用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法及系统

权利要求书： 1.一种用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法，其特征在于，包括：在球磨机的转筒外表面固定设置镜面反射单元，所述镜面反射单元能随转动的所述转筒绕该转筒的轴心同步运动；在所述球磨机的转筒外部设置与所述反射单元运动轨迹对应的光源和光敏元件，所述光源的发光能经所述转筒上的镜面反射单元反射给所述光敏元件，所述光敏元件能接收所述反射单元反射所述光源的光信号，并能通过光电转换将与所述球磨机转速信息对应的所述光信号转化为光敏元件输出电压；

检测得出单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数，根据单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数计算得出工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速度和转动周期；

根据计算得出的工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速度、转动周期中的任一参数的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理，包括：(1)以所述球磨机的转筒的转速的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理，方式如下：

预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转速范围设定为n1≤n≤n2，将所述球磨机的转筒的转速按照工作状态的不同划分为三个集合：X高速＝{n|n>n2}

X正常＝{n|n1≤n≤n2}

X低速＝{n|n

计算生产过程中实际测得的所述球磨机的转筒的转速n，若转速n∈X正常则确定所述球磨机处于正常转速工作状态，维持当前转速；若转速n∈X高速，则确定所述球磨机处于高转速工作状态，进行发出报警和/或降低转速的处理；若转速n∈X低速，则确定所述球磨机处于低转速工作状态，进行发出报警和/或提高转速的处理；

(2)以所述球磨机的转筒的转动角速度的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理，方式如下：预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动角速度范围设定为ω1≤ω≤ω2将所述球磨机的转筒的转动角速度按照工作状态的不同划分为三个集合：Y高速＝{ω|ω>ω2}

Y正常＝{ω|ω1≤ω≤ω2}

Y低速＝{ω|ω<ω1}；

计算生产过程中实际测得的所述球磨机的转筒的转动角速度ω，若转动角速度ω∈Y正常则确定所述球磨机处于正常转速工作状态，维持当前转速；若转动角速度ω∈Y高速，则确定所述球磨机处于高转速工作状态，进行发出报警和/或降低转速的处理；若转动角速度ω∈Y低速，则确定所述球磨机处于低转速工作状态，进行发出报警和/或提高转速的处理；

(3)以所述球磨机的转筒的转动周期的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理，方式如下：预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动周期的范围设定内T1≤Tω≤T2，将所述球磨机的转筒的转动周期按照工作状态的不同划分为三个集合：Z高速＝{Tω|Tω

Z正常＝{Tω|T1≤Tω≤T2}Z低速＝{Tω|Tω>T2}；

计算生产过程中实际测得的所述球磨机的转筒的转动周期Tω，若转动周期Tω∈Z正常则确定所述球磨机处于正常转速工作状态，维持当前转速；若转动周期Tω∈Z高速，则确定所述球磨机处于高转速工作状态，进行发出报警和/或降低转速的处理；若转动周期Tω∈Z低速，则确定所述球磨机处于低转速工作状态，进行发出报警和/或提高转速的处理。

2.根据权利要求1所述的用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法，其特征在于，所述方法中，在球磨机的转筒外表面固定设置镜面反射单元，所述反射单元能随所述转筒同步运动包括：

在所述球磨机的转筒的弧形外表面的任一位置固定设置镜面反射单元，所述镜面反射单元能随转动的所述转筒的弧形外表面绕该转筒的轴心同步运动；

或者，在所述球磨机的转筒的任一侧表面偏离轴心的任一位置固定设置镜面反射单元，所述镜面反射单元能随转动的所述转筒的侧外表面绕该转筒的轴心同步运动。

3.根据权利要求1或2所述的用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法，其特征在于，所述方法中，在所述球磨机的转筒外部设置与所述镜面反射单元运动轨迹对应的光源和光敏元件，所述光源的发光能经所述转筒上的镜面反射单元反射给所述光敏元件，所述光敏元件能接收所述镜面反射单元反射所述光源的光信号，并能通过光电转换将与所述球磨机转速信息对应的所述光信号转化为光敏元件输出电压包括：所述光敏元件的接收信号为：x(t)＝s(t?τ)+n(t)；式中，x(t)为t时刻光敏元件的接收信号；τ为光在传播过程中的延时；s(t?τ)为光源照射镜面反射单元或球磨机转筒外表面产生反射时光敏元件的接收信号；n(t)为噪声，表示环境中的光源干扰产生的信号与电路中的热噪声之和；当t时刻光源照射到镜面反射单元时，s(t?τ)取到较大值；当t时刻光源照射到球磨机转筒时，s(t?τ)取到较小值，所述光敏元件输出电压为具有上升沿的周期性电压波形。

