KR100239851B1

KR100239851B1 - 석탄종의 구별방법 및 장치

Info

Publication number: KR100239851B1
Application number: KR1019970015628A
Authority: KR
Inventors: 쥰이치 요시무라; 미쯔유키 다카하시; 오사무 하타케야마; 사토시 스가와라; 후미오 쿠쯔카케; 마사토시 요코야마; 다쿠야 기노시타; 사다지 가와조에; 히로시 오바라; 야스오 사이토; 요리유키 쯔나카와
Original assignee: 미즈노 마사루; 니뽄 다바코 산교 가부시키가이샤; 에모리 모토히코; 가부시키가이샤 켓트 카가쿠겐큐쇼; 야시마 토시아키; 토오호쿠덴료쿠 가부시키가이샤
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2000-01-15
Also published as: US5873982A; KR970070994A; TW393574B; EP0803726A2; EP0803726A3

Abstract

석탄종을 구별하기 위한 방법 및 장치에 있어서, 석탄 등급에 대응하는 탄종성상의 구별값을 준비하며, 여러 가지 파장을 가지는 근적외선을 구별하고자 하는 석탄에 조사하고, 석탄으로부터 반사되는 근적외선의 빛을 수신하여, 석탄의 흡광도를 구하고, 석탄의 탄종성상 구별 값을 상기 흡광도와 소정의 교정곡선을 기초로 구별한다.

Description

석탄종의 구별방법 및 장치

제1도는 본 발명에 따른 석탄종 구별장치를 나타내는 블록도.

제2도는 본 발명에 따른 석탄종 구별장치의 필터휠의 평면도.

제3도는 제1실시예에 있어서 여러 가지 석탄 특성 구별값을 가지는 석탄 표본에 대한 흡광도와 파장사이의 관계를 나타내는 그래프.

제4도는 본 발명의 제1실시예의 측정결과를 나타내는 그래프.

제5도는 본 발명의 제2실시예의 측정결과를 나타내는 그래프.

제6도는 본 발명의 제2실시예에서의 석탄 종류의 그룹화와 구별절차를 나타내는 그래프.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 따른 구별식의 계수 테이블.

제8도는 본 발명의 제2실시예에서의 동작을 나타내는 플로챠트이다.

본 발명은 자동적으로 석탄의 종류(이하에서는 '석탄종'이라 함)를 식별하는 즉, 비접촉 방식으로 하나의 석탄종을 다른 석탄종과 구별하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

석탄의 특성은 생산 지역에 따라 다양하게 된다. 석탄은 그 특성에 따라 대략 무연탄(hard coal), 역청탄(soft coal), 갈탄(brown coal)등으로 분류할 수 있다. 석탄은 지질시대에서 쌓인 식물의 섬유소가 탈수작용을 받아 부식화된 결과에 의해 형성된다. 석탄의 부식화(humification) 정도는 갈탄, 역청탄, 무연탄의 순으로 증가한다. 따라서, 석탄등급이 증가할수록 휘발성분이 적게 되는 경향을 가진다. 이런 방식으로, 석탄의 내용물 또는 성분은 부식화의 정도에 따라 다양하게 된다. 그러나, 종래에 석탄의 특성은 색이나 냄새에 의해 명확히 구별할 수 없었다. 이러한 이유로, 석탄 성분의 화학적 분석에 의해 얻어진 특성과 과거의 특성데이터를 비교하여 석탄종을 다른 석탄종과 구별하였다.

그러나, 화학적 분석은 상대적으로 긴 시간(3일 또는 4일)과 기술을 요하기 때문에, 화학적 분석을 사용하는 방법은 석탄종을 즉시 구별해야 하는 경우에 예컨대, 보일러의 연료 공급 라인내 연료로서 사용되는 석탄의 종류를 연소 조정을 위해 바꾸어야만 하는 경우에 문제점이 있었다.

품질 제어를 자동적이고 계속적으로 행하기 위해 중간 적외선(intermediate infrared ray)을 사용하여 석탄의 휘발성분을 측정하는 시도가 또한 있었다. 그러나, 이 시도는 다음과 같은 이유에 의해 정확하게 탄종성상(炭種性狀)을 구별하는데 곤란하였다.

(1) 중간 적외선을 사용하기 때문에 검지기의 민감도가 낮다.

(2) 중간 적외선 영역내의 수분에 대한 높은 흡광도에 기인하는 약한 반사광이 신호대 잡음비(S/N 비)를 낮추어 구별의 정밀도가 산란광(stray light)에 크게 영향받게 된다.

