CN103983804A - 旋流器分选过程智能示踪球及方法 - Google Patents

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高莉
桑凯
宋建飞
李秀征
曹冰
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一种旋流器分选过程智能示踪球及方法，尤其适用于煤矿加工分选的研究。示踪球包括分成上下两半的球体外壳，球体外壳内设有电路固定座，电路固定座中固定有示踪测量电路，上下两半球体外壳通过在螺塞孔设置螺塞密闭球体外壳；将示踪球投入装有煤炭物料的旋流器内，旋流器分选过程中智能示踪球随煤炭物料一起做剪切旋流运动，并记录三轴加速度数据；示踪球和物料经重介旋流器分选后同大量悬浮液一起排出并随之进入悬浮液回收净化***，将排出后系列示踪球进行收集整理，然后根据排出的位置分类并读取数据，从而得出煤炭物料在旋流场中筛选的运动轨迹图。其结构及方法简单，效率高、易于操作，示踪效果好。

Description

旋流器分选过程智能示踪球及方法
技术领域
本发明涉及一种踪球及方法，尤其适用于一种煤矿加工分选研究中使用旋流器分选过程智能示踪球及方法。
背景技术
三产品重介质旋流器是近几年大力发展并广泛应用的一种矿物分选设备。矿粒和悬浮液沿切线方向给入设备圆筒部分，形成强大的旋流。其中的旋流场是一种三维近似轴对称的多相流场，旋流器的分离、分选等作用均通过分散相与连续相的相对运动完成，因此必须了解其中分散相的运动特性，这对于生产控制和错配物研究等都具有重要的指导意义。
粒子示踪测量技术是以示踪粒子的图像来代表流场的图像，以测量到的粒子运动来代表物料的运动。如果所选择的示踪粒子能够正确反映所显示的分散相运动，那么测量得到的粒子运动轨迹曲线就可以认为是所测分散相的轨迹分布了。在关于旋流器运动的分析研究中，对于分散相运动的研究，既可以通过试验确定或者推导了沉降速度，也可以建立分散相颗粒运动方程，但方程过于复杂；也可从旋流器内两相径向相对运动方程入手，推导得到分散相的运动特性时间以及轨迹方程。但这些方法或只能得到具体条件下的数值解；或推导出了关于分散相颗粒运动时间的公式，但方程中的系数实际上均为分散相颗粒速度的函数，故其求解将十分复杂。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、使用方便、可以记录旋流器内物料分散相运动轨迹分布，轻重产物分配易于监测的旋流器分选过程智能示踪球及示踪方法。
技术方案：本发明的旋流器分选过程智能示踪球，包括由上下两半体扣合构成的球体外壳，球体外壳下半体内设有电路固定座，电路固定座中固定有示踪测量电路板，球体外壳上半体上开有多个与下半体内电路固定座相对应的多个螺塞孔，多个螺塞孔内分别设有穿过电路固定座的螺塞，螺塞与螺母配合密闭球体外壳；球体外壳上半体中部设有经密封盖密封的USB接口；所述示踪测量电路板包括顺序连接的惯性导航模块、单片机模块、通信模块，惯性导航模块、单片机模块、通信模块分别与电源相连接。
所述单片机模块的型号为TI公司CC2430 CMOS芯片，所述惯性导航模块型号为ADXL345，所述通信模块型号为MAX232。
一种使用上所述示踪球的旋流器分选过程智能示踪方法：首先对多个旋流器分选过程智能示踪球进行编号，将编号后的多个旋流器分选过程智能示踪球投入装有煤炭物料的旋流器内，启动旋流器，多个旋流器分选过程智能示踪球随着煤炭物料一起做强烈的剪切旋流运动，并实时记录自身三轴加速度运动数据；旋流器分选过程智能示踪球和煤炭物料经重介旋流器分选后，同大量悬浮液一起排出，收集排出的多个旋流器分选过程智能示踪球，按照排出的位置分类，通过USB接口读取数据，利用MATLAB软件对各组数据进行运动特性分析，得出煤炭物料在旋流场中筛选的运动轨迹图。
有益效果：本发明可实现物料运动轨迹的示踪研究，提高对运动场分布的直观监测能力，简化运动特性分析过程，易于实现生产控制；示踪球的球体外壳使用耐磨、抗压材料制成，球体表面光滑，从而使球体流动跟随性和分散性好，生产工艺简单，无污染，无能耗，运动特性稳定；示踪球内设有示踪测量电路，示踪测量电路中的加速度计实现三轴加速度数据的采集，能够测量瞬时流场、轴向速度分布、径向速度分布、涡量特征，并通过此数据利用MATLAB软件对各组数据进行运动特性分析，并与已有文献中的轨迹研究相对比，最终得到旋流场中运动轨迹图。试验结果不仅对流场中强烈剪切旋流有更进一步的认识，而且对于旋流器中轻重产物分配、生产控制等都具有重要的指导意义。为研究物料运动轨迹开辟了一个新的途径，有助于优化物料分选的轨迹。其结构及方法简单，易于操作，效率好，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的示踪球结构外形图。
图2是本发明的示踪球***结构示意图。