4.根据权利要求1或2所述的用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法，其特征在于，所述方法中，检测得出单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数为：以设定的采样周期Ts对所述光敏元件输出电压进行采样，从采样结果中记录得到单位时间T内光敏元件输出电压的上升沿的总数N；

所述球磨机转筒的转速 其中T表示单位时间，N表示单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数；

所述球磨机转筒的转动角速度 其中n表示转筒的转速，T表示单位时间，N表示单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数；

所述球磨机转筒的转动周期 其中n表示转速，T表示单位时间，N表示单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数。

5.根据权利要求4所述的用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法，其特征在于，所述光敏元件输出电压的上升沿通过以下方式确定：若计算第i个采样点与上一个采样点的电脉冲的电压差值δi大于预设的电压阈值δ0，即δi≥δ0，则确认该采样点为光敏元件输出电压的上升沿，该光敏元件输出电压的上升沿对应的采样点序号为i。

6.根据权利要求1所述的用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法，其特征在于，所述方法中，预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转速范围设定为n1≤n≤n2是根据实际生产过程中积累的先验知识，将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转速范围设定为n1≤n≤n2；

预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动角速度范围设定为ω1≤ω≤ω2，是根据实际生产过程中积累的先验知识，将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动角速度范围设定为ω1≤ω≤ω2；

预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动周期的范围设定为T1≤Tω≤T2，是根据实际生产过程中积累的先验知识，将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动周期的范围设定为T1≤Tω≤T2。

7.一种用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的系统，其特征在于，用于实现权利要求1至6任一项所述的方法，包括：镜面反射单元、光源、光敏元件、采样处理装置、检测处理装置和非正常状态处理装置；

其中，

所述镜面反射单元，固定设置于所检测球磨机的转筒外表面，能随转动的所述转筒绕该转筒的轴心同步运动；

所述光源和光敏元件，分别设置在所述球磨机外部与所述反射单元运动轨迹对应的位置，所述光源的发光能经所述转筒上的镜面反射单元反射给所述光敏元件，所述光敏元件能接收所述镜面反射单元反射所述光源的光信号，并能通过光电转换将与所述球磨机转速信息对应的所述光信号转化为光敏元件输出电压；

所述采样处理装置，分别与所述光敏元件的电压输出端和所述检测处理装置电气连接，能对所述光敏元件的输出电压进行采样，并检测得出单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数，利用所述光敏元件输出电压的上升沿的总数计算得出所述球磨机的转筒的转速、转动角速度和转动周期；

所述检测处理装置，与所述非正常状态处理装置电气连接，能根据工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速度、转动周期中的任一参数的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态；

所述非正常状态处理装置，能根据所述检测处理装置确定的所检测球磨机的当前工作状态，在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理。

8.根据权利要求7所述的用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的系统，其特征在于，所述采样处理装置包括：

采样装置、计数装置和信号处理装置；其中，所述采样装置，分别与所述计数装置和信号处理装置电气连接，能在预设的采样周期Ts对所述光敏元件输出电压进行采样，输出每个采样点处所述光敏元件输出电压的幅值；

所述计数装置，能根据所述采样装置采样后输出的每个采样点处所述光敏元件输出电脉冲的幅值，计算得出单位时间T内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数；

所述信号处理装置，能根据计算得出的单位时间T内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数，通过第一公式 计算得出所述球磨机转筒的转速n，该第一公式中，T表示单位时间，N表示单位时间内光敏元件输出电压的上升沿的总数；通过第二公式计算得出所述球磨机的转动角速度ω，该第二公式中，n表示所述球磨机转筒的转速，T表示单位时间，N表示单位时间内光敏元件输出电压的上升沿的总数；以及通过第三公式计算得出所述球磨机的转动周期Tω，该第三公式中，n表示所述球磨机转筒的转速，T表示单位时间，N表示单位时间内光敏元件输出电压的上升沿的总数。

