[發明專利]振動信號采集裝置

有效

• 申請號: 200910210769.5
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN101709993A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 田陸;黃郁君;李向前
• 申請（專利權）人: 田陸
• 主分類號: G01H1/12
• 分類號: G01H1/12;B22D11/18
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛

技術領域

本發明涉及冶金領域，尤其涉及一種大包下渣的振動信號采集裝置。

背景技術

連鑄工藝的生產過程中，鋼水從大包流入中間包，再經中間包出水口進入結晶器，冷卻后凝固成各種截面的鑄坯。渣層對大包及中間包鋼水有保溫防氧化作用，然而當中間包渣層過厚則會導致鋼水污染、增加中間包耐火材料侵蝕、以及增加中間包殘余渣層厚度。因此控制大包中的鋼渣量對提高鑄坯質量、增加連鑄批次有著非常重要的意義。

目前已有多種下渣檢測方法，如紅外技術、電磁感應、鋼包稱重法、超聲波等。基于紅外技術的鋼渣檢測系統，其原理是利用鋼水和鋼渣不同的輻射特性，使得通過許多紅外線波長范圍內釋放的輻射密度來區別鋼水和鋼渣。該技術可保證從出鋼過程開始實現精確、可靠的鋼渣檢測，其缺點是在檢測中鋼流不能被遮擋，如果用于大包到中間包的下渣檢測，則必須除去長水口，而這樣就會引起鋼水的二次氧化，所以目前一般不用于大包的下渣檢測，主要應用于轉爐出鋼口到鋼包的下渣檢測。

電磁感應式下渣檢測系統，其原理是利用鋼水與鋼渣的磁導率不同來進行檢測，國外已有多家煉鋼廠采用該系統，并獲得較好的冶金效果和經濟效益。但由于這類系統要對大包進行改造，在大包底部埋入線圈，改造費用昂貴，而且由于工作環境較高，線圈很容易損壞，平均每個月就要對所用大包底部的線圈、傳感器進行更換，因此使用成本較高。

鋼包稱重自動檢測方法在理論上是可行的，其依據是：鋼水澆鑄后期鋼包與鋼水的總重量隨時間的變化率基本恒定，由于鋼渣的比重只有鋼水的1/3，一旦有鋼渣出現，單位時間內的總重量隨時間的變化率將明顯減小。該方法由于受稱量精度等實際條件的制約，檢測準確性很低，目前只作為一種輔助檢測手段。

此外，利用超聲波進行鋼水下渣檢測也是一種常用的方法。超聲波檢測法的原理是利用大包注流中有鋼渣和無鋼渣時超聲波發出信號和反射信號之間的差別來實現對鋼渣的檢測。雖然這種方法對澆鑄過程沒有影響，但是由于超聲波探頭的工作環境溫度高達1500度左右，工作環境比較惡劣，制造和使用的費用較高，離工業應用還有較長的一段距離。

振動監測方法的最初實踐來源于鋼水澆鑄現場。在連鑄過程中，經驗豐富的操作工可以通過澆鑄末期所感受到的大包長水口操作臂振動的變化而先于視覺觀察判斷出由大包進入中間包的鋼渣量。大量的現場經驗也證明了大包操作臂的振動與保護套內流動的鋼水中含渣量密切相關。

事實上，在鋼水從大包流入到中間包的過程中，保護套管和與之相連的操作臂會產生較強的振動，水口開度越大，鋼水流量越大，振動就越劇烈，而鋼渣比重大約是鋼水的三分之一，因此由鋼渣流動與鋼水流動引起的振動必然有差異。因此，理論上通過監測操作臂的振動應能間接監測保護套管內鋼水流動狀態的變化情況。

但是，連鑄澆注過程中的振動情況是比較復雜的。影響操作臂振動的幾個主要因素有：

在澆注過程中，要求中間包的鋼水量基本穩定，鋼水液面不能太高，也不能太低。這就要求操作工要根據中間包內的鋼水量來調節鋼包滑動水口的開度，當中間包液面高時，就要將滑動水口的開度調小；而當中間包液面降低時，就要將開度調大。這就使保護套管內的鋼流的狀態隨之變化，這種變化也反映到操作臂的振動上，振動隨著滑動水口開度的增大而增大。

在大包澆注的末期，大包回轉臺上會放置另一包冶煉好的鋼水，前一包鋼水澆注完后，這一包鋼水就會接著澆注。而這個放大包的過程，就對整個大包回轉臺帶來了沖擊。這個沖擊同時也造成了操作臂的振動沖擊。

大包下渣檢測過程中，操作工對滑板的動作很頻繁，每次動作都將影響操作臂的振動且維持一段時間，如果此時正值下渣，有用信號將被掩埋，影響下渣判斷。

現場操作手臂剛度大、重量重，固定于中間包車上，長水口鋼流引起的振動傳遞到操作手臂上的傳感器時，會發生一定的衰減。

在連鑄車間還有一些環境振動、人為振動和噪聲，如電弧爐冶煉時的噪聲、連鑄車間鋼架的振動、中包臺上人的行走振動等，這些振動或噪聲都會對有用信號的提取造成影響。

因此，將傳感器直接安裝在機械手臂上的傳統的振動檢測方法，使得傳感器采集的信號中包含了大量與鋼流振動特征無關的信息，信號的信噪比非常低，有用信號掩埋在大量無用信號中，振動幅度非常小。對這樣的信號進行時域分析、頻域分析、倒頻域分析、統計分析、小波分析等，并經神經網絡判斷，誤報漏報率很高，傳統的檢測方式有待改進。

發明內容

本發明旨在提供一種振動信號采集裝置，以使振動信號的采集真實可靠。