(3) 측정하고자 하는 석탄으로부터의 방열에 기인하는 적외선이 중간 영역에서 방사되기 때문에, 식별의 정확도가 석탄 표본의 온도에 의해 영향을 받는다.

또한, 석탄종이 예컨대 보일러의 연료공급라인에서 변화될 수 있다. 이 경우, 석탄의 특성을 구별할 수 있을 지라도, 구별하고자 하는 석탄종을 다른 석탄종으로부터 구별하는 것은 어렵게 된다.

본 발명의 목적은 비접촉 방식으로 석탄종을 구별하기 위한 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 산란광과 온도에 영향받지 않으면서 높은 정밀도로 석탄종을 온라인(on-line) 상으로 구별하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목정을 달성하기 위해, 본 발명의 제1태양에 따르면, 본 발명은, 석탄 등급에 대응하는 탄종성상의 구별값을 준비하는 단계와, 여러가지 파장을 가지는 근적외선으로 구별하고자 하는 석탄을 조사(照射)하고 석탄으로부터 반사된 근적외선을 수신하는 단계와, 석탄의 흡광도를 얻는 단계와, 상기 흡광도와 교정곡선(calibration curve)을 기초로 하여 구별하고자 하는 석탄의 탄종성상 구별값을 얻는 단계를 구비하는 석탄종의 구별방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 석탄 등급에 대응하는 탄종성상의 구별값을 기초로 석탄종을 구별하기 위한 근적외선을 사용하는 석탄종 판별장치로서, 여러가지 파장을 가지는 근적외선으로 구별하고자 하는 석탄을 조사하고 상기 석탄으로부터 반사된 근적외선을 수신하여 그에 대응하는 광수신신호를 생성시키는 측정헤드와, 상기 측정헤드로부터 반사된 수신광을 기초로 한 근적외선의 흡광도와, 상기 흡광도와 소정의 교정 곡선을 기초로 한 상기 탄종성상 구별 값을 얻기 위한 제어기를 구비한다.

본 발명의 제2태양에 따르면, 본 발명은, 여러 가지 파장을 가지는 복수의 근적외선으로 사용하고자 하는 복수의 석탄종을 조사하는 경우의 반사빔을 기초로 각각의 석탄종의 흡광도 분포를 얻는 단계와, 상기 흡광도의 분포에 따라 석탄종을 복수의 그룹으로 분류하는 단계와, 소정의 조합으로 된 2개의 그룹에 대한 흡광도의 영역을 나누는 경계로부터의 거리에 대응하는 구별식을 저장하는 단계와, 흡광도를 얻기 위해 상기 근적외선으로 상기 사용하고자 하는 석탄을 조사하는 경우에 상기 석탄으로부터 반사되는 근적외선의 빔을 수신하는 단계와, 상기 흡광도와 상기 구별식을 기초로 원하는 석탄종이 속하는 상기 2개의 그룹중의 하나를 계속해서 구별하는 단계를 가진다.

바람직하게는 상기 근적외선의 파장은 1500nm∼2400nm이다.

바람직하게는, 상기 근적외선은 하나 이상의 측정빔과 하나의 참조 빔으로서 사용된다. 상기 흡광도는 각 측정빔의 참조빔에 대한 비율의 로그값으로서 얻어지며, 상기 교정 곡선은 상기 탄종성상 구별값 종속 변수와 각각의 상기 흡광도의 독립 변수를 포함하는 선형 방정식으로서 나타내어진다. 상기 선형 방정식의 계수는 교정(calibration)에 의해 설정되어 상기 로그값 및 상기 선형 방정식의 값을 기초로 탄종성상을 얻도록 한다.

본 발명의 제2태양에 따르면, 여러 가지 파장을 가지는 복수의 근적외선에 대한 사용하고자 하는 복수종류의 석탄의 흡광도 분포가 미리 구해지며, 상기 복수종류의 석탄은 상기 분포에 따라 소정의 석탄종의 집합으로 각각 이루어지는 복수의 그룹으로 분류되며, 상기 복수 그룹사이의 소정 조합에 따라 흡광도의 분포지역을 2개의 그룹으로 나누는 경계로부터의 거리에 대응하는 구별 방정식을 기초로 원하는 석탄의 종류를 구별하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치가 더 제공되며, 상기 장치는 여러 가지 파장을 가지는 복수의 근적외선으로 석탄을 조사하고 상기 석탄으로부터 반사되는 상기 근적외선을 수신하여 수신된 빛의 양에 대응하는 수신신호를 생성시키는 측정헤드와 ; 상기 측정헤드로부터 생성된 수신 근적외선을 기초로 근적외선에 대한 흡광도를 얻기 위한 제어기를 구비한다.