9.根据权利要求7或8所述的用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的系统，其特征在于，所述非正常状态处理装置内设置报警电路和/或自控电路，所述报警电路能对非正常工作状态进行报警，所述自控电路能在非正常工作状态时对球磨机进行转速调节。

说明书： 用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法及系统技术领域[0001] 本发明涉及球磨机工作状态检测领域，尤其涉及一种用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法及系统。

背景技术[0002] 在现有的球磨机设备工作环境中，为了提高生产的效率以及减少更换球磨机内壁衬板的成本，需要根据球磨机的工作状态，通过调节球磨机的转速来控制生产过程。球磨机

的工作状态可以分为低转速(角速度ω<ω1)状态、正常转速(角速度ω1≤ω≤ω2)状态和

高转速(角速度ω>ω2)状态。图1至图3为球磨机三种工作状态的示意图，包括了研磨介质

球(以下简称介质球10)的起抛点和落点以及滑落物料20形成的物料线30。由物理知识，在

球磨机内物料体积一定的前提下，介质球的落点与物料线的位置都是球磨机转速ω的函

数。实际生产中，企业希望球磨机总是处于正常转速状态，在正常状态下，介质球起抛点高，

撞击发生在物料线附近的下方，即主要撞击在物料上，动能大，研磨效果最好。当球磨机处

于低转速状态时，撞击发生在物料线下方较远的位置，此时介质球起抛点很低或主要滚动

在物料中，无法使物料得到充分研磨，生产效率低。当球磨机处于高转速状态时，介质球起

抛点更高，撞击发生在物料线的上方，即研磨介质球主要撞击在衬板上，不仅研磨效率低，

更重要的是会损坏衬板。

[0003] 目前国内球磨机的工作状态的主要通过工人监听来进行监测，通过不同工作状态下介质球发生撞击的音色不同对工作状态加以区分。该方法不仅消耗人力，而且不能实现

全天候自动实时监控。

发明内容[0004] 基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法及系统，能解决现有以工人监听来进行监测球磨机的工作状态，不

仅消耗人力，而且不能实现全天候实时监控的问题。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：[0006] 本发明实施方式提供一种用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法，包括：

[0007] 在球磨机的转筒外表面固定设置镜面反射单元，所述镜面反射单元能随转动的所述转筒绕该转筒的轴心同步运动；在所述球磨机的转筒外部设置与所述反射单元运动轨迹

对应的光源和光敏元件，所述光源的发光能经所述转筒上的镜面反射单元反射给所述光敏

元件，所述光敏元件能接收所述反射单元反射所述光源的光信号，并能通过光电转换将与

所述球磨机转速信息对应的所述光信号转化为光敏元件输出电压；

[0008] 检测得出单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数，根据单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数计算得出工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速

度和转动周期；

[0009] 根据计算得出的工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速度、转动周期中的任一参数的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并在当前工作

状态为非正常工作状态时进行相应的处理。

[0010] 本发明实施方式还提供一种用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的系统，用于实现上述的方法，包括：

[0011] 镜面反射单元、光源、光敏元件、采样处理装置、检测处理装置和非正常状态处理装置；其中，

[0012] 所述镜面反射单元，固定设置于所检测球磨机的转筒外表面，能随转动的所述转筒绕该转筒的轴心同步运动；

[0013] 所述光源和光敏元件，分别设置在所述球磨机外部与所述反射单元运动轨迹对应的位置，所述光源的发光能经所述转筒上的镜面反射单元反射给所述光敏元件，所述光敏

元件能接收所述镜面反射单元反射所述光源的光信号，并能通过光电转换将与所述球磨机

转速信息对应的所述光信号转化为光敏元件输出电压；

[0014] 所述采样处理装置，分别与所述光敏元件的电压输出端和所述检测处理装置电气连接，能对所述光敏元件的输出电压进行采样，并检测得出单位时间内所述光敏元件输出

