供控制電路工作電源和電機驅動動力的可充電池、簡單快 捷的操作鍵盤、顯示儀器信息的LCD顯示屏以及用于提示報警的蜂鳴器，能為用戶提供良 好的人機界面。儀器的能量發(fā)生和探測機構由Y光子射線源、探測器、和信號放大處理電 路組成，當儀器在尖錐的引導下進入煤堆后，Y光子的散射能量被探測器檢測到并量化之 后，就可以計算相應的煤種信息和灰分信息。信號輸入輸出模塊包括儀器端的微功率無線 數(shù)傳模塊和PC端的小功率無線數(shù)傳模塊，儀器在完成煤種識別和灰分測量后，把相應的數(shù) 據(jù)存在控制電路的存儲芯片中，然后儀器通過無線數(shù)傳模塊把數(shù)據(jù)傳到PC的處理程序中 進行進一步的處理或者打印。本發(fā)明的工作原理是在儀器在頭部尖錐的引導下插入煤堆后，Y光子射線源發(fā) 射Y光子進入煤堆，由探測器檢測煤堆的散射能量信息，再根據(jù)數(shù)學模型和量子化模型， 識別煤種并計算煤炭灰分有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明采用兩路Y光子射線源產(chǎn)生不同的散射能量來對煤堆的灰分進行測 定，避免了因為煤的產(chǎn)地不同，生成的地質條件不同所造成的測量誤差，并免除了在校正誤 差的時候的大量標定工作，只要能夠正確的識別煤種并檢測到散射能量，就可以準確的測 出煤炭灰分，能大大減少測試的時候并提高測試的精度。2、儀器在積累了大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)后，可以通過學習型算法，大大加快在后面的測 試過程中的煤種識別進度，具備煤種識別的自學習和優(yōu)化的特點。
3、儀器能夠與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，可以通過上位機的處理軟件進一步進行處理 和誤差修正，也大大提高了測量精度。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的煤種識別及灰分檢測示意圖；圖3是本發(fā)明的灰分測量機構組成示意中1、探測器；2、煤堆；3、散射能量；4、發(fā)射γ光子；5、γ光子射線源1 ；6、γ 光子射線源2 ；7、顯示屏；8、充電孔；9、鍵盤；10、銅套；11、鉛套；12、步進電機；13、固定件； 14、頂蓋；15、手柄；16、上筒；17、主控電路板；18、可充電池；19、連接套；20、下筒；21、探測 器固定座；22、γ光子射線源固定區(qū)；23、尖錐。
具體實施例方式如圖所示，儀器包括Y光子射線源4和5、探測器1、主控電路17 ；γ光子射線源4和5嵌在帶小孔的鉛套11里，固定在下筒底部的固定件13上，固 定件13又固定在鋁合金尖錐23上。固定件13上還固定著一個步進電機12，電機12的轉 軸和銅套10的軸連接，可以帶動銅套180度旋轉。下筒20內(nèi)部裝有γ光子探測器1，檢測 煤堆中的散射能量3。上筒16內(nèi)部安裝有主控電路，可以控制電機的旋轉，接收探測器的輸 出信號，把相應的煤種信息和灰分信息通過無線傳輸模塊傳送到上位機?？刂齐娐酚煽沙?電池18提供電能，當電池電壓過低時會自動顯示提示信息乃至于自動關機，這時可以通過 充電孔8充電。頂蓋14裝有便于把持儀器并進行操作的手柄15，同時還有顯示測量信息 的顯示屏7，以及供用戶操作儀器的鍵盤9，能為用戶提供良好的人機界面。測量前先由用 戶通過鍵盤輸入開機信號，打開儀器，測量時通過鍵盤再輸入開始工作的信號，主控電路驅 動電機轉動，帶動銅套旋轉，打開Y光子射線源，使得Y光子4進入煤堆2，煤堆的散射能 量3被探測器1檢測到，轉換為電信號傳給主控電路17進行處理、放大和計算。所得到的 煤種信息通過顯示屏7顯示出來，還可以保存在存儲芯片中或者經(jīng)過無線傳輸模塊傳送到 上位機。
