專(zhuān)利名稱(chēng)：一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于選礦自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種床層狀態(tài)的檢測(cè)方法，尤其涉及一種基于機(jī)械、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的對(duì)床層在跳汰生產(chǎn)過(guò)程中物料和脈動(dòng)水流的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行檢測(cè)和分析的方法。
背景技術(shù)：
跳汰是指在垂直方向上物料依給定頻率和振幅在脈動(dòng)的交變介質(zhì)流中，按密度分選的過(guò)程，它是選礦和選煤等礦物加工主要的方法之一。物料經(jīng)過(guò)多次的脈動(dòng)后，發(fā)生了許多變化，床層從無(wú)序到有序排列，最終達(dá)到主要按密度分層。跳汰過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程， 分選效果受許多因素的影響。跳汰選礦的優(yōu)勢(shì)是不可忽視的，它是一種古老的物料分選方法，迄今有100多年的歷史，而且人們一直沒(méi)有停止對(duì)它的研究。雖然隨著原煤可選性的惡化，跳汰法的應(yīng)用受到限制，但它仍然是一種不可或缺的選礦方法。跳汰理論研究及生產(chǎn)實(shí)踐表明，跳汰床層的狀態(tài)尤其是床層松散情況是影響分選效果的主要因素，也是實(shí)現(xiàn)跳汰機(jī)自動(dòng)化的關(guān)鍵。保持良好的床層松散狀況，就能夠使跳汰分選效果得到保證。床層松散狀況用松散度來(lái)表示，松散度的測(cè)量到目前為止還是個(gè)難題。目前的檢測(cè)方法有電極法、Y射線(xiàn)檢測(cè)法，浮標(biāo)間接檢測(cè)法等，這些方法一般只適用于在實(shí)驗(yàn)室跳汰機(jī)中作為測(cè)量分析的手段。用于跳汰選礦生產(chǎn)中，存在可靠性差、放射性輻射危險(xiǎn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和安裝維護(hù)困難等問(wèn)題；而且很難反映脈動(dòng)水流和物料在跳汰過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這些狀態(tài)決定床層的分層換位空間和時(shí)間，是操作和控制的唯一根據(jù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于沒(méi)有自動(dòng)檢測(cè)工具，不得不由操作者用木質(zhì)探桿去感覺(jué)，再以此憑借操作經(jīng)驗(yàn)調(diào)整跳汰周期和風(fēng)水制度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有床層狀態(tài)檢測(cè)方面存在的問(wèn)題，本發(fā)明在跳汰分選理論的基礎(chǔ)上， 結(jié)合跳汰操作經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用智能傳感測(cè)量、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法。本發(fā)明的目的是提供一種能用于實(shí)際生產(chǎn)中在線(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量和可靠性高的床層狀態(tài)動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)系統(tǒng)。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征是包括四連桿機(jī)構(gòu)、浮標(biāo)和測(cè)量分析系統(tǒng)，所述的四連桿機(jī)構(gòu)包括固定桿、 兩根轉(zhuǎn)動(dòng)桿、移動(dòng)桿和配重，移動(dòng)桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)桿與固定桿相連，移動(dòng)桿還與所述的浮標(biāo)連接，所述的測(cè)量分析系統(tǒng)包括傳感器組、采集板、RS-485適配器和計(jì)算機(jī)，所述的傳感器組連接采集板，所述的采集板通過(guò)RS-485適配器與計(jì)算機(jī)連接，所述的計(jì)算機(jī)還包括數(shù)據(jù)采集和床層狀態(tài)特性分析軟件。所述的四連桿機(jī)構(gòu)中的固定桿和轉(zhuǎn)動(dòng)桿、移動(dòng)桿和轉(zhuǎn)動(dòng)桿之間均采用活動(dòng)連接， 配重置于移動(dòng)桿頂部，固定桿與跳汰機(jī)的橫梁焊接。在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)增減配重來(lái)調(diào)節(jié)四連桿和浮標(biāo)在跳汰床層中的“視密度”，從而調(diào)節(jié)浮標(biāo)在跳汰過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性以及浮標(biāo)在休止期所處的層位。所述的浮標(biāo)為圓柱體，采用聚氨脂材料，它是一種新興的有機(jī)高分子材料，被譽(yù)為 “第五大塑料”，用其作為浮標(biāo)，優(yōu)點(diǎn)是加工簡(jiǎn)單，耐磨耐用，同時(shí)也易于在其表面安裝傳感 ο所述的傳感器組包括1個(gè)角位移傳感器和10個(gè)壓力傳感器，二者相互配合，由計(jì)算機(jī)分析得到跳汰床層的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。