电压的上升沿的总数，利用所述光敏元件输出电压的上升沿的总数计算得出所述球磨机的

转筒的转速、转动角速度和转动周期；

[0015] 所述检测处理装置，与所述非正常状态处理装置电气连接，能根据工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速度、转动周期中的任一参数的实际值与正常值的大小关系，确

定所检测球磨机的当前工作状态；

[0016] 所述非正常状态处理装置，能根据所述检测处理装置确定的所检测球磨机的当前工作状态，在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理。

[0017] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法及系统，其有益效果为：

[0018] 通过在球磨机的转筒上设置镜面反射单元，并在反射单元运动轨迹对应的转筒外部位置设置光源和光敏元件，实现非接触式光电转换对球磨机进行测速，在不影响生产的

情况下通过对球磨机实际工作状态进行精准测速，进而检测出球磨机的当前工作状态，对

非正常工作状态及时进行处理，如报警由人工调速，或自动调速等。相比人工监测球磨机工

作状态的方式，不仅能实现自动化检测，也能实现实时及准确的检测。

附图说明[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本

领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他

附图。

[0020] 图1为本发明实施例提供的球磨机工作状态的低转速工作状态示意图；[0021] 图2为本发明实施例提供的球磨机工作状态的正常转速工作状态示意图；[0022] 图3为本发明实施例提供的球磨机工作状态的高转速工作状态示意图；[0023] 图4为本发明实施例提供的用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法的流程图；

[0024] 图5为本发明实施例提供的实现方法的一种系统构成示意图；[0025] 图6为本发明实施例提供的实现方法的另一种系统构成示意图；[0026] 图7为本发明实施例提供的球磨机正常转速与低转速的临界工作状态下光敏元件输出电压波形示意图；

[0027] 图8为本发明实施例提供的球磨机正常转速与高转速的临界工作状态下光敏元件输出电压波形示意图；

[0028] 图中各标记对应的部件为：1?镜面反射单元；2?光源；3?光敏元件；4?采样处理装置；5?检测处理装置；6?非正常状态处理装置；7?球磨机的转筒外表面；8?光源和光敏元件

的支架；A?光源与光敏元件的防护罩；B?光路。

具体实施方式[0029] 下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明

的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，

都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员

公知的现有技术。

[0030] 如图4所示，本发明一种用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法，以非接触式光电测速方式，能实现准确、快速地检测球磨机工作状态，进而进行报警和/或调控球

磨机转速，使其处于正常转速工作状态的方法，包括：

[0031] 在球磨机的转筒外表面固定设置镜面反射单元，所述镜面反射单元能随转动的所述转筒绕该转筒的轴心同步运动；在所述球磨机的转筒外部设置与所述反射单元运动轨迹

对应的光源和光敏元件，所述光源的发光能经所述转筒上的镜面反射单元反射给所述光敏

元件，所述光敏元件能接收所述反射单元反射所述光源的光信号，并能通过光电转换将与

所述球磨机转速信息对应的所述光信号转化为光敏元件输出电压；

[0032] 检测得出单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数，根据单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数计算得出工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速

度和转动周期；

[0033] 根据计算得出的工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速度、转动周期中的任一参数的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并在当前工作

状态为非正常工作状态时进行相应的处理。

[0034] 上述方法中，在球磨机的转筒外表面固定设置镜面反射单元，所述反射单元能随所述转筒同步运动包括：

[0035] 在所述球磨机的转筒的弧形外表面的任一位置固定设置镜面反射单元(参见图5)，所述镜面反射单元能随转动的所述转筒的弧形外表面绕该转筒的轴心同步运动；

[0036] 或者，在所述球磨机的转筒的任一侧表面偏离轴心的任一位置固定设置镜面反射单元(参见图6)，所述镜面反射单元能随转动的所述转筒的侧外表面绕该转筒的轴心同步

