Устройство, способ и система мониторинга
Изобретение относится к области электротехники, а именно к пространственному и временному мониторингу материала, и может быть использовано в промышленности и экспериментальных процессах. Представлены устройство, система и способ для применения в регистрации данных от текучей среды внутри области материала при проведении кучного выщелачивания. Устройство включает одну или более цепочек датчиков, размещенных в области анализируемого материала. Каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля. Датчики приспособлены для периодического получения данных от датчиков, имеющих отношение к химическим свойствам текучей среды, окружающей датчик, на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных от датчика через коммуникационный кабель на один или более сетевые концентраторы. Предложенный способ и устройство позволяют отследить действие вымывающего щелока в режиме реального времени и изменить параметры кучного выщелачивания. Повышение точности контроля технологических параметров среды в режиме реального времени является техническим результатом изобретения. 5 н. и 23 з.п. ф-лы, 20 ил.
[1] Настоящая заявка относится к пространственному и временнóму мониторингу материала в промышленных и экспериментальных процессах.
Уровень техники
[2] Многие промышленные процессы и операции водоподготовки и обработки сточных вод в городских советах требуют постоянного отслеживания и контроля параметров процессов. Многие из этих параметров отслеживаются вне места действия и сторонним лабораторным анализом, на которые в обоих случаях затрачивается много времени, и которые поэтому обусловливают значительные задержки между отбором образцов и анализом. Это препятствует оптимизации и контролю процессов в режиме реального времени.
[3] Дополнительной проблемой анализа технологических параметров вне места действия и в лаборатории (известного как взятие пробы из партии) состоит в том, что он может быть неточным. Например, существует возможность человеческой ошибки, или изменения образца перед измерением. В дополнение, высока стоимость трудозатрат, материалов и оборудования для отбора образцов и проведения анализа.
[4] Кроме того, анализ вне места действия и в лаборатории занимает время, и существует время запаздывания между отбором образца, проведением анализа и принятием мер, что не способствует немедленному реагированию на возникающие экологические или технологические проблемы. Кроме того, сам акт взятия образца оказывает влияние на параметры процесса, поскольку сам отбор образца обычно является помехой для всей системы (то есть, например, при землеройных работах).
[5] В то время как существуют технологии датчиков на месте (on-site) и в ходе действия (in-situ), которые позволяют контролировать некоторые технологические параметры, экстремальные физические и химические условия многих процессов (например, промышленных и муниципальных процессов) препятствуют применению многих технологий датчиков и ограничивают типы параметров, которые могут быть измерены.
[6] Дополнительной проблемой является то, что невозможна непрерывная оптимизация технологических параметров в экстремальных физических и химических условиях, поскольку датчики не могут надежно использоваться в жестких условиях окружающей среды в течение любого подходящего периода времени (без отказа или необходимости в повторной калибровке), чтобы обеспечивать оптимизацию процесса.
[7] Кроме того, чрезмерно обстоятельные измерения в режиме реального времени являются непрактичными и/или неэкономичными для некоторых экспериментальных испытаний вследствие экстремальных физических и химических условий среды.
[8] Представленное здесь обсуждение предпосылок изобретения, включающее ссылки на документы, действия, материалы, устройства, изделия и тому подобные, включено для разъяснения контекста настоящего изобретения. Оно не должно восприниматься как признание или указание на то, что любой из упомянутых материалов был опубликован, известен или составлял часть общего знания в Австралии или любой другой стране, на дату приоритета любого из пунктов формулы изобретения.
Сущность изобретения
[9] Согласно первому аспекту, настоящее изобретение представляет устройство для применения в регистрации данных о текучей среде внутри области материала при проведении кучного выщелачивания, причем устройство включает: одну или многие цепочки датчиков, размещенные в области анализируемого материала, причем каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики приспособлены для периодического получения данных датчика, имеющих отношение к химическим свойствам окружающей датчик текучей среды, на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных датчика через коммуникационный кабель на один или многие сетевые концентраторы.
[10] Настоящее изобретение благоприятным образом позволяет анализировать текучую среду внутри области материала посредством одной или многих цепочек датчиков, размещенных в материале, и датчики могут оставаться в материале и сообщать данные относительно материала в течение времени. Следует понимать, что материал может включать массу грунта, массу материала в технологии кучного выщелачивания.
[11] Технология кучного выщелачивания может включать подвергаемый выщелачиванию отвал или систему для моделирования кучного выщелачивания, такую как в конфигурации ящика или колонны. В технологии кучного выщелачивания руда добывается и измельчается перед помещением на футерованной подстилке.
[12] Затем руда орошается выщелачивателем для формирования экстракта, который затем собирается в бассейн или в бак. В зависимости от руды, размещения щелока, условий окружающей среды и тому подобного, ряд параметров внутри подвергаемой выщелачиванию кучи будет обусловливать эффективность действия кучного выщелачивания, количество расходуемых материалов, используемых в кучном выщелачивании, и тому подобное. Конструкции ящиков и колонн используются для моделирования крупномасштабных вариантов применения кучного выщелачивания, и в настоящее время анализ с использованием конфигураций ящиков и колонн ограничен определением параметров после того, как экстракт был выделен и собран на дне ящика или колонны – и не дает возможности отследить действие вымывающего щелока in-situ и в режиме реального времени так, например, чтобы один или многие параметры кучного выщелачивания могли бы быть изменены для улучшения операции.
[13] В качестве дополнительного преимущества, настоящее изобретение определяет химические свойства текучей среды внутри области материала во времени, что затем позволяет корректировать химические параметры материала, чем, в свою очередь, можно улучшать экстракцию металлов из руды (например). Также могут быть скорректированы физические параметры, такие как скорость просачивания при орошении, расхода потока окислителя, и тому подобные.
[14] Настоящее изобретение благоприятным образом позволяет непрерывно отслеживать процессы биовыщелачивания, и обеспечивает возможность пространственного мониторинга подвергаемых биовыщелачиванию масс. Настоящее изобретение также может быть использовано для маломасштабных вариантов применения, таких как выщелачивание в баке или в ящике. Настоящее изобретение обеспечивает непрерывный пространственный мониторинг во времени вымывающих щелоков и их химических характеристик. Это, в свою очередь, позволяет контролировать в режиме реального времени параметры в ходе кучного выщелачивания, например, температуру, химические характеристики, концентрации химических компонентов (например, кислоты), течение воздуха, течение жидкости, аэрацию, цикличность орошения, и тому подобные. Контроль этих параметров в режиме реального времени позволяет улучшить степень извлечения и эффективность выщелачивания, а также сокращение количества расходуемых материалов (то есть, материалов, используемых для выщелачивания).
[15] Предпочтительно два или более твердотельных датчиков представляют собой один или многие из потенциометрических датчиков, амперометрических датчиков, кулонометрических датчиков, импедиметрических датчиков, и вольтамперометрических датчиков. Твердотельный датчик может представлять собой широкополосный полупроводниковый химический датчик.
[16] Два или более твердотельных датчиков предпочтительно адаптированы для вывода выходных данных или данных, показательных для химических свойств текучей среды, окружающей датчик, причем химические свойства включают одно или более из окислительно-восстановительного потенциала (ORP), ионов растворенных металлов, растворенного кислорода, растворенного СО2, растворенного H2S; и/или концентраций, молярностей, потенциалов или парциальных давлений представляющих интерес химических веществ, или других наблюдаемых физических или химических явлениях, для передачи выходных данных на сетевой концентратор.