角位移傳感器安裝于所述四連桿機(jī)構(gòu)的A點(diǎn)，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，通過(guò)換算得到浮標(biāo)的上升高度和浮標(biāo)的初始位置。壓力傳感器分布在浮標(biāo)體的外表面，其中9個(gè)壓力傳感器位于浮標(biāo)體的側(cè)面，呈螺旋分布，1個(gè)壓力傳感器位于浮標(biāo)體的底面中心。浮標(biāo)體的中間為空心柱，其半徑與移動(dòng)桿的半徑相等、高度略小于浮標(biāo)體的高度(底部不打通)。壓力傳感器的安裝點(diǎn)與空心柱相通，用于傳感器的布線(xiàn)。所述的采集板包括信號(hào)調(diào)理與多路切換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、RS-485驅(qū)動(dòng)模塊、5V直流電源和接線(xiàn)端子，所述的微處理器為單片機(jī)，內(nèi)部包括模擬量采樣模塊、數(shù)字濾波模塊、傳感器標(biāo)定模塊和與計(jì)算機(jī)通信模塊等程序代碼。所述的計(jì)算機(jī)還包括數(shù)據(jù)采集和床層狀態(tài)特性分析軟件，負(fù)責(zé)從采集板讀取并保存角位移傳感器和壓力傳感器的數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)文件，并以數(shù)值和曲線(xiàn)方式顯示跳汰床層各層位的壓強(qiáng)變化，建立壓強(qiáng)與各層位密度的關(guān)系，擬合數(shù)學(xué)方程，求算水流運(yùn)動(dòng)特性和物料運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)。該軟件由VB編程實(shí)現(xiàn)，具體包括通信配置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、床層狀態(tài)顯示模塊、打印模塊、傳感器標(biāo)定模塊、系統(tǒng)診斷模塊和幫助模塊。本發(fā)明用于檢測(cè)跳汰床層的動(dòng)態(tài)特性，本發(fā)明涉及機(jī)械、智能傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)和跳汰分選理論知識(shí)，是機(jī)-電一體化、硬件-軟件-工藝的有機(jī)結(jié)合。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于(1)在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)每個(gè)跳汰周期的脈動(dòng)水流特性參數(shù)和物料的運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)；(2)以數(shù)值和圖形方式顯示床層動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)；(3)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)床層逐層壓強(qiáng)變化，反映了各層位的容積濃度，獲得床層在跳汰過(guò)程中松散度的信息，定量地為跳汰分層理論研究、實(shí)際生產(chǎn)的操作與控制提供依據(jù)；(4)通過(guò)信號(hào)檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析和處理獲得顆粒(浮標(biāo))在跳汰周期各個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)情況速度、加速度、上升高度和脈動(dòng)水流在下降期的吸囁力等指標(biāo)；(5)實(shí)現(xiàn)跳汰床層的可視化和跳汰分層的自動(dòng)控制，提升跳汰機(jī)的自動(dòng)化程度；(6)取代人工用探桿探測(cè)床層，從而大大降低跳汰司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度；


圖1為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的四連桿-浮標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的測(cè)量分析系統(tǒng)原理框圖；圖3為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的浮標(biāo)立體示意圖；圖4為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的浮標(biāo)俯視圖；圖5為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的浮標(biāo)側(cè)面展開(kāi)圖；圖6為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的浮標(biāo)上升高度與轉(zhuǎn)動(dòng)角度關(guān)系圖中，1為固定桿，2、3為轉(zhuǎn)動(dòng)桿，4為移動(dòng)桿，5為浮標(biāo)，6為配重，7為傳感器組，8 為采集板，A、B、C、D為連接點(diǎn)，Rw為角位移傳感器，P” P9> P10為壓力傳感器，a、b、c、d、e、 f、g、h、i、j為壓力傳感器的安裝示意點(diǎn)，χ為相鄰兩個(gè)壓力傳感器的水平距離，y為相鄰兩個(gè)壓力傳感器的垂直距離，L為轉(zhuǎn)動(dòng)桿的長(zhǎng)度，θ ^為轉(zhuǎn)動(dòng)桿初始角度，Hltl為轉(zhuǎn)動(dòng)桿初始角度對(duì)應(yīng)的垂直高度，θ為轉(zhuǎn)動(dòng)桿任一角度位置，m為轉(zhuǎn)動(dòng)桿為θ角度時(shí)對(duì)應(yīng)的垂直高度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的四連桿-浮標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征是包括四連桿機(jī)構(gòu)、浮標(biāo)( 和測(cè)量分析系統(tǒng)，所述的四連桿機(jī)構(gòu)包括固定桿(1)、轉(zhuǎn)動(dòng)桿(2、；3)、移動(dòng)桿(4)和配重(6)，移動(dòng)桿(4)與所述的浮標(biāo)(5) 連接，所述的測(cè)量分析系統(tǒng)包括傳感器組(7)、采集板(8)、RS_485適配器和計(jì)算機(jī)，所述的傳感器組(7)連接采集板(8)，所述的采集板( 通過(guò)RS-485適配器與計(jì)算機(jī)連接，所述的計(jì)算機(jī)還包括數(shù)據(jù)采集和床層狀態(tài)特性分析軟件。所述的四連桿機(jī)構(gòu)中的固定桿和轉(zhuǎn)動(dòng)桿、移動(dòng)桿和轉(zhuǎn)動(dòng)桿之間均采用活動(dòng)連接， 配重置于移動(dòng)桿頂部，固定桿與跳汰機(jī)的橫梁焊接。在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)增減配重來(lái)調(diào)節(jié)四連桿和浮標(biāo)在跳汰床層中的“視密度”，從而調(diào)節(jié)浮標(biāo)在跳汰過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性以及浮標(biāo)在休止期所處的層位。所述的浮標(biāo)(5)為圓柱體，采用聚氨脂材料，它是一種新興的有機(jī)高分子材料，被譽(yù)為“第五大塑料”，用其作為浮標(biāo)，優(yōu)點(diǎn)是加工簡(jiǎn)單，耐磨耐用，同時(shí)也易于在其表面安裝傳感器。圖2為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的測(cè)量分析系統(tǒng)原理框圖。所述的測(cè)量分析系統(tǒng)包括傳感器組(7)、采集板(8)、RS-485適配器和計(jì)算機(jī)。所述的傳感器組(7)包括1個(gè)角位移傳感器(Rw)，安裝于所述的四連桿機(jī)構(gòu)中的固定桿和轉(zhuǎn)動(dòng)桿的連接點(diǎn)(A)，和10個(gè)壓力傳感器(P1 Pltl)。所述的采集板(8)包括信號(hào)調(diào)理與多路切換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、 RS-485驅(qū)動(dòng)模塊、5V直流電源和接線(xiàn)端子，所述的微處理器為單片機(jī)，內(nèi)部包括模擬量采樣模塊、數(shù)字濾波模塊、傳感器標(biāo)定模塊和與計(jì)算機(jī)通信模塊等程序代碼。所述的采集板 (8)為長(zhǎng)條形電路板，安裝于所述的浮標(biāo)(5)的中間空心柱中。所述的計(jì)算機(jī)包括數(shù)據(jù)采集和床層狀態(tài)特性分析軟件，負(fù)責(zé)從采集板(8)讀取并保存角位移傳感器和壓力傳感器的數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)文件，并以數(shù)值和曲線(xiàn)方式顯示跳汰床層各層位的壓強(qiáng)變化，建立壓強(qiáng)與各層位密度的關(guān)系，擬合數(shù)學(xué)方程，求算水流運(yùn)動(dòng)特性和物料運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)。該軟件由VB編程實(shí)現(xiàn)，具體包括通信配置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、床層狀態(tài)顯示模塊、打印模塊、傳感器標(biāo)定模塊、系統(tǒng)診斷模塊和幫助模塊。圖3為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的浮標(biāo)立體示意圖。所述的浮標(biāo)( 為圓柱體，浮標(biāo)體的中間為空心柱，其半徑與移動(dòng)桿的半徑相等、高度略小于浮標(biāo)體的高度 (底部不打通)。壓力傳感器(Pi P9)安裝于浮標(biāo)體的側(cè)面，安裝點(diǎn)對(duì)應(yīng)為(a、b、c、d、e、 f、g、h、i)。壓力傳感器(Pltl)安裝于浮標(biāo)體的底面，安裝點(diǎn)為底面的中心(j)。這些安裝點(diǎn) (a j)與空心柱相通，用于傳感器的布線(xiàn)。所述的浮標(biāo)(5)的空心柱中還包括一長(zhǎng)條形采
5集板⑶。圖4為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的浮標(biāo)俯視圖。所述的9個(gè)壓力傳感器(P1 P9)位于相鄰為90°的四條垂直線(xiàn)上，安裝點(diǎn)為(i、e、a)、(f、b)、(g、c)、(h、d)，1個(gè)壓力傳感器(Pltl)在安裝點(diǎn)(j)，位于浮標(biāo)體底面的中心。圖5為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的浮標(biāo)側(cè)面展開(kāi)圖。所述的壓力傳感器 (Pi P9)的安裝點(diǎn)位于所述浮標(biāo)(5)外表面展開(kāi)圖的對(duì)角線(xiàn)上，并且均勻分布。設(shè)浮標(biāo)(5) 的半徑為R，高度為H，則相鄰兩個(gè)壓力傳感器的水平距離χ和垂直距離y分別為