运动。

[0037] 优选的，光源和光敏元件均可设置防护罩，这样光源能发射指向性更强的光，光敏元件也能更好的接收发射的光。优选的，光源本身可采样指向性强的光源。

[0038] 上述方法中，在所述球磨机的转筒外部设置与所述镜面反射单元运动轨迹对应的光源和光敏元件，所述光源的发光能经所述转筒上的镜面反射单元反射给所述光敏元件，

所述光敏元件能接收所述镜面反射单元反射所述光源的光信号，并能通过光电转换将与所

述球磨机转速信息对应的所述光信号转化为光敏元件输出电压包括：

[0039] 所述光敏元件的接收信号为：x(t)＝s(t?τ)+n(t)；式中，x(t)为t时刻光敏元件的接收信号；τ为光在传播过程中的延时；s(t?τ)为光源照射镜面反射单元或球磨机转筒外表

面产生反射时光敏元件的接收信号；n(t)为噪声，表示环境中的光源干扰产生的信号与电

路中的热噪声之和；当t时刻光源照射到镜面反射单元时，s(t?τ)取到较大值；当t时刻光源

照射到球磨机转筒时，s(t?τ)取到较小值，所述光敏元件输出电压为具有上升沿的周期性

电压波形。这样，随着球磨机转筒的转动，光敏元件能输出具有上升沿周期性的输出电压波

形。

[0040] 由于光源比环境光的强度高，故噪声相对于光敏元件理论输出极小，可忽略不计。同时，当光照射到镜面反射单元上时，产生的是镜面反射，无漫反射，而当光照射到球磨机

转筒外表面时，由于转筒外表面粗糙，产生的是漫反射，无镜面反射。同时对相同的光源，镜

面反射的反射光强度远远大于漫反射的反射光强度。因此，当t时刻光源照射到反射单元

时，s(t?τ)取到较大值；当t时刻光源照射到球磨机转筒时，s(t?τ)取到较小值。光敏元件的

输出电脉冲波形示意如图7、8所示，其中，图7示意了球磨机的转筒正常转速与低转速工作

状态下(n＝n1,ω＝ω1,Tω＝T1)的临界工作状态下光敏元件输出电压的波形；图8示意了球

磨机的转筒正常转速与高转速工作状态下(n＝n2,ω＝ω2,Tω＝T2)的临界工作状态下光敏

元件输出电压的波形。

[0041] 上述方法中，检测得出单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数为：[0042] 以设定的采样周期Ts对所述光敏元件输出电压进行采样，从采样结果中记录得到单位时间T内光敏元件输出电压的上升沿的总数N；

[0043] 所述球磨机转筒的转速 其中T表示单位时间，N表示单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数；

[0044] 所述球磨机转筒的转动角速度 其中n表示转筒的转速，T表示单位时间，N表示单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数；

[0045] 所述球磨机转筒的转动周期 其中n表示转速，T表示单位时间，N表示单位时间内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数。

[0046] 上述方法中，所述光敏元件输出电压的上升沿通过以下方式确定：[0047] 若计算第i个采样点与上一个采样点的电脉冲的电压差值δi大于预设的电压阈值δ0，即δi≥δ0，则确认该采样点为光敏元件输出电压的上升沿，该光敏元件输出电压的上升

沿对应的采样点序号为i。

[0048] 上述方法中，根据计算得出的工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速度、转动周期中的任一参数的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并

在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理包括：

[0049] (1)以所述球磨机的转筒的转速的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理，方式如下：

[0050] 预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转速范围设定为n1≤n≤n2，将所述球磨机的转筒的转速按照工作状态的不同划分为三个集合：

[0051] X高速＝{n|n>n2}[0052] X正常＝{n|n1≤n≤n2}[0053] X低速＝{n|n[0054] 计算生产过程中实际测得的所述球磨机的转筒的转速n，若转速n∈X正常则确定所述球磨机处于正常转速工作状态，维持当前转速；若转速n∈X高速，则确定所述球磨机处于高

转速工作状态，进行发出报警和/或降低转速的处理；若转速n∈X低速，则确定所述球磨机处

于低转速工作状态，进行发出报警和/或提高转速的处理；

[0055] (2)以所述球磨机的转筒的转动角速度的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理，方式

如下：

[0056] 预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动角速度范围设定为ω1≤ω≤ω2，将所述球磨机的转筒的转动角速度按照工作状态的不同划分为三个集合：

