CN102970003A - 一种结晶器振幅信号的滤波方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结晶器振幅信号的滤波方法，用于保证结晶器振幅信号滤波后波形平滑，该方法包括：采集结晶器振幅原始信号；对结晶器振幅原始信号进行采样，获得并保存振幅采样信号；将振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体；按照振幅采样信号的时间顺序对若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波，该过程具体为：将每个均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体；根据当前均值滤波窗体内的振幅采样信号以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号，对当前均值滤波窗体进行平均滤波；当前均值滤波窗体进行平均滤波后，删除当前均值滤波窗体的第一子窗体内的振幅采样信号。本发明还公开了一种结晶器振幅信号的滤波装置。

Description

一种结晶器振幅信号的滤波方法及装置

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种结晶器振幅信号的滤波方法及装置。

背景技术

把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢。完成这一过程所需的设备叫连铸成套设备。浇钢设备、连铸机本体设备、切割区域设备、引锭杆收集及输送设备的机电液一体化构成了连续铸钢核心部位设备，习惯上称为连铸机。结晶器是连铸机非常重要的部件，称之为连铸设备的“心脏”。结晶器可以使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳；通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢；通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷；保证坯壳均匀稳定的生成。

目前结晶器的振动有正弦波式振动和非正弦波式振动两种方式。结晶器振动参数可以衡量结晶器液面稳定性，判断浇注是否易于控制，考量铸坯表面是否平滑。结晶器振动的原始信号采样中包含大量不规律的噪音数据(噪音来源于现场的电流干扰)，直接采集到的信号数据无法真实反映结晶器的振动参数，因此需要对结晶器振幅信号进行滤波。

在现有技术中，一般采用“滑动均值滤波”算法过滤结晶器振动原始信号采样中的噪音，滑动均值滤波法是将采样分解成多个窗体滤波，按照滤波窗体的大小分段进行滤波。

但是，采用“滑动窗体均值滤波”算法过滤结晶器振动原始信号采样中的噪音，每次滤波时，由于完全清空前一个窗体的采样数据，新的窗体与下一个窗体之间会有振荡，波形产生断裂，参见图1所示，这样将影响结晶器振动参数的采集。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种结晶器振幅信号的滤波方法及装置，以解决现有技术中对结晶器振幅信号进行滤波时存在窗体之间的振荡，导致波形断裂的问题。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

一种结晶器振幅信号的滤波方法，所述方法包括：

采集结晶器振幅原始信号；

对所述结晶器振幅原始信号进行采样，获得并保存振幅采样信号；

将所述振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体；

按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波；

所述按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波，具体包括：

将每个所述均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体；

根据当前均值滤波窗体内的振幅采样信号以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波；

所述当前均值滤波窗体进行平均滤波后，删除所述当前均值滤波窗体的第一子窗体内的振幅采样信号。

相应的，所述按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波，包括：

按照所述振幅采样信号的时间正向对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

相应的，所述按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波，包括：

按照所述振幅采样信号的时间反向对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

相应的，所述方法还包括：

分别计算所述第一子窗体内振幅采样信号的幅值之和以及所述第二子窗体内振幅采样信号的幅值之和；

所述根据当前均值滤波窗体内的振幅采样信号以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波，包括：

所述根据当前均值滤波窗体的第一子窗体以及第二子窗体内的振幅采样信号之和以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号之和，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波。

相应的，所述方法还包括：

定义所述均值滤波窗体的宽度，之后将所述振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体。

一种结晶器振幅信号的滤波装置，所述装置包括：

采集单元，用于采集结晶器振幅原始信号；

保存单元，用于对所述结晶器振幅原始信号进行采样，获得并保存振幅采样信号；

划分单元，用于将所述振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体；

滤波单元，用于按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波；

所述滤波单元具体包括：

划分子单元，用于将每个所述均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体；

滤波子单元，用于根据当前均值滤波窗体内的振幅采样信号以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波；

删除子单元，用于所述当前均值滤波窗体进行平均滤波后，删除所述当前均值滤波窗体的第一子窗体内的振幅采样信号。

相应的，所述滤波单元，用于按照所述振幅采样信号的时间正向对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

相应的，所述滤波单元，用于按照所述振幅采样信号的时间反向对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

