一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪的制作方法

本发明属于测控仪表，具体涉及一种球磨机磨音负荷分析仪，该磨音负荷分析仪可自动拾取并消除环境噪音，减少环境噪音对球磨机磨音监测的干扰。

背景技术：

1、在矿山选矿生产过程中，磨矿作业是整个选矿生产工艺流程中最为关键的环节之一。磨机在运行时，研磨介质与衬板、研磨介质与研磨介质之间、研磨介质与物料、物料与衬板以及物料与物料之间都会因相互之间的碰撞和研磨而发声，且正常运转时这种噪声可高达120db。在磨机运行时发出的噪声中，钢球之间的相互碰撞，以及钢球和衬板碰撞产生的噪声是磨机噪声主要部分而球磨机负荷状态是磨矿过程的一个重要参数，准确地检测出球磨机负荷是球磨机系统及整个磨矿过程优化控制成败的关键。

2、目前对磨机负荷的过程监测绝大部分仍然依靠人耳现场监听的方式，不能及时准确监测磨机的工作状态。磨机负荷检测仪通过对磨机工作时磨音的检测，判断出磨机的工作状态，确保磨机工作在最佳的负荷状态，在满足产品质量要求的前题下，使磨机的处理量达到最优值，保障磨机高效、安全、稳定的运行，提高设备使用的安全性和经济性，为选厂的节能降耗提供了重要途径。

3、磨音负荷分析仪主要用于矿山球磨机负荷的监测，采用信号频谱分析方法，对球磨噪音特定频段声音强度及频率特征进行分析处理，合成输出磨机料位信号，是对磨机运行负荷状况进行检测分析的关键仪表。它可以自动识别出磨机的负荷状况、衬板状况、钢球充填率以及矿石性质的变化，从而使磨机始终保持最大磨矿效率。这项技术从根本上解决了大型滚筒设备负荷变化难以检测的技术问题。磨音负荷分析仪改变了长期以来磨机负荷主要靠人工经验进行判断的现状，保障了磨机的安全运行，提高了磨机的处理能力。其技术原理是分析磨机噪声的包络强度和频谱结构的变化，自动找出磨机负荷和磨机噪声之间的变化规律，从而对磨机负荷情况做出准确判断。

4、但由于矿山大型设备多，环境噪音复杂，磨音负荷分析仪易受到环境噪音的影响。特别是多台球磨设备同时运行时，磨音互相影响，现有的磨音负荷分析仪很难精确检测出单台球磨机的工况负荷，磨音负荷分析仪的应用受到很大的限制。例如，中国发明专利cn2421648y公布的球磨机负荷检测仪，由于无法抗外部环境噪声干扰，只有在球磨机出现胀肚时，才能给出反应。

5、2007年第3期《自动化与信息工程》发表的“磨机负荷监测控制系统设计”一文介绍了磨机的运行特性，及其在选矿厂磨矿系统中的应用情况。针对磨机负荷难以测量的特点，分析了传统的基于磨机振动和磨机噪音的检测方法所存在的不足，并在此基础上对基于综合的磨机负荷测量方法进行了研究，但该文仍然没有针对如何克服外部环境噪声干扰提出技术思路。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服现有磨音负荷分析仪易受到环境噪音的影响、且多台球磨机噪音相互干扰而影响信号结果等技术难题，提供一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪。

2、为实现本发明的上述目的，本发明一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪采用以下技术方案：

3、本发明一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，含有靠近并正对球磨机安装的磨音传感器，其特点是：它还含有位居磨音传感器外侧并背对球磨机安装的环境噪音传感器；磨音传感器顺序连接磨音放大单元、减法器、放大滤波单元、显示输出单元，环境噪音传感器顺序连接环境噪音放大单元、信号延时单元、减法器、放大滤波单元、显示输出单元；所述的磨音放大单元、环境噪音放大单元、信号延时单元减法器、放大滤波单元、显示输出单元装配在主机壳体内。

4、优选的，所述的磨音传感器和环境噪音传感器均选用号筒式扬声器。

5、优选的，所述的磨音传感器通过屏蔽双绞线与磨音放大单元连接。

6、优选的，所述的环境噪音传感器通过屏蔽双绞线与环境噪音放大单元连接。

7、进一步地，所述的磨音放大单元采用ti公司的ne5534运算放大器，放大倍数设定为1～30倍可调；所述的环境噪音放大单元采用ti公司的ne5534运算放大器，放大倍数设定为1～50倍可调。

8、进一步地，所述的减法器采用的是ti公司的opa197精密运算放大器构成的减法器电路；所述的放大滤波单元采用ti公司的ne5534运算放大器，放大倍数为10倍放大。

9、进一步地，所述放大滤波单元采用maxim公司max274有源滤波器构成的带通滤波器，选出磨机工作频段，带通滤波频段设定为500hz～4500hz。

10、进一步地，所述显示输出单元采用数码管显示球磨机实时工况数据，并输出标准4～20ma电流信号。

11、本发明之磨音传感器采集的球磨机音频信号，经过磨音放大单元放大后，进入减法器的同相输入端+；环境噪音传感器将采集到的环境噪声音频信号，经过环境噪音放大单元放大后，进入信号延时单元，信号延时单元对噪音音频信号进行延时处理，使噪音音频信号和磨机音频信号相位同步，进入减法器的反相输入端-。

