УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ЗОЛЬНОСТИ ПОТОКА УГЛЯ НА ЛЕНТЕ КОНВЕЙЕРА Российский патент 1996 года по МПК B03B13/06 B65G43/00 

Изобретение относится к горной автоматике и предназначено для анализа зольности угля и содержания различных элементов в рудах.

Известно устройство анализа состава материалов в потоке, содержащее соосно расположенные источник полиэнергетического излучения, экран и детектор, а также реверсивный счетчик, блок управления, задатчик и блок индикации и регистрации, которое для снижения влияния флуктуаций плотности и толщины слоя снабжено двухканальным амплитудным анализатором, фильтром из определяемого элемента в виде трубы, тянущим электромагнитом, коммутатором, элементом задержки, измерителем разности, блоком умножения, дополнительным реверсивным счетчиком и блоком деления, выход которого соединен с блоком индикации и регистрации, первый выход с выходом блока умножения, а второй вход с выходом измерителя разности, причем вторые входы блока умножения и измерителя разности соединены с выходом дополнительного реверсивного счетчика, первый вход блока умножения соединен с задатчиком, входы реверсивного счетчика соединены с выходами коммутатора, к входам которого подключены выходы двухканального амплитудного анализатора, а к управляющему входу первый выход блока управления, выход детектора соединен с входом двухканального амплитудного анализатора, второй выход блока управления с управляющими входами реверсивных счетчиков, а третий с тянущим электромагнитом, к штоку которого прикреплен фильтр из определяемого элемента, надетый на детектор с возможностью его вертикального перемещения [1]
Недостатком известного устройства является низкая точность из-за влияния флуктуаций химсостава и ситового состава материала.

Известно устройство для анализа зольности потока угля на ленте конвейера, содержащее плату с датчиком зольности угля, выполненным из источника излучения и двух детекторов, два счетчика, информационные входы которых соединены с детекторами, а управляющие входы соединены c выходом генератора импульсов, блок индикации и регистрации, которое снабжено двумя детекторами, двумя поглощающими пластинами из контролируемого компонента материала, двумя фильтрами, реверсивными счетчиками, развязывающими диодами, цифроаналоговыми преобразователями, измерителем отношений и задатчиком нулевой зольности, выход которого подключен к первому входу блока умножения, к второму входу подключен выход измерителя отношений, выход первого детектора соединен с суммирующим входом первого реверсивного счетчика непосредственно и через первый развязывающий диод в прямом направлении с вычитающим входом второго счетчика, который соединен также с выходом четвертого детектора, выход второго детектора соединен с вычитающим входом первого реверсивного счетчика непосредственно и через второй развязывающий диод с суммирующим входом второго pевеpсивного счетчика, который соединен также с выходом третьего детектора, входы "сброс" реверсивных счетчиков подключены к выходам генеpатоpа импульсов, а выходы к входам измерителя отношений, причем первый и третий детекторы установлены по оси платы на одинаковых расстояниях по разные стороны от источника излучения параллельно нижней щеке, а второй и четвертый детекторы установлены параллельно оси клина на одинаковых расстояниях по разные стороны от источника излучения параллельно нижней щеке, при этом со стороны ленты конвейера перед первым и вторым детекторами установлены фильтры, а перед третьим и четвертым детекторами установлены разделительные пластины из контролируемого компонента материала [2]
Недостатком известного устройства является низкая точность из-за разных рассеиваний эффективного атомного номера и плотности при разных значениях зольности угля.

Целью изобретения является повышение точности анализа зольности угля за счет учета разных рассеиваний эффективного атомного номера и плотности при разных значениях зольности.

Цель достигается тем, что устройство для анализа зольности потока угля на ленте конвейера, содержащее плату с датчиком зольности угля, выполненным из источника излучения и двух детекторов, два счетчика, информационные входы которых соединены с детекторами, а управляющие входы соединены с первым выходом генератора импульсов, и блок индикации и регистрации, снабжено программируемым запоминающим блоком и последовательно соединенными постоянным запоминающим блоком, блоком средних значений, блоком определения расстояний, блоком выполнения двух наименьших расстояний, блоком буфера, блоком определения тангенса среднего угла, блоком определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику, причем выход блока средних значений соединен с вторым входом блока буфера, выход которого соединен с четвертым входом блока определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику и с вторым входом блока определения двух расстояний, при этом второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы генератора импульсов соединены соответственно с управляющими входами постоянного запоминающего блока, блока определения расстояний, блока средних значений, блока определения тангенса среднего угля, блока определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику, блока определения двух расстояний и блока определения зольности, второй вход которого соединен с первым выходом программируемого запоминающего блока, а выход соединен с входом блока индикации и регистрации, второй выход программируемого запоминающего блока соединен с вторым входом блока определения среднего угла, а выход постоянного запоминающего блока соединен с третьим входом блока буфера.

