CN105651213B - 颚式破碎机齿板磨损检测传感器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种颚式破碎机齿板磨损检测传感器以及颚式破碎机齿板磨损检测方法。该传感器安装于齿板固定板上，且超声波探头紧贴齿板，通过对齿板发送超声波信号和接收反射回来的反馈信号，实现齿板的厚度计算，进而计算出齿板的磨损情况。该传感器采用了正交扩频编码技术，连续发送一组窄脉冲，拉长时间总长度，使得脉冲组总能量增加，从而成倍提高超声波抗干扰能力，采用超声波扩频编码技术采用了一种自相关特性优异的编码方式，当码相位对齐时，还原出宽脉冲，当码相位不对齐时，只得到噪声，同样有效地提高超声波抗干扰能力。

Description

颚式破碎机齿板磨损检测传感器及检测方法

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，特别涉及了一种利用超声波检测颚式破碎 机齿板磨损程度的装置和方法。

背景技术

颚式破碎机主要用于对各种矿石和大块物料进行中等粒度破碎，广泛运用 于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化工等行业。颚式破碎机的工作部 分是两块齿板，一是定齿板，垂直(或上端略外倾)固定在机体前壁上，另一是 动齿板，与定齿板形成上大下小的破碎腔(即工作腔)。在破碎过程中，通过对 进入破碎腔的物料产生挤压，从而对物料起到破碎作用。

齿板属于颚式破碎机的易损件，因为破碎是靠齿板对物料的挤压、折弯、 劈裂产生作用的，在破碎过程中物料必然会对齿板造成相应的磨损，因此齿板 的磨损是很普遍的现象。

齿板发生磨损后，将造成排料口变大，影响颚式破碎机的出料粒度；磨损 到一定程度时，会造成产品粒度不均匀，从而影响使用效果。同时齿板磨损到 一定程度后，如未及时更换齿板，将会磨损到破碎机机体结构，对机体结构造 成不可修复的损伤。因此，在破碎生产过程中，需要对颚式破碎机进行保养维 护，检查齿板的磨损情况，及时更换配件，保障设备稳定运行。

目前，对颚式破碎机的齿板磨损程度的检测都是靠现场人员的观察来确定 的，即依靠人工经验，对颚板磨损或出料粒度进行直观观察。这种依靠人眼观 察的方法，不仅浪费人力，精确度不够，无法准确定量磨损，而且实时性不足， 无法及时反馈磨损情况。并且，依据人眼观察进行排料口的调节时，因观察误 差会导致需要多次反复调整。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动对颚式破碎机齿板磨损量检测功能的装置。

为实现以上目的，本发明提供了一种颚式破碎机齿板磨损检测传感器，包 括超声波探头、主控单元、信号发射模块和信号接收模块；超声波探头分别与 信号发射模块、信号接收模块相连接，用于向齿板发送超声信号或接收反馈信 号；

