CN103728371A - 矿山充填料浆参量检测方法及监测装置 - Google Patents

Abstract

一种矿山充填料浆参量监测装置，包括设置在输浆管路外侧的弧形发射座和弧形接收座；发射座设置有超声波发射换能器；接收座设置有超声波接收换能器；发射座与接收座沿输浆管路轴线偏移设置；超声波发射换能器、超声波接收换能器和温度传感器通过信号传输模块与信号处理计算中心和控制显示模块相连接。本发明矿山充填料浆参量检测方法及监测装置，利用不同模态配对的超声波发射换能器与接收换能器，循环检测料浆温度及不同层位的浓度、流量等参数，为料浆制备及管道输送提供实时监测信号，单机测量并显示、输出料浆的浓度、流速参数，监测管内的浓度分布和流速分布状况，并预警堵管事故。

Description

矿山充填料浆参量检测方法及监测装置

技术领域

本发明涉及矿山充填及选矿中的管道输送和配浆技术领域，具体的说，是涉及一种矿山充填料浆参量检测方法及监测装置。

背景技术

固液两相流的管道输送浓度和流量监测技术，广泛用于矿山充填、选厂尾砂排放、水煤浆输送、电厂粉煤灰排放等领域，直接关系到料浆质量、输送效果、输送能力，是系统设计、工业控制、技术管理的关键指标。目前料浆浓度和流量监测中，主要有如下方法和设备：1）人工料壶法根据各种物料的体积构成与料浆密度进行计算，费工费时，不能实现在线监测，不能给出控制信号；2）核子浓度计，采用γ射线衰减原理制成，能够实现在线监测和控制信号输出，但功能单一，存在一定辐射污染，使用中需要严格的安全证书并定期检测，费用较高，一旦丢失后果不堪设想；3）超声波浓度计，采用超声波在被测体中传播是的时移、频移或声衰的原理制成，大多为单声道结构，不能监测料浆的沿着管径的浓度分布状况，也不能预判料浆离析堵管，不能判别层流紊流工矿；4）电磁流量计，基于法拉第电磁感应原理而制，要求磁场均匀分布，流体流速轴对称分布，受机械设备电磁影响较大，且在料浆有离析沉降和紊流流动时，原理上不能应用；5）超声波流量计，基于穿透发射接收的超声波频移或声衰的原理制成，大多为单声道单方向测试结构，不能监测料浆的沿着管径的流量分布状况，也不能预判料浆离析堵管。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种集浓度、流量分布状态测试功能为一体的能够保证流量和浓度同源测量的矿山充填料浆参量检测方法及监测装置。

本发明所采取的技术方案是：

一种矿山充填料浆参量监测装置，包括设置在输浆管路外侧的弧形发射座和弧形接收座；发射座设置有超声波发射换能器；接收座设置有超声波接收换能器；发射座与接收座沿输浆管路轴线偏移设置；温度传感器采用接触式打孔安装，温度传感器设置在发射座和接受座外侧10～15厘米处；超声波发射换能器、超声波接收换能器和温度传感器通过信号传输模块与信号处理计算中心和控制显示模块相连接。

弧形发射座和弧形接收座的弧度为120度。

所述弧形发射座和弧形接收座内壁设置有用于中心定位的强磁块；输浆管路设置有用于固定发射座与接收座的膏状耦合剂。

所述发射座与接收座沿输浆管路轴线偏移距离为 15 厘米。

所述超声波发射换能器包括水平设置的水平发射换能器，水平超声波发射换能器上方设置有上方超声波发射换能器；水平超声波发射换能器下方设置有下方超声波发射换能器；上方超声波发射换能器和下方超声波发射换能器与水平超声波发射换能器偏转角为 45 度。

所述超声波接收换能器包括水平设置的水平超声波接收换能器，水平超声波接收换能器上方设置有上方超声波接收换能器；水平接超声波收换能器下方设置有下方超声波接收换能器；上方超声波接收换能器和下方超声波接收换能器与水平超声波接收换能器偏转角为 45 度。

