CN117553571A - 一种高温合金熔炼波形采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电变量调节控制技术领域，更具体地，本发明涉及一种高温合金熔炼波形采集装置，包括弧压采样电路，弧压检测电路与弧压采样电路连接，用于实时跟踪弧压的动态变化，弧压检测电路通过信号调整电路将信号整理成标准信号，作为微处理器的采样输入信号；微处理器包括主机和从机，从机根据弧压阈值电压对弧压的动态变化进行阈值判定，以计算出熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化；主机与从机连接，用于输出不同占空比的脉冲信号，并采用低通滤波器产生不同的弧压阈值电压，作为从机中比较器的输入。根据本发明的方案，解决了目前高温合金冶炼时弧长和熔速不易控制且稳定性差的问题。

Description

一种高温合金熔炼波形采集装置

技术领域

本发明一般地涉及电变量调节控制技术领域。更具体地，本发明涉及一种高温合金熔炼波形采集装置。

背景技术

目前，工艺流程中均是通过将导线连接到正负电极两侧，通过测量电压和电压变化的方法来实现对工艺过程的管控。以金属合金熔炼过程为例，其工艺流程中是通过对电弧电压的控制来控制弧距的长短，从而达到对熔炼合金元素成分的控制。在熔炼过程中，电弧长度越短，其对应的电弧越集中且越密集，正负电极载体两端的温度越高，金属晶体颗粒越小，呈现水滴状，对于杂质和气体的去除效果越好，合金成分和产品质量越好。但是，随着电弧长度的缩短，熔炼短路次数也增多。利用现有的电压测量方式和控制方法，将会根据熔炼短路次数频繁调整电压，导致熔炼过程无法实现稳定的弧长和熔速。

目前国内生产工艺条件下还是以电压检测为主，通过实测电压情况来控制整个工艺过程。因为电压检测简单，但是电压控制最大的缺陷就是灵敏度不够高，无法真实反映整个高温合金冶炼过程的真实熔池和弧距情况，会导致工艺产品质量较差，无法使用。而目前使用波形检测相对较少，目前国内市场没有类似或者能投入正常使用的设备和装置，即使有也存在采集出来的数据所生产的波形准确性差，无法对熔炼过程中产生的噪声和不正常波形进行自动过滤和分析，从而导致熔炼速率在熔炼控制过程中稳定性较差，难以控制熔炼过程达到一个稳定恒定弧长和熔速，对产品质量造成重大影响，比如某种金属要求单位时间内控制短路波形为460次，因为控制器的原因采集偏差太大、单位时间内数据不稳定，随着时间变化采集的数据时多时少，很难用于控制熔炼，难以得到合格的合金材料。

另外，现有的控制算法、机器学习能力上也相对欠缺。短路波形形状和大小的不确定性：短路波形的形状和大小在实际过程中可能会有一定的变化，这增加了控制的难度。算法需要能够准确地检测和估计短路波形的形状和大小，并基于这些信息进行控制。

基于此，如何解决目前高温合金冶炼时弧长和熔速不易控制且稳定性差的问题，是提升各类工艺流程中生产质量的关键。

发明内容

为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过将电极之间的弧压波形中的短路波形准确滤除，从而减小了信号对控制过程的干扰程度，同时通过弧压的动态变化对熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化进行判定，实现准确的弧距检测，有效提升控制过程中的准确性和可靠性。

为此，本发明提供了一种高温合金熔炼波形采集装置，包括：弧压采样电路，其与电极的正极和负极连接，用于实时获取电极正极和负极之间的电压波形；弧压检测电路，其与弧压采样电路连接，用于实时跟踪弧压的动态变化，所述弧压检测电路包括钳位保护电路、串联分压电路和信号调整电路，通过信号调整电路将信号整理成标准信号，作为微处理器的采样输入信号；微处理器，其与所述弧压检测电路连接，包括主机和从机，所述从机通过内部的模数转换器以及比较器，根据弧压阈值电压对弧压的动态变化进行阈值判定，以计算出熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化；所述主机与所述从机连接，用于输出不同占空比的脉冲信号，并采用低通滤波器产生不同的弧压阈值电压，作为从机中比较器的输入，所述主机还用于将采集的熔滴数目及宽度的变化传输给PLC，为后级电极杆的控制提供参考数据。

在一个实施例中，所述钳位保护电路包括共模电感、压敏电阻和瞬态抑制管，所述共模电感的第一端与弧压采样电路连接，并且所述共模电感的第一端连接有压敏电阻，所述共模电感的另一端连接有第一电容，所述共模电感的另一端还与瞬态抑制管连接。