主控单元用于

生成经过伪随机正交扩频编码的波形数据；

将波形数据转变为电平波形，并输出到信号发射模块；

采集信号接收模块处理过的电平信号，并将其数字化，形成接收波形数据；

计算齿板磨损度。

作为优选的，信号发射模块包括低通滤波放大电路和超声波探头驱动电路。

作为优选的，超声波探头驱动电路包括NPN三极管和PNP三极管；

NPN三极管的基极与PNP三极管的基极相连接，NPN三极管的发射极与PNP 三极管的发射极相连接，PNP三极管的集电极接地。

作为优选的，信号接收模块包括高通滤波放大电路。

作为优选的，还包括通信模块，通信模块与主控单元相连接。

本发明还提供了一种颚式破碎机，包括齿板、固定板以及上述任意一项的 颚式破碎机齿板磨损检测传感器；

齿板固定安装于固定板上，固定板轴上设有通孔，颚式破碎机齿板磨损检 测传感器通过固定件设于通孔中，且超声波探头紧贴齿板。

作为优选的，超声波探头与齿板之间填充有柔性胶状物。

作为优选的，固定件为螺丝。

作为优选的，还包括报警单元；

齿板磨损度大于预设的磨损参数后，主控单元控制报警单元发出报警。

本发明还提供了一种颚式破碎机齿板磨损检测方法，包括以下步骤：

S0、准备上述任意一项的颚式破碎机，或将上述任意一项的颚式破碎机齿 板磨损检测传感器安装于齿板连接板上，且超声波探头穿过连接板，顶在齿板 上；

S1、生成经过伪随机正交扩频编码的波形数据；

S2、将波形数据转换成电平波形，输出到发射模块；

S3、主控单元接收采集接收模块处理过的电平信号，将其数字化，形成接 收波形数据；

S4、主控单元对接收波形数据进行变频处理，得到波形数据A；

S5、将时域的波形数据A转换成频域数据块B；

S6、对频域数据块B经行带通滤波，将无关频段数据滤除得到数据Q；

S7、将数据Q与发送的伪随机正交扩频编波形频域数据Q相乘获得数据D；

S8、数据D采用反散傅立叶算法处理得到信号到达时间图E；

S9、根据信号到达时间图E中的到达时间峰值，计算之间的时间差；

S10、根据时间差计算齿板的磨损量。

本发明提供的它可以对齿板的磨损量进行实时检测。本发明能够在工作过 程中，根据颚式破碎机齿板的磨损量，发出相应的信号，提醒工作人员及时调 整排料口的大小，从而保证出料粒度的均匀性；当颚式破碎机的齿板过度磨损 时，还可提示工作人员及时更换齿板，以防止齿板过度磨损给颚式破碎机本体 造成伤害。解决了颚式破碎机在运行过程中，人眼不能精确确定齿板的磨损程 度，并且不能实时观测的问题，当齿板磨损到一定程度时，能够自动对外输出 相应的信号，避免人工观测的误差。

附图说明

图1为本发明中颚式破碎机齿板磨损检测的结构示意图。

图2为本发明中颚式破碎机齿板磨损检测方法的流程图。

图3为本发明中信号发射模块的电路图。

图4为本发明中信号接收模块的电路图。

图5为本发明中颚式破碎机齿板磨损检测传感器的安装状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明 的各实施方式进行详细的阐述。

本发明利用超声波传输在不同物质界面边缘发生反射的特点，测量颚式破 碎机齿板厚度，从而计算出齿板磨损量。首先，将一组经过编码的超声波由超 声波探头透入齿板一侧，当超声波穿过齿板另一侧与空气界面边缘时会产生强 烈的反射波，穿透齿板返回到超声波探头。将超声波发送时间与超声波接收到 的时间差t，根据公式s＝s_i-v*t/2就可以计算出齿板磨损量，s_i为齿板初始厚度， v为声波在齿板中传播速度，s为齿板磨损量。

由于本发明现场使用环境恶劣噪声分贝较高，严重影响系统对超声波形的 识别。因此，在本发明中，采用超声波扩频编码技术，其中使用了伪随机噪声 编码技术和正交扩频编码技术。其中正交扩频编码技术使用连续发送的一组窄 脉冲，将时间总长度拉长，使得脉冲组总能量增加，从而成倍地提高超声波抗 干扰能力。伪随机噪声编码采用了一种自相关特性优异的编码方式，当码相位 对齐时，还原出宽脉冲，当码相位不对齐时，只得到噪声。

进一步的，正交扩频编码技术采用相干性、互相关性皆优良的编码表，生 成公式如下：

当n为奇数时，g_a(x)＝d[xf_a(x)]/dx；当n为偶数时，g_a(x)＝f_a(x)+d[xf_a(x)]/dx；

特征相位多项式为：

G(x)＝g_a(x)/f_a(x)

原始数据信息一个位根据编码表扩展成多个位数字信号，本申请中采用 QPSK方式对数字信号进行调制、解调。

利用伪随机编码后，可以同时保留窄脉冲和宽脉冲定位，且其互相关性也 优异，可以保证良好的多目标正交性。利用这种特性，使得多径信号可分，并 从中选出能量最大的分量作为界面边缘反射信号，实现齿板厚度测量，增强了 系统稳定性。同时又可以利用多目标码序列区分，实现多监测装置同时发出超 声测量信号，且其互相之间信号不受干扰，同时对同一齿板多个区域进行厚度 测量。

如图1所示，本发明的颚式破碎机齿板磨损检测传感器由超声波探头和底 座两个部分组成。其中底座中含有电子线路板，并与超声波探头连接形成完整 的一套传感器。电子部分包括有主控单元，发射模块，接收模块，超声传感器， RS485模块及电源模块。

主控单元采用高性能MCU作为数据计算、处理中心。MCU计算单元产生经 过伪随机正交扩频编波形数据Q，通过内部DAC将波形数据通过IO口转换成电 平波形，输出到发射模块。同时MCU通过ADC采集接收模块处理过的电平信号， 将其数字化形成接收波形数据。如图2所示，MCU计算单元采用下变频算法对 接收波形数据进行处理取得波形数据A，此操作主要减少相关波形描述数据量， 增快后续算法运算速度。接着采用离散傅立叶算法将时域的波形数据A转换成 频域数据块B，对频域数据块B带通滤波，将其他无关频段数据滤除得到数据C。 将数据C与发送的伪随机正交扩频编波形频域数据Q相乘获得数据D，对数据D 采用反散傅立叶算法处理得到信号到达时间图E，采用波峰检测算法取峰值最 大与第二大的信号的到达时间，并计算其之间的时间差，通过公式s＝s_i-v*t/2 计算出齿板磨损量。

