1.本发明涉及一种跳汰机床层分散度在线检测装置及方法，尤其能自动识别跳汰机床层厚度和分散度变化情况，属于选矿自动化领域。
背景技术：
2.跳汰机是一种重选设备，通过跳汰机选矿是重要的选矿方法，跳汰机通过活塞脉动使跳汰机槽内鼓动水流产生脉动曲线呈锯齿波形，使上升水流快于下降水流，上升时间短，下降时间长，增强了床层的分散度，缓解了吸入作用，选矿物料经过电磁震动给料机均匀给入锯齿波跳汰机选矿槽内，经过垂直交变水流的作用，按照比重大小重新分层，使矿物中的重矿粒得到充分沉降，提高设备的选别能力和回收率。从而获得比重较大的重矿物(精矿)和比重较小的轻矿物(尾矿)，但是由于用肉眼无法观察床层的变化情况，床层的分散度直接影响床层中颗粒间空隙的大小，及重矿物颗粒穿越床层过程中所受到的各种力的作用变化，进而影响精矿和尾矿的各项指标。
3.跳汰机工作时，床层是再水流的脉动作用下，呈离散状态。目前由于传统跳汰机的分散度识别限制，导致无法很好地即使有效的调节床层分散度，造成矿物的分选稳定性差，降低了企业的生成效益。为了更好地实现选矿工艺的精进，同时为了适应日益精进的智能技术，从床层的分散度状态检测出发，按密度分选的过程，它是矿物加工工艺中重力分选中的一个重要的方法，物料经过多次的脉动后，发生了许多变化，床层从不稳定到相对稳定，最终实现动态平衡的过程，是一个复杂的动态过程。在实际生产中，准确掌握床层分散状况对分选指标具有重要的指导意义。
技术实现要素：
4.为克服现有跳汰机物位检测仪表无法适用于跳汰机床层分散度检测的不足，解决选矿生产依靠人工看管跳汰机床层分散情况，存在不易观察、经济成本高、劳动强度大、操作不及时的问题，本发明提出一种跳汰机床层分散度在线检测装置及方法，能在线实时检测跳汰机床层厚度和分散情况，可以代替工人看管，从而给跳汰选矿生产提供操作或控制的依据。
5.本发明的技术方案如下：一种跳汰机床层分散度在线检测装置，其特征在于，包括床层压实层厚度行程测量单元、压力控制单元、床层分散层厚度行程测量单元、限位控制单元、总体控制单元和框架；所述床层压实层厚度行程测量单元用于测量锥形重锤的行程，所述压力控制单元用于测量床层压实层厚度行程测量单元和床层分散层厚度行程测量单元的重量，所述床层分散层厚度行程测量单元用于测量电木板的行程，所述限位控制单元用于限制锥形重锤和电木板的行程，所述总控制单元用于数据采集、部件控制和计算，所述框架用于部件固定和为整个检测装置提供总支撑。
6.所述床层压实层厚度行程测量单元包括变压器、稳压电源、电机驱动器、步进电
机、联轴器、螺杆、螺母片、连接片、套筒、连杆、锥形重锤、内支架；内支架内部设有变压器、稳压电源、电机驱动器和步进电机，变压器与稳定电源电连接，稳定电源与电机驱动器电连接，电机驱动器与步进电机电连接；由变压器与稳定电源传输安全电压使得驱动器驱动步进电机转动，步进电机的输出端穿出内支架并通过联轴器与螺杆连接，螺杆通过螺母片、连接片与套筒连接，连杆的一端伸入套筒内，连杆的另一端安装锥形重锤。
7.所述压力控制单元包括称重传感器，称重传感器的一端固定在内支架的外顶部，称重传感器的另一端固定在外支架上，外支架即为机箱。
8.所述床层分散层厚度行程测量单元包括密封盒、传感器信号处理电路、电路板、水银传感器、橡胶、绝缘电线、电木板；步进电机固定在内机架上，通过联轴器使得步进电机的输出端与电动螺杆连接，由限位杆连接螺母片，之后通过密封盒对传感器处理电路进行封装处理，由电路板连接传感器处理电路和水银传感器使其绝缘，通过橡胶包裹水银传感器使其做防水处理，让水银传感器连接电木板使其接触床层介质从而得出分散层厚度。
9.所述限位控制单元包括上限位开关、下限位开关、限位杆；所述上限位开关、下限位开关均安装在内支架内部，且上限位开关安装在内机架内顶部，下限位开关安装在内机架内底部，限位杆的下端安装密封盒，限位杆中部固定在与螺杆连接的连接片上，限位杆的另一端悬空在上限位开关和下限位开关之间，用于触动上限位开关或下限位开关，从而对锥形重锤进行限位。
