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专利名称：一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统及方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411154875.7

专利申请（专利权）人：中北大学
权利人地址：山西省太原市尖草坪区学院路3号

专利发明（设计）人：崔浩然,丑修建,穆继亮,崔建峰,余俊斌,张乐,何剑,耿文平,侯晓娟,乔骁骏

专利摘要：本发明属于煤泥浮选药剂评价方法技术领域，具体为一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统及方法，本发明测试系统包括充气装置、气泡发生装置和图像采集装置；充气装置通过自动泄压阀避免系统压力过大造成事故；充气装置中电磁阀通过接收上位机软件发送的指令实现自动通断；图像采集装置包括图像采集单元和计算机；图像采集单元通过以太网接口与计算机连接；图像采集单元通过无线通信模块与电磁阀连接；计算机上运行气流法评价起泡剂性能的自动测试系统上位机软件，上位机软件控制图像采集和电磁阀通断；本发明应用于气流法评价起泡剂性能测试，解决了传统气流法评价泡沫性能测试不准确及测试效率低的问题。

主权利要求：
1.一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统，其特征在于，包括充气装置
（1）、气泡发生装置（2）和图像采集装置（3）；所述充气装置（1）包括气瓶（4）、减压阀（5）、自动泄压阀（6）、流量计（7）和电磁阀（8），电磁阀（8）具备无线接收功能；气瓶（4）、减压阀（5）、自动泄压阀（6）、流量计（7）、电磁阀（8）通过管路依次连接；所述充气装置（1）通过电磁阀（8）与气泡发生装置（2）连接，用于为气泡发生装置（2）提供稳定的气流，气泡发生装置（2）用于起泡剂溶液产生泡沫，图像采集装置（3）用于控制充气装置（1）中电磁阀（8）通断，并且记录气泡发生装置（2）中气泡发生消亡过程产生的图像数据；所述图像采集装置（3）包括图像采集单元（11）和计算机（12），所述图像采集单元（11）包括摄像头（13）和图像采集卡（14）；图像采集卡（14）包括摄像头接口（15）、调试串口（16）、电源模块（17）、内存模块（18）、主控芯片（19）、USB接口（20）、以太网接口（21）、存储模块（22）、无线通信模块（23）；摄像头（13）通过摄像头接口（15）与图像采集卡（14）连接，图像采集单元（11）与计算机（12）通过以太网接口（21）连接，所述计算机（12）上运行上位机软件（24），上位机软件（24）包括控制功能模块（33）、数据传输模块（34）、图像处理模块（35）和数据输出模块（32），通过上位机软件（24）控制系统的运行状态，系统包括初始态（26）、调试态（25）和采集态（27）三个运行状态，初始态（26）通过上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送打开电磁阀指令（28）变为调试态（25），调试态（25）通过上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送关闭电磁阀（29）指令变为初始态（26），初始态（26）通过上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送开始采集指令（30）变为采集态（27），采集态（27）通过上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送关闭电磁阀（29）指令仍为采集态（27），采集态（27）通过上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送停止采集指令（31）变为初始态（26）；
自动测试系统的测试方法，包括以下步骤：调节充气流量、加注起泡剂溶液、采集泡沫图像和处理泡沫图像；
