基于超声波衰减理论的矿浆浓度计的设计
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － － ０ ４ － ２ ５
第 ４期
Biblioteka Baidu
韩 晓敏 ， 等： 基于超 声波衰 减理 论 的矿 浆 浓度计 的设计
４ １
系统部分 主程序 如下所 示 ：
＃ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ”Ｃ８ ０ ５１ Ｆ 、 Ｄ ２１ ． Ｈ”
ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｖ ｏ ｉ ｄ Ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ Ｉ ｎ ｉ ｔ （ｖ ｏ ｉ ｄ） ｛
关键词 ： 超 声波衰 减 ； Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ０ ２ １ ； 矿浆 浓度计
摘
要： 设 计 了基 于超声 波衰减理 论 ， 以微 控 制 器 Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ０ ２ １为 核 心的矿 浆 浓度 计 的设 计 ， 并
包含超 声 波发 射 电路 、 接收 电路 、 功率放 大 电路 、 检 波整形 电路 、 Ｌ Ｃ Ｄ显示 电路 、 ４ ８ ５通信 电路 。
另外 通过软件 滤波 对数据进 行适 当处理 ， 屏蔽掉噪 声和干扰 杂波信 号 、 丰富的信 息量 实时的显 示、 并把 测 量的数 据通过 串口传输 到 Ｐ Ｃ 中进 行分析 与比较 。 中图分 类号 ： Ｔ Ｈ ７ ０ ３ ． ７ 文献标 志码 ： Ａ
０ 引 言
在 工业 生产 和科 学实验 过程 中 ， 浆体 是 一 种 常见 的 流体类 型 ， 其 种类 也 很 多 ， 如乳 浆 、 泥浆 、 涂 料浆 、 矿 浆、 纸浆 和煤浆 等 。浆体是 一种 固、 液两相 混合 流体 。固 、 液各相 的流体动 力学特 性特性 特别 复杂 ， 以浆 体为 代表 的固 、 液 两相 流体及其 它 的多相混合 流体都 被称 为“ 难 测流体 ” 。而浓度 是 描述 浆体 性质 的一个很 重要
Ｅ ０ ／ Ｅ ＝Ａ ｅ ｘ ｐ （ 一 ０ Ｌ ）
Ｅ ／ Ｅ ＝ Ａｅ ｘ ｐ ｛一 （ ｎ＋ ） ）
根据 上述两 个公式 ， 悬浊 粒子 引起 的衰减 率可 由 ＝ （ Ｉ ｎ Ｅ ｏ—ｌ ｎ Ｅ ） ／ Ｌ求得 。 超声 波矿浆 浓度仪 系统 方框 图如下 图 １ 所示。
Ｏｃ ｔ ． ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ｌ Ｏ月
文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５ － ２ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ０ ３ ８ － ０ ５
基 于超 声 波 衰减 理 论 的矿 浆浓度 计 的设 计
韩晓敏 ， 王建民 ， 王聪聪 ， 苏立虎
（ １ ． 河北联合大学 电气工程学 院， 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ９ ； ２ ． 唐山轨道客车有限责任公司 ， 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ０ ）
的物理参数。它是指一定量的浆体 中固相成分 占整个浆体 的百分数， 浆体浓度又分为质量浓度和体积浓度。 传 统 的矿 浆浓度 分析 方法常 采用 间隙采样 、 称量 、 电解 、 化学滴 定 等离线 测 量 的方 法 。 由于连 续过 程监 控和对 矿浆浓 度分析 的要求 日益 提高 ， 显 然这种方 法难 以适应 生产 过 程 自动化 的要 求 。 随着超 声 波技 术 的 广泛应用 ， 越来越多的领域开始使用超声波传感器作为主控元件来进行工业参数的检测与测量。利用超声 波来测 量分散 物质 的体积浓 度 的方 式 ， 测 量对象任 意 ， 不影 响色 、 Ｐ Ｈ、 电导率 ， 适用 于 浮化 粒子 等不 均匀 物质 的悬浮粒子的测量。而且对于浓度而言， 输出信号呈直线标度 ， 能够在很宽 的浓度范 围内进行测量 与控 制 ¨。
第３ ５卷
第 ４期
河北 联合大 学学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｂ ｅ ｉ Ｕｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ｖ ｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． ４
