多道脉冲幅度分析器在中子活化多元素在线分析仪中的应用

2014-03-04肖宪东龚亚林

有色金属（矿山部分） 2014年2期

肖宪东，龚亚林，张伟，张建，佟超，赵龙

（丹东东方测控技术股份有限公司，辽宁丹东118002）

有色金属领域的各个生产过程中，物料的元素含量需要进行分析。传统工艺中，要对各环节物料的元素成分含量进行分析，通常需要经过人工取样、人工制样、实验室化验等几个环节，才能得到最终结果。经过这一必要环节所需的时间，少则几个小时，多则几天。检测结果存在很大的滞后性，这对于产品的工艺控制影响非常大，既耗费大量的人力、物力、时间，又无法得到最佳的控制效果，是工艺控制中的一大弊病。

采用中子活化多元素在线分析仪，可以很好地解决控制过程中的时间滞后问题。因为，中子活化多元素在线分析仪可以实时、连续地检测各生产过程中物料各元素的成分含量，并根据元素成分含量对生产工艺进行实时控制，大大降低工艺控制中的时间滞后问题。可以为企业节省大量人工化验中的人力、物力成本，同时可以显著提高企业生产效率、节约生产成本、科学合理利用资源、创造更多的经济效益，对企业的生产及工艺控制具有革命性的重要意义。

中子活化多元素在线分析仪是一款技术含量非常高的在线分析仪表，仪表涉及核物理与核技术、核电子学、电子信息、计算机应用、工业仪表、机械加工、工业控制、工艺控制、安全与环保等多学科专业技术。每项技术对于中子活化多元素在线分析仪来说都非常重要，都会影响到产品的测量精度和运行的可靠性。

多道脉冲幅度分析器是中子活化多元素在线分析仪的重要组成部分，是中子活化产品不可缺少的部件。采用多道脉冲幅度分析器，可以大幅度提高中子活化多元素在线分析仪的性能指标，从而提高其在有色金属领域工业控制过程中的检测与控制精度。通常情况下，多道脉冲幅度分析器都是应用在实验室条件下，用于核技术的应用与研究，对产品的使用环境没有特殊要求。中子活化多元素在线分析仪最终要应用到工业环境下，对产品部件的工作环境、体积、通信方式都有特殊要求，要能够满足工业环境下的长期可靠运行。

1 技术指标

根据中子活化多元素在线分析仪的使用要求，本文介绍的多道脉冲幅度分析器的几项必要指标如下：总道数1 024道，道容量232，测量信号范围0～5 V，微分非线性＜1%，积分非线性＜0．025%，系统通过能力＞500kcps［1－4］。

2 原理介绍

多道脉冲幅度分析器的原理如下：通过对探测器输出信号的幅度信息和数量信息进行采集、统计、分析，最终得到被测物料的元素信息。整个系统由放大整形电路、甄别电路、控制电路、ADC电路、DAC电路、CPU系统电路、数据存储电路、数据通信电路几部分组成［1－2］。多道脉冲幅度系统的原理框图如图1所示。

图1 系统原理框图Fig．1 The functional block diagram of system

3 关键技术

将实验室条件下的多道脉冲幅度分析器应用到工业现场，特别是有色金属领域的各恶劣环境下，需要根据工业现场的使用要求进行改进设计，下面将从几个方面介绍对多道脉冲幅度分析器的特殊设计。

3．1 可靠性设计

对用于工艺控制的仪表来说，除了仪表的检测精度要满足要求外，仪表的可靠性和稳定性也非常重要。对于仪器仪表来说，有色金属领域的各生产控制环境非常复杂。现场的环境温差变化大，水气、灰尘比较大，同时大型的电气设备也比较多，设备的启停会产生复杂的电磁环境。多道脉冲幅度分析器要在这样的环境下长期稳定运行，必须进行特殊设计。本多道脉冲幅度分析器分别从防水防尘、电磁兼容、温度控制等方面进行特殊设计［5］。

首先，针对有色金属领域现场水气和灰尘比较大的环境，产品对防水防尘功能进行专门设计。产品的外壳采用全封闭结构，所有连接器均采用防水防尘连接器。应用于现场的样机防水防尘等级可达到IP65级别，可以安全稳定地应用于恶劣的工业环境中［5］。

其次，针对有色领域现场复杂的电子环境，选择全金属外壳设计。使产品能够符合抗电磁干扰设计要求，同时对产品进行了专门的接地设计。就现场应用情况来看，本文介绍的产品的抗电磁干扰能力完全能够满足设计要求，产品可以安全可靠地应用于复杂的工业环境中［5］。

另外，针对有色金属领域的环境温度，进行恒温设计。在中子活化多元素在线分析仪中，为了减小环境温度变化对产品性能指标的不利影响，对仪表中所有电子部件进行恒温设计，使其工作环境温度尽量保持在恒定的温度下。

3．2 数据传输

中子活化多元素在线分析仪是通过对多道脉冲幅度分析器测量的谱数据进行分析，然后才能计算出物料中各种元素的含量，然后再对生产工艺进行控制。因此，多道脉冲幅度分析器测量的谱数据的完整性对于整个产品是非常重要的。如果要将多道脉冲幅度分析器应用到工业控制中，就必须保证测得的谱数据能够完整无误地上传给上位机。

在本应用中，从两方面设计来保证数据传输过程的完整性。首先，选用光纤进行远距离传输。正常情况下，多道脉冲幅度分析器都是安装在现场，而上位机主机则是安装在控制室，两者距离少则几百米，多则上千米。要想保证数据能够安全、完整地上传到上位机，选用光纤传输是最理想的选择。在多道脉冲幅度分析器附近，利用光电转换器将电信号转换为光信号，然后在上位机主机附近再利用光电转换器将光信号转换为电信号，这样可以最大可能地减少数据在传输过程中所受干扰的影响［5］。

另外，本文介绍的应用中，在谱数据进行传输之前，对谱数据进行了加密处理，上位机接收到谱数据后，根据加密协议，对谱数据进行解密处理。这样，数据传输过程中可以根据加密协议将干扰数据舍弃，从而保证产品分析结果的正确性。