[17] Кроме того, два или более твердотельных датчиков предпочтительно предназначены для вывода выходных данных или данных, показательных для изменения на протяжении предварительно определенного периода времени химических свойств окружающей датчик текучей среды. Химические свойства включают одну или многие характеристики из окислительно-восстановительного потенциала (ORP), ионов растворенных металлов, растворенного кислорода, растворенного СО2, растворенного H2S; и/или концентраций, молярностей, потенциалов или парциальных давлений представляющих интерес химических веществ, или другие наблюдаемые физические или химические явления, на протяжении предварительно определенного периода времени для передачи выходных данных на сетевой концентратор.
[18] В одном варианте осуществления настоящее изобретение позволяет измерять значение рН с помощью твердотельных датчиков. Типичные рН-датчики представляют собой ион-селективные «стеклянные электроды», которые часто имеют внутренний электрод сравнения. Стеклянные рН-электроды имеют высокий импеданс, и нуждаются в специальных электронных устройствах для регистрации сигнала – их недостатком является погрешность при определении щелочности в средах с высоким значение рН, и погрешность при определении кислотности, когда величина рН очень низка. Они также являются хрупкими и требуют постоянной калибровки вследствие дрейфа и нестабильности. Кроме того, некоторые твердотельные датчики, такие как ISFET-сенсоры (по технологии ион-селективных полевых транзисторов), также подвержены проявлению эффектов дрейфа и гистерезиса, и чувствительны к свету.
[19] Твердотельный рН-датчик может принимать любую форму, и, например, может относиться к типу, описанному в патентной заявке авторов настоящего изобретения для рН-датчика на металлоксидной основе US 15/507,580.
[20] В настоящем изобретении благоприятным образом используются твердотельные датчики, и, в частности, полупроводниковые датчики с широкой запрещенной зоной, чтобы обеспечить устойчивость к химическим веществам (тогда как в то же время быть способными к измерению аспектов указанных химикатов), и без утраты функциональности при действии в условиях экстремальных температур.
[21] Предпочтительно также предусматриваются один или многие электроды сравнения. Электроды сравнения могут быть твердотельными электродами сравнения. Электроды сравнения могут использоваться в комбинации с одним или многими датчиками для электрохимических измерений. Для измерения уровней рН предпочтительно предусматривается по меньшей мере один из электродов сравнения, и, в частности, твердотельный электрод сравнения.
[22] Электрод сравнения в экстремальных средах должен быть стабильным и обеспечивать точный электродный потенциал. Типичные электроды сравнения представляют собой Ag/AgCl, насыщенный каломельный электрод (SCE). Эти электроды заполнены жидкостью или гелем с известной концентрацией соли. Электрод сравнения находится в контакте с раствором через кончик из высококремнистого стекла (вайкора) или другой пористый материал. Проблема с обычными электродами сравнения состоит в том, что соли в жидкости или геле будут медленно диффундировать через кончик, и в конечном итоге концентрация соли изменяется, что вызывает дрейф опорного потенциала, который затем влияет на электрохимические измерения.
[23] Еще многие твердотельные электроды сравнения имеют проблемы со стабильностью электродного сигнала (в экстремальных средах), а также имеют высокий импеданс.
[24] В настоящем изобретении может использоваться любой пригодный твердотельный электрод сравнения, имеющий надлежащие химическую устойчивость, кислотостойкость, термостойкость и механическую стабильность. Твердотельный электрод сравнения может принимать любую форму, и может быть типа, например, подобного описанному в патентной заявке авторов настоящего изобретения для электрода сравнения 2017901642.
[25] В одном варианте исполнения один или многие датчики связаны с твердотельным электродом сравнения. Один или многие датчики предпочтительно получают данные датчиков относительно химических свойств одновременно или поочередно, посредством временнóго мультиплексирования.
[26] Наличие многочисленных обычно упоминаемых датчиков благоприятным образом обеспечивает возможность размещения мультисенсорной системы в технологиях кучного выщелачивания, таких как в баках или ящиках (для тестирования), перед применением в самом кучном выщелачивании. Тем самым настоящее изобретение может управлять химической обработкой по технологии кучного выщелачивания интерпретацией многочисленных отсчетов параметров локального поведения в структуре кучного выщелачивания.
[27] Сбор данных на протяжении времени накопления от пространственно, во времени и электрически взаимосвязанных датчиков позволяет повысить способность улучшать управление процессом. Обилие и точность полученных от датчиков данных позволяет эффективно применять многопараметрическую оптимизацию технологии кучного выщелачивания.
[28] Следует понимать, что цепочки датчиков могут быть размещены в виде двумерной пространственной структуры. Двумерная пространственная структура может включать матрицу, сеть или паутину, круг, спираль, или тому подобные.
[29] Следует понимать, что цепочки датчиков могут быть размещены в виде трехмерной пространственной структуры. Трехмерная пространственная структура может включать спиралевидную форму, параллелепипед, сферу, или тому подобные. Цепочки датчиков также могут быть размещены с беспорядочным распределением.
[30] Кроме того, следует понимать, что две или более цепочек датчиков могут быть размещены в первой плоскости, второй плоскости, как в первой, так и во второй плоскости, в третьей плоскости, или в их комбинации, тем самым обеспечивая анализ текучей среды внутри области материала в трех измерениях.
[31] Первая, вторая и/или третья плоскость могут быть перпендикулярными друг другу или размещенными хаотично.
[32] Два или более твердотельных датчиков предпочтительно адаптированы для выдачи данных, которые описывают результаты отслеживания одной или более физических характеристик, таких как общее давление, расход потока, влажность, электрическое сопротивление, электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость, температура, или другие отслеживаемые физические признаки, которые могут быть переданы на сетевой концентратор.
[33] Следует понимать, что датчики могут принимать любую пригодную форму, в зависимости от измеряемой физической и/или химической характеристики, например, представлять собой ион-селективные электроды, электроды для вольтамперометрии, амперометрические датчики, такие как датчики растворенного кислорода и сульфида, для спектроскопических методов, таких как инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием (FTIR).
[34] Два или более твердотельных датчиков также могут выдавать данные, показательные для изменения одной или многих характеристик из проводимости или температуры, на протяжении предварительно определенного периода времени, для передачи выходных данных на сетевой концентратор. Датчики могут отслеживать изменение параметров через интервалы времени порядка минут (но согласно требованиям для многих данных необходимо сообщать данные только каждые несколько часов). Период времени может быть непрерывным.
[35] Выходные данные от датчика могут дополнительно включать идентификатор местоположения датчика, уникальный идентификатор датчика, координаты местоположения (например, GPS-координаты, декартовы координаты, любую другую координатную систему), и временную отметку. Согласно второму аспекту, настоящее изобретение представляет способ получения данных о текучей среде внутри области анализируемого материала, причем способ включает: размещение одной или более цепочек датчиков в области анализируемого материала, причем каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики адаптированы для периодической регистрации данных датчика относительно химических свойств окружающей датчик текучей среды, на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных датчика через коммуникационный кабель на один или многие сетевые концентраторы.
[36] Согласно третьему аспекту, настоящее изобретение представляет способ получения данных о текучей среде внутри области анализируемого материала, причем способ включает: выкапывание траншеи в анализируемом материале, размещение одной или более цепочек датчиков в траншее, причем каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики адаптированы для периодической регистрации данных датчика относительно химических свойств окружающей датчик текучей среды, на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных датчика через коммуникационный кабель на один или многие сетевые концентраторы.
[37] Способ согласно настоящему изобретению благоприятным образом может быть осуществлен в вырытой траншее, где материал в траншее, в частности, грунт или руда, может быть проанализирован в окружающей среде (например, сточные воды, например, в пригородных районах, где оператор будет формировать траншею для доступа к трубе или тому подобному). Цепочка(-ки) датчиков может(-гут) быть размещены в траншее так, что, как только траншея будет засыпана, могут быть получены данные относительно текучей среды внутри объема окружающего датчики материала на протяжении времени, и в двумерной или трехмерной конфигурации для получения данных относительно действия системы.
