Радиоизотопная измерительная система

(51) 01 23/12 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ дены Т-триггер, третий детектор излучения, пятый и шестой элементы И, четыре счтчика импульсов,шестой шинный формирователь, причм выход третьего детектора соединн с первыми входами третьего и шестого элементов И, а выходы первого и второго детекторов соединены с первыми входами соответственно четвртого и пятого элементов И,при этом вторые входы первого, второго и третьего элементов И соединены с прямым выходом Ттриггера, инверсный выход которого соединн со вторыми входами четвртого, пятого и шестого элементов И, и с первым входом блока обработки и вычисления, а входы Т-триггера соединены с выходом таймера, причм выходы первого, второго,третьего, четвртого, пятого и шестого элементов И соединены соответственно со входами первого, второго, третьего, четвртого, пятого и шестого счтчиков импульсов, информационные выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого, второго, третьего, четвртого, пятого и шестого шинных формирователей, при этом выходы шинных формирователей соединены с информационным входом блока обработки и вычисления, первый выход которого соединн со входами начальной установки первого, второго и третьего счтчиков импульсов, второй выход блока обработки и вычисления соединн со входами начальной установки четвртого, пятого и шестого счтчиков импульсов, при этом третий, четвртый, пятый,шестой, седьмой и восьмой выходы блока обработки и вычисления соединены соответственно со входами выборки первого, второго, третьего, четвртого, пятого и шестого шинных формирователей.(72) Савелов Владимир Дмитриевич Намазбаев Тлеухан Серикбаевич(57) Система относится к измерительным системам для бесконтактного и дистанционного измерения физико-химических параметров сыпучих материалов с помощью радиоизотопных методов и может быть использована в химической,горнообогатительной, металлургической и других отраслях промышленности, использующих сыпучие материалы. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение помехоустойчивости радиоизотопной измерительной системы. Технический результат достигается тем, что в радиоизотопную измерительную систему для бесконтактного и дистанционного измерения физикохимических параметров сыпучих материалов, содержащую радиоизотопный источник ионизирующего излучения, первый и второй детекторы излучения, четыре элемента И, два счтчика импульсов,таймер, пять шинных формирователей, блок обработки и вычисления, причм выходы первого и второго детекторов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вве 14041 Система относится к измерительным системам для бесконтактного и дистанционного измерения физико-химических параметров сыпучих материалов с помощью радиоизотопных методов и может быть использована в химической, горно-обогатительной, металлургической и других отраслях промышленности, использующих сыпучие материалы. Известен прибор для измерения влажности (а. с. СССР 397824, кл.0123/02,01 Т 1/17),содержащий два измерительных канала, один из которых предназначен для регистрации водородосодержания и плотности контролируемого материала, а второй - для регистрации только плотности материала, два вентильных устройства, блок управления, измерительную и времязадающие пересчтные схемы с соответствующими связями. Прибор для измерения влажности осуществляет автоматическую коррекцию показаний для измерения влажности при изменении плотности контролируемого материала. Прибор работает следующим образом. В исходном состоянии вентильные устройства закрыты. При включении прибора по сигналу с блока управления вентильные устройства открываются. Измерительная и времязадающая пересчтные схемы начинают одновременно заполняться импульсами с каналов регистрации. Количество импульсов с первого канала регистрации пропорционально влажности и плотности контролируемого материала, а количество импульсов со второго канала регистрации пропорционально только плотности контролируемого материала. Время измерения равно времени заполнения времязадающей пересчтной схемы, т.е. обратно пропорционально плотности контролируемого материала. По окончании заполнения времязадающей пересчтной схемы импульсами с канала регистрации по сигналу с блока управления вентильные устройства закрываются, и на измерительной пересчтной схеме будет зарегистрировано количество импульсов, равное произведению скорости счта импульсов с канала регистрации и времени измерения. Таким образом, количество импульсов на измерительной пересчтной схеме будет зависеть только от влажности контролируемого материала. Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности достаточно оперативно и быстро осуществлять непрерывный набор информации с датчиков, контролирующих быстропротекающие технологические процессы в реальном масштабе времени. Например, непрерывный и бесконтактный контроль физико-химических параметров сыпучих материалов на конвейерной ленте с помощью радиоизотопных источников ионизирующего излучения производится путм облучения контролируемого материала и затем регистрации вторичного излучения от этого материала. Регистрация (детектирование) вторичного излучения, несущего информацию о параметрах контролируемого материала, про 2 производится с помощью датчиков (детекторов). С детекторов излучения эта информация, например, в виде числа зарегистрированных электрических импульсов определенной амплитуды обрабатывается средствами вычислительной техники. Например, при измерении параметров материалов, транспортируемых на конвейерной ленте, двигающейся со скоростью 1-1,5 м/с, в точке контроля очень быстро изменяются не только физикохимические параметры материала (влажность, плотность, химический состав), но и его геометрия (толщина слоя материала на конвейерной ленте,гранулометрический состав и т.д.). Так как вторичное излучение пропорционально массе материала,присутствующего в точке контроля, то накопление и считывание информации с датчиков должно производиться одновременно в темпе с динамикой процесса и по времени соответствовать характеристикам материала на данный момент измерения. В известном устройстве время регистрации(набора информации) зависит от плотности контролируемого материала, в предположении, что геометрия измерения не изменяется. Поэтому время регистрации не связано никаким образом с динамикой самого контролируемого материала, что приводит к значительным погрешностям при использовании известного устройства для измерения, например, на конвейерной ленте. Таким образом, данное устройство не позволяет осуществлять регистрацию сигналов в темпе с процессом Известное устройство не позволяет осуществлять непрерывную регистрацию сигналов (импульсов), так как необходим определнный промежуток времени, в течение которого происходит считывание зарегистрированной информации. Это приводит не только к возрастанию времени измерения, но и к потере информации о контролируемом быстропротекающем процессе. Например, если время регистрации (набора информации) 20-50 мс, то время считывания информации в течение 2-5 мс уже становится существенным, так как в течение этого промежутка времени не производится регистрация сигналов. Кроме того, при одновременном измерении параметров быстропротекающего технологического процесса по нескольким измерительным каналам эти каналы должны функционировать синхронно. Последовательный опрос информации со многих датчиков приводит к дополнительным временным потерям, связанным со считыванием и обработкой информации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой системе является устройство для контроля влажности сыпучих материалов (см. а. с.1208940, кл.0615/46, СССР), содержащее радиоизотопный источник, два детектора, четыре элемента И, два реверсивных счтчика импульсов, таймер, пять шинных формирователей, блок управления, вычислительный блок, блок памяти, генератор,блок выходных преобразователей, два преобразователя код-частота, эталонный блок, блок управления 14041 калибровкой и блок управления перемещением с соответствующими связями. В известном устройстве информационные сигналы о влажности и насыпной плотности с двух групп детекторов непрерывно поступают на суммирующие входы соответственно двух реверсивных счтчиков импульсов. На вычитающие входы этих реверсивных счтчиков поступают импульсные сигналы 1 и 2 соответственно с двух преобразователей код-частота, причм где г - частота на выходе генератора импульсовразрядность преобразователя код-частота 1, 2 коды, поступающие на входы преобразователей код-частота. При этом кодовые сигналы 1, 2 равны нулю,например, реверсивные счтчики обнулены и, следовательно, отсутствуют импульсные сигналы на выходах двух преобразователей частота-код и соответственно на входах двух реверсивных счтчиков. При поступлении информационных сигналов на суммирующие входы двух реверсивных счтчиков коды 1 и 2 увеличиваются и, следовательно,частота импульсов 1 и 2 на выходах преобразователей начинает увеличиваться. Так как 1 и 2 поступают на вычитающие входы двух счтчиков, то это в свою очередь приводит к уменьшению значения кодов 1 и 2. В равновесном состоянии частоты 1 и 2 на выходах двух преобразователей код-частота равны соответственно интенсивностям ,сигналов с выхода групп детекторов, регистрирующих информацию о влажности и плотности Тогда значения кодов 1 и 2 на выходе двух реверсивных счтчиков пропорциональны интенсивностями Равновесное состояние поддерживается постоянно. При скачкообразном изменении сигналов ,значение кодов 1, 2 изменяется с постоянной времени, определяемой разрядностьюдвух преобразователей код-частота и частотой г Таким генератора. образом, в известном устройстве осуществляется регистрация и сглаживание частотноимпульсной информации. В дальнейшем значения 1 и 2 с периодичностью, определяемой блоком управления, поступают на информационные шины и оттуда в вычислительный блок для последующей обработки. Таким образом, в известном устройстве осуществляется регистрация и сглаживание частотноимпульсной информации. Зависимость интенсивности выходных сигналов