Исследование и Разработка устройства контроля наличия посторонних металлических предметов в сырье и материалах горно-металлургического производства

В пятой главе приведен синтез и оптимизация структуры устройства контроля потока руды на наличие металлических предметов с вихретоковыми датчиками. Большинство отказов в работе этих устройств связаны либо с их низкой чувствительностью либо с высокой вероятностью ложных срабатываний, обусловленных электромагнитными помехами и нестабильностью информативного параметра системы в процессе ее работы. Действенным способом увеличения эффективности таких устройств является повышение соотношения полезный сигнал/помеха в канале преобразования сигнала устройства. Предпочтительным методом решения этой задачи является синтез новой оптимизированной структуры устройства, позволяющей наилучшим образом выделить полезный сигнал на фоне помех. Таким образом, возникает задача синтеза оптимальной структуры устройства обнаружения металлических включений в руде по критерию максимума соотношения уровня полезного сигнала к среднеквадратичному значению помехи. Методика решения этой задачи обусловлена типом полезного сигнала и помехи, а также их основными параметрами. Поскольку, форма информационного видеоимпульса, поступающего с амплитудного, детектора известна, а помеха описывается случайной функцией времени с известными статистическими параметрами. В работе показано, что действие информационного импульса эквивалентно действию прямоугольного импульса длительностью , а помехи – сумме белого шума и дрейфа обусловленного изменениями параметров окружающей и контролируемой среды. Тогда входное воздействие может быть представлено в виде: , где: - информационный импульс, возникающий со случайным интервалом времени; - белый шум (моделирует электромагнитную помеху, включающую все гармонические составляющие); - медленно нарастающий с постоянной времени до амплитуды перепад входного сигнала (дрейф, обусловленный изменением температуры, влажности, давления, деформацией чувствительного элемента). Соответствующие спектральные плотности составляющих входного воздействия имеют вид: , , . Исходя из этого, спектральная плотность входного воздействия описывается суммой: . Линейная цепь, состоящая из автогенератора , включающего датчик, амплитудного детектора и линейного усилителя представляется одним безынерционным звеном с коэффициентом передачи . С учетом этого допущения возможно применение методик синтеза оптимальных структур в классе линейных стационарных систем, а именно, методов оптимальной согласованной фильтрации сигналов на фоне помех. Тогда передаточная функция оптимально согласованного с полезным сигналом фильтра на фоне белого шума будет иметь вид: , где: - постоянный коэффициент; В свою очередь передаточная функция цепи отрицательной обратной связи (OOC) режекторного фильтра дрейфового воздействия имеет вид: . Таким образом, синтезирована оптимизированная структура (рис. 5. 1) преобразования сигнала вихретокового автогенераторного датчика, а на рис. 5.2 представлены результаты ее численного моделирования. На основании представленной оптимизированной структуры преобразования сигнала, синтезирована блок схема устройства контроля потока руды на наличие металлических предметов (рис. 5. 3). Таким образом, устройство контролирует не абсолютное наличие проводимости или магнитных свойств руды, а скорость их относительного приращения, связанную с локальными движущимися посторонними включениями металла. Последнее свойство обуславливает возможность применения устройства для контроля движущегося потока руды на наличие в нем металлических включений. Рис. 5. 1 Оптимизированная структура преобразования сигнала датчика на фоне помех: - полезный сигнал; - белый шум; - дестабилизирующий фактор; - отфильтрованный сигнал; - генераторно-преобразовательный блок; - отрицательная обратная связь соответствующая спектральной плотности дестабилизирующего фактора ; - интегратор; - звено задержки. Рис. 5. 2 Результат численного моделирования: - суммарное входное воздействие; - отфильтрованный сигнал Рис. 5. 3 Блок схема устройства контроля потока руды: – вихретоковый индуктивный датчик; 1 – измерительный генератор; 2 – буферный ВЧ усилитель; 3 – детектор; 4 – усилитель НЧ; 5 – фильтр НЧ; 6 – фильтр, согласованный с сигналом; 7 – датчик скорости; 8 – пороговый элемент; 9 – задающий элемент; 10 – одновибратор; 11 – электронный ключ. В шестой главе описана разработанная конструкция датчика обнаружения металлических предметов и его экспериментальные исследования. Исходя из проведенного теоретического анализа и технологических требований на кафедре электропривода и автоматизации технологических процессов и производств (Э и АТП и П) Норильского индустриального института (НИИ) была разработана конструкция и изготовлена модель датчика обнаружения металлических предметов для проведения лабораторных испытаний и экспериментов с целью сравнения реальных параметров датчика с прогнозируемыми. Разработана лабораторная установка и методика проведения экспериментальных исследований. Предлагаемый датчик является индуктивным элементом колебательного контура выходной цепи электронного измерительного автогенератора. Ранее отмечено, что в качестве выходного сигнала датчика принято активное вносимое сопротивление потерь от нагревания, контролируемого металлического предмета вихревыми токами. Непосредственное измерение вносимого в контур активного сопротивления потерь невозможно, однако его косвенное измерение возможно методами измерения приращения (уменьшения) добротности контура при внесении в рабочее поле датчика металлического предмета. Лабораторная установка (рис. 6.1.) представляет собой параллельный колебательный контур, возбуждаемый ВЧ генератором. Рис. 6. 