CN102492802A - 转炉化渣音频信号数字化传输方法及其传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在转炉炼钢过程中用于监测化渣状态的的化渣音频信号采集和传输技术领域，尤其涉及转炉化渣音频信号数字化传输方法和传输装置。本发明通过将采集的化渣音频信号数字化后进行传输，可消除模拟音频信号在传输过程中的衰减问题，同时利用光纤作为传输链路，消除电磁干扰对音频化渣系统的影响，提高化渣系统的抗干扰和抗衰减能力；利用以太网实现化渣音频信号的光纤传输，便于进行多台计算机接收、处理和录制，实现化渣状态监测的联网操作。

Description

转炉化渣音频信号数字化传输方法及其传输装置

技术领域

本发明涉及在转炉炼钢过程中用于监测化渣状态的的化渣音频信号采集和传输技术领域，尤其涉及转炉化渣音频信号数字化传输方法和传输装置。

背景技术

 化渣是转炉炼钢的关键操作之一，通过化渣来有效去除钢水中的硫、磷等有害元素，提高钢水质量。化渣过程中可能发生渣液面过低，表明炉渣中固相物质比例增加，液相比例降低，即“返干”状态，应提高枪位或减小氧气的流量；也可能出现渣液面过高的情况，造成“喷溅”状态，应降低枪位，提高底吹搅拌强度。在转炉炼钢的吹炼化渣过程中，应该尽量避免喷溅和返干的发生，特别是严重的喷溅能够带来设备和人员的损失。因此需要根据化渣状态及时进行氧枪高度调整，防止喷溅和返干的发生。通常，对于炉渣的在线检测是由熟练窑炉工通过转炉内发出的吹炼噪声进行判断，但是人的工作状态不稳定，无法实现自动炼钢。

为了用计算机代替人进行化渣状态判断，现在常采用音频化渣技术，即用监测计算机对化渣噪声的音频信号进行频谱分析等处理，得到化渣状态，为操作人员的控制措施提供参考。传统实现音频化渣的系统包括拾音器、放大电路、传输电缆和监测计算机，如图1，首先在转炉炉口附近安装拾音器，采集来自炉口的化渣噪声音频信号；采集到的音频信号经过放大电路放大后通过电缆传送到控制室内的监测计算机；监测计算机对传送来的音频信号进行分析，得到化渣状态。为了解决炉口高温的影响，把拾音器和放大电路放置在循环水箱内来降低工作温度。

为了更好地指导转炉化渣操作，本单位对音频化渣的算法进行了大量研究，以提高监测准确性和及时性，在研究时发现监测计算机所得到的音频信号质量对于分析结果有重要影响。由于音频信号采用了模拟方式进行较长距离的传输，容易产生信号衰减，而不同频率成分的衰减程度并不一致，造成频谱特性畸变，影响监测计算机分析的准确性。同时，操纵转炉炼钢是通过大量大电流继电器频繁开关实现的，形成大量电磁脉冲，会对电缆中传输的音频信号造成干扰，影响监测计算机分析的稳定性和准确性。为了减轻干扰造成的衰减，一些转炉化渣系统采用了电流环的方式来传输音频信号，但是反映化渣状态的频谱特性的快速变化以及过零率等信息却容易在电流环传输中产生损失。因此，如何实现向监测计算机提供准确的音频信号是要提高音频化渣准确性和及时性首先要解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种利用光纤传输的转炉化渣音频信号数字化传输方法和传输装置，以便消除音频信号在传输线路中的衰减和干扰问题。

现有的音频化渣系统在采用了模拟信号传输方式，模拟信号在传输过程中不可避免地会出现衰减问题，造成频谱特性的畸变，为此本发明提出把化渣音频信号转换成数字信号后再传输，可有效解决衰减问题。

本发明所采用的数字化传输方法具体包括如下步骤：安装在转炉炉口旁循环水箱内的拾音器采集炉口的化渣噪声音频信号，对来自拾音器的模拟音频信号进行PCM采样，形成数字音频信号，通过数字信号传输链路将信号传给监测计算机，特点在于：所述数字信号传输链路采用光纤线路，在信号进入光纤线路之前先将数字音频信号转换成串行数字信号，然后将串行数字电信号转换为串行数字光信号后再向光纤发送。本发明在将模拟音频信号转换成数字信号传输的同时，为解决用电缆传输信号容易受周围设备的电磁干扰问题，本发明提出采用光纤作为传输化渣音频数字信号的线路，可有效减少继电器等设备对音频信号传输过程的干扰，防止所传输的数字信号发生误码错误。

