CN111811573A - 一种筛面物料运动状态的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种筛面物料运动状态的监测方法，该方法主要使用五组均匀布置在筛面上的红外光电式传感器阵列，监测筛面上方不同位置处的物料分布密度。根据物料分布密度可得到物料质量，从而获得筛面上物料的质量变化情况；根据不同位置处传感器信号响应的时间差以及两者之间的距离差，可以得到物料的运动速度及其变化情况；由传感器信号变化的周期可得到物料的离散程度，据此分析物料离散程度的变化情况。通过振动筛分过程中三种不同参数变化情况的获取，可以较为全面的了解物料在筛面的运动状态，为筛面振动参数的调节和控制提供依据，有利于筛分效率的提高。

Description

一种筛面物料运动状态的监测方法

技术领域

本发明属于物料运动监测技术领域，具体涉及振动筛分过程物料在筛面上的运动监测方法。

背景技术

筛分清选是谷物联合收获作业中一个重要的环节，主要采用风机和振动筛组合的方式将脱粒混合物中的籽粒与杂余分离，籽粒透过筛孔，杂余从筛尾排出。筛分效率是振动筛的重要性能指标，它受到物料喂入状态的影响。要提高筛分效率，就要针对不同的物料喂入状态调节振动筛的振动参数。研究表明，筛面上物料的运动状态是振动参数调节的重要依据。筛分过程中物料在不同位置的运动速度、分布密度和离散程度都会发生改变，但是目前缺乏有效的物料运动变化情况的获取方法。因此，为了合理调节振动参数，从而有效提高筛分效率，需要设计一种获取物料在筛面上运动状态的监测方法。该监测方法对筛分效率的提高有着重要的研究意义，目前未见有公开研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种筛面物料运动状态的监测方法，可以监测到筛面物料的运动速度、质量和离散程度的变化过程，较全面地获取物料筛面运动状态。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种筛面物料运动状态的监测方法，包括如下步骤：S1：通过红外光电式传感器物料标定试验，确定传感器输出电压V与分布密度υ之间的关系υ＝F(V)；S2：对物料法向运动状态及测量过程进行分析；S3：对物料轴向运动状态及测量过程进行分析；S4：对筛面物料的运动与分布状态进行分析。

步骤S1中，红外光电式传感器由红外线发生器和红外线接收器以及I/V信号处理电路组成，其中I/V信号处理电路作用是将红外线接收器输出的电流信号线性转化为电压输出信号；光在介质中传播时，透过介质的光强度将产生衰减，透过的介质不同，其衰减程度也有所不同，当红外线发生器与红外线接收器之间有物料遮挡时，根据遮挡物料分布密度的不同，其产生的衰减程度也有所不同，传感器的输出信号V也会发生变化；定义测量区域物料的质量与测量区域体积的比值为物料分布密度υ，当测量区域无物料遮挡物料分布密度υ为0时，传感器输出为初始电压V₀，随着物料分布密度υ的增大，传感器输出电压不断降低，通过红外光电式传感器物料标定试验，确定传感器输出电压V与分布密度υ之间的关系υ＝F(V)。

步骤S2中，沿筛面法向Z在高度h₁、h₂和h₃处分别布置红外线发生器与红外线接收器组成3对红外光电式传感器，以这3对传感器作为一个传感器阵列；每个传感器的红外线发生器和红外线接收器分别安装在筛面左右两侧边上，并保证其高度一致，以获取Z向不同位置处的物料分布密度；振动筛分过程中，物料接触筛面后会在筛面发生堆积，此时物料分布密度较大，然后物料在筛面的振动作用下产生法向和轴向运动，物料在抛动过程中会逐渐分散，分布密度随之降低，在稳定的振动条件下，筛面作往复运动，因此物料与筛面发生碰撞后的运动具有规律性；在稳定筛分过程中，从喂料端开始，物料在与振动筛面的碰撞作用下作周期运动，高度h₁处的传感器受到物料遮挡输出电压逐渐降至最小值，随着物料向上抛动，物料逐步离开监测区域，传感器电压开始恢复至初始值V₀，因为物料在筛面上抛动的周期性，传感器的输出电压波形呈周期变化；随着物料运动到达高度h₂的传感器处，此时传感器受到物料遮挡输出的电压信号逐渐衰减至最小值,然后慢慢恢复至初始值V₀，传感器输出电压波形与高度h₁处的传感器类似，但由于物料向上抛动过程中逐渐分散，物料分布密度降低，且部分物料未能达到h₂高度，故h₂处传感器的电压最低值与h₁处传感器的电压最低值相比变大，物料在向上运动过程中速度逐渐降低，因此h₂处传感器比h₁处传感器的电压变化速度稍缓，其电压变化周期相应稍长；当物料运动达到高度h₃处的传感器时其输出电压信号开始变化，其电压信号变化过程与h₁和h₂处的传感器类似，相较于高度h₂，高度h₃处的物料分布密度又有降低，故h₃处传感器与h₂处传感器的电压最低值相比稍大，且其电压变化速度变慢，其电压变化周期增大。