12、本发明自动降噪是根据两个声波相消性干涉或声辐射抑制的原理，产生与被抵消声源相位相反的辐射声波，使两者作用结果相互抵消，从而达到降低噪声的目的。

13、本发明一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪采用上述技术方案后，具有以下有益效果：

14、(1)采用两路传感器，一路采集磨机运行的声音信号，另一路采集外部环境噪音。环境噪音音频信号通过延时电路使得两路音频信号相位相同，两路同步后的音频信号同时进入减法器的同相输入端和反向输入端，使得两路音频信号相位相反，在减法器中相互抵消，自动实现了消除和降低环境噪音的功能。

15、(2)相比较采用单传感器磨音负荷分析仪，本发明相邻球磨机运行和停止对磨音负荷分析仪输出电流的影响变化由±20％降低至±5％，环境噪音影响得到显著抑制。

技术特征：

1.一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，含有磨音传感器(1)，其特征在于：它还含有环境噪音传感器(3)；磨音传感器(1)顺序连接磨音放大单元(2)、减法器(6)、放大滤波单元(7)、显示输出单元(8)，环境噪音传感器(3)顺序连接环境噪音放大单元(4)、信号延时单元(5)、减法器(6)、放大滤波单元(7)、显示输出单元(8)；所述的磨音放大单元(2)、环境噪音放大单元(4)、信号延时单元(5)减法器(6)、放大滤波单元(7)、显示输出单元(8)装配在主机壳体(9)内；所述的磨音传感器(1)靠近球磨机旁0.3～0.5米的距离布置；所述的环境噪音传感器(3)位居磨音传感器(1)外侧并靠近球磨机旁1.5～2米的距离布置；所述的磨音传感器(1)采集的球磨机音频信号，经过磨音放大单元(2)放大后，进入减法器(6)的同相输入端+；所述的环境噪音传感器(3)将采集到的环境噪声音频信号，经过环境噪音放大单元(4)放大后，进入信号延时单元(5)，信号延时单元(5)对噪音音频信号进行延时处理，使噪音音频信号和磨机音频信号相位同步，并进入减法器(6)的反相输入端-。

2.如权利要求1所述的一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，其特征在于：所述的磨音传感器(1)和环境噪音传感器(3)均选用号筒式扬声器。

3.如权利要求1所述的一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，其特征在于：所述的磨音传感器(1)通过屏蔽双绞线与磨音放大单元(2)连接。

4.如权利要求要求1所述的一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，其特征在于：所述的环境噪音传感器(3)通过屏蔽双绞线与环境噪音放大单元(4)连接。

5.如权利要求2所述的一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，其特征在于：所述的磨音传感器(1)通过屏蔽双绞线与磨音放大单元(2)连接；所述的环境噪音传感器(3)通过屏蔽双绞线与环境噪音放大单元(4)连接。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，其特征在于：所述的磨音放大单元(2)采用ti公司的ne5534运算放大器，放大倍数设定为1～30倍可调；所述的环境噪音放大单元(4)采用ti公司的ne5534运算放大器，放大倍数设定为1～50倍可调。

7.如权利要求6所述的一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，其特征在于：所述的减法器(6)采用的是ti公司的opa197精密运算放大器构成的减法器电路；所述的放大滤波单元(7)采用ti公司的ne5534运算放大器，放大倍数为10倍放大。

8.如权利要求7所述的一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，其特征在于：所述放大滤波单元(7)采用maxim公司max274有源滤波器构成的带通滤波器，选出磨机工作频段，带通滤波频段设定为500hz～4500hz。

9.如权利要求8所述的一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，其特征在于：所述显示输出单元(8)采用数码管显示球磨机实时工况数据，并输出标准4～20ma电流信号。

技术总结本发明公开了一种抗外部环境噪声干扰的磨音负荷分析仪，磨音传感器(1)顺序连接磨音放大单元(2)、减法器(6)、放大滤波单元(7)、显示输出单元(8)，环境噪音传感器(3)顺序连接环境噪音放大单元(4)、信号延时单元(5)、减法器(6)、放大滤波单元(7)、显示输出单元(8)；磨音放大单元(2)、环境噪音放大单元(4)、信号延时单元(5)减法器(6)、放大滤波单元(7)、显示输出单元(8)装配在主机壳体(9)内；磨音传感器(1)靠近球磨机旁布置；环境噪音传感器(3)位居磨音传感器(1)外侧布置。本发明分别采集磨机磨音信号和环境噪音信号，两路音频信号经延时电路保持相位同步，经过减法器处理后，抵消了环境中的噪音，避免了环境噪音干扰，提高了磨音负荷分析仪的测量精度。技术研发人员：程小舟,周德君,胡平,骆俊,秦楠,张韵,于猜,王梅杰受保护的技术使用者：中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29