CN104764450A - 一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，包括一惯性传感器电路板、一球形承载体、一电池和一无线充电接收器；惯性传感器电路板、电池和无线充电接收器放置在球形承载体内部，电池用于为惯性传感器电路板进行供电；惯性传感器电路板包括一6轴惯性传感器、一温度传感器、一无线传输模块、一嵌入式CPU、一Flash存储器和一电源管理模块；其中6轴惯性传感器和温度传感器分别将采集到的数据发送到嵌入式CPU，嵌入式CPU将接收到的数据存储在Flash存储器中，数据采集结束后，嵌入式CPU读取Flash存储器中的内容，并通过无线传输模块以无线传输的方式发送给上位机；无线充电接收器通过无线方式为电池进行充电；球形承载体包括一球盖和一球座。

Description

一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器
技术领域
本发明涉及惯性传感器技术领域，特别是关于一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器。
背景技术
球磨机是一种传统的粉磨设备，靠介质(磨球)对物料的冲击和研磨实现对物料的破碎。筒体绕中心轴旋转时，磨球、物料在离心力及摩擦力的作用下，随筒壁上升一定的高度，然后脱离做滚落或抛落运动。与其他磨矿设备相比，球磨机具有物料适应性广、操作维护简单、可靠性高的优点，但是也有工作效率低、功耗大的缺点。因此，如何提高磨矿生产效率、降低功耗至关重要。目前，由于缺乏对球磨机内部监测的方法，实际作业中通常依靠经验参数来决定磨球补充的时间、供给矿料的速率以及更换提升条的时间等。介质作为能量的载体，其运动状态决定着携带能量的大小，是影响球磨机效率的关键因素。为了提升球磨机效率，应当监控和研究球磨机内部介质运动规律以及获得最佳磨矿参数。
现有技术中存在采用摄像头视频监控的方法观测球磨机内部介质运动状态。但是由于球磨机内部光线昏暗，尤其在湿磨法中，介质、研磨体以及摄像头镜头极易被水汽、粉尘、泥浆等污染，很难进行观测；现有技术中存在采用陀螺仪、加速度计、磁阻传感器的监测球实时监测运动轨迹的办法，但是实际应用中，由于球磨机筒体一般是金属材料制作，磁阻传感器在金属容器中无法工作。另外，该方法很难同时读取多个球体数据，所以目前进行球磨机内部介质监控的方法存在不足。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量准确，且能够同时读取大量磨球数据的用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：包括一惯性传感器电路板、一球形承载体一电池和一无线充电接收器；所述惯性传感器电路板、电池和无线充电接收器的外部通过包裹防振材料及防水胶袋密封成一体后放置在所述球形承载体内部，所述电池用于为所述惯性传感器电路板进行供电，所述无线充电接收器用于为所述电池进行无线充电；所述惯性传感器电路板包括一6轴惯性传感器、一温度传感器、一无线传输模块、一嵌入式CPU、一Flash存储器和一电源管理模块；所述6轴惯性传感器将采集的球磨机内部磨球运动状态数据发送到所述嵌入式CPU，所述温度传感器采集球磨机内部的工作环境数据发送到所述嵌入式CPU；所述嵌入式CPU将接收到的球磨机内部磨球运动状态数据和球磨机内部的工作环境数据发送到所述Flash存储器中；数据采集结束后，所述嵌入式CPU读取所述Flash存储器中的内容，并通过所述无线传输模块以无线传输的方式发送到所述上位机；所述电源管理模块用于监测所述电池的充放电电流并将计算所述电池电量发送到所述嵌入式CPU，当电池电量低于用户设定的电量时，所述嵌入式CPU通过所述无线传输模块向所述上位机发送报警信号；用户根据所述上位机发出的报警信号对所述电池进行充电；所述球形承载体包括一球盖和一球座；其中，所述球座中间部分设置有一用于放置所述惯性传感器电路板和电池的长方形槽，所述球盖和所述球座通过若干螺母连接成一体。
所述电池采用可充电锂电池。
所述温度传感器采用SHT21芯片。
所述无线传输模块采用BR-C46AR蓝牙模块。
所述嵌入式CPU采用16位超低功耗微处理器MSP430F5528。
所述Flash存储器采用32MB的MX25L25635E串行Flash存储芯片。
所述无线充电接收器采用5V无线充电接收器TMx-66-2M7。