图3是本发明的示踪测量电路框图。
图4是本发明单片机模块图。
图5是本发明惯性导航模块图。
图中：1-螺塞孔；2-球体外壳；3-螺塞；4-示踪测量电路板；5-电路固定座；6-垫圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
图1和图2所示，本发明的旋流器分选过程智能示踪球包括分成上下两半的球体外壳2，球体外壳2内设有电路固定座5，电路固定座5中固定有示踪测量电路板4，球体外壳2上设有多个螺塞孔1，上下两半球体外壳通过在螺塞孔1设置螺塞3密闭球体外壳2；所述的示踪测量电路板4包括顺序连接的惯性导航模块、单片机模块、通信模块，所述惯性导航模块、单片机模块、通信模块分别与电源相连接。所述单片机模块的型号为TI公司CC2430 CMOS芯片，所述惯性导航模块型号为ADXL345，所述通信模块型号为MAX232。
图2所示，本发明的旋流器分选过程智能示踪方法：首先对多个旋流器分选过程智能示踪球进行编号，将编号过后的旋流器分选过程智能示踪球投入装有煤炭物料的旋流器内，启动旋流器，旋流器分选过程中智能示踪球随着示踪球随煤炭物料一起做强烈的剪切旋流运动，示踪球在一段旋流器的筒体上端靠旋流器中心空心柱的真空吸气作用及自重随待分选物料进入重介旋流器分选***中，示踪球实时记录自身三轴加速度数据；旋流器分选过程智能示踪球和物料经重介旋流器分选后，同悬浮液一起排出并随之进入产品回收***，由人工在产品脱介筛上回收示踪球。将排出后的智能示踪球收集后根据排出的位置分类，将示踪球采集到的数据经USB接口导入上位机读取数据，利用MATLAB软件对各组数据进行运动特性分析，从而得出物料在旋流场中筛选的运动轨迹图，根据运动轨迹图可对旋流器进行调节，。
图4所示，图中单片机U1型号为CC243，单片机U1通过其P0_0，P0_1，P0_5，P0_6四个引脚分别与惯性导航模块的SDO，SDI，SCLK，CS四个引脚相互连接构成SPI通信方式，SPI的最高时钟为5MHz，通信开始时主MCU选择CS置位，CS复位则通信结束，SCLK由主MCU提供串行时钟。SDI与SDO是串行数据输入与输出，它们分别在时钟的上升沿获取数据。通过SPI读取ADXL345采集的数据只能连续读取6字节数据，然后地址返回Ox32继续读取6字节数据，单片机U1的引脚7、引脚20和引脚41接电源VCC，电源VCC上并联有电容C71和电容C411，电容C71和电容C411接地，单片机的引脚19和引脚21串联有晶振电路，引脚22通过电阻R221接地，引脚23通过电容C231接地，引脚24通过嗲容241接地，引脚25连接电源AVDD，电源上连接有滤波电容C251，电容C251接地，引脚26通过电阻R261接地，引脚27-引脚31相互串联，并与电源ADVV相连接，引脚35-引脚40相互串联，并与电源ADVV相连接，电源ADVV上连接有电容C281和电容C351，电容C281和电容C351接地，引脚41通过电容C421接地，引脚43和引脚44连接有晶振电路。
由于采用RS232与上位机相连，因此，需要用MAX232将RS232电平转换为TTL电平，连接方式为单片机CC243的P1_5、P1_4、P1_3、P1_2四个引脚与MAX232的T1IN、R1OUT、R2OUT、T2IN四个引脚相连。将示踪球采集到的数据经串口导入上位机后，利用MATLAB软件对各组数据进行处理，首先将需要积分的信号作傅里叶变换，然后将变换结果在频域里进行积分运算，最后经傅里叶逆变换得到积分后的时域信号。将得到的运动特性分析结果与已有文献中的流场及轨迹研究相对比，最终得到旋流场中颗粒运动轨迹图。
图5所示，U2为ADXL是一款高灵敏度3轴加速度传感器，其加速度的计量依赖于PCB的谐振程度，因此一定要将其安装在PCB板有硬支撑的位置，在保证PCB板安装和固定要求下，将数个示踪球完好封装后投入旋流器内，示踪球在一段旋流器的筒体上端靠旋流器中心空心柱的真空吸气作用及自重随待分选物料进入重介旋流器分选***中。示踪球随物料一起做强烈的剪切旋流运动，在整个过程中，球内采集***完整地储存了示踪球的三轴加速度数据。
加速度传感器ADXL34的引脚1和引脚6通过电阻R261相连接，引脚1分别与电源VCC和电容C211相连接，电容C211接地，引脚6与电容C262相连接，电容C262接地，引脚2、引脚4和引脚5均接地。5即在运动过程中，ADXL345按照设置的数据输出频率将检测到的实时三轴数据保存在6个8位的寄存器Ox32-Ox37中，寄存器Ox32和Ox33保存X轴数据，Ox34和Ox35保存Y轴数据，Ox36和Ox37保存Z轴数据，高位在后低位在前，输出数据为二进制补码。ADXL345产生3个方向加速度后通过电子感应转化成模拟电信号，模拟电信号经过ADC转化为数字电信号并经过数字滤波存储在FIFO中，等待主控制器通过控制和中断逻辑从I/O口中读取加速度的值。

