专利名称：在线测量物料重量的装置的制作方法
技术领域：
在线测量物料重量的装置属于在线称重技术领域，尤其涉及输运带上物料重量的动态测量装置。
核子秤，利用γ射线透射物料后的衰减规律，通过测量γ射线透射物料后的衰减量，求得物料的平均质量厚度(一般以克/厘米2为单位)，再根据标定好的系数求出物料重量。这种方法具有不接触的优点。但是由于物理方案本身的原因，在动态测量时会有动态误差，实际测量精度不高；而且，为保证核子秤正常使用，往往需要烦琐的标定。
电子秤，利用压力传感器完成在线称重。由于是接触式测量，且机械结构复杂，其故障率较高。在输送带运动速度较高、且物料厚薄变化较大的情形，这种方法的测量精度明显下降。
因而，寻求一种高精度，高可靠性，易使用，易维护的在线称重装置，是当务之急。
在前一种情况，本发明采用CCD摄像技术，用光束照在输送带上，光束照射范围应大于物料宽度，以在物料截面的整个上轮廓线形成亮线。物料截面的下轮廓线就是输运带本身的形状。CCD摄像头的获取的每幅图像都包含该时刻物料截面的上轮廓线信息。CCD摄像头包括凸透镜和CCD电容耦合器件，透镜的光轴和扇形光束面成一定的夹角。工作时，CCD摄像头以一定的频率进行图像获取，并转换成的视频信号。图像采集部分将摄像头拍摄到的图像转换成数字信号以供计算机处理。计算机预先知道CCD摄像头和扇形光束的几何关系，以及预先测好的输运带形状，通过分析每幅图像中的亮线，可以算出对应该采样时刻的物料横截面积S。CCD摄像头光轴和扇形光束面的夹角，扇形光束面和输运带底平面的夹角，都会影响求物料横截面积S的计算方法。设一段时间T内，进行了N次采样，设第i次输运带的运动速度为Vi，测得平均物料横截面积为Si，那么T时间内，经过测量点物料的堆积体积V=Σi=1N(viSi),]]>如果知道物料的堆积密度ρ，则Ti时间内，经过测量点的物料质量M为M＝ρV，其重量W=Mg=ρgΣi=1N(viSi)]]>，其中g为重力加速度。其中，堆积密度ρ可以通过实物标定得到。
在后一种情况，在测量过程中，物料堆积密度存在较大的波动，为提高测量准确性，就需要增加γ射线放射源、探测器以及γ信号处理系统，利用γ射线透射物料的衰减规律，可以测量出γ射线测量范围内物料的质量厚度。设没有物料时，γ射线的通量密度为I0，有物料时γ射线的通量密度为I，则物料的质量厚度ρd为ρd＝K(LnI0-LnI)，其中，ρd的单位一般为克/cm2，常系数K可以通过实物测量标定。在计算机分析图像时，可以统计出在γ射线测量范围内物料的平均堆积厚度d，则物料的堆积密度ρ为ρ＝ρd/d＝K(LnI0-LnI)/d，利用上述公式就可以计算一段时间内经过测量点的物料重量。
本发明的特征在于它含有发出光束的光源，由光轴和上述光束成一定夹角的凸透镜和CCD电容耦合器件制成的CCD摄像头，经采集卡与CCD摄像头相连的计算机。所述的光源是由点光斑激光器和垂直于该激光器发出的点光斑激光束的玻璃棒构成以用于发出扇形面线光斑光束的扇形光源。所述的点光斑激光器是其产生的光斑的直径在1米内不超过3毫米的激光器。所述的光源的光束宽度是大于随着输运带移动而移动的物料的宽度的。所述的计算机经微处理器与测量输运带速度的速度传感器相连。所述的测量输运带速度的速度传感器是装在输运带传动轴上的霍尔器件。在测量精度要求较高或者物料堆积密度变化较大时，所述的计算机与一个微处理器双向连接，该微处理器的输入端沿着输入信号传输方向依次连接着用于接收位于输运带下的γ射线源所发出的γ射线的γ射线探测器和γ射线信号处理电路；其中，所述的γ射线探测器由沿着γ射线进入方向依次紧靠着的NaI(Tl)闪烁晶体、光电倍增管和前置放大器构成；所述的γ射线信号处理电路依次由沿着γ信号与输入方向的基线恢复器和单道分析器组成；同时，该微处理器输出端依次经D/A转换器和1-1000V可控直流高压电源与上述光电倍增管相连。
使用证明，本发明实现了预期目的。
图2是典型设计的结构示意图，是从输运带侧面所看到的摄像头和激光器的几何关系，以及γ射线放射源和γ射线探测器的摆放方式。
图3是典型设计的电路原理框图。
再见图21、2、3与
图1同。CCD摄像头10选用普通320*240象素的面阵CCD，其输出是视频信号。5是装在输运带传动轴上用以测量输运带运动速度的市售霍尔器件，输出信号为0到5V的电压脉冲信号。4是γ射线放射源及其容器，其中γ放射源选用点放射源137Cs，经过准直得到窄束γ射线。9是γ射线探测器，12是γ射线信号处理电路，11是微处理器及其外围电路。7是物料表面，6是输运带，15是输运带运动方向。在图2中，光束3与输运带6的夹角为450，CCD摄像头的光轴8与输运带6的夹角为45°，CCD摄像头的光轴8与扇形面光束垂直。
