CN110567559B - 传感器、传感器系统和传感方法 - Google Patents

Abstract

一种传感器(1)包括至少一个阵列(10)，后者包括多个声能转换器(12)；用于控制每个转换器(12)选择性地处于生成分析信号的生成模式或接收分析信号的接收模式的控制器(42)，并且为了控制所述传感器(1)执行至少一个阵列(10)的扫描，每个扫描具有多个扫描步骤，使得在每个扫描步骤期间来自至少一个阵列中任意阵列的至少一个转换器处于生成模式并且来自所述至少一个阵列中任意阵列的至少一个其它转换器处于接收模式；以及用于处理从所述一个或更多个控制器、处于生成模式的转换器和处于接收模式的转换器接收的一个或更多个信号的处理器以便从所述一个或更多个信号确定所述至少一个特征。

Description

传感器、传感器系统和传感方法

本申请是申请日为2014年1月29日、申请号为201480018164.5、发明名称为“传感器、传感器系统和传感方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及可用于采矿应用的传感器、传感器系统和/或传感方法。此外，本发明在期望查明浮选室(flotation cell)/浮选池(flotation tank)内各种物质的水平面(levels)时特别有用。

背景技术

在采矿业，期望能够测量例如浮选室或浮选池中的物质水平。该测量存在各种问题，例如：

浆料/浆液水平面位于沉重的泡沫层下面；

泡沫层包含悬浮液中积聚在任意侵入物体上的萃取金属，侵入物体包括用于测量的仪器；

浆料/浆液液体也包含可粘着于任何侵入物的材料，侵入物包括结垢和其它类型积聚物；

浆料/浆液和泡沫的密度随着被处理矿体的变化而变化；

浆料/浆液的非导电性会变化，导致如果期望浆料/浆液的一致性测量时很难利用电特性。

已经希望获得浆料/浆液的充分精确的水平面测量，因为如果浆料/浆液溢出浮选室/浮选池的流槽，则浓缩增稠剂中的泡沫浓缩物污染将需要昂贵的补救成本，其可能包括浓缩物的进一步处理。

还期望测量泡沫密度，因为这是重要的反馈变量。如果泡沫密度变得过高，则泡沫将自身坍塌，导致处理失败。从前，这可通过操作员进行监控，或者有时候用摄像机监控。然而，雇佣操作员太昂贵了，并且易于发生人为误差。此外，摄像机只能检测泡沫是否溢出流水槽，但不能预知泡沫由于密度增加而最终坍塌。

此外，要知道泡沫移动也是很重要的。它通常由操作员监控，但3D摄像机已被用于提供这种信息。由于浮选室/浮选池被通气(aerated)和搅动，泡沫能够移动，即使其不在流水槽上流动。

此外，也希望知道泡沫高度，因为这是浮选室/浮选池操作效率的重要反馈指示。仅当流水槽上有泡沫萃取时浮选室/浮选池可有效地工作。

从前，为了确定采矿工艺的一些期望的信息/参数/工作条件，已经使用了均具有问题的各种技术和仪器。

测量浮选室/浮选池中浆料(slurry)/浆液(pulp)高度的一个技术是使用排水浮体(displacement float)。排水浮体是金属或塑料的，其重量使得其能够在浆料而非泡沫上漂浮。浮体包括具有连接在竖直面内的杆的球，带有连接于杆顶部的目标板。当浆料/浆液水平面变化时，通过安装在目标上方作为允许浮选室/浮选池液位改变的高度处的超声波液位传输器监控目标。排水浮体具有当产生积聚物时改变的物理特性。此外，当浮选室/浮选池被通气和搅动时排水浮体的机械磨损是成问题的并且以高速发生。排水浮体的另一个问题在于它们有时插入到位。这些问题导致较高的维修成本和较高的施工费用，排水浮体的失败导致采矿工艺的代价高昂的错误和/或停工。

上述排水浮体的可选方案是使用变阻器反馈而非采用超声波发射器。然而，已经发现该特定可选方案具有很多相同的问题，即使不具有全部问题。

又一个前述方案是使用压力传输器(亦称气泡管)。然而，该技术受到浆料/浆液内密度变化的影响。因此，压力传输器产生较低水平的精确度。此外，压力传输器的管道易于堵塞，这需要不断的清洗。就此，压力传输器技术不提供充分可靠的信息并且它需要经常维护，导致采矿工序中进一步的花费和生产率的损失。

用于测量浆料/浆液的又一个技术使用电导探针(或探针)。然而，电导探针易于受到如上所述为浆料/浆液特征的非导电性改变或浮选池中其它物质的影响。电导探针的更大弱点是在浮选室/浮选池的正常操作操作过程期间那些探针上的积聚物。电导探针的最新进展使用监控探针与浮选室/浮选池壁之间电压的反馈。然而，如果积聚物过多以及如果任由积聚物在探针上干燥则这种电导探针也具有问题。在该状况下，积聚物可产生绝缘特征(低介电常数)并且探针将停止起作用。这种不可靠性是昂贵的采矿工序不可接受的。

目前，采矿业可能会从矿石处理的增强自动化中受益，当前相对较少采用自动化处理。大多数当前采用的工序利用以上例示的技术和器械操作，由于结垢要求操作者经常地监控和清洁仪器。自动化的缺乏以及雇佣易犯错误操作员的昂贵成本导致昂贵的和不可靠的采矿处理。

本发明的目的是克服或至少改善现有技术中至少一个上面提及的问题，和/或克服或至少改善现有技术中上面未提及的至少一个问题，和/或提供相对现有技术装置、系统和/或方法的至少一个有用的可选方案。

发明内容

根据一个方面，本发明提供了一种用于确定至少一个物质的至少一个特征的传感器，所述传感器包括：至少一个阵列，每个阵列包括带有最近端转换器和最远端转换器的多个声能转换器；控制器：用于控制每个转换器以选择性地处于生成分析信号的生成模式(generation mode)或接收穿过一个或更多个物质中的一个或更多个传输和/或反射的分析信号的接收模式(reception mode)，用于控制所述传感器以执行至少一个阵列的扫描，每个扫描具有多个扫描步骤，使得在每个扫描步骤期间来自所述至少一个阵列中任意阵列的至少一个转换器处于生成模式并且来自所述至少一个阵列中任意阵列的至少一个其它转换器处于接收模式；以及处理器，所述处理器用于处理从所述控制器、处于生成模式的转换器和处于接收模式的转换器中的一个或更多个接收的一个或更多个信号以便从所述一个或更多个信号确定所述至少一个特征。

根据另一个方面，本发明提供了一种用于确定浮选池中多个物质中每一个物质的至少一个特征的传感器，其中每个物质包括在浮选池中的一层，其中每层具有至少一个与相邻层的交界面，并且其中每个交界面具有浮选池中的可变高度，所述传感器系统包括：位于浮选池内部之中和/或附近的至少一个阵列，每个阵列包括带有最近端转换器和最远端转换器的多个声能转换器；控制器：用于控制每个转换器以选择性地处于生成朝向位于浮选池中转换器前方的至少一个物质传输的分析信号的生成模式下或接收传输穿过浮选池中多个物质中的一个或更多个和/或从多个物质中的一个或更多个反射的分析信号以产生输出信号的接收模式，以及用于控制所述传感器以执行至少一个阵列的扫描，每个扫描具有多个扫描步骤，使得在每个扫描步骤期间来自所述至少一个阵列中任意阵列的至少一个转换器处于生成模式并且来自所述至少一个阵列中任意阵列的至少一个其它转换器处于接收模式；以及处理器，所述处理器用于处理从所述控制器、处于生成模式的转换器和处于接收模式的转换器中的一个或更多个转换器接收的一个或更多个信号以便从所述一个或更多个信号确定所述至少一个特征。

在另一方面，本发明提供了用于确定至少一个物质的至少一个特征的传感方法，所述方法包括：在包括至少一个阵列的传感器中，控制每个转换器以选择性地处于生成分析信号的生成模式或接收传输穿过多个物质中一个或更多个和/或从多个物质中一个或更多个反射的分析信号以产生输出信号的接收模式，并且控制所述传感器以执行至少一个阵列的扫描，每个扫描具有多个扫描步骤，使得在每个扫描步骤期间来自所述至少一个阵列中任意阵列的至少一个转换器处于生成模式并且来自所述至少一个阵列中任意阵列的至少一个其它转换器处于接收模式，处理从所述控制器、处于生成模式的转换器和处于接收模式的转换器中的一个或更多个转换器接收的一个或更多个信号以便从所述一个或更多个信号确定所述至少一个特征。