相应的，所述滤波单元还包括：

计算子单元，用于分别计算所述第一子窗体内振幅采样信号的幅值之和以及所述第二子窗体内振幅采样信号的幅值之和；

所述滤波子单元，具体用于所述根据当前均值滤波窗体的第一子窗体以及第二子窗体内的振幅采样信号之和以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号之和，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波。

相应的，所述装置还包括：

定义单元，用于定义所述均值滤波窗体的宽度，之后将所述振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体。

由此可见，本发明具有如下有益效果：

本发明将均值滤波窗体分为了两个子窗体，每次滤波后只删除其中前半个子窗体内的数据，保留后半个子窗体中的数据用于下次滤波，因此有效解决了窗体与窗体之间的振荡问题，使得滤波后的数据平滑无断裂。另外，本发明还可以对窗体宽度进行自定义，满足不同滤波需求下使用。

附图说明

图1为使用现有技术对结晶器振幅信号进行滤波的结果图；

图2为本发明结晶器振幅信号的滤波方法的流程图；

图3为本发明中对若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波过程的流程图；

图4为使用本发明对结晶器振幅信号进行滤波的结果图；

图5为本发明结晶器振幅信号的滤波装置的结构示意图；

图6为本发明中滤波单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

本发明的方法，是针对现有技术中解决现有技术中对结晶器振幅信号进行滤波时存在窗体之间的振荡，导致波形断裂的问题，提出将振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体，将每个所述均值滤波窗体分为两部分，每次滤波后只删除一部分数据，为下次滤波保留另一部分数据，以确保滤波后波形的平滑。

基于上述思想，参见图2所示，本发明结晶器振幅信号的滤波方法包括以下步骤：

步骤101：采集结晶器振幅原始信号；

步骤102：对结晶器振幅原始信号进行采样，获得并保存振幅采样信号；

步骤103：将振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体；

步骤104：按照振幅采样信号的时间顺序对若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

参见图3所示，上述步骤104具体可以由以下步骤实现：

步骤201：将每个均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体；

步骤202：根据当前均值滤波窗体内的振幅采样信号以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号，对当前均值滤波窗体进行平均滤波；

步骤203：当前均值滤波窗体进行平均滤波后，删除当前均值滤波窗体的第一子窗体内的振幅采样信号。

在上述实施例中，可以按照振幅采样信号的正向时间顺序或者反向时间顺序对若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。当按照振幅采样信号的正向时间顺序对若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波时，每个均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体，可以将均值滤波窗体中振幅采样信号时间在先的部分作为第一子窗体，将均值滤波窗体中振幅采样信号时间在后的部分作为第二子窗体；当按照振幅采样信号的反向时间顺序对若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波时，每个均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体，可以将均值滤波窗体中振幅采样信号时间在后的部分作为第一子窗体，将均值滤波窗体中振幅采样信号时间在先的部分作为第二子窗体。

这样，本发明将均值滤波窗体分为了两个子窗体，每次滤波后只删除其中前半个子窗体内的数据，保留后半个子窗体中的数据用于下次滤波，因此有效解决了窗体与窗体之间的振荡问题，使得滤波后的数据平滑无断裂。参见图4所示，是利用本发明对结晶器振幅信号进行滤波的结果图。

具体的，本发明结晶器振幅信号的滤波方法还可以包括：

分别计算第一子窗体内振幅采样信号的幅值之和以及第二子窗体内振幅采样信号的幅值之和；例如按照窗体宽度的中点将每个均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体，则第一子窗体内振幅采样信号的幅值之和为第二子窗体内振幅采样信号的幅值之和为

两个子窗体内振幅采样信号的幅值之和相加

则可以作为均值滤波窗体内振幅采样信号的幅值之和。上述公式中，WindowSize表示均值滤波窗体的宽度，inY(i)表示第i个振幅采样信号的幅值，i为正整数。预先计算第一子窗体内以及第二子窗体内振幅采样信号的幅值之和，可以在下一次滤波时，直接利用上一次的计算结果，避免重复求和，以提高滤波速度。

因此上述步骤202可以变换为：

根据当前均值滤波窗体的第一子窗体以及第二子窗体内的振幅采样信号之和

以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号之和

对当前均值滤波窗体进行平均滤波。

另外，还可以定义均值滤波窗体的宽度，之后将振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体。对窗体宽度进行自定义，满足不同滤波需求下使用。