步骤S3中，沿筛面轴向在不同位置处共布置5组相同的传感器阵列，记为S_x，X为轴向不同位置，X＝1，2，3，4，5；5组传感器阵列中共有15个传感器，记其中任意一个传感器为S_xz，Z为法向不同位置，Z＝1，2，3；物料由喂料端向筛尾的运动过程伴随着物料的透筛，因此沿X向的物料运动是一个质量减少的运动过程；振动筛分过程中，物料沿X向运动，沿X向布置的各传感器阵列受到物料遮挡发生响应，由于筛面作往复运动，虽然运动过程伴随着物料的透筛，但物料在每一传感器阵列处的运动规律性不变，因此各传感器阵列中的对应高度传感器输出电压波形相似；由于物料运动过程中物料的透筛，沿X方向物料分布密度逐渐降低，故沿X方向对应高度传感器的输出电压最小值逐渐增大，电压变化周期依次略有增长。

步骤S4中，筛面物料运动与分布状态分析包括对不同位置的物料质量变化分析、物料运动速度的变化分析和物料离散程度变化情况分析。

物料质量变化分析过程为：根据物料标定试验结果υ＝F(V)，由试验所得筛面上不同位置处传感器的电压最小值V_XZ，可得对应位置处的物料分布密度υ_XZ，进而得到各位置的物料质量m_XZ(X＝1，2，3，4，5，Z＝1，2，3)，计算不同轴向位置的物料平均质量

分析沿轴向的物料质量变化情况，建立质量变化方程m＝F₁(X)。

物料运动速度的变化分析过程为：在t₁时刻，高度h₁的传感器S₁₁开始响应，t₃时刻，高度h₃的传感器S₁₃发生响应，据此可计算物料在X₁处的平均运动速度

同样的方法可计算轴向不同位置的物料运动平均速度

分析物料轴向运动速度的变化，建立物料运动速度变化方程v＝F₂(X)。

物料的离散程度变化分析过程为：监测信号的变化周期T越长，通过该处所用的时间就越久，则在该处的分布就越分散，即物料的离散程度μ越大；计算不同高度处的平均周期为

(X∈N，Z＝1，2，3)，用不同位置的周期T_xz与平均周期

的比值来表征离散程度μ，即

由此可获取物料沿轴向的离散程度变化情况，最终建立离散程度变化方程μ＝F₃(X)。

本发明取得的效果：本发明通过在筛面上布置多组红外光电式传感器阵列，监测出物料在不同位置处的分布密度。通过物料分布密度可得到物料质量，由信号响应的时间差计算得到物料运动速度，由信号变化周期得到物料离散程度。分析物料质量、运动速度和离散程度沿轴向变化情况，分别建立三者的变化方程，从而较全面地获取物料筛面运动状态，为筛面运动参数的调节和控制以及筛分效率的提高提供了依据。