本发明可选实施例的概要

在一个实施例中，所述控制器进一步适于控制每个转换器以选择性地处于用于生成在所述至少一个物质的一个或更多个内形成空化作用(cavitation)的信号的清洁模式，使得如果一个或更多个所述物质已经积累在所述转换器上和/或附近，则所述空化作用从所述转换器上和/或附近去除至少一些所述积累物。对此，信号的脉冲幅值大到足以导致随后导致空化作用的被称为“负压”的现象。如果物质可溶于浮选池的介质(通常为水)中并且如果空化作用的能量足以实现这种溶解，则空化作用可导致物质溶解。如果物质不可溶于介质例如油、润滑脂和结垢中则空化作用可导致物质移动。

要理解，适于给定任务的控制器包括控制器可编程或可被编程。可在传感器的使用者制造之后进行编程。可选地，可在制造期间执行编程，并且编程例如可包括EPROM芯片等等。

在另一个实施例中，能由所述处理器接收的一个或更多个信号的其中之一是来自所述控制器或处于生成模式的转换器的指示所述转换器处于生成模式下并生成分析信号的信号，其中，能由所述处理器接收的所述一个或更多个信号的其中之一是来自所述控制器或处于接收模式的转换器的指示所述转换器处于接收模式下并能够接收分析信号的信号，其中，能由所述处理器接收的所述一个或更多个信号的其中之一是来自处于接收模式的转换器的输出信号，并且其中，能由所述处理器接收的所述一个或更多个信号的其中之一是来自处于生成模式的转换器的指示所述转换器正产生振铃的信号。

要理解，物质的特征可理解为是来自传感器部件的信号的一个或更多个属性。在一些环境下，要理解，物质的所述特征包括来自传感器内不同组件的信号的属性。示例特征例如包括：

由接收模式下的转换器产生的信号的幅值；

由接收模式下的转换器产生的信号的频率；

由生成模式下的转换器产生的振铃信号；并且

随着来自生成模式下转换器的信号或来自已经产生脉冲(分析)信号的控制器的信号，接收模式下的转换器不产生信号，

随着由处理器可接收信号的其它属性，其中那些属性指示相应物质的特性。产生特征的物质特性例如包括：

浮选池中物质的高度；

池内物质之间交界面的高度；

物质的密度；以及

物质的速率/速度。

在又一实施例中，至少一个阵列的一个或更多个是单直线的转换器。

在可选的实施例中，所述至少一个阵列的一个或更多个阵列包括至少两条平行直线的转换器，并且其中处于一条直线上的转换器相对于一个或更多条其它直线上的转换器偏置地定位。

在另一个可选实施例中，所述偏置量为转换器宽度的至少一半。在这种阵列中也可具有四个(4)平行直线的转换器，其中第二直线的偏置可为第一直线转换器宽度的四分之一，第三直线的偏置可为第二直线转换器宽度的四分之一，并且第四直线的偏置可为第三直线转换器宽度的四分之一——第三和第四直线分别偏置阵列中第一直线转换器宽度的一半和第一直线转换器的转换器宽度的四分之三。这样，可以物质性能的更大精确度和/或测量精度构造转换器的至少一个阵列。

在其它可选的实施例中，至少一个阵列包括至少一个主阵列和至少一个次级阵列，所述至少一个次级阵列具有与至少一个主阵列的转换器相对地面对定位的转换器。在该配置中，主阵列的转换器可将信号传输至次级阵列中的转换器，反之亦然。这种配置可用于获得特征为确定(或测量)物质特性例如密度和/或速率/速度的信号(或那些信号的属性)，但该配置也可用于获得特征为确定浮选池中特定物质高度的信号(或那些信号的属性)。次级阵列也可通过控制器被控制并且提供信号至处理器。可以设想，控制器和处理器通过总线连接于每个阵列，因此传感器可被任意可延伸和构造。在具有相对阵列的实施例中，总线例如可使用带状连接器以便在主次级阵列与控制器和处理器之间传输数据。主次级阵列可安装在适宜的支撑器具上，以便调节(包括精调)主次级阵列的相对位置。

在又一个实施例中，至少一个主阵列比至少一个次级阵列长。在该配置中，很明显主阵列中仅一些转换器将分析信号传输至次级阵列中的转换器。次级阵列也可为带有彼此偏置的多个平行直线的转换器的阵列，如上所述。

在又一实施例中，所述至少一个次级阵列位于所述至少一个主阵列的最近端转换器处或附近。

在一个实施例中，第一次级阵列位于所述至少一个主阵列的最近端转换器处或附近并且第二次级阵列位于至少一个主阵列的最远端处或附近。也可以预期带有近端和远端次级阵列连同若干定位于中间的次级阵列的实施例。

在另一个实施例中，至少一个阵列包括多个彼此连接的阵列以形成带有最近端转换器和最远端转换器的延伸阵列。

在又一个实施例中，控制器进一步适于控制每个扫描步骤从而仅一个转换器处于生成模式。此外，在该实施例中，控制器可控制阵列以使与生成模式下转换器相邻的转换器处于接收模式。可选地，使得若干相邻的转换器处于接收模式，或对于至少一个阵列来说所有其它转换器可处于接收模式。

控制器也可被编程以使主阵列单独或多个处于生成模式，而控制一个或更多个次级阵列为接收模式，反之亦然。要理解，具有很多阵列构型，每个具有大量操作型式，每个操作型式包括一个或更多个扫描，每个扫描具有其中选定的一个或更多个转换器处于生成模式并且一个或更多个转换器处于接收模式的扫描步骤。所述型式适于确定例如浮选池中一个或更多个物质特征的需要。

在一个示例实施例中，带有简单的单个直线阵列(例如参见图1)，所述型式可包括两个可选的扫描类型：远端至近端扫描，随后是近端至远端扫描，所述两个扫描重复任意数次。例如，远端至近端扫描一个第一扫描步骤，其中最远端转换器处于生成模式并且相邻的近端转换器处于接收模式，同时所有其它转换器被关闭或停止(即既不处于生成模式也不处于接收模式下)。第二扫描步骤具有处于生成模式下的第二至最远端转换器(之前处于接收模式下)，同时最远端转换器和相邻的近端转换器(第三至最远端转换器)均处于接收模式下。重复这种扫描步骤直至阵列中每个转换器已经处于生成模式一次。要理解，当最近端转换器处于生成模式时，仅相邻的远端转换器处于接收模式下。在远端至近端扫描后，随后所述型式返回近端至远端扫描，基本上与远端至近端扫描的扫描步骤相反。

在其它实施例中，控制器进一步适于以最近端转换器处于生成模式下至最远端转换器处于生成模式下的顺序控制每个扫描。要理解，术语远端和近端已经用于提供转换器阵列中的相对位置。在一些实施例中，如果阵列基本上竖直定向时远端可为顶部并且近端可为底部(或反之亦然)。在其它实施例中，若阵列基本上水平定向时远端可为左侧并且近端可为右侧(或反之亦然，并且取决于观察者的视角)。如果阵列以某一角度定向，则远端可代表右上方位置的转换器并且近端可代表左下方位置的阵列的相对末端处的转换器。

在又一实施例中，控制器进一步适于控制每个扫描步骤以使接收模式下的至少一个其它转换器包括邻近于生成模式下转换器的至少一个转换器。

在可选的实施例中，控制器进一步适于控制每个扫描步骤以使处于接收模式的所述至少一个其它转换器包括近端相邻于生成模式下转换器的一个转换器和远端相邻于其的一个转换器，其中当最近端转换器处于生成模式下时，仅所述一个远端相邻的转换器处于接收模式，并且其中当最远端转换器处于生成模式下时，仅所述一个近端相邻的转换器处于接收模式。

在另一个可选的实施例中，控制器进一步适于控制每个扫描以包括足够的扫描步骤从而在扫描期间每个转换器至少处于生成模式一次且至少处于接收模式一次。如上所述，该实施例仅代表可被编程到控制器内的很多可能的扫描中的一个。

在另一实施例中，至少一个阵列竖直配置在浮选池中，使得最近端的转换器包括最顶部的转换器并且最远端的转换器包括最底部的转换器，并且其中当浮选池正常操作时，最顶部的转换器处于最顶层中且最底部的转换器处于最底层中。浮选池的正常操作典型地为其中液体(即金属矿的浆料/浆液和水中的其它物质)流过例如镖阀进入池内，液体被搅动(例如被叶轮搅动)或通气(例如通过连接于池的通气管)以产生泡沫，泡沫高度使得流水槽溢出池管口但没有高到溢出池侧面的程度。这理想地应当为连续工艺以产生有效处理。如上所述，液体是底层，泡沫是中间层并且空气是顶层。