1 Принципиальная схема лабораторной установки. В индуктивной ветви контура последовательно с датчиком включен прецизионный резистор, обладающий малым значением активного сопротивления . Таким образом, общее активное сопротивление индуктивной ветви составляет (), где - активное сопротивление рамки датчика. При внесении в рабочую область поля датчика металлического предмета, в результате потерь электромагнитной энергии его добротность уменьшается, что эквивалентно увеличению сопротивления рамки на величину . При этом амплитуда напряжения на резисторе уменьшается на величину , которое измеряется электронным ВЧ вольтметром. Связь между и , полученная аналитически выражается соотношением: , где - характеристическое сопротивление контура; - амплитуда напряжения ВЧ генератора. Полученное выражение для определения вносимого эквивалентного сопротивления по опытным данным справедливо лишь для цветных металлов, относительная магнитная проницаемость которых близка к единице. При этом допущении индуктивность рамки , а, следовательно, и резонансная частота контура и характеристическое сопротивление, при внесении в рабочее поле датчика металлического предмета остаются неизменными. В случае ферромагнитных предметов вносимое сопротивление будет иметь при прочих равных условиях еще большее значение, т. к. возникают дополнительные потери на перемагничивание предмета, а контур получит относительную расстройку. Целью эксперимента было определение оптимальной резонансной частоты колебательного контура, при которой эквивалентное вносимое сопротивление имеет максимальную величину. С этой целью изменялась величина емкости контура. В результате проведенных опытов получено значение оптимальной резонансной частоты . В качестве опытного был выбран латунный металлический предмет в форме шара. При этом форма и материал предмета приводят к наименьшей величине , во всех других случаях выходной сигнал будет больше. Кроме того, опытный металлический предмет перемещается по нормали проходящей через геометрический центр рамки, где амплитуда выходного сигнала будет минимальна. Таким образом, оценка чувствительности датчика проводилась для наихудших сочетаний параметров контролируемого металлического предмета и его расположения в рабочем поле чувствительно элемента. В результате экспериментов было установлено, что в рабочей области поля данные экспериментов адекватны и согласуются с теоретическими расчетами. Таким образом, можно говорить о том, что разработанная методика расчета справедлива и может быть применена для расчетов чувствительных элементов устройств контроля потока руды на наличие металлических включений. Была разработана и исследована одна из возможных схемотехнических реализаций оптимизированной структуры преобразования сигнала датчика на фоне помех. При этом полагалось, что скорость потока контролируемого материла неизменна и составляет 0,5 м/с. Целью эксперимента являлось подтверждение работоспособности разработанной структуры устройства, а именно, устройство должно контролировать не абсолютное наличие проводимости контролируемой среды, а скорость ее относительного приращения, связанную с локальными движущимися посторонними включениями металла. Во время эксперимента контролируемый материал, с помещенными в него металлическими предметами различных размеров и формы, с постоянной скоростью перемещался по центру проходного сечения датчика в направлении соответствующем оси координатной OX. Анализ результатов эксперимента показал, что устройство работоспособно, и результаты теоретических исследований могут быть использованы при разработке устройств контроля потока руды на наличие металлических включений. Заключение Исходя из цели исследования, при решении поставленных задач получены следующие результаты: Исследование и анализ технологических процессов горно-обогатительного производства показал, что наличие рудозасоряющих металлических предметов является прямым следствием существующей технологии добычи руды. Выявлены основные источники засорения руды, проведена классификация металлических предметов по признакам существенным при разработке устройств их автоматического обнаружения. Определены технологические переходы, требующие установки таких устройств. Полученные результаты исследования могут быть использованы при дальнейших разработках устройств автоматического обнаружения металлических рудозасорящих предметов. Из анализа патентной и научно-технической литературы по устройствам обнаружения металлических предметов, а также образцов устройств выпускаемых серийно отечественной и зарубежной промышленностью выявлена их низкая эффективность и невозможность их использования для контроля богатых медно-никелевых руд. Определено, что