CN108801399A - 一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置 - Google Patents

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张成永
林浩天
韩明亮
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    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
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Abstract

本发明提供了一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，属于料位测量装置技术领域。该测量装置包括依次连接的闪烁探测器、脉冲调理与放大器、分析处理单元和用户接口；其中，所述闪烁探测器的两侧外表面均设置有磁屏蔽层，以降低环境中的磁场对闪烁探测器中光电倍增管内电子束的影响；在磁屏蔽层的外表面包覆有伽马射线屏蔽层，用来提高测量装置的指向性和灵敏度。该装置在使用时无需在容器壁上开孔，能够真正实现非接触式测量。而且，由于其测量是基于特定能量的伽马射线附近的能谱，所以测量精度和温度稳定性也非常好，提高测量的指向性。

Description

一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置
技术领域
本发明涉及料位测量装置技术领域，特别涉及一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置。
背景技术
物料检测是包括火力发电在内的许多生产性企业的过程控制系统的重要组成环节，其检测的精度与可靠性对生产过程具有重要的影响。当前，在上述过程控制系统中，大部分料位检测装置采用接触式测量方式，利用物料和物料检测装置的直接接触来进行料位检测，这种测量方式需要将料位检测装置嵌入到容器内部，安装、维护和更换非常不方便；另一方面，由于很多物料具有高温、高粘、高压等特点，致使料位检测的精度和可靠性受到很大影响。
现有的一些非接触式料位测量装置主要是通过简单地测量物料和环境中的伽马射线强度来计算料位。一方面，由于工业现场存在大量的电气设备，电磁干扰比较强，容易导致光电管内的倍增电子束发生不可预知的偏移，影响测量的准确性；另一方面，由于环境中的伽马射线是普遍存在的，且其能量分布在很宽的范围内，该类型检测装置在检测过程中很容易受到来自附近容器内物料及其他以天然矿物质为原料的基础设施的影响，因此其指向性和抗干扰能力比较差，温度稳定性也比较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，以解决现有的物料检测装置的内部构件容易受到外界伽马射线和磁场的干扰，影响测量可靠性的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，包括依次连接的闪烁探测器、脉冲调理与放大器、分析处理单元和用户接口；其中，所述闪烁探测器的两侧外表面均设置有磁屏蔽层，所述磁屏蔽层的外表面包覆有伽马射线屏蔽层。
可选的，所述闪烁探测器包括依次相连的高压偏置电路、光电倍增管和碘化钠晶体。
可选的，所述所述高压偏置电路包括依次连接的高压电源、电阻链分压器和取样电阻；所述光电倍增管与所述电阻链分压器连接，所述取样电阻连接脉冲调理与放大器。
可选的，所述脉冲调理与放大器包括RC低通滤波器及与所述RC低通滤波器连接的反向放大电路；所述RC低通滤波器连接所述取样电阻。
可选的，所述分析处理单元包括AD转换器及与所述AD转换器连接的单片机；所述AD转换器连接反向放大电路。
可选的，所述反向放大电路为基于运算放大器的反向放大电路。
可选的，所述单片机为STM32F型号的32位ARM微控制器。
可选的，所述用户接口包括电磁继电器、按键模块、电压转电流芯片、射频通信单元和显示屏；所述电磁继电器、所述按键模块、所述电压转电流芯片、所述射频通信单元和所述显示屏均与单片机连接。
可选的，所述磁屏蔽层为坡莫合金材料层。
可选的，所述伽马射线屏蔽层为铅皮层。
在本发明中提供了一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，包括依次连接的闪烁探测器、脉冲调理与放大器、分析处理单元和用户接口；其中，所述闪烁探测器的两侧外表面均设置有磁屏蔽层，降低环境中的磁场对闪烁探测器中光电倍增管内电子束的影响；在磁屏蔽层的外表面包覆有伽马射线屏蔽层，用来提高测量装置的指向性和灵敏度。该装置在使用时无需在容器壁上开孔，能够实现真正的非接触式测量。而且，由于其测量是基于特定能量的伽马射线附近的能谱，所以测量精度和温度稳定性也非常好，提高测量的指向性。
附图说明
图1是用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置的结构示意图；
图2是闪烁探测器的结构示意图；
图3是高压偏置电路的结构示意图；
图4是脉冲调理与放大器、分析处理单元和用户接口的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，具体结构示意图如图1所示。所述用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置包括依次连接的闪烁探测器4、脉冲调理与放大器3、分析处理单元2和用户接口1。在所述闪烁探测器4的两侧外表面均设置有磁屏蔽层5，所述磁屏蔽层5的外表面包覆有伽马射线屏蔽层6。优选的，为提高抗干扰及屏蔽性能，所述磁屏蔽层5为坡莫合金材料层，所述伽马射线屏蔽层6为铅皮层。