附图说明

图1是传感器监测原理图。

图2是传感器输出电压V与物料分布密度υ关系图。

图3是传感器阵列S₁法向布置图。

图4是S₁输出信号图。

图5是传感器阵列轴向布置图。

图6是轴向传感器输出信号比较图。

图7是物料轴向质量变化图。

图8是物料轴向运动速度变化图。

图9是物料轴向离散程度变化图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行更详细的说明。

基于红外光电式传感器测量原理的物料分布密度测量如下：

红外光电式传感器由红外线发生器①和红外线接收器②以及I/V信号处理电路组成，其中I/V信号处理电路作用是将红外线接收器输出的电流信号线性转化为电压输出信号。光在介质中传播时，透过介质的光强度将产生衰减，透过的介质不同，其衰减程度也有所不同。如图1，当红外线发生器①与红外线接收器②之间有物料遮挡时，根据遮挡物料分布密度的不同，其产生的衰减程度也有所不同，传感器的输出信号V也会发生变化。

定义测量区域物料的质量与测量区域体积的比值为物料分布密度υ。当测量区域无物料遮挡物料分布密度υ为0时，传感器输出为初始电压V₀，随着物料分布密度υ的增大，传感器输出电压不断降低。通过红外光电式传感器物料标定试验，确定传感器输出电压V与分布密度υ之间的关系υ＝F(V)，如图2所示。

物料法向运动状态及测量过程分析如下：

如图3，沿筛面法向Z在高度h₁、h₂和h₃处分别布置红外线发生器①与红外线接收器②组成3个红外光电式传感器，以这3个传感器作为一个传感器阵列。每个传感器的红外线发生器①和红外线接收器②分别安装在筛面左右两侧边上，并保证其高度一致，以获取Z向不同位置处的物料分布密度。

振动筛分过程中，物料接触筛面后会在筛面发生堆积，此时物料分布密度较大。然后物料在筛面的振动作用下产生法向和轴向运动。物料在抛动过程中会逐渐分散，分布密度随之降低。在稳定的振动条件下，筛面作往复运动，因此物料与筛面发生碰撞后的运动具有规律性。

如图4所示，t₁、t₂和t₃分别为传感器S₁₁、S₁₂和S₁₃信号开始响应的时间。V₁₁、V₁₂和V₁₃分别为传感器S₁₁、S₁₂和S₁₃最低电压值。T₁₁、T₁₂和T₁₃分别为传感器S₁₁、S₁₂和S₁₃电压变化周期。

在稳定筛分过程中，从喂料端开始，物料在与振动筛③的碰撞作用下作周期运动。t₁时刻，高度h₁处的传感器S₁₁受到物料遮挡输出电压逐渐降至最小值V₁₁，随着物料向上抛动,物料逐步离开监测区域，传感器S₁₁电压开始恢复至初始值V₀。因为物料在筛面上抛动的周期性，S₁₁的输出电压波形以T₁₁为周期变化。

t₂时刻，随着物料运动到达高度h₂的传感器S₁₂处，此时传感器S₁₂受到物料遮挡输出的电压信号逐渐衰减至最小值V₁₂,然后慢慢恢复至初始值V₀。传感器S₁₂输出电压波形与S₁₁类似，但由于物料向上抛动过程中逐渐分散，物料分布密度降低，且部分物料未能达到h₂高度，故V₁₂与V₁₁相比略大。物料在向上运动过程中速度逐渐降低，因此S₁₂电压变化速度比S₁₁稍缓，其电压变化周期T₁₂相应比T₁₁稍长。

在t₃时刻，当物料运动达到高度h₃处的传感器S₁₃时其输出电压信号开始变化。其电压信号变化过程与S₁₁和S₁₂类似，S₁₃输出电压的最小值为V₁₃。相较于高度h₂，高度h₃处的物料分布密度又有降低，故V₁₃比V₁₂稍大。S₁₃电压变化速度比S₁₂稍慢，其电压变化周期T₁₃比T₁₂略长。

物料轴向运动状态及测量过程分析如下：

如图5，在振动筛③上沿筛面轴向在不同位置处安装若干支座④。在支座④上布置5个相同的传感器阵列，记为S_x，X为轴向不同位置，X＝1，2，3，4，5。5个传感器阵列中共有15个传感器，记其中任意一个传感器为S_xz，Z为法向不同位置，Z＝1，2，3。

