射线传感器在蔗丝厚度自动调节系统中的应用

1、引言

　　广西是产糖大省，甘蔗糖产量占全国60％以上。由于糖厂压榨车间空气中糖分子浓度较高，许多电子测量仪器设备受到不断增加的糖分子附着、结块等恶劣环境的直接影响而无法实现甘蔗丝厚度的均衡控制，长期以来，制糖企业压榨车间榨量控制都是由操作人员凭经验手动调节操作，所以甘蔗榨量不稳定，瞬时负荷过大，造成撕裂机电机等机械部件损坏。

　　由于制糖企业中压榨工况的好坏对整个糖厂的稳定均衡生产至关重要，制糖企业又非常迫切需要解决甘蔗丝均衡传输自动调节的问题，为满足广西制糖企业的实际生产需要，我们利用放射源和γ射线传感器检测蔗层的厚度，通过微机和变频器控制输蔗机均衡速度，还利用微机监控程序完成了输蔗的自动计量和参数的在线设置，不但可以准确掌握日压榨量，自动计算原料抽出率，而且达到了均衡生产，减少设备故障率的目的。这对糖厂锅炉产汽量、蒸发罐入计、糖浆锤度稳定、甘蔗砍运、压榨、锅炉、蒸发、煮糖、成品等各个生产环节的稳定都起到了关键性的控制作用。

2、系统工作原理

2.1 系统控制过程

　　拖动电机选型确定以后，其传动比、传动齿轮齿数、齿距也就确定，传送带上传送甘蔗丝的速度v和拖动电机转速n的关系为：

　　式中m为传动链轮齿距，z为甘蔗丝传送机传动轮齿数，a为传动比，ni为拖动电机转速。传送带上甘蔗丝的重量表示如下：

2.2 射线传感器测量蔗层厚度原理

　　γ射线传感器是利用放射性同位素，依据被测物料对γ射线吸收、反散射和透射作用而进行工作的。当核放射源放射出的γ射线穿透甘蔗丝到达γ射线传感器的过程中，一部分γ射线被甘蔗丝吸收，一部分γ射线透过甘蔗丝被γ射线传感器吸收；在γ射线的照射下，γ射线的强度和被测甘蔗丝厚度之间的关系为：

　　式中I和I0分别为γ射线穿过被测甘蔗丝后的辐射强度和穿过被测甘蔗丝前的辐射强度，C为积因子，m为线性衰减系数，d为被测甘蔗丝厚度。因此，I0一定时，I值的相对变化量就反映了甘蔗丝厚度d。

　　γ射线传感器输出的微弱电流信号，经前置放大器放大后，输出一个能反映传输带上甘蔗丝厚度的电压信号。由于γ射线传感器输出电压信号与输入γ射线强度成正比关系，则式(3)可转换为：

　　式中U和U0分别为γ射线穿过被测甘蔗丝后的辐射强度和穿过被测甘蔗丝前的输出的电压信号，WL为传送带上单位长度载荷量，B为甘蔗丝的平均宽度，μm为吸收系数。则载荷量：

　　由式(2)和式(9)可知，通过检测传送带上甘蔗丝的厚度和传送带的速度，便可得到甘蔗丝的瞬时流量。

3系统设计

3.1 硬件设计

　　如图1所示，系统硬件由放射源、γ射线传感器、工业计算机、数据采集卡、滤波器、旋转编码器、定时器／计数器、变频器、大屏幕显示器等组成。

　　甘蔗丝厚度检测选用γ射线传感器长度为1 500 cm，源部件采用双源法。放射源与γ射线传感器分别置于被测甘蔗丝的上下两侧，其距离是一定值，在放射源和被测甘蔗丝都确定的情况下，对于长半衰期的同位素，由于放射源发出的γ射线在短时间内可视为常数，甘蔗丝越厚，吸收的γ射线越多，安装在传输带下方的γ射线传感器接收到的γ射线就越少。因此，γ射线传感器接收到的γ射线强弱反应了甘蔗丝厚度的相对变化