一种矿山充填料浆参量检测方法，包括如下步骤：

A、控制显示模块接通电源；温度传感器检测分析料浆温度，为超声波浓度和流速检测提供修正温度数据；

B、通过门路选择，设定超声波发射与接收配对方式在模态一工作状态：上方超声波发射换能器与下方超声波接收换能器；水平超声波发射换能器与水平超声波接收换能器；下方超声波发射换能器与上方超声波接收换能器形成三组配对；通过循环检测计算三组配对的接收波信号；利用声波多普勒频移和衰减特性，计算分析料浆的流速和浓度；三组检测结果的平均值即为平均流速和浓度，流速与管道内径乘积即为流量；

C、通过门路选择，设定超声波发射与接收配对方式在模态二工作状态：此时上方超声波发射换能器与上方超声波接收换能器；水平超声波发射换能器与水平超声波接收换能器；下方超声波发射换能器与下方超声波接收换能器形成三组配对；通过循环检测计算三组配对的接收波信号；利用声波多普勒频移和衰减特性，计算分析料浆的流速和浓度；得出管径上中下三个层位的流速、浓度分布数据；

D、在两种模态检测过程中，因形成的发射换能器与接收换能器之间的距离、相对流速偏移角度的不同，两种模态下需要计算基本参数进行自动变换；

E、设定两种模态六组配对方式的单声道检测循环进行，可给出浓度、流速、流量随时间的变化规律，通过检测结果参数的平均、积分、趋势分析，可给出累计充填量和平均流速、平均浓度和平均流量，判明管内料浆的离析沉降状态，亦可判定是否有堵管趋势，从而调整配料比例、预判充填时间、设定泵的工作状态。

本发明相对现有技术的有益效果：                

本发明矿山充填料浆参量监测装置，利用超声波多普勒频移、衰减特性，结合温度传感器的温度检测值，综合检测温度、浓度和流量等输送料浆参数，一机多能，同时仅有一对超声波换能器工作，接收波的信号源单一，误差小；接收波分析为同一源信号，能够保证流量和浓度同源测量；安装为非接触式耦合安装，设计有预储耦合剂的安装直插口，耦合剂为膏体状态，能保证长期不流失；采用微处理器和集成电路结构，智能分析，标准信号输出，既可原位显示，也可与上位计算机相连进行过程分析和工业配浆控制。

附图说明

图1是本发明矿山充填料浆参量监测装置信号传输原理示意图；

图2是本发明矿山充填料浆参量监测装置信号传输结构示意图；

图3是本发明矿山充填料浆参量监测装置的超声波换能器模态一工作原理示意图；

图4是本发明矿山充填料浆参量监测装置的超声波换能器模态二工作原理示意图。

附图中主要部件符号说明：

图中： 

1、输浆管路                   2、发射座

3、超声波发射换能器           4、超声波换能器发射端引线

5、超声波换能器接收端引线     6、超声波接收换能器

7、强磁块                     8、膏状耦合剂

9、水平超声波发射换能器       10、上方超声波发射换能器

11、下方超声波发射换能器      12、水平超声波接收换能器

13、上方超声波接收换能器      14、下方超声波接收换能器

15、接收座

            代表信号发出方向   。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：

附图1至4可知，一种矿山充填料浆参量监测装置，包括设置在输浆管路1外侧的弧形发射座2和弧形接收座15；发射座2设置有超声波发射换能器3；接收座15设置有超声波接收换能器6；发射座2与接收座15沿输浆管路1轴线偏移设置；温度传感器采用接触式打孔安装，温度传感器设置在发射座2和接受座15外侧10～15厘米处；超声波发射换能器3、超声波接收换能器6和温度传感器通过信号传输模块与信号处理计算中心和控制显示模块相连接。