[38] Согласно четвертому аспекту, настоящее изобретение представляет способ контроля действия процесса выщелачивания, включающий: а) формирование выщелачиваемой области, имеющей один или многие слои/засыпки в куче; размещение одной или более цепочек датчиков внутри одного или более слоев/засыпок, причем каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики адаптированы для периодической регистрации данных датчика относительно химических свойств текучей среды в слоях/засыпках на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных датчика через коммуникационный кабель на один или многие сетевые концентраторы, тем самым представляя данные датчика относительно процесса выщелачивания, с) моделирование процесса выщелачивания с использованием данных датчика; и d) корректирование течения процесса выщелачивания на основе данных датчика.
[39] Способ регулирования течения процесса выщелачивания благоприятным образом позволяет размещать цепочки датчиков в одном или более слоях/засыпках в двумерной или трехмерной конфигурации, тем самым получая данные датчика о процессе выщелачивания в любой плоскости или области внутри процесса, и также получая данные относительно процесса выщелачивания в целом, чтобы иметь возможность корректировать технологические параметры. Рабочие параметры могут включать, например, температуру, химические характеристики, концентрации химических компонентов (например, кислоты), течение воздуха, течение жидкости, аэрацию, цикличность орошения, и тому подобные. Контроль этих параметров благоприятным образом позволяет улучшить степень извлечения и эффективность выщелачивания, а также сокращение количества расходуемых материалов (то есть, материалов, используемых для выщелачивания).
[40] Следует понимать, что цепочка датчиков может быть размещена между одним или более слоями кучи по высоте, или внутри слоя кучи по высоте, например, согласно технологии кучного выщелачивания.
[41] Следует понимать, что цепочка датчиков может быть размещена между одним или многими уровнями глубины, например, прямо на месте проведения выщелачивания.
[42] Следует понимать, что цепочка датчиков может быть размещена между одной или более засыпками, или внутри засыпки, например, согласно технологии выщелачивания из отвала.
[43] Следует понимать, что цепочка датчиков в маломасштабном варианте применения может быть размещена в кучке для выщелачивания для испытания, такого как выщелачивание в баке или в ящике.
[44] Согласно пятому аспекту, настоящее изобретение представляет систему контроля течения процесса выщелачивания, включающую: а) выщелачиваемую область, имеющую один или многие слои/засыпки; b) одну или многие цепочки датчиков, размещенные в одном или многих слоях/засыпках, причем каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики адаптированы для периодической регистрации данных датчика относительно химических свойств текучей среды в процессе выщелачивания на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных датчика через коммуникационный кабель на один или многие сетевые концентраторы, тем самым представляя данные датчика относительно процесса выщелачивания, и с) компьютерный процессор для: i. моделирования процесса выщелачивания с использованием данных датчика; и ii. корректирования процесса выщелачивания на основе данных датчика.
[45] Анализ текучей среды внутри объема материала может проводиться в двух измерениях или в трех измерениях. Цепочки датчиков могут быть параллельными друг другу, но не обязательно должны быть параллельным, и, например, могут быть размещены, например, внутри слоев выщелачиваемой кучи.
[46] Распределение плотности размещения датчиков и цепочек может выдерживаться регулярным, или может варьировать в пределах процесса выщелачивания, чтобы обеспечить бóльшую или меньшую плотность точек регистрации технологических параметров, как это требуется для варианта применения.
Краткое описание чертежей
[47] Фигура 1 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее систему согласно настоящему изобретению;
[48] Фигура 2 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее действие цепочки датчиков и сетевого концентратора;
[49] Фигуры 3а-3f представляют предпочтительные варианты исполнения конфигураций цепочек датчиков внутри анализируемого материала;
[50] Фигура 4 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее предпочтительный вариант осуществления изобретения с использованием операции кучного выщелачивания;
[51] Фигура 5 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее предпочтительный вариант осуществления изобретения с использованием операции среды тестирования кучного выщелачивания в баке;
[52] Фигура 6 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее предпочтительный вариант осуществления изобретения с использованием операции среды тестирования кучного выщелачивания в ящике;
[53] Фигура 7 представляет схематическое изображение предпочтительного варианта осуществления изобретения с использованием в траншее;
[54] Фигура 8 представляет технологическую блок-схему, иллюстрирующую способ согласно настоящему изобретению;
[55] Фигуры 9а-9g представляют снимки экрана примерного варианта исполнения системы в действии;
Подробное описание изобретения
[56] Фигура 1 представляет схематическое изображение, которое иллюстрирует систему 100 согласно настоящему изобретению для регистрации данных о текучей среде внутри объема анализируемого материала. Система включает одну или многие цепочки 105a, 105b, 105c–105(n) датчиков, каждая из которых включает два или более датчиков 110a и 110b, 110c-110(n), присоединенных к коммуникационному кабелю 104a, 104b, 104c–104(n), который подводит электроэнергию и обеспечивает сбор данных. Каждая цепочка 105a, 105b, 105c–105(n) датчиков соединена с сетевым концентратором 115a–115(n). Каждый сетевой концентратор 115a–115(n) сообщается через проводной или беспроводной сетевой интерфейс с сервером 120, который включает базу 125 данных для хранения данных, принятых от датчиков 110a–110(n) каждой цепочки 105a–105(n) датчиков вдоль коммуникационного кабеля 104a-104(n). Конечный пользователь, связанный с пользовательским интерфейсом через устройство 130, может взаимодействовать с данными, принятыми от датчиков через сервер 120 базы данных через сеть. Устройству 130 может быть придана любая форма, такая как компьютер, мобильное коммуникационное устройство, планшет, или тому подобные. Следует понимать, что сетевой концентратор в альтернативных вариантах исполнения может представлять собой межсетевой шлюз или регистратор данных.
[57] Следует понимать, что в зависимости от варианта применения, могут быть размещены десятки, сотни или тысячи датчиков 110a, 110b, 110c–110(n). Коммуникационные кабели 104a, 104b, 104c–104(n) действуют для переноса данных, полученных от датчиков 110a, 110b, 110c–110(n) и для передачи электроэнергии от сетевых концентраторов 115a–115(n) на датчики 110a, 110b, 110c–110(n). Сетевые концентраторы 115a–115(n) могут считывать любое число коммуникационных кабелей (например, 25 коммуникационных кабелей) на каждый сетевой концентратор, и действовать в качестве кэш-памяти данных, принятых от датчиков 110a, 110b, 110c–110(n) во внутренней базе 116a данных, и периодически загружать данные в сервер 120 через сеть. Сеть может включать, например, интернет или локальную сеть. Передача может выполняться любым подходящим путем, таким как Wi-Fi, 3G, 4G или через спутник, и тому подобным, с использованием любого пригодного протокола и формата данных. Каждый сетевой концентратор 115a–115(n) может инициировать соединение с сервером 120 и «выталкивать» данные, или сервер 120 может инициировать соединение с каждым сетевым концентратором 115a–115(n) и «вытягивать» данные.
[58] Сервер 120 может принимать данные от сетевых концентраторов 115a–115(n) и хранить данные для поиска в базе 125а данных. Затем данные могут быть обработаны на сервере 120 или в базе 125b-125(n) данных, которая может находиться в географически зарезервированном месте. Дополнительно, может быть предусмотрена географическая избыточность серверов, которая позволяет восстанавливать после отказа шлюз к вторичному или третичному серверу, если один из них недоступен. Пользователь, связанный с устройством 130, если авторизован, и в зависимости от его роли, может получить доступ к данным на сервере 120 и в базе 125 данных, и может получать визуализацию и анализ данных в предпочтительном формате. Это будет описано дополнительно со ссылкой на Фигуры 9а-9g.