在又一实施例中，层中的多个物质包括：最底层的液体物质、中间层的泡沫物质和最顶层的气态物质，使得交界面包括：液体层/泡沫层交界面和泡沫层/气体层交界面。要理解，当前描述的装置、系统和方法的好处是能够以充分的精确度和/或精度确定交界面的高度，从而为浮选池的操作员提供有用信息。操作员可地理上位于池或若干池即操作间附近，或可地理上远距离位于世界的其它地方。任一情形下，操作员期望及时地精确和/或准确的反馈以便能够确定一个浮选池(或若干浮选池)正确地、有效地和富有成效地工作。

在其它实施例中，预期传感器、传感器系统和传感方法可被配置为将浮选池的层中物质特征直接反馈至自动化输入器具。就此，处理器可被构造为发送信息至控制器以便控制例如：调节流入浮选池的液体流的镖阀；搅拌器(包括位于池内的叶轮)；或通气器(包括连接于池的通气管)，或调节或控制池操作的任意其它装置。就此，浮选池可为自主或半自主的。

在可选实施例中，液体层是包含至少一种矿物质的浆料或浆液，所述泡沫层包含在悬浮液中比所述液体层中由所述液体层中的所述矿物质萃取的更精细的矿物质，并且所述气体层是空气，并且其中在工作中所述液体层被搅动和/或通气以使气泡穿过其上升以产生所述泡沫层。浮选池可用于处理来自采矿和其它地质萃取法的各种产品，例如：铜、钼、金、银、铅、镍、铁矿石、煤、碳酸钾、油和油砂、石膏和很多其它物质。然而，也预期传感器、传感系统和传感方法可应用于除矿物处理外的其它工序，例如食品或饮料的制造或其中声传感可提供优于其它传感类型的优点的其它类型的制造。

在另一个可选的实施例中，至少一个阵列在所述浮选池中水平地配置，使得当所述浮选池正常工作时所述至少一个主阵列处于所述液体层中并且所述至少一个次级阵列处于所述泡沫层中。

在又一个可选的实施例中，所述至少一个阵列适于相对于水平面倾斜选定角度或在水平面与选定角度之间移动，使得当所述浮选池处于正常工作时，所述至少一个主阵列的最近端转换器处于所述液体层中，所述至少一个主阵列的最近端转换器处于所述泡沫层中，所述至少一个次级阵列的最近端转换器处于所述泡沫层中，并且所述至少一个次级阵列的最远端转换器处于所述气体层中。这样，传感器可用于精确地测量泡沫高度。例如，通过传感器可确定的空气特征与通过传感器可确定的泡沫特征十分不同。空气将在处于生成模式的转换器内产生振铃信号，而泡沫将削弱信号以致接收模式下的转换器将无法接收信号或仅接收非常弱的信号，但泡沫将不会产生代表空气特征的振铃。此外，液体将产生作为其特征的强信号(带有相对大幅值的信号)。各个物质中转换器的该特征应答(即它们产生的信号的属性)使得处理器能够确定转换器处于哪些物质中，使得处理器能够通过参考阵列中转换器的已知高度、浮选池中或之上的阵列位置确定浮选池中物质的高度(或物质交界面)。

在其它可选的实施例中，当所述处理器接收来自接收模式下转换器的第一预定幅值或附近的输出信号时，所述处理器确定所述输出信号具有指示所述液体层的特征，并且其中所述处理器被构造为输出所述转换器位于所述液体层中的指示。预定幅值是所述液体已知的或当装配传感器时可被校准的。此外，一个实施例中传感器包括自动校准或遥控校准，使得转换器的灵敏度可被控制为解释各种不同的液体(包含不同材料的液体)或其中材料内容根据当时处理矿体而变化的液体。

在又一可选的实施例中，当所述处理器接收转换器正生成分析信号的指示并且接收另一个转换器处于接收模式且能够接收所述分析信号的指示并且未接收输出信号或来自接收模式下所述转换器的第二预定幅值或附近的输出信号时，所述处理器确定所述输出信号具有辨别所述泡沫层的特征，并且其中所述处理器被构造为输出至少一个所述转换器位于所述泡沫层中的指示。对于液体层中的转换器来说，泡沫层中的转换器可根据需要被校准以解释不同类型的预期泡沫，或可自动地校准来自可变矿体的可变泡沫。要理解，对于大多数物质来说，泡沫层中所接收信号(如果有的话)的属性是其幅值低于液体层中信号的幅值。然而，对于物质例如铜(Cu)来说，泡沫中的信号可具有比液体层中信号更高的幅值。

在一个实施例中，当所述处理器接收处于生成模式下的转换器正产生振铃信号的指示时，所述处理器确定所述信号具有辨别所述气体层的特征，并且其中所述处理器被构造为输出至少一个所述转换器位于所述气体层中的指示。

在另一个实施例中，所述处理器接收到第一转换器正生成分析信号的指示并且接收到来自于相对于生成所述分析信号的转换器的更高相邻转换器的具有第一预定幅值的输出信号；并且在随后的扫描步骤期间，所述处理器接收到所述更高相邻转换器正生成分析信号的指示且未接收到输出信号或来自所述第一转换器的第二预定低幅值的输出信号，则所述处理器确定所述信号具有辨别所述液体层/泡沫层交界面的特征，并且其中，所述处理器被构造为输出指示所述转换器大致位于所述液体层/泡沫层交界面的指示。

在另一个实施例中，在扫描步骤期间，所述处理器接收到第一转换器正生成分析信号的指示并且接收到来自于相对于生成所述分析信号的转换器的更低相邻转换器的具有第一预定幅值的输出信号；并且在随后的扫描步骤期间，所述处理器接收到所述更低相邻转换器正生成分析信号的指示且未接收到输出信号或不同于所述第一转换器的第二预定幅值的输出信号，则所述处理器确定所述信号具有辨别所述液体层/泡沫层交界面的特征，并且其中，所述处理器被构造为输出所述液体层/泡沫层交界面位于所述两个转换器中间的高度处的指示。

要理解，由于通气和搅动，浮选池中可具有一个或更多个物质的调幅(波)。在实施例中，这可通过平均功能来处理以确定池内物质交界面的高度。

阵列为纵向的阵列，并且可为单直线的转换器阵列。阵列也可具有最顶部的转换器和最底部的转换器。

在另一个实施例中，阵列可与另一个类似的阵列或其它类似的阵列连接以形成延伸阵列。延伸阵列可具有最顶部的转换器和最底部的转换器。在延伸阵列中，最顶部的转换器为最顶部阵列组件中的最顶部转换器，同样地，延伸阵列中最低转换器为将为最低阵列组件中最底部的转换器。

在延伸阵列的实施例中，控制器控制所有阵列组件的扫描，并且延伸阵列中每个阵列组件中的每个转换器向处理器传输用于处理的输出信号。

在又一个实施例中，在每个扫描步骤期间，接收模式下至少一个其它转换器包括邻近于生成模式下转换器的至少一个转换器。此外，处于接收模式的所述至少一个其它转换器可包括邻近于生成模式下转换器的一个更低的相邻转换器和一个更高的相邻转换器。然而，要理解，在这个实施例中，当最顶部的转换器处于生成模式时，仅一个更低的相邻转换器处于接收模式。类似地，在这个实施例中，当最底部的转换器处于生成模式时，仅更高的相邻转换器处于接收模式。

泡沫物质可为包含从金属矿萃取的金属的泡沫悬浮液，其中金属处于泡沫中的悬浮液内。要理解，当悬浮在泡沫中时金属可能不是完全净化的，并且因此由金属和杂质组成。

也可能具有气态物质层。经常地，这种气态物质仅为空气，但是当泡沫气泡破裂且释放其内部气体时可能有其它气体从泡沫散发出。在爆炸性环境的应用中，空气可被氮代替以便减少爆炸的风险。

在具有液体层、泡沫层和气体层时，液体层将为底层，泡沫层将为中间层并且气体层将为顶层。在该配置中，交界面包括液体层与泡沫层之间的交界面以及泡沫层与气体层之间的交界面。每个交界面将具有在浮选池/浮选室内的某个高度。

在一个实施例中，液体层在浮选池中被搅动和通气，使得气泡上升穿过液体层以产生泡沫层。

在另一个实施例中，当处于生成模式的一个转换器将声信号(分析信号)传输至接收模式下两个相邻的转换器中至少一个时，使得当接收模式下两个相邻的转换器中至少一个接收声信号时，两个相邻的转换器中至少一个在第一幅值下产生输出信号。当在液体层(与泡沫层或气体层相反)内相对较好地传输声信号时，这种输出信号的幅值是相对较大的。

