一种球磨机内介质运动状态的分析系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磨球机领域，特别是关于一种球磨机内介质运动状态的分析系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 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，磨球和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。随着筒体的持续转动，处于介质之间的物料不断受到介 质的冲击和研磨作用，最终被粉碎。与其它磨矿设备相比，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。磨球机内的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。所以研宄球磨机内介质的运动状态和运动规律是研 宄球磨机生产率、优化球磨参数和提高粉末效率等问题的基础。
[0003] 现有技术中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，但是该方 法只能用于监测球磨机端盖两侧的运动情况；并且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 的可实现球磨机介质运动测量的检测球公开了一种基于陀螺仪、加速度计、磁阻传感器的 监测球进行运动轨迹实时监测的办法，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，陀螺仪和加速度计，特别是该专利中所述 ADXL345及L3G4200D误差较大，采用积分法得到速度和位置信息误差更大，所以目前进行 球磨机内部介质运动状态分析的方法误差大，无法有效地反映出球磨机的研磨效率。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量准确，能够监测到球磨机内介质运 动状态并且有效地反映出球磨机研磨效率的分析系统及方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种球磨机内介质运动状态的分析 系统，其特征在于：它包括若干磨球传感器和一上位机；每一所述磨球传感器将采集到的 球磨机内的介质运动状态数据发送给所述上位机，所述上位机对磨球运动状态数据进行分 析处理；其中，介质运动状态数据包括时间戳、3轴加速度和3轴角速度；所述磨球传感器 包括一 6轴惯性传感器、一 Flash存储器、一第一板对板连接器、一嵌入式CPU和一电池，其 中，所述6轴惯性传感器、Flash存储器、第一板对板连接器和嵌入式CPU均固定设置在一 电路板上；所述6轴惯性传感器将采集的球磨机内部介质运动状态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介质运动状态数据发送到所述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，并依次通过所述第 一板对板连接器和一扩展接口电路板将采集的数据发送给所述上位机；所述电池用于为所 述6轴惯性传感器、Flash存储器和嵌入式CPU进行供电；所述上位机包括一球磨机信息管 理模块、一磨球传感器管理模块和一实验数据管理模块；所述球磨机信息管理模块用于球 磨机基础参数的记录；所述磨球传感器管理模块用于对所述磨球传感器进行参数设置、读 取并存储所述磨球传感器数据；所述实验数据管理模块用于根据所述球磨机信息管理模块 和所述磨球传感器管理模块的内容构建实验记录，实验记录包括每次实验所采用的球磨机 参数、每次实验所述磨球传感器的参数以及每次实验时所述磨球传感器所采集到的数据， 并对实验记录中所记载的数据进行分析、统计和展示，得到不同参数对磨球运动状态的影 响以及球磨机参数对磨矿效率的影响结果。
[0006]所述扩展接口电路板包括JTAG调试接口、USB通信接口和用于与所述磨球传感器 连接的第二板对板连接器，所述JTAG调试接口与所述上位机连接用于下载程序和调试程 序，所述USB通信接口与所述上位机连接用于传输采集到的数据；使用时，所述磨球传感器 的所述第一板对板连接器与所述扩展接口电路板的所述第二板对板连接器进行插合。
[0007]使用时，将所述磨球传感器的所述电路板采用防震材料包装好，再封装在密封袋 内，最后将密封好的的所述电路板放入一球形承载体中。
[0008] 所述6轴惯性传感器采用InvenSense公司MPU-6500芯片。
[0009]一种球磨机内介质运动状态的分析方法，包括以下步骤：1)实验准备：磨球传感 器管理模块检查磨球传感器的电池电量，并初始化磨球传感器；确保每只磨球传感器工作 正常后将磨球传感器分别装入已标记的球形承载体中；2)参数设定：设定实验时球磨机的 实验参数，并将设定的实验参数输入至球磨机信息管理模块中进行记录；3)磨矿：将含有 磨球传感器的球形承载体和普通磨球一起投入球磨机中，按照实验参数设定球磨机工况， 安装好需要测试的提升条，启动球磨机，开始磨矿，磨矿过程中，已标记的球形承载体与普 通磨球一起转动，磨球传感器的6轴惯性传感器采集磨球的运动状态数据，并将数据发送 到嵌入式CPU，嵌入式CPU将接收到的球磨机内部介质运动状态数据发送到Flash存储器 中；4)数据采集：球磨机工作若干时长后停止磨矿，找出所有含有磨球传感器的球形承载 体，并取出磨球传感器，嵌入式CPU读取Flash存储器中的内容，并通过第一板对板连接 器和扩展接口电路板与上位机进行通信；5)数据分析：设定不同组的实验参数，重复步骤 1)~4)进行多组实验获得实验记录，实验数据管理模块对每组实验实验记录的数据进行 统计、分析和展示，得到不同参数对磨球运动状态的影响以及得到球磨机参数对磨矿效率 的影响结果。
[0010] 所述步骤5)中室验数据管理模块对每组实验实验记录的数据进行统计、分析和 展示，得到不同参数对磨球运动状态的影响以及得到球磨机参数对磨矿效率的影响结果， 具体步骤为：5. 1)实验数据管理模块获取磨球传感器采集的磨球运动状态数据后，利用3 轴加速度和3轴角速度计算表示磨球姿态的四元数；5. 2)坐标变换：将磨球传感器的加速 度数据通过相对坐标系和绝对坐标系的变化得到磨球在绝对坐标系中的加速度；5. 3)运 动状态识别策略：对磨球传感器校准后的线性加速度、角速度进行统计分析，将磨球在球 磨机内的运动状态分为泻落运动、抛落运动和周转运动；5. 4)计算磨球效率特征量，磨球 效率特征量包括磨球运动平均能量、磨球平均角速度、抛落高度和撞击强度，具体计算方式 为：
[0011] I、磨球运动平均能量Ea，
[0012]
[0013]其中，axi、ayi、azi分别表示磨球在绝对坐标系中i点的X、Y、Z三轴加速度值，L是 该段数据的长度/个数；
[0014] II、磨球平均角速度Eu，
[0015]
【主权项】
1. 一种球磨机内介质运动状态的分析系统，其特征在于：它包括若干磨球传感器和一 上位机；每一所述磨球传感器将采集到的球磨机内的介质运动状态数据发送给所述上位 机，所述上位机对磨球运动状态数据进行分析处理；其中，介质运动状态数据包括时间戳、3 轴加速度和3轴角速度； 所述磨球传感器包括一 6轴惯性传感器、一 Flash存储器、一第一板对板连接器、一嵌 入式CPU和一电池，其中，所述6轴惯性传感器、Flash存储器、第一板对板连接器和嵌入式 CP