调节充气流量的具体步骤为：打开上位机软件（24），此时系统处于初始态（26），上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送打开电磁阀指令（28），指令通过图像采集单元（11）的无线通信模块（23）传递到电磁阀（8），电磁阀（8）打开，此时系统进入调试态（25）；打开减压阀（5）开关，调节流量，使流量计（7）读数为目标流量值；上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送关闭电磁阀指令（29），指令通过图像采集单元（11）的无线通信模块（23）传递到电磁阀（8），电磁阀（8）关闭，此时系统回到初始态（26）；
加注起泡剂溶液的具体步骤为：用预先配制好的起泡剂溶液润洗气泡发生装置（2）的带刻度玻璃管（10），然后将起泡剂溶液加入气泡发生装置（2）的带刻度玻璃管（10）；
采集泡沫图像的具体步骤为：上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送开始采集指令（30），图像采集单元（11）通过无线通信模块（23）将打开电磁阀指令（28）传递给电磁阀（8），电磁阀（8）打开，同时开始通过摄像头（13）采集图像数据，此时系统处于采集态（27）；待到带刻度玻璃管（10）中泡沫层高度稳定不再发生变化，上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送关闭电磁阀指令（29），电磁阀（8）关闭，此时系统仍处于采集态（27），泡沫开始兼并破裂，泡沫层高度降低；在带刻度玻璃管（10）中泡沫层高度下降至最大高度一半以下时，上位机软件（24）中控制功能模块（33）发送停止采集指令（31），摄像头（13）停止采集图像数据；
处理泡沫图像的具体步骤为：上位机软件（24）中图像处理模块（35）通过比对图像中泡沫体积变化，确定泡沫所能达到最大体积及初次达到最大体积用时评价起泡性，通过图像识别泡沫由最大体积下降至最大体积一半时所用时间评价稳泡性；上位机软件（24）中图像处理模块（35）的分析结果在上位机软件（24）中数据输出模块（32）输出。
2.根据权利要求1所述的一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统，其特征在于，所述气泡发生装置（2）包括多孔砂芯（9）和带刻度玻璃管（10）；多孔砂芯（9）位于带刻度玻璃管（10）内，多孔砂芯（9）上表面位于带刻度玻璃管（10）零刻度处，带刻度玻璃管（10）的底部入口通过管道与充气装置（1）中电磁阀（8）连接。 说明书 : 一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统及方法技术领域[0001] 本发明属于煤泥浮选药剂评价方法技术领域，具体为一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统及方法。背景技术[0002] 浮选是当前回收煤泥的有效方法，泡沫浮选是一种利用煤与矿物表面物化性质差异进行分选的方法。在浮选作业中，颗粒与气泡碰撞，其中疏水性煤颗粒黏附在气泡上形成矿化气泡，并随气泡上浮作为精煤产品排出，而亲水性矿物颗粒停留在矿浆中，并下沉作为尾煤产品排出。起泡剂通过降低表面张力和定向吸附在气泡表面防止气泡兼并，从而促进矿浆中气泡形成，进而影响浮选效果。[0003] 起泡性和稳泡性是评价起泡剂泡沫性能的重要指标。采用气流法评价泡沫性能，通常以产生的泡沫所能达到的最大体积及所用时间表征起泡性，以泡沫半衰期表征稳泡性。在用气流法测试起泡剂泡沫性能过程中，采用人工方式记录充气后泡沫所能达到的最大体积及所用时间、泡沫达到最大体积后停止充气自然衰减至最大体积一半时所用时间，通过多次测量求平均值得到泡沫性能参数，其中通过手掐秒表记录时间，测试结果受操作人员影响大，可靠性较差；并且单次测试中，试验人员还需兼顾开关阀门控制气流通断，也不可避免地影响测试结果准确定性。发明内容[0004] 本发明旨在提供一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统及方法，用以解决气流法评价泡沫性能测试不准确及测试效率低的问题，从而为起泡剂性能评价提供更为便捷可靠的方法。