此外，当处于生成模式的一个转换器将声信号朝着泡沫层传输时，声信号被泡沫层减弱，使得声信号不能够充分地传输因此不能被接收模式下两个相邻的转换器之一所检测到。可选地，可能是声信号被传输，但被如此微弱地传输以至于当接收模式下两个相邻的转换器中至少一个接收声信号时，声信号在接收转换器内产生给定的极低幅值的输出信号。这种输出信号的幅值比穿过液体层检测传输的转换器的输出信号的幅值低几百倍。

在一个实施例中，来自生成模式下的一个转换器的声信号(分析信号)具有足够宽的射束角，从而当处于生成模式下的一个转换器将声信号传输至液体层时，如果信号例如通过液体层中的气泡变得衰减，则发送器将信号传输至接收模式下的两个相邻转换器中至少一个。这能由于大角度射束封闭从生成模式下的一个转换器至接收模式下两个相邻转换器中至少一个的穿过液体层被明显缩短的路径而发生。就此，以这种大角度传输的射束部分不太可能在液体层中衰减。

附图说明

为了理解本发明和示出如何执行它，现在将仅经由示例和参照附图描述其可选的实施例，其中：

图1是单个阵列的透视图；

图2是图1所示阵列的正视图；

图3是图1和2所示阵列的侧视图；

图4是图1-3所示阵列的顶部平面图；

图5是具有传感器/传感器系统/传感方法的至少一个阵列中多个阵列的延伸阵列的透视图；

图6是浮选池中原位延伸阵列的顶部平面图；

图7是穿过图6中直线X-X'的侧截面图，示出带有原位延伸阵列的浮选池；

图8是类似于图7的视图，额外地示出用于传感器的控制和监控设备；

图9是示出传感器(包括五个所示转换器)细节的侧截面图，其中一个转换器处于传输至泡沫层的生成模式；

图10是示出浮选池中原位传感器的顶部平面图，该传感器包括主阵列和次级阵列，所述次级阵列以相对地面对主阵列的方式放置在浮选池中；

图11是穿过图10中直线Y-Y'的侧视截面图；

图12是阵列的透视图，其中没有阵列罩壳的一部分；

图13是图12所示阵列的侧截面图，其中阵列的两个转换器未示出；

图14是图13所示阵列的局部透视图；

图15是图14的颠倒透视图；

图16是阵列罩壳的第一部段的透视图；

图17是图16所示阵列的顶部平面图；

图18是阵列罩壳的第二部段的顶部透视图；

图19是延伸阵列中电/电子组件和构型的示意图；

图20是浮选池中传感器/传感器系统的部分切除透视图；

图21是具有两个平行转换器线的阵列的可选实施例的透视图，其中位于一条直线上的转换器偏离另一直线上的转换器；

图22是图21所示阵列的正视图；

图23是具有线状构型的三个(3)转换器的另一可选实施例的透视图；

图24是包括均安装在支架上的主阵列和次级阵列的至少一个阵列的一个配置的透视图；

图25是图24所示配置的侧视图；

图26是包括具有两个平行转换器线的主阵列(如图21和22所示)和次级阵列(如图23所示)的至少一个阵列的另一配置的透视图，所述阵列安装在使得所述配置选择性地固定或可移动地与水平位置成某一角度斜置的支架上；

图27是图26所示配置的侧视图；

图28是类似于图26和27所示配置的透视图，但在可选类型的支架上；并且

图29是图28所示在浮选池中示出的配置的侧截面图。

具体实施方式

将参照附图描述传感器/传感器系统/传感方法1，其中图1示出包括以单直线且密集地(或彼此邻接地)安装在转换器阵列罩壳14内的八个转换器12的转换器阵列10。转换器阵列10可形成延伸阵列30中的阵列组件(参见图5)。要理解，在一个实施例中，转换器阵列10可包括各种电子/电器组件例如控制器和/或处理器和/或罩壳内的总线。

阵列罩壳14还包括管或孔道16，管或孔道16使得阵列10能够安装在支架器具的轴或杆54上(图1未示出，但例如参见图20)。

传感器/传感器系统/传感方法1的转换器阵列10包括最顶部的转换器18和最底部的转换器20(在延伸阵列中，最顶部的转换器用18a表示，并且最底部的转换器用20a表示，参见图5)。要理解，术语最顶部和最底部对应于更泛称的最近端和最远端，或反之亦然。

转换器阵列罩壳14也包括当将转换器罩壳(作为阵列组件)连接于另一类似的阵列组件时采用的螺栓孔22以便形成延伸阵列。使用连接螺栓24(图1未示出，例如参见图5)连接。

在图2和/或3中，能够看出转换器12被安装为彼此靠近或邻接。图3还示出用于PCB(印刷电路板)26的区域，以及用于传感器/传感器系统/传感方法的其它电子组件。

图5示出的实施例中，若干换能器阵列10形成转换器阵列组件，并且连接在一起以便形成延伸阵列30。延伸阵列具有最顶部的转换器18A以及最底部的转换器20A。阵列组件10经由螺栓孔22和连接螺栓24连接在一起。然而，要理解，具有将阵列组件10连接在一起的其它方式以便形成延伸阵列30。总线(未示出)可将阵列组件数据连接在一起，使得数据在阵列、阵列的转换器、控制器与处理器之间传输。可能有用于传感器/传感器系统/传感方法1的多个处理器和控制器，带有主控制器和处理器。然而，有效的设计可以仅包括用于传感器/传感器系统/传感方法的一个控制器和一个处理器。

图6示出在浮选室/浮选池32中形成传感系统的原位延伸阵列30的顶部平面图。浮选室/浮选池具有适于承载溢出泡沫的流水槽(或管口)34。

图7是穿过图6中的直线X-X'的截面图。在图7中，可更清楚地看见延伸阵列30，其中最顶部的转换器18A处于高于泡沫层38最高水平/高度的位置。由此，延伸阵列30的最顶部转换器18A在气体(空气)层40中。在图7中还可看见，大部分延伸阵列30在液体(浆料/浆液)层36内。

图7示出其中液体层36、泡沫层38和空气层40具有其间交界面的浮选室/浮选池。就此，具有液体层/泡沫层交界面37和泡沫层/空气层交界面39。

要理解，图7示出层36、38和40处于正常工作条件下，其中液体层/泡沫层交界面37位于流水槽34下面，使得液体不会溢出流水槽；泡沫层/空气层交界面39位于最顶部转换器18A下面，使得泡沫能够高于流水槽34，但泡沫不会溢出浮选室/浮选池32。

图8类似于图7并且示出用于控制延伸阵列30操作的控制器42。图8还示出监控装置44(其在实施例中还可包括用于处理来自转换器阵列的信号的处理器)。监控器可能示出有关浮选室/浮选池操作的各个数据，包括交界面37、39的高度以及其它选定的信息。要理解，监控器可地理上接近浮选室或远离浮选室，比方说在另一个国家。

图9示出脉冲操作或扫描步骤的细节，其中最中心转换器12(F)处于生成模式并且生成朝向泡沫层中的泡沫38移动的声信号。声信号(分析信号)43被泡沫38内的气泡41衰减。然而，在该特定实施例中，非常弱的反射信号45被传输到接收模式中的转换器12，其相邻生成模式中的转换器12。要理解，在一些情况下，且对于不同类型的泡沫来说，分析信号将被有效地完全衰减以使相邻的转换器(12(E)和12(G))将不接收任何分析信号。为了更清晰，处于生成模式的转换器由12(F)表示，处于接收模式的更高相邻转换器由12(E)表示，并且处于接收模式的更低相邻转换器由12(G)表示。要理解，这仅为一种可能的扫描构型，并且其它扫描构型也是本发明范围内可以预期的。

在另一扫描步骤期间，当图9中的转换器12(H)处于生成模式并且试图传输分析信号时，由于转换器12(H)位于空气中，转换器将产生振铃信号(ring-down signal)，这是来自位于空气中处于生成模式的转换器的信号的特征。振铃信号将由处理器接收，其然后确定转换器12(H)处于空气层中。

当转换器12(K)处于生成模式并且将分析信号传输入液体层中时，信号将非常容易地被传输穿过液体介质，因此使得处于接收模式下的相邻转换器(更高相邻转换器12(G))在该扫描步骤期间接收具有高幅值的分析信号。高幅值信号被提供至处理器，其随后确定转换器12(G)连同比转换器12(K)更低的相邻转换器处于液体层中。

每个转换器相对浮选池的高度是已知的，因此可能计算池内液体、泡沫(或相当于液体/泡沫交界面和泡沫/空气交界面)的高度。

图10示出传感器/传感器系统/传感方法1的可选实施例，其中次级转换器阵列30A(具有单个阵列10B)放置在浮选室/浮选池32内，使得次级阵列中最顶部的转换器相对地面对主阵列30中最顶部的转换器18A。在这个实施例中，次级阵列30A的转换器和主阵列30最顶部的转换器能够共同操作以便提供有关泡沫的包括高度的信息。所述信息也可包括密度和泡沫移动。