弧形发射座2和弧形接收座15的弧度为120度，也可以是120度至150度之间的任意角度。

所述弧形发射座2和弧形接收座15内壁设置有用于中心定位的强磁块7；输浆管路1设置有用于固定发射座2与接收座15的膏状耦合剂8。

所述发射座2与接收座15沿输浆管路1轴线偏移距离为 15 厘米。

所述超声波发射换能器3包括水平设置的水平发射换能器9，水平超声波发射换能器9上方设置有上方超声波发射换能器10；水平超声波发射换能器9下方设置有下方超声波发射换能器11；上方超声波发射换能器10和下方超声波发射换能器11与水平发射换能器9偏转角为 45 度。

所述超声波接收换能器6包括水平设置的水平超声波接收换能器12，水平超声波接收换能器12上方设置有上方超声波接收换能器13；水平接超声波收换能器13下方设置有下方超声波接收换能器14；上方超声波接收换能器13和下方超声波接收换能器14与水平超声波接收换能器12偏转角为 45 度，也可以为30度或60度，或者30度至60度之间的任意角度。

一种矿山充填料浆参量检测方法，包括如下步骤：

A、控制显示模块接通电源；温度传感器检测分析料浆温度，为超声波浓度和流速检测提供修正温度数据；

B、通过门路选择，设定超声波发射与接收配对方式在模态一工作状态：上方超声波发射换能器与下方超声波接收换能器；水平超声波发射换能器与水平超声波接收换能器；下方超声波发射换能器与上方超声波接收换能器形成三组配对；通过循环检测计算三组配对的接收波信号；利用声波多普勒频移和衰减特性，计算分析料浆的流速和浓度；三组检测结果的平均值即为平均流速和浓度，流速与管道内径乘积即为流量；

C、通过门路选择，设定超声波发射与接收配对方式在模态二工作状态：此时上方超声波发射换能器与上方超声波接收换能器；水平超声波发射换能器与水平超声波接收换能器；下方超声波发射换能器与下方超声波接收换能器形成三组配对；通过循环检测计算三组配对的接收波信号；利用声波多普勒频移和衰减特性，计算分析料浆的流速和浓度；得出管径上中下三个层位的流速、浓度分布数据；

D、在两种模态检测过程中，因形成的发射换能器与接收换能器之间的距离、相对流速偏移角度的不同，两种模态下需要计算基本参数进行自动变换；

E、设定两种模态六组配对方式的单声道检测循环进行，可给出浓度、流速、流量随时间的变化规律，通过检测结果参数的平均、积分、趋势分析，可给出累计充填量和平均流速、平均浓度和平均流量，判明管内料浆的离析沉降状态，亦可判定是否有堵管趋势，从而调整配料比例、预判充填时间、设定泵的工作状态。

本发明矿山充填料浆参量监测装置，利用超声波多普勒频移、衰减特性，结合温度传感器的温度检测值，综合检测温度、浓度和流量等输送料浆参数，一机多能，同时仅有一对超声波换能器工作，接收波的信号源单一，误差小；接收波分析为同一源信号，能够保证流量和浓度同源测量；安装为非接触式耦合安装，设计有预储耦合剂的安装直插口，耦合剂为膏体状态，能保证长期不流失；采用微处理器和集成电路结构，智能分析，标准信号输出，既可原位显示，也可与上位计算机相连进行过程分析和工业配浆控制。

本发明矿山充填料浆参量检测方法及监测装置，利用不同模态配对的超声波发射换能器与接收换能器，循环检测料浆温度及不同层位的浓度、流量等参数，为料浆制备及管道输送提供实时监测信号，单机测量并显示、输出料浆的浓度、流速参数，监测管内的浓度分布和流速分布状况，并预警堵管事故。

利用单片机编程来对两种模态进行循环监测控制，可进行料浆浓度过程分布、流速分布以及传播时间分布的相关性分析，为料浆制备提供前馈信号。

超声波换能器安装过程中，插入带有存有专用膏状耦合剂的弧形安装座中，挤压耦合剂密贴输浆管外壁排除空气来实现耦合。

所述的多组超声波换能器中同时工作的仅有一组，其超声波的收发角度能够确保两种模态均能正常工作。

所述的多组超声波换能器依据外部温度传感器形成的料浆温度信号，对超声波接收信号衰减、频移、速度进行修正。

多组超声波换能器与上位计算机连接采用RS485串行通讯标准，滤波计算及参数累积计算依赖上位计算机来完成，并与控制显示模块的参数值进行对比校验。

利用超声波声衰及频移特征，完成浓度和流量的多参量监测，结合温度传感器对参数进行修正，监测器使用时按照装配图组装完毕并通电，可自动进行标定并存储计算参数，而后循环检测不同模态的多参量并显示，不断给出流量和浓度分布值及平均值，还可将接收的超声波信号传给上位计算机进行消噪处理与计算，同时饿传输流量和浓度信号给计算机进行比较分析。