[59] Следует понимать, что датчики 110a, 110b, 110c–110(n) могут быть размещены в двумерных или трехмерных конфигурациях (таких как сети, или матрицы, или спиральные конфигурации), или в одной или многих горизонтальных или вертикальных плоскостях внутри области анализируемого материала. Это благоприятным образом обеспечивает получение информации о параметрах в области анализируемого материала. Внутри конкретной области анализируемого материала может быть предусмотрено большее число датчиков. Это будет дополнительно описано со ссылкой на Фигуру 3. Система также не ограничивается любым конкретным вариантом применения, хотя она может быть использована, например, в операции выщелачивания.
[60] Датчики 110a, 110b, 110c–110(n) могут включать электронный модуль, который заключен в защитный кожух, регулятор мощности для преобразователей, формирование сигнала преобразователя с высоким импедансом, аналого-цифровой преобразователь (ADC), микроконтроллер, интерфейс устройства для хранения метаданных и шины физического уровня (PHY), и тому подобные, для измерения одного или многих параметров от окружающего датчик материала. Параметры, которые могут быть измерены, будут зависеть от варианта применения, но могут включать, например, значение рН (мВ), окислительно-восстановительный потенциал (ORP) (мВ), проводимость электрода сравнения (импеданс четырехточечной схемы), температуру, и тому подобные.
[61] Кожух датчика 110a, 110b, 110c–110(n) предпочтительно выполнен из подходящего кислотостойкого пластика, такого как полиметилметакрилат (PMMA), или подходящего эпоксида, и твердотельные датчики предпочтительно устанавливаются в кожух с использованием кислотостойкого полимера. Твердотельные датчики могут представлять собой полупроводниковые датчики с широкой запрещенной зоной, чтобы обеспечить устойчивость к химическим веществам (тогда как в то же время быть способными к измерению аспектов указанных химикатов), и не утрачивая функциональность при действии в условиях экстремальных температур. Благоприятным образом, будучи используемыми, например, в операции кучного выщелачивания, твердотельные датчики не требуют калибровки/рекалибровки, и мало нуждаются в техническом обслуживании – избегая необходимости в высверливании отверстий в выщелачиваемой массе для отбора образца, или в рекалибровке датчиков. Применение твердотельных датчиков позволяет выполнить монтаж в режиме «вставить-и-забыть». Датчики 110a, 110b, 110c–110(n) предпочтительно включают быстродействующий соединитель, который вставляется в электронный модуль. Датчики 110a, 110b, 110c–110(n) предпочтительно имеют степень защиты от доступа с разрядом IP68, достаточную для противостояния давлению или глубоких подземных вод.
[62] Датчики 110a, 110b, 110c–110(n) соединены проводами друг с другом с использованием коммуникационных кабелей 104a, 104b, 104c–104(n) с образованием цепочек датчиков 105a, 105b, 105c–105(n), обеспечивая подведение электроэнергии и передачу цифровых данных между сетевыми концентраторами 115a–115(n) и датчиками 110a, 110b, 110c–110(n). Каждый из датчиков 110a, 110b, 110c–110(n) предпочтительно включает энергонезависимое запоминающее устройство для уникальных метаданных. Перед размещением оператор может провести калибровку цепочки датчиков 105a, 105b, 105c–105(n) по контрольным параметрам или программным метаданным (в том числе параметров драйвера преобразователя, коэффициентов усиления ADC, коэффициентов калибровки и координат местоположения) в датчиках 110a, 110b, 110c–110(n). Это будет дополнительно описано со ссылкой на Фигуры 9а-9g.
- Метаданные, которые могут храниться на электронном модуле внутри датчиков 105a, 105b, 105c–105(n), могут включать: модель модуля датчика/идентификатор варианта, уникальный серийный номер, параметры драйвера преобразователя (например, напряжения или токи возбуждения, коэффициенты усиления ADC, факторы передискретизации), коэффициенты преобразования необработанных ADC-значений или потенциалов в калиброванные физические единицы, последовательность вдоль цепочки датчиков, физическую дистанцию между датчиком и отмеченным репером на цепочке датчиков, дата/время калибровки (UTC), координаты местоположения, и циклический избыточный код (CRC) или случайные данные вышеуказанных метаданных для целей верификации.
- Электронный модуль контролирует выходную мощность датчиков, преобразование и оцифровку сигналов, преобразование коррекции и единиц, и обменивается данными с сетевыми концентраторами 115a–115(n) по цепочкам датчиков. Обработка исходных данных предпочтительно проводится в датчиках, например, усреднением передискретизации и расчетом стандартного отклонения сигнала на протяжении времени дискретизации, данные тока и напряжения датчика проводимости перерабатываются в значения сопротивления, значение сопротивления датчиков температуры, милливольтные показания потенциометрических датчиков, синхронные коррекция и преобразование в единицы практических задач, по сохраняемым коэффициентам калибровки.
- Сетевые концентраторы 115a–115(n) предпочтительно предусматривают способность переписывать метаданные и перепрограммировать встроенные программы на присоединенных датчиках, когда авторизованным в качестве администратора пользователем выдаются инструкции через пользовательский интерфейс посредством устройства 130 и тому подобного.
[63] Также в датчиках 110a, 110b, 110c–110(n) может быть предусмотрен потенциостат полного цикла. Потенциостат имеет характеристики пригодности для спектроскопии электрохимического импеданса (EIS).
[64] В вариантах применения мониторинга окружающей среды каждый датчик 110a, 110b, 110c–110(n) может иметь собственную способность беспроводной или мобильной передачи данных и батарейное питание.
[65] Фигура 2 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее цепочки 105а, 105b, 105c–105(n) датчиков, имеющие датчики 110a, 110b, 110c–110(n). Следует понимать, что цепочки могут быть размещены вдоль плоскости, обозначенной х, и/или вдоль плоскости, обозначенной z, и/или дополнительно вдоль плоскости y, как будет дополнительно показано со ссылкой на Фигуру 3. Следует понимать, что цепочки датчиков могут быть размещены в двумерных пространственных конфигурациях или в трехмерных пространственных конфигурациях, таких как круглые, спиральные, зигзагообразные, и тому подобные.
[66] Сетевые концентраторы 115a–115(n) в этом примере контролируют каждую из сорока цепочек датчиков, и сетевой концентратор соединен с сервером 120 базы данных посредством Wi-Fi, 3G, 4G или через спутниковую сеть, в зависимости от того, что именно требуется в конкретном месте размещения. Каждый сетевой концентратор 115a–115(n) снабжен внутренним запоминающим устройством и может хранить в течение 14 или более дней данные от цепочек датчиков (в случае, что возникает проблема с соединением). Сетевой концентратор 115a–115(n) также может включать приемник глобальной системы спутниковой навигации (GNSS) для синхронизации его часов и подтверждения его физического местоположения. Данные и события, принятые от датчиков 110a, 110b, 110c–110(n), предпочтительно имеют отметку времени. Сетевые концентраторы 115a–115(n) периодически показывают данные серверу 120 через телеметрию, причем данные включают, например, время работы, величины подачи энергии и доступный объем памяти, величины погрешности, данные предупреждений, информационные сообщения или коды, характеристики коммуникации, медиаинформацию (например, индикацию уровня принимаемого сигнала (RSSI), соотношение сигнал/шум (SINR), качество принятых пилотных сигналов (RSRQ), и т.д.), любые события соединения или разъединения цепочки датчиков с сетевым концентратором, в том числе события, когда физический соединитель на сетевом концентраторе присоединяет цепочку датчиков, предоставляя для всех присоединенных цепочек датчиков метаданные блока датчиков и данные проведенных датчиком измерений.