图11示出穿过图10的直线Y-Y'的侧截面图。图11可能更清楚地示出次级阵列30A(具有带有三个转换器12的单个阵列10B)的位置，其中它相对地面对主阵列30中最顶部的转换器。次级阵列的最顶部转换器部分地位于空气层40内并且部分地位于泡沫层38内从而与空气/泡沫交界面39相交；次级阵列的中间转换器完全地位于泡沫层中；并且次级阵列的最下部转换器部分地位于泡沫层中和部分地位于液体层36内从而与泡沫/液体交界面37相交。主阵列30顶部的三个(3)转换器12类似地位于浮选池32内。

图12、13、14、15、16、17和18示出传感器/传感器系统/传感方法的转换器阵列10的实施例。这些附图示出罩壳14怎样由两个罩壳部段形成，包括第一罩壳部段48和第二罩壳部段52。还示出了第一和第二罩壳部段48、52内的通道50，所述通道50用于安置转换器12。在图12-18中，罩壳14内的管或孔道16具有基本正方形的截面形状。

图19是传感器/传感器系统/传感方法中电气和电子元件的示意图。传感器1包括若干阵列10，带有一个阵列10C，阵列10C为更短阵列，仅具有四个(4)转换器。传感器1包括用于传感器的微处理器60，以及来自24V直流输入电路64的电源62和放大器70。阵列10/10C经由电气/数据连接器66连接，其可为条带类型连接器或适用于采矿环境(可能是非常严酷的物理环境)的任何其它类型的连接器。阵列10/10C中的每个转换器12具有脉冲电路/接收电路68，其使得转换器分别处于生成模式/接收模式。每个脉冲电路/接收电路与其相应的转换器之间是发送器72。

图20示出其中至少一个阵列包括具有若干阵列10的主延伸阵列30和与主阵列相对且位于主阵列顶端对面的次级阵列10B。阵列安装在支架90上，支架90被构造为用于阵列30/30A/10/10A/10B的配置。延伸主阵列30内的最顶部阵列10A具有平行和偏置的双线转换器12(在图21和22中更详细地说明)。传感器/传感器系统/传感方法位于浮选池32内，其被示为具有三层物质，可为液体层36、泡沫层38和空气层40。

池32具有通气装置110，其包括电机112、轴114和叶片116。在实施例中，通气装置可被传感器处理器所控制以便设定旋转速度由此设定通气量。这可控制泡沫产生量。在其它类型的浮选池中，通过将空气泵入液体的通气管来提供通气。这些通气管也可被处理器控制以调节池内的通气。

图21是至少一个阵列10C的实施例，所述阵列具有平行的两行的转换器12，其中在适当构造的罩壳14A内一行中的转换器偏离另一行中的转换器。第一行转换器80(图21所示的最顶部)偏离第二行转换器82(图21所示的最底部)大约转换器12(由于罩壳围绕每个转换器故能够额外偏离)的一半宽度(或大约其半径)。行80、82中的转换器的配置有点“蜂窝”图案，因为一行80中的转换器位于另一行82中的转换器之间的空间内。

阵列10A中平行偏置转换器的这种配置的一个可能的优点是有可能获得更精确/准确的对层在浮选池中的高度或层间交界面高度的确定。通过具有四(4)排转换器、每排转换器与相邻排转换器大约偏置转换器宽度的四分之一的配置，可进一步提高该精确/准确度。当然，对这种配置可获得的精确/准确度的量具有实际限制，因为四排中第一排中的转换器与第四排中的转换器之间的间隔将具有影响。

图22示出图21的阵列10A的正视图，其中更容易看见各排转换器80、82的配置。偏置被示为R，其略大于转换器的半径或转换器在罩壳14A外的暴露面。

图23中阵列10B的实施例对于之前附图所示的次级阵列30A是有用的。当阵列竖直配置比如说在浮选池中时，阵列具有最顶部的转换器18B和最底部的转换器20B。转换器12配置在罩壳14B内。

图24和25示出具有由单个阵列10构成的主阵列30和由短于主阵列的单个阵列10B构成的次级阵列30A的至少一个阵列的配置。阵列安装在支架92上，支架92具有用于从电缆悬挂支架的孔眼91以及用于调整高度的销和孔配置93(未示出销)。支架92还具有用于次级阵列30A的水平可调整的安装件95。

图26和27示出图24和25所示的至少一个阵列的替换配置，其中主阵列30和次级阵列30A安装为使得在被构造为容许倾斜位置的支架上相对于水平位置倾斜。在该实施例中，主阵列是平行偏置阵列10A并且次级阵列是更短阵列10B。传感器/传感器系统/传感方法1的这种配置可用于确定指示比如说在浮选池中物质性能的信号特性，其中阵列被下降至包含物质的池中且悬挂在池的最顶部处。在一个示例中，固定或可动的倾斜可用于非常精确/准确地确定泡沫高度特性，因为泡沫将仅覆盖次级阵列30A中的一些转换器12，而其它转换器12将处于空气层中。如果支架94被升起和/或下降，或许上下摆动，则可能使用通过转换器信号特征提供的反馈来确定泡沫高度。可选地，除升高和降低支架外，有可能在比如说横向定向与倾斜定向之间倾斜阵列30A以通过来自于转换器信号特征的反馈确定泡沫高度。类似地，主阵列可用于确定液体高度，因为它将被定位为以使一些转换器在液体中并且一些转换器在泡沫中，藉此令转换器产生不同的信号特性。

图28示出用于主阵列30和次级阵列30A的倾斜安装的可选配置，具有支架96，支架96带有旋转接头98以及双板和开槽螺栓保持器具100用于倾斜阵列。支架可调节地悬挂在滑轮和电缆系统102上。支架进一步包括稳定器具104。

图29示出在浮选池32中的来自图28的配置，其中阵列30、30A与水平面倾斜。如上所述，倾斜可通过确定池内物质产生的信号特性根据每个转换器相对于物质的定位获得精确和/或准确的测量。

在一个实施例中，本发明使用低频声纳转换器阵列。在某个应用中，频率可以是12.5kHz，其它应用中转换器的频率可以是25kHz。转换器的一个功能是执行“自清洁”操作，因此几乎不或不要求操作员干涉清洁过程。通过生成信号以产生疏化(rarefaction)由此产生空化作用(cavitation)而执行清洁。

要理解，声纳技术已经用于采矿中的浮选操作以便增强试剂更有效地净化矿物质的能力。然而，声纳技术尚未用于测量原位工艺应用(in situ process application)中的物质高度，也未用于测量其它物质性能例如密度或运动速度/速率。

如上所述，转换器可使用各种所需的操作频率以用于特定的操作工艺条件。在实施例中，阵列是可延伸的以便为延伸阵列，并且可被延伸从而适配各种浮选池/浮选室尺寸。

在操作中，传感器阵列可被装配为使顶部转换器与浮选池的流水槽溢流对齐。在这种装配中，为了对齐传感器阵列与流水槽溢出位置可能调整支撑阵列的托架。

在传感器的实施例中，传感器阵列中的声能转换器可经由通信总线连接回控制器。控制器控制转换器阵列以使每个转换器被依次“脉冲(pulsed)”。就此，术语“脉冲”用于指示转换器处于生成模式，其中它生成声信号，也称为分析信号。

在一个操作中，每个转换器依次被脉冲以便形成阵列清洁扫描，其中每个转换器产生适合于在转换器前面形成空化作用的信号，以便“自清洁”。就此，空化作用将“自清洁”所述被脉冲转换器的“有源(active)”膜片。

在一个实施例中，同时执行阵列清洁扫描和阵列扫描，其中阵列扫描用于检测所述多个物质中每个物质的至少一个特征。在示例的阵列扫描中，安装在有源转换器(生成模式下的转换器)两侧上的转换器将作为接收器(接收模式下的转换器)操作。

在某个物质中，接收模式下的转换器将不仅检测生成模式下转换器的声音(分析)信号，而且检测接收模式下转换器滤波范围内的背景频率。在一个实施例中，控制器根据时间扫描每个转换器，使得在经过时间周期(单个阵列扫描)后，全部转换器被自清洁并且检查接收器的信号幅值。

要理解，声信号在液体中的传输具有极高的效率，而泡沫中声信号的传输是极其差的。这是因为泡沫中的气泡作为吸声器。因此，浸入浮选池中液体层中的转换器将接收高幅值声信号，其指示液体存在。所接收的声信号幅值将与接收模式下被液体层中的液体所覆盖的转换器膜片的表面积成正比。

