礦山充填料漿參量檢測(cè)方法及監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)置在輸漿管路外側(cè)的弧形發(fā)射座和弧形接收座；發(fā)射座設(shè)置有超聲波發(fā)射換能器；接收座設(shè)置有超聲波接收換能器；發(fā)射座與接收座沿輸漿管路軸線偏移設(shè)置；超聲波發(fā)射換能器、超聲波接收換能器和溫度傳感器通過(guò)信號(hào)傳輸模塊與信號(hào)處理計(jì)算中心和控制顯示模塊相連接。本發(fā)明礦山充填料漿參量檢測(cè)方法及監(jiān)測(cè)裝置，利用不同模態(tài)配對(duì)的超聲波發(fā)射換能器與接收換能器，循環(huán)檢測(cè)料漿溫度及不同層位的濃度、流量等參數(shù)，為料漿制備及管道輸送提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)，單機(jī)測(cè)量并顯示、輸出料漿的濃度、流速參數(shù)，監(jiān)測(cè)管內(nèi)的濃度分布和流速分布狀況，并預(yù)警堵管事故。
【專利說(shuō)明】礦山充填料漿參量檢測(cè)方法及監(jiān)測(cè)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦山充填及選礦中的管道輸送和配漿【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說(shuō)，是涉及一種礦山充填料漿參量檢測(cè)方法及監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]固液兩相流的管道輸送濃度和流量監(jiān)測(cè)技術(shù)，廣泛用于礦山充填、選廠尾砂排放、水煤漿輸送、電廠粉煤灰排放等領(lǐng)域，直接關(guān)系到料漿質(zhì)量、輸送效果、輸送能力，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工業(yè)控制、技術(shù)管理的關(guān)鍵指標(biāo)。目前料漿濃度和流量監(jiān)測(cè)中，主要有如下方法和設(shè)備:
I)人工料壺法根據(jù)各種物料的體積構(gòu)成與料漿密度進(jìn)行計(jì)算，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，不能給出控制信號(hào)；2)核子濃度計(jì)，采用Y射線衰減原理制成，能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和控制信號(hào)輸出，但功能單一，存在一定輻射污染，使用中需要嚴(yán)格的安全證書并定期檢測(cè)，費(fèi)用較高，一旦丟失后果不堪設(shè)想；3)超聲波濃度計(jì)，采用超聲波在被測(cè)體中傳播是的時(shí)移、頻移或聲衰的原理制成，大多為單聲道結(jié)構(gòu)，不能監(jiān)測(cè)料漿的沿著管徑的濃度分布狀況，也不能預(yù)判料漿離析堵管，不能判別層流紊流工礦；4)電磁流量計(jì)，基于法拉第電磁感應(yīng)原理而制，要求磁場(chǎng)均勻分布，流體流速軸對(duì)稱分布，受機(jī)械設(shè)備電磁影響較大，且在料漿有離析沉降和紊流流動(dòng)時(shí)，原理上不能應(yīng)用；5)超聲波流量計(jì)，基于穿透發(fā)射接收的超聲波頻移或聲衰的原理制成，大多為單聲道單方向測(cè)試結(jié)構(gòu)，不能監(jiān)測(cè)料漿的沿著管徑的流量分布狀況，也不能預(yù)判料漿離析堵管。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種集濃度、流量分布狀態(tài)測(cè)試功能為一體的能夠保證流量和濃度同源測(cè)量的礦山充填料漿參量檢測(cè)方法及監(jiān)測(cè)裝置。
[0004]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)置在輸漿管路外側(cè)的弧形發(fā)射座和弧形接收座；發(fā)射座設(shè)置有超聲波發(fā)射換能器；接收座設(shè)置有超聲波接收換能器；發(fā)射座與接收座沿輸漿管路軸線偏移設(shè)置；溫度傳感器采用接觸式打孔安裝，溫度傳感器設(shè)置在發(fā)射座和接受座外側(cè)10~15厘米處；超聲波發(fā)射換能器、超聲波接收換能器和溫度傳感器通過(guò)信號(hào)傳輸模塊與信號(hào)處理計(jì)算中心和控制顯示模塊相連接。
[0005]弧形發(fā)射座和弧形接收座的弧度為120度。
[0006]所述弧形發(fā)射座和弧形接收座內(nèi)壁設(shè)置有用于中心定位的強(qiáng)磁塊；輸漿管路設(shè)置有用于固定發(fā)射座與接收座的膏狀耦合劑。
