基于光电效应的浮选尾煤灰分在线检测装置的制作方法

1.本发明属于浮选尾煤灰分检测的技术领域，具体涉及基于光电效应的浮选尾煤灰分在线检测装置。


背景技术：

2.浮选是分选细粒煤泥广泛应用的方法，浮选尾煤灰分是判断浮选过程效果的一项重要指标，操作工人通过观察浮选尾矿灰分的颜色判断精煤在浮选尾煤中的损失情况和浮选尾煤灰分，进而对浮选过程做出调整。浮选自动化控制过程中，浮选尾煤灰分作为一种重要的控制目标和反馈信息，是浮选过程闭环智能控制的重要决策依据，目前尚未有一种能适时，准确检测浮选尾煤灰分的在线检测方法和仪器设备，成为制约浮选过程智能控制技术发展的瓶颈。
3.发明专利cn201710706422.4提供了一种矿浆灰分在线检测装置及检测方法，该专利公开的方法是通过对浮选尾矿分流采样、过滤，然后对滤饼采用x射线检测组件检测样品灰分，是一种离线采样检测方法，流程复杂，需要一定的样品采集、处理和检测时间周期，不能即时反映浮选尾煤的灰分信息，有一定的滞后性，且采用的x射线检测组件装置结构复杂，制造成本高昂，如果屏蔽不当还会有辐射安全隐患。发明专利cn201811038931.5提供了一种基于图像的浮选尾煤灰分、浓度、粗颗粒含量检测方法，该专利公开的方法也是一种离线采样检测方法，需要经过分流采样，样品容器清洗、进样，然后用相机采集图像，通过图像灰度分析和数学模型得到浮选尾煤灰分；这种方法存在采样代表性不足，浮选尾煤灰度辨识精确度不高和计算过程复杂等缺陷。上述两种专利公开的方法与装置都是离线采样检测的方法，具有一定的时间周期滞后性，装置系统复杂，存在精度不高和射线辐射等安全隐患问题。因此亟待开发一种能适时，准确在线检测浮选尾煤灰分的方法与装置，满足浮选智能控制过程对浮选尾煤灰分即时，准确，在线检测的需求。


技术实现要素：

4.本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于光电效应的浮选尾煤灰分在线检测装置，能够在浮选尾矿矿浆流中对矿浆灰分进行科学、适时、准确地在线检测。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于光电效应的浮选尾煤灰分在线检测装置，包括测试探头壳体和信号处理箱，所述测试探头壳体内中央位置固定设置有光电传感器和光源，所述光源设置在光电传感器上方，所述测试探头壳体内部底端固定设置有耐磨石英玻璃膜片，所述测试探头壳体顶部设置有接线端子，所述信号处理箱内设置有控制电路板，所述信号处理箱的箱体上设置有显示屏，所述光电传感器依次通过接线端子、控制电路板与显示屏电连接。
6.进一步地，还包括支撑件和过流构件，所述测试探头壳体通过支撑件固定在浮选尾矿的过流构件上。
7.进一步地，所述过流构件包括容器和管道。
8.进一步地，所述控制电路板包括光电转换电路、滤波电路、i
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v转换电路、a/d转换电路、单片机u1、显示电路和供电电路，所述接线端子与光电转换电路的输入端相连，光电转换电路的输出端依次通过滤波电路、i
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v转换电路、a/d转换电路与单片机u1的输入端相连，单片机u1的输出端通过显示电路与显示屏相连，所述供电电路为单片机及外围电路进行供电。
9.优选地，所述光电转换电路包括光电传感器m1和放大器p1，所述放大器p1的反向输入端串接光电传感器m1后接地，放大器p1的反向输入端串接电阻r2后与放大器p1的输出端连接，电容c2并接在电阻r2两端，放大器p1的同向输入端串接电阻r1后接地，电容c1并接在电阻r1两端，放大器p1的输出端串接电容c3后与滤波电路的输入端相连。