[67] Следует понимать, что сервер 120 базы данных может отводить сетевому концентратору 115a–115(n) время на сервере, интервалы измерений датчиками для сетевого концентратора, и интервалы между новыми телеметрическими сеансами для сетевого концентратора. Датчики 110a, 110b, 110c–110(n) предпочтительно могут проводить измерения с 10-минутными интервалами, и загружать данные на сервер 120 каждые 60 минут. Благоприятным образом, вместе с размещением цепочек датчиков это обеспечивает измерения данных как текучей среды внутри объема материала в нескольких местах на протяжении периода времени, как будет дополнительно описано со ссылкой на Фигуры 9а-9g.
[68] Коммуникационный протокол связи между сетевым концентратором 115a–115(n) и сервером 120 базы данных является стандартным, таким как протокол очередности передачи телеметрических данных (MQTT), протокол связывания машины с машиной, или тому подобный. Следует понимать, что альтернативно могут предусматриваться такие, как расширяемый протокол обмена сообщениями о присутствии (XMPP) и протокол прикладного уровня (CoAP). Выведенные датчиками данные и в конечном счете сделанные доступными пользователю через устройство 130, включают данные наблюдений, достаточную информацию для однозначного описания блока датчиков (то есть, местоположения, контрольных данных сетевого концентратора и цепочки, имеющих отношение к метаданным блока датчиков), и для каждого преобразователя и исходного значения усреднения передискретизации ADC, стандартного отклонения значений передискретизации и значения физической единицы, выведенных из исходного значения посредством коэффициентов калибровки).
[69] Данные, сохраняемые на сервере 120 базы данных, сделанные доступными для пользователя с использованием устройства 130, могут быть представлены в формате информационного стенда (дашборда), как будет дополнительно описано со ссылкой на Фигуры 9а-9g.
[70] Фигуры 3а-3f иллюстрируют альтернативные конфигурации цепочек 105a, 105b, 105c–105(n) датчиков и сетевых концентраторов 115a–115(n). Например, в Фигуре 3а следует понимать, что одна цепочка 105а датчиков может быть размещена в плоскости, обозначенной х, тогда как в Фигуре 3b цепочки 105а, 105b датчиков могут быть размещены в плоскости, обозначенной х и z, в то время как в Фигуре 3с цепочки 105а и 105b датчиков могут быть соединены с сетевым концентратором 115a и размещены в плоскости, обозначенной х и z, и дополнительно с включением цепочек 105с и 105d датчиков в дополнительной плоскости y и соединенных с сетевым концентратором 115b.
[71] Напротив, как показано в Фигуре 3d, две цепочки 105а и 105b датчиков могут быть соединены с сетевыми концентраторами 115а и 115b, и могут быть размещены в плоскости, обозначенной х и y. Следует понимать, что может предусматриваться любое число различных комбинаций в зависимости от варианта применения, и в зависимости от того, что должно быть измерено.
[72] В дополнительном варианте исполнения, как показано в Фигуре 3е, цепочка 105а датчиков может быть соединена с сетевым концентратором 115а и может быть размещена в трехмерной пространственной конфигурации – в этом случае с винтовой или спиральной формой. Форма может быть протяженной сквозь один или многие слои массива или отвала для кучного выщелачивания. Следует понимать, что может предусматриваться любое число различных форм, таких как куб, сфера, тетраэдр, или тому подобных (и соединено с одним или многими сетевыми концентраторами), в зависимости от варианта применения и от того, что должно измеряться.
[73] В дополнительном варианте исполнения, как показано в Фигуре 3f, цепочка 105а датчиков может быть соединена с сетевым концентратором 115а, и может быть размещена в двумерной пространственной конфигурации – в этом случае с паутинной или сетчатой конфигурацией. Форма может быть протяженной сквозь один или многие слои массива или отвала для кучного выщелачивания. Следует понимать, что может предусматриваться любое число различных форм, в зависимости от варианта применения и от того, что должно быть измерено.
[74] Фигура 4 представляет схематическое изображение конфигурации кучного выщелачивания, которая может быть использована в горнорудной промышленности. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим вариантом применения.
[75] Выщелачиваемая куча 400 включает несколько слоев 405, 410, 415, 420, 425 и 430, через которые проходят минералы после проведения выщелачивания. Кроме того, предусматривается подстилка 435 для кучного выщелачивания, чтобы собирать металлы из руды или тому подобные. Настоящее изобретение представляет несколько цепочек 105a, 105b, 105c–105(n) датчиков, показанных протяженными в обеих плоскостях x и y, но следует понимать, что они могут также пролегать в z-плоскости или в двумерной или трехмерной пространственной конфигурации. Каждая из цепочек датчиков соединена с сетевым концентратором, причем во всей системе могут наличествовать один или многие сетевые концентраторы 115a–115(n). В то время как данный пример относится к кучному выщелачиванию, следует понимать, что датчики могут быть размещены в любой среде, и эти датчики благоприятным образом могут находиться в средах с жесткими условиями, таких как варианты применения биовыщелачивания, что позволяет непрерывно оптимизировать технологические параметры. В случае кучного выщелачивания эти датчики могут быть предназначены для непрерывного мониторинга процессов биовыщелачивания, что тем самым обеспечивает возможность пространственного мониторинга подвергаемых биовыщелачиванию масс, то есть, кучное выщелачивание может отслеживаться в x-, y- и z-плоскостях и на протяжении периода времени. Это благоприятным образом предоставляет пространственную информацию о параметрах в области анализируемого материала, а также временную информацию. Внутри конкретной области анализируемого материала может быть предусмотрено большее число датчиков.
[76] Следует понимать, что эта конфигурация могла бы быть использована в других процессах, предусматривающих обработку минералов, экологическую обработку охлаждающей воды, в процессах добычи нефти и газа, в производстве пищевых продуктов и напитков, и для обработки сточных вод. Но главным образом настоящее изобретение направлено на пространственный мониторинг во времени области анализируемого материала и/или грунта.
[77] Зарегистрированные датчиками данные затем могут быть вручную или автоматически обеспечены обратной связью для усовершенствования системы, как будет дополнительно описано со ссылкой на Фигуры 9а-9g. Например, данные, полученные от каждого из датчиков, могут включать указание местоположения датчика, локализованные физические параметры, такие как температура, проводимость раствора, и химическую информацию, такую как значение рН, редокс-потенциал, растворенные металлы, растворенный кислород. Кроме того, данные, полученные и сгруппированные от каждого из датчиков на протяжении времени, представляют пространственную информацию о параметре и временную информацию о параметре. Эти данные могут быть объединены и направлены в систему мониторинга, и будет создаваться непрерывная трехмерная картина физических и химических характеристик выщелачивания так, что будет возможным проверять, требуется ли любое действие для оптимизации операции изменением физических и химических условий (например, формированием кучи, порядка орошения или прочих параметров, таких как температура, рН, добавление химических веществ, изменение концентрации химических веществ, величины расхода потоков текучей среды и воздуха).
[78] Фигура 5 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее вариант осуществления изобретения, где тестирование кучного выщелачивания проводится в баке 500. В типичной конфигурации бака анализ проводится у дна бака 500, без получения информации о течении процесса кучного выщелачивания в любых других областях.
[79] Настоящее изобретение благоприятным образом предусматривает цепочку 505 датчиков, имеющую датчики 510а, 510b и 510с в баке 500. Следует понимать, что может находиться любое число цепочек датчиков, и при необходимости может быть размещено любое число датчиков в цепочке. Размещением датчиков в одной или многих точках могут быть получены данные от одного бака или многочисленных баков (или даже многих точек на всем протяжении процесса), и тем самым может быть возможной оптимизация процесса в непрерывном порядке в плане производительности и производственных издержек. В то время как цепочка 505 датчиков показана вдоль плоскости, обозначенной y, следует понимать, что цепочки датчиков могут быть позиционированы в любой подходящей конфигурации для измерения представляющих интерес параметров в баке 500. Также следует понимать, что цепочки датчиков могут быть размещены в двумерных пространственных конфигурациях или трехмерных пространственных конфигурациях, таких как круглые, спиральные, зигзагообразные, и тому подобные.