본 발명의 제2태양에서는, 구별식이 소정 조합에 의한 2개의 그룹내에 저장된다. 근적외선을 석탄에 조사하여 상기 근적외선에 대한 석탄의 흡광도를 얻는다. 상기 흡광도와 구별식을 기초로 흡광도가 속하는 그룹을 결정한다. 그리고 나서, 모든 2개의 그룹에 대한 연속적인 구별을 행하여 상기 흡광도의 그룹을 수렴시켜 하나의 석탄종을 결정하도록 한다.

본 발명의 상기 및 그 외의 목적과 특징은 첨부된 도면을 참조한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

보일러의 에너지원으로 석탄을 사용하는 프로세스내에 사용할 수 있는 본 발명의 실시예를 이하에서 설명할 것이다.

에너지를 안정되고 효율적으로 공급하기 위해서는 이와 같은 프로세스 내에서 석탄의 종류를 구별하는 것이 매우 중요하다. 특히, 에너지원으로서의 석탄의 종류와 특징을 실시간으로 구별함으로써 여러 종류의 석탄과 연소실내 공기의 양과 같은 연소조절 파라미터를 제어할 수 있으며, 발열량을 일정한 값으로 유지할 수 있다. 상기 구별법은 냉동석탄과 비냉동 석탄의 구별을 가능하게 한다. 석탄의 특성은 발열량과 관련이 있으며, 석탄의 발열량은 석탄화 (coalarizing)의 진전에 따라 증가한다. 즉, 휘발량의 감소는 발열량의 증가를 가져온다.

[제1실시예]

제1도는 본 발명이 적용되는 석탄종 구별장치를 나타내는 블록도이다.

제1도에 도시한 바와 같이, 측정헤드(A)는 석탄을 보일러(도시하지 않음)로 공급하는 컨베이어(100)의 위에 위치한다. 상기 측정헤드(A)는 근적외선 영역내에서 특정성분에 대한 강한 흡광도를 나타내는 측정광과 상기 특정 성분에 잘 흡광되지 않은 참조광으로 구성되는 광빔(light beam)을 생성한다. 측정헤드(A)는 상기와 같이 생성된 광빔을 석탄(C)에 조사한다. 측정헤드(A)는 상기 석탄(C)으로부터 반사되는 빛을 검지하고, 수신한 광량을 기초로 신호를 생성시킨다. 본 실시예에서, 제어기(B)는 측정헤드(A)로부터의 출력신호를 기초로하여 석탄의 종류와 특성의 구별값을 표시한다.

측정 헤드(A)의 광학시스템은 광원(1), 제1집광렌즈(2), 디스크 화전모터(3), 필터 휠(filter wheel)(4), 제2집광렌즈(5), 반사거울(6), 오목거울(7), 볼록거울(8)과 광검지기(9)를 포함한다. 광원(1)으로부터의 빛은 제1집광렌즈(2)에 의해 집광되어 필터휠(4)상에 조사된다.

제2도에 도시한 바와 같이, 필터 휠(4)은 1500nm에서 2500nm의 파장대역의 근적외선 영역내의 소정 파장에서 협대역 투과성(narrow band permeability)을 가지는 간섭필터(4a1, 4a2, 4a3, ......)를 구비하고 있다. 필터 휠(4)이 모터(3)에 의해 회전하는 경우, 상기 필터(4a1, 4a2, ......)는 제1집광렌즈(2)와 제2집광렌즈(5) 사이의 광로(light path)를 연속적으로 지나간다.

필터 휠(4)에 조사된 빛은 상기 필터(4a1, 4a2, ......)에 의해 적외선의 측정광과 참조광으로 변환되어, 반사거울(6)을 통해 석탄(C)위로 조사된다. 석탄(C)으로부터 반사된 빛은 오목거울(7)에 의해 집속(focusing)되고 볼록거울(8)을 통해 광검지기(8)로 안내되며, 수신광의 양에 대응하는 레벨을 가지는 신호가 제어기(B)에 공급된다. 필터 휠(4)의 회전위치를 검지하기 위한 검지기(10)가 필터 휠(4) 근처에 배치된다. 제어기(B)는, 검지기(10)로부터의 검지신호에 기초하여 필터(4a1, 4a2, 4a3, ......)로부터의 측정광과 참조광에 대응하는 전압신호를 구별한다.