相应的，本发明还提供一种结晶器振幅信号的滤波装置，参见图5所示，该装置包括：

采集单元1、保存单元2、划分单元3以及滤波单元4。

其中，采集单元1，用于采集结晶器振幅原始信号；

保存单元2，用于对结晶器振幅原始信号进行采样，获得并保存振幅采样信号；

划分单元3，用于将振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体；

滤波单元4，用于按照振幅采样信号的时间顺序对若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

参见图6所示，滤波单元4具体可以包括：

划分子单元41、滤波子单元42以及删除子单元43。

其中，划分子单元41，用于将每个均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体；

滤波子单元42，用于根据当前均值滤波窗体内的振幅采样信号以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号，对当前均值滤波窗体进行平均滤波；

删除子单元43，用于当前均值滤波窗体进行平均滤波后，删除当前均值滤波窗体的第一子窗体内的振幅采样信号。

滤波单元4，可以按照振幅采样信号的时间正向对若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波；或者，按照振幅采样信号的时间反向对若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

在上述实施例中，滤波单元4还可以包括：计算子单元44，用于分别计算第一子窗体内振幅采样信号的幅值之和以及第二子窗体内振幅采样信号的幅值之和；

因此，滤波子单元42，可以具体用于根据当前均值滤波窗体的第一子窗体以及第二子窗体内的振幅采样信号之和以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号之和，对当前均值滤波窗体进行平均滤波。

另外，本发明结晶器振幅信号的滤波装置还可以包括：定义单元5，用于定义所述均值滤波窗体的宽度，之后将所述振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体。

这样，本发明将均值滤波窗体分为了两个子窗体，每次滤波后只删除其中前半个子窗体内的数据，保留后半个子窗体中的数据用于下次滤波，因此有效解决了窗体与窗体之间的振荡问题，使得滤波后的数据平滑无断裂。另外，本发明还可以对窗体宽度进行自定义，满足不同滤波需求下使用。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种结晶器振幅信号的滤波方法，其特征在于，所述方法包括：

采集结晶器振幅原始信号；

对所述结晶器振幅原始信号进行采样，获得并保存振幅采样信号；

将所述振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体；

按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波；

所述按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波，具体包括：

将每个所述均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体；

根据当前均值滤波窗体内的振幅采样信号以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波；

所述当前均值滤波窗体进行平均滤波后，删除所述当前均值滤波窗体的第一子窗体内的振幅采样信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波，包括：

按照所述振幅采样信号的时间正向对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波，包括：

按照所述振幅采样信号的时间反向对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

分别计算所述第一子窗体内振幅采样信号的幅值之和以及所述第二子窗体内振幅采样信号的幅值之和；

所述根据当前均值滤波窗体内的振幅采样信号以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波，包括：

所述根据当前均值滤波窗体的第一子窗体以及第二子窗体内的振幅采样信号之和以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号之和，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

定义所述均值滤波窗体的宽度，之后将所述振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体。

6.一种结晶器振幅信号的滤波装置，其特征在于，所述装置包括：

采集单元，用于采集结晶器振幅原始信号；

保存单元，用于对所述结晶器振幅原始信号进行采样，获得并保存振幅采样信号；

划分单元，用于将所述振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体；

滤波单元，用于按照所述振幅采样信号的时间顺序对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波；

所述滤波单元具体包括：

划分子单元，用于将每个所述均值滤波窗体分为第一子窗体以及第二子窗体；

滤波子单元，用于根据当前均值滤波窗体内的振幅采样信号以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波；

删除子单元，用于所述当前均值滤波窗体进行平均滤波后，删除所述当前均值滤波窗体的第一子窗体内的振幅采样信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波单元，用于按照所述振幅采样信号的时间正向对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波单元，用于按照所述振幅采样信号的时间反向对所述若干个均值滤波窗体内的振幅采样信号逐个进行滤波。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波单元还包括：

计算子单元，用于分别计算所述第一子窗体内振幅采样信号的幅值之和以及所述第二子窗体内振幅采样信号的幅值之和；

所述滤波子单元，具体用于所述根据当前均值滤波窗体的第一子窗体以及第二子窗体内的振幅采样信号之和以及前一个均值滤波窗体的第二子窗体内的振幅采样信号之和，对所述当前均值滤波窗体进行平均滤波。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

定义单元，用于定义所述均值滤波窗体的宽度，之后将所述振幅采样信号划分为若干个均值滤波窗体。

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