[0007]所述發(fā)射座與接收座沿輸漿管路軸線偏移距離為15厘米。
[0008]所述超聲波發(fā)射換能器包括水平設(shè)置的水平發(fā)射換能器，水平超聲波發(fā)射換能器上方設(shè)置有上方超聲波發(fā)射換能器；水平超聲波發(fā)射換能器下方設(shè)置有下方超聲波發(fā)射換能器；上方超聲波發(fā)射換能器和下方超聲波發(fā)射換能器與水平超聲波發(fā)射換能器偏轉(zhuǎn)角為45度。[0009]所述超聲波接收換能器包括水平設(shè)置的水平超聲波接收換能器，水平超聲波接收換能器上方設(shè)置有上方超聲波接收換能器；水平接超聲波收換能器下方設(shè)置有下方超聲波接收換能器；上方超聲波接收換能器和下方超聲波接收換能器與水平超聲波接收換能器偏轉(zhuǎn)角為45度。
[0010]一種礦山充填料漿參量檢測(cè)方法，包括如下步驟: A、控制顯示模塊接通電源；溫度傳感器檢測(cè)分析料漿溫度，為超聲波濃度和流速檢測(cè)提供修正溫度數(shù)據(jù)；
B、通過(guò)門路選擇，設(shè)定超聲波發(fā)射與接收配對(duì)方式在模態(tài)一工作狀態(tài):上方超聲波發(fā)射換能器與下方超聲波接收換能器；水平超聲波發(fā)射換能器與水平超聲波接收換能器；下方超聲波發(fā)射換能器與上方超聲波接收換能器形成三組配對(duì)；通過(guò)循環(huán)檢測(cè)計(jì)算三組配對(duì)的接收波信號(hào)；利用聲波多普勒頻移和衰減特性，計(jì)算分析料漿的流速和濃度；三組檢測(cè)結(jié)果的平均值即為平均流速和濃度，流速與管道內(nèi)徑乘積即為流量；
C、通過(guò)門路選擇，設(shè)定超聲波發(fā)射與接收配對(duì)方式在模態(tài)二工作狀態(tài):此時(shí)上方超聲波發(fā)射換能器與上方超聲波接收換能器；水平超聲波發(fā)射換能器與水平超聲波接收換能器；下方超聲波發(fā)射換能器與下方超聲波接收換能器形成三組配對(duì)；通過(guò)循環(huán)檢測(cè)計(jì)算三組配對(duì)的接收波信號(hào)；利用聲波多普勒頻移和衰減特性，計(jì)算分析料漿的流速和濃度?’得出管徑上中下三個(gè)層位的流速、濃度分布數(shù)據(jù)；
D、在兩種模態(tài)檢測(cè)過(guò)程中，因形成的發(fā)射換能器與接收換能器之間的距離、相對(duì)流速偏移角度的不同，兩種模態(tài)下需要計(jì)算基本參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)變換；
E、設(shè)定兩種模態(tài)六組配對(duì)方式的單聲道檢測(cè)循環(huán)進(jìn)行，可給出濃度、流速、流量隨時(shí)間的變化規(guī)律，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果參數(shù)的平均、積分、趨勢(shì)分析，可給出累計(jì)充填量和平均流速、平均濃度和平均流量，判明管內(nèi)料漿的離析沉降狀態(tài)，亦可判定是否有堵管趨勢(shì)，從而調(diào)整配料比例、預(yù)判充填時(shí)間、設(shè)定泵的工作狀態(tài)。
[0011]本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的有益效果:
本發(fā)明礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，利用超聲波多普勒頻移、衰減特性，結(jié)合溫度傳感器的溫度檢測(cè)值，綜合檢測(cè)溫度、濃度和流量等輸送料漿參數(shù)，一機(jī)多能，同時(shí)僅有一對(duì)超聲波換能器工作，接收波的信號(hào)源單一，誤差??；接收波分析為同一源信號(hào)，能夠保證流量和濃度同源測(cè)量；安裝為非接觸式耦合安裝，設(shè)計(jì)有預(yù)儲(chǔ)耦合劑的安裝直插口，耦合劑為膏體狀態(tài)，能保證長(zhǎng)期不流失；采用微處理器和集成電路結(jié)構(gòu)，智能分析，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，既可原位顯示，也可與上位計(jì)算機(jī)相連進(jìn)行過(guò)程分析和工業(yè)配漿控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)傳輸原理示意圖；
圖2是本發(fā)明礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)傳輸結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置的超聲波換能器模態(tài)一工作原理示意圖；
圖4是本發(fā)明礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置的超聲波換能器模態(tài)二工作原理示意圖。