[80] Кроме того, предусмотрен сетевой концентратор 515, который контролирует цепочку 505 датчиков, причем сетевой концентратор 515 соединен с сервером 120 базы данных (как показано в Фигуре 1) посредством Wi-Fi, 3G, 4G или через спутниковую сеть, в зависимости от того, что именно требуется в конкретном месте размещения. Сетевой концентратор 515 снабжен внутренним запоминающим устройством и может хранить в течение 14 или более дней данные от цепочек датчиков (в случае, что возникает проблема с соединением). Данные и события, принятые от датчиков 510a, 510b и 510c, предпочтительно имеют отметку времени. Сетевой концентратор 515 периодически показывают данные серверу 120 (как представлено в Фигуре 1) через телеметрию, причем данные включают, например, время работы, величины подачи энергии и доступный объем памяти, величины погрешности, данные предупреждений, информационные сообщения или коды, характеристики коммуникации, медиаинформацию (например, RSSI, SINR, RSRQ, и т.д.), любые события соединения или разъединения цепочки датчиков с сетевым концентратором, в том числе события, когда физический соединитель на сетевом концентраторе присоединяет цепочку датчиков, предоставляя для всех присоединенных цепочек датчиков метаданные блока датчиков и данные проведенных датчиком измерений.
[81] Датчики 510a, 510b и 510c предпочтительно могут проводить измерения с 10-минутными интервалами, и загружать данные на сервер 120 каждые 60 минут. Благоприятным образом, вместе с размещением цепочек датчиков это обеспечивает измерения параметров текучей среды внутри объема материала в нескольких местах на протяжении периода времени – с измерением пространственных и временных характеристик параметра.
[82] Настоящее изобретение благоприятным образом позволяет проводить пространственное и временное измерение химических параметров на протяжении периода времени. Затем разнообразные параметры бака 500 могут быть изменены для обеспечения оптимальной производительности. Как только достигается оптимальная производительность, система может быть масштабирована до более крупной системы для дополнительного тестирования в ящике (как будет описано со ссылкой на Фигуру 6).
[83] Фигура 6 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее вариант осуществления изобретения, где тестирование кучного выщелачивания в более крупном масштабе проводится в одном или многих ящиках 600. В типичной конструкции ящика анализируемый материал определяется у дна ящика 600, без получения информации о процессе кучного выщелачивания в любых других областях. Настоящее изобретение благоприятным образом предусматривает одну или многие цепочки 605a, 605b, 605c, 605d, 605e, 605f датчиков, имеющие датчики 610a, 610b, 610c, 610d, 610e, в ящике 600. Следует понимать, что может находиться любое число цепочек датчиков, и при необходимости может быть размещено любое число датчиков в цепочке. В то время как цепочки 605a, 605b, 605c, 605d, 605e, 605f датчиков показаны вдоль плоскостей, обозначенных x, y и z, следует понимать, что цепочки датчиков могут быть позиционированы в любой подходящей конфигурации для измерения, например, уровней рН или тому подобного, в ящике 600. Также следует понимать, что цепочки датчиков могут быть размещены в двумерных пространственных конфигурациях или трехмерных пространственных конфигурациях, таких как круглые, спиральные, зигзагообразные, и тому подобные. Кроме того, предусмотрен сетевой концентратор 615, который контролирует цепочки 605a, 605b, 605c, 605d, 605e, 605f датчиков, причем сетевой концентратор 615 соединен с сервером 120 базы данных (как показано в Фигуре 1) посредством Wi-Fi, 3G, 4G или через спутниковую сеть, в зависимости от того, что именно требуется в конкретном месте размещения. Сетевой концентратор 615 снабжен внутренним запоминающим устройством и может хранить в течение 14 или более дней данные от цепочек датчиков (в случае, что возникает проблема с соединением). Данные и события, принятые от датчиков 610a, 610b, 610c, 610d, 610e, предпочтительно имеют отметку времени. Сетевой концентратор 615 периодически показывают данные серверу 120 (как представлено в Фигуре 1) через телеметрию, причем данные включают, например, время работы, величины подачи энергии и доступный объем памяти, величины погрешности, данные предупреждений, информационные сообщения или коды, характеристики коммуникации, медиаинформацию (например, RSSI, SINR, RSRQ, и т.д.), любые события соединения или разъединения цепочки датчиков с сетевым концентратором, в том числе события, когда физический соединитель на сетевом концентраторе присоединяет цепочку датчиков, предоставляя для всех присоединенных цепочек датчиков метаданные блока датчиков и данные проведенных датчиком измерений.
[84] Датчики 610a, 610b, 610c, 610d, 610e предпочтительно могут проводить измерения с 10-минутными интервалами, и загружать данные на сервер 120 каждые 60 минут. Благоприятным образом, вместе с размещением цепочек датчиков это обеспечивает измерения параметров текучей среды внутри объема материала в нескольких местах на протяжении периода времени. Настоящее изобретение благоприятным образом позволяет проводить пространственное измерение химических параметров на протяжении периода времени. Затем разнообразные параметры ящика 600 могут быть изменены для обеспечения оптимальной производительности. Как только достигается оптимальная производительность, система может быть масштабирована до более крупной системы для полноразмерного действия кучного выщелачивания (как было описано со ссылкой на Фигуру 4).
[85] Фигура 7 показывает дополнительный пример настоящего изобретения, представленный в альтернативном варианте применения, а именно, в траншее в условиях городской среды 700. Траншея 710 может быть выкопана для укладки трубопровода или тому подобного, и может быть размещена цепочка 105а датчиков, которая соединена с сетевыми концентраторами 115а для получения пространственной информации в грунте на протяжении времени. Следует понимать, что больше чем одна цепочка датчиков и/или больше чем один сетевой концентратор могут быть предусмотрены в плоскости x, y или z, или размещены в двумерной или трехмерной пространственной конфигурации.
[86] Фигура 8 представляет технологическую блок-схему способа 800 для способа управления действием кучного выщелачивания согласно изобретению. В стадии 805 может быть сформирована подвергаемая выщелачиванию куча созданием одного или более слоев в куче по высоте. В стадии 810 в слое кучи по высоте могут быть размещены одна или многие цепочки 105a, 105b, 105c–105(n) датчиков. Способ может возвращаться к стадии 805, где над верхним из существующих слоев кучи по высоте может быть сформирован дополнительный слой. Следует понимать, что в стадии 810 несколько слоев могут быть снабжены цепочками датчиков в пределах плоскостей x, y и z.
[87] В стадии 815 данные датчиков каждой из цепочек 105a, 105b, 105c–105(n) датчиков регистрируются и затем передаются в стадии 820 на сетевые концентраторы 115a–115(n). В стадии 825 данные датчиков затем могут быть смоделированы с использованием пакета программ, сохраняемого на сервере 120 базы данных или на сетевом концентраторе 115a–115(n).
[88] Измерение важнейших технологических параметров (таких как значение рН) в стадии 815 дает информацию, считываемую для введения в модель системы в стадии 825. Модель представляет собой метод, которым информация, доставляемая датчиками, используется для действий, предпринимаемых для корректирования или регулирования операции процесса выщелачивания, чтобы поддерживать процесс в пределах приемлемого диапазона, или для оптимизации процесса до целевого уровня. Взаимосвязь между входными данными и выходным контролем может рассматриваться как передаточная функция. Действия, предпринятые на основе передаточной функции модели в стадии 830, представляли бы собой корректирование одного или многих контрольных параметров, чтобы корректировать или исправлять такие параметры, как температура, химические характеристики, концентрации химических веществ (например, кислоты), величины расхода потоков жидкости и воздуха, аэрация, цикличность орошения, и тому подобные.