10.所述总体控制单元包括主控电板、触摸屏、稳压电源模块、变压器模块、电机驱动器和机箱；所述单元包括主控电板、稳压电源模块、变压器模块、电机驱动器均安装在机箱内，触摸屏安装在机箱表面；电机驱动器和触摸屏分别与主控电板连接，稳压电源模块分别连接与变压器模块和电机驱动器，之后电机驱动器连接步进电机，上限位开关、下限位开关分别与主控电板电连接，称重传感器与主控电板电连接。
11.本发明还提供了跳汰机床层分散度在线检测装置进行检测的方法，跳汰机床层厚度与分散度检测方法采用周期性检测方式，主控电板通过电机驱动器控制步进电机运动，并根据电动螺杆的转动圈数计算锥形重锤和电木板的行程，同时由称重传感器检测行程测量单元的重量变化，当电木板板撞击床层介质时候使得水银传感器发生水平变化，通过传感器处理电路处理水银传感器传输的信号从而把电信号传输给主控电板，由此计算分散层厚度；当锥形重锤下降接触到床层且重力数据变化量超过阈值时，即认为到达床层的上表面位置，由此计算床层厚度。所述方法具体如下：w11、电源模块分为变压器和稳压电源，由变压器使得高电压转变为理想电压，再通过稳压电源使其稳定输出给各个模块供电；w12、主控电板通过电机驱动器去控制步进电机运动；w13、由于步进电机和电动螺杆口径不同，需要联轴器进行连接；w14、在螺杆和限位杆的作用下，电木板和锥形重锤往下移动，由于在绝缘电线和橡胶的作用下，水银传感器和电木板会有偏移空间；w15、电木板触碰到石头介质时，会使得水银传感器发生偏移，由传感器信号处理电路处理水银传感器信号并且传输到主控电板；w16、电木板触碰到矿浆时会产生一个力f1使得水银传感器发生水平偏移，其角度为a1，之后电木板触碰到床层介质会产生另一个力f2使得水银传感器再次发生水平偏移，
其角度为a2,当水银传感器偏移范围在a1到a2，从而认定到达分散层临界点，从而计算出分散层厚度；w17、主控电板通过电机驱动器控制步进电机再次运动，当锥形重锤下降接触到床层，且重力数据变化量超过阈值时，即认为到达床层的上表面位置；w18、测量完成后主控电板通过电机驱动器控制步进电机反向运动，使锥形重锤回到上限位置，等待下一周期的检测；w19、限位杆的一端固定在与螺杆连接的连接片上，另一端悬空在上限位开关和下限位开关之间，以限位杆刚好触碰上限位开关时的锥形重锤的位置为基点；w20、在锥形重锤刚好触碰跳汰机筛网时，限位杆刚好触碰下限位开关，如果限位杆的量程超过下限位开关，则电信号会传输给主控电板，从而自动断开电路以保护整个机器；w21、在w11~w18之前，在跳汰机内部选取一个基点平面，由主控电板控制步进电机带动螺杆下降到筛网时，由筛网给予向上的力，之后传输给称重传感器，从而计算出最大行程h；w22、触摸屏上输入跳汰槽的长度x和宽度y，并且传入到主控电板；之后重复w12~w18步骤；w23、通过螺杆的增量转动圈数n和螺距p计算锥形重锤和电木板的行程， h=n1
×
p，分散层厚度w=h-h=h-n1
×
p，l=(n1 n2)
ꢀ×
p，床层厚度l=h-l=h-(n1 n2)
×
p，分散层体积v=x
×y×
w，床层厚度体积v=x
×y×
l，则分散度v=v分/v床；w24、最后，在触摸屏上显示出分散度和床层厚度，当锥形重锤处于基点位置时，增量转动圈数n=0；w25、测量完成后主控电板通过电机驱动器控制步进电机反向运动，使锥形重锤回到上限位置，等待下一周期的检测；本发明的有益效果是：（1）本发明可实现跳汰机床层厚度与分散度的在线实时检测，从而实现跳汰分选的精准控制，将不可见因素数据化而可视化。
12.（2）本发明能提供跳汰机床层厚度的检测数据以及分散度的检测数据，对于稳定产品质量和提高有用矿物的回收率具有积极的作用。