就此，在这个实施例中，在阵列扫描期间，转换器被脉冲，其中被脉冲转换器两侧上的两个转换器作为接收器。如果所述被脉冲转换器下面的转换器接收高幅值声信号，则确定液体存在于该水平。如果所述被脉冲转换器上面的转换器接收高幅值声信号，则认为液位高于被脉冲转换器上面的转换器高度。然而，如果被脉冲转换器上面的转换器接收例如小于高幅值信号的一半幅值的信号，则认为液体高度位于脉冲转换器上面的转换器的水平处。要理解，这具有阵列中转换器膜片的大约一半直径的精确度。

阵列扫描时间将根据延伸阵列中传感器阵列元件的数量而改变。

在一个实施例中，控制器可提供模拟输出信号输出以脉冲阵列中的任何转换器，在此确定转换器发出进入液体层的脉冲。

传感器也可包括视觉显示设备，其上指示液体层(液体层/泡沫层交界面)的高度。显示器还可显示液体层/泡沫层交界面的高度的移动倾向。

在一个实施例中，液体层上面的转换器将浸入泡沫层。这些转换器可被校准以检测各个转换器膜片表面处的泡沫与各个膜片表面处空气之间的差异。

在浮选池的操作中，重要的是能够检测泡沫是否在流水槽上溢出。这通过能够测量泡沫层/气体层交界面来确定，藉此大致确定泡沫层顶部的高度。

在这个步骤中，如果泡沫流入流水槽，则相应的转换器将基于最小信噪比检测泡沫。泡沫层顶部的高度也可显示在监控设备上。来自控制器的模拟输出对于泡沫高度状态也是可能的。

当传感器阵列中的转换器未被液体或泡沫覆盖时，由接收模式下转换器接收的信号将指示转换器位于自由空气中。根据检测自身处于空气中的转换器的高度，这可指示浮选池/浮选室未正确地工作，如果泡沫未流入流水槽。这种情形下，可能操作警报来警告人们该情形。

在可选的实施例中，额外的转换器被安装在转换器阵列中最顶部的转换器正对面。该布置将提供与位于最顶部转换器与额外转换器之间的泡沫密度成正比的输出。要理解，需要至少两个相对面对的转换器，使得转换器之间产生的信号将强大到足以穿透位于其间的泡沫。在该实施例中，两个相对设置的转换器的频率可能根据泡沫的可能密度范围基于了解的使用情况而改变。例如，煤浮选池的泡沫密度较低，而铜、锌、金或铅浮选池的泡沫密度相对而言较高。

转换器阵列中额外的转换器与最顶部的转换器相对面对的构型中，这些转换器也可共享用于“自清洁”的脉冲顺序。在另一个可选的实施例中，两个相对面对的转换器可提供任何多普勒效应的指示，从而可确定经过这些转换器的泡沫流。这种环境下，显示设备也可显示泡沫密度和泡沫流速度。

在一个实施例中，用于转换器的驱动电路可包括多级，其中：每个转换器将经由至控制器的ModBus(一种网络通信协议)通信连接被分别地(多重)扫描；每个转换器将以两个不同的幅值依次被脉冲，作为从转换器膜片清洁积聚物的超声清洁高幅值脉冲以及用于测量的更低幅值脉冲(检测物质、交界面高度等等)。

安装在被脉冲转换器正上方的转换器作为接收器(接收模式下)，收听被脉冲转换器(生成模式下)的工作频率，并且匹配接收转换器的带宽过滤器规格内的背景噪声；并且控制器检查来自接收转换器的接收幅值信号的幅值以核实是否(a)已接收到指示泡沫的低幅值信号或无信号，或(b)是否已接收到指示存在液体层的高幅值信号。

因此，本发明的实施例可提供以下优点：

传感器/传感器系统/传感方法将自清洁并且提供可靠性，其它技术已经失败。

传感器/传感器系统/传感方法可提供灵活性水平以使本来不可用的附加工艺变量可被用于浮选室/浮选池的工艺控制PID环路控制。

已知如果浮选室/浮选池有效地工作则浮选室/浮选池可生成主要效益，并且当前的传感器/传感器系统/传感方法应当有助于该效率；

带有信号反馈的其它技术(例如升级的电导探针)仍然不解决采矿工艺的环境问题并且仍然需要操作者介入。这些其它技术不具有自清洁功能，而是依赖于用于积聚物问题的信号补偿，以便能够继续工作；

在采矿场所，矿体通常地具有可变的复杂性，因此自清洁和不依赖于介电常数变化的技术是有用的；

在实施例中，传感器/传感器系统/传感方法使用液体层与泡沫层和空气层之间信号的变化，因此此技术不依赖于矿体复杂性的变化性；并且

这种技术也期望能够与各种试剂、起泡剂等等一起作用，它们可以是含油的(例如柴油或类似物)并且这些物质倾向于积聚在传感器上。特别地在油砂工业中，大量沥青材料悬浮在泡沫中。其它技术不能在这种环境下操作。

在实施例中，传感器/传感器系统/传感方法也可提供其它优点，例如能够在浮选室/浮选池中物质高速搅拌和通气的情形下操作。此外，传感器/传感器系统/传感方法可简单安装和校准，不需要替换移动部件，对密度不敏感并且对非导电性不敏感。所述技术可提供泡沫高度测量以便提供有关浮选室/浮选池是否具有泡沫转移(这是正确操作所必需的)。

此外，传感器/传感器系统/传感方法可提供泡沫的密度测定，其中所述技术可用于警告操作者：

·低密度泡沫，其中浮选法要求试剂调节和/或气流速度调节；

·高密度泡沫，其中泡沫很容易崩塌，使得它不溢出流水槽，其可能要求气流速度调节。

要理解，传感器/传感器系统/传感方法使用用于产生脉冲压力波的声学技术(转换器)以便产生空化作用并且提供超声清洗(自清洁)。就此，超声清洁取决于频率，例如可使用高频率(30kHz，40kHz至100kHz和更高，即短波长)。频率越高，可被清洁或去除的微粒越小。然而，高频率转换器也可产生更低幅值压力波的效果。

相反地，较低频率的转换器(例如25kHz、20kHz、15kHz、12kHz、10kHz和5kHz)具有更长的波长和更高的幅值压力波效果，这已被发现增强了超声波清洁效果。此外，已经发现频率为25kHz和更低频率的转换器是浮选室/浮选池的情形下最佳的。

还已经发现，当频率变化时声能转换器尺寸变化；低频转换器(5kHz)是高频率转换器(20kHz)尺寸的两倍。在实施例中，每个转换器具有可被调谐至的中心频率，并且转换器包括连接于一对压电晶体两侧的质量(mass)。

本发明的实施例可使用在大约50kHz-5kHz下操作的转换器。然而，转换器的选择通常取决于应用传感器/传感器系统/传感方法的环境和操作条件。

在一些实施例中，传感器/传感器系统/传感方法将在转换器阵列中使用25kHz或12.5kHz的转换器。要理解，12.5kHz的转换器实体地大于25kHz的转换器，因此要求更大的罩壳。在实施例中，每个转换器阵列(或延伸阵列组件)将具有八个转换器。用于这种传感器/传感器系统/传感方法的控制器将适于用特定的转换器操作。

在一个实施例中，具有放置在浮选室/浮选池中的又一转换器，从而相对地面对阵列或延伸阵列内最顶部的转换器。这个实施例可能测量泡沫密度作为两个相对面对的转换器之间信号幅值的函数。此外，这个实施例也能检测泡沫移动，这样的泡沫移动在两个转换器之间产生多普勒效应。在这个实施例中，额外的转换器始终是用于自清洁目的“发送器”，而阵列或延伸阵列中最顶部的转换器是“接收器”，但在自清洁和阵列扫描之前也可作为阵列的一部分起作用。

在实施例中，转换器可为商用现货供应(COTS)类型产品。这种转换器常常具有自身的外护层和/或壳体，适于采矿应用。传感器/传感器系统/传感方法可通过使用外壳或罩壳提供额外保护，其也提供了用于任何电子仪器的保护连同为转换器提供了额外保护。在一些实施例中，外壳/罩壳中的垫片可充满物质例如环氧树脂，以便在浮选室/浮选池的高压情况下加强壳体/罩壳。

期望提供延伸阵列，所述阵列组件(转换器阵列)彼此连接以便形成延伸的纵向阵列。在这个实施例中，提供了阵列组件(阵列模块)之间的总线连接。要理解，必须防止任何这种总线连接连同位于浮选室/浮选池中的所有其它电子元件出现由浮选室/浮选池中的物质产生的情形，因此必须被封闭在阵列组件内，当阵列组件共同连接以形成延伸阵列时也必须被封闭。

