旋流器分選過程智能示蹤球及方法
【專利摘要】一種旋流器分選過程智能示蹤球及方法，尤其適用于煤礦加工分選的研究。示蹤球包括分成上下兩半的球體外殼，球體外殼內(nèi)設(shè)有電路固定座，電路固定座中固定有示蹤測量電路，上下兩半球體外殼通過在螺塞孔設(shè)置螺塞密閉球體外殼；將示蹤球投入裝有煤炭物料的旋流器內(nèi)，旋流器分選過程中智能示蹤球隨煤炭物料一起做剪切旋流運(yùn)動，并記錄三軸加速度數(shù)據(jù)；示蹤球和物料經(jīng)重介旋流器分選后同大量懸浮液一起排出并隨之進(jìn)入懸浮液回收凈化系統(tǒng)，將排出后系列示蹤球進(jìn)行收集整理，然后根據(jù)排出的位置分類并讀取數(shù)據(jù)，從而得出煤炭物料在旋流場中篩選的運(yùn)動軌跡圖。其結(jié)構(gòu)及方法簡單，效率高、易于操作，示蹤效果好。
【專利說明】旋流器分選過程智能示蹤球及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蹤球及方法，尤其適用于一種煤礦加工分選研究中使用旋流器分選過程智能示蹤球及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器是近幾年大力發(fā)展并廣泛應(yīng)用的一種礦物分選設(shè)備。礦粒和懸浮液沿切線方向給入設(shè)備圓筒部分，形成強(qiáng)大的旋流。其中的旋流場是一種三維近似軸對稱的多相流場，旋流器的分離、分選等作用均通過分散相與連續(xù)相的相對運(yùn)動完成，因此必須了解其中分散相的運(yùn)動特性，這對于生產(chǎn)控制和錯配物研究等都具有重要的指導(dǎo)意義。
[0003]粒子示蹤測量技術(shù)是以示蹤粒子的圖像來代表流場的圖像，以測量到的粒子運(yùn)動來代表物料的運(yùn)動。如果所選擇的示蹤粒子能夠正確反映所顯示的分散相運(yùn)動，那么測量得到的粒子運(yùn)動軌跡曲線就可以認(rèn)為是所測分散相的軌跡分布了。在關(guān)于旋流器運(yùn)動的分析研究中，對于分散相運(yùn)動的研究，既可以通過試驗(yàn)確定或者推導(dǎo)了沉降速度，也可以建立分散相顆粒運(yùn)動方程，但方程過于復(fù)雜；也可從旋流器內(nèi)兩相徑向相對運(yùn)動方程入手，推導(dǎo)得到分散相的運(yùn)動特性時間以及軌跡方程。但這些方法或只能得到具體條件下的數(shù)值解；或推導(dǎo)出了關(guān)于分散相顆粒運(yùn)動時間的公式，但方程中的系數(shù)實(shí)際上均為分散相顆粒速度的函數(shù)，故其求解將十分復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是要克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可以記錄旋流器內(nèi)物料分散相運(yùn)動軌跡分布，輕重產(chǎn)物分配易于監(jiān)測的旋流器分選過程智能示蹤球及示蹤方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的旋流器分選過程智能示蹤球，包括由上下兩半體扣合構(gòu)成的球體外殼，球體外殼下半體內(nèi)設(shè)有電路固定座，電路固定座中固定有示蹤測量電路板，球體外殼上半體上開有多個與下半體內(nèi)電路固定座相對應(yīng)的多個螺塞孔，多個螺塞孔內(nèi)分別設(shè)有穿過電路固定座的螺塞，螺塞與螺母配合密閉球體外殼；球體外殼上半體中部設(shè)有經(jīng)密封蓋密封的USB接口 ；所述示蹤測量電路板包括順序連接的慣性導(dǎo)航模塊、單片機(jī)模塊、通信模塊，慣性導(dǎo)航模塊、單片機(jī)模塊、通信模塊分別與電源相連接。
[0006]所述單片機(jī)模塊的型號為TI公司CC2430 CMOS芯片，所述慣性導(dǎo)航模塊型號為ADXL345，所述通信模塊型號為MAX232。