10.优选地，所述滤波电路包括放大器p2和放大器p3，所述放大器p2的同相输入端依次串接电阻r5、电阻r3后与光电转换电路的输出端相连，电阻r5与电阻r3之间的连线串接电容c5后接地，电容c4和电容c5组成的串联电路并联在电阻r3和电阻r4组成的串联电路的两端，电容c4和电容c5之间的连线与串接电阻r5与放大器p2的同相输入端相连，电容c4和电容c5之间的连线串联电阻r4后与放大器p2的输出端相连，放大器p2的反相输入端串接电阻r6后接地，放大器p2的反相输入端与电阻r6之间的连线串接电阻r7后与放大器p2的输出端相连，放大器p2的输出端串联电阻r8后接地，放大器p2的输出端与电阻r8之间的连线与放大器p3的同相输入端相连，放大器p3的反相输入端串接电阻r9后与放大器p3的输出端、接线端子a相连，电容c6并接在电阻r9两端。
11.优选地，所述i
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v转换电路包括放大器a1，所述放大器a1的型号为ad549jh；所述滤波电路的输出端与接线端子b相连，接线端子b分别与电容c7的一端、电阻r10的一端、放大器a1的反相输入端相连，电容c7的另一端分别与电阻r11的一端、电阻r12的一端、放大器a1的输出端相连，电阻r11的另一端与电阻r10的另一端相连，电阻r12的另一端分别与电容c10的一端、a/d转换电路的输入端相连，电容c10的另一端串接电容c9后与放大器a1的电源负端相连，电容c10与电容c9之间的连线与放大器a1的同相输入端相连，放大器a1的电源正端与5v电源端相连，放大器a1的电源正端与5v电源端之间的连线串接电容c8后接地。
12.优选地，所述a/d转换电路包括a/d转换芯片u2，所述a/d转换芯片u2的型号为adc0804，所述单片机u1的型号为at89c51；所述a/d转换芯片u2的wr端与单片机u1的p3.4端相连，a/d转换芯片u2的rd端与单片机u1的p3.3端相连，a/d转换芯片u2的cs端与单片机u1的p3.2端相连，a/d转换芯片u2的clkin端串接电容c11分别与a/d转换芯片u2的in
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端、a/d转换芯片u2的agnd端、a/d转换芯片u2的dgnd端相连后接地，a/d转换芯片u2的dgnd端与接地端之间的连线依次串接电阻r15、电阻r14后与5v电源端相连，电阻r15、电阻r14之间的连线与a/d转换芯片u2的ref端相连，a/d转换芯片u2的in+端与i
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v转换电路的输出端相连，a/d转换芯片u2的db7端与单片机u1的p1.7端相连，a/d转换芯片u2的db6端与单片机u1的p1.6端相连，a/d转换芯片u2的db5端与单片机u1的p1.5端相连，a/d转换芯片u2的db4端与单片机u1的p1.4端相连，a/d转换芯片u2的db3端与单片机u1的p1.3端相连，a/d转换芯片u2的db2端与单片机u1的p1.2端相连，a/d转换芯片u2的db1端与单片机u1的p1.1端相连，a/d转换芯片u2的db0端与单片机u1的p1.0端相连，a/d转换芯片u2的intr端与单片机u1的p3.5端相连。
13.优选地，所述供电电路包括变压器u3、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、稳压器ic1、稳压器ic2和稳压器ic3，所述稳压器ic1的型号均为lm7812，稳压器ic2的型号均为lm7809，稳压器ic3的型号均为lm7805；220v电源依次经变压器u1降压、由二极管d2～d5构成的桥式电路整流、电容c15滤波后与稳压器ic1的vin端相连，稳压器ic1的gnd端接地，稳压器ic1的vout端分别与+12v电源端、电解电容c16的一端、电容c17的一端、稳压器ic2的vin端、电解电容c19的一端、电容c20的一端、稳压器ic3的vin端相连，电解电容c16的另一端分别与电容c17的另一端、稳压器ic2的gnd端、电容c18的一端、电解电容c18的另一端、电容c20的另一端、稳压器ic3的gnd端、电容c21的一端相连后接地，电容c18的另一端分别与稳压器ic2的vout端、+9v电源端相连，电容c21的另一端分别与稳压器ic3的vout端、+5v电源端相连。
14.优选地，所述测试探头壳体为玻璃纤维增强聚酰酯材料制成的中空管。
