CN112649065A - 一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法及装置，其中，包括以下步骤：采集液位信号经频域变换处理得到液位电压信号；采用预先构建的电压函数模型对所述液位电压信号进行处理得到当前的所述液位电压信号对应的钢水液位值。其技术方案的有益效果在于，信号经过频域处理后可以去除无关频率的杂波分量，可以得到较真实的液位电压信号；构建最优解的液位值与液位电压的电压函数模型，这样就可以通过采集到的液位电压，直接计算出对应的钢水液位值。有效的克服了现有的由液位电压信号转换为真实钢水液位值的转化误差。

Description

一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法及装置

技术领域

本发明涉及钢水液位测量领域，尤其涉及一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法及装置。

背景技术

由于钢厂现场环境复杂，开浇过程中又存在结晶器震动，线路众多同用，导致液位信号中存在许多无关频率的信号分量。这些干扰信号由于硬件滤波无法有效去除，会被同样整合到直流信号中，使得采集的液位电压信号误差增大。同时由于液位值与液位信号电压并非简单的线性关系，根据有限标定点进行插值得到的液位电压也会存在一定误差。

发明内容

针对现有技术中基于液位信号电压得到钢水液压值存在的上述问题，现提供一种旨在有效克服现有的由液位电压信号转换为真实钢水液位值的转化误差的基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法及装置。

具体技术方案如下：

一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法，其中，包括以下步骤：

采集液位信号经频域变换处理得到液位电压信号；

采用预先构建的电压函数模型对所述液位电压信号进行处理得到当前的所述液位电压信号对应的钢水液位值。

优选的，采集所述液位信号并处理得到所述液位电压信号的方法包括：

通过对探测器发送特定频率的激励信号以产生含有液位信息的电压信号；

对接收到的液位信号以不低于奈奎斯特频率进行高速AD采集；

将采集到的液位信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信息，忽略其余频率分量；

从所述频域信息中求出激励信号频率所对应的电压值即液位电压信号。

优选的，构建所述电压函数模型的方法包括：

模拟不同深度的钢水液位；

分别采集不同钢水液位对应的液位电压值，以及对应钢水液位的深度标定值；

根据所述液位电压值及对应的所述深度标定值构建电压函数模型。

优选的，模拟所述不同深度的钢水液位方法包括：

模拟不同深度的钢水液位；

分别采集获取不同钢水液位对应的液位电压信号，以及对应钢水液位的深度标定值；

根据液位电压信号值及对应的所述深度标定值构建电压函数模型。

优选的，所述预定距离为10mm。

优选的，构建的所述电压函数模型如下式所示：

fit＝p(1)*exp(-t/p(2))+p(3)*exp(-t/p(4))+p(5)；

其中，t为钢水液位值，fit为对应的液位电压值，p最优解数组。

优选的，以多组钢水液位值及对应钢水液位值的液位电压为两个极值，采用粒子群优化算法通过迭代找到最优解数组。

还包括一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的装置，其中，包括：

采集模块，用以采集液位信号得到液位电压信号；

处理模块，采用预先构建的电压函数模型对所述液位电压信号进行处理得到当前的所述液位电压信号对应的钢水液位值。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：信号经过频域处理后可以去除无关频率的杂波分量，可以得到较真实的液位电压信号；采用数据拟合算法，构建最优解的液位值与液位电压的电压函数模型，这样就可以通过采集到的液位电压，直接计算出对应的钢水液位值。有效的克服了现有的由液位电压信号转换为真实钢水液位值的转化误差。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法实施例的流程图；

图2为本发明一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法实施例中，关于电压函数模型的拟合曲线图；

图3为本发明一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的装置的结构示意图。

上述附图标记表示：

1、采集模块；2、处理模块。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法。

一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法，其中，包括以下步骤：

采集液位信号得到液位电压信号；

采用预先构建的电压函数模型对液位电压信号进行处理得到当前的液位电压信号对应的钢水液位值。

如图1所示，一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法的实施例，其中，包括以下步骤：

S1、采集液位信号经频域变换处理得到液位电压信号；

S2、采用预先构建的电压函数模型对液位电压信号进行处理得到当前的液位电压信号对应的钢水液位值。

在一种较优的实施方式中，采集液位信号并处理得到液位电压信号的方法包括：

通过对探测器发送特定频率的激励信号以产生含有液位信息的电压信号；

对接收到的液位信号以不低于奈奎斯特频率进行高速AD采集；

将采集到的液位信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信息，忽略其余频率分量；

从频域信息中求出激励信号频率所对应的电压值即液位电压信号。

针对现有的冶金电涡流液位信号处理过程为，收到某频率(如50kHZ)正弦涡流信号，先通过硬件滤波，再转化为直流信号，然后经AD芯片采集该直流信号电压值做液位标定，或者根据标定组作插值计算出对应的液位值。在这处理过程中存上上述的多个干扰信号，而这些干扰信号由于硬件滤波无法有效去除，会被同样整合到直流信号中，使得采集的液位电压信号误差增大。同时由于液位值与液位信号电压并非简单的线性关系，根据有限标定点进行插值得到的液位电压也会存在一定误差。

在本技术方案中，通过研究发现由于在电涡流式传感器中，起测量作用的只有某一特定频率的正弦波，其余的频率信号皆为无关分量或干扰。因此我们通过提取该有效频率，关注其幅值变化。采用傅里叶变换将时域的液位信号，转换为频域信息，然后就可根据特定频率获取到对应的幅值，此幅值即排除了电路中无关频率的干扰，真实反映了钢水液位的变化情况。