[0007]—種使用上所述示蹤球的旋流器分選過程智能示蹤方法:首先對多個旋流器分選過程智能示蹤球進(jìn)行編號，將編號后的多個旋流器分選過程智能示蹤球投入裝有煤炭物料的旋流器內(nèi)，啟動旋流器，多個旋流器分選過程智能示蹤球隨著煤炭物料一起做強(qiáng)烈的剪切旋流運(yùn)動，并實(shí)時記錄自身三軸加速度運(yùn)動數(shù)據(jù)；旋流器分選過程智能示蹤球和煤炭物料經(jīng)重介旋流器分選后，同大量懸浮液一起排出，收集排出的多個旋流器分選過程智能示蹤球，按照排出的位置分類，通過USB接口讀取數(shù)據(jù)，利用MATLAB軟件對各組數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動特性分析，得出煤炭物料在旋流場中篩選的運(yùn)動軌跡圖。
[0008]有益效果:本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)動軌跡的示蹤研究，提高對運(yùn)動場分布的直觀監(jiān)測能力，簡化運(yùn)動特性分析過程，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制；示蹤球的球體外殼使用耐磨、抗壓材料制成，球體表面光滑，從而使球體流動跟隨性和分散性好，生產(chǎn)工藝簡單，無污染，無能耗，運(yùn)動特性穩(wěn)定；示蹤球內(nèi)設(shè)有示蹤測量電路，示蹤測量電路中的加速度計實(shí)現(xiàn)三軸加速度數(shù)據(jù)的采集，能夠測量瞬時流場、軸向速度分布、徑向速度分布、渦量特征，并通過此數(shù)據(jù)利用MATLAB軟件對各組數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動特性分析，并與已有文獻(xiàn)中的軌跡研究相對比，最終得到旋流場中運(yùn)動軌跡圖。試驗(yàn)結(jié)果不僅對流場中強(qiáng)烈剪切旋流有更進(jìn)一步的認(rèn)識，而且對于旋流器中輕重產(chǎn)物分配、生產(chǎn)控制等都具有重要的指導(dǎo)意義。為研究物料運(yùn)動軌跡開辟了一個新的途徑，有助于優(yōu)化物料分選的軌跡。其結(jié)構(gòu)及方法簡單，易于操作，效率好，具有廣泛的實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的示蹤球結(jié)構(gòu)外形圖。
[0010]圖2是本發(fā)明的示蹤球爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3是本發(fā)明的示蹤測量電路框圖。
[0012]圖4是本發(fā)明單片機(jī)模塊圖。
[0013]圖5是本發(fā)明慣性導(dǎo)航模塊圖。
[0014]圖中:1_螺塞孔；2_球體外殼；3-螺塞；4_不蹤測量電路板；5_電路固定座；6-塾圈。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
圖1和圖2所示，本發(fā)明的旋流器分選過程智能示蹤球包括分成上下兩半的球體外殼2，球體外殼2內(nèi)設(shè)有電路固定座5，電路固定座5中固定有示蹤測量電路板4，球體外殼2上設(shè)有多個螺塞孔1，上下兩半球體外殼通過在螺塞孔I設(shè)置螺塞3密閉球體外殼2 ;所述的示蹤測量電路板4包括順序連接的慣性導(dǎo)航模塊、單片機(jī)模塊、通信模塊，所述慣性導(dǎo)航模塊、單片機(jī)模塊、通信模塊分別與電源相連接。所述單片機(jī)模塊的型號為TI公司CC2430CMOS芯片，所述慣性導(dǎo)航模塊型號為ADXL345，所述通信模塊型號為MAX232。