[0013]附圖中主要部件符號(hào)說(shuō)明:
圖中:
1、輸漿管路2、發(fā)射座 3、超聲波發(fā)射換能器4、超聲波換能器發(fā)射端引線
5、超聲波換能器接收端引線 6、超聲波接收換能器
7、強(qiáng)磁塊8、膏狀耦合劑
9、水平超聲波發(fā)射換能器10、上方超聲波發(fā)射換能器
11、下方超聲波發(fā)射換能器 12、水平超聲波接收換能器 13、上方超聲波接收換能器 14、下方超聲波接收換能器 15、接收座
—.........................................................代表信號(hào)發(fā)出方向 。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下參照附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明:
附圖1至4可知，一種礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)置在輸漿管路I外側(cè)的弧形發(fā)射座2和弧形接收座15 ;發(fā)射座2設(shè)置有超聲波發(fā)射換能器3 ;接收座15設(shè)置有超聲波接收換能器6 ;發(fā)射座2與接收座15沿輸漿管路I軸線偏移設(shè)置；溫度傳感器采用接觸式打孔安裝，溫度傳感器設(shè)置在發(fā)射座2和接受座15外側(cè)10?15厘米處；超聲波發(fā)射換能器3、超聲波接收換能器6和溫度傳感器通過(guò)信號(hào)傳輸模塊與信號(hào)處理計(jì)算中心和控制顯示模塊相連接。
[0015]弧形發(fā)射座2和弧形接收座15的弧度為120度，也可以是120度至150度之間的
任意角度。
[0016]所述弧形發(fā)射座2和弧形接收座15內(nèi)壁設(shè)置有用于中心定位的強(qiáng)磁塊7 ;輸漿管路I設(shè)置有用于固定發(fā)射座2與接收座15的膏狀耦合劑8。
[0017]所述發(fā)射座2與接收座15沿輸漿管路I軸線偏移距離為15厘米。
[0018]所述超聲波發(fā)射換能器3包括水平設(shè)置的水平發(fā)射換能器9，水平超聲波發(fā)射換能器9上方設(shè)置有上方超聲波發(fā)射換能器10 ;水平超聲波發(fā)射換能器9下方設(shè)置有下方超聲波發(fā)射換能器11 ;上方超聲波發(fā)射換能器10和下方超聲波發(fā)射換能器11與水平發(fā)射換能器9偏轉(zhuǎn)角為45度。
[0019]所述超聲波接收換能器6包括水平設(shè)置的水平超聲波接收換能器12，水平超聲波接收換能器12上方設(shè)置有上方超聲波接收換能器13 ;水平接超聲波收換能器13下方設(shè)置有下方超聲波接收換能器14 ;上方超聲波接收換能器13和下方超聲波接收換能器14與水平超聲波接收換能器12偏轉(zhuǎn)角為45度，也可以為30度或60度，或者30度至60度之間的任意角度。
[0020]一種礦山充填料漿參量檢測(cè)方法，包括如下步驟:
A、控制顯示模塊接通電源；溫度傳感器檢測(cè)分析料漿溫度，為超聲波濃度和流速檢測(cè)提供修正溫度數(shù)據(jù)；
B、通過(guò)門路選擇，設(shè)定超聲波發(fā)射與接收配對(duì)方式在模態(tài)一工作狀態(tài):上方超聲波發(fā)射換能器與下方超聲波接收換能器；水平超聲波發(fā)射換能器與水平超聲波接收換能器；下方超聲波發(fā)射換能器與上方超聲波接收換能器形成三組配對(duì)；通過(guò)循環(huán)檢測(cè)計(jì)算三組配對(duì)的接收波信號(hào)；利用聲波多普勒頻移和衰減特性，計(jì)算分析料漿的流速和濃度；三組檢測(cè)結(jié)果的平均值即為平均流速和濃度，流速與管道內(nèi)徑乘積即為流量；C、通過(guò)門路選擇，設(shè)定超聲波發(fā)射與接收配對(duì)方式在模態(tài)二工作狀態(tài):此時(shí)上方超聲波發(fā)射換能器與上方超聲波接收換能器；水平超聲波發(fā)射換能器與水平超聲波接收換能器；下方超聲波發(fā)射換能器與下方超聲波接收換能器形成三組配對(duì)；通過(guò)循環(huán)檢測(cè)計(jì)算三組配對(duì)的接收波信號(hào)；利用聲波多普勒頻移和衰減特性，計(jì)算分析料漿的流速和濃度?’得出管徑上中下三個(gè)層位的流速、濃度分布數(shù)據(jù)；
D、在兩種模態(tài)檢測(cè)過(guò)程中，因形成的發(fā)射換能器與接收換能器之間的距離、相對(duì)流速偏移角度的不同，兩種模態(tài)下需要計(jì)算基本參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)變換；
