CN105499519A - 结晶器振动在线检测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及注入带可调整壁的铸模的金属铸造领域，具体为一种结晶器振动在线检测装置及其使用方法。一种结晶器振动在线检测装置，包括加速度传感器(1)，其特征是：还包括隔离放大器(2)、模/数转换器(3)和计算机(4)。一种结晶器振动在线检测装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：加速度传感器(1)分别探测x向、y向和z向的加速度信号，计算机(4)将接收到的数字信号经预处理转换为加速度值，对所述加速度值进行两次积分，得到结晶器的振动曲线。本发明监控全面，抗干扰性强，设置灵活，适应性强。

Description

结晶器振动在线检测装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及注入带可调整壁的铸模的金属铸造领域，具体为一种结晶器振动在线检测装置及其使用方法。

背景技术

结晶器的良好振动对于改善铸坯和结晶器界面间的润滑是非常有效的。如何在生产过程中实时获得结晶器振动的真实曲线是非常重要的。同时分析结晶器振动偏差所带来的影响原因可知，结晶振动时偏摆的不稳定，使结晶器与坯壳间缝隙大小产生差异，导致结晶器保护渣流入不均匀，保护渣流入少的面坯壳所受的摩擦力增大，易发生粘连，导致产生粘结漏钢。因此，研究振动过程各种异常情况的检测及计算的方法，使得现场人员能够及时准确地获得关于铸坯和铸机的信息，及时采取正确的措施，避免漏钢等事故的发生，成为亟待解决的问题之一。对于结晶器振动情况的在线检测可随时掌握设备的运行状态、了解结晶器振动随拉速变化的规律及各项偏差与拉速的关系、减少漏钢事故、并可判断传动系统磨损，导向系统偏差等设备故障，对连铸生产过程质量监控有着重要的意义。

公开号为101337264A的中国专利于2009年1月7日公开了一种连铸结晶器振动检测装置及检测方法，这种装置采用单轴加速度传感器检测振动框架上的一个或两个点的Z轴方向振动，采用串行通信进行数据采集，由于检测信号少，不能全面的分析结晶器的振动情况，而且要求选用提供串行通信接口的加速度计，增加了选型难度。公开号为101337264A的中国专利于2009年1月7日公开了一种连铸机结晶器振动在线检测装置，这种检测装置采用涡流传感器检测振动的方法，采用涡流传感器可以直接检测结晶器振动的位移，但是涡流传感器结构复杂，必须固定安装，而且涡流传感器容易受到高温的干扰。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，提供一种监控全面、抗干扰性强、设置灵活、适应性强的铸造设备监控设备，本发明公开了一种结晶器振动在线检测装置及其使用方法。

本发明通过如下技术方案达到发明目的：

一种结晶器振动在线检测装置，包括加速度传感器，加速度传感器至少有两个，每个加速度传感器都设于结晶器的一个转角处，其特征是：还包括隔离放大器、模/数转换器和计算机，

其中有两个加速度传感器分别设于结晶器的两个相对的转角处；

加速度传感器的模拟信号输出端耦合至隔离放大器的信号输入端，隔离放大器的信号输出端用信号线连接至模/数转换器的模拟信号输入端，模/数转换器的数字信号输出端用信号线连接至计算机的信号输入端；

加速度传感器选用三轴加速度计，加速度传感器的三个加速度计分别平行于结晶器的长度方向、宽度方向和高度方向，其中，长度方向和宽度方向都在水平面上，高度方向在铅垂面上。

所述的结晶器振动在线检测装置，其特征是：还包括可编程控制器，计算机的通讯接口用工业以太网连接至可编程控制器的通讯接口；

加速度传感器的数量为两个或四个，选用两个加速度传感器时，加速度传感器分别设于结晶器对角的一个的转角处，选用四个加速度传感器时，加速度传感器分别设于结晶器的每个的转角处；加速度传感器的水平度和垂直度都不大于1mm/m；

隔离放大器的信号输入端选用光电耦合或电磁耦合。

所述的结晶器振动在线检测装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：

设结晶器的振动方向、水平摆动方向和垂直摆动方向分别为x向、y向和z向，加速度传感器分别探测x向、y向和z向的加速度信号，加速度传感器探测到的加速度信号经隔离放大器放大后输入模/数转换器转换成数字信号，随后所述数字信号被输入计算机；

