基于LabVIEW的核子秤计量系统

核子秤是一种用于测量输送系统的物料流量及质量的在线式非接触计量装置,其运行不受传输带的松紧程度、风载、震动及其他外力的影响,没有磨损,维护简便[1,2]。核子秤计量系统可对带式输送机输送的散状物料进行准确的计量,已广泛应用于冶金、水泥、煤炭等领域。在许多输送系统中,放射性称量是确定物质流量及质量的最佳手段,微机的应用可实现空带漂移和放射源衰减的自动补偿,保证了系统运行的长期稳定性。

核子秤的数据进行采集、控制和管理的软件是整个系统的一个重要组成部分,早期的核子秤测量软件是在DOS环境下用Turbo C开发[3],其界面简单,仅做采集数据显示和累计,功能相对单一。随着新技术的发展,企业管理对计量仪表提出了新的要求,如要求历史数据曲线的显示、实时计量数据的动态棒状图显示,以及计量数据的网络传送功能。为满足上述要求,需对核子秤计量系统的软件进行重新设计,经过调研论证,我们使用LabVIEW图形化编程环境,开发出一套集数据采集、管理和控制的核子秤计量系统软件。

LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是美国NI公司推出的一种图形化的编程语言,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储,可以很短时间内组建一套完整的从仪器连接到数据采集分析的自动化测试测量系统[4],在测试、测量和自动化等领域具有很大的优势。

1　核子秤计量原理

核子秤利用低能γ射线透过物料时被物料吸收衰减的规律来测量物料重量[1]。根据核物理理论与粒子探测实验结果,窄束(或平行束)γ射线通过物质时,由于物质的吸收和散射等作用,其辐射强度的衰减规律为:

式中:I0为入射物质前射线的强度,I为穿过物质衰减后的射线强度;B为累积因子,其值≥1,μ为物质对γ射线的质量吸收系数,对确定的物质和一定能量的γ射线,其值为常数; x为吸收物质的几何厚度,ρ为吸收物质的密度。核子计量系统的前端传感器部分原理如图1所示。设输送带上的物料宽度为h,对一确定的输送机和一定种类的物料,物料宽度h可以认为是不变的;因此k=h/μ大致为常数。又设被输送物料的平均厚度为x,输送带运行速度为ν,取B=1,则由(1)式可得到,在t2-t1时间内,输运物料的总质量为:

式中n=(t2-t1)/Δt取整,Δt是微机对测量信号进行一次采样的时间。

核子计量系统硬件结构如图1所示,核子秤主机负责采集电离室输出的射线强度信号和输送机的速度信息,并将采集到的信息按照(3)式运算,得到单位时间物料的质量数。核子秤主机实际上是一个8位的单片机系统,除了信息采集、数据计算的功能外,还有简单数据存储功能,人机接口功能; LED可以显示输送机的速度,输送物料的质量等信息,通过小键盘可以实现相关数据的设置。一台核子秤主机就是“一台秤”,实现对一个监控点的物料流量的测量;核子秤主机通过串行通信接口,按照RS-232/485协议与上位计算机通信,本文所述核子秤计量系统监控软件运行于上位计算机中,即图1所示的工控机PC。当需要对多台核子秤主机进行管理时,各主机串行接口按照RS-232多机通信的方式并行连接,上位计算机通过串行通信接口最多可实现对16台主机同时进行监控。