物料由喂料端向筛尾的运动过程伴随着物料的透筛，因此沿X向的物料运动是一个质量减少的运动过程。

振动筛分过程中，物料沿X向运动，沿X向布置的传感器阵列S₂、S₃、S₄、S₅受到物料遮挡发生响应。由于筛面作往复运动，虽然运动过程伴随着物料的透筛，但物料在每一传感器阵列处的运动规律性不变，因此S₂、S₃、S₄和S₅的各传感器输出电压波形与S₁对应高度传感器相似。由于物料运动过程中物料的透筛，沿X方向物料分布密度逐渐降低，S₂、S₃、S₄和S₅对应高度传感器的输出电压最小值依次增大，电压变化周期依次略有增长。

以高度h₂的传感器S₁₂、S₃₂和S₅₂为例，它们分别在时刻t4、t5和t6开始响应，对应输出电压最小值V₁₂、V₃₂、V₅₂依次增大，对应电压变化周期T₁₂、T₃₂、T₅₂依次增大，如图6所示。高度h₁和h₃的传感器信号变化规律与此相似。

筛面物料运动与分布状态分析如下：

质量变化：根据物料标定试验结果υ＝F(V)，由试验所得筛面上不同位置处传感器的电压最小值V_XZ，可得对应位置处的物料分布密度υ_XZ，进而得到各位置的物料质量m_XZ(X＝1，2，3，4，5，Z＝1，2，3)。计算不同轴向位置的物料平均质量

分析沿轴向的物料质量变化情况，建立质量变化方程m＝F₁(X)。

速度变化：在t₁时刻，高度h₁的传感器S₁₁开始响应，t₃时刻，高度h₃的传感器S₁₃发生响应，据此可计算物料在X₁处的平均运动速度

同样的方法可计算轴向不同位置的物料运动平均速度

分析物料轴向运动速度的变化，建立物料运动速度变化方程v＝F₂(X)。

离散程度变化：监测信号的变化周期T越长，通过该处所用的时间就越久，则在该处的分布就越分散，即物料的离散程度μ越大。计算不同高度处的平均周期为

(X∈N，Z＝1，2，3)，用不同位置的周期T_xz与平均周期

的比值来表征离散程度μ，即

由此可获取物料沿轴向的离散程度变化情况，最终建立离散程度变化方程μ＝F₃(X)。

Claims (8)

1.一种筛面物料运动状态的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过红外光电式传感器物料标定试验，确定传感器输出电压V与分布密度υ之间的关系υ＝F(V)；

S2：对物料法向运动状态及测量过程进行分析；

S3：对物料轴向运动状态及测量过程进行分析；

S4：对筛面物料的运动与分布状态进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种筛面物料运动状态的监测方法，其特征在于，

步骤S1中，红外光电式传感器由红外线发生器和红外线接收器以及I/V信号处理电路组成，其中I/V信号处理电路作用是将红外线接收器输出的电流信号线性转化为电压输出信号；光在介质中传播时，透过介质的光强度将产生衰减，透过的介质不同，其衰减程度也有所不同，当红外线发生器与红外线接收器之间有物料遮挡时，根据遮挡物料分布密度的不同，其产生的衰减程度也有所不同，传感器的输出信号V也会发生变化；

定义测量区域物料的质量与测量区域体积的比值为物料分布密度υ，当测量区域无物料遮挡物料分布密度υ为0时，传感器输出为初始电压V₀，随着物料分布密度υ的增大，传感器输出电压不断降低，通过红外光电式传感器物料标定试验，确定传感器输出电压V与分布密度υ之间的关系υ＝F(V)。

3.根据权利要求1所述的一种筛面物料运动状态的监测方法，其特征在于，

步骤S2中，沿筛面法向Z在高度h₁、h₂和h₃处分别布置红外线发生器与红外线接收器组成3对红外光电式传感器，以这3对传感器作为一个传感器阵列；每个传感器的红外线发生器和红外线接收器分别安装在筛面左右两侧边上，并保证其高度一致，以获取Z向不同位置处的物料分布密度；

振动筛分过程中，物料接触筛面后会在筛面发生堆积，此时物料分布密度较大，然后物料在筛面的振动作用下产生法向和轴向运动，物料在抛动过程中会逐渐分散，分布密度随之降低，在稳定的振动条件下，筛面作往复运动，因此物料与筛面发生碰撞后的运动具有规律性；