제어기(B)는 A/D 변환회로(11), CPU(12), 메모리(13), 표시장치(14), 동작 키(15)를 포함한다. A/D 변환회로(11)는 측정헤드(A)로부터의 전압신호를 CPU(12)에 의해 판독되는 디지털 데이터(이하에서는 "수신 광데이터"라 함)로 변환시킨다. 메모리(13)는 흡광도의 변환, 다선형 회귀(multi-linear regression)계산, 석탄의 종류와 특성의 구별, 입력처리, 표시처리 등을 수행하는 프로그램을 저장한다. CPU는 이들 프로그램을 기초로하여 처리를 행한다.

흡광도의 감소 처리에 있어서, 근적외선 흡광도의 변환 값은 A/D 변환회로(11)에서 생성되는 수신 광데이터로부터 얻어진다. R/S(수신된 광데이터(S)와 참조광 데이터(R)의 비율)의 자연 로그값은 근적외선 흡광도의 감소값 X로서 얻어진다.

제1실시예에서, 탄종성상을 석탄 등급으로 구별하였다. 이 실시예에서, 탄종성상의 결정 값은 표 1에 나타낸 바와 같이 석탄 등급과 상관 관계가 있다.

[표 1]

이미 알고 있는 석탄 등급을 가지는 석탄 표본을 사용하여 교정 곡선(Calibrati-on Curve)을 형성한다. 더욱 상세하게 설명하면, 측정광의 근적외선 흡광도의 감소 값(log(R/S))이 각 표본에 대하여 얻어진다. 각 석탄에 대한 탄종성상의 구별값은 동작키(15)에 의해 입력된다. 그리고 나서, 각 표본의 구별값은, 설명 변수로서 근적외선 흡광도의 변환값을, 목적 파라미터로서 탄종성상을 가지는 선형방정식에 의해 다선형 회귀(multi-linear regression)하게 된다.

Y=a₀+a₁X₁+a₂X₂+ ‥‥ +a_iX_i‥‥ (1)

여기서, Y는 탄종성상의 구별 값

X₁∼X_i: 각 측정광의 근적외선의 감소 값

a₀∼a_i: 계수이다.

상기 식에서 교정 곡선에 대응하는 계수 a₀∼a_i는메모리(13)내에 저장된다. 컨베이어(100)상의 석탄(C)에 대한 근적외선 흡광도의 감소값은 식(1)에 대입되어 탄종성상의 구별을 행한다. 그리고 나서, 결정된 탄종성상의 값이 표시장치(14)에 표시된다.

제3도는 여러가지 탄종성상의 값을 가지는 여러가지 석탄 표본에 대한 800nm에서 2500nm까지의 파장범위내의 근적외선의 흡광도를 나타내고 있다. 1500nm에서 1900nm까지의 범위에서는 탄종성상의 여러가지 구별 값들이 흡광도에 별로 영향을 끼치지 않으나, 1900nm에서 2500nm까지의 범위에서는 그것들이 흡광도에 많은 영향을 끼친다는 것을 알 수 있다. 이것은 측정광의 파장을 1900nm에서 2500nm까지의 범위내로 설정하면, 탄종성상의 구별값을 측정광의 흡광도로 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 참조광은 피측정물에 의해 영향 받아서는 안되므로, 참조광은 1500nm에서 1900nm까지의 파장범위가 적당하다.

석턴종 판별장치내 간섭 필터(4a1, 4a2, ......)의 투과 특성을 선택함으로써 설정한 측정광의 파장으로 석탄 표본에 실험한 결과를 설명할 것이다. 다음의 실험에서 사용되는 참조광의 주파장(main wavelength)이 1680nm인 것을 주목해야 한다. 제1실험에서는, 2300nm의 주파장을 가지는 근적외선이 미세분말 표본에 대해 측정광으로서 사용되었다.

측정광의 근적외선 흡수광의 감소 값(X)을 사용하여, 탄종성상(Y)을 식(2)를 통해 교정곡선을 기초로 하여 얻는다. 첨언하면, 계수(-0.616, -8.813)는 실험에 앞서 다선형 회귀에 의해 계산된다.

Y=-0.616 - 8.813X ‥‥ (2)

제1실험의 측정 결과는 제4도 및 표 2에 나타내어진다. 탄종성상 구별값의 석탄종 대응 값은 표 1의 석탄 등급에 대응하는 측정 값을 의미하다. 출력 값은 석탄종 구별장치에 의해 표시되는 값을 의미한다.

[표 2]

제2실험에서는, 2200nm에서 2300nm까지의 주파장을 가지는 2종류의 근적외선이 50mm의 소형크기를 가지는 샘플에 대한 측정광으로서 사용한다. 상기 탄종성상 판별 값(Y)는 각각 2300nm와 2200nm의 주파장을 가지는 측정광의 근적외선 흡광도의 감소값(X₁및 X₂)을 사용하여 식(3)으로부터 얻어진다. 첨언하면, 계수(0.069, -44.02, 21.82)는 실험에 앞서 다선형 회귀에 의해 계산된다.