E、設(shè)定兩種模態(tài)六組配對(duì)方式的單聲道檢測(cè)循環(huán)進(jìn)行，可給出濃度、流速、流量隨時(shí)間的變化規(guī)律，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果參數(shù)的平均、積分、趨勢(shì)分析，可給出累計(jì)充填量和平均流速、平均濃度和平均流量，判明管內(nèi)料漿的離析沉降狀態(tài)，亦可判定是否有堵管趨勢(shì)，從而調(diào)整配料比例、預(yù)判充填時(shí)間、設(shè)定泵的工作狀態(tài)。
[0021]本發(fā)明礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，利用超聲波多普勒頻移、衰減特性，結(jié)合溫度傳感器的溫度檢測(cè)值，綜合檢測(cè)溫度、濃度和流量等輸送料漿參數(shù)，一機(jī)多能，同時(shí)僅有一對(duì)超聲波換能器工作，接收波的信號(hào)源單一，誤差小；接收波分析為同一源信號(hào)，能夠保證流量和濃度同源測(cè)量；安裝為非接觸式耦合安裝，設(shè)計(jì)有預(yù)儲(chǔ)耦合劑的安裝直插口，耦合劑為膏體狀態(tài)，能保證長(zhǎng)期不流失；采用微處理器和集成電路結(jié)構(gòu)，智能分析，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，既可原位顯示，也可與上位計(jì)算機(jī)相連進(jìn)行過(guò)程分析和工業(yè)配漿控制。[0022]本發(fā)明礦山充填料漿參量檢測(cè)方法及監(jiān)測(cè)裝置，利用不同模態(tài)配對(duì)的超聲波發(fā)射換能器與接收換能器，循環(huán)檢測(cè)料漿溫度及不同層位的濃度、流量等參數(shù)，為料漿制備及管道輸送提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)，單機(jī)測(cè)量并顯示、輸出料漿的濃度、流速參數(shù)，監(jiān)測(cè)管內(nèi)的濃度分布和流速分布狀況，并預(yù)警堵管事故。
[0023]利用單片機(jī)編程來(lái)對(duì)兩種模態(tài)進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè)控制，可進(jìn)行料漿濃度過(guò)程分布、流速分布以及傳播時(shí)間分布的相關(guān)性分析，為料漿制備提供前饋信號(hào)。
[0024]超聲波換能器安裝過(guò)程中，插入帶有存有專用膏狀耦合劑的弧形安裝座中，擠壓耦合劑密貼輸漿管外壁排除空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)耦合。
[0025]所述的多組超聲波換能器中同時(shí)工作的僅有一組，其超聲波的收發(fā)角度能夠確保兩種模態(tài)均能正常工作。
[0026]所述的多組超聲波換能器依據(jù)外部溫度傳感器形成的料漿溫度信號(hào)，對(duì)超聲波接收信號(hào)衰減、頻移、速度進(jìn)行修正。
[0027]多組超聲波換能器與上位計(jì)算機(jī)連接采用RS485串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，濾波計(jì)算及參數(shù)累積計(jì)算依賴上位計(jì)算機(jī)來(lái)完成，并與控制顯示模塊的參數(shù)值進(jìn)行對(duì)比校驗(yàn)。
[0028]利用超聲波聲衰及頻移特征，完成濃度和流量的多參量監(jiān)測(cè)，結(jié)合溫度傳感器對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正，監(jiān)測(cè)器使用時(shí)按照裝配圖組裝完畢并通電，可自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)定并存儲(chǔ)計(jì)算參數(shù)，而后循環(huán)檢測(cè)不同模態(tài)的多參量并顯示，不斷給出流量和濃度分布值及平均值，還可將接收的超聲波信號(hào)傳給上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行消噪處理與計(jì)算，同時(shí)餓傳輸流量和濃度信號(hào)給計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較分析。
【權(quán)利要求】