權利要求
1.一種自動識別煤種的方法，其特征在于，包括以下步驟1)儀器內(nèi)設置兩種Y光子射線源；2)將儀器插入煤堆中，打開第一路Y光子射線源，通過探測器檢測平均元素排序為12 的不可燃燒成分的散射能量E1和排序較高的金屬元素如！^和Ca等的散射能量氏；關閉第 一路Y光子射線源，打開第二路Y光子射線源，通過探測器檢測平均元素排序為6的可燃 燒成分的散射能量&和平均元素排序為12的不可燃燒成分的散射能量&，測量動作完成 后關閉第二路Y光子射線源。則煤種的特征參數(shù)可以表述為T = F(E1,，E2)；這樣可以得到煤種特征。3)根據(jù)煤種特征和Ε3、&可以測出煤炭的灰分ASH= G(Τ, E3, E4)
2.根據(jù)權利要求2所述的用于快速測定煤炭灰分的方法，其特征在于，儀器中有兩路 Y光子射線源，一路Y光子射線源發(fā)射Y光子進入周圍的煤堆，其散射能量體現(xiàn)出不可燃 燒成分元素Si、Al、Ca、MgJe和其中排序較高的金屬元素Fe、Ca之間的比例關系；另一路 Y光子射線源發(fā)射Y光子進入周圍的煤堆，其散射能量體現(xiàn)出可燃燒成分元素C、H、0、N、 S和不可燃燒成分元素Si、Al、Ca、Mg、!^之間的比例關系。根據(jù)第一種散射能量確定煤種 特征并調(diào)整參數(shù)，根據(jù)第二種散射能量并結合前面確定的參數(shù)，計算煤炭的灰分。
3.一種實現(xiàn)權利要求1或2中快速測定煤炭灰分的方法的專用裝置，其特征在于，該專 用裝置為帶有金屬尖錐頭的圓筒，尖錐頭幫助儀器插入一定深度的煤堆，圓筒內(nèi)放置有加 有鉛套和銅套雙重保護的Y光子射線源，鉛套和銅套上各自都開有直徑約IOmm的孔，銅套 能夠在電機的驅動下180度旋轉，當鉛套和銅套的小孔重疊時，就會有γ光子發(fā)射進入煤 堆，儀器就進入測量狀態(tài)。Y光子射線源的上方是專用探測器，Y光子經(jīng)散射后被探測器 檢測到，探測器把散射能量信號轉換為電信號輸送給模擬電路，模擬電路把信號加以處理 放大并轉換為數(shù)字信號，最后由CPU根據(jù)能量信息識別煤種，并利用量子化模型計算出煤 炭灰分。
4.根據(jù)權利要求3所述的專用裝置，其特征在于，儀器上部還置有操作鍵盤和IXD顯示 屏，這些外設均與嵌入式控制器相連接，有專用充電電池和防止過充過放的保護電路。在計 算過程中用到了識別煤種的數(shù)學模型和計算灰分的量子化模型。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自動識別煤種的方法及其裝置，該方法包括以下步驟1、把灰分快速測定儀器插入煤堆，由γ光子對煤堆進行掃描；2、由探測器對經(jīng)周圍煤堆散射后的能量進行統(tǒng)計和分析，從中找出煤炭中可燃燒成分和不可燃燒成分之間的比例關系，重點分析不可燃燒成分中排序偏高的金屬元素的含量，以此確定散射能量和煤炭灰分之間的量子化模型，依據(jù)模型所建立的數(shù)學關系從能量計算出煤炭的灰分含量，并把量子化模型以參數(shù)的形式加以存儲，在下次檢測到相同煤種的時候能自動提取該參數(shù)用于測量，并自動對不合理的或者偏差較大的數(shù)據(jù)進行剔除或者修正。該方法和裝置能準確地識別煤種并計算存儲煤種參數(shù)，而且易于實施。
文檔編號G01N23/02GK102128840SQ20101056438
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2010年11月30日
發(fā)明者劉哲, 岳培豪, 李燕, 程棟, 翟昊宇, 馬少康 申請人:長沙高新開發(fā)區(qū)迅儀測控技術有限公司