блоков ,от насыпной плотности рс и объмной влажностиможет быть представлена системой уравнений 012 012 ,(7) где а 0 и 0 - постоянные коэффициенты, определяющие фоновые сигналы на выходах соответствующих блоков регистрации 1, 1 - коэффициенты,определяющие чувствительность соответственно первого и второго блоков регистрации к насыпной плотности рс а 2, 2 - коэффициенты, определяющие чувствительность соответственно первого и второго блоков регистрации к объмной влажности материала . Влажность материала, с учтом (7), определяется по формуле Недостатком устройства является низкая помехоустойчивость, связанная с невозможностью в известном устройстве фильтровать аномальные выбросы (ошибки) измеренных значений 1 и 2, которые присутствуют в реальных условиях эксплуатации и которые, в свою очередь, приводят к погрешности измерения. В известном устройстве информация заносится в реверсивный счтчик, где усредняется по определенному закону (экспоненциальное сглаживание), в этом случае аномальный выброс будет присутствовать на выходе устройства в течение времени определяемой постоянной интегрирования, которая будет зависеть от г и разрядностипреобразователя код-частота. В настоящее время используются программные пакеты для статистической обработки массивов информации, а при таком виде регистрации импульсов не представляется возможным выделить и исключить аномальные выбросы (грубые промахи) в значениях частотно-импульсных сигналов. Следовательно, такой вид регистрации частотно-импульсных сигналов, используемый в известном устройстве, обладает низкой помехоустойчивостью к аномальным выбрасам (ошибкам) и не позволяет применять методы цифровой обработки этих сигналов, что приводит в итоге к погрешности определения влажности и насыпной плотности. Кроме того, известное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями,так как его невозможно использовать для контроля за быстропротекающими процессами, например,при измерениях параметров материала на конвейерной ленте. Это обусловлено тем, что устройство не предназначено для регистрации сигналов при изме 3 14041 няющейся геометрии материала на конвейерной ленте. Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей радиоизотопной измерительной системы за счт измерения физикохимических параметров движущихся материалов,например, при транспортировании их на конвейере,и повышение помехоустойчивости за счт исключения погрешностей, связанных с аномальными выбросами (ошибками). Технический результат достигается тем, что в радиоизотопную измерительную систему для бесконтактного и дистанционного измерения физикохимических параметров сыпучих материалов, содержащую радиоизотопный источник ионизирующего излучения, первый и второй детекторы излучения, четыре элемента И, два счтчика импульсов,таймер, пять шинных формирователей, блок обработки и управления, причм выходы первого и второго детекторов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, введены Т-триггер, третий детектор излучения, пятый и шестой элементы И, четыре счтчика импульсов,шестой шинный формирователь, причм выход третьего детектора соединн с первыми входами третьего и шестого элементов И, а выходы первого и второго детекторов соединены с первыми входами соответственно четвртого и пятого элементов И,при этом вторые входы первого, второго и третьего элементов И соединены с прямым выходом Ттриггера, инверсный выход которого соединн со вторыми входами четвртого, пятого и шестого элементов И, и с первым входом блока обработки и управления, а входы Т-триггера соединены с выходом таймера, причм выходы первого, второго,третьего, четвртого, пятого и шестого элементов И соединены соответственно со входами первого, второго, третьего, четвртого, пятого и шестого счтчиков импульсов, информационные выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого, второго, третьего, четвртого, пятого и шестого шинных формирователей, при этом выходы шинных формирователей соединены с информационным входом блока обработки и управления, первый выход которого соединн со входами начальной установки первого, второго и третьего счтчиков импульсов, второй выход блока обработки и управления соединн со входами начальной установки четвртого, пятого и шестого счтчиков импульсов, при этом третий, четвртый, пятый,шестой, седьмой и восьмой выходы блока обработки и вычисления соединены соответственно со входами выборки первого, второго, третьего, четвртого, пятого и шестого шинных формирователей. На фиг. 1 представлена структурная схема радиоизотопной измерительной системы на фиг. 2 представлена временная диаграмма сигналов с первого детектора на фиг. 3 представлена блок-схема алгоритма функционирования системы. Радиоизотопная измерительная система содержит радиоизотопный источник 1 ионизирующего излучения, первый 2, второй 3 и третий 4 детекторы 4 излучения, таймер 5, Т-триггер 6, первый 7, второй 8, третий 9, четвртый 10, пятый 11 и шестой 12 элементы И, первый 13, второй 14, третий 15, четвртый 16, пятый 17 и шестой 18 счетчики