[0057] Y高速＝{ω|ω>ω2}[0058] Y正常＝{ω|ω1≤ω≤ω2}[0059] Y低速＝{ω|ω<ω1}；[0060] 计算生产过程中实际测得的所述球磨机的转筒的转动角速度ω，若转动角速度ω∈Y正常则确定所述球磨机处于正常转速工作状态，维持当前转速；若转动角速度ω∈Y高速，则

确定所述球磨机处于高转速工作状态，进行发出报警和/或降低转速的处理；若转动角速度

ω∈Y低速，则确定所述球磨机处于低转速工作状态，进行发出报警和/或提高转速的处理；

[0061] (3)以所述球磨机的转筒的转动周期的实际值与正常值的大小关系，确定所检测球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理，方式如

下：

[0062] 预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动周期的范围设定内T1≤Tω≤T2，将所述球磨机的转筒的转动周期按照工作状态的不同划分为三个集合：

[0063] Z高速＝{Tω|Tω[0064] Z正常＝{Tω|T1≤Tω≤T2}[0065] Z低速＝{Tω|Tω>T2}；[0066] 计算生产过程中实际测得的所述球磨机的转筒的转动周期Tω，若转动周期Tω∈Z正常则确定所述球磨机处于正常转速工作状态，维持当前转速；若转动周期Tω∈Z高速，则确定

所述球磨机处于高转速工作状态，进行发出报警和/或降低转速的处理；若转动周期Tω∈

Z低速，则确定所述球磨机处于低转速工作状态，进行发出报警和/或提高转速的处理。

[0067] 上述方法中，预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转速范围设定为n1≤n≤n2是根据实际生产过程中积累的先验知识，将所检测球磨机正常转速工作状态的转

筒的转速范围设定为n1≤n≤n2；

[0068] 预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动角速度范围设定为ω1≤ω≤ω2，是根据实际生产过程中积累的先验知识，将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒

的转动角速度范围设定为ω1≤ω≤ω2；

[0069] 预先将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒的转动周期的范围设定为T1≤Tω≤T2，是根据实际生产过程中积累的先验知识，将所检测球磨机正常转速工作状态的转筒

的转动周期的范围设定为T1≤Tω≤T2。

[0070] 参见图5、6，本发明实施例还提供一种用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的系统，用于实现上述的方法，包括：

[0071] 镜面反射单元、光源、光敏元件、采样处理装置、检测处理装置和非正常状态处理装置；其中，

[0072] 所述镜面反射单元，固定设置于所检测球磨机的转筒外表面，能随转动的所述转筒绕该转筒的轴心同步运动；

[0073] 所述光源和光敏元件，分别设置在所述球磨机外部与所述反射单元运动轨迹对应的位置，所述光源的发光能经所述转筒上的镜面反射单元反射给所述光敏元件，所述光敏

元件能接收所述镜面反射单元反射所述光源的光信号，并能通过光电转换将与所述球磨机

转速信息对应的所述光信号转化为光敏元件输出电压；

[0074] 所述采样处理装置，分别与所述光敏元件的电压输出端和所述检测处理装置电气连接，能对所述光敏元件的输出电压进行采样，并检测得出单位时间内所述光敏元件输出

电压的上升沿的总数，利用所述光敏元件输出电压的上升沿的总数计算得出所述球磨机的

转筒的转速、转动角速度和转动周期；

[0075] 所述检测处理装置，与所述非正常状态处理装置电气连接，能根据工作时所述球磨机的转筒的转速、转动角速度、转动周期中的任一参数的实际值与正常值的大小关系，确

定所检测球磨机的当前工作状态；

[0076] 所述非正常状态处理装置，能根据所述检测处理装置确定的所检测球磨机的当前工作状态，在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理。

[0077] 优选的，光源和光敏元件均可设置防护罩，这样光源能发射指向性更强的光，光敏元件也能更好的接收发射的光。优选的，光源本身可采样指向性强的光源。

[0078] 上述系统中，采样处理装置包括：采样装置、计数装置和信号处理装置；[0079] 其中，所述采样装置，分别与所述计数装置和信号处理装置电气连接，能在预设的采样周期Ts对所述光敏元件输出电压进行采样，输出每个采样点处所述光敏元件输出电压