1.一種礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:包括設(shè)置在輸漿管路外側(cè)的弧形發(fā)射座和弧形接收座；發(fā)射座設(shè)置有超聲波發(fā)射換能器；接收座設(shè)置有超聲波接收換能器；發(fā)射座與接收座沿輸漿管路軸線偏移設(shè)置；溫度傳感器采用接觸式打孔安裝，溫度傳感器設(shè)置在發(fā)射座和接受座外側(cè)10~15厘米處；超聲波發(fā)射換能器、超聲波接收換能器和溫度傳感器通過(guò)信號(hào)傳輸模塊與信號(hào)處理計(jì)算中心和控制顯示模塊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，弧形發(fā)射座和弧形接收座的弧度為120度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述弧形發(fā)射座和弧形接收座內(nèi)壁設(shè)置有用于中心定位的強(qiáng)磁塊；輸漿管路設(shè)置有用于固定發(fā)射座與接收座的膏狀耦合劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述發(fā)射座與接收座沿輸漿管路軸線偏移距離為15厘米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述超聲波發(fā)射換能器包括水平設(shè)置的水平發(fā)射換能器，水平超聲波發(fā)射換能器上方設(shè)置有上方超聲波發(fā)射換能器；水平超聲波發(fā)射換能器下方設(shè)置有下方超聲波發(fā)射換能器；上方超聲波發(fā)射換能器和下方超聲波發(fā)射換能器與水平超聲波發(fā)射換能器偏轉(zhuǎn)角為45度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述礦山充填料漿參量監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述超聲波接收換能器包括水平設(shè)置的水平超聲波接收換能器，水平超聲波接收換能器上方設(shè)置有上方超聲波接收換能器；水平接超聲波收換能器下方設(shè)置有下方超聲波接收換能器；上方超聲波接收換能器和下方超聲波接收換能器與水平超聲波接收換能器偏轉(zhuǎn)角為45度。
7.—種礦山充填料漿參量檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟:` A、控制顯示模塊接通電源；溫度傳感器檢測(cè)分析料漿溫度，為超聲波濃度和流速檢測(cè)提供修正溫度數(shù)據(jù)； B、通過(guò)門路選擇，設(shè)定超聲波發(fā)射與接收配對(duì)方式在模態(tài)一工作狀態(tài):上方超聲波發(fā)射換能器與下方超聲波接收換能器；水平超聲波發(fā)射換能器與水平超聲波接收換能器；下方超聲波發(fā)射換能器與上方超聲波接收換能器形成三組配對(duì)；通過(guò)循環(huán)檢測(cè)計(jì)算三組配對(duì)的接收波信號(hào)；利用聲波多普勒頻移和衰減特性，計(jì)算分析料漿的流速和濃度；三組檢測(cè)結(jié)果的平均值即為平均流速和濃度，流速與管道內(nèi)徑乘積即為流量； C、通過(guò)門路選擇，設(shè)定超聲波發(fā)射與接收配對(duì)方式在模態(tài)二工作狀態(tài):此時(shí)上方超聲波發(fā)射換能器與上方超聲波接收換能器；水平超聲波發(fā)射換能器與水平超聲波接收換能器；下方超聲波發(fā)射換能器與下方超聲波接收換能器形成三組配對(duì)；通過(guò)循環(huán)檢測(cè)計(jì)算三組配對(duì)的接收波信號(hào)；利用聲波多普勒頻移和衰減特性，計(jì)算分析料漿的流速和濃度?’得出管徑上中下三個(gè)層位的流速、濃度分布數(shù)據(jù)； D、在兩種模態(tài)檢測(cè)過(guò)程中，因形成的發(fā)射換能器與接收換能器之間的距離、相對(duì)流速偏移角度的不同，兩種模態(tài)下需要計(jì)算基本參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)變換； E、設(shè)定兩種模態(tài)六組配對(duì)方式的單聲道檢測(cè)循環(huán)進(jìn)行，可給出濃度、流速、流量隨時(shí)間的變化規(guī)律，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果參數(shù)的平均、積分、趨勢(shì)分析，可給出累計(jì)充填量和平均流速、平均濃度和平均流量，判明管內(nèi)料漿的離析沉降狀態(tài)，亦可判定是否有堵管趨勢(shì)，從而調(diào)整配料比例、預(yù)判充填時(shí)間、設(shè)定泵的工作狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】G01N29/032GK103728371SQ201410022295
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】劉建莊, 李佳 申請(qǐng)人:河北聯(lián)合大學(xué)