CN1045730C - 无缝管材高速冷轧机芯棒监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种无缝管材高速冷轧机芯棒监测装置与方法。主要由芯棒、磁铁、探头、联接电缆和信号处理系统构成，在探头中安置两个由非晶态合金构成的磁敏元件，对成品管内磁铁的漏磁场进行检测，并用双相时钟信号激励磁敏元件和控制输出电路以同步方式把经过处理、比较鉴别后的结果信号送出以通知主机确定芯棒的工作状态。本发明与现有技术相比，具有更高的灵敏度和可靠性，且通用性强，使用简单、方便等优点。

Description

无缝管材高速冷轧机芯棒监测装置和方法

本发明属于测量技术领域。

本发明提出一种无缝管材高速冷轧机芯棒监测装置。在轧制过程中，当芯棒的轴向位移超出预定范围时，该装置会以声、光形式报警，并指出位移方向，发出开关信号。

在轧制过程中，引起芯棒发生轴向位移的原因主要有以下两个：一是由于在轧制过程中，尤其是当进给量大、轧制速度高时，锥形芯棒可能因负载过大或本身材质缺陷发生局部破碎，此后芯棒碎片将随成品管一起朝前运动，而芯棒的剩余部分(即芯棒杆)亦将偏离预先设计的传动方向；二是由于支座紧固不良而使芯棒在工作过程中发生向后的退缩。无论芯棒因何原因发生过量的轴向位移，都必须及时停机，否则轻则产生废品，重则可能导致整个轧机的损坏。

为了防止由于芯棒轴向位移而引起的损坏和危险，人们研究和设计了各种监测芯棒位置的方法和装置。曾有一种以检测轧辊负荷为基本量间接监测芯棒状态的方法。因为轧辊负荷超常增加实际上可能是芯棒发生轴向位移的结果，所以这种方法终因灵敏度太差而被放弃。

德国专利DE1023441提出了一种较为灵敏的方法，即采用固定在成品管外的放射性同位素作信号源，而在成品管内的芯棒顶部安装一个铅制园柱。当芯棒因破碎发生过量轴向位移时，铅柱将阻断放射性同位素发生的伽玛射线，从而触发“芯棒断裂”信号。这种方法终因放射性污染和其它技术原因而被德国政府禁用。

德国专利DE2367037.7提出了一种安全可靠的方法：即在芯棒顶端安装磁铁，在成品管外用谐振电路的线圈检测其磁场。当芯棒团破碎而向前运动时，线圈将产生一个感应电压，并据此发生“芯棒破碎”信号。

德国专利DE 2548379在前述专利的基础上提出了一种更为灵敏的方法：即在成品管理内部的芯棒顶端或在一根装于芯棒顶端的接长杆的端部装一块磁铁，在成品管外用一组半导体霍尔元件检测其磁场的轴向分布，并通过电子电路积分寻求该磁场的最大强度的位置所在。当芯棒因某种原因发生移动时，积分曲线的最大值的位置将发生变化，据此发出相应的开关信号。这种方法要采用较多的半导体霍尔元件，为了克服这种元件特性漂移的影响，不得不采用复杂的机械结构和电子电路。

本发明的基本目的是在现有技术的基础上寻求一种更为灵敏、更为可靠、更为通用和更为简单的方法和相应的装置，以在更广阔的范围内替代原有的方法和装置。

本发明所述的装置由芯棒、磁铁、探头、联接电缆和信号处理电路等部件组成。其发明要点是，磁铁4固定在芯棒1的端部或通过接长杆2固定在芯棒1的端部，在所轧制的成品管3外，对应磁铁4的位置，安置有探头6，用于检测成品管3内的磁铁4透过成品管而泄露到外部的微弱漏磁场5，探头6将所检测到的表征漏磁场5的电压信号经电缆7送到信号处理系统8进行处理和鉴别。由于磁铁4和芯棒1被联为一体，则芯棒1的轴向位移会引起漏磁场5发生同样位移，所以探头6通过检测漏磁场5的变化即可确定芯棒1的位置，当芯棒1的轴向位移超过预先确定的范围时，信号处理系统8便会发生一个开关信号，通知主机停机，并通知指示电路指明位移方向。

所说的探头的结构是，在沿成品管3轴线方向装有两个由非晶态磁性合金构成的磁敏元件10，并分布在同一轴线上，以检测漏磁场5在空间两点绝对磁场强度轴向分量之差，磁敏元件10除朝向成品管3外壁的工作面外，其余的非工作面均为非晶软磁合金构成的磁屏蔽层9，以有效地降低外部杂散磁场的干扰。

本发明所述的方法主要可通过图3进行描述。在信号处理系统8中，由石英晶体控制的时钟电路19产生频率为F，占空比为S，相差为Φ的双相时钟信号，形成可以分别调节两路的时钟信号Φ₁和Φ₂，其中一相时钟Φ₁控制驱动电路18激励探头6中的磁敏元件10，探头6将表征漏磁场5的电压信号送到检出电路12转换成与漏磁场5的场强差成比例的直流电压后，并经信号调理电路13进行处理后，送到比较鉴别电路14使之与中心定位电路15，灵敏度调节电路16给定的基准信号作比较和鉴别，以对芯棒1的轴向位置进行测定，所测试的结果与芯棒1的速度无关；另一相对钟Φ₂控制输出电路20以同步方式把来自比较鉴别电路14的结果送到输出插座21上去，以通知主机停机。中心定位电路15可以指定芯棒1的正常位置，灵敏度调节电路16可以指定芯棒1的允许活动范围，两者可分别调节，互不牵联。