的幅值；

[0080] 所述计数装置，能根据所述采样装置采样后输出的每个采样点处所述光敏元件输出电脉冲的幅值，计算得出单位时间T内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数；

[0081] 所述信号处理装置，能根据计算得出的单位时间T内所述光敏元件输出电压的上升沿的总数，通过第一公式 计算得出所述球磨机转筒的转速n，该第一公式中，T表示单

位时间，N表示单位时间内光敏元件输出电压的上升沿的总数；通过第二公式

计算得出所述球磨机的转动角速度ω，该第二公式中，n表示所述球磨机转筒的转速，T表示

单位时间，N表示单位时间内光敏元件输出电压的上升沿的总数；以及通过第三公式

计算得出所述球磨机的转动周期Tω，该第三公式中，n表示所述球磨机转筒的转

速，T表示单位时间，N表示单位时间内光敏元件输出电压的上升沿的总数。

[0082] 上述系统中，非正常状态处理装置内设置报警电路和/或自控电路，所述报警电路能对非正常工作状态进行报警，所述自控电路能在非正常工作状态时对球磨机进行转速调

节。

[0083] 本发明的方法及系统通过非接触的光电测速方式测出球磨机转筒的转速，进而计算得出转筒的转动角速度和转动周期，利用转速、转动角速度、转动周期中的任一参数，计

算得出球磨机的当前工作状态，根据当前工作状态的不同，向报警电路输出不同的信号，控

制报警器通过光、声等形式向工人报警，提醒工人改变球磨机工作速度，也可以通过自控电

路对球磨机进行调速，使其恢复至正常工作状态。

[0084] 下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。[0085] 本发明实施例提供一种用非接触式测速实现球磨机工作状态检测的方法，如图4所示，该方法主要包括如下步骤：

[0086] 步骤S1：在球磨机转筒外表面设置镜面反射单元，在球磨机外部合适的位置设置方向性较强光源与光敏元件，利用光敏元件将球磨机转速信息通过光信号转化为光敏元件

输出电压。

[0087] 本步骤完成信号形式的转化，将反应球磨机的转速信息的光信号转化为便于处理的光敏元件输出电压，为后续处理提供便利。在球磨机转筒外表面设置镜面反射单元，在球

磨机外部适宜的位置设置方向性较强光源与光敏元件，可选的方案包括但不限于图4、5所

示的两种方案。设光敏元件接收的信号如下：

[0088] x(t)＝s(t?τ)+n(t)[0089] 其中，x(t)为t时刻光敏元件接收信号，τ代表光在传播过程中的延时，s(t?τ)为光源照射镜面反射单元或球磨机转筒外表面产生反射时光敏元件的接收信号，n(t)为环境中

的光源干扰产生的信号与电路中的热噪声之和，统称为噪声。

[0090] 由于光源比环境光的强度高，故噪声相对于光敏元件理论输出极小，可忽略不计。同时，当光照射到镜面反射单元上时，产生的是镜面反射，无漫反射，而当光照射到球磨机

转筒外表面时，由于转筒外表面粗糙，产生的是漫反射，无镜面反射。同时对相同的光源，镜

面反射的反射光强度远远大于漫反射的反射光强度。因此，当t时刻光源照射到镜面反射单

元时，s(t?τ)取到较大值；当t时刻光源照射到球磨机转筒时，s(t?τ)取到较小值。光敏元件

的输出电压波形示意图如图7、8所示。

[0091] 步骤S2：检测单位时间光敏元件输出电压的上升沿的总数，通过单位时间内光敏元件输出电压的上升沿的总数计算球磨机转筒的转速、转动角速度、转动周期；

[0092] 利用采样设备，在足够小的采样周期Ts下对光敏元件的输出电流进行采样。设置电压阈值δ0，计算单位时间内光敏元件输出电压的上升沿的总数N。光敏元件输出电压的上