最后见图3微处理器21选用89C51，它可以同时测量γ射线信号的脉冲数，即γ射线的通量密度和输运带6的速度V，通过串行通讯传给计算机24，计算机24选用工业控制用工控机。计算机24通过图像采集卡25从CCD摄像头10中采集图像。图象采集卡采用天敏2000视频采集卡。γ射线探测器9由依次紧靠的NaI(Tl)闪烁晶体16、由微处理器21通过D/A转换器22和市售0-1000V可控高压直流电源23供电的光电倍增管，以及前置放大器18构成。γ射线信号处理电路12由依次串联的基线恢复器19、单道分析器20构成。前置放大器18，基线恢复器19，单道分析器20的电路请见原子能出版社出版的王经瑾等编的《核电子学》一书。微处理器21、D/A转换器22、电源23构成了微处理器及其外围电路11，其中，D/A转换器22起到了一个高压调节电路的作用，在微处理器21控制下起γ信号能谱稳峰作用。
在实际测量前，需要标定光学成像系统的参数。先在输运带上没有物料的情况下，拍摄光斑的位置，作为物料截面下轮廓位置。在有物料时，拍摄到的图像光斑位置(灰度最小的象素)就是物料截面的上轮廓。计算机统计上下轮廓之间的象素数N。从图2可知，摄像头光轴线和激光光束的扇形面正好垂直，所以，上下轮廓之间的象素数N和实际的物料截面积S成正比关系，通过实物标定可以定出它们之间的比例系数A。实际测量时，计算机实时处理每幅图像，统计图像中上下轮廓之间的象素数，根据标定好的比例系数A可以算出物料截面积S。最后，根据前述公式就可以算出一段时间内的物料重量。
在实施时，也可以不用激光源而采用其他光源，不用扇形面线光斑光束而采用其他光斑形状的光束进行体积测量。
本装置属于非接触式直接测量，精度高，可靠性和稳定性好，适用于速度不恒定的输运带，也适用于物料堆积形状和堆积密度都变化较大的场合。同时因为采用点放射源、点探测器，放射源的活度很小，易于屏蔽，辐射安全性好。它在化工、冶金、矿业、码头、粮仓等方面有着广泛的应用前景。
权利要求
1.在线测量物料重量的装置，含有测量和数据处理部分，其特征在于它含有发出光束的光源，由光轴和上述光束成一定夹角的凸透镜和CCD电容耦合器件制成的CCD摄像头，经采集卡与CCD摄像头相连的计算机。
2.根据权利要求1所述的在线测量物料重量的装置，其特征在于所述的光源是由点光斑激光器和垂直于该激光器发出的点光斑激光束的玻璃棒构成以用于发出扇形面线光斑光束的扇形光源。
3.根据权利要求1或2所述的在线测量物料重量的装置，其特征在于所述的点光斑激光器是其产生的光斑的直径在1米内不超过3毫米的激光器。
4.根据权利要求1所述的在线测量物料重量的装置，其特征在于所述的光源的光束宽度是大于随着输运带移动而移动的物料的宽度的。
5.根据权利要求1所述的在线测量物料重量的装置，其特征在于所述的计算机经微处理器与测量输运带速度的速度传感器相连。
6.根据权利要求1或5所述的在线测量物料重量的装置，其特征在于所述的测量输运带速度的速度传感器是装在输运带传动轴上的霍尔器件。
7.根据权利要求1所述的在线测量物料重量的装置，其特征在于在测量精度要求较高或者物料堆积密度变化较大时，所述的计算机与一个微处理器双向连接，该微处理器的输入端沿着输入信号传输方向依次连接着用于接收位于输运带下的γ射线源所发出的γ射线的γ射线探测器和γ射线信号处理电路；其中，所述的γ射线探测器由沿着γ射线进入方向依次紧靠着的NaI(Tl)闪烁晶体、光电倍增管和前置放大器构成；所述的γ射线信号处理电路依次由沿着γ信号与输入方向的基线恢复器和单道分析器组成；同时，该微处理器输出端依次经D/A转换器和0-1000V可控直流高压电源与所述光电倍增管相连。
全文摘要
在线测量物料重量的装置，属于在线物料称重技术领域。其特征在于，它含有发出光束的光源，由光轴和上述光束成一定夹角的凸透镜和CCD电容耦合器件制成的面阵CCD摄像头，经采集卡与CCD摄像头相连的计算机。在物料堆积密度变化大或测量精度要求高时可以增加γ射线放射源、γ射线探测器、γ射线信号处理电路、微处理器来准确测量物料堆积密度。在输运带速度不恒定时，可以经微处理器连接速度传感器来准确测量输运带速度。光源可以是扇形面线光斑的扇形光束。本发明具有精度高，可靠性和稳定性好的优点，适用于速度不恒定的输运带，适用于物料堆积形状和堆积密度变化大的场合，辐射安全性好，可广泛应用于冶金、化工、采矿等等行业。
文档编号G01G11/14GK1397786SQ0212886
公开日2003年2月19日 申请日期2002年8月16日 优先权日2002年8月16日
发明者梁漫春, 张志康, 衣宏昌, 林谦, 钱永庚 申请人:清华大学