计算机将接收到的数字信号经预处理转换为加速度值，对所述加速度值进行滤波、一次积分、二次积分后，获得结晶器的速度信息和位移信息，并得到结晶器的振动曲线，计算机根据z向的振动位移信号计算出结晶器振动的幅值、频率、相位或相位差，根据x向的振动位移信号计算出横向偏摆，根据y向振动位移信号计算出纵向偏摆，具体步骤如下所述：

首先，在一个固定周期内采集数据，所述数据至少包含结晶器的一个振动周期，对所述数据连续两次积分，

v=∫adv——(1)，

速度v是描述质点运动快慢和方向的物理量，等于加速度a对时间t的积分；

s=∫vdt——(2)，

位移s只与物体运动的始末位置有关，等于速度v对时间t的积分;

其次，采用快速傅里叶变换（即FastFourierTransformation，简称FFT）的方法计算出数据的频率和周期，并在一个周期内找到数据的最大和最小值，以及取得最大值和最小值时的相位；

最后，根据信号的最大值和最小值计算出振幅和各个信号之间的相位差。

所述的结晶器振动在线检测装置的使用方法，其特征是：计算机的数字信号采样频率不低于2000Hz。

本发明采用三轴加速度传感器的非接触检测法，加速度传感器没有运动部件，有很高的灵敏度和精度，检测过程中传感器安装方便，无磨损，检测时，将所采集到的加速度信号进行一次和两次积分，分别获得结晶器振动的速度和位移随时间变化的曲线，利用快速傅里叶变换技术（即FFT）将时域信号转化为频域信号进行后续分析，获得生产需要的振动特征值，即振动的速度和位移曲线及特征值，结晶器振动的横向偏摆以及纵向偏摆。

本发明能够帮助生产人员直观地监控结晶器振动过程，为提高连铸坯表面质量，保证生产顺利进行，纠正振动装置的物理状态提供依据。

本发明的有益效果是：监控全面，抗干扰性强，设置灵活，适应性强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明使用时的检测流程图；结晶器振动在线检测系统图；

图3是设有四个加速度传感器并设有可编程控制器的本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

一种结晶器振动在线检测装置，包括加速度传感器1、隔离放大器2、模/数转换器3和计算机4，如图1所示，具体结构是：

加速度传感器1有两个，加速度传感器1分别设于结晶器10两个相对的转角处；

加速度传感器1的模拟信号输出端耦合至隔离放大器2的信号输入端，隔离放大器2的信号输出端用信号线连接至模/数转换器3的模拟信号输入端，模/数转换器3的数字信号输出端用信号线连接至计算机4的信号输入端；

加速度传感器1选用三轴加速度计，加速度传感器1的三个加速度计分别平行于结晶器10的长度方向、宽度方向和高度方向，其中，长度方向和宽度方向都在水平面上，高度方向在铅垂面上；

加速度传感器1的水平度和垂直度都不大于1mm/m；为保证精度，加速度传感器1的检测范围小于[-5g,5g]，灵敏度>1000mV/g，g为重力加速度；选型时保证加速度传感器1的适用工作环境温度不低于100℃，或通过保护措施确保加速度传感器1可在不低于100℃的环境温度下正常工作；

隔离放大器2的信号输入端选用光电耦合或电磁耦合。

本实施例使用时，如图2所示，按如下步骤依次实施：

设结晶器10的振动方向、水平摆动方向和垂直摆动方向分别为x向、y向和z向，加速度传感器1分别探测x向、y向和z向的加速度信号，信号探测过程中，需要将x向、y向和z向的信号分别集中采集，以减少信号采集带来的滞后；

加速度传感器1探测到的加速度信号经隔离放大器2放大后输入模/数转换器3转换成数字信号，随后所述数字信号被输入计算机4；结晶器10振动频率相对固定在一个较小的频段内，因此采用带通滤波器对信号进行滤波，具体滤波参数需综合考虑结晶器10振动、信号采集系统的影响；

计算机4的数字信号采样频率不低于2000Hz，计算机4将接收到的数字信号经预处理转换为加速度值，对所述加速度值进行滤波、一次积分、二次积分后，获得结晶器10的速度信息和位移信息，并得到结晶器10的振动曲线，计算机4根据z向的振动位移信号计算出结晶器10振动的幅值、频率、相位或相位差，根据x向的振动位移信号计算出横向偏摆，根据y向振动位移信号计算出纵向偏摆，具体步骤如下所述：