在一个实施例中，所述串联分压电路与共模电感的另一端和瞬态抑制管连接，所述瞬态抑制管的一端连接所述串联分压电路的分压点，所述瞬态抑制管的另一端接地，所述弧压检测电路还包括第二电容，所述第二电容并联在瞬态抑制管的两端，所述串联分压电路包括串联连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和第四电阻之间的连接点为分压点。

在一个实施例中，所述信号调整电路包括第一滤波放大电路和第二滤波放大电路，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输入端均与所述分压点连接，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输出端均与从机连接。

在一个实施例中，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路均包括运算放大器和滤波电路，所述运算放大器的正向输入端与所述分压点连接，所述运算放大器的输出端通过反馈电阻与所述运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的输出端还与滤波电路连接。

在一个实施例中，所述滤波电路包括输出电阻、滤波电容、第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管串联，并且所述第一二极管的负极与电源连接，所述第二二极管的正极接地，所述输出电阻和滤波电容串联，并且输出电阻和滤波电容的连接点与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接，所述运算放大器的输出端与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接。

在一个实施例中，还包括偏置电压调节电路，偏置电压调节电路包括偏置调节电路和电压跟踪电路，偏置调节电路用于产生偏置调节电压，电压跟踪电路包括两级放大电路，偏置调节电路输出的偏置调节电压输送至第一级放大器的正向输入端，第一级放大器的输出电压跟随信号至第二级放大器，第二级放大器对第一级放大器输出的电压跟随信号进行放大，并输出跟踪电压；跟踪电压经反馈调节电阻输送至第一级放大器的反向输入端，第一级放大器对偏置调节电压和跟踪电压进行跟随放大，以输出电压跟随信号给第二级放大器，第二级放大器的输出端与运算放大器的反向输入端和/或运算放大器的正向输入端连接，从而实现电压偏置调节。

在一个实施例中，还包括二阶低通滤波电路，所述二阶低通滤波电路与所述主机的PWM信号输出端连接，以根据PWM信号产生弧压阈值电压，用于弧压变化的阈值判断，通过改变PWM驱动信号的占空比，实现阈值的线性变化。

在一个实施例中，所述从机用于根据弧压阈值电压判断采集的弧压的变化计算出熔滴信号的宽度，并根据不同的熔滴宽度，对熔滴数目的数据进行统计。

在一个实施例中，还包括工业以太网电路，所述工业以太网电路包括以太网接口芯片和网络变压器，所述以太网接口芯片与所述主机连接，所述以太网接口芯片还通过连接的指示灯判断网络的连接情况和工作状态。

本发明的有益效果在于：根据本发明的方案，能够在控制过程中准确地分辨真实信号和噪声，并进行相应的补偿和滤波处理，从而提升信号质量，有效促进弧距信息的准确获取，同时，通过主机产生弧压阈值电压，从机根据采集的弧压和相应的阈值确定熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化，并通过主机传输至PLC，为后级电极杆的控制提供参考数据，有效提升了高温合金冶炼过程的稳定性，保证了熔炼过程达到一个稳定的弧长和熔速，提升了产品质量，也为提升控制过程的抗干扰能力提供可靠的保障。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示意性示出根据本发明的实施例的波形采集装置的原理图；

图2是示意性示出根据本发明的实施例的弧压检测电路和滤波电路的示意图；

图3是示意性示出根据本发明的实施例的从机的电路结构示意图；

图4是示意性示出根据本发明的实施例的主机的电路结构示意图；

图5是示意性示出根据本发明的实施例的主机的输出端对应的滤波电路的结构示意图；

图6是示意性示出根据本发明的实施例的电源电路中的电源模块的滤波结构的示意图；

图7是示意性示出根据本发明的实施例的线性稳压器的电路结构的示意图；

图8是示意性示出根据本发明的实施例的滤波电路其中一部分的结构示意图；

图9是示意性示出根据本发明的实施例的滤波电路另一部分的结构示意图；

图10是示意性示出根据本发明的实施例的以太网芯片及其部分外围电路的示意图；

图11是示意性示出根据本发明的实施例的以太网芯片及另一部分外围电路的示意图；

图12是示意性示出根据本发明的实施例的网络变压器及其外围电路的示意图；

图13是示意性示出根据本发明的实施例的工业以太网电路供电电路的结构示意图；

图14是示意性示出了根据本发明的实施例的偏置电压调节电路的示意图。

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。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。