Claims (3)

1. 一种旋流器分选过程智能示踪球，其特征在于：它包括由上下两半体扣合构成的球体外壳（2），球体外壳（2）下半体内设有电路固定座（5），电路固定座（5）中固定有示踪测量电路板（4），球体外壳（2）上半体上开有多个与下半体内电路固定座（5）相对应的多个螺塞孔（1），多个螺塞孔（1）内分别设有穿过电路固定座（5）的螺塞（3），螺塞（3）与螺母配合密闭球体外壳（2）；球体外壳（2）上半体中部设有经密封盖密封的USB接口；所述示踪测量电路板包括顺序连接的惯性导航模块、单片机模块、通信模块，惯性导航模块、单片机模块、通信模块分别与电源相连接。
2. 根据权利要求1所述的旋流器分选过程智能示踪球，其特征在于：所述单片机模块的型号为TI公司CC2430 CMOS芯片，所述惯性导航模块型号为ADXL345，所述通信模块型号为MAX232。
3. 一种使用权利要求1所述示踪球的旋流器分选过程智能示踪方法，其特征在于：首先对多个旋流器分选过程智能示踪球进行编号，将编号后的多个旋流器分选过程智能示踪球投入装有煤炭物料的旋流器内，启动旋流器，多个旋流器分选过程智能示踪球随着煤炭物料一起做强烈的剪切旋流运动，并实时记录自身三轴加速度运动数据；旋流器分选过程智能示踪球和煤炭物料经重介旋流器分选后，同大量悬浮液一起排出，收集排出的多个旋流器分选过程智能示踪球，按照排出的位置分类，通过USB接口读取数据，利用MATLAB软件对各组数据进行运动特性分析，得出煤炭物料在旋流场中筛选的运动轨迹图。
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