CN103871307A - 浮选气泡特征提取教学实验平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种浮选气泡特征提取教学实验平台，属于矿物加工工程技术领域。主要解决现有的浮选课堂教学因缺乏实验平台而导致学生难以理解浮选气泡产生和矿化机理，严重影响教学质量等问题。本发明的特征在于：包括起泡器、不锈钢导管、水听器、音频信号采集模块、计算机、压泡板、水槽、十字夹和支架，起泡器连接不锈钢导管，不锈钢导管放置于水槽内，起泡器和不锈钢导管用十字夹固定在支架上，水听器连接音频信号采集模块，音频信号采集模块连接计算机的USB口，计算机安装有声波数据分析软件。本发明具有可视化、低成本、易操作、兼具基础性和创新性等优点，适用于浮选课堂教学和浮选创新性实验研究。

Description

浮选气泡特征提取教学实验平台
技术领域
本发明属于矿物加工工程技术领域，涉及一种实验平台，更进一步涉及一种浮选气泡特征提取教学实验平台。
背景技术
浮选是利用矿物表面的物理化学性质差异选别矿物颗粒的过程，是应用最广泛的选矿方法，作为矿物分选的工业化应用已有100多年的历史，几乎所有的矿石都可用浮选分选。因此，浮选是高校矿物加工工程专业的主干必修课程之一。浮选时各种矿粒对气泡选择性粘附是矿粒、水、气泡所组成的三相界面间的物理化学性质所决定，浮选效果的优劣主要由4个阶段决定：矿粒和气泡碰撞阶段，即矿粒在矿浆搅拌过程中与气泡发生碰撞接触过程；矿粒和气泡粘着阶段，此阶段是矿粒和气泡碰撞之后，疏水性矿粒进一步与气泡水化层接触，使它变薄、破裂的过程，此时形成固、液、气三相体系；气—固联合体上浮阶段，经过部分矿粒和气泡附着之后，相互聚结形成矿粒气泡的联合体，在气泡的浮力作用下携带矿粒进入泡沫层；稳定泡沫层形成阶段，经矿粒和气泡之间多次粘附，易脱落的矿粒进入下次的矿化过程，而粘附较牢固的矿粒由气泡带入稳定泡沫层。气泡的特征，如气泡直径、粘度、韧性、壁厚等，直径影响矿粒与气泡的碰撞几率、矿化气泡的稳定性和携带疏水性矿粒的成功率，因此，气泡的特征直接与浮选效果相关联。在教学过程和现场操作中，目前还没有仪器或设备能定量地确定浮选气泡特征，凭借人类的肉眼得到的是气泡的定性特征，导致学生无法正确理解浮选理论知识，对实际操作也带来误差。
目前对于浮选气泡的特征，在课堂教学中只能定性的描述，看不到具体的实物特征，由于缺乏学生进行气泡特征测量的实验条件和环境，严重影响了教学的质量和效果，不利于学生对浮选专业知识的理解和创新思维能力的培养。
发明内容
针对上述教学环节存在的问题，本发明的目的是提供一种可视化、低成本、易操作、兼具基础性和创新性的浮选气泡特征提取教学实验平台。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：浮选气泡特征提取教学实验平台，其特征是：包括起泡器、不锈钢导管、水听器、音频信号采集模块、计算机、压泡板、水槽、支架和十字夹，起泡器连接不锈钢导管，不锈钢导管放置于水槽内，起泡器和不锈钢导管用十字夹固定在支架上，水听器连接音频信号采集模块，音频信号采集模块连接计算机的USB口。
所述的水槽的材质为透明无色玻璃或者不锈钢，在槽体下部安装一水龙头，以方便排水。实验时加入适量的清水，使不锈钢导管的出口完全浸没在水中。 
所述的水听器又称水下传声器，是把水中的声信号转换为电信号的换能器；水听器具有不透水构造，并用防腐防水电缆与音频信号采集模块连接。
所述的音频信号采集模块将声波信号放大、降噪和进行高速的模/数转换后，通过计算机的USB接口与计算机进行通讯。
所述的计算机为普通的台式计算机或笔记本计算机，操作系统为WINDOWS XP 或WINDOWS 7.0，并安装有声波数据分析应用软件。
所述的压泡板为不锈钢薄片，用于压迫气泡，使气泡发生形变，甚至破灭，从而主动地使气泡产生声波信号，以便分析气泡特征。
浮选气泡在发生形变，比如气泡直径变化、气泡与气泡碰撞、气泡与矿物颗粒碰撞、气泡因外力变形、气泡破裂等，均有应力波发射，即声发射，气泡发生的形变以瞬态弹性波形式释放应变能，这种弹性波以声波形式存在，频率范围很宽，包括数赫兹到数兆赫兹，如果能量足够大，并且频率集中在声音频段内，则可以被人耳所听见。产生的声波信号由音频信号采集模块高速地将模拟的音频信号转换为数字量，并传输给计算机，由计算机软件分析声波数据，通过合适的算法，提取得到气泡的特征。