[0005] 本发明是采用如下的技术方案实现的：一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统，包括充气装置、气泡发生装置和图像采集装置；所述充气装置包括气瓶、减压阀、自动泄压阀、流量计和电磁阀，所述自动泄压阀可设置压力阈值，电磁阀具备无线接收功能；气瓶、减压阀、自动泄压阀、流量计、电磁阀通过管路依次连接；所述充气装置通过电磁阀与气泡发生装置连接，用于为气泡发生装置提供稳定的气流，气泡发生装置用于起泡剂溶液产生泡沫，图像采集装置用于控制充气装置中电磁阀通断，并且记录气泡发生装置中气泡发生消亡过程产生的图像数据。[0006] 上述的一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统，所述气泡发生装置包括多孔砂芯和带刻度玻璃管；多孔砂芯位于带刻度玻璃管内，多孔砂芯上表面位于带刻度玻璃管零刻度处，带刻度玻璃管的底部入口通过管道与充气装置中电磁阀连接。[0007] 上述的一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统，所述图像采集装置包括图像采集单元和计算机。[0008] 上述的一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统，所述图像采集单元包括摄像头和图像采集卡；图像采集卡包括摄像头接口、调试串口、电源模块、内存模块、主控芯片、USB接口、以太网接口、存储模块、无线通信模块；摄像头通过摄像头接口与图像采集卡连接，图像采集单元与计算机通过以太网接口连接；图像采集单元经无线通信模块与电磁阀完成指令交互。[0009] 上述的一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统，所述计算机上运行气流法评价起泡剂性能的上位机软件，上位机软件包括控制功能模块、数据传输模块、图像处理模块和数据输出模块，通过上位机软件控制系统的运行状态，系统包括初始态、调试态和采集态三个运行状态，初始态通过上位机软件中控制功能模块发送打开电磁阀指令变为调试态，调试态通过上位机软件中控制功能模块发送关闭电磁阀指令变为初始态，初始态通过上位机软件中控制功能模块发送开始采集指令变为采集态，采集态通过上位机软件中控制功能模块发送关闭电磁阀指令仍为采集态，采集态通过上位机软件中控制功能模块发送停止采集指令变为初始态。[0010] 上述的一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统的测试方法，包括以下步骤：调节充气流量、加注起泡剂溶液、采集泡沫图像和处理泡沫图像；[0011] 调节充气流量的具体步骤为：打开上位机软件，此时系统处于初始态，上位机软件中控制功能模块发送打开电磁阀指令，指令通过图像采集单元的无线通信模块传递到电磁阀，电磁阀打开，此时系统进入调试态；打开减压阀开关，调节流量，使流量计读数为目标流量值；上位机软件中控制功能模块发送关闭电磁阀指令，指令通过图像采集单元的无线通信模块传递到电磁阀，电磁阀关闭，此时系统回到初始态；[0012] 加注起泡剂溶液的具体步骤为：用预先配制好的起泡剂溶液润洗气泡发生装置的带刻度玻璃管，然后将起泡剂溶液加入气泡发生装置的带刻度玻璃管；[0013] 采集泡沫图像的具体步骤为：上位机软件中控制功能模块发送开始采集指令，图像采集单元通过无线通信模块将打开电磁阀指令传递给电磁阀，电磁阀打开，同时开始通过摄像头采集图像数据，此时系统处于采集态；待到带刻度玻璃管中泡沫层高度稳定不再发生变化，上位机软件中控制功能模块发送关闭电磁阀指令，电磁阀关闭，此时系统仍处于采集态，泡沫开始兼并破裂，泡沫层高度降低；在带刻度玻璃管中泡沫层高度下降至最大高度一半以下时，上位机软件中控制功能模块发送停止采集指令，摄像头停止采集图像数据；[0014] 处理泡沫图像的具体步骤为：上位机软件中图像处理模块通过比对图像中泡沫体积变化，确定泡沫所能达到最大体积及初次达到最大体积用时评价起泡性，通过图像识别泡沫由最大体积下降至最大体积一半时所用时间评价稳泡性；上位机软件中图像处理模块的分析结果在上位机软件中数据输出模块输出。