在一个实施例中，传感器可包括用于传感器阵列的罩壳。罩壳可由玻璃加强的丙烯制成。已经发现，丙烯有助于避免结垢积聚，因此更易于清洁。

在一个实施例中，转换器阵列或延伸阵列可被脉冲以使阵列内所有转换器产生空化作用以便同时自清洁。该设备对于内操作清洁目的是有用的。

用于使用声能转换器检测液体层(浆料/浆液)、泡沫层和空气层特性(信号特性)的操作原理

浆料浆液检测：首先根据声学清洁能力(产生空化作用的能力)调整转换器(实施例中为每个阵列或阵列组件有8个)阵列的频率以使它们可在包括倾向于结垢和积聚在容器内的任何侵入物上的物质的浮选室/浮选池环境下操作。

在一个实施例中，操作包括给定持续时间内一次仅进行一个转换器脉冲。该持续时间根据施加的脉冲幅值而变化。通常地，脉冲时间持续时间越长、脉冲幅值越大，则转换器膜片的清洁空化作用越大。

在这个实施例中，当转换器被脉冲时，脉冲转换器两侧上的转换器作为接收器。它们事实上是被动的，并且在接收期间它们不清洁。声音信号以非常广的角度传输至浮选室。典型地，声音不能容易穿过液体，因为在通气和/或搅动期间浮选室/浮选池中产生的气泡在信号到达浮选室/浮选池另一侧之前将削弱信号。如果转换器浸没在液体浆液内，则液体中脉冲束的广角足以被接收器转换器检测到。

转换器频率的选择取决于应用。浮选室/浮选池也产生从通气噪音、搅动噪声、泵、镖阀(dart valve)等等发出的大范围的背景频率。如果背景噪声匹配转换器的工作频率，则接收器也可作为水听器并且可提高检测液体浆料的效率。这在液体浆料特别是如此。当背景噪声是随机时，不能依赖它，但它可提高性能。

传感器/传感器系统/传感方法多路传输转换器脉冲和接收序列。传感器/传感器系统/传感方法检测哪个转换器在发出脉冲以及哪个转换器在接收。这样，传感器/传感器系统/传感方法检测接收器和发送转换器是否浸没在液体浆料中并且基于接收器是否接收信号来输出与信号状态成正比的信号。

泡沫检测：浮选室/浮选池中的泡沫由数以千计的不同尺寸的气泡构成。具有基于脉冲转换器前方气泡数量的数以千计的针对声传输的阻抗变化的事实暗示着脉冲信号将在声能转换器范围内的大多数声频在泡沫中不能工作的程度上被泡沫大大地衰减。因此当液体内接收的信号幅值大于泡沫内的数百倍时可能识别转换器是否浸没在泡沫或液体浆料中。

空气检测：也必须识别浮选室/浮选池是否“转移(carryover)”。转移是进入流水槽的泡沫溢出以使泡沫浓缩为浓缩增稠剂。

如果泡沫转移，则泡沫溢入流水槽并且浮选室正在工作。如果泡沫不转移，可以看见泡沫与流水槽之间的气隙。也应当检测这个。这仅影响了顶部阵列组件内顶部的两个转换器向下。当转换器脉冲时，转换器随着施加的能量移动，虽然移动地很微小。在去除脉冲之后，由于其质量，转换器上仍然有剩余能量。这就产生了所谓的“转换器响铃(ringing)”或振铃。振铃t特性随着频率而变化，因为质量随着每个转换器频率而变化。传感器/传感器系统/传感方法检测浸没在泡沫中的转换器与自由空气中转换器之间不同的振铃特性。自由空气中的转换器将具有比浸没在转换器中的泡沫更长的响铃特征。自由空气转换器也将显示从浮选结构反射出的其它信号(具有特性)，其也可用于检验它处于“自由空气”中。

用于实施例中的标准25Khz和12.5hz的转换器将检测传输穿过空气的脉冲回声。

除非上下文需要，否则在本说明书和随后的权利要求中，要理解，措辞“包括”暗示包括所列出的整数或步骤或整数或步骤的群组而不排除任何其它整数或步骤或整数或步骤的群组的存在。

本说明书中任何现有技术的参考不应当被作为确认或者现有技术的任何形式的建议形成公知常识的一部分。

Claims (32)

1.一种用于确定浮选池中至少一个物质的至少一个特征的传感器，所述传感器包括：

单个阵列，所述阵列包括多个声能转换器包括在所述浮选池的内部设置的单个壳体，所述阵列包括平行的两行或更多行转换器，其中，一行中的转换器相对于在平行的相邻行转换器中的转换器偏置，所述阵列中的每个转换器能够可选择地以生成模式或接收模式运行，使得在所述阵列的扫描期间，所述阵列中的至少一个转换器处于生成模式并与所述阵列中处于接收模式的至少一个其它转换器通信；

控制器：

用于控制所述阵列中的每个转换器选择性地处于生成模式或接收模式，在所述生成模式下适于生成分析信号，在所述接收模式下适于接收自所述浮选池中的多个物质中的一个或更多个物质反射的分析信号以产生输出信号，并且

用于控制所述传感器以执行所述阵列的扫描，每个扫描具有多个扫描步骤，使得在每个扫描步骤期间，所述阵列中的至少一个转换器处于生成模式下并且所述阵列中的至少一个其它转换器处于接收模式下；以及

处理器，用于处理能从所述控制器、处于生成模式下的所述至少一个转换器和处于接收模式下的所述至少一个转换器中的一个或更多个接收的一个或更多个信号以便从所述一个或更多个信号确定所述至少一个特征。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述控制器进一步适于控制每个转换器以选择性地处于用于生成在所述至少一个物质中的一个或更多个内形成空化作用的信号的清洁模式，使得如果一个或更多个所述物质已经积累在所述转换器上，则所述空化作用从所述转换器去除至少一些积累。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中，能由所述处理器接收的一个或更多个信号的其中之一是来自所述控制器或所述阵列的处于生成模式下的转换器的、指示所述转换器处于生成模式下并正在生成分析信号的信号，

其中，能由所述处理器接收的所述一个或更多个信号的其中之一是来自所述控制器或所述阵列的处于接收模式下的转换器的、指示所述转换器处于接收模式下并能够接收分析信号的信号，

其中，能由所述处理器接收的所述一个或更多个信号的其中之一是来自所述阵列的处于接收模式下的转换器的输出信号，并且

其中，能由所述处理器接收的所述一个或更多个信号的其中之一是来自所述阵列的处于生成模式下的转换器的、指示所述转换器正产生振铃的信号。

4.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述阵列包括平行的两行转换器。

5.根据权利要求4所述的传感器，其中，所述偏置是所述阵列的转换器宽度的至少一半。

6.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述阵列包括各自由壳体围绕的多个阵列，每个壳体彼此可连接以形成具有最近端转换器和最远端转换器的延伸阵列的单个壳体。

7.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述控制器进一步适于控制每个扫描步骤以使仅一个转换器处于生成模式下。

8.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述控制器进一步适于控制每个扫描为按照从最近端转换器处于生成模式至最远端转换器处于生成模式的顺序。

9.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述控制器进一步适于控制每个扫描步骤以使处于接收模式下的至少一个其它转换器包括与处于生成模式下的转换器相邻的至少一个转换器。

10.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述阵列包括最近端转换器和最远端转换器，并且所述控制器进一步适于控制每个扫描步骤以使处于接收模式下的所述至少一个其它转换器包括针对处于生成模式下的转换器的一个近端相邻转换器和一个远端相邻转换器，

其中，当最近端转换器处于生成模式下时，仅所述一个远端相邻转换器处于接收模式下，并且

其中，当最远端转换器处于生成模式下时，仅所述一个近端相邻转换器处于接收模式下。

11.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述控制器进一步适于控制每个扫描以包括足够的扫描步骤从而在扫描期间每个转换器至少处于生成模式下一次和至少处于接收模式下一次。

12.一种用于确定浮选池中多个物质中每一个的至少一个特征的传感器系统，其中，每个所述物质包括所述浮选池中的层，其中，每层具有至少一个与相邻层的交界面，并且其中，每个交界面具有在所述浮选池中的可变高度，所述传感器系统包括：

定位在所述浮选池的内部内和/或接近在所述浮选池的内部内的单个阵列，所述阵列包括多个声能转换器包括在所述浮选池的内部设置的单个壳体，所述多个声能转换器成平行的两行或更多行布置，其中，一行中的转换器相对于在平行的相邻行转换器中的转换器偏置，所述阵列还包括最近端转换器和最远端转换器，所述阵列中的每个转换器能够可选择地以生成模式或接收模式运行，使得在所述阵列的扫描期间，所述阵列中的至少一个转换器处于生成模式并与所述阵列中处于接收模式的至少一个其它转换器通信；

