基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置及方法

本发明涉及矿山浓密测量，尤其涉及一种基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置及方法。

背景技术：

1、矿山尾砂浓密是提高尾砂浆浓度，实现固液分离的重要技术。如何精准表征浓密行为是提高浓密机浓密能力的重要基础，现有研究多关注沉降速度与固体浓度之间的关系，但对压缩沉降区间表现出的压缩屈服应力认知不够，需要更有效的测量方法或表征手段加以分析。有学者使用x-ray，γ-ray等技术分析料浆沉降过程中的浓度分布，设备昂贵，不利于大规模测试。尽管学术界已经建立了多种模型以阐明压缩屈服应力和固体浓度之间的关系，但相关模型仍不成熟，预测精度不够理想。使用经济性好的测量技术实现浓度分布特征的快速测量对于压缩屈服应力的研究意义重大。

2、基于超声波在不同密度流体中传播速度不同的原理，设计一台能够非侵入式快速分析固体浓度在竖直方向分布特征的实验装置，能够很好地兼顾经济、精度和效率的问题。将超声波换能器安装在高度可控的丝杠滑块上，可以实现不同位置处料浆浓度特征的快速获取。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置及方法。该装置操作简单、高效，能够灵活调节超声波换能器的提升速度，快速获取不同高度处的料浆固体浓度数据。超声波换能器直接贴在沉降柱外侧，做到非侵入式获取超声波在不同浓度料浆中的传播速度，确保了实验数据的可靠性。通过计算机平台控制超声波换能器和纵向滑块，减少了实验人员的工作强度。

2、为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置，包括沉降柱、超声波换能器、夹具、支架、纵向滑块、纵向丝杠、电机、水平滑块、水平丝杠、手轮、垫层、底座、控制箱和计算机终端，

4、所述沉降柱置于垫层上，所述垫层置于底座上；

5、所述底座为t型，底座上未放置垫层的一边上安装水平丝杠，水平丝杠上安装水平滑块，所述水平滑块上部竖直安装纵向丝杠，纵向丝杠上安装纵向滑块；

6、所述纵向滑块靠近沉降柱一侧安装支架，所述支架上安装夹具，所述夹具夹持超声波换能器，所述超声波换能器正对沉降柱；

7、所述水平丝杠远离垫层一端安装手轮；

8、所述纵向丝杠远离水平滑块一端安装电机；

9、所述电机通过电机线连接控制箱，所述超声波换能器通过换能器线连接控制箱，所述控制箱通过数据传输线连接计算机终端。

10、所述沉降柱内部为圆柱形，沉降柱外部表面有两平行的截面，所述超声波换能器正对截面。

11、所述纵向滑块在电机控制下沿着纵向丝杠在竖直方向上下运动；

12、所述水平滑块在手轮控制下沿着水平丝杠在水平方向运动。

13、所述底座水平放置；所述垫层能够增加高度以调节沉降柱高度。

14、所述超声波换能器与沉降柱外壁面上的截面紧密贴合，接触面涂抹耦合剂。

15、所述纵向丝杠行程长度大于沉降柱高度。

16、该装置的应用方法，包括步骤如下：

17、s1、从垫层上取下沉降柱，向沉降柱内加入尾砂料浆，进行间歇沉降实验；

18、s2、将沉降完成后的沉降柱安装在垫层顶部，沉降柱外壁上的一个截面正对超声波换能器；

19、s3、在沉降柱靠近水平丝杠一侧的截面上均匀涂抹耦合剂；

20、s4、控制电机转动，使纵向滑块移动至沉降柱泥层最低处；

21、s5、调节手轮，使纵向丝杠移动至超声波换能器紧密接触沉降柱外壁上涂抹耦合剂的截面；

22、s6、打开超声波换能器，接收超声波传播速度数据；

23、s7、通过控制箱控制电机旋转，电机带动纵向滑块向上运动，每隔2mm暂停10s，此时超声波换能器测量该高度处的超声波传播速度，重复上述动作，直至测量完整个泥层高度；

24、s8、更换尾砂料浆，获取不同料浆浓度ρ下的超声波的传播速度v，得到v-ρ关系曲线；

25、s9、基于步骤s8得到的v-ρ关系曲线，确定实验过程中不同超声波传播速度对应的料浆浓度值；

26、s10、根据步骤s7-s9结果，以泥层高度为横坐标，以料浆浓度为纵坐标，绘制料浆固体浓度分布曲线图；

27、s11、测量完成，卸下沉降柱，清洗内壁，以备下次测量。

28、所述步骤s7中每个高度处取三次测量结果求平均值，作为该高度处的超声波传播速度。

29、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

30、上述方案，基于超声波技术非侵入式获知尾砂料浆在不同位置处的固体浓度，实现间歇沉降等沉降料浆在高度方向上浓度分布特征的快速获取，机械化、自动化控制减少了人工操作误差。测量的超声波波速和对应的高度数据保存在计算机终端文件中，便于后续分析研究，极大减轻了实验人员的工作强度。

技术特征：

1.一种基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置，其特征在于，包括沉降柱、超声波换能器、夹具、支架、纵向滑块、纵向丝杠、电机、水平滑块、水平丝杠、手轮、垫层、底座、控制箱和计算机终端，

2.根据权利要求1所述的基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置，其特征在于，所述沉降柱内部为圆柱形，沉降柱外部表面有两平行的截面，所述超声波换能器正对截面。

3.根据权利要求1所述的基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置，其特征在于，所述纵向滑块在电机控制下沿着纵向丝杠在竖直方向上下运动；

4.根据权利要求1所述的基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置，其特征在于，所述底座水平放置；所述垫层能够增加高度以调节沉降柱高度。

5.根据权利要求2所述的基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置，其特征在于，所述超声波换能器与沉降柱外壁面上的截面紧密贴合，接触面涂抹耦合剂。

6.根据权利要求1所述的基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置，其特征在于，所述纵向丝杠行程长度大于沉降柱高度。

7.根据权利要求1所述的基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置的应用方法，其特征在于，包括步骤如下：

8.根据权利要求7所述的基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置的应用方法，其特征在于，所述步骤s7中每个高度处取三次测量结果求平均值，作为该高度处的超声波传播速度。

技术总结
本发明提供一种基于超声波测定沉降柱固体浓度分布特征的装置及方法，属于矿山浓密测量技术领域。该装置包括沉降柱、超声波换能器、夹具、支架、纵向滑块、纵向丝杠、电机、水平滑块、水平丝杠、手轮、垫层、底座、控制箱、计算机终端，沉降柱置于底座的垫层上，与沉降柱轴线垂直方向设置水平丝杠，水平丝杠上设置水平滑块，水平滑块上垂直设置纵向丝杠，纵向丝杠上设置纵向滑块，纵向滑块连接支架和夹具，夹持超声波换能器。尾砂料浆在圆柱形沉降柱中沉降到达稳态后，超声波换能器发出超声波，根据超声波在液体中的传播速度获得料浆在测量点处的密度。本发明适用于沉降性颗粒料浆的压缩沉降特性评价，为分析料浆的压缩屈服应力奠定基础。

技术研发人员：张连富,杨科,何祥,侯永强,于祥,夏文韬,朱凌珊
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31