CN102680082A - 一种结晶器振幅测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种结晶器振幅测试方法和装置，该方法包括：对结晶器振动过程中的加速度传感器得到的振动加速度值进行采样；将采集到的结晶器的振动加速度利用数值积分方法积分得到结晶器的振动速度，并将获得的振动速度利用数值积分方法进行积分得到结晶器振动的振幅；在对结晶器的振动加速度和振动速度进行数值积分之前，将被积分的数值按照时间顺序划分成多段；在每段内计算该段内的被积分数值的趋势值的平均值，并将该段内的每个被积分数值都减去获得的趋势值的平均值。

Description

一种结晶器振幅测试方法和装置

技术领域

本发明属于连铸技术领域，尤其涉及一种结晶器振幅测试方法和装置。

背景技术

结晶器时连铸机的“心脏”，需要不断地振动，这样铸坯才能强制脱模和消除粘连。目前结晶器的振动主要有正弦波式振动和非正弦波式振动两种方式。

结晶器的振动参数中的振幅可以衡量结晶器页面的稳定性，判断浇注是否易于控制，考量铸坯表面是否平滑。

结晶器振动测试通常利用加速度传感器获得原始的加速度采样值，再经过软件积分一次得到速度值，最后再积分一次得到位移值。由于现有的软件积分算法存在初始值不为零、加速度均值不为零、算法误差等问题，会使得经过上面两次积分得到的位移会产生趋势项，无法正确反映结晶器的振幅参数。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结晶器振幅测试方法和装置，能够得到更为准确的振幅值。

为实现上述目的，本发明的一个实施例提供一种结晶器振幅测试方法，包括：

对结晶器振动过程中的加速度传感器得到的振动加速度值进行采样；

将采集到的结晶器的振动加速度利用数值积分方法积分得到结晶器的振动速度，并将获得的振动速度利用数值积分方法进行积分得到结晶器振动的振幅；

在对结晶器的振动加速度和振动速度进行数值积分之前，将被积分的数值按照时间顺序划分成多段；

在每段内计算该段内的被积分数值的趋势值的平均值，并将该段内的每个被积分数值都减去获得的趋势值的平均值。

另一方面，本发明还提供一种结晶器振幅测试装置，包括：

加速度采样单元，用于对结晶器振动过程中的加速度传感器得到的振动加速度值进行采样；

积分单元，用于将采集到的结晶器的振动加速度利用数值积分的方法积分得到结晶器的振动速度，并将获得的振动速度利用数值积分的方法进行积分得到结晶器振动的振幅；

去趋势单元，用于在积分单元对结晶器的振动加速度和振动速度进行数值积分之前，将被积分的数值按照时间顺序划分成多段，并在每段内计算该段内的被积分数值的趋势值的平均值，并将该段内的每个被积分数值都减去获得的趋势值的平均值。

根据本发明实施例，在得到结晶器振幅的过程中，能够去除积分过程产生的趋势项，使得最终获得的结晶器振幅更正确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是积分含义的示意图；

图2是利用现有的数值积分方法计算得到的结晶器振幅的结果示意图；

图3是本发明提供的一种结晶器振幅测试方法的示意图；

图4是利用本发明实施例的方法获得的结晶器振幅的结果的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

以下简单说明利用数值积分即软件积分的方法计算结晶器振动的振幅的原理。

根据数学上的定律：

设函数F(x)在x轴上存在两点x1、x2，如图1围绕起来的封闭图形的面积S即是函数f(x)在[x1，x2]区间里的积分

设x2-x1≥0，那么则有

(可以称为梯形公式)。

但是在利用软件进行数值积分的过程中会存在如下问题：

1、积分初始值问题：无法获得初速度的值，在实际数值计算中只能假设初速度为0；

2、加速度总和不为零问题：类似sin曲线的加速度围绕起来的封闭图形的面积S不为0，加速度可能偏向于正象限，也有可能偏向于负象限，由此造成加速度总和不为零；

3、基于上述梯形公式计算积分本身也会具有误差，误差大小为： ${\∫}_{x_1}^{x_2}f\left(x\right)\mathrm{dx}-\frac{x_2-x_1}{N}[\frac{f\left(x_1\right)+f\left(x_2\right)}{2}+\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}f(x_1+k\frac{x_2-x_1}{N})],$ 这里的N是在x1至x2之间所划分的梯形的个数，上述误差是在x1至x2之间因为梯形累加造成的误差总和。

由于上述问题的存在，会使得数值积分的结果中引入趋势项，例如，在计算结晶器振动振幅的时候，会得到如图2中示出的检测结果(蓝色曲线是加速度，绿色曲线是速度，红色曲线是振幅)，由该检测结果可知第条线所反映的振幅带有趋势项的影响。

考虑到上述问题的存在，本发明提供一种结晶器振幅测试方法，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S301：对结晶器振动过程中加速度传感器得到的振动加速度值进行采样。

根据实际的需要上述采样频率或者在规定的时间内采样的数据点数可以灵活设定，根据实验发现，在采样频率为100个/秒时，最终得到的结晶器振动振幅更准确。

步骤S302：将采集到的结晶器的振动加速度利用数值积分方法积分得到结晶器的振动速度，并将获得的振动速度利用数值积分方法进行积分得到结晶器振动的振幅。

在步骤S302中如果直接对采集到的原始振动加速度采样值进行数值积分，就会在振动速度中引入趋势项，进一步地以该振动速度直接进行数值积分又会再次引入新的趋势项，两次数值积分的过程会造成与图2中相类似的问题。