采用本发明所述的装置和方法，在换轧不同材质，不同规格的管子时，仅需调节探头与成品管外壁之间距离，用中心定位电路和灵敏度调节电路重新确定芯棒的正常工作状态，即可对芯棒继续监测。本发明所述的技术，与现有技术对比，具有更高的灵敏度.且更为可靠、通用性强、使用更为简单、方便，可代替原有的无缝管材高速冷轧机芯棒的监测装置。

附图1：无缝管材高速轧机芯棒监测装置原理结构图；

附图2：探头结构示意图；

附图3：信号处理系统原理框图。

附图中给出了本发明所述的装置、结构原理图及信号处理系统原理框图。在图2中给出的探头6图例是仅用两个非晶态合金构成的磁敏元件10，分布在同一轴线上，其中心间距为d，以检测漏磁场5在空间两点绝对磁场强度轴向分量之差。在磁敏元件10的非工作面上有软磁合金构成的磁屏蔽层9。在信号处理系统8中，表征芯棒1位置信号由检出电路12转换成直流电压，该直流电压经信号调理电路13处理后，由比较鉴别电路14进行识别；芯棒1的正常工作位置和允许活动范围由中心定位电路15和灵敏度调节电路16分别独立指定：信号处理系统8中的输出电路20由时钟Φ₂控制与探头6同步工作。由比较鉴别电路14输出的指示信号送往指示电路17，该指示电路17有安装调试时指明正确的调节方向和芯棒1发生超常位移时指明移动方向的作用，其输出形式可为3位半的十进制数码，其符号表示为芯棒1位移的方向。

所有电路可由电源11供电。

Claims (7)

1.一种由芯棒、磁铁、探头、联接电缆和信号处理系统构成的无缝管材高速冷轧机芯棒监测装置，磁铁固定在芯棒的端部或通过接长杆固定在芯棒端部，在成品管外，对应磁铁的位置，有用于监测芯棒轴向位置的探头，探头通过电缆与信号处理系统相联接，其特征在于，在所说的探头内，沿其成品管轴线方向装有两个由非晶态磁性合金构成的磁敏元件，所说的磁敏元件分布在同一轴线上；磁敏元件除了朝向成品管外壁的工作面外，其余各面均为非晶软磁合金磁屏蔽层。

2.根据权利要求1所说的监测装置，其特征在于，在所说的信号处理系统中可包括有时钟电路、驱动电路、检出电路、调理电路、比较鉴别电路、中心定位电路、灵敏度调节电路、输出电路和指示电路。

3.根据权利要求2所说的监测装置，其特征在于，时钟电路输出相差为Φ的两路双相时钟信号分别接至驱动电路和输出电路，驱动电路的输出端与探头相联接，探头输出的漏磁场电信号接至检出电路，检出电路的输出端与比较鉴别电路相联接，中心定位电路、灵敏度调节电路均与比较鉴别电路相联接，比较鉴别电路输出的结果信号和指示信号分别接至输出电路和指示电路。

4.一种由芯棒、磁铁、探头、联接电缆和信号处理系统构成的无缝管材高速冷轧机芯棒轴向位移监测方法，所说的磁铁固定在芯棒的端部或通过接长杆固定在芯棒端部，其特征在于，用在其内沿成品管轴线方向装有两个磁敏元件的探头，在成品管外监测成品管内磁铁(即芯棒)的轴向位置，两个磁敏元件分布在同一轴线上，以差动方式检测成品管内的磁铁在成品管外形成的漏磁场；信号处理系统接受到由探头监测到的表征漏磁场的电压信号后，由检出电路将其转换成与漏磁场的场强差成比例的直流电压，然后用模拟和数字混合方式进行处理和识别；当监测到的信号与指定芯棒的正常位置信号和允许芯棒活动范围信号比较、鉴别后发现芯棒发生过量轴向位移，信号处理系统立即发出信号，通知停机，并通过指示电路指明位移方向。

5.根据权利要求4所说的监测方法，其特征在于，所说的信号处理系统包括有时钟电路、驱动电路、检出电路、调理电路、比较鉴别电路、中心定位电路、灵敏度调节电路、输出电路和指示电路，所说的时钟电路由石英晶体所控制，形成可以分别调节两路的时钟信号Φ₁和Φ₂，其中时钟Φ₁控制驱电路激励探头的磁敏元件，探头将表征漏磁场的电压信号送到检出电路并转换成与漏磁场的场强差成比例的直流电压，将该直流电压输送到信号调理电路进行处理后，送比较鉴别电路使之与来自中心定位电路和灵敏度调节电路的基准信号作比较和鉴别，以对芯棒的轴向位置进行测定；时钟Φ₂控制输出电路以同步方式把来自比较鉴别电路的结果送到输出插座上去。

6.根据权利要求5所说的监测方法，其特征在于，表征芯棒位置的直流电压经调理后，由比较鉴别电路进行识别。

7.根据权利要求6所说的监测方法，其特征在于，芯棒的正常工作位置和允许活动范围由中心定位电路和灵敏度调节电路分别独立指定。