[89] Процесс корректирования может быть проведен выполняемой вручную оценкой параметров и принимаемыми человеком решениями, или автоматически посредством компьютеризованной системы. Компьютеризованная система корректирования может регулировать контрольные параметры на основе зафиксированной передаточной функции, или сама передаточная функция может быть адаптирована со временем автоматической оптимизацией на основе статистической или текущей информации относительно процесса. Автоматическое корректирование передаточной функции может выполняться методами машинного самообучения, например, такими как логистическая регрессия. Эффективное функционирование методов машинного самообучения весьма зависит от доступности подробных, точно воспроизводимых и надежных входных данных, из которых может быть выведен алгоритм, такой как выдается устройством.
[90] Контроль этих параметров благоприятным образом с помощью самооптимизируемого алгоритма на основе доступности обширных наборов данных позволяет улучшить степень извлечения при выщелачивании и эффективность, а также сократить количество расходуемых материалов (то есть, материалов, используемых для выщелачивания).
[91] Параметры индивидуальных датчиков 110a, 110b, 110c–110(n) также могут быть скорректированы в стадии 830 для эффективного регулирования операции кучного выщелачивания на основе данных датчика и модели, и может быть предпринято действие для корректирования или исправления параметров, таких как температура, химические характеристики, концентрации химических веществ (например, кислоты), величины расхода потоков жидкости и воздуха, аэрация, цикличность орошения, и тому подобные. Это может быть проведено вручную или автоматически. Это может происходить на протяжении периода времени, варьирующего от минут до часов, и обычно всякий раз от одного до шести часов. В зависимости от варианта применения, данные также могут получаться в режиме реального времени. Контроль этих параметров благоприятным образом позволяет улучшить степень извлечения при выщелачивании и эффективность, а также сократить количество расходуемых материалов (то есть, материалов, используемых для выщелачивания).
[92] В то время как вышеуказанный способ может быть применен для операции кучного выщелачивания, следует понимать, что настоящее изобретение также представляет способ, который может быть применен в других операциях, например, способ может включать получение данных о текучей среде внутри объема материала и размещение одной или многих цепочек 105a, 105b, 105c–105(n) датчиков в области анализируемого материала (каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более датчиков, размещенных вдоль этой длины коммуникационного кабеля), и датчики адаптированы для получения данных датчика в окружающей датчики области материала, и для передачи этих данных датчика через коммуникационный кабель на один или многие сетевые концентраторы, где они затем моделируются и/или корректируются, как согласно Фигуре 8.
[93] Со ссылкой на Фигуру 7, способ может включать получение данных о текучей среде внутри объема материала и выкапывание траншеи в анализируемом материале, и размещение одной или многих цепочек датчиков в траншее (причем каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более датчиков, размещенных вдоль этой длины коммуникационного кабеля), и датчики адаптированы для получения данных датчика в окружающей датчики траншее, и для передачи этих данных датчика через коммуникационный кабель на один или многие сетевые концентраторы, где данные могут быть смоделированы, и параметры могут быть скорректированы для оптимизации системы.
[94] Фигуры 9а-9g представляют скриншоты, иллюстрирующие пакет программ, который может сохраняться на сервере 120 базы данных или в устройстве 130, для обработки данных датчика и моделирования данных датчика и корректирования параметров датчиков через сетевой концентратор 115a–115(n). Пользователь, связанный с устройством 130, может входить в систему, которая может быть сформирована как модель типа «программное обеспечение как услуга» так, что данные, относящиеся к конкретному пользователю в конкретной организации, ограничиваются. Кроме того, избранные члены конкретной организации могут быть администраторами системы, тогда как другие сотрудники внутри организации могут иметь доступ только для чтения.
[95] Например, администратор может быть способен настраивать новое местоположение мониторинга, и когда цепочка 105a, 105b, 105c–105(n) датчиков активируется, он может посылать уникальный код на сервер 120, чтобы обеспечить идентификацию местоположения, модуля, оборудования и каналов измерения при применении. Как показано в Фигуре 9а, существуют опции для настройки нового местоположения 901, настройки учетной записи 902 пользователя, просмотра индивидуального блока 903 датчиков, просмотра местоположения 904 и анализа 905 данных. Может быть предусмотрено диалоговое окно 906 предупреждений, которое может выдавать предупреждения относительно местоположения датчика, связанного с данным местоположением, и/или параметра, связанного с датчиком. Например, в Фигуре 9а датчик 45 в местоположении один подает предупреждение о высоком значении рН, и из этого диалогового окна 906 пользователем может быть предпринято действие. Затем система может порекомендовать изменение параметров для корректирования рН либо автоматически, либо пользователем.
[96] Фигура 9b показывает снимок экрана для настройки местоположения, когда, например, пользователь на уровне типа администратора входит в систему. Где пользователь может дать наименование местоположению 907 мониторинга, настраивает частоты 908, 909 дискретизации и вводит данные относительно блока 910 датчиков, также создает диалоговое окно 911, которое выводит информацию относительно местоположения и установленных модулей датчиков и GPS-координат.
[97] Как показано в Фигуре 9с, подробности относительно блоков датчиков могут быть отредактированы через диалоговое окно 912, где для каждого блока датчиков может быть отредактировано наименование 913, могут быть добавлены GPS-координаты 914, может быть задана глубина 915 датчика, а также предусмотрено GPS-отслеживание 916 датчика, и то, находится ли или нет датчик в рабочем режиме 917.
[98] Фигура 9d представляет снимок экрана, иллюстрирующий диалоговое окно 918 для калибровки датчиков, и может быть приведено наименование 919 канала (такое как рН, редокс-потенциал (ORP), и т.д.) вместе с единицей измерения (такой как мВс, и т.д.), может быть настроена регрессионная модель 920 (например, линейная, квадратичная, логарифмическая, и тому подобная), коррекции настроек температуры могут быть представлены как 921, 922 представляет условия калибровки, 923 представляет обработку, проводимую в регрессионном модуле (время дискретизации и усреднение), и 924 может представлять настройку аварийного сигнала. Также имеется опция приведения датчика в активное или неактивное состояние, например, во время настройки, вывода из эксплуатации, переходных операций, или в случае отказа.
[99] Фигура 9е представляет снимок экрана, где данные индивидуальных модулей датчиков могут быть проанализированы и визуализированы пользователем. Он представляет общую информацию относительно модуля датчика и возможных предупреждениях 927, причем пользователь может выбирать местоположение 925 и наименование 926 блока, также приведены опции для гистограммы, корреляционной матрицы, графика во времени и статистики в разделе 928, например, сюда могли бы входить минимум/максимум, среднее значение, стандартное отклонение, диапазон, расхождение, а также среднее и медианное значение в отношении данных, также высвечивается график 930, и пользователь может выбирать временной диапазон и масштаб различных осей, кроме того, пользователь также может экспортировать данные 929 конкретного диапазона времени для экспорта в TXT-, CSV-, XLS-файлы или тому подобные. Также приводится таблица 935, где пользователь может выбирать разнообразные параметры на графике относительно друг друга, например, рН, ORP, проводимости и/или температуры.
[100] Фигура 9f представляет снимок экрана, иллюстрирующий экран, который представляет пользователю, когда он хочет видеть местоположение в целом, предупреждения могут быть показаны как 931, и график 936 представлен как контурный график, пользователь может выбирать конкретный тип 937 анализа, например, рН, ORP, или тому подобные. Данные могут быть экспортированы при 935, гистограмма, статистика, контурный график или карта могут быть представлены при 932, в этом случае выдается контурный график, причем контурный график показывает данные измерений, нанесенные на график по области измерений.