Y=0.069-44.02X₁+21.82X₂‥‥ (3)

제2실험의 측정결과는 제5도 및 표 3에 나타내어진다.

[표 3]

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 석탄종 결정값에 의해 나타내어지는 탄종성상 구별값은 석탄종의 실제 측정값에 근접하기 때문에, 석탄의 종류는 탄종성상 구별값으로부터 결정할 수 있다. 본 발명에서는 근적외선이 사용되기 때문에 광검지기(9)의 감도가 높고, 반사광이 물에 잘 흡수되지 않기 때문에 S/N 비율이 증가한다. 검지를 위해 사용되는 발광장치는 열 방사에 기인하는 중간 적외선에 민감하지 않으므로 측정헤드가 온 라인 상에 배치되는 경우 표본 온도와 산란광에 의한 영향이 감소될 수 있다.

[실시예 2]

본 발명의 제2실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제2실시예에서의 탄종성상의 구성은 제1도에 도시한 것과 유사하며, 석탄 종의 판정 및 표시를 위한 프로그램 뿐만 아니라 흡수광 감소에 대한 프로그램이 메모리(13)내에 저장되었다는 것이 제1실시예와 다른 것이다. CPU(12)는 이들 프로그램을 기초로 석탄종을 판정하고 그것을 표시한다.

측정 헤드(A)의 광학 시스템의 구성 및 동작은 제1실시예의 그것과 유사하다. 더구나, 제어기(B)에서, 측정광과 참조광에 대응하는 전압 신호의 종류는 회전위치 검지기(10)에 의해 검지되는 신호에 의해 구별된다. 측정헤드(A)로부터의 전압신호는 A/D 변환기(11)에 의해 수신된 광 데이터로 전환되어 CPU(12)에 의해 판독된다. 흡광도 감소 처리에 있어서, R/S율(S : 측정광의 수신된 광 데이터, R : 참조광의 수신된 광데이터)의 자연로그는 근적외선 흡광도의 감소 값 x로서 계산된다.

제2실시예에 있어서는, 4종류의 측정광에 대응하는 전압(V1에서 V4까지)과 한 종류의 참조광에 대응하는 출력 전압 V0을 사용하여 흡광도 감소 값(x1, x2, x3, x4)을 얻는다. 이들 흡광도 변환 값을 기초로 하여, 석탄 표본의 종류를 구별할 수 있다.

x1=log(V0/V1)

x2=log(V0/V2)

x3=log(V0/V3)

x4=log(V0/V4)

석탄표본의 종류는 다음과 같이 구별할 수 있다. 4개의 흡광도 감소 값(x1, x2, x3, x4)의 좌표를 가지는 개념적인 4차원 공간을 가정하여, 어떤 석탄종에 대한 단일 시간 측정 즉, 하나의 석탄표본을 흡광도 감소값(x1, x2, x3, x4)의 집합의 좌표를 가지는 4차원 공간내 하나의 표본 값에 대응시킨다. 흡광도 감소값(x1, x2, x3, x4)은 석탄종에 대응하는 값을 가지고 있다. 표본 점은 각각 소정 넓이를 가지며, 석탄종 고유의 해당 소정 지역내에 위치된다. 이들 지역은 실질적으로 서로 분리되어 있기 때문에, 표본점이 위치하는 지역이 특정되면, 석탄종이 판별될 수 있다. 본 실시예에서, 석탄종을 판별하는데 있어서, 복수의 석탄종이 복수의 그룹에 할당되고, 그룹들이 서로 구별되고 석탄종이 그룹과 구별됨으로써, 구별하고자 하는 소정의 석탄종이 다른 석탄종과 구별된다.

표본점이 위치하는 지역은 흡광도 변환값의 변수 x1, x2, x3, x4와 계수 a0, a1, a2, a3, a4로 식(4)에 의해 특정될 수 있다.

Z=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4 ‥‥ (4)

계수 a0, a1, a2, a3, a4에 대해서는 뒤에서 설명할 것이다.

계수 a0, a1, a2, a3, a4를 가지는 다음의 식(5)은 4차원 공간(2차원 평면을 확장함으로써 얻어지는 개념상의 공간)내의 하나의 평면을 나타낸다.

a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4 ‥‥ (5)

식(5)의 주요 항의 계수 a0, a1, a2, a3, a4를 가지는 상기 구별식(식(4))은 식(5)의 평면에 평행한 평면을 나타낸다.