数字音频信号在光纤上的传输需遵循一定的传输协议，自定义光纤传输协议并开发光纤收发模块，实现成本较高，而且在稳定性上和标准化产品有一定差距，为简化化渣音频信号的数字化光纤传输，本发明将数字音频信号按照以太网传输标准在光纤上传输。以太网技术是成型的技术，以其传输速度快、范围广得到广泛应用。在此采用标准化的以太网技术传输化渣音频信号，监测计算机上运行的化渣监测软件可通过网络接收来自数字信号采集器的以太帧，解包后得到音频数字信号，进行分析处理。

上述传输方法所采用的数字化传输装置，包括循环水箱、拾音器和监测计算机，拾音器位于循环水箱内，还包括与拾音器连接的数字信号采集器，所述数字信号采集器包括依次连接的放大电路、模数转换器、处理模块和光纤收发器，放大电路与拾音器连接，光纤收发器通过光纤连接远端的监测计算机，其中模数转换器用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，处理模块用于将数字音频信号转换为串行数字信号，光纤收发器用于将串行数字电信号转换为串行数字光信号。拾音器采集的化渣音频信号先经放大电路放大后再经模数转换器转换成数字音频信号，由于光纤线路传输串行数字信号，因此设置处理模块处理音频信号形成串行数字信号，并借助光纤收发器将电信号转换成可在光纤上传输的光信号后，再通过光纤向远端的监测计算机发送。这样可利用数字信号对于一定程度的信号衰减畸变不会影响其传输内容的特性解决模拟信号衰减带来的信号畸变问题。另外，由于监测计算机对化渣状态的分析是依据化渣噪声1KHz以下的低频频谱特性，因此数字信号采集器采用常用的8KHz采样频率，就能够在形成的数字信号中完全保存化渣噪声的低频信息。利用光纤传输音频数字信号，外界的电磁辐射无法在光纤中产生干扰信号，保证了传输过程中不会发生误码。

本发明欲采用以太网传输协议实现音频信号在光纤上的传输，为配合以太网技术的应用，所述数字信号采集器的处理模块通过以太网模块与光纤收发器连接，光纤收发器的光纤接口连接通向监测计算机的光纤。数字信号采集器的处理模块把数字化后的音频信号进行打包形成以太网数据帧，通过以太网电平接口输出到光纤收发器，由光纤收发器转化为以太网光信号向光纤发送。

为配合上述利用以太网的传输方法，所述监测计算机上安装光纤网卡或以太网光纤收发器，用来连接来自数字采集器的光纤，形成点对点的连接，将光纤上传送来的光信号转换为电信号供监测计算机分析处理。

另外，为实现化渣系统的远程控制管理，可将所述数字信号采集器通过光纤交换机与多台监测计算机和/或录制计算机连接，借助网络实现同步的信号分析和噪声信号的录制保存。

本发明通过将采集的化渣音频信号数字化后进行传输，可消除模拟音频信号在传输过程中的衰减问题，同时利用光纤作为传输链路，消除电磁干扰对音频化渣系统的影响，提高化渣系统的抗干扰和抗衰减能力；利用以太网实现化渣音频信号的光纤传输，便于进行多台计算机接收、处理和录制，实现化渣状态监测的联网操作。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述：

图1是现有音频化渣系统的结构示意图；

图2是本发明所述音频化渣系统的结构示意图； 

图3是实施例2的系统结构图；

图4是实施例3的系统结构图；

图5是实施例4的系统结构图；

图中，1、循环水箱，2、拾音器，3、放大电路，4、传输电缆，5、监测计算机，6、数字信号采集器，61、放大电路，62、模数转换器，63、处理模块，64、光纤收发器，65、以太网模块，7、光纤交换机，8、录制计算机。

具体实施方式

下面以非限定性的实施例来说明本发明的具体实施过程：     

实施例1

一种转炉化渣音频信号数字化传输方法，包括拾音器2、数字信号采集器6和监测计算机5，数字信号采集器6包括放大电路61、模数转换器62、处理模块63和光纤收发器64，具体包括如下步骤：

（1）、安装在转炉炉口旁循环水箱1内的拾音器2采集炉口的化渣噪声音频信号；

（2）、由模数转换器62对来自拾音器2的模拟音频信号进行PCM采样，形成数字音频信号；

（3）、处理模块63将数字音频信号转化为串行数字信号；

（4）、光纤收发器64将串行数字电信号转换为串行数字光信号；

（5）、利用光纤作为传输链路将串行数字光信号发送给监测计算机5；其中，音频信号在光纤上的传输遵循以太网传输协议。

实施例2

一种转炉化渣音频信号数字化传输装置，包括循环水箱1、拾音器2和监测计算机5，拾音器2位于循环水箱1内，还包括与拾音器2连接的数字信号采集器6，所述数字信号采集器6包括依次连接的放大电路61、模数转换器62、处理模块63和光纤收发器64，放大电路61与拾音器2连接，光纤收发器64通过光纤连接远端的监测计算机5，其中模数转换器62用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，处理模块63用于将数字音频信号转换为串行数字信号，光纤收发器64用于将串行数字电信号转换为串行数字光信号。拾音器采集的化渣音频信号先经放大电路放大后再经模数转换器转换成数字音频信号，然后由处理模块处理音频信号形成串行数字信号，并借助光纤收发器将电信号转换成可在光纤上传输的光信号后，再通过光纤向远端的监测计算机发送。

