射線傳感器在蔗絲厚度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、引言

　　廣西是產(chǎn)糖大省，甘蔗糖產(chǎn)量占全國60％以上。由于糖廠壓榨車間空氣中糖分子濃度較高，許多電子測量儀器設(shè)備受到不斷增加的糖分子附著、結(jié)塊等惡劣環(huán)境的直接影響而無法實現(xiàn)甘蔗絲厚度的均衡控制，長期以來，制糖企業(yè)壓榨車間榨量控制都是由操作人員憑經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)操作，所以甘蔗榨量不穩(wěn)定，瞬時負荷過大，造成撕裂機電機等機械部件損壞。

　　由于制糖企業(yè)中壓榨工況的好壞對整個糖廠的穩(wěn)定均衡生產(chǎn)至關(guān)重要，制糖企業(yè)又非常迫切需要解決甘蔗絲均衡傳輸自動調(diào)節(jié)的問題，為滿足廣西制糖企業(yè)的實際生產(chǎn)需要，我們利用放射源和γ射線傳感器檢測蔗層的厚度，通過微機和變頻器控制輸蔗機均衡速度，還利用微機監(jiān)控程序完成了輸蔗的自動計量和參數(shù)的在線設(shè)置，不但可以準(zhǔn)確掌握日壓榨量，自動計算原料抽出率，而且達到了均衡生產(chǎn)，減少設(shè)備故障率的目的。這對糖廠鍋爐產(chǎn)汽量、蒸發(fā)罐入計、糖漿錘度穩(wěn)定、甘蔗砍運、壓榨、鍋爐、蒸發(fā)、煮糖、成品等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定都起到了關(guān)鍵性的控制作用。

2、系統(tǒng)工作原理

2.1 系統(tǒng)控制過程

　　拖動電機選型確定以后，其傳動比、傳動齒輪齒數(shù)、齒距也就確定，傳送帶上傳送甘蔗絲的速度v和拖動電機轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為：

　　式中m為傳動鏈輪齒距，z為甘蔗絲傳送機傳動輪齒數(shù)，a為傳動比，ni為拖動電機轉(zhuǎn)速。傳送帶上甘蔗絲的重量表示如下：

2.2 射線傳感器測量蔗層厚度原理

　　γ射線傳感器是利用放射性同位素，依據(jù)被測物料對γ射線吸收、反散射和透射作用而進行工作的。當(dāng)核放射源放射出的γ射線穿透甘蔗絲到達γ射線傳感器的過程中，一部分γ射線被甘蔗絲吸收，一部分γ射線透過甘蔗絲被γ射線傳感器吸收；在γ射線的照射下，γ射線的強度和被測甘蔗絲厚度之間的關(guān)系為：

　　式中I和I0分別為γ射線穿過被測甘蔗絲后的輻射強度和穿過被測甘蔗絲前的輻射強度，C為積因子，m為線性衰減系數(shù)，d為被測甘蔗絲厚度。因此，I0一定時，I值的相對變化量就反映了甘蔗絲厚度d。

　　γ射線傳感器輸出的微弱電流信號，經(jīng)前置放大器放大后，輸出一個能反映傳輸帶上甘蔗絲厚度的電壓信號。由于γ射線傳感器輸出電壓信號與輸入γ射線強度成正比關(guān)系，則式(3)可轉(zhuǎn)換為：

　　式中U和U0分別為γ射線穿過被測甘蔗絲后的輻射強度和穿過被測甘蔗絲前的輸出的電壓信號，WL為傳送帶上單位長度載荷量，B為甘蔗絲的平均寬度，μm為吸收系數(shù)。則載荷量：

　　由式(2)和式(9)可知，通過檢測傳送帶上甘蔗絲的厚度和傳送帶的速度，便可得到甘蔗絲的瞬時流量。

3系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計

　　如圖1所示，系統(tǒng)硬件由放射源、γ射線傳感器、工業(yè)計算機、數(shù)據(jù)采集卡、濾波器、旋轉(zhuǎn)編碼器、定時器／計數(shù)器、變頻器、大屏幕顯示器等組成。

　　甘蔗絲厚度檢測選用γ射線傳感器長度為1 500 cm，源部件采用雙源法。放射源與γ射線傳感器分別置于被測甘蔗絲的上下兩側(cè)，其距離是一定值，在放射源和被測甘蔗絲都確定的情況下，對于長半衰期的同位素，由于放射源發(fā)出的γ射線在短時間內(nèi)可視為常數(shù)，甘蔗絲越厚，吸收的γ射線越多，安裝在傳輸帶下方的γ射線傳感器接收到的γ射線就越少。因此，γ射線傳感器接收到的γ射線強弱反應(yīng)了甘蔗絲厚度的相對變化