[0016]圖2所示，本發(fā)明的旋流器分選過程智能示蹤方法:首先對多個旋流器分選過程智能示蹤球進(jìn)行編號，將編號過后的旋流器分選過程智能示蹤球投入裝有煤炭物料的旋流器內(nèi)，啟動旋流器，旋流器分選過程中智能示蹤球隨著示蹤球隨煤炭物料一起做強(qiáng)烈的剪切旋流運(yùn)動，示蹤球在一段旋流器的筒體上端靠旋流器中心空心柱的真空吸氣作用及自重隨待分選物料進(jìn)入重介旋流器分選系統(tǒng)中，示蹤球?qū)崟r記錄自身三軸加速度數(shù)據(jù)；旋流器分選過程智能示蹤球和物料經(jīng)重介旋流器分選后，同懸浮液一起排出并隨之進(jìn)入產(chǎn)品回收系統(tǒng)，由人工在產(chǎn)品脫介篩上回收示蹤球。將排出后的智能示蹤球收集后根據(jù)排出的位置分類，將示蹤球采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)USB接口導(dǎo)入上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)，利用MATLAB軟件對各組數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動特性分析，從而得出物料在旋流場中篩選的運(yùn)動軌跡圖，根據(jù)運(yùn)動軌跡圖可對旋流器進(jìn)行調(diào)節(jié)，。
[0017]圖4所示，圖中單片機(jī)Ul型號為CC243，單片機(jī)Ul通過其P0_0，P0_1，P0_5，P0_6四個引腳分別與慣性導(dǎo)航模塊的SDO，SDI, SCLK，CS四個引腳相互連接構(gòu)成SPI通信方式，SPI的最高時鐘為5MHz，通信開始時主MCU選擇CS置位，CS復(fù)位則通信結(jié)束，SCLK由主MCU提供串行時鐘。SDI與SDO是串行數(shù)據(jù)輸入與輸出，它們分別在時鐘的上升沿獲取數(shù)據(jù)。通過SPI讀取ADXL345采集的數(shù)據(jù)只能連續(xù)讀取6字節(jié)數(shù)據(jù)，然后地址返回0x32繼續(xù)讀取6字節(jié)數(shù)據(jù)，單片機(jī)Ul的引腳7、引腳20和引腳41接電源VCC，電源VCC上并聯(lián)有電容C71和電容C411，電容C71和電容C411接地，單片機(jī)的引腳19和引腳21串聯(lián)有晶振電路，引腳22通過電阻R221接地，引腳23通過電容C231接地，引腳24通過嗲容241接地，引腳25連接電源AVDD，電源上連接有濾波電容C251，電容C251接地，引腳26通過電阻R261接地，弓丨腳27-引腳31相互串聯(lián)，并與電源ADVV相連接，引腳35-引腳40相互串聯(lián)，并與電源ADW相連接，電源ADVV上連接有電容C281和電容C351，電容C281和電容C351接地，引腳41通過電容C421接地，引腳43和引腳44連接有晶振電路。
[0018]由于采用RS232與上位機(jī)相連，因此，需要用MAX232將RS232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平,連接方式為單片機(jī)CC243的P1_5、P1_4、P1_3、P1_2四個引腳與MAX232的T1IN、R10UT、R20UT、T2IN四個引腳相連。將示蹤球采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)串口導(dǎo)入上位機(jī)后，利用MATLAB軟件對各組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先將需要積分的信號作傅里葉變換，然后將變換結(jié)果在頻域里進(jìn)行積分運(yùn)算，最后經(jīng)傅里葉逆變換得到積分后的時域信號。將得到的運(yùn)動特性分析結(jié)果與已有文獻(xiàn)中的流場及軌跡研究相對比，最終得到旋流場中顆粒運(yùn)動軌跡圖。