식(5)의 평면에서 식(4)의 평면까지의 거리는 Z/△ 로 나타내어진다. (단, △=±

[a1²+a2²+a3²+a4²]^1/2) ‥‥ (6)

하나의 표본이 x1^*, x2^*, x3^*, x4^*인 흡광도 감소값을 나타내며, 식(4)의 값이 Z^*라고 가정하면, 그것에 대응하는 표본점은 Z^*라는 상수로 식(7)의 평면상의 하나의 점위로 떨어진다.

Z^*=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4 ‥‥ (7)

이러하므로, 식(5)에 의해 나타내어지는 평면으로부터 흡광도 감소 값 x1^*, x2^*, x3^*, x4^*에 대응하는 표본점까지의 거리는 식(6)으로부터 Z^*/△로 된다. 양 또는 음의 값으로서 △값이 정의된 것은 거리의 양 또는 음의 값을 나타내며, 극성은 방향을 나타낸다.

구별식의 값 Z^*는 거리에 비례한다. 이러한 이유로, 표본점의 양 또는 음의 값에 따라 식(5)에 의해 나타내어지는 평면의 어느 면에 표본점이 위치하는지를 결정할 수 있다.

식(5)에 의해 나타내어지는 복수의 평면(이하에서는 "참조 평면"이라 언급함)은 4차원 공간내의 그룹 또는 각각의 석탄종에 고유한 영역을 나누는 평면이라고 가정된다. 각각의 석탄종 및 각 그룹의 영역과 복수의 참조평면이 설정되는 프로세스에서, 분별하고자 하는 그룹과 석탄종과 계수 a0, a1, a2, a3, a4의 집합이 결정된다.

우선, 구별하고자 하는 복수의 석탄 종류의 각각에 대해 흡광도 감소 값(x1, x2, x3, x4)을 표본화하며, 상기 표본점의 분포를 각 석탄종에 대하여 조사한다. 석탄종 또는 종의 그룹의 각각에 대한 2개 지역의 평균 표본점을 가정하면, 두 지역의 평균 표본점 사이의 중간점을 통해 높은 정밀도로 2개 지역을 나누도록 하는 계수a0, a1, a2, a3, a4가 구해진다. 이들 계수는 음 또는 양의 극성에 따라 영역을 판별하기 위해 구별식(식(1))내의 계수로서 사용된다. 구별식내의 영점(zero) 값(z)은 영으로 간주된다.

높은 정밀도로 2개의 지역을 나누는 평면의 계수를 얻기 위해 분산해석(disper-sion analysis)이 사용될 수 있다. 예컨대, 표 4에 나타낸 바와 같이, 2개의 지역, 즉, 제1그룹과 제2그룹을 나누기 위해 흡광도 감소값에 대응하는 변수의 수가 p이고, 제1그룹내 표본의 수가 n1이고, 제2그룹내 표본의 수가 n2라고 가정하자.

[표 4]

그러면, 계수 a1, a2, a3, a4에 대응하는 계수 a1, a2, … , ap는, 제1그룹과 제2그룹내 평균 값 사이의 표준화한 거리를 최대화하는 연립방정식 식(8)의 해답으로서 계산된다.

여기서

게다가, 계수 a0는 식(9)에 의해 얻을 수 있다.

제6도는 석탄종을 그룹화하고, 다른 것과 구별하는 절차를 나타내고 있다. 본예에서는, 17개의 석탄종(A에서 Q까지)이 트리(tree) 구조를 이루는 복수의 그룹으로 그룹화된다. 트리구조의 각각의 분기점에 설정되는 계수((a)에서 (p)를 가지는 각각의 구별식에 의해, 판별하고자 하는 석탄종이 어느 그룹에 속하는지가 결정된다. 각 구별식의 계수는 제7도에 도시한 바와 같이 메모리(13)내의 표에 저장된다. 구별 결과를 기초로 하여, 뒤이은 방정식의 계수가 선택된다.

우선, 계수(a)가 구별식의 z값의 극성을 결정하기 위해 선택된다. 선택된 것이 석탄종 A라면 처리는 종료된다. 그렇지 않으면, 계수(b)는 석탄종 B에서 H까지의 하나의 그룹과 석탄종 I에서 Q까지의 다른 그룹사이에서 판별을 행하기 위해 선택된다. 유사하게, 판별결과를 기초로 하여, 계수(c)에서 (p)까지가 연속적으로 선택되며, 하나의 석탄종이 결정될 때까지 판별을 실행한다.