На фиг. 1 показана смонтированная на конвейере плата с датчиком качества угля в продольном осевом разрезе для лучшего показа конструкции; на фиг. 2 - функциональная схема устройства; на фиг. 3 показаны эллипсы рассеивания сигналов об эффективном атомном номере Z и о плотности ρ для (j-1)-го, j-го и (j+1)-го градуировочных значений зольности угля.

Устройство для анализа зольности потока угля 1 на ленте 2 конвейера содержит плату 3 с датчиком зольности, выполненным из источника 4 гамма-излучения и двух детекторов 5 и 6, два счетчика 7 и 8, информационные входы которых соединены с детекторами 5 и 6, а управляющие входы соединены с выходом генератора импульсов 9, и блок индикации и регистрации 10.

Устройство снабжено программируемым запоминающим блоком 11 и цепью из последовательно соединенных постоянного запоминающего блока 12, блока средних значений 13, блока определения расстояний 14, блока выделения двух наименьших расстояний 15, блока буфера 16, блока определения тангенса среднего угла 17, блока определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику 18, блока определения двух расстояний 19 и блока определения зольности 20.

Выходы счетчиков 7 и 8 соединены с входами постоянного запоминающего блока 12, с вторым и третьим входами блока определения расстояний 14 и блока определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику 18. Выход блока средних значений 13 соединен с вторым входом блока буфера 16, выход которого соединен с четвертым входом блока определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику 18 и с вторым входом блока определения двух расстояний 19. Второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы генератора импульсов 9 соединены соответственно с управляющими входами постоянного запоминающего блока 12, блока определения расстояний 14, блока средних значений 13, блока определения тангенса среднего угла 17, блока определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику 18, блока определения двух расстояний 19 и блока определения зольности 20, второй вход которого соединен с первым выходом программируемого запоминающего блока 11, а выход соединен с входом блока индикации и регистрации 10. Второй выход программируемого запоминающего блока 11 соединен с вторым входом блока определения тангенса среднего угла 17.

Плата выполнена в виде цельнометаллического клина, острие 21 которого направлено навстречу потоку угля, направление которого показано двойной стрелкой на фиг. 1. Окна перед детекторами 5 и 6 закрыты пластинами 22 и 23 из материала с малым атомным номером, например из пластмассы. Клин на шарнирных тягах 24 и 25 и шарнирах 26 и 27 прикреплен к стойкам 28 и 29, которые, в свою очередь, неподвижно закреплены на ставе конвейера. Лента 2 со слоем угля 1 перемещается по опорным роликам 30 в направлении, показанном двойной стрелкой на фиг. 1.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Поток гамма-квантов от источника 4 гамма-излучения попадает на поток угля 1. Часть рассеянных углем гамма-квантов попадает обратно в детекторы 5 и 6, в качестве которых, например, могут использоваться газоразрядные гейгеровские счетчики. Детектор 6 установлен относительно источника 4 так, чтобы интенсивность попадающего на него гамма-излучения практически не изменялась с изменением плотности угля r. При этом сигнал с детектора 6 будет обратно пропорционален эффективному атомному номеру угля Z и не будет зависеть от плотности r. Детектор 5 установлен относительно источника 4 так, чтобы интенсивность потока гамма-квантов на него зависела в основном от плотности угля r. Тогда обозначим сигнал с детектора 5 через r, а сигнал с детектора 6 обозначим через Z. На выходе каждого из детекторов получаются положительные импульсы напряжения, средняя частота следования которых (сигнал с детекторов) пропорциональна интенсивности потока попадающих на детектор гамма-квантов.

Устройство перед запуском в работу градуируют. Для этого отбирают по К проб угля с различными, например пятью, значениями зольности так, чтобы в каждой из К проб зольность оставалась постоянной, а эффективный атомный номер и плотность угля произвольно изменялись. В каждой i-й пробе j-й зольности измеряют детекторами 5 и 6 плотность r_ji и эффективный атомный номер Z_ji. Эти значения ρ_ji и Z_ji из счетчиков 7 и 8 поступают на входы постоянного запоминающего блока 12 и здесь запоминаются. В блоке определения средних значений 13 для каждого j-го значения зольности определяются средние значения эффективного атомного номера и плотности по формулам

Все 2m средних значений запоминают в блоке средних значений 13, а все 2Кm значений запоминают в постоянном запоминающем блоке 12. В программируемый запоминающий блок 11 заносят значение К (число проб) и m значений зольности Ad1

, Ad2, ..., Adj, Adj+1, ..., Adm. На этом процесс градуировки заканчивается.