实施例3

一种基于以太网实现的转炉化渣音频信号数字化传输装置，包括循环水箱1、拾音器2和监测计算机5，拾音器2位于循环水箱1内，还包括与拾音器连接的数字信号采集器6，所述数字信号采集器6包括依次连接的放大电路61、模数转换器62、处理模块63和光纤收发器64，放大电路61与拾音器2连接，处理模块63通过以太网模块65与光纤收发器64连接，光纤收发器64的光纤接口连接光纤一端，监测计算机5上配有光纤网卡或以太网光纤收发器，连接光纤另一端。

实施例4

一种能实现多点监控的转炉化渣音频信号数字化传输装置，包括循环水箱1、拾音器2、数字信号采集器6、多台监测计算机5和录制计算机8，拾音器和数字信号采集器的设置与实施例3的结构相同，本实施例的不同之处是将数字信号采集器的输出端通过光纤交换机7连接多台监测计算机5和录制计算机8，每台监测计算机和录制计算机上均设有一个以太网光纤收发器，通过以太网光纤收发器与光纤交换机7连接。这样可将化渣音频信号同时发送到多台监测计算机和录制计算机上，实现同步的信号分析和噪声信号的录制保存。

 为提高炉口附近数字信号采集器的工作稳定性，上述实施例可采用逻辑和外围电路较简单的单片机进行说明，但不限于单片机。

数字信号采集器采用了C8051F系列单片机内置模数转换器的处理器开发实现，利用其模数转换器和外围放大电路接收来自拾音器的化渣噪声模拟信号，形成数字信号。根据化渣噪声分析的要求，采样频率为8000Hz,采样精度为16位。对于数字化后的音频信号，处理器经过增加引导标志等处理，向光纤发送模块串行输出。光纤发送模块接收到串行化的数字音频信号，形成串行光脉冲，向光纤发送。以光脉冲形式传送的音频信号经过光纤传送到检测计算机后通过光纤网卡或以太网光纤收发器识别引导标志后，形成数字音频信号，进行频谱处理分析。

Claims (7)

1.一种转炉化渣音频信号数字化传输方法，包括如下步骤：安装在转炉炉口旁循环水箱内的拾音器采集炉口的化渣噪声音频信号，对来自拾音器的模拟音频信号进行PCM采样，形成数字音频信号，通过数字信号传输链路将信号传给监测计算机，其特征在于：所述数字信号传输链路采用光纤线路，在信号进入光纤线路之前先将数字音频信号转换成串行数字信号，然后将串行数字电信号转换为串行数字光信号后再向光纤发送。

2.根据权利要求1所述的转炉化渣音频信号数字化传输方法，其特征在于：数字音频信号按照以太网传输标准在光纤上传输。

3.一种转炉化渣音频信号数字化传输装置，包括循环水箱（1）、拾音器（2）和监测计算机（5），拾音器（2）位于循环水箱（1）内，其特征在于：还包括与拾音器（2）连接的数字信号采集器（6），所述数字信号采集器（6）包括依次连接的放大电路、模数转换器（62）、处理模块（63）和光纤收发器（64），放大电路（61）与拾音器（2）连接，光纤收发器（64）通过光纤连接远端的监测计算机（5），其中模数转换器（62）用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，处理模块（63）用于将数字音频信号转换为串行数字信号，光纤收发器（64）用于将串行数字电信号转换为串行数字光信号。

4.根据权利要求3所述的转炉化渣音频信号数字化传输装置，其特征在于：所述数字信号采集器的处理模块（63）通过以太网模块（65）与光纤收发器（64）连接，光纤收发器的光纤接口连接通向监测计算机的光纤。

5.根据权利要求4所述的转炉化渣音频信号数字化传输装置，其特征在于：所述监测计算机（5）上设有光纤网卡，用来将光纤上传送来的光信号转换为电信号供监测计算机分析处理。

6.根据权利要求4所述的转炉化渣音频信号数字化传输装置，其特征在于：所述监测计算机（5）上设有以太网光纤收发器，用来将光纤上传送来的光信号转换为电信号供监测计算机分析处理。

7.根据权利要求6所述的转炉化渣音频信号数字化传输装置，其特征在于：所述数字信号采集器（6）通过光纤交换机（7）与多台监测计算机（5）和/或录制计算机（8）连接。

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