13.（3）本发明为提高跳汰机选矿生产的自动化和信息化技术水平提供所需要的数据，大大节省劳动力和减轻工人劳动强度，为企业带来显著的经济效益和社会效益。
附图说明
14.图1是本发明的控制原理图；图2是本发明的装置结构图；图中各标号：1―触摸屏，2―主控电板，3―称重传感器，4―上限位开关，5―变压器，6―稳压电源，7―电机驱动器，8―步进电机，9―限位杆，10―联轴器，11―螺杆，12―螺母片，13―连接片，14―套筒，15―连杆，16―锥形重锤，17―传感器信号处理电路，18―密封盒，19―电路板，20―水银传感器，21―电木板，22―绝缘电线，23―橡胶，24―内支架，25―机箱，26―下限位开关。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，本实施例仅用于对本发明作出具体说明，本发明保护范围不局限于所述内容。
16.实施例1：本实施例应用于锡矿回收的跳汰机床层分散度在线检测。矿浆浓度约25%，入选铜品位约1%，跳汰机规格为750x550，接取精矿，要求精矿cu品位为50%，精矿直接作为产品。
17.本实施例的硬件选型为：主控电板2采用stm32触摸屏一体机，型号为：mini stm32f103rct6；变压器5的规格为：输入电源220v，输出24v；称重传感器3采用悬臂式称重传感器，并且采用hx711ad转换模块，测量范围0-5kg；稳压电源6的规格为：输入电源24v，输出12v，输出直流信号使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。电机驱动器7的规格为tb6600,电源24vdc；步进电机8的型号为42bygh，扭矩0.28nm，电流为1.5a，长34mm，电源24vdc；上限位开关4采用行程开关，型号为lxjm1-8108；下限位开关7采用行程开关，型号为lxjm1-8108；联轴器规格：外径14mm，长22mm,内孔5mm*6mm；触摸屏1采用4.0寸spi触摸显示屏，分辨率为480*320；小密封盒18采用亚克力板，其规格为：40mm*40mm*25mm；传感器信号处理电路17规格为：32mm*11mm*20mm；电路板19采用pcb电路板，其规格为45mm*45mm；水银传感器20采用水银倾斜开关传感器模块；橡胶23采用硅胶，用于缠绕保护水银传感器；电木板21的规格为：45mm*45mm；螺杆11直径为6mm，螺距为1mm；螺母片12直径为20mm，厚度5mm；限位杆9长度为300mm，连接片13直径为20mm，厚度5mm；套筒14外径为25mm，下面为直径为8mm的螺丝口；连杆15直径为8mm，上端为螺丝；锥形重锤16下面直径为25mm，高为30mm；内机架24的规格为：长*高=460mm*460mm；机箱规格为：500mm*500mm*300mm。
18.本实施例的一种跳汰机床层分散度在线检测装置，包括床层压实层厚度行程测量单元、压力控制单元、床层分散层厚度行程测量单元、限位控制单元、总体控制单元和框架；所述床层压实层厚度行程测量单元用于测量锥形重锤的行程，所述压力控制单元用于测量行程测量单元的重量，所述床层分散层厚度行程测量单元用于测量电木板的行程，所述限位控制单元用于限制锥形重锤和电木板的行程，所述总控制单元用于数据采集、部件控制和计算，所述框架用于部件固定和为整个检测装置提供总支撑。
19.所述床层压实层厚度行程测量单元包括变压器5、稳压电源6、电机驱动器7、步进电机8、螺杆11、联轴器10、螺母片12、连接片13、套筒14、连杆15、锥形重锤16、内支架24；内支架24内部设有变压器5、稳压电源6、电机驱动器7和步进电机8，变压器5与稳定电源6电连接，稳定电源6与电机驱动器7电连接，电机驱动器7与步进电机8电连接，由变压器5与稳定电源6传输安全电压使得驱动器7驱动步进电机8转动，步进电机8的输出端穿出内支架24并通过联轴器10与螺杆11连接，螺杆11通过螺母片12、连接片13与套筒14连接，连杆15的一端伸入套筒14内，连杆15的另一端安装锥形重锤16。