Теперь устройство включают в работу в режиме измерений. Лентой 2 поток угля 1 подается в зону работы датчика. Рассеянное потоком угля гамма-излучение регистрируется детекторами 5 и 6 и на их выходах формируются положительные импульсы напряжения, частота следования которых зависит, соответственно, от плотности ρ_A и эффективного атомного номера Z_A угля. Импульсом с первого выхода генератора импульсов 9 запускаются в работу счетчики 7 и 8, в которых в течение времени измерения t регистрируются количества импульсов, соответствующие значениям ρ_A и Z_A.

По истечении времени измерения t из третьего выхода генератора импульсов 9 на управляющий вход блока определения расстояний 14 поступает управляющий импульс, под действием которого в блоке 14 из поступающих с блока средних значений 13 величин и из счетчиков 7 и 8 значений ρ_A и Z_A определяются все m расстояний от измеренных сигналов ρ_A и Z_A до соответствующих средних значений градуировочных сигналов. Так, например, расстояние от точки A(ρ_A, Z_A) до j-й градуировочной точки определится по формуле

По аналогичным к (2) формулам определяются все остальные расстояния. На это в блоке 14 расходуется время в доли миллисекунд.

По истечении этого времени в блоке 15 из этих m рассчитанных расстояний определяются два наименьших расстояния путем сравнения всех m расстояний между собой. Пусть, например, это будут расстояния l'_j и l'_j+1 до j-й и (j+1)-й точек градуировки, как это показано на фиг. 3. Значения l'_j и l'_j+1 поступают на первый вход блока буфера 16, на другие входы которого поступают средние значения из блока 13 и i-е значения из блока 12. При появлении сигналов на всех трех входах блок буфера производит следующие действия: передает в блок 17 из блока 12 все i-е результаты об j-й и (j+1)-й зольностях ρ_ji, Z_ji и ρ_(j+1)i и Z_(j+1)i, передает в блок 17 средние значения о j-й и (j+1)-й зольностях из блока 13; передает в блок 18 из блока 13 средние значения о j-й и (j+1)-й зольностях ; передает в блок 19 из блока 13 средние значения о j-й и (j+1)-й зольностях .

В блоке 17 определения тангенса среднего угла сначала определяются углы наклона j-го и (j+1)-го эллипсов Э_j и Э_j+1 по формулам


Затем по значениям tg2α_j и tg2α_j+1 в блоке 17 определяется тангенс среднего угла наклона по формуле

На операции по определению среднего угла наклона в блоке 17 также расходуется время в доли миллисекунд.

По истечению этого времени из пятого и шестого выходов генератора импульсов на управляющие входы блоков 17 и 18 поступают разрешающие импульсы. Под их действием значение тангенса среднего угла наклона с блока 17 поступает в блок 18, а значения ρ_A и Z_A в блок 18 поступают из счетчиков 7 и 8. В блоке 18 определяются координаты проекции сигналов ρ_A и Z_A на градуировочную характеристику, то есть координаты точки пересечения прямых АС и О_jO_j+1. Происходит это по следующим алгоритмам. Уравнение прямой АС записывается как уравнение прямой, проходящей через точку А в направлении α, то есть в виде
r_c-ρ_A=tgα_A(Z_c-Z_A). (6)
Уравнение прямой 0_j0_j+1 записывается как уравнение прямой, проходящей через точки 0_j и 0_j+1

Блок 18 решает совместно уравнения (6) и (7) и определяет координаты точки С по формулам


На вычисление значений ρ_c и Z_C в блоке 18 также расходуется время в доли миллисекунд.

По истечении этого времени с седьмого выхода генератора импульсов 9 на управляющий вход блока 19 поступает разрешающий импульс, под действием которого в блоке 19 осуществляется вычисление двух расстояний СО_j и СО_j+1 по формулам

На вычисление расстояний l_j и l_j+1 также в блоке 19 расходуется время в доли миллисекунд.

По истечении этого времени с восьмого выхода генератора импульсов 9 на управляющий вход блока 20 поступает разрешающий импульс, под действием которого блок 20 определяет сначала по расстояниям l_j+1 и l_j и соответствующим точкам 0_j и 0_j+1 и значениям Adj

и Adj+1 значения зольности


Значения (A^d)' и (А^d)'' определены с соответствующими погрешностями, которые обратно пропорциональны расстояниям от точки С до точек О_j и О_j+1. Поэтому в блоке 20 после этого определяется уточненное значение неизвестной зольности угля по формуле
A^d=[(A^d)′l_j+1+(A^d)″l_j](l_j+l_j+1)^-1. (13)
Это уточненное значение зольности индицируется и регистрируется в блоке 10.