在稳定筛分过程中，从喂料端开始，物料在与振动筛面的碰撞作用下作周期运动，高度h₁处的传感器受到物料遮挡输出电压逐渐降至最小值，随着物料向上抛动，物料逐步离开监测区域，传感器电压开始恢复至初始值V₀，因为物料在筛面上抛动的周期性，传感器的输出电压波形呈周期变化；

随着物料运动到达高度h₂的传感器处，此时传感器受到物料遮挡输出的电压信号逐渐衰减至最小值,然后慢慢恢复至初始值V₀，传感器输出电压波形与高度h₁处的传感器类似，但由于物料向上抛动过程中逐渐分散，物料分布密度降低，且部分物料未能达到h₂高度，故h₂处传感器的电压最低值与h₁处传感器的电压最低值相比变大，物料在向上运动过程中速度逐渐降低，因此h₂处传感器比h₁处传感器的电压变化速度稍缓，其电压变化周期相应稍长；

当物料运动达到高度h₃处的传感器时其输出电压信号开始变化，其电压信号变化过程与h₁和h₂处的传感器类似，相较于高度h₂，高度h₃处的物料分布密度又有降低，故h₃处传感器与h₂处传感器的电压最低值相比稍大，且其电压变化速度变慢，其电压变化周期增大。

4.根据权利要求1所述的一种筛面物料运动状态的监测方法，其特征在于，

步骤S3中，沿筛面轴向在不同位置处共布置5组相同的传感器阵列，记为S_x，X为轴向不同位置，X＝1，2，3，4，5；5组传感器阵列中共有15个传感器，记其中任意一个传感器为S_xz，Z为法向不同位置，Z＝1，2，3；

物料由喂料端向筛尾的运动过程伴随着物料的透筛，因此沿X向的物料运动是一个质量减少的运动过程；

振动筛分过程中，物料沿X向运动，沿X向布置的各传感器阵列受到物料遮挡发生响应，由于筛面作往复运动，虽然运动过程伴随着物料的透筛，但物料在每一传感器阵列处的运动规律性不变，因此各传感器阵列中的对应高度传感器输出电压波形相似；由于物料运动过程中物料的透筛，沿X方向物料分布密度逐渐降低，故沿X方向对应高度传感器的输出电压最小值逐渐增大，电压变化周期依次略有增长。

5.根据权利要求1所述的一种筛面物料运动状态的监测方法，其特征在于，

步骤S4中，筛面物料运动与分布状态分析包括对不同位置的物料质量变化分析、物料运动速度的变化分析和物料离散程度变化情况分析。

6.根据权利要求5所述的一种筛面物料运动状态的监测方法，其特征在于，

物料质量变化分析过程为：根据物料标定试验结果υ＝F(V)，由试验所得筛面上不同位置处传感器的电压最小值V_XZ，可得对应位置处的物料分布密度υ_XZ，进而得到各位置的物料质量m_XZ(X＝1，2，3，4，5，Z＝1，2，3)，计算不同轴向位置的物料平均质量

分析沿轴向的物料质量变化情况，建立质量变化方程m＝F₁(X)。

7.根据权利要求5所述的一种筛面物料运动状态的监测方法，其特征在于，

物料运动速度的变化分析过程为：在t₁时刻，高度h₁的传感器S₁₁开始响应，t₃时刻，高度h₃的传感器S₁₃发生响应，据此可计算物料在X₁处的平均运动速度

同样的方法可计算轴向不同位置的物料运动平均速度

分析物料轴向运动速度的变化，建立物料运动速度变化方程v＝F₂(X)。

8.根据权利要求5所述的一种筛面物料运动状态的监测方法，其特征在于，物料的离散程度变化分析过程为：监测信号的变化周期T越长，通过该处所用的时间就越久，则在该处的分布就越分散，即物料的离散程度μ越大；计算不同高度处的平均周期为

用不同位置的周期T_xz与平均周期

的比值来表征离散程度μ，即

由此可获取物料沿轴向的离散程度变化情况，最终建立离散程度变化方程μ＝F₃(X)。

Images