15.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
16.本发明基于光电效应的浮选尾煤灰分在线检测装置，包括测试探头壳体和信号处理箱，所述测试探头壳体内中央位置固定设置有光电传感器和光源，测试探头壳体内部底端固定设置有耐磨石英玻璃膜片，光电传感器通过接线端子与信号处理箱电连接；使用时，测试探头壳体1浸没在浮选尾矿矿浆中，装置通电后，光源发出的光透过耐磨石英玻璃膜片与流动的浮选尾矿接触面上，一部分可见光辐射被浮选尾矿浆吸收，另一部分被浮选尾矿浆反射，被光电传感器接收，反射光比率取决于浮选尾矿浆的灰度，浮选尾矿灰度越深，反射光比率越小，浮选尾矿浆灰度越浅，反射光比率越高；被光电传感器接收的反射光通过信号处理箱2将光电传感器转换为电流信号的强弱或大小，并将获得的数字信号与浮选尾矿矿浆灰分进行处理，通过显示屏显示灰分数值；本发明在浮选尾矿矿浆流中对矿浆灰分进行科学、适时、准确地在线检测，有效解决了常规灰分检测方法实时性差，劳动强度大，工序繁琐，误差大，对化验人员的专业技能和责任心要求高等缺陷，也克服了已有专利公开的方法中分流取样检测代表性差，时间周期滞后性，装置系统复杂，存在精度不高和射线辐射等安全隐患问题，适时准确地对浮选尾矿灰分实施在线检测，为浮选生产调整和智能控制系统提供及时准确地数字信息，对于提高我国煤泥浮选生产技术水平，推动浮选智能化技术发展提供了重要的技术支撑。
附图说明
17.下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；
18.图1为本发明基于光电效应的浮选尾煤灰分在线检测装置的结构示意图；
19.图2为本发明控制电路板的结构示意图；
20.图3为本发明光电转换电路、滤波电路的电路原理图；
21.图4为本发明i
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v转换电路、a/d转换电路、单片机u1和显示电路的电路原理图；
22.图5为本发明供电电路的电路原理图；
23.图中：1为测试探头壳体，11为光电传感器，12为光源，13为耐磨石英玻璃膜片，14为接线端子，2为信号处理箱，21为光电转换电路，22为滤波电路，23为i
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v转换电路，24为a/d转换电路，25为显示电路，26为供电电路，3为支撑件，4为过流构件。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.如图1所示，基于光电效应的浮选尾煤灰分在线检测装置，包括测试探头壳体1和信号处理箱2，所述测试探头壳体1内中央位置固定设置有光电传感器11和光源12，所述光源12设置在光电传感器11上方，所述测试探头壳体1内部底端固定设置有耐磨石英玻璃膜片13，所述测试探头壳体1顶部设置有接线端子14，所述信号处理箱2内设置有控制电路板，所述信号处理箱2的箱体上设置有显示屏，所述光电传感器11依次通过接线端子14、控制电路板与显示屏电连接；所述光电传感器11可以是光电二极管，光电倍增管，光电三极管，光敏电阻，光电池等光电传感器；
26.所述基于光电效应的浮选尾煤灰分在线检测装置，还包括支撑件3和过流构件4，所述测试探头壳体1通过支撑件3固定在浮选尾矿的过流构件4上，所述过流构件4包括容器和管道；所述测试探头壳体1为玻璃纤维增强聚酰酯材料制成的中空管。
27.工作时，测试探头壳体1浸没在浮选尾矿矿浆中，浸没深度为矿浆液面下10cm—50cm范围内，也可根据实际工况浸没在管道中或其它形状的过流构件中浸没在浮选尾煤矿浆中，装置通电后，光源12发出的光透过耐磨石英玻璃膜片13与流动的浮选尾矿接触面上，一部分可见光辐射被浮选尾矿浆吸收，另一部分被浮选尾矿浆反射，被光电传感器11接收，反射光比率取决于浮选尾矿浆的灰度，浮选尾矿灰度越深，反射光比率越小，浮选尾矿浆灰度越浅，反射光比率越高；被光电传感器接收的反射光通过信号处理箱2将光电传感器转换为电流信号的强弱或大小，并将获得的数字信号与浮选尾矿矿浆灰分进行处理，通过显示屏显示灰分数值。