信号发射模块主要实现低通滤波与信号放大，MCU的DAC模块输出IO口输 出的电平波形经过低通滤波使之DAC输出的锯齿波形滤除高频噪声形成平滑的 电平信号，信号放大使之能够足以驱动超声波探头发出足够分贝的探测超声波。 如图3所示：I为低通滤波和信号放大电路,II、III为超声波探头驱动电路。

接收模块主要实现高通滤波与信号放大，高通滤波主要滤除现场设备工作 造成的各种低频噪声，由于普通情况下颚破主要工作在50Hz频率，其产生的噪 声频率与超声探测频率相差较大，高通滤波能产生较好的效果。信号放大主要 将高通滤波后的电平信号进行放大，使其足以被MCU的ADC模块精确采样。如 图4所示：IV为高通滤波与信号放大电路。

电源模块主要实现外部电源转化，提供装置中的各个部件运行的能量需求。RS485模块实现RS485电平与UART电平的转换，实现装置与上位间通讯的物理 链路。

本发明的颚式破碎机齿板磨损检测传感器3通过固定件螺丝4，5固定在固 定板2上，齿板1固定安装在固定板2上，固定板2的轴向上设有开孔，让超 声波探头穿过固定板2顶住齿板1。超声波探头与齿板1间采用柔性胶状物7 填充，使探测超声波能够以最小的衰减注入齿板。装置的电源及通讯线8连接 到上位机，上位机通过RS485总线对齿板初始厚度进行设置，并读取装置中的 齿板磨损量，实现颚式破碎机齿板磨损量监控。

本发明的颚式破碎机齿板磨损检测传感器不会随着齿板的磨损而损坏，可 重复使用。其安装简单，对原颚式破碎机设备改造少，可以在安装多个装置监 测齿板不同位置的磨损情况。

上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，本领域的普通技术人员可以 理解，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本 发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种颚式破碎机，其特征在于，包括齿板、固定板和颚式破碎机齿板磨损检测传感器；

所述齿板固定安装于所述固定板上，所述固定板轴上设有通孔，所述颚式破碎机齿板磨损检测传感器通过固定件设于所述通孔中；

所述颚式破碎机齿板磨损检测传感器，包括超声波探头、主控单元、信号发射模块和信号接收模块；所述超声波探头分别与所述信号发射模块、信号接收模块相连接，用于向齿板发送超声信号或接收反馈信号；

所述主控单元用于生成经过伪随机正交扩频编码的波形数据；

将所述波形数据转变为电平波形，并输出到所述信号发射模块；

采集所述信号接收模块处理过的电平信号，并将其数字化，形成接收波形数据；计算齿板磨损度；所述超声波探头紧贴所述齿板。

2.根据权利要求1所述的一种颚式破碎机，其特征在于，所述信号发射模块包括低通滤波放大电路和超声波探头驱动电路。

3.根据权利要求2所述的一种颚式破碎机，其特征在于，所述超声波探头驱动电路包括NPN三极管和PNP三极管；

所述NPN三极管的基极与所述PNP三极管的基极相连接，所述NPN三极管的发射极与所述PNP三极管的发射极相连接，所述PNP三极管的集电极接地。

4.根据权利要求1所述的一种颚式破碎机，其特征在于，所述信号接收模块包括高通滤波放大电路。

5.根据权利要求1所述的一种颚式破碎机，其特征在于，所述颚式破碎机齿板磨损检测传感器，还包括通信模块，所述通信模块与所述主控单元相连接。

6.根据权利要求1所述的一种颚式破碎机，其特征在于，所述超声波探头与所述齿板之间填充有柔性胶状物。

7.根据权利要求1所述的一种颚式破碎机，其特征在于，所述固定件为螺丝。

8.根据权利要求1所述的一种颚式破碎机，其特征在于，还包括报警单元；

所述齿板磨损度大于预设的磨损参数后，所述主控单元控制所述报警单元发出报警。

9.一种颚式破碎机齿板磨损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S0、准备权利要求1中的颚式破碎机，将所述颚式破碎机齿板磨损检测传感器安装于齿板连接板上，且所述超声波探头穿过所述连接板，顶在齿板上；

S1、所述主控单元生成经过伪随机正交扩频编码的波形数据；

S2、将所述波形数据转换成电平波形，输出到发射模块；

S3、所述主控单元接收所述采集所述信号接收模块处理过的电平信号，将其数字化，形成接收波形数据；

S4、所述主控单元对所述接收波形数据进行变频处理，得到波形数据A；

S5、将时域的波形数据A转换成频域数据块B；

S6、对所述频域数据块B经行带通滤波，将无关频段数据滤除得到数据C；

S7、将所述数据C与发送的伪随机正交扩频编波形频域数据Q相乘获得数据D；

S8、所述数据D采用反散傅立叶算法处理得到信号到达时间图E；

S9、根据所述信号到达时间图E中的到达时间峰值，计算之间的时间差；

S10、根据所述时间差计算齿板的磨损量。