因此本发明在步骤S302中在对结晶器的振动加速度和振动速度进行数值积分之前都要对将被积分的数值减去相应的趋势值，可以称为去趋势的过程，由此可见，本发明中在对原始的振动加速度进行数值积分之前，要对振动加速度去趋势，而将去趋势后的振动加速度值作为计算振动速度的数值积分过程的被积分数值；同理，在之后利用获得的振动速度进行数值积分之前，也要将直接计算得到的振动速度去趋势，将去趋势后的振动速度作为计算振动振幅的数值积分过程的被积分数值。

以下详细说明上述去趋势的过程，由于在两次积分过程之前分别需要对振动加速度和振动速度进行去趋势，而实际上两次去趋势的过程是相类似的，以下不妨以每次被去趋势的值(也就是数值积分过程的被积分的数值)来说明。

将被积分的数值按照时间顺序划分成多段，例如划分成N段，N＞1。每段内独立进行去趋势，可以将每段称为一个去趋势窗体，每段内的数据点数量(可以称为窗体大小)可以记为WindowSize。

在实际中，可以通过一维先进先出(FIFO)链表TrendList将被积分的数值按照时间顺序划分成多段，该FIFO链表引入了趋势项的被积分数值。

针对每段的被积分数值，计算该段内的被积分数值的趋势值的平均值，该平均值的计算过程可以通过如下公式表示：

$\underset{0}{\overset{\mathrm{WindowSize}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Trend}\left(i\right)/\mathrm{WindowSize}$

其中Trend(i)表示该段内的每个被积分数值的趋势值。

每个被积分数值的趋势值可以根据如下算法确定：

将多个Trend(i)求和，除以窗体大小。

将该段内的每个被积分数值都减去前面获得的趋势值的平均值。

至此完成被积分数值的去趋势过程。

在实际中为了防止一维FIFO链表TrendList耗尽内存，还在采集到1024个采样点时清空所述FIFO链表中的数据量为该链表大小减每段的数据量的数据，即清空数量为TrendList.size()-WindowSize的数据。

由此可见看出，本发明实施例提供的测试方法在得到结晶器振幅的过程中，能够去除积分过程产生的趋势项，使得最终获得的结晶器振幅更正确，例如图4示出了利用本发明实施例的方法获得的结晶器振幅的结果，由图4可以看出，本发明得到的结晶器振幅与客观情况比较相符，更为准确。

此外，本发明实施例还相应提供一种结晶器振幅测试装置，包括：

加速度采样单元，用于对结晶器振动过程中的加速度传感器得到的振动加速度值进行采样；

积分单元，用于将采集到的结晶器的振动加速度利用数值积分的方法积分得到结晶器的振动速度，并将获得的振动速度利用数值积分的方法进行积分得到结晶器振动的振幅；

去趋势单元，用于在积分单元对结晶器的振动加速度和振动速度进行数值积分之前，将被积分的数值按照时间顺序划分成多段，并在每段内计算该段内的被积分数值的趋势值的平均值，并将该段内的每个被积分数值都减去获得的趋势值的平均值。

在一个优选的实施例中，将被积分的数值按照时间顺序划分成多段具体实现为：通过一维先进先出FIFO链表将被积分的数值按照时间顺序划分成多段。

考虑到为了防止一维FIFO链表TrendList耗尽内存，上述装置还包括清空单元，用于在。。。。时清空所述FIFO链表中的数据量为该链表大小减每段的数据量的数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种结晶器振幅测试方法，其特征在于，包括：

对结晶器振动过程中的加速度传感器得到的振动加速度值进行采样；

将采集到的结晶器的振动加速度利用数值积分方法积分得到结晶器的振动速度，并将获得的振动速度利用数值积分方法进行积分得到结晶器振动的振幅；

在对结晶器的振动加速度和振动速度进行数值积分之前，将被积分的数值按照时间顺序划分成多段；

在每段内计算该段内的被积分数值的趋势值的平均值，并将该段内的每个被积分数值都减去获得的趋势值的平均值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将被积分的数值按照时间顺序划分成多段具体实现为：通过一维先进先出FIFO链表将被积分的数值按照时间顺序划分成多段。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在采集到1024个采样点时清空所述FIFO链表中的数据量为该链表大小减每段的数据量的数据。

4.一种结晶器振幅测试装置，其特征在于，包括：

加速度采样单元，用于对结晶器振动过程中的加速度传感器得到的振动加速度值进行采样；

积分单元，用于将采集到的结晶器的振动加速度利用数值积分的方法积分得到结晶器的振动速度，并将获得的振动速度利用数值积分的方法进行积分得到结晶器振动的振幅；

去趋势单元，用于在积分单元对结晶器的振动加速度和振动速度进行数值积分之前，将被积分的数值按照时间顺序划分成多段，并在每段内计算该段内的被积分数值的趋势值的平均值，并将该段内的每个被积分数值都减去获得的趋势值的平均值。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述将被积分的数值按照时间顺序划分成多段具体实现为：通过一维先进先出FIFO链表将被积分的数值按照时间顺序划分成多段。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

清空单元，用于在采集到1024个采样点时清空所述FIFO链表中的数据量为该链表大小减每段的数据量的数据。

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