[發(fā)明專利]一種球磨機內(nèi)介質(zhì)運動狀態(tài)的分析系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510115610.0
• 申請日: 2015-03-17
• 公開（公告）號: CN104713556B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜振勝;姚光前;李松濤;王晗;楊爵;楊廣柱;盧忠瑜;原航輝;傅克文;安平;劉亭
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋石油總公司;中海石油化學股份有限公司;湖北大峪口化工有限責任公司;儀通微感（北京）科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;B02C25/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11245
• 代理人: 徐寧,劉美麗

1.一種球磨機內(nèi)介質(zhì)運動狀態(tài)的分析方法，設(shè)置有球磨機內(nèi)介質(zhì)運動狀態(tài)的分系統(tǒng)，包括有若干磨球傳感器和上位機，所述磨球傳感器包括6軸慣性傳感器、Flash存儲器、第一板對板連接器、嵌入式CPU和電池，所述上位機包括球磨機信息管理模塊、磨球傳感器管理模塊和實驗數(shù)據(jù)管理模塊；其特征在于，包括以下步驟：

1)實驗準備：磨球傳感器管理模塊檢查磨球傳感器的電池電量，并初始化磨球傳感器；確保每只磨球傳感器工作正常后將磨球傳感器分別裝入已標記的球形承載體中；

2)參數(shù)設(shè)定：設(shè)定實驗時球磨機的實驗參數(shù)，并將設(shè)定的實驗參數(shù)輸入至球磨機信息管理模塊中進行記錄；

3)磨礦：將含有磨球傳感器的球形承載體和普通磨球一起投入球磨機中，按照實驗參數(shù)設(shè)定球磨機工況，安裝好需要測試的提升條，啟動球磨機，開始磨礦，磨礦過程中，已標記的球形承載體與普通磨球一起轉(zhuǎn)動，磨球傳感器的6軸慣性傳感器采集磨球的運動狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式CPU，嵌入式CPU將接收到的球磨機內(nèi)部介質(zhì)運動狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到Flash存儲器中；

4)數(shù)據(jù)采集：球磨機工作若干時長后停止磨礦，找出所有含有磨球傳感器的球形承載體，并取出磨球傳感器，嵌入式CPU讀取Flash存儲器中的內(nèi)容，并通過第一板對板連接器和擴展接口電路板與上位機進行通信；

5)數(shù)據(jù)分析：設(shè)定不同組的實驗參數(shù)，重復(fù)步驟1)～4)進行多組實驗獲得實驗記錄，實驗數(shù)據(jù)管理模塊對每組實驗記錄的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析和展示，得到不同參數(shù)對磨球運動狀態(tài)的影響以及得到球磨機參數(shù)對磨礦效率的影響結(jié)果，具體步驟為：

5.1)實驗數(shù)據(jù)管理模塊獲取磨球傳感器采集的磨球運動狀態(tài)數(shù)據(jù)后，利用3軸加速度和3軸角速度計算表示磨球姿態(tài)的四元數(shù)；

5.2)坐標變換：將磨球傳感器的加速度數(shù)據(jù)通過相對坐標系和絕對坐標系的變化得到磨球在絕對坐標系中的加速度；

5.3)運動狀態(tài)識別策略：對磨球傳感器校準后的線性加速度、角速度進行統(tǒng)計分析，將磨球在球磨機內(nèi)的運動狀態(tài)分為瀉落運動、拋落運動和周轉(zhuǎn)運動；

5.4)計算磨球效率特征量，磨球效率特征量包括磨球運動平均能量、磨球平均角速度、拋落高度和撞擊強度，具體計算方式為：

I、磨球運動平均能量E_a，

$E_a=\frac{\underset{i=1}{\overset{L}{\Σ}}(a_{x_i}^2+a_{y_i}^2+a_{z_i}^2)}{L}$

其中，分別表示磨球在絕對坐標系中i點的X、Y、Z三軸加速度值，L是該段數(shù)據(jù)的個數(shù)；

II、磨球平均角速度E_ω，

$E_{\mathrm{\ω}}=\sqrt{{\mathrm{\ω}}_{x_i}^2+{\mathrm{\ω}}_{y_i}^2+{\mathrm{\ω}}_{z_i}^2}$

其中，分別代表磨球在在絕對坐標系i點X、Y、Z三軸角速度值；

III、拋落高度，磨球在拋落開始時，線性加速度為地球引力：

a_z＝g,a_x＝0,a_y＝0

滿足上述公式的數(shù)據(jù)段則認為該時刻磨球處于拋落狀態(tài)，拋落高度h根據(jù)自由落體原理得出：

h＝0.5*g*t₀²

其中，t₀是磨球自由落體的時間；

IV、撞擊強度P，

$P=a_x^2+a_y^2+a_z^2$

其中，a_x、a_y、a_z為絕對坐標系中的加速度。

2.如權(quán)利要求1所述的一種球磨機內(nèi)介質(zhì)運動狀態(tài)的分析方法，其特征在于：所述步驟5.1)中四元數(shù)的具體計算過程為：

①初始化四元數(shù)；

②讀取陀螺儀當前時刻的角速度值，對當前時間間隔內(nèi)的角速度值進行積分得到歐拉角，其中，歐拉角包括俯仰角Pitch、翻滾角Roll和導航角Yaw；采用卡爾曼濾波技術(shù)將陀螺儀的角速度數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)進行融合用來校準歐拉角的俯仰角Pitch和翻滾角Roll，得到校準后的俯仰角Pitch和翻滾角Roll；

③將得到的歐拉角轉(zhuǎn)換成四元數(shù)；

④將當前時刻轉(zhuǎn)動的四元數(shù)與上一時刻轉(zhuǎn)動的四元數(shù)相乘，得到當前姿態(tài)對應(yīng)的四元數(shù)；

⑤重復(fù)步驟②～④，持續(xù)更新四元數(shù)。