所述电源管理模块采用MAX17048G芯片。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明包括无线传输模块和无线充电接收器，采用无线方式进行数据传输及为电池充电，因此能够让大量磨球传感器同时上传数据和进行充电，使实验人员采集数据更加便利；同时，满足球磨机工作环境及磨球传感器封装密闭性要求。2、本发明包括温度传感器和6轴惯性传感器，温度传感器用于采集球磨机内部的工作环境数据，6轴惯性传感器用于采集球磨机内部磨球运动状态数据，上位机根据温度传感器采集的工作环境数据和6轴惯性传感器采集的球磨机内部磨球运动状态数据进行综合分析从而提高上位机的分析准确度，减小分析误差。本发明可以广泛应用于球磨机内部介质运动监测过程中。
附图说明
图1是惯性传感器电路板功能模块示意图；
图2是本发明球形承载体的球盖结构示意图；
图3是本发明球形承载体的球座结构示意图；
图4是本发明球形承载体的俯视图；
图5是图4的A向视图；
图6是本发明惯性传感器电路板、电池和无线充电接收器的封装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明的用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，包括一惯性传感器电路板1、一球形承载体2、一电池和一无线充电接收器；惯性传感器电路板1、电池和无线充电接收器的外部通过包裹防振材料及防水胶袋密封成一体后放置在球形承载体2内部，电池用于为惯性传感器电路板1进行供电，无线充电接收器用于为电池进行无线充电。
如图1所示，惯性传感器电路板1包括一6轴惯性传感器11、一温度传感器12、一无线传输模块13、一嵌入式CPU14、一Flash存储器15和一电源管理模块16；6轴惯性传感器11将采集的球磨机内部磨球运动状态数据发送到嵌入式CPU14，温度传感器12采集球磨机内部的工作环境数据发送到嵌入式CPU14，嵌入式CPU14将接收到的球磨机内部磨球运动状态数据和球磨机内部的工作环境数据发送到Flash存储器15中；数据采集结束后，嵌入式CPU14读取Flash存储器15中的内容，并通过无线传输模块13以无线传输的方式发送给上位机，由上位机对数据进行分析和处理；电源管理模块16用于监测电池的充放电电流并计算电池电量发送到嵌入式CPU14，当电池电量低于用户设定的电量时(一般为总电量的5％，但不限于此)，嵌入式CPU14通过无线传输模块13向上位机发送报警信号；用户根据所述上位机发出的报警信号对所述电池进行充电，具体步骤为：操作上位机的用户接收到报警信号后，将磨球传感器放置于外部的无线充电发射器发射的无线充电电磁波的范围内，则无线充电接收器接收无线充电电磁波为电池进行充电。
6轴惯性传感器11为现有器件，包括3轴加速度传感器和3轴角速度传感器；其中，3轴加速度传感器用于采集三维空间中结合线性与重力加速度的幅度与方向的数据，3轴角速度传感器用于采集3轴的旋转角速度数据，精准感测自由空间中的复杂移动动作，是追踪物体移动方位与旋转运动的必要运动传感器，它不必借助任何如重力或磁场等的外在力量，能够自主性的发挥其功能。
如图2～5所示，球形承载体2包括一球盖21和一球座22；球座22中间部分设置有一用于放置惯性传感器电路板1和电池的长方形槽，球盖21和球座22通过若干螺母连接成一体。
在一个优选的实施例中，电池可以采用可充电锂电池。
如图2所示，在一个优选的实施例中，球盖21上设置有四个用于安装螺母的螺纹孔。
在一个优选的实施例中，6轴惯性传感器11可以采用MPU-6500芯片。
在一个优选的实施例中，温度传感器12可以采用SHT21芯片。
在一个优选的实施例中，无线传输模块13可以采用BR-C46AR蓝牙模块，用于惯性传感器电路板1与上位机建立无线连接进行通讯。
在一个优选的实施例中，嵌入式CPU14可以采用16位超低功耗微处理器MSP430F5528，用于对惯性传感器电路板1运行流程进行控制。
在一个优选的实施例中，Flash存储器15可以采用32MB的MX25L25635E串行Flash存储芯片，能够提供2小时的数据存储量(200Hz采样率)。
在一个优选的实施例中，无线充电接收器可以采用TMx-66-2M7，用于接收无线充电电磁波并转换成5V直流电源，对电池进行充电。
在一个优选的实施例中，电源管理模块16可以采用MAX17048G芯片，用于电池3的电量管理。