импульсов, первый 19, второй 20, третий 21, четвртый 22,пятый 23, шестой 24 шинные формирователи, блок 25 обработки и управления. Прямой 26 выход Ттриггера 6 соединн соответственно со вторыми входами элементов 7, 8, 9 И, а инверсный выход 27 Т-триггера соединн с входом 28 блока 25 обработки и вычисления. Входы начальной установки счтчиков 13, 14, 15 соединены с первым выходом 29 блока 25, второй выход 30 которого соединн со входами начальной установки счтчиков 16, 17, 18. Выходы 31, 32, 33, 34, 35, 36 блока 25 соединены соответственно со входами выборки шинных формирователей 19, 20, 21, 22, 23, 24. Выходы шинных формирователей соединены с информационным входом 37 блока 25. Система может быть использована для измерения влажности сыпучих материалов, таких, как кокс, аглошихта, железорудный концентрат, либо для измерения зольности тврдых топлив, таких, как кокс, уголь и угольные концентраты. Система работает следующим образом. Ионизирующее излучение от радиоизотопного источника 1 облучает контролируемый материал, при этом регистрируется вторичное излучение, которое нест информацию о физико-химических свойствах этого материала. Вторичное излучение регистрируется с помощью детекторов 2, 3, 4 излучения. Сигналы с детекторов в виде частотно-импульсных сигналов поступают через элементы 7-12 И на счтчики 13-18 импульсов, где производится их регистрация в виде цифрового кода в течение заданного времени. Цифровой код посредством шинных формирователей 19-24 поступает в блок 25 обработки и управления,где производится обработка полученной информации и вычисление измеренных параметров контролируемого материала. Особенностью радиоизотопных методов измерения является то, что каналы регистрации в большей или меньшей степени чувствительны к каждому из контролируемых параметров влажности(зольности), плотности и толщине слоя материала. Но для измерения необходима независимость этих каналов, которая подразумевает разную чувствительность этих каналов к измеряемым параметрам. Например, при измерении зольности или влажности сыпучего материала, транспортируемого конвейерной лентой, первый детектор наиболее чувствителен к зольности или влажности материала, второй детектор наиболее чувствителен к плотности материала (канал плотности), третий детектор должен быть наиболее чувствителен к толщине слоя материала. Причм регистрация импульсов производится одновременно с трех детекторов 2, 3, 4 излучения сначала в первом 13, втором 14 и третьем 15 счтчиках импульсов (первая группа счтчиков), а затем в четвртом 16, пятом 17 и шестом 18 счтчиках 14041 Время, в течение которого задается регистрация, а также выбор соответствующей группы счтчиков, на которые поступают импульсы с детекторов, задается с помощью таймера 5 и Т-триггера 6. На выходе таймера 5 (см. фиг. 2) формируются импульсы с периодом следования Тн.и., равным времени набора информации счтчиками. Эти импульсы поступают на тактовый вход Ттриггера 6, на прямом 26 и инверсном 27 выходах(см. фиг. 2) которого формируются импульсы с периодом следования 2 Тн.и. и длительностью, равной Тн.и В том случае, когда на прямом выходе 26 Ттриггера 6 присутствует логическая единица, то этот сигнал является разрешающим прохождение импульсов с детектора 2 через элементы 7 И. При этом логический ноль на инверсном выходе 27 Ттриггера 6 запрещает прохождение сигналов с детектора через элемент 10 И. В том случае, когда на инверсном выходе 27 Ттриггера присутствует логическая единица, а на прямом выходе 26 логический ноль, счтчики 13,14, 15 одновременно регистрируют импульсы с детекторов, а счтчики 16, 17, 18 не регистрируют. В следующий цикл измерения регистрация импульсов производится счтчиками 16, 17, 18. Время набора информации равно длительности Тн.и. импульсов на прямом и инверсных выходах Ттриггера 6. Определение состояния Т-триггера производится путм ввода сигнала с выхода 27 Ттриггера в блок 25 обработки и управления. Аналогичным образом происходит регистрация импульсов со второго 3 и третьего 4 детекторов. Считывание информации со счтчиков и их начальная установка производится после завершения набора информации, например, на счтчиках 13, 14,15, и начала процесса набора информации счтчиками 16,17, 18 (см. фиг. 3). По сигналам 31, 32, 33 производится считывание кода с информационных выходов первой группы счтчиков в блок 25 обработки и управления, а по сигналу 29 производится одновременная начальная установка (сброс) первой группы счтчиков. По сигналам 34, 35, 36 производится считывание кода с информационных выходов второй группы счтчиков,по сигналу 30 производится одновременная начальная установка (сброс) второй группы счтчиков. По сигналам с выходов 34, 35, 36 блока 25 обработки и управления производится считывание кода с информационных выходов второй группы счтчиков, а по сигналу с выхода 30 производится одновременная начальная установка (сброс) второй группы счтчиков. Количество зарегистрированных импульсов 1,2, 3 пропорционально соответственно объмной влажности(объмной зольности р), насыпной