28.本发明基于光电效应的浮选尾煤灰分在线检测装置，在浮选尾矿矿浆流中对矿浆灰分进行科学、适时、准确地在线检测，有效解决了常规灰分检测方法实时性差，劳动强度大，工序繁琐，误差大，对化验人员的专业技能和责任心要求高等缺陷，也克服了已有专利公开的方法中分流取样检测代表性差，时间周期滞后性，装置系统复杂，存在精度不高和射线辐射等安全隐患问题，适时准确地对浮选尾矿灰分实施在线检测，为浮选生产调整和智能控制系统提供及时准确地数字信息，对于提高我国煤泥浮选生产技术水平，推动浮选智能化技术发展提供了重要的技术支撑。
29.如图2所示，所述控制电路板包括光电转换电路21、滤波电路22、i
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v转换电路23、a/d转换电路24、单片机u1、显示电路25和供电电路26，所述接线端子14与光电转换电路21的输入端相连，光电转换电路21的输出端依次通过滤波电路22、i
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v转换电路23、a/d转换电路24与单片机u1的输入端相连，单片机u1的输出端通过显示电路25与显示屏相连，所述供电电路26为单片机及外围电路进行供电。
30.具体地，装置通电后，光源12发出的光透过耐磨石英玻璃膜片13与流动的浮选尾矿接触面上，部分可见光辐射被浮选尾矿浆反射，被光电传感器11接收，被光电传感器接收的反射光通过接线端子14传输至光电转换电路21，将光电传感器接收的光信号转换为电信号，经滤波电路22滤除高频的杂波和低频的波动，使信号更加平稳，将信号输出至i
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v转换
电路23，i
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v转换电路23对滤波电路22的输出电压进行阻容滤波，从而使下一级电路能得到纯净的输入信号，a/d转换电路24将模拟信号转换为数字信号后发送至单片机u1进行处理，通过在显示屏显示光电传感器接收到的灰分数值。
31.如图3所示，所述光电转换电路21包括光电传感器m1和放大器p1，所述滤波电路22包括放大器p2和放大器p3；所述放大器p1的反向输入端串接光电传感器m1后接地，放大器p1的反向输入端串接电阻r2后与放大器p1的输出端连接，电容c2并接在电阻r2两端，放大器p1的同向输入端串接电阻r1后接地，电容c1并接在电阻r1两端，放大器p1的输出端串接电容c3后与滤波电路22的输入端相连；具体地，为了尽量减小噪声对光电转换电路21输出的影响，本实施例中将电容c2与电阻r2并联，减小了噪声带宽，同时在输出端串联电容c3，可以去除电路中噪声，提高电路中电流信号的稳定性。
32.所述放大器p2的同相输入端依次串接电阻r5、电阻r3后与光电转换电路的输出端相连，电阻r5与电阻r3之间的连线串接电容c5后接地，电容c4和电容c5组成的串联电路并联在电阻r3和电阻r4组成的串联电路的两端，电容c4和电容c5之间的连线与串接电阻r5与放大器p2的同相输入端相连，电容c4和电容c5之间的连线串联电阻r4后与放大器p2的输出端相连，放大器p2的反相输入端串接电阻r6后接地，放大器p2的反相输入端与电阻r6之间的连线串接电阻r7后与放大器p2的输出端相连，放大器p2的输出端串联电阻r8后接地，放大器p2的输出端与电阻r8之间的连线与放大器p3的同相输入端相连，放大器p3的反相输入端串接电阻r9后与放大器p3的输出端、接线端子a相连，电容c6并接在电阻r9两端，滤波电路22能够滤除高频的杂波和低频的波动，使信号更加平稳。
33.如图4所示，所述i