제8도는 제2실시예의 동작을 나타내는 플로챠트이다.

우선, 스텝 S1에서, 컨베이어에 의해 공급되며, 그의 종류를 구별하고자 하는 석탄이 빛에 의해 조사된다. 스텝 S2에서, 제1구별식의 계수가 선택되며, 스텝 S3에서 흡광도 변환 계수 x1, x2, x3와 x4가 각각의 측정 파장에 대해 계산되고, 이와 같이 계산된 이들 값은 구별식에 대입된다. 스텝 S4에서 판별하고자 하는 석탄이 하나의 석탄종으로서 판정되었는지 아닌지를 결정한다. 만일 판정되지 않았다면, 판정하고자 하는 그룹에 대응하는 후속하는 식의 계수가 선택되고 스텝 S3로 되돌아가 상기 처리를 반복한다. 따라서, 판별하고자 하는 석탄이 스텝 S4에서 하나의 석탄 종류로 특정된 후에, 판정결과가 출력된다 (예컨대, 석탄종이 표시된다).

전술한 바와 같이, 판별하고자 하는 석탄종은 비접촉 방식에 의해 실시간으로 결정된다. 이런 이유로, 본 발명은 온라인 상의 석탄에 적용할 수 있다. 근적외선이 사용되기 때문에, 석탄종은 산란광, 표본 온도 등으로부터 별로 영향을 받지 않고 높은 정밀도로 판정될 수 있다.

제2실시예에서는, 비록 4종류의 측정 파장이 사용되었지만, 어떠한 복수 종류의 측정파장도 사용될 수 있다. 파장 종류의 수의 증가는 구별의 정확성을 향상시킨다.