具体的，如图2所示，所述闪烁探测器4包括依次相连的高压偏置电路41、光电倍增管42和碘化钠晶体43。所述高压偏置电路41包括依次连接的高压电源410、电阻链分压器411和取样电阻412，请参阅图3。其中，所述光电倍增管42与所述电阻链分压器411连接，所述取样电阻412连接所述脉冲调理与放大器3。所述电阻链分压器411可以将所述高压偏置电路5中的电压分成几个部分，并调节各个部分的电压大小，让电压稳定，从而达到提升所述高压偏置电路5工作稳定性的效果。
进一步的，如图4所示，脉冲调理与放大器3包括RC低通滤波器30及与RC低通滤波器30连接的反向放大电路31。所述RC低通滤波器30连接所述取样电阻412。通过所述RC低通滤波器30，可以按电信号的频率对信号进行选择，避免高频信号进行干扰，从而达到过滤高频信号的效果，提升了测量装置的稳定性。
更进一步的，所述分析处理单元2包括AD转换器20及与AD转换器20连接的单片机21；所述AD转换器20连接所述反向放大电路31。其中，所述反向放大电路31为基于运算放大器的反向放大电路。所述单片机21为STM32F型号的32位ARM微控制器。
所述用户接口1包括电磁继电器10、按键模块11、电压转电流芯片12、射频通信单元13和显示屏14；所述电磁继电器10、所述按键模块11、所述电压转电流芯片12、所述射频通信单元13和所述显示屏14均与所述单片机21连接。
本发明提供的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置的工作原理为：首先，将该测量装置安装于物料容器的外侧，测量装置的闪烁探测器4靠近物料容器壁并保持一定的距离；然后，来自物料中的天然伽马射线穿透物料容器壁进入闪烁探测器4中，在这个过程中，外界的伽马射线会被伽马射线屏蔽层6隔绝，只有伽马射线屏蔽层6开口方向的伽马射线可以从闪烁探测器4进入；接着，伽马射线进入碘化钠晶体43中激发光子，光子进入光电倍增管42中的光阴极中，同时，光电倍增管42中的倍增电子束被收集到光电倍增管42的阳极转换成电流信号；同时，磁屏蔽层5将外界环境中产生的电磁辐射吸收，光电倍增管42中的电脉冲信号进入到脉冲调理与放大器3中，然后，进入分析处理单元2，识别伽马射线附近的能量谱，然后，根据测量模型计算出当前的料位高度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，包括依次连接的闪烁探测器（4）、脉冲调理与放大器（3）、分析处理单元（2）和用户接口（1）；其中，所述闪烁探测器（4）的两侧外表面均设置有磁屏蔽层（5），所述磁屏蔽层（5）的外表面包覆有伽马射线屏蔽层（6）。
2.如权利要求1所述的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，所述闪烁探测器（4）包括依次相连的高压偏置电路（41）、光电倍增管（42）和碘化钠晶体（43）。
3.如权利要求2所述的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，所述所述高压偏置电路（41）包括依次连接的高压电源（410）、电阻链分压器（411）和取样电阻（412）；所述光电倍增管（42）与所述电阻链分压器（411）连接，所述取样电阻（412）连接脉冲调理与放大器（3）。
4.如权利要求3所述的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，所述脉冲调理与放大器（3）包括RC低通滤波器（30）及与所述RC低通滤波器（30）连接的反向放大电路（31）；所述RC低通滤波器（30）连接所述取样电阻（412）。
5.如权利要求1所述的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，所述分析处理单元（2）包括AD转换器（20）及与所述AD转换器（20）连接的单片机（21）；所述AD转换器（20）连接反向放大电路（31）。
6.如权利要求4或5所述的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，所述反向放大电路（31）为基于运算放大器的反向放大电路。
7.如权利要求5所述的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，所述单片机（21）为STM32F型号的32位ARM微控制器。
8.如权利要求1所述的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，所述用户接口（1）包括电磁继电器（10）、按键模块（11）、电压转电流芯片（12）、射频通信单元（13）和显示屏（14）；所述电磁继电器（10）、所述按键模块（11）、所述电压转电流芯片（12）、所述射频通信单元（13）和所述显示屏（14）均与单片机（21）连接。
9.如权利要求1所述的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，所述磁屏蔽层（5）为坡莫合金材料层。
10.如权利要求1所述的用于粉煤灰料位检测的非接触式测量装置，其特征在于，所述伽马射线屏蔽层（6）为铅皮层。
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