１ 测 量 原理
超 声波具 有方 向性好 和较强 的穿透 能力 。超 声波在悬 浮液 中传 播 时 ， 与 悬 浮粒 子相 遇 的超 声 波在 界 面 被散射 衰减 ， 其 余部 分入射 到粒子 内被 吸收衰减 ， 接触界 面 的超声 波 又受到 粘滞 衰 减 ， 最 后到 达接 收端 。当 超声波 到达 接收端 时 ， 通过 测量 和分析声 衰减参数 ， 就可 以确定浆 体浓度 。
Ｗ ＤＴＣＮ ＝ ０ｘ ＤＥ ； Ｗ ＤＴＣＮ ＝ Ｏｘ ＡＤ ；
Ｇ Ｐ ｌ Ｏ Ｉ ｎ ｉ ｔ （） ；
ＯＳ Ｃ Ｉ Ｃ Ｎ ＝ ０ ｘ ０ ７； ／ ／ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎａ ｒ ｌ １ ６ ＭＨｚ
｝
ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｖ ｏ ｉ ｄ Ｇ Ｐ Ｉ Ｏ Ｉ ｎ ｉ ｔ （ｖ ｏ ｉ ｄ）
｛
ＸＢＲ０ ＝ ０ｘ ２ ７； ＸＢＲ１
．
＝
０ ｘ１ ４；
ＸＢＲ２ ＝ ０ｘ ４ ４；
｝
／ ／ 外扩 Ｒ Ａ Ｍ， ８ ０ ０ ０ Ｈ一 ０ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｈ
ｕ ｎ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ｘ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ［ ５ ０ ０ ０ ］ ；
ｉ ｎ ｔ ｍ ａ ｉ ｎ （ｖ ｏ ｉ ｄ）
｛
ｕ ｎ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｉ ；
各种衰减机理虽然很复杂， 但都是由悬浮粒子所引起 ， 并与悬浮粒子的数 目、 粒径成正比。所以由接收
端接 收到 的声 衰减量 在一定 条件 下和浓度 是成正 比例 的。测得悬 浮液 的衰 减系数 ， 就 能求 出浓度 。 设 浆体 中有悬 浮粒子 时的衰减 率和接 收 电压 分别为 （％ ＋ ） 和 ， 浆体 中没有 悬 浊粒 子时 的衰 减率 和接收 电压分 别为 。 和 ， 发射 、 接 收端之 间 的距 离为 Ｌ， 发 射 电压 为 Ｅ ， ， 则：
第 ４期
Biblioteka Baidu
韩 晓敏 ， 等： 基于超 声波衰 减理 论 的矿 浆 浓度计 的设计
４ １
系统部分 主程序 如下所 示 ：
＃ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ”Ｃ８ ０ ５１ Ｆ 、 Ｄ ２１ ． Ｈ”
ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｖ ｏ ｉ ｄ Ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ Ｉ ｎ ｉ ｔ （ｖ ｏ ｉ ｄ） ｛
关键词 ： 超 声波衰 减 ； Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ０ ２ １ ； 矿浆 浓度计
摘
要： 设 计 了基 于超声 波衰减理 论 ， 以微 控 制 器 Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ０ ２ １为 核 心的矿 浆 浓度 计 的设 计 ， 并
包含超 声 波发 射 电路 、 接收 电路 、 功率放 大 电路 、 检 波整形 电路 、 Ｌ Ｃ Ｄ显示 电路 、 ４ ８ ５通信 电路 。
另外 通过软件 滤波 对数据进 行适 当处理 ， 屏蔽掉噪 声和干扰 杂波信 号 、 丰富的信 息量 实时的显 示、 并把 测 量的数 据通过 串口传输 到 Ｐ Ｃ 中进 行分析 与比较 。 中图分 类号 ： Ｔ Ｈ ７ ０ ３ ． ７ 文献标 志码 ： Ａ
０ 引 言
在 工业 生产 和科 学实验 过程 中 ， 浆体 是 一 种 常见 的 流体类 型 ， 其 种类 也 很 多 ， 如乳 浆 、 泥浆 、 涂 料浆 、 矿 浆、 纸浆 和煤浆 等 。浆体是 一种 固、 液两相 混合 流体 。固 、 液各相 的流体动 力学特 性特性 特别 复杂 ， 以浆 体为 代表 的固 、 液 两相 流体及其 它 的多相混合 流体都 被称 为“ 难 测流体 ” 。而浓度 是 描述 浆体 性质 的一个很 重要
Ｅ ０ ／ Ｅ ＝Ａ ｅ ｘ ｐ （ 一 ０ Ｌ ）
Ｅ ／ Ｅ ＝ Ａｅ ｘ ｐ ｛一 （ ｎ＋ ） ）