图1是示意性示出根据本发明的实施例的波形采集装置的原理图。

如图1所示，该电路中包括弧压采样电路、弧压检测电路和微处理器。弧压采样电路与高温合金熔炼过程中的电极的正极和负极连接，用于实时获取电极正极和负极之间的电压波形。在一些实施例中，该弧压采样电路可以包括弧压检测电路与弧压采样电路连接，用于实时跟踪弧压的动态变化，所述弧压检测电路包括钳位保护电路、串联分压电路和信号调整电路，通过信号调整电路将信号整理成标准信号，作为微处理器的采样输入信号。在一些实施例中，该钳位保护电路包括瞬态抑制管，串联分压电路包括多个精密电阻。信号调整电路包括两个独立的放大器Uc1A和Uc1B，可以分别对信号进行信号放大，作为微处理器的输入。在实际应用过程中，两个放大电路可以采用同相比例放大电路，运算放大器的输出结合电阻电容构成一个低通滤波器，将弧压的波形进行整理，滤除一些高频毛刺信号。保证熔滴过程中波形的一致性，方便采集判断。采集的分辨率为12位，带宽可以达到20kHz。

微处理器包括主机和从机，并且与弧压检测电路连接。从机通过内部的模数转换器以及比较器，根据弧压阈值电压对弧压的动态变化进行阈值判定，以计算出熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化。主机与从机连接，用于输出不同占空比的脉冲信号，并采用低通滤波器产生不同的弧压阈值电压，作为从机中比较器的输入。主机还用于将采集的熔滴数目及宽度的变化传输给PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器），为后级电极杆的控制提供参考数据。在一些实施例中，主机和从机通过RS485通讯口进行通讯，支持的协议是MODBUS RTU协议，传输介质为光纤信号。

微处理器内部软件算法配置，根据输入的电压采样信号，进行全时间跟踪检测，判断弧压的变化情况，本发明中弧压的采样和处理过程所采用的是双处理模式，一个主机一个从机，主机任务主要负责和远程PLC的交互，控制参数的传递过程，从机主要负责弧压的全过程跟踪，对弧压波形的判断，判断过程中根据设定的判断标准，对弧压波形熔滴数目的精确统计。本发明中仅以示例性的目的将其示出为对电弧驱动电机的控制，从而实现弧距的自适应调整。

在合金熔炼过程中，可以在上述微处理器中构建驱动模型，以实现所需的电压波形和弧距。首先，该驱动模型的输入可以是电极之间的电压波形，也可以是直流电压、交流电压或脉冲电压等。输出可以是电极之间的弧距，以驱动伺服电机调整至对应的弧距。这是合金熔炼中的一个重要参数，影响合金熔炼的质量和效率。该驱动模型的约束条件可以是熔炼过程中的杂质含量。这可以是合金中不希望的元素或杂质的浓度，需要在一定范围内控制。在模型训练的过程中，可以通过历史数据收集、数据清洗和特征工程处理，以获取数据样本。

其中收集历史数据可以通过收集合金熔炼过程的历史数据，该历史数据可以包括电压波形、弧距和杂质含量。数据清洗包括对数据进行清洗，处理异常值和缺失值。特征工程处理包括从原始数据中提取有用的特征，可能包括电压波形的频率分析、电流特性等。

接着，选择适当的机器学习或深度学习模型，例如神经网络、支持向量机、回归模型等。将输入特征与输出（弧距）建立关联。为了控制杂质含量，可以将杂质含量作为附加约束添加到模型中。此时，需要使用优化方法，如线性规划或非线性规划。

然后，对模型进行训练。利用上述获取的数据训练驱动模型。选择适当的损失函数，例如均方误差，以度量模型的性能。迭代优化模型参数，直到满足性能要求和约束条件。

模型评估和验证过程中，使用验证数据集来评估模型的性能。考虑使用交叉验证等技术来更全面地评估模型。一旦模型达到满意的性能水平，就可以将其部署到实际生产环境中。实时采集电压波形数据，并使用模型预测弧距。实时监测杂质含量，并确保在约束范围内。

进一步，还可以定期更新模型，以反映新的数据和改进的算法。

图2是示意性示出根据本发明的实施例的弧压检测电路和滤波电路的示意图。图3是示意性示出根据本发明的实施例的从机的电路结构示意图。图4是示意性示出根据本发明的实施例的主机的电路结构示意图。图5是示意性示出根据本发明的实施例的主机的输出端对应的滤波电路的结构示意图。

如图2所示，在弧压检测电路中，钳位保护电路包括共模电感、压敏电阻和瞬态抑制管。共模电感的第一端与弧压采样电路连接，并且共模电感的第一端连接有压敏电阻，共模电感的另一端连接有第一电容，共模电感的另一端还与瞬态抑制管连接。具体地，共模电感Lc1包括两个共模电感线圈，这两个线圈绕在同一铁芯柱上。共模电感的第一端中两个线圈分别与电极的正极（弧压+）和负极（弧压-）连接。压敏电阻MOV1并联在电极的正极（弧压+）和负极（弧压-）之间。