20.所述压力控制单元包括称重传感器3，称重传感器3的一端固定在内支架24的外顶部，称重传感器3的另一端固定在外支架上，外支架即为机箱25。
21.所述床层分散层厚度行程测量单元包括密封盒18、传感器信号处理电路17、电路板19、水银传感器20、电木板21；密封盒18连接在限位杆9底部，传感器信号处理电路17安装在密封盒18内，底部由电路板19分割开传感器信号处理电路17与水银传感器20，并用电线22连接电路板19和水银传感器20，使水银传感器20有左右摆动空间，并且水银传感器20表
面裹一层橡胶23连接电木板21；通过密封盒18对传感器处理电路17进行封装处理，由电路板19连接传感器处理电路17和水银传感器20使其绝缘，通过橡胶23包裹水银传感器20使其做防水处理，让水银传感器20连接电木板21使其接触床层介质从而得出分散层厚度。
22.所述限位控制单元包括上限位开关4、下限位开关26、限位杆9；所述上限位开关4、下限位开关26均安装在内支架24内部，且上限位开关4安装在内机架24内顶部，下限位开关26安装在内支架24内底部，限位杆9的下端安装密封盒18，限位杆9中部固定在与螺杆11连接的连接片13上，限位杆9的另一端悬空在上限位开关4和下限位开关26之间，用于触动上限位开关4或下限位开关26，从而对锥形重锤16进行限位。
23.所述总体控制单元包括主控电板2、触摸屏1、稳压电源模块6、变压器模块5、电机驱动器7和机箱25；所述单元包括主控电板2、稳压电源模块6、变压器模块5、电机驱动器7均安装在机箱25内，触摸屏1安装在机箱25表面；电机驱动器7和触摸屏1分别与主控电板2连接，稳压电源模块6分别连接与变压器模块5和电机驱动器7，之后电机驱动器7连接步进电机8，上限位开关4、下限位开关26分别与主控电板2电连接，称重传感器3与主控电板2电连接。
24.本发明还提供了跳汰机床层分散度在线检测装置进行检测的方法，跳汰机床层厚度与分散度检测方法采用周期性检测方式，主控电板2通过电机驱动器7控制步进电机8运动，并根据电动螺杆11的转动圈数计算锥形重锤14和电木板21的行程，同时由称重传感器3检测行程测量单元的重量变化，当电木板21撞击床层介质时候使得水银传感器20发生水平变化，通过传感器处理电路17处理水银传感器20传输的信号从而把电信号传输给主控电板2，由此计算分散层厚度；当锥形重锤14下降接触到床层且重力数据变化量超过阈值时，即认为到达床层的上表面位置，由此计算床层厚度。所述方法具体如下：w11、电源模块分为变压器5和稳压电源6，由变压器5使得高电压转变为理想电压，再通过稳压电源6使其稳定输出给各个模块供电；w12、主控电板2通过电机驱动器7去控制步进电机8运动；w13、由于步进电机7和电动螺杆11口径不同，需要联轴器10进行连接；w14、在螺杆11和限位杆9的作用下，电木板21和锥形重锤16往下移动，由于在绝缘电线22和橡胶23的作用下，水银传感器20和电木板21会有偏移空间；w15、电木板21触碰到石头介质时，会使得水银传感器20发生偏移，由传感器信号处理电路17处理水银传感器20信号并且传输到主控电板2；w16、电木板21触碰到矿浆时会产生一个力f1使得水银传感器21发生水平偏移，其角度为a1，之后电木板21触碰到床层介质会产生另一个力f2使得水银传感器21再次发生水平偏移，其角度为a2,当水银传感器偏移范围在a1到a2，从而认定到达分散层临界点，从而计算出分散层厚度；w17、主控电板2通过电机驱动器7控制步进电机8再次运动，当锥形重锤16下降接触到床层，且重力数据变化量超过阈值时，即认为到达床层的上表面位置；w18、测量完成后主控电板2通过电机驱动器7控制步进电机8反向运动，使锥形重锤16回到上限位置，等待下一周期的检测；w19、限位杆9的一端固定在与螺杆11连接的连接片13上，另一端悬空在上限位开关4和下限位开关26之间，以限位杆9刚好触碰上限位开关4时的锥形重锤16的位置为基点；