Claims (7)

1.一种矿山充填料浆参量监测装置，其特征在于：包括设置在输浆管路外侧的弧形发射座和弧形接收座；发射座设置有超声波发射换能器；接收座设置有超声波接收换能器；发射座与接收座沿输浆管路轴线偏移设置；温度传感器采用接触式打孔安装，温度传感器设置在发射座和接受座外侧10～15厘米处；超声波发射换能器、超声波接收换能器和温度传感器通过信号传输模块与信号处理计算中心和控制显示模块相连接。

2.根据权利要求书1所述矿山充填料浆参量监测装置，其特征在于，弧形发射座和弧形接收座的弧度为120度。

3.根据权利要求1所述矿山充填料浆参量监测装置，其特征在于，所述弧形发射座和弧形接收座内壁设置有用于中心定位的强磁块；输浆管路设置有用于固定发射座与接收座的膏状耦合剂。

4.根据权利要求1所述矿山充填料浆参量监测装置，其特征在于，所述发射座与接收座沿输浆管路轴线偏移距离为 15 厘米。

5.根据权利要求1所述矿山充填料浆参量监测装置，其特征在于，所述超声波发射换能器包括水平设置的水平发射换能器，水平超声波发射换能器上方设置有上方超声波发射换能器；水平超声波发射换能器下方设置有下方超声波发射换能器；上方超声波发射换能器和下方超声波发射换能器与水平超声波发射换能器偏转角为 45 度。

6.根据权利要求1所述矿山充填料浆参量监测装置，其特征在于，所述超声波接收换能器包括水平设置的水平超声波接收换能器，水平超声波接收换能器上方设置有上方超声波接收换能器；水平接超声波收换能器下方设置有下方超声波接收换能器；上方超声波接收换能器和下方超声波接收换能器与水平超声波接收换能器偏转角为 45 度。

7.一种矿山充填料浆参量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、控制显示模块接通电源；温度传感器检测分析料浆温度，为超声波浓度和流速检测提供修正温度数据；

B、通过门路选择，设定超声波发射与接收配对方式在模态一工作状态：上方超声波发射换能器与下方超声波接收换能器；水平超声波发射换能器与水平超声波接收换能器；下方超声波发射换能器与上方超声波接收换能器形成三组配对；通过循环检测计算三组配对的接收波信号；利用声波多普勒频移和衰减特性，计算分析料浆的流速和浓度；三组检测结果的平均值即为平均流速和浓度，流速与管道内径乘积即为流量；

C、通过门路选择，设定超声波发射与接收配对方式在模态二工作状态：此时上方超声波发射换能器与上方超声波接收换能器；水平超声波发射换能器与水平超声波接收换能器；下方超声波发射换能器与下方超声波接收换能器形成三组配对；通过循环检测计算三组配对的接收波信号；利用声波多普勒频移和衰减特性，计算分析料浆的流速和浓度；得出管径上中下三个层位的流速、浓度分布数据；

D、在两种模态检测过程中，因形成的发射换能器与接收换能器之间的距离、相对流速偏移角度的不同，两种模态下需要计算基本参数进行自动变换；

E、设定两种模态六组配对方式的单声道检测循环进行，可给出浓度、流速、流量随时间的变化规律，通过检测结果参数的平均、积分、趋势分析，可给出累计充填量和平均流速、平均浓度和平均流量，判明管内料浆的离析沉降状态，亦可判定是否有堵管趋势，从而调整配料比例、预判充填时间、设定泵的工作状态。

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