附图说明
图1为浮选气泡特征提取教学实验平台示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
图1为浮选气泡特征提取教学实验平台示意图，其特征是：包括起泡器1、不锈钢导管2、水听器3、音频信号采集模块4、计算机5、压泡板6、水槽7、十字夹8和支架9，起泡器1连接不锈钢导管2，不锈钢导管2放置于水槽7内，起泡器1和不锈钢导管2用十字夹8固定在支架9上，水听器3连接音频信号采集模块4，音频信号采集模块4连接计算机5的USB口。
所述的水槽7的材质为透明无色玻璃或者不锈钢，在槽体7下部安装一水龙头，以方便排水。实验时加入适量的清水，使不锈钢导管2的出口完全浸没在水中。 
所述的水听器3又称水下传声器，是把水中的声信号转换为电信号的换能器；水听器具有不透水构造，并用防腐防水电缆与音频信号采集模块4连接。
所述的音频信号采集模块4将声波信号放大、降噪和进行高速的模/数转换后，通过USB接口与计算机5进行通讯。
所述的计算机5为普通的台式计算机或笔记本计算机，操作系统为WINDOWS XP 或WINDOWS 7.0，并安装有声波数据分析应用软件。
所述的压泡板6为不锈钢薄片，用于压迫气泡，使气泡发生形变，甚至破灭，从而主动地使气泡产生声波信号，以便分析气泡特征。
本发明浮选气泡特征提取教学实验平台的实验基本步骤为：
(1) 在水槽7中加入三分之二槽高的清水，使不锈钢导管2的出口和水听器3浸没在清水中，并处于可视垂直水域的中部；
(2) 打开计算机5和音频信号采集模块4的电源，启动计算机5的操作系统，运行声波数据分析应用软件,开始自动高速记录水中的声波信号；
(3) 缓慢压迫起泡器1的推进器，在不锈钢导管2的出口喷嘴产生合适的气泡；
(4) 轻微移动压泡器6，并缓慢压迫气泡，直至破灭；
改变气泡的直径，重复以上实验步骤，经过多次实验后，分析计算机5采集的数据，获得不同气泡直径与声波特征之间的关系，建立其函数关系。
本发明浮选气泡特征提取教学实验平台还可以用于研究气泡矿化过程的声发射信号，其实验步骤为：
(1) 在水槽7中加入三分之二槽高的清水，使不锈钢导管2的出口和水听器3浸没在清水中，并处于可视垂直水域的中部；
(2) 打开计算机5和音频信号采集模块4的电源，启动计算机5的操作系统，运行声波数据分析应用软件,开始自动高速记录水中的声波信号；
(3) 缓慢压迫起泡器1的推进器，在不锈钢导管2的出口喷嘴产生合适的气泡；
(4) 将预先疏水化处理的矿物颗粒用镊子夹住单个或多个颗粒，放至气泡正上方，颗粒在重力作用下下降，与气泡发生接触、碰撞，并最终粘附在气泡表面；
(5) 重复步骤(4)，可以在气泡表面粘附多个矿物颗粒；
(6) 轻微移动压泡器6，并缓慢压迫气泡，直至破灭；
改变步骤(3)产生的气泡直径，重复以上步骤(4)～(6)，经过多次实验后，分析计算机5采集的数据，得到不同气泡直径下气泡矿化的声发射特征，建立粘附不同数量的矿物颗粒的气泡声发射特征与气泡直径的函数关系，从而研究矿物浮选的机理。
根据实验内容和目的可以调整以上实验基本步骤，借助水听器3、音频信号采集模块4和计算机5，记录气泡的形成、变化、与颗粒的接触、碰撞、以及气泡上浮等现象与过程中产生的声发射信号，提取其特征，帮助理解在浮选过程中气泡产生和矿化的机理，并有助于提高学生的观察能力、动手能力和分析能力。
本文中所描述的具体实施例只是对本发明精神作举例说明，本发明所属技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种浮选气泡特征提取教学实验平台，其特征在于：包括起泡器、不锈钢导管、水听器、音频信号采集模块、计算机、压泡板、水槽、十字夹和支架，起泡器连接不锈钢导管，不锈钢导管放置于水槽内，起泡器和不锈钢导管用十字夹固定在支架上，水听器连接音频信号采集模块，音频信号采集模块连接计算机的USB口，计算机安装有声波数据分析软件。
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