CN104697626A - 智能磨音频谱分析仪 - Google Patents

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尹毅强
赵健
王世新
李云龙
信美华
周强
洪英浩
石川
王浩
李兴华
王群
姜坤
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Dandong Dongfang Measurement and Control Technology Co Ltd
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Dandong Dongfang Measurement and Control Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及检测球磨机负荷的装置，具体涉及一种智能磨音频谱分析仪。其特征在于：传感器（1）采集的球磨机音频信号，经过信号隔离单元（2），进入由CPU（6）控制的信号放大单元（3）进行自动增益调整，然后进入由CPU（6）控制的带通扫描单元（4）和A/D采样单元（7），进行频带细化采集和分析运算处理，最终转换为标准信号，由4-20mA单元（10）输出，CPU（6）同时控制通讯单元（9）和人机交互单元（8）。本发明具有抗干扰能力强，准确性高，操作使用简单，成本低廉等优点。特别适合于选矿厂恶劣环境下球磨机负荷检测。

Description

智能磨音频谱分析仪
技术领域
本发明涉及检测球磨机负荷的装置，具体涉及一种智能磨音频谱分析仪。
背景技术
球磨机负荷检测除磨音之外，还有机械振动、磨机进出口压差、有功功率、应变力等。在球磨机的轴承上即可测出球磨机滚筒的振动特性，采用安装在轴承上的压电式加速度传感器来检测球磨机的机械振动，这种方式在现场安装和维护上相对复杂。通过滚筒出、入口差压信号也能反映球磨机负荷的变化,但这种方式动态响应慢，压差测定同时受到磨机转速、提升板类型和磨损率以及粒度分布等影响，检测精度受到较大影响，不利于现场控制。应变力检测在反映球磨机负荷时，物料的充填率以及物料与水之间比例对测定结果的影响较大，会产生很大误差。
现有的球磨机负荷音频检测设备是对磨机内部的声音强度进行检测而反映磨机状态的。以中国专利号200720185311.5的实用新型专利为例，其采用模拟电路整体包络提取方式，由传感器采集音频交流信号，然后经过交流放大，有效值变换，V/I变换，直接进行4-20mA输出。这种检测设备容易受到周围噪声影响，抗干扰能力弱，检测精度低，调试繁复，需要手动调整零点，量程等。
发明内容
针对现有球磨机负荷检测设备存在的缺陷，提出了一种抗干扰能力强，准确性高，操作使用简单，成本低廉的智能磨音频谱分析仪。
解决上述技术问题所采取的措施是：一种智能磨音频谱分析仪，其特征在于：传感器1采集的球磨机音频信号，经过声电转换为交流电信号，交流电信号经过信号隔离单元2，进入由CPU6控制的信号放大单元3进行自动增益调整，然后进入由CPU6控制的带通扫描单元4和A/D采样单元7，进行频带细化采集和频谱分析处理，最终转换为标准信号，由4-20mA单元10输出，CPU6同时控制通讯单元9和人机交互单元8。
传感器1采用驻极体传感器或者号筒拾音器，信号隔离单元2采用变压器隔离，使传感器与主机进行隔离。CPU6控制的带通扫描单元4将球磨机磨音信号进行频率分段采集，主要分析能量集中的40-6000hz频率的磨音信号，将其按照三分之一倍频程划分为20段，寻找其中变化最敏感的5段，带通扫描单元4由高通滤波器电路和低通滤波器电路组成，CPU6由内部固化程序控制滤波器上下限频率，形成连续带通扫描，同时采集球磨机正常负荷，空腹负荷，涨肚负荷数据模型，并以此模型为基础进行频谱分析。将变化不敏感频段剔除掉，有效提高了抗干扰能力，使检测更加准确。信号放大单元3自动增益调整采用CPU6控制数字电位器调整运放的放大倍数实现。CPU6采用单片机或者ARM芯片等。