InR nR H _7] χ = 丁 = 7產(chǎn) j圖6為本發(fā)明跳汰床層動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)的浮標(biāo)上升高度與轉(zhuǎn)動(dòng)角度關(guān)系圖。所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿( 或(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度與電壓信號(hào)呈線(xiàn)性關(guān)系，但是所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿( 或(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ與浮標(biāo)垂直運(yùn)動(dòng)高度Am的關(guān)系為Am = m0-m = L(cos θ 0-Cos θ )本文中所描述的具體實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明，顯然本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，所屬技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例所做的各種形式的修改、補(bǔ)充或替代，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征是包括四連桿機(jī)構(gòu)、浮標(biāo)和測(cè)量分析系統(tǒng)，所述的四連桿機(jī)構(gòu)包括固定桿、轉(zhuǎn)動(dòng)桿、移動(dòng)桿和配重，移動(dòng)桿與所述的浮標(biāo)連接，所述的測(cè)量分析系統(tǒng)包括傳感器組、采集板、RS-485適配器和計(jì)算機(jī)，所述的傳感器組連接采集板，所述的采集板通過(guò)RS-485適配器與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征在于所述的浮標(biāo)為聚氨脂圓柱體，浮標(biāo)的中間為空心柱，空心柱的半徑與移動(dòng)桿的半徑相等、高度略小于浮標(biāo)的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征在于所述的傳感器組包括安裝于所述的四連桿機(jī)構(gòu)中固定桿和轉(zhuǎn)動(dòng)桿連接處的1個(gè)角位移傳感器、所述的浮標(biāo)側(cè)面呈螺旋分布的9個(gè)壓力傳感器和所述的浮標(biāo)底面中心的1個(gè)壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征在于所述的采集板包括信號(hào)調(diào)理與多路切換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、RS-485驅(qū)動(dòng)模塊、5V直流電源和接線(xiàn)端子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征在于所述的微處理器為單片機(jī)，內(nèi)部包括模擬量采樣模塊、數(shù)字濾波模塊、傳感器診斷模塊和與計(jì)算機(jī)通信模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征在于所述的采集板為長(zhǎng)條形電路板，安裝于所述的浮標(biāo)的空心柱里。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)包括數(shù)據(jù)采集和床層狀態(tài)特性分析軟件，更進(jìn)一步的，包括通信配置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、床層狀態(tài)顯示模塊、打印模塊、傳感器標(biāo)定模塊、系統(tǒng)診斷模塊和幫助模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，其特征在于所述的 RS-485 適配器為 RS-485/RS-232 或 RS-485/USB 接口轉(zhuǎn)換模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種跳汰床層動(dòng)態(tài)特性的檢測(cè)方法，解決現(xiàn)有的檢測(cè)手段存在放射性輻射危險(xiǎn)、可靠性差和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。本發(fā)明包括四連桿機(jī)構(gòu)、浮標(biāo)和測(cè)量分析系統(tǒng)，所述的四連桿機(jī)構(gòu)包括固定桿、轉(zhuǎn)動(dòng)桿、移動(dòng)桿和配重，移動(dòng)桿與所述的浮標(biāo)連接，浮標(biāo)為聚氨酯圓柱體，所述的測(cè)量分析系統(tǒng)包括傳感器組、采集板、RS-485適配器和計(jì)算機(jī)，傳感器組包括安裝于四連桿機(jī)構(gòu)的1個(gè)角位移傳感器、浮標(biāo)側(cè)面呈螺旋分布的9個(gè)壓力傳感器和浮標(biāo)底面中心的1個(gè)壓力傳感器，所述的計(jì)算機(jī)包括數(shù)據(jù)采集和分析軟件。本發(fā)明能實(shí)時(shí)檢測(cè)床層的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析獲得床層松散度信息，具有簡(jiǎn)單、安全、可靠和取代人工探桿的優(yōu)點(diǎn)，可適用于跳汰選礦的床層狀態(tài)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01M10/00GK102175424SQ201110055038
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者楊小平 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)