в условиях горно-обогатительного производства наиболее приемлемы накладной либо проходной индуктивный параметрический датчик с переменным электромагнитным полем и переменной добротностью в составе автогенераторных амплитудных устройств. С использованием метода конечных элементов выполнен расчет магнитных полей различных конфигураций накладных и проходных датчиков. С учетом анализа технических характеристик и технологических условий в качестве оптимального выбран датчик проходного типа. Выполнен расчет и оптимизация размеров и формы экрана датчика. Таким образом, показана возможность и способ использования метода конечных элементов для расчета и оптимизации разлчиных конфигураций накладных и проходных датчиков, а также их экранов. Предложены критерии и соответствующая методика оценки чувствительности датчика, определен его выходной параметр, выполнен анализ выходного сигнала в соответствии с выбранными критериями. Эта методика может быть использована при разработке и оценке чувствительности проходных и накладных вихретоковых датчиков. На основании анализа спектральных характеристик информационного импульса и помехи синтезирована новая структурная схема повышающая эффективность устройств контроля потока руды на наличие посторонних металлических предметов. Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях: Синицын В. И., Тараканов Е. А. Структура устройства для обнаружения металлических предметов с вихретоковыми датчиками//Датчики и системы. – Москва, 2008, №1. С. 37 – 39. Пат. RU 2332691 C1, МПК G01V3/11, опубл 27.08.2008, бюл №24. Устройство для обнаружения металлических предметов в потоке материала / Синицын В. И., Тараканов Е. А. Тараканов Е. А. Синтез и оптимизация структуры устройства контроля потока руды на наличие металлических включений с вихретоковыми датчиками / Норильский индустриальный институт – Норильск, 2008. – 12 с. Деп. в ВИНИТИ, №21 – В2008. Тараканов Е. А. Актуальность проблемы обнаружения и исключения металлических рудозасоряющих частиц [Текст]//Молодые ученые Норильского промышленного района – Российскому северу: сб. науч. ст. В 2 ч. Ч. 1 – Норильск, 2006. – С. 29 – 31. Тараканов Е. А. Источники и причины засорения руды металлическими предметами [Текст]//Молодежь, наука, производство: сб. науч. трудов – Норильск, 2007 – С.10 – 14. Подписано в печать 10.09.2008 Формат 60х84 1/16. Бум. Для копир.-мн.ап. Гарнитура Times New Roman Печать плоская. Усл. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано в отделе ТСОиП ГОУВПО «НИИ» 663310, Норильск, ул. 50 лет Октября, 7

Похожие:

	Иновационное развитие химической промышленности в россии христофорова... Приравниваются работы, опубликованные в материалах всесоюзных, всероссийских и международных конференций и симпозиумов		А. А. Безымянных «О применении заемного труда и аутсорсинга на предприятиях... А. А. Безымянных «О применении заемного труда и аутсорсинга на предприятиях горно-металлургического комплекса России»
	Горная промышленность как элемент отечественной экономики акулова... Методическая разработка интегрированного урока географии и информатики в 8 классе		Технология газоочистки и использования вторичных энергоресурсов на...
	Технология газоочистки и использования вторичных энергоресурсов на...		Рабочая программа учебной дисциплины «Новые конструкционные материалы» Целью преподавания дисциплины дать представление о новых металлических и неметаллических конструкционных материалах, методах их получения,...
	Золотодобывающая промышленность как элемент иновационной экономики... Список литературы введение 3		Программы обучения, реализуемые в Пермском Национальном Исследовательском... Горное дело (Профили: Горные машины и оборудование; Маркшейдерское дело, Подземная разработка рудных месторождений; Электропривод...
	Конференция-конкурс проводится в два тура. 1 Приглашаем Вас принять участие во Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса высших учебных заведений, осуществляющих...		Темы вашего учебного проекта Существующие устройства ввода, работа с ними, занесение данных в персональный компьютер. Устройства ввода графической информации,...
	Темы вашего учебного проекта Существующие устройства ввода, работа с ними, занесение данных в персональный компьютер. Устройства ввода графической информации,...		"Сравнительное исследование общетоксического действия препаратов- " Сравнительное исследование общетоксического действия препаратов- "Тубавит" производства ОАО "Щелковский витаминный завод", РФ и "Рифакомб"...
	Тезисы докладов в электронном виде (по e-mail) объемом не более 1 страницы (приложение 3) Приглашаем Вас принять участие во Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса высших учебных заведений, осуществляющих...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Устройство и ремонт механического оборудования кранов металлургического производства»
	Литература Местом прохождения практики студента четвертого курса металлургического факультета группы ЗлМ-407 Рушкина П. И. являлся “Отдел информационных...		Рабочая программа дисциплины «Технологии производства иммунобиопрепаратов» Целью освоения дисциплины «Технологии производства иммунобиопрепаратов» является получение знаний о современных технологиях производства...