[0015] 与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：[0016] 本发明在充气装置中加入自动泄压阀，防止因减压阀打开同时电磁阀关闭等原因造成测试系统内部压力过大引发安全事故；[0017] 本发明在充气装置中加入电磁阀，减少测试过程中人工操作，提高了测试效率和可靠性；[0018] 本发明通过图像记录气泡发生过程，图像对应时间戳取代秒表计时，能够准确找出泡沫初次达到最大体积时所用时间以及泡沫降至最大体积一半时所用时间，避免人工计时带来的偏差，提高了测试效率和准确度。附图说明[0019] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。[0020] 图1为本发明用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统示意图。[0021] 图2为本发明的图像采集装置结构示意图。[0022] 图3为本发明的自动测试系统状态示意图。[0023] 图4为本发明上位机软件功能示意图。[0024] 附图标记：1?充气装置；2?气泡发生装置；3?图像采集装置；4?气瓶；5?减压阀；6?自动泄压阀；7?流量计；8?电磁阀；9?多孔砂芯；10?带刻度玻璃管；11?图像采集单元；12?计算机；13?摄像头；14?图像采集卡；15?摄像头接口；16?调试串口；17?电源模块；18?内存模块；19?主控芯片；20?USB接口；21?以太网接口；22?存储模块；23?无线通信模块；24?上位机软件；25?调试态；26?初始态；27?采集态；28?打开电磁阀指令；29?关闭电磁阀指令；30?开始采集指令；31?停止采集指令；32?数据输出模块；33?控制功能模块；34?数据传输模块；35?图像处理模块。具体实施方式[0025] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。[0026] 在本发明的实施例描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是单纯物理连接，也可以是电气连接，还可以是无线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。实施例1[0027] 本发明的一个具体实施例，如图1?图4所示，公开了一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统，包括充气装置1、气泡发生装置2和图像采集装置3；充气装置1与气泡发生装置2连接，充气装置1用于为气泡发生装置2提供稳定的气流。图像采集装置3用于采集记录气泡发生装置2测试过程产生的图像数据。[0028] 本实施例的气流法评价起泡剂性能的自动测试系统与传统测试系统相比，增加了自动泄压阀6，防止测试系统压力过大造成事故；采用具有无线功能的电磁阀8取代机械阀门，通过接收图像采集单元11下发的指令完成阀门自动通断，减少测试过程中的冗余操作；将图像采集装置3应用于起泡剂性能评价测试系统中，能减少测试人员工作量，尤其是该系统能全程记录气泡发生消亡过程，通过图像反演起泡剂溶液产生的泡沫首次达到最大体积时所用时间，避免测试人员错误评估计时节点。通过实施例的改进技术，实现气流法评价起泡剂性能测试中气泡生灭图像数据实时精准采集，为准确判断泡沫达到最大体积用时和泡沫半衰期提供依据，从而对起泡剂性能做出更加可靠的评价。[0029] 充气装置1用于为气泡发生装置2提供稳定的气流，包括气瓶4、减压阀5、自动泄压阀6、流量计7和电磁阀8。具体地，气瓶4出口与减压阀5进气口连接，减压阀5出气口与自动泄压阀6入口连接，自动泄压阀6出口与流量计7入口连接，流量计7出口与电磁阀8入口连接。减压阀5上带有进气压力表和出气压力表，自动泄压阀6可设置压力阈值。[0030] 气泡发生装置2用于呈现起泡剂溶液泡沫性能，包括多孔砂芯9和带刻度玻璃管10，多孔砂芯9位于带刻度玻璃管10内部，且多孔砂芯9上表面与带刻度玻璃管10零刻度对齐；电磁阀8出口与带刻度玻璃管10底部入口连接。[0031] 图像采集装置3用于控制电磁阀8通断及实时采集气泡发生装置2中气泡生成消亡过程，包括图像采集单元11及计算机12。[0032] 图像采集单元11用于实时数据采集，包括摄像头13和图像采集卡14。图像采集卡14与摄像头13通过摄像头接口15连接，图像采集卡14与计算机12通过以太网接口21连接。