[101] Фигура 9g показывает снимок экрана для анализа данных, представленных пользователю, который позволяет создание более сложных графических изображений и инструментов анализа данных. Опять же, пользователь может выбирать наименование 937 местоположения, тип 938 анализа, конкретные настройки 939 для анализа данных, экспорт анализа 940 данных, и в этом случае приводятся три графика 941, 942 и 943, которые визуализируют данные некоторых параметров, областей или глубин. Многоуровневые контурные графики могут быть наслоены в порядке глубины, и может быть предусмотрена корреляционная матрица выбранных выходных сигналов датчика выбранных модулей. Информация, приведенная в скриншотах 9d-9g, может позволять пользователю вручную корректировать параметры так, что может быть улучшена работа системы (например, в случае кучного выщелачивания).
1. Устройство для применения в регистрации данных от текучей среды внутри области материала при проведении кучного выщелачивания, причем устройство включает: одну или более цепочек датчиков, размещенных в области анализируемого материала, причем каждая цепочка датчиков включает в себя коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики адаптированы для периодического получения данных от датчиков, относящихся к химическим свойствам текучей среды, окружающей датчик, на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных от датчика через коммуникационный кабель на один или более сетевых концентраторов.
2. Устройство по п. 1, в котором один или более твердотельных датчиков представляют собой один или более из потенциометрических датчиков, амперометрических датчиков, кулонометрических датчиков, импедиметрических датчиков, и вольтамперометрических датчиков.
3. Устройство по п. 2, в котором потенциометрический датчик представляет собой ион-селективный электрод.
4. Устройство по п. 2, в котором два или более твердотельных датчиков приспособлены для вывода выходных данных или данных, показательных для химических свойств текучей среды, окружающей датчик, причем химические свойства включают одно или более из окислительно-восстановительного потенциала (ORP), ионов растворенных металлов, растворенного кислорода, растворенного СО2, растворенного H2S; и/или концентраций, молярностей, потенциалов или парциальных давлений представляющих интерес химических веществ, или других наблюдаемых физических или химических явлений, для передачи выходных данных на сетевой концентратор.
5. Устройство по п. 1, в котором два или более твердотельных датчиков предназначены для вывода выходных данных или данных, показательных для изменения на протяжении предварительно определенного периода времени химических свойств окружающей датчик текучей среды, причем химические свойства включают одно или более из окислительно-восстановительного потенциала (ORP), ионов растворенных металлов, растворенного кислорода, растворенного СО2, растворенного H2S; и/или концентраций, молярностей, потенциалов или парциальных давлений представляющих интерес химических веществ, или других наблюдаемых физических или химических явлений, на протяжении предварительно определенного периода времени для передачи выходных данных на сетевой концентратор.
6. Устройство по п. 1, дополнительно включающее один или более электродов сравнения.
7. Устройство по п. 6, в котором электрод сравнения представляет собой твердотельный электрод сравнения.
8. Устройство по п. 6, в котором один или более датчиков связаны с твердотельным электродом сравнения.
9. Устройство по п. 8, в котором один или более датчиков регистрируют данные датчика относительно химических свойств одновременно.
10. Устройство по п. 8, в котором один или более датчиков регистрируют данные датчика относительно химических свойств путем временнóго мультиплексирования.
11. Устройство по п. 1, в котором одна или более цепочек датчиков размещены в виде двумерной пространственной структуры.
12. Устройство по п. 2, в котором двумерная пространственная структура представляет собой матрицу.
13. Устройство по п. 1, в котором одна или более цепочек датчиков размещены в виде трехмерной пространственной структуры.
14. Устройство по п. 13, в котором трехмерная пространственная структура представляет собой спираль.
15. Устройство по п. 1, в котором две или более цепочек датчиков размещены в первой плоскости.
16. Устройство по п. 1, в котором две или более цепочек датчиков размещены во второй плоскости.
17. Устройство по п. 1, в котором две или более цепочек датчиков размещены в третьей плоскости.
18. Устройство по п. 1, в котором две или более цепочек датчиков размещены как в первой, так и во второй плоскости, в первой, второй и третьей плоскости, или в их комбинации.
19. Устройство по любому из пп. 15-18, в котором две или более цепочек датчиков размещены по существу параллельно друг другу.
20. Устройство по п. 2, в котором два или более твердотельных датчиков адаптированы для дополнительной выдачи выходных данных или данных, показательных для одного или более из общего давления, расхода потока, влажности, электрического сопротивления, электрической проводимости, диэлектрической проницаемости, температуры, или других отслеживаемых физических признаков, для передачи выходных данных на сетевой концентратор.
21. Устройство по п. 1, в котором твердотельные датчики включают ион-селективные электроды, электроды для вольтамперометрии, амперометрические датчики, такие как датчики растворенного кислорода и сульфида, для спектроскопических методов, таких как инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием (FTIR).
22. Устройство по п. 1, в котором два или более твердотельных датчиков адаптированы для выведения выходных данных, показательных для изменения одной или более характеристик из общего давления, расхода потока, влажности, электрического сопротивления, электрической проводимости, диэлектрической проницаемости, температуры, или других отслеживаемых физических признаков, на протяжении предварительно определенного периода времени, для передачи выходных данных на сетевой концентратор.
23. Устройство по п. 1, в котором выходные данные дополнительно включают идентификатор местоположения датчика, уникальный идентификатор датчика, отметку времени и отметку даты, и координаты местоположения.
24. Способ получения данных о текучей среде внутри области анализируемого материала, причем способ включает: размещение одной или более цепочек датчиков в области анализируемого материала, причем каждая цепочка датчиков включает в себя коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики адаптированы для периодической регистрации данных датчика относительно химических свойств окружающей датчик текучей среды, на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных датчика через коммуникационный кабель на один или более сетевых концентраторов.
25. Способ получения данных о текучей среде внутри области анализируемого материала, причем способ включает: выкапывание траншеи в анализируемом материале, размещение одной или более цепочек датчиков в траншее, причем каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики адаптированы для периодической регистрации данных датчика относительно химических свойств окружающей датчик текучей среды, на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных датчика через коммуникационный кабель на один или более сетевых концентраторов.
26. Способ контроля действия процесса выщелачивания, включающий:
а) формирование выщелачиваемой области, имеющей один или более слоев/засыпок в куче;
b) размещение одной или более цепочек датчиков внутри одного или более слоев/засыпок, причем каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики адаптированы для периодической регистрации данных датчика относительно химических свойств окружающей датчики текучей среды в слоях/засыпках на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных датчика через коммуникационный кабель на один или более сетевых концентраторов, тем самым представляя данные датчика относительно процесса выщелачивания;
с) моделирование процесса выщелачивания с использованием данных датчика; и
d) корректирование течения процесса выщелачивания на основе данных датчика.
27. Способ по п. 26, в котором цепочка датчиков размещается между одним или более слоями/засыпками.
28. Система контроля течения процесса выщелачивания, включающая:
а) выщелачиваемую область, имеющую один или более слоев/засыпок;
b) одну или более цепочек датчиков, размещенные в одном или более слоях/засыпках, причем каждая цепочка датчиков включает коммуникационный кабель и два или более твердотельных датчиков, размещенных вдоль длины коммуникационного кабеля, причем датчики адаптированы для периодической регистрации данных датчика относительно химических свойств окружающей датчики текучей среды в слоях/засыпках на протяжении предварительно определенного периода времени, и для передачи данных датчика через коммуникационный кабель на один или более сетевых концентраторов, тем самым представляя данные датчика относительно процесса выщелачивания, и
с) компьютерный процессор для:
i - моделирования процесса выщелачивания с использованием данных датчика; и
ii - корректирования процесса выщелачивания на основе данных датчика.