[0019]圖5所示，U2為ADXL是一款高靈敏度3軸加速度傳感器，其加速度的計量依賴于PCB的諧振程度，因此一定要將其安裝在PCB板有硬支撐的位置，在保證PCB板安裝和固定要求下，將數(shù)個示蹤球完好封裝后投入旋流器內(nèi)，示蹤球在一段旋流器的筒體上端靠旋流器中心空心柱的真空吸氣作用及自重隨待分選物料進(jìn)入重介旋流器分選系統(tǒng)中。示蹤球隨物料一起做強(qiáng)烈的剪切旋流運(yùn)動，在整個過程中，球內(nèi)采集系統(tǒng)完整地儲存了示蹤球的三軸加速度數(shù)據(jù)。
[0020]加速度傳感器ADXL34的引腳I和引腳6通過電阻R261相連接，引腳I分別與電源VCC和電容C211相連接，電容C211接地，引腳6與電容C262相連接，電容C262接地，弓丨腳2、引腳4和引腳5均接地。5即在運(yùn)動過程中，ADXL345按照設(shè)置的數(shù)據(jù)輸出頻率將檢測到的實(shí)時三軸數(shù)據(jù)保存在6個8位的寄存器0x32-0x37中，寄存器0x32和0x33保存X軸數(shù)據(jù)，0x34和0x35保存Y軸數(shù)據(jù)，0x36和0x37保存Z軸數(shù)據(jù)，高位在后低位在前，輸出數(shù)據(jù)為二進(jìn)制補(bǔ)碼。ADXL345產(chǎn)生3個方向加速度后通過電子感應(yīng)轉(zhuǎn)化成模擬電信號，模擬電信號經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號并經(jīng)過數(shù)字濾波存儲在FIFO中，等待主控制器通過控制和中斷邏輯從I/O 口中讀取加速度的值。
【權(quán)利要求】
1.一種旋流器分選過程智能示蹤球，其特征在于:它包括由上下兩半體扣合構(gòu)成的球體外殼(2 )，球體外殼(2 )下半體內(nèi)設(shè)有電路固定座(5 )，電路固定座(5 )中固定有示蹤測量電路板(4)，球體外殼(2)上半體上開有多個與下半體內(nèi)電路固定座(5)相對應(yīng)的多個螺塞孔(I)，多個螺塞孔(I)內(nèi)分別設(shè)有穿過電路固定座(5 )的螺塞(3 )，螺塞(3 )與螺母配合密閉球體外殼(2);球體外殼(2)上半體中部設(shè)有經(jīng)密封蓋密封的USB接口 ；所述示蹤測量電路板包括順序連接的慣性導(dǎo)航模塊、單片機(jī)模塊、通信模塊，慣性導(dǎo)航模塊、單片機(jī)模塊、通信模塊分別與電源相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流器分選過程智能示蹤球，其特征在于:所述單片機(jī)模塊的型號為TI公司CC2430 CMOS芯片，所述慣性導(dǎo)航模塊型號為ADXL345，所述通信模塊型號為 MAX232。
3.一種使用權(quán)利要求1所述示蹤球的旋流器分選過程智能示蹤方法，其特征在于:首先對多個旋流器分選過程智能示蹤球進(jìn)行編號，將編號后的多個旋流器分選過程智能示蹤球投入裝有煤炭物料的旋流器內(nèi)，啟動旋流器，多個旋流器分選過程智能示蹤球隨著煤炭物料一起做強(qiáng)烈的剪切旋流運(yùn)動，并實(shí)時記錄自身三軸加速度運(yùn)動數(shù)據(jù)；旋流器分選過程智能示蹤球和煤炭物料經(jīng)重介旋流器分選后，同大量懸浮液一起排出，收集排出的多個旋流器分選過程智能示蹤球，按照排出的位置分類，通過USB接口讀取數(shù)據(jù)，利用MATLAB軟件對各組數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動特性分析，得出煤炭物料在旋流場中篩選的運(yùn)動軌跡圖。
【文檔編號】B04C11/00GK103983804SQ201410218378
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】鄧建軍, 匡亞莉, 高莉, 桑凱, 宋建飛, 李秀征, 曹冰 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)