图像采集卡14内部还包括调试串口16、电源模块17、内存模块18、主控芯片19、USB接口20、存储模块22和无线通信模块23，其内部模块、接口分别通过相应总线与主控芯片19连接。[0033] 上位机软件24为安装在计算机12上的软件测试程序，用于起泡剂性能测试指令下发和图像数据采集存储，上位机软件24包括控制功能模块33、数据传输模块34、图像处理模块35和数据输出模块32。[0034] 本实施例的气流法评价起泡剂性能的自动测试系统包括初始态26、调试态25和采集态27三个运行状态，通过上位机软件24控制系统的运行状态，初始态26在上位机软件24中控制功能模块33发送打开电磁阀指令28后变成调试态25，调试态25在上位机软件24中控制功能模块33发送关闭电磁阀指令29后变成初始态26，初始态26在上位机软件24中控制功能模块33发送开始采集指令30后变为采集态27，采集态27在上位机软件24中控制功能模块33发送关闭电磁阀指令29后仍为采集态27，采集态27在上位机软件24中控制功能模块33发送停止采集指令31变为初始态26。实施例2[0035] 本发明的另一个具体实施例，公开了一种适用于气流法评价起泡剂性能的测试方法。采用实施例1的一种适用于气流法评价起泡剂性能的自动测试系统，步骤包括：[0036] 步骤1：调节充气流量[0037] 打开上位机软件24，此时系统处于初始态26，在上位机软件24控制功能模块33发送打开电磁阀指令28，指令通过图像采集单元11的无线通信模块23传递到电磁阀8，电磁阀8打开，此时系统进入调试态25；打开减压阀5开关，调节流量，使流量计7读数为目标流量值；在上位机软件24控制功能模块33发送关闭电磁阀指令29，指令通过无线通信模块23传递到电磁阀8，电磁阀8关闭，此时系统回到初始态26。[0038] 步骤2：加注起泡剂溶液[0039] 用预先配制好的起泡剂溶液润洗气泡发生装置2的带刻度玻璃管10，然后将起泡剂溶液加入气泡发生装置2的带刻度玻璃管10；本实施例中，可加注典型的煤泥分选起泡剂如仲辛醇、异戊醇和甲基异丁基甲醇，但不限于上述起泡剂。[0040] 步骤3：采集泡沫图像[0041] 在上位机软件24控制功能模块33发送开始采集指令30，图像采集单元11通过无线通信模块23将打开电磁阀指令28传递给电磁阀8，电磁阀8打开，同时开始通过摄像头13采集图像数据，此时系统处于采集态27；待到带刻度玻璃管10中泡沫层高度稳定不再发生变化，在上位机软件24控制功能模块33发送关闭电磁阀指令29，电磁阀8关闭，此时系统仍处于采集态27，泡沫开始兼并破裂，泡沫层高度降低；在带刻度玻璃管10中泡沫层高度下降至最大高度一半以下时，在上位机软件24控制功能模块33发送停止采集指令31，电磁阀8关闭，同时摄像头13停止采集图像数据。[0042] 步骤4：处理泡沫图像[0043] 在上位机软件24中的图像处理模块35通过比对图像中泡沫体积变化，确定泡沫所能达到最大体积及初次达到最大体积用时，确定泡沫图像达到最大体积一半用时；将上位机软件24中的图像处理模块35的分析结果在上位机软件24中的数据输出模块32输出。[0044] 需要说明的是，当需要测试其他起泡剂性能时，重复上述步骤。[0045] 本实施例与传统气流法评价起泡剂性能的测试方法相比，利用自动测试系统评价起泡剂性能，这种方法所采集的图像数据能很好的应用于实验过程，实现图像数据的实时、精准记录，便于后续对起泡剂性能定量评价。本发明解决了测试人员对泡沫状态评价不准确及耗时长的问题，为气流法评价起泡剂性能提供更便捷、可靠的途径。[0046] 相较于传统气流法评价起泡剂性能测试装置及方法，本发明可以通过自动泄压阀6减少系统压力过大造成的事故；可以通过无线通信控制电磁阀8开关，减少测试人员操作复杂度，提高测试效率；可以通过图像采集装置3实时记录泡沫生灭过程，通过图像自带时间戳替代秒表计时，准确找到泡沫转折状态如泡沫初次达到最大体积和泡沫由最大体积衰减至一半对应时间戳，进而计算出其用时，以保证测试准确度。[0047] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

专利地区：山西

专利申请日期：2024-08-22

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN118671066B