升沿的计算方法为：对第i个采样点，依次计算第i个采样点与上一个采样点的电压差值δi，

若δi≥δ0，则称该点为光敏元件输出电压的上升沿，并记录此时的采样点序号i，记录上升沿

的总数N。

[0093] 在采样的单位时间T中，可认为球磨机转速恒定，[0094] 则球磨机转筒的转速为：[0095] 球磨机转筒的转动角速度为：[0096] 球磨机转筒的转动周期为：[0097] 步骤S3：根据步骤S2经非接触测量和计算得出的工作时球磨机的转筒的转速、转动角速度、转动周期中的任一参数的实际值与正常值的大小关系，检测球磨机设备的工作

状态，对非正常工作状态进行对应测量，如进行非正常工作状态报警和/或自动对球磨机进

行调速。

[0098] 图1至图3为球磨机三种工作状态的示意图，三种工作状态通过介质球落点与物料线的相对关系确定。当介质球落点位于物料线稍下方，为正常转速工作状态；当介质球落点

在物料线下方很远，为低转速工作状态；当介质球落点在物料线上方，为高转速工作状态。

由物理知识可知，介质球的落点与物料线位置都是球磨机转筒转速的函数，在每一个滚筒

转速条件下，都有一个相应的介质球落点与物料线的对应关系。

[0099] 由以上分析，提供三种方法进行球磨机工作状态的检测。[0100] 方式一：根据实际生产过程中积累的先验知识，将球磨机正常转速工作状态的转筒转速确定在一定范围内，设正常工作状态的转筒转速范围为n1≤n≤n2，则可将球磨机转

筒转速按照工作状态的不同划分为三个集合：

[0101] X高速＝{n|n>n2}[0102] X正常＝{n|n1≤n≤n2}[0103] X低速＝{n|n[0104] 计算生产过程中以非接触电磁感应实际测得的球磨机转筒的转速n，若n∈X正常则球磨机处于正常转速工作状态，维持当前转速即可；若n∈X高速，则球磨机处于高转速工作状

态，需要降低转速；若n∈X低速，则球磨机处于低转速工作状态，需要提高转速。

[0105] 方式二：根据实际生产过程中积累的先验知识，将球磨机正常转速工作状态的转筒转动角速度确定在一定范围内，设正常工作状态的转筒转动角速度范围为ω1≤ω≤ω2，

则可将球磨机转筒转动角速度按照工作状态的不同划分为三个集合：

[0106] Y高速＝{ω|ω>ω2}[0107] Y正常＝{ω|ω1≤ω≤ω2}[0108] Y低速＝{ω|ω<ω1}[0109] 计算生产过程中以非接触电磁感应实际测得的球磨机转筒的转动角速度ω，若ω∈Y正常则球磨机处于正常转速工作状态，维持当前转速即可；若ω∈Y高速，则球磨机处于高转

速工作状态，需要降低转速；若ω∈Y低速，则球磨机处于低转速工作状态，需要提高转速。

[0110] 方式三：根据实际生产过程中积累的先验知识，将球磨机正常转速工作状态的转动周期确定在一定范围内，设正常工作的转动周期范围为T1≤Tω≤T2，则可将转动周期按照

工作状态的不同划分为三个集合：

[0111] Z高速＝{Tω|Tω[0112] Z正常＝{Tω|T1≤Tω≤T2}[0113] Z低速＝{Tω|Tω>T2}[0114] 计算生产过程中以非接触电磁感应实际测得的球磨机转动周期Tω，若Tω∈Z正常则球磨机处于正常转速工作状态，维持当前转速即可；若Tω∈Z高速，则球磨机处于高转速工作

状态，需要降低转速；若Tω∈Z低速，则球磨机处于低转速工作状态，需要提高转速。

[0115] 综上，本发明通过非接触光电测速得出球磨机转筒的转速、转动角速度、转动周期，利用这些参数中的任一个均能获取球磨机的当前工作状态，根据当前工作状态的不同，

向报警电路输出不同的信号，控制报警器通过光、声等形式向工人报警，提醒工人改变球磨

机工作速度，进一步也可以通过自控电路控制根据当前工作状态对球磨机进行调速。

[0116] 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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，

都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范

围为准。

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