На последовательную работу по вычислениям согласно формулам (2)-(13) в блоках 14-20 расходуется время около миллисекунды.

Теперь снова начинается следующий цикл измерений. Из первого выхода генератора импульсов 9 запускаются в работу счетчики 7 и 8 и так далее все происходит в описанной выше последовательности и через время измерения t и время около миллисекунды на проведение всех вычислений в блоке 10 индицируется и регистрируется второй результат.

Фиг. 3 иллюстрирует эллипсы рассеивания эффективного атомного номера Z и плотности ρ при трех значениях зольности угля Adj-1

=20%, Adj=22% и Adj+1=24%. Если по координатам точки А определять неизвестную зольность, как это выполняется в базовом объекте [3] то она будет равна 23% так как расстояния от точки А до точек 0_j и 0_j+1 одинаковы. Истинное же значение зольности, определенное по формулам (1)-(13), будет равно 22,378% Абсолютное значение погрешности определения зольности по сравнению с базовым объектом уменьшено на 0,622%
Аналогично, если измеренная точка будет иметь координаты ρ_В и Z_В, то зольность по базовому алгоритму при использовании базового объекта будет равна 21% так как расстояния от точки В до точек 0_j-1 и 0_j одинаковы. Если же по координатам точки В определять зольность по настоящему алгоритму, то истинная зольность согласно формулам (1)-(13) будет равна 21,287% Абсолютное значение погрешности определения зольности настоящим устройством уменьшено на 0,287%
В общем случае у настоящего устройства по сравнению с наиболее точным из известных устройств погрешность будет уменьшаться тем в большей степени, чем дальше от середины между соседними эллипсами будет находиться измеряемая точка. Если же измеряемая точка расположена точно посередине между двумя эллипсами рассеивания сигналов Z и ρ, то настоящее устройство будет лишь в минимальной степени повышать точность определения зольности. Настоящее устройство пригодно также при радиоволновых, инфракрасных и рентгеновских принципах работы датчика. В этих случаях изменяется только тип источника излучения 4 и детекторов 5 и 6. Чем дальше находятся друг от друга градуировочные точки, тем в большей степени устройство уменьшает погрешность по сравнению с известными. Это позволяет уменьшить число градуировочных точек, то есть снизить трудоемкость градуировки. ЫЫЫ2

Использование: изобретение относится к горной автоматике и может быть использовано при анализе зольности угля и содержания элементов в рудах непосредственно на ленточных транспортных конвейерах. Сущность изобретения: устройство содержит плату с датчиком зольности угля, выполненным из источника излучения и двух детекторов, два счетчика, информационные входы которых соединены с детекторами, а управляющие входы соединены с выходом генератора импульсов, и блок индикации и регистрации. Устройство дополнительно снабжено программируемым запоминающим блоком и последовательно соединенными постоянно запоминающим блоком, блоком средних значений, блоком определения расстояний, блоком выделения двух наименьших значений, блоком буфера, блоком определения тангенса среднего угла, блоком определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику, блоком определения двух расстояний и блоком определения зольности. За счет учета разных рассеяний эффективного атомного номера и плотности при разных значениях зольности повышается точность анализа. 3 ил.

Устройство для анализа зольности потока угля на ленте конвейера, содержащее плату с датчиком зольности угля, выполненным из источника излучения и двух детекторов, два счетчика, информационные входы которых соединены с детекторами, а управляющие входы соединены с первым выходом генератора импульсов, и блок индикации и регистрации, отличающееся тем, что оно снабжено программируемым запоминающим блоком и последовательно соединенными постоянным запоминающим блоком, блоком средних значений, блоком определения расстояний, блоком выделения двух наименьших расстояний, блоком буфера, блоком определения расстояний, блоком выделения двух наименьших расстояний, блоком буфера, блоком определения тангенса среднего угла, блоком определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику, причем выход блока средних значений соединен с вторым входом блока буфера, выход которого соединен с четвертым входом блока определения координат проекции сигналов на градуировочную характеристику и с вторым входом блока определения двух расстояний, при этом второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы генератора импульсов соединены соответственно с управляющими входами постоянного запоминающего блока, блока определения расстояний, блока средних значений, блока определения тангенса среднего угла, блока определения координат проекции сигналов на градуировочнную характеристику, блока определения двух расстояний и блока определения зольности, второй вход которого соединен с первым выходом программируемого запоминающего блока, а выход соединен с входом блока индикации и регистрации, второй выход программируемого запоминающего блока соединен с вторым входом блока определения среднего угла, а выход постоянного запоминающего блока соединен с третьим входом блока буфера.