首先，在一个固定周期内采集数据，所述数据至少包含结晶器的一个振动周期，对所述数据连续两次积分，

v=∫adv——(1)，

速度v是描述质点运动快慢和方向的物理量，等于加速度a对时间t的积分；

s=∫vdt——(2)，

位移s只与物体运动的始末位置有关，等于速度v对时间t的积分;

其次，采用快速傅里叶变换（即FastFourierTransformation，简称FFT）的方法计算出数据的频率和周期，并在一个周期内找到数据的最大和最小值，以及取得最大值和最小值时的相位；

最后，根据信号的最大值和最小值计算出振幅和各个信号之间的相位差。

实施例2

一种结晶器振动在线检测装置，包括加速度传感器1、隔离放大器2、模/数转换器3和计算机4，还包括可编程控制器5，如图3所示，具体结构是：计算机4的通讯接口用工业以太网连接至可编程控制器5的通讯接口；加速度传感器1的数量为四个，加速度传感器1分别设于结晶器10的每个的转角处。其他结构都和实施例1同；使用方法和实施例1同。

Claims (4)

1.一种结晶器振动在线检测装置，包括加速度传感器(1)，加速度传感器(1)至少有两个，每个加速度传感器(1)都设于结晶器的一个转角处，其特征是：还包括隔离放大器(2)、模/数转换器(3)和计算机(4)，

其中有两个加速度传感器(1)分别设于结晶器的两个相对的转角处；

加速度传感器(1)的模拟信号输出端耦合至隔离放大器(2)的信号输入端，隔离放大器(2)的信号输出端用信号线连接至模/数转换器(3)的模拟信号输入端，模/数转换器(3)的数字信号输出端用信号线连接至计算机(4)的信号输入端；

加速度传感器(1)选用三轴加速度计，加速度传感器(1)的三个加速度计分别平行于结晶器的长度方向、宽度方向和高度方向，其中，长度方向和宽度方向都在水平面上，高度方向在铅垂面上。

2.如权利要求1所述的结晶器振动在线检测装置，其特征是：还包括可编程控制器(5)，计算机(4)的通讯接口用工业以太网连接至可编程控制器(5)的通讯接口；

加速度传感器(1)的数量为两个或四个，选用两个加速度传感器(1)时，加速度传感器(1)分别设于结晶器对角的一个的转角处，选用四个加速度传感器(1)时，加速度传感器(1)分别设于结晶器的每个的转角处；加速度传感器(1)的水平度和垂直度都不大于1mm/m；

隔离放大器(2)的信号输入端选用光电耦合或电磁耦合。

3.如权利要求1或2所述的结晶器振动在线检测装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：

设结晶器的振动方向、水平摆动方向和垂直摆动方向分别为x向、y向和z向，加速度传感器(1)分别探测x向、y向和z向的加速度信号，加速度传感器(1)探测到的加速度信号经隔离放大器(2)放大后输入模/数转换器(3)转换成数字信号，随后所述数字信号被输入计算机(4)；

计算机(4)将接收到的数字信号经预处理转换为加速度值，对所述加速度值进行滤波、一次积分、二次积分后，获得结晶器的速度信息和位移信息，并得到结晶器的振动曲线，计算机(4)根据z向的振动位移信号计算出结晶器振动的幅值、频率、相位或相位差，根据x向的振动位移信号计算出横向偏摆，根据y向振动位移信号计算出纵向偏摆，具体步骤如下所述：

首先，在一个固定周期内采集数据，所述数据至少包含结晶器的一个振动周期，对所述数据连续两次积分，

v=∫adv——(1)，

速度v是描述质点运动快慢和方向的物理量，等于加速度a对时间t的积分；

s=∫vdt——(2)，

位移s只与物体运动的始末位置有关，等于速度v对时间t的积分;

其次，采用快速傅里叶变换的方法计算出数据的频率和周期，并在一个周期内找到数据的最大和最小值，以及取得最大值和最小值时的相位；

最后，根据信号的最大值和最小值计算出振幅和各个信号之间的相位差。

4.如权利要求3所述的结晶器振动在线检测装置的使用方法，其特征是：计算机(4)的数字信号采样频率不低于2000Hz。