上述技术方案中，在电压数据经过傅里叶变换处理后，抗干扰能力增强，传感器量程检测范围、数据的稳定性都得到较大的提升。数据再经过拟合函数的计算处理，得到的钢水液位值也更加符合实际的真实液位。

在一种较优的实施方式中，构建电压函数模型的方法包括：

模拟不同深度的钢水液位；

分别采集获取不同钢水液位对应的液位电压信号，以及对应钢水液位的深度标定值；

根据液位电压信号值及对应的所述深度标定值构建电压函数模型。

在一种较优的实施方式中，模拟不同深度的钢水液位方法包括：

采用钢板模拟钢水液位；

通过探测器每隔预定距离采集钢板模拟的钢水液位，进一步的，得到不同钢水液位对应的液位电压值，以及对应钢水液位的深度标定值。

在一种较优的实施方式中，预定距离为10mm。

在一种较优的实施方式中，构建的电压函数模型如下式所示：

fit＝p(1)*exp(-t/p(2))+p(3)*exp(-t/p(4))+p(5)；

其中，t为钢水液位值，fit为对应的液位电压值，p最优解数组。

在一种较优的实施方式中，以多组钢水液位值及对应钢水液位值的液位电压为两个极值，采用粒子群优化算法通过迭代找到最优解数组。

上述技术方案中，我们假设输入深度标定值如下：

t＝[0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190]'；

对应的液位电压如下：

data＝[1787,1949,2079,2169,2233,2280,2314,2338,2355,2370,2379,2388,2394,2398,2402,2405,2406,2408,2411,2413]'；

我们通过执行函数，如下所示

p＝PSO_ExpFit2(t,data)；

然后得到最优解p数组；

则对应的拟合函数构建为电压函数模型如下：

fit＝p(1)*exp(-t/p(2))+p(3)*exp(-t/p(4))+p(5)；

其中：

t为液位数值，fit为对应的电压值。

例如：

t＝[0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190]'；

data＝[1787,1949,2079,2169,2233,2280,2314,2338,2355,2370,2379,2388,2394,2398,2402,2405,2406,2408,2411,2413]'；

将此标定组代入可得最优解：

P(1)＝87.041656717285050

P(2)＝3.763024368250398e+06

P(3)＝-6.237322059597614e+02

P(4)＝32.003487570032200

P(5)＝2.322939145993158e+03；

实际标定组与拟合曲线得到对比如图2所示：

其中：

‘.’model为实际标定组

‘-’pso为拟合曲线，即电压函数模型构建的拟合曲线；

上述技术方案中，由于拟合的曲线是电压关于液位的函数，其反函数较难求解，而钢厂实际使用的钢水液位区间主要在40～80mm处，此区间又是拟合曲线的非线性区，直接在10mm间隔内插值计算液位误差较大。故实际使用中，在得到拟合曲线后，在40～80液位区间进行细分，求解出其中的每1mm处对应的电压值，得到更为精确的液位-电压表格。通过细分后的表格进行液位计算，除了提高液位精度外，比再进行函数求解出液位更减少了计算时间，增加响应速度。

本发明的技术方案中还包括一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的装置。

如图3所示，一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的装置的实施例，其中，包括：

采集模块1，用以采集液位信号得到液位电压信号；

处理模块2，采用预先构建的电压函数模型对液位电压信号进行处理得到当前的液位电压信号对应的钢水液位值。

上述技术方案中，该装置执行的基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法与上述方法步骤中描述一致，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集液位信号经频域变换处理得到液位电压信号；

采用预先构建的电压函数模型对所述液位电压信号进行处理得到当前的所述液位电压信号对应的钢水液位值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集所述液位信号并处理得到所述液位电压信号的方法包括：

通过对探测器发送特定频率的激励信号以产生含有液位信息的电压信号；

对接收到的液位信号以不低于奈奎斯特频率进行高速AD采集；

将采集到的液位信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信息，忽略其余频率分量；

从所述频域信息中求出激励信号频率所对应的电压值即液位电压信号。

3.根据权利1所述的方法，其特征在于，构建所述电压函数模型的方法包括：

模拟不同深度的钢水液位；

分别采集获取不同钢水液位对应的液位电压信号，以及对应钢水液位的深度标定值；

根据液位电压信号值及对应的所述深度标定值构建电压函数模型。

4.根据权利3所述的方法，其特征在于，模拟所述不同深度的钢水液位方法包括：

采用钢板模拟钢水液位；

通过探测器每隔预定距离采集所述钢板模拟的钢水液位，进一步的，得到不同钢水液位对应的液位电压值，以及对应钢水液位的深度标定值。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定距离为10mm。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，构建的所述电压函数模型如下式所示：

fit＝p(1)*exp(-t/p(2))+p(3)*exp(-t/p(4))+p(5)；

其中，t为钢水液位值，fit为对应的液位电压值，p最优解数组。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，以多组钢水液位值及对应钢水液位值的液位电压为两个极值，采用粒子群优化算法通过迭代找到最优解数组。

8.一种基于冶金电涡流液位信号获取液位值的装置，其特征在于，包括：

采集模块，用以采集液位信号得到液位电压信号；

处理模块，采用预先构建的电压函数模型对所述液位电压信号进行处理得到当前的所述液位电压信号对应的钢水液位值。

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