控制器；

用于控制每个转换器选择性地处于生成模式或接收模式，在所述生成模式下适于生成朝向位于所述浮选池中的转换器前方的至少一个物质传输的分析信号，在所述接收模式下适于接收自所述浮选池中多个物质的一个或更多个物质反射的分析信号以产生输出信号，并且

用于控制所述传感器以执行所述阵列的扫描，每个扫描具有多个扫描步骤，使得在每个扫描步骤期间，所述阵列中的至少一个转换器处于生成模式下并且所述阵列中的至少一个其它转换器处于接收模式下；以及

处理器，用于处理能从所述控制器、所述阵列的处于生成模式下的至少一个转换器和所述阵列的处于接收模式下的至少一个转换器中的一个或更多个接收的一个或更多个信号以便从所述一个或更多个信号确定所述至少一个特征。

13.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，所述控制器进一步适于控制每个转换器选择性地处于用于生成在所述至少一个物质的一个或更多个内形成空化作用的信号的清洁模式，使得如果一个或更多个所述物质已经积累在所述转换器上和/或附近，则所述空化作用从所述转换器上和/或附近去除至少一些积累。

14.根据权利要求13所述的传感器系统，其中，能由所述处理器接收的一个或更多个信号的其中之一是来自所述控制器或所述阵列的处于生成模式下的转换器的、指示所述转换器处于生成模式下并正在生成分析信号的信号，

其中，能由所述处理器接收的所述一个或更多个信号的其中之一是来自所述控制器或所述阵列的处于接收模式下的转换器的、指示所述转换器处于接收模式下并能够接收分析信号的信号，

其中，能由所述处理器接收的所述一个或更多个信号的其中之一是来自所述阵列的处于接收模式下的转换器的输出信号，并且

其中，能由所述处理器接收的所述一个或更多个信号的其中之一是来自所述阵列的处于生成模式下的转换器的、指示所述转换器正在产生振铃的信号。

15.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，所述阵列包括平行的两行转换器。

16.根据权利要求15所述的传感器系统，其中，所述偏置是转换器宽度的至少一半。

17.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，所述阵列包括各自由壳体围绕的多个阵列，每个壳体彼此可连接以形成延伸阵列的单个壳体。

18.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，所述控制器进一步适于控制每个扫描步骤以使仅一个转换器处于生成模式下。

19.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，所述控制器进一步适于控制每个扫描为按照从最近端转换器处于生成模式下至最远端转换器处于生成模式下的顺序。

20.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，所述控制器进一步适于控制每个扫描步骤以使处于接收模式下的至少一个其它转换器包括与阵列的处于生成模式下的转换器相邻的至少一个转换器。

21.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，所述控制器进一步适于控制每个扫描步骤以使处于接收模式下的所述至少一个其它转换器包括针对所述阵列的处于生成模式下的转换器的一个近端相邻转换器和一个远端相邻转换器，

其中，当最近端转换器处于生成模式下时，仅所述一个远端相邻转换器处于接收模式，并且

其中，当最远端转换器处于生成模式时，仅所述一个近端相邻转换器处于接收模式。

22.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，所述控制器进一步适于控制每个扫描以包括足够的扫描步骤从而在扫描期间每个转换器至少处于生成模式下一次和至少处于接收模式下一次。

23.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，所述阵列竖直地配置在所述浮选池中，使得所述最近端转换器包括最顶部的转换器并且最远端转换器包括最底部的转换器，并且其中，当所述浮选池处于正常工作时所述最顶部的转换器处在最顶层中并且所述最底部的转换器处在最底层中。

24.根据权利要求12所述的传感器系统，其中，在各层中的所述多个物质包括：最底层中的液体物质、中间层中的泡沫物质以及最顶层中的气态物质，从而所述交界面包括：液体层/泡沫层交界面和泡沫层/气体层交界面。

25.根据权利要求24所述的传感器系统，其中，所述液体层是包含至少一种矿物质的浆料或浆液，所述泡沫层包含在悬浮液中由所述液体层中的所述矿物质萃取的比在所述液体层中更精细的矿物质，并且所述气体层是空气，并且其中，在工作中所述液体层被搅动和/或通气以使气泡穿过其上升以产生所述泡沫层。

26.根据权利要求24所述的传感器系统，其中，当所述处理器接收到来自处于接收模式下的转换器的呈第一预定幅值或接近第一预定幅值的输出信号时，所述处理器确定所述输出信号具有指示所述液体层的特征，并且其中，所述处理器被构造为输出所述转换器位于所述液体层中的指示。

27.根据权利要求24所述的传感器系统，其中，当所述处理器接收到所述阵列的转换器正生成分析信号的指示、并且接收到另一个转换器处于接收模式下且能够接收所述分析信号的指示、并且未接收到来自处于接收模式下的转换器的输出信号或接收到来自所述处于接收模式下的所述转换器的呈第二预定幅值或接近该第二预定幅值的输出信号时，所述处理器确定所述信号具有辨别所述泡沫层的特征，并且其中，所述处理器被构造为输出至少一个所述转换器位于所述泡沫层中的指示。

28.根据权利要求24所述的传感器系统，其中，当所述处理器接收到所述阵列的处于生成模式下的转换器正产生振铃信号的指示时，所述处理器确定所述信号具有辨别所述气体层的特征，并且其中，所述处理器被构造为输出至少一个所述转换器位于所述气体层中的指示。

29.根据权利要求24所述的传感器系统，其中，在扫描步骤期间，所述处理器接收到所述阵列的第一转换器正生成分析信号的指示并且接收到来自于所述阵列的相对于所述生成分析信号的转换器的更高相邻转换器的具有第一预定幅值的输出信号；并且在随后的扫描步骤期间，所述处理器接收到所述更高相邻转换器正生成分析信号的指示且未接收到来自第一转换器的输出信号或接收到来自所述第一转换器的呈第二预定低幅值的输出信号，则所述处理器确定所述信号具有辨别所述液体层/泡沫层交界面的特征，并且其中，所述处理器被构造为输出所述转换器大致位于所述液体层/泡沫层交界面的指示。

30.根据权利要求24所述的传感器系统，其中，在扫描步骤期间，所述处理器接收到所述阵列的第一转换器正生成分析信号的指示并且接收到来自于所述阵列的相对于生成所述分析信号的转换器的更低相邻转换器的具有第一预定幅值的输出信号；并且在随后的扫描步骤期间，所述处理器接收到所述更低相邻转换器正生成分析信号的指示且未接收到输出信号或接收到呈不同于所述第一转换器的第二预定幅值的输出信号，则所述处理器确定所述信号具有辨别所述液体层/泡沫层交界面的特征，并且其中，所述处理器被构造为输出所述液体层/泡沫层交界面位于两个转换器中间的高度处的指示。

31.根据权利要求24所述的传感器系统，其中，当所述处理器接收到所述至少一个阵列的处于生成模式下的第一转换器正产生振铃的指示时；并且在随后的扫描步骤期间，所述处理器未接收到来自所述至少一个阵列的更低相邻转换器的输出信号或接收到来自所述至少一个阵列的更低相邻转换器的呈第二预定低幅值的输出信号，则所述处理器确定所述信号是辨别所述泡沫层/气体层交界面的特征，并且其中，所述处理器被构造为输出所述泡沫层/气体层交界面位于两个转换器中间的高度处的指示。

32.一种用于确定浮选池中至少一个物质的至少一个特征的传感方法，所述方法包括：

设置传感器，所述传感器包括多个声能转换器的单个阵列，所述阵列包括位于单个壳体中的平行的两行或更多行转换器，其中，一行中的转换器相对于在平行的相邻行转换器中的转换器偏置，所述阵列设置在所述浮选池的内部中和/或附近，每个转换器能够可选择地以生成模式或接收模式运行，使得在所述阵列的每个扫描期间，所述阵列中的至少一个转换器处于生成模式并与所述阵列中处于接收模式的至少一个其它转换器通信；

使用控制器控制所述阵列的每个转换器可选择地处于生成模式用于生成分析信号或处于接收模式用于接收自所述至少一个物质反射的分析信号以生成输出信号，

使用所述控制器控制所述传感器以执行所述阵列的扫描，每个扫描具有多个扫描步骤以使在每个扫描步骤期间所述阵列的至少一个转换器处于生成模式下并且来自所述阵列的至少一个其它转换器处于接收模式下，以及

处理能从所述控制器、处于生成模式下的所述至少一个转换器和处于接收模式下的所述至少一个转换器中的一个或更多个转换器接收的一个或更多个信号以便从所述一个或更多个信号确定所述至少一个特征。

Images