w20、在锥形重锤16刚好触碰跳汰机筛网时，限位杆9刚好触碰下限位开关26，如果限位杆9的量程超过下限位开关26，则电信号会传输给主控电板2，从而自动断开电路以保护整个机器；w21、在w11~w18之前，在跳汰机内部选取一个基点平面，由主控电板2控制步进电机8带动螺杆11下降到筛网时，由筛网给予向上的力，之后传输给称重传感器3，从而计算出最大行程h；w22、触摸屏1上输入跳汰槽的长度x和宽度y，并且传入到主控电板；之后重复w12~w18步骤；w23、通过螺杆11的增量转动圈数n和螺距p计算锥形重锤16和电木板21的行程， h=n1
×
p，分散层厚度w=h-h=h-n1
×
p，l=(n1 n2)
ꢀ×
p，床层厚度l=h-l=h-(n1 n2)
×
p，分散层体积v=x
×y×
w，床层厚度体积v=x
×y×
l，则分散度v=v分/v床；w24、最后，在触摸屏1上显示出分散度和床层厚度，当锥形重锤16处于基点位置时，增量转动圈数n=0；w25、测量完成后主控电板2通过电机驱动器7控制步进电机8反向运动，使锥形重锤16回到上限位置，等待下一周期的检测；实施例2：本发明应用于锡矿锡矿物回收的跳汰机床层分散度在线检测。矿浆浓度约25%，入选矿石锡品位约1.8%，跳汰机型号lta70/2，接取精矿，要求精矿sno2品位为60%，精矿直接作为产品。
25.本实施例的硬件选型为：主控电板2采用stm32触摸屏一体机，型号为：mini stm32f103rct6；变压器5的规格为：输入电源220v，输出24v；称重传感器3采用悬臂式称重传感器，并且采用hx711ad转换模块，测量范围0-5kg；稳压电源6的规格为：输入电源24v，输出12v，输出直流信号使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。电机驱动器7的规格为tb6600,电源24vdc；步进电机8的型号为42bygh，扭矩0.28nm，电流为1.5a，长34mm，电源24vdc；上限位开关4采用行程开关，型号为lxjm1-8108；下限位开关7采用行程开关，型号为lxjm1-8108；联轴器规格：外径14mm，长22mm,内孔5mm*6mm；触摸屏1采用4.0寸spi触摸显示屏，分辨率为480*320；小密封盒18采用亚克力板，其规格为：40mm*40mm*25mm；传感器信号处理电路17规格为：32mm*11mm*20mm；电路板19采用pcb电路板，其规格为45mm*45mm；水银传感器20采用水银倾斜开关传感器模块；橡胶23采用硅胶，用于缠绕保护水银传感器；电木板21的规格为：45mm*45mm；螺杆11直径为6mm，螺距为1mm；螺母片12直径为20mm，厚度5mm；限位杆9长度为300mm，连接片13直径为20mm，厚度5mm；套筒14外径为25mm，下面为直径为8mm的螺丝口；连杆15直径为8mm，上端为螺丝；锥形重锤16下面直径为25mm，高为30mm；内机架24的规格为：长*高=460mm*460mm；机箱规格为：500mm*500mm*300mm。
26.本实施例提供的一种跳汰机床层分散度在线检测装置结构同实施例1相同。
27.本实施例的跳汰机床层分散度在线检测方法，由床层压实层厚度行程测量单元、压力控制单元、床层分散层厚度行程测量单元、限位控制单元、总体控制单元和框架。