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v转换电路23包括放大器a1，所述放大器a1的型号为ad549jh；所述滤波电路22的输出端与接线端子b相连，接线端子b分别与电容c7的一端、电阻r10的一端、放大器a1的反相输入端相连，电容c7的另一端分别与电阻r11的一端、电阻r12的一端、放大器a1的输出端相连，电阻r11的另一端与电阻r10的另一端相连，电阻r12的另一端分别与电容c10的一端、a/d转换电路24的输入端相连，电容c10的另一端串接电容c9后与放大器a1的电源负端相连，电容c10与电容c9之间的连线与放大器a1的同相输入端相连，放大器a1的电源正端与5v电源端相连，放大器a1的电源正端与5v电源端之间的连线串接电容c8后接地；具体地，电容c7起滤波作用，电阻r10、电阻r11作为输出放大的比例电阻，电容c8、电容c9起电源滤波作用，电阻r12和电容c10对电路的输出电压进行阻容滤波，从而使下一级电路能得到纯净的输入信号。
34.所述a/d转换电路24包括a/d转换芯片u2，所述a/d转换芯片u2的型号为adc0804，所述单片机u1的型号为at89c51；所述a/d转换芯片u2的wr端与单片机u1的p3.4端相连，a/d转换芯片u2的rd端与单片机u1的p3.3端相连，a/d转换芯片u2的cs端与单片机u1的p3.2端相连，a/d转换芯片u2的clkin端串接电容c11分别与a/d转换芯片u2的in
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端、a/d转换芯片u2的agnd端、a/d转换芯片u2的dgnd端相连后接地，a/d转换芯片u2的dgnd端与接地端之间的连线依次串接电阻r15、电阻r14后与5v电源端相连，电阻r15、电阻r14之间的连线与a/d转换芯片u2的ref端相连，a/d转换芯片u2的in+端与i
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v转换电路的输出端相连，a/d转换芯片u2的db7端与单片机u1的p1.7端相连，a/d转换芯片u2的db6端与单片机u1的p1.6端相连，a/d转换芯片u2的db5端与单片机u1的p1.5端相连，a/d转换芯片u2的db4端与单片机u1的p1.4端相连，a/d转换芯片u2的db3端与单片机u1的p1.3端相连，a/d转换芯片u2的db2端与
单片机u1的p1.2端相连，a/d转换芯片u2的db1端与单片机u1的p1.1端相连，a/d转换芯片u2的db0端与单片机u1的p1.0端相连；本实施例中a/d转换芯片u2是一款8位、单通道、低价格a/d转换器，主要特点是：模数转换时间大约100us；方便ttl或cmos标准接口，可以满足差分电压输入，具有参考电压输入端，内含时钟发生器，价格低廉，应用范围广。
35.如图5所示，所述供电电路26包括变压器u3、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、稳压器ic1、稳压器ic2和稳压器ic3，所述稳压器ic1的型号均为lm317，稳压器ic2的型号均为lm7809，稳压器ic3的型号均为lm7805；220v电源依次经变压器u1降压、由二极管d2～d5构成的桥式电路整流、电容c15滤波后与稳压器ic1的vin端相连，稳压器ic1的gnd端接地，稳压器ic1的vout端分别与+12v电源端、电解电容c16的一端、电容c17的一端、稳压器ic2的vin端、电解电容c19的一端、电容c20的一端、稳压器ic3的vin端相连，电解电容c16的另一端分别与电容c17的另一端、稳压器ic2的gnd端、电容c18的一端、电解电容c18的另一端、电容c20的另一端、稳压器ic3的gnd端、电容c21的一端相连后接地，电容c18的另一端分别与稳压器ic2的vout端、+9v电源端相连，电容c21的另一端分别与稳压器ic3的vout端、+5v电源端相连；具体地，供电电路26能够产生5v、9v和24v三种不同电源，5v电源提供给单片机u1工作，9v和12v电源用于一些外围电路，稳压器选用lm78xx系列芯片和型号为wh250保险丝f1的保险，稳压器能够稳定输出所需要的电压，而保险丝f1可以在过载的情况下保护电路并在可以自动恢复，电源完全可以达到单片机u1及外围电路工作的需要，为系统的稳定运行提供了前提。
36.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。