Claims

석탄 등급에 대응하는 탄종성상(炭種性狀)의 구별 값을 준비하는 단계와 ; 여러가지 파장을 가지는 근적외선을 구별하고자 하는 석탄에 조사하고 상기 석탄으로부터 반사되는 근적외선의 빛을 수신하는 단계와 ; 상기 석탄의 흡광도를 얻는 단계와 ;상기 흡광도와 소정의 교정 곡선을 기초로하여 구별하고자 하는 석탄의 탄종성상의 구별 값을 얻는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 석탄종 구별법.
제1항에 있어서, 상기 근적외선의 파장 대역은 1500nm에서 2400nm까지인 것을 특징으로 하는 석탄종 구별법.
제1항에 있어서 상기 근적외선을 하나 또는 복수의 측정빔과 하나의 참조빔으로서 사용하여, 상기 참조빔에 대한 각 측정빔의 비율의 로그값으로서 각각의 흡광도를 얻으며, 상기 교정 곡선은 상기 탄종성상 구별값의 종속 변수와 상기 각각의 흡광도의 독립 변수를 포함하는 선형방정식으로 나타내어지며, 상기 선형 방정식의 계수는 교정에 의해 설정되어 상기 로그값과 상기 선형방정식을 기초로 하여 상기 탄종성상을 얻도록 하는 것을 특징으로 하는 석탄종 구별법.
석탄 등급에 대응하는 탄종성상의 구별 값을 기초로 하여 석탄종을 구별하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별 장치에 있어서, 여러 가지 파장을 가지는 근적외선을 구별하고자 하는 석탄에 조사하고 상기 석탄으로부터 반사되는 근적외선의 빛을 수신하여 그것에 대응하는 광수신 신호를 생성시키는 측정헤드와 ; 상기 측정 헤드로부터 반사되는 수신광을 기초로 근적외선의 흡광도를 얻고, 상기 흡광도와 소정의 교정곡선을 기초로 상기 탄종성상 구별값을 얻기 위한 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별 장치.
제4항에 있어서, 상기 측정헤드는 광원과, 상기 근적외선이 관통하는 필터를 가지는 필터휠을 구비하고, 상기 필터는 원형으로 배치되어 상기 필터휠이 회전하는 상기 광원으로부터 나오는 빛에서 상기 근적외선을 생성시키는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.
제4항에 있어서, 상기 제어기는 상기 교정곡선의 데이터를 저장하기 위한 메모리와, 상기 교정 곡선과 상기 흡광도의 데이터를 기초로 하여 상기 탄종성상을 계산하기 위한 마이크로 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.
제4항에 있어서, 상기 제어기는 상기 탄종성상 구별값을 표시하는 표시수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.
제4항에 있어서, 상기 제어기는 아날로그 수신광 신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.
제4항에 있어서, 상기 측정헤드는 광원과, 상기 근정외선이 관통하는 필터를 가지는 필터휠을 구비하며, 상기 필터는 원형으로 배치되어 상기 필터휠이 회전하여 상기 광원으로부터 나오는 빛에서 상기 근적외선을 생성시키며, 상기 제어기는, 상기 교정곡선의 데이터를 저장하기 위한 메모리와, 상기 교정 곡선의 데이터와 상기 흡광도를 기초로 하여 상기 탄종성상을 계산하기 위한 마이크로 컴퓨터와, 구해진 상기 탄종성상 구별값을 표시하는 표시수단과, 상기 측정 헤드로부터 수신된 아날로그 신호를 변환시키는 A/D 변환수단을 구비하여, 연속적으로 이동하는 석탄의 종류를 비접촉 방식으로 자동적으로 구별하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.
측정하고자 하는 복수의 삭탄에 여러 가지의 파장을 가지는 복수의 근적외선을 조사하였을 때 반사된 빔을 기초로 하여 각각의 석탄종의 흡광도의 분포를 얻는 단계와 ; 상기 흡광도의 분포에 따라 상기 석탄종을 복수의 그룹으로 분류하는 단계와 ; 소정의 조합으로된 2개의 그룹에 대한 흡광도 영역을 나누는 경계로부터의 거리에 대응하는 구별식을 저장하는 단계와 ; 흡광도를 얻기 위해 상기 근적외선으로 상기 측정하고자 하는 석탄에 조사하는 경우에 상기 석탄으로부터 반사되는 상기 근적외선의 빔을 수신하는 단계와 ; 상기 흡광도와 상기 구별식을 기초로 하여 판별하고자 하는 석탄종이 속하는 상기 2개 그룹중의 하나를 연속적으로 구별하는 단계를 구비하는 석탄종 구별법.
제10항에 있어서, 상기 구별식을 상기 복수의 파장에 대응하는 복수의 흡광도의 변수를 가지는 선형방정식인 것을 특징으로 하는 석탄종 구별법.
여러 가지의 파장을 가지는 복수의 근적외선에 대한 사용하고자 하는 복수종류의 석탄의 흡광도의 분포가 미리 구해지며, 상기 복수종류의 석탄은 상기 분포에 따라 소정의 석탄종의 집합으로 각각 이루어지는 복수의 그룹으로 분류되며, 상기 복수 그룹중에서 소정 조합으로 된 2개의 그룹에 대한 흡광도의 분포영역을 나누는 경계에서부터의 거리에 대응하는 구별식을 기초로하여 판별하고자 하는 석탄종을 구별하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별 장치에 있어서, 여러 가지 파장을 가지는 복수의 근적외선으로 석탄을 조사하고 상기 석탄으로부터 반사된 근적외선을 수신하여 수신된 빛의 양에 대응하는 수신신호를 생성시키는 측정헤드와 ; 상기 측정헤드로부터 생성된 수신 근적외선을 기초로 하여 근적외선에 대한 석탄의 흡광도를 얻는 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 근적회선을 사용하는 석탄종 구별장치.
제12항에 있어서, 상기 측정헤드는 광원과 상기 근적외선이 관통하는 필터를 가지는 필터휠을 구비하며, 상기 필터는 원형으로 배치되어 상기 필터휠이 회전하여 상기 광원으로부터 나오는 빛에서 상기 근적외선을 생성시키는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.
제12항에 있어서, 상기 제어기는 상기 구별식의 데이터를 저장하기 위한 메모리와, 상기 교정곡선의 데이터와 상기 흡광도를 기초로 하여 상기 탄종성상을 계산하기 위한 마이크로 컴퓨터를 구비한 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.
제12항에 있어서, 상기 제어기는 구해진 석탄종을 표시하기 위한 표시수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.
제12항에 있어서, 상기 제어기는 아날로그 수신광 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.
제12항에 있어서, 상기 측정헤드는 광원과, 상기 근적외선이 관통하는 필터를 가지는 필터휠을 구비하여, 상기 필터는 원형으로 배치되어 상기 필터휠이 회전하여 상기 광원으로부터 나오는 빛에서 상기 근적외선을 생성시키며, 상기 제어기는, 상기 구별식의 데이터를 저장하기 위한 메모리와, 상기 교정곡선의 데이터와 상기 흡광도를 기초로 하여 상기 석탄종을 계산하기 위한 마이크로 컴퓨터와, 구해진 상기 석탄종을 표시하기 위한 표시수단과, 상기 측정헤드로부터 수신한 아날로그 신호를 변환하기 위한 A/D 변환수단을 포함하여, 연속적으로 이동하는 석탄의 종류를 비접촉 방식으로 자동적으로 구별하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 사용하는 석탄종 구별장치.