28.本实施例中，p=1mm，测量单元和限位单元的重量为12kg，阈值取0.6kg，在某次测量中，实验开始前，选择一个起始点h，当锥形重锤到达筛网层时，n=60，h=n*p=60*1=60mm，实验开始之后，跳汰机槽长和宽分别为x=500mm，y=400mm，当电木板第一次触碰到床层介质时，n=18，松散厚度w=h-h=60-18*1=42mm，之后当重力测量值变化量超过阈值时，n=24，床层
厚度l=h-l=60-24*1=36(mm), 分散层体积v=x
×y×
w=500*400*42=8400000，床层厚度体积v=x
×y×
l=500*400*36=7200000，因此分散度v=v分/v床=8400000/7200000=1.1667。
29.实施例3：本发明应用于煤矿物回收的跳汰机床层分散度在线检测。矿浆浓度约25%，入选矿石煤最大粒度40mm，跳汰机型号为jc1616-2，接取精矿，要求精矿硫分为2%，灰分为23.5%，精矿直接作为产品。
30.本实施例的硬件选型为：主控电板2采用stm32触摸屏一体机，型号为：mini stm32f103rct6；变压器5的规格为：输入电源220v，输出24v；称重传感器3采用悬臂式称重传感器，并且采用hx711ad转换模块，测量范围0-5kg；稳压电源6的规格为：输入电源24v，输出12v，输出直流信号使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。电机驱动器7的规格为tb6600,电源24vdc；步进电机8的型号为42bygh，扭矩0.28nm，电流为1.5a，长34mm，电源24vdc；上限位开关4采用行程开关，型号为lxjm1-8108；下限位开关7采用行程开关，型号为lxjm1-8108；联轴器规格：外径14mm，长22mm,内孔5mm*6mm；触摸屏1采用4.0寸spi触摸显示屏，分辨率为480*320；小密封盒18采用亚克力板，其规格为：40mm*40mm*25mm；传感器信号处理电路17规格为：32mm*11mm*20mm；电路板19采用pcb电路板，其规格为45mm*45mm；水银传感器20采用水银倾斜开关传感器模块；橡胶23采用硅胶，用于缠绕保护水银传感器；电木板21的规格为：45mm*45mm；螺杆11直径为6mm，螺距为1mm；螺母片12直径为20mm，厚度5mm；限位杆9长度为300mm，连接片13直径为20mm，厚度5mm；套筒14外径为25mm，下面为直径为8mm的螺丝口；连杆15直径为8mm，上端为螺丝；锥形重锤16下面直径为25mm，高为30mm；内机架24的规格为：长*高=460mm*460mm；机箱规格为：500mm*500mm*300mm。
31.本实施例提供的一种跳汰机床层分散度在线检测装置结构同实施例1相同。
32.本实施例的跳汰机床层分散度在线检测方法，床层压实层厚度行程测量单元、压力控制单元、床层分散层厚度行程测量单元、限位控制单元、总体控制单元和框架组成，各技术模块的技术方案与实施例1相同。
33.本实施例中，p=1mm，测量单元和限位单元的重量为12kg，阈值取0.6kg，在某次测量中，实验开始前，选择一个起始点h，当锥形重锤到达筛网层时，n=75，h=n*p=75*1=75mm，实验开始之后，跳汰机槽长和宽分别为x=300mm，y=260mm，当电木板第一次触碰到床层介质时，n=24，松散厚度w=h-h=75-24*1=51mm，之后当重力测量值变化量超过阈值时，n=33，床层厚度l=h-l=75-33*1=42(mm), 分散层体积v=x
×y×
w=300*260*51=3978000，床层厚度体积v=x
×y×
l=300*260*42=3276000，因此分散度v=v分/v床=3978000/3276000=1.214。
34.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。