плотности рс и толщине слоя материалана конвейерной ленте. Эту зависимость в общем случае для объмной влажности можно представить в виде 1 а 01 а 2 рса 3(9) 201 2 рс 3 3012 рсс 3. Для объмной зольности зависимость будет иметь следующий вид 1 а 01 ра 2 рса 3 2012 рс 3(10) 301 р 2 рс 3,где а 0, 1, а 2, а 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3 - градуировочные коэффициенты- объмная влажность (массовая доля влаги в единице объма), г/см 3 р - объмная зольность (массовая доля золы в единице объма), г/см 3 рс - насыпная плотность материала, г/см 3- толщина слоя материала, см. Решая эти системы уравнений, находят , для каждого момента регистрации (набора информации). Тогда влажностьили зольность А контролируемого материала можно вычислить формулам В качестве радиоизотопного источника при измерении влажности может использоваться источник быстрых нейтронов, например, на основе изотопа плутония Р 239, типа ИБН-6. При измерении зольности может использоваться источник гаммаизлучения, например, на основе изотопа 241,типа ИГИА-3. В качестве детекторов ионизирующего излучения при измерении влажности может использоваться детектор медленных нейтронов типа СНМ-18-1. Для регистрации гамма-излучения при измерении зольности может использоваться детектор гаммаизлучения на основе сцинтилляционного детектора,например, типа БДЭГ-4. Шинные формирователи предназначены для обмена информацией между счтчиками импульсов и блоком управления и вычисления. В качестве шинных формирователей могут быть взяты шинные формирователи, выполненные на микросхемах КР 580 ВА 86/ВА 87 (Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем Справочник / Под ред. Шахнова. М. Радио и связь, 1988,т. 1, с. 163-166). Введение дополнительных элементов дат возможность разделить весь процесс измерения на две непрерывные части - набор первичной информации 1, 2, 3 и ввод и обработку информации. В предлагаемом устройстве можно задавать время Тн.и. набора информации в широких пределах. При этом не происходит потери информации при контроле быстропротекающих технологических процессов. Также для данного технического решения за счт отсутствия пропусков во время набора информации уменьшается время измерения. 14041 Кроме того, применение такого устройства с дискретной по времени регистрацией первичной информации 1, 2, 3 позволяет использовать для обработки этой информации стандартные алгоритмы и программы фильтрации. В частности, для фильтрации аномальных ошибок (выбросов) можно использовать методы и алгоритмы, приведнные,например, в книге (Новослов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчта информационно-измерительных систем. М. Машиностроение, 1980, с. 235260). Таким образом, предлагаемая система, в отличие от известных, позволяет производить измерение в реальном масштабе времени, например, при измерении физико-химических параметров при транспортировании их на конвейерной ленте. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Радиоизотопная измерительная система для бесконтактного и дистанционного измерения физикохимических параметров сыпучих материалов, содержащая радиоизотопный источник ионизирующего излучения, первый и второй детекторы излучения, четыре элемента И, два счтчика импульсов,таймер, пять шинных формирователей, блок обработки и управления, причм выходы первого и второго детекторов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, отличающаяся тем, что введены Т-триггер, третий детектор излучения, пятый и шестой элементы И,четыре счтчика импульсов, шестой шинный формирователь, причм выход третьего детектора со 6 единн с первыми входами третьего и шестого элементов И, а выходы первого и второго детекторов соединены с первыми входами соответственно четвртого и пятого элементов И, при этом вторые входы первого, второго и третьего элементов И соединены с прямым выходом Т-триггера, инверсный выход которого соединн со вторыми входами четвртого, пятого и шестого элементов И, и со входом стробирования блока обработки и управления, а вход Т-триггера соединн с выходом таймера, причм выходы первого, второго, третьего, четвертого,пятого и шестого элементов И соединены соответственно со входами первого, второго, третьего, четвртого, пятого и шестого счтчиков импульсов, информационные выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого,второго, третьего, четвртого, пятого и шестого шинных формирователей, при этом выходы шинных формирователей соединены с информационным входом блока обработки и управления, первый выход начальной установки которого соединн со входами начальной установки первого, второго и третьего счтчиков импульсов, а второй выход начальной установки блока обработки и управления соединн со входами начальной установки четвртого, пятого и шестого счтчиков импульсов, при этом третий, четвртый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы выборки блока обработки и управления соединены соответственно со входами выборки первого, второго, третьего, четвртого, пятого и шестого шинных формирователей.