本发明与现有技术相比，球磨机的声音检测具备很大的优势，属于非接触型测量，现场安装方便，利于维护。由于采用参数自动调节电路，如自动调整增益，增加了人机交互，使操作使用更加简单。频率分段采集对磨机负荷变化的反应更为准确灵敏，可剔除对反应磨机负荷状况不敏感的频段，提高了抗干扰能力，准确性更高。
附图说明
图1为智能磨音频谱分析仪功能框图；
图2为信号隔离单元2和信号放大单元3电路图；
图3为带通扫描单元4电路图。
具体实施方式
结合附图详细说明本发明专利的结构。
一种智能磨音频谱分析仪，见图1，CPU6是智能磨音频谱分析仪的控制核心。它采用了飞利浦公司的微控制器P89C58X2，主要负责控制信号放大单元3，带通扫描单元4，A/D采集单元7，4-20mA单元10，通讯单元9，人机交互单元8。
信号隔离单元2采用变压器T2隔离，外围与电容C11，电阻R14，电容C12构成信号耦合传输。信号放大单元3的反馈电阻X2A采用可调节的数字电位器X9241，使仪表具备了增益自动调节功能，X9241把几个E2POT非易失性数字电位器集成在一起的单片CMOS微电路，具有二线串行I2C总线接口，易于软件控制，可直接读出、写入滑动端位置，可级联使用等先进特性，准确性和稳定性优于普通的电位器。运放LF1A，LF1B，LF1C均为LF347。LF1A与电阻R15,电阻R16,电容C15,电容C18构成固定增益放大电路，电容C13，电容C14用于运放电源去耦。LF1B与反馈电阻X2A，电阻R17，电阻R18,电阻R19,电容C16构成自动增益放大电路，由微控制器P89C58X2串行控制。LF1C与R20,R21,R12,R13,R22,D4,D5,D6,J2构成信号幅度选择与保护电路。然后信号输出连接到带通扫描单元4。
带通扫描单元4是由低通滤波器集成电路IC100和高通滤波器集成电路IC101及其外围电路构成。低通滤波器集成电路IC100采用AMI公司的开关电容低通滤波器S3528，高通滤波器集成电路IC101采用AMI公司的开关电容高通滤波器S3529。IC100与R101,R102,C103,R100,X100,R103,C104,C105构成低通滤波器，
A/D转换单元7采用美国国家半导体公司的ADC0834。该芯片的主要性能指标是：4通道、8位串行总线、转换速度32us、外部参考电压5V。模拟输入端信号经过前端的信号调理，使幅值在A/D转换器量程的2/3左右，这样提高了AD的转换精度。4-20mA单元10由数模转换芯片MAX550、电压电流转换器AD694组成。人机交互单元8采用芯片HD7279来实现四位LED和四个按键输入。通讯单元9采用RS485通讯方式。

Claims (4)

1.一种智能磨音频谱分析仪，其特征在于：传感器（1）采集的球磨机音频信号，经过信号隔离单元（2），进入由CPU（6）控制的信号放大单元（3）进行自动增益调整，然后进入由CPU（6）控制的带通扫描单元（4）和A/D采样单元（7），进行分析运算，最终转换为标准信号，由4-20mA单元（10）输出，CPU（6）同时控制通讯单元（9）和人机交互单元（8）。
2.根据权利要求1所述的智能磨音频谱分析仪，其特征在于：传感器（1）采用驻极体传感器或者号筒拾音器。
3.根据权利要求1所述的智能磨音频谱分析仪，其特征在于：信号隔离单元（2）采用变压器隔离。
4.根据权利要求1所述的智能磨音频谱分析仪，其特征在于：CPU（6）控制的带通扫描单元（4）将球磨机磨音信号进行频率分段采集，主要分析能量集中的40hz-6000hz频率的磨音信号，将其按照三分之一倍频程划分为20段，寻找其中变化最敏感的5段。
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