根据 上述两 个公式 ， 悬浊 粒子 引起 的衰减 率可 由 ＝ （ Ｉ ｎ Ｅ ｏ—ｌ ｎ Ｅ ） ／ Ｌ求得 。 超声 波矿浆 浓度仪 系统 方框 图如下 图 １ 所示。
Ｏｃ ｔ ． ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ｌ Ｏ月
文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５ － ２ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ０ ３ ８ － ０ ５
基 于超 声 波 衰减 理 论 的矿 浆浓度 计 的设 计
韩晓敏 ， 王建民 ， 王聪聪 ， 苏立虎
（ １ ． 河北联合大学 电气工程学 院， 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ９ ； ２ ． 唐山轨道客车有限责任公司 ， 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ０ ）
的物理参数。它是指一定量的浆体 中固相成分 占整个浆体 的百分数， 浆体浓度又分为质量浓度和体积浓度。 传 统 的矿 浆浓度 分析 方法常 采用 间隙采样 、 称量 、 电解 、 化学滴 定 等离线 测 量 的方 法 。 由于连 续过 程监 控和对 矿浆浓 度分析 的要求 日益 提高 ， 显 然这种方 法难 以适应 生产 过 程 自动化 的要 求 。 随着超 声 波技 术 的 广泛应用 ， 越来越多的领域开始使用超声波传感器作为主控元件来进行工业参数的检测与测量。利用超声 波来测 量分散 物质 的体积浓 度 的方 式 ， 测 量对象任 意 ， 不影 响色 、 Ｐ Ｈ、 电导率 ， 适用 于 浮化 粒子 等不 均匀 物质 的悬浮粒子的测量。而且对于浓度而言， 输出信号呈直线标度 ， 能够在很宽 的浓度范 围内进行测量 与控 制 ¨。
第３ ５卷
第 ４期
河北 联合大 学学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｂ ｅ ｉ Ｕｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ｖ ｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． ４
１ 测 量 原理
超 声波具 有方 向性好 和较强 的穿透 能力 。超 声波在悬 浮液 中传 播 时 ， 与 悬 浮粒 子相 遇 的超 声 波在 界 面 被散射 衰减 ， 其 余部 分入射 到粒子 内被 吸收衰减 ， 接触界 面 的超声 波 又受到 粘滞 衰 减 ， 最 后到 达接 收端 。当 超声波 到达 接收端 时 ， 通过 测量 和分析声 衰减参数 ， 就可 以确定浆 体浓度 。
Ｗ ＤＴＣＮ ＝ ０ｘ ＤＥ ； Ｗ ＤＴＣＮ ＝ Ｏｘ ＡＤ ；
Ｇ Ｐ ｌ Ｏ Ｉ ｎ ｉ ｔ （） ；
ＯＳ Ｃ Ｉ Ｃ Ｎ ＝ ０ ｘ ０ ７； ／ ／ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎａ ｒ ｌ １ ６ ＭＨｚ
｝
ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｖ ｏ ｉ ｄ Ｇ Ｐ Ｉ Ｏ Ｉ ｎ ｉ ｔ （ｖ ｏ ｉ ｄ）
｛
ＸＢＲ０ ＝ ０ｘ ２ ７； ＸＢＲ１
．
＝
０ ｘ１ ４；
ＸＢＲ２ ＝ ０ｘ ４ ４；
｝
／ ／ 外扩 Ｒ Ａ Ｍ， ８ ０ ０ ０ Ｈ一 ０ Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ Ｈ
ｕ ｎ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ｘ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ［ ５ ０ ０ ０ ］ ；
ｉ ｎ ｔ ｍ ａ ｉ ｎ （ｖ ｏ ｉ ｄ）
｛
ｕ ｎ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｉ ；
各种衰减机理虽然很复杂， 但都是由悬浮粒子所引起 ， 并与悬浮粒子的数 目、 粒径成正比。所以由接收
端接 收到 的声 衰减量 在一定 条件 下和浓度 是成正 比例 的。测得悬 浮液 的衰 减系数 ， 就 能求 出浓度 。 设 浆体 中有悬 浮粒子 时的衰减 率和接 收 电压 分别为 （％ ＋ ） 和 ， 浆体 中没有 悬 浊粒 子时 的衰 减率 和接收 电压分 别为 。 和 ， 发射 、 接 收端之 间 的距 离为 Ｌ， 发 射 电压 为 Ｅ ， ， 则：