本发明的用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，具体使用过程如下：
磨球传感器在工作中会受到强烈的撞击，为了保护惯性传感器电路板1，首先将惯性传感器电路板1和电池用防振材料(如珍珠棉)包装好(如图6所示)，再封装在具有缓冲防水作用的密封袋内，最后将密封好的惯性传感器电路板1和电池放入球形承载体2的球座22的长方形槽中，放置好惯性传感器电路板1和电池后，通过螺母将球形承载体2的球座22和球盖21连接在一起。然后，将磨球传感器和普通磨球一起放入球磨机筒体中，磨球传感器跟随普通磨球一起转动，6轴惯性传感器11在转动过程中采集磨球运动状态数据，温度传感器12采集球磨机内部的工作环境数据，6轴惯性传感器11和温度传感器12分别将采集到的数据发送到嵌入式CPU14，嵌入式CPU14将接收到的数据存储在Flash存储器15中。6轴惯性传感器11和温度传感器12采集数据结束后，嵌入式CPU14读取Flash存储器15中的内容，并通过无线传输模块13将采集的数据发送到上位机，上位机分析数据计算磨球的撞击次数、撞击强度、抛落时间和高度，判断介质的运动状态。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：包括一惯性传感器电路板、一球形承载体一电池和一无线充电接收器；所述惯性传感器电路板、电池和无线充电接收器的外部通过包裹防振材料及防水胶袋密封成一体后放置在所述球形承载体内部，所述电池用于为所述惯性传感器电路板进行供电，所述无线充电接收器用于为所述电池进行无线充电；
所述惯性传感器电路板包括一6轴惯性传感器、一温度传感器、一无线传输模块、一嵌入式CPU、一Flash存储器和一电源管理模块；所述6轴惯性传感器将采集的球磨机内部磨球运动状态数据发送到所述嵌入式CPU，所述温度传感器采集球磨机内部的工作环境数据发送到所述嵌入式CPU；所述嵌入式CPU将接收到的球磨机内部磨球运动状态数据和球磨机内部的工作环境数据发送到所述Flash存储器中；数据采集结束后，所述嵌入式CPU读取所述Flash存储器中的内容，并通过所述无线传输模块以无线传输的方式发送到所述上位机；
所述电源管理模块用于监测所述电池的充放电电流并将计算所述电池电量发送到所述嵌入式CPU，当电池电量低于用户设定的电量时，所述嵌入式CPU通过所述无线传输模块向所述上位机发送报警信号；用户根据所述上位机发出的报警信号对所述电池进行充电；
所述球形承载体包括一球盖和一球座；其中，所述球座中间部分设置有一用于放置所述惯性传感器电路板和电池的长方形槽，所述球盖和所述球座通过若干螺母连接成一体。
2.如权利要求1所述的一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：所述电池采用可充电锂电池。
3.如权利要求1所述的一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：所述温度传感器采用SHT21芯片。
4.如权利要求2所述的一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：所述温度传感器采用SHT21芯片。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：所述无线传输模块采用BR-C46AR蓝牙模块。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：所述嵌入式CPU采用16位超低功耗微处理器MSP430F5528。
7.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：所述Flash存储器采用32MB的MX25L25635E串行Flash存储芯片。
8.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：所述无线充电接收器采用5V无线充电接收器TMx-66-2M7。
9.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于监测球磨机内部介质运动状态的磨球传感器，其特征在于：所述电源管理模块采用MAX17048G芯片。
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