共模电感Lc1的另一端连接有第一电容Cc7，通过该共模电感的线圈与第一电容Cc7可以形成低通滤波器，可以使线路上的共模EMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰）信号被控制在很低的电平上。该电路既可以抑制外部的EMI信号传入，又可以衰减线路自身工作时产生的EMI信号，能有效地降低EMI干扰强度。

串联分压电路与共模电感的另一端和瞬态抑制管连接，瞬态抑制管的一端连接串联分压电路的分压点，瞬态抑制管的另一端接地。弧压检测电路还包括第二电容，第二电容并联在瞬态抑制管的两端，串联分压电路包括串联连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，第三电阻和第四电阻之间的连接点为分压点。

具体地，串联分压电路可以包括串联连接的第一电阻Rc1、第二电阻Rc2、第三电阻Rc3和第四电阻Rc7，第三电阻Rc3和第四电阻Rc7之间的连接点为分压点，瞬态抑制管Dc1的一端连接在该分压点，另一端接地。同时，第二电容Cc4与该瞬态抑制管Dc1并联。该串联分压电路与共模电感的其中一个线圈连接，该共模电感的另一线圈还通过串联的第五电阻Rc4、第六电阻Rc5和第七电阻Rc6接地。

信号调整电路可以包括第一滤波放大电路和第二滤波放大电路，第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输入端均与所述分压点连接，第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输出端均与从机连接。

具体地，第一滤波放大电路和第二滤波放大电路均包括运算放大器和滤波电路，运算放大器的正向输入端与分压点连接，运算放大器的输出端通过反馈电阻与运算放大器的反向输入端连接，运算放大器的输出端还与滤波电路连接。

例如该第一滤波放大电路中包括第一运算放大器Uc1A，该第一运算放大器Uc1A的正向输入端通过电阻Rc14与上述分压点连接，反向输入端通过电阻Rc8接地。同时，第一运算放大器Uc1A的输出端通过第一反馈电阻Rc9与反向输入端连接。该第二滤波放大电路中包括第二运算放大器Uc1B，该第二运算放大器Uc1B的正向输入端通过电阻Rc15与上述分压点连接，反向输入端通过电阻Rc11接地。同时，第二运算放大器Uc1B的输出端通过第一反馈电阻Rc12与反向输入端连接。

滤波电路包括输出电阻、滤波电容、第一二极管和第二二极管，第一二极管和第二二极管串联，并且第一二极管的负极与电源连接，第二二极管的正极接地，输出电阻和滤波电容串联，并且输出电阻和滤波电容的连接点与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接，运算放大器的输出端与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接。

以第一滤波放大电路中的滤波电路为例，在该第一运算放大器Uc1A的输出端还连接有第一滤波电路，该第一滤波电路包括输出电阻Rc10、滤波电容Cc5，电阻Rc10和滤波电容Cc5可以形成一个低通滤波器。第一二极管和第二二极管通过串联组成TVS管（TransientVoltage Suppressor，瞬变电压抑制二极管）Dc2。该第一运算放大器Uc1A的输出端与输出电阻Rc10连接，该输出电阻Rc10的另一端连接在串联的二极管的串联连接点。该第二滤波电路包括输出电阻Rc13和滤波电容Cc6，电阻Rc13和滤波电容Cc6可以形成一个低通滤波器。第三二极管和第四二极管通过串联组成TVS管Dc3。该第二运算放大器Uc1B的输出端与输出电阻Rc13连接，该输出电阻Rc13的另一端连接在串联的二极管的串联连接点。由于与第二运算放大器连接的第二滤波电路与上述同理，此处将不再赘述。DGND为接地口，下述其他附图中同理。

在本实施例中，该第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的设置，一方面可以通过比较两个电路的输出信号（AN_Voltage接口和AN_Voltage2接口输出的信号）之间的信号差异，保证信号的准确性。另一方面，还可以通过冗余设置保证信号的可靠性。

如图3所示，U2是微处理器中的从机，主要负责弧压波形的采集，以及熔滴数目的精确统计。该从机U2中的AN_Voltage接口可以与上述第一滤波放大电路的输出端连接，从机U2的AN_Voltage2接口可以与上述第二滤波放大电路的输出端连接，从而获取两个电路输出的电压信号，以确定电压波形。

从机U2中，A_1P、A_1N、B_1P和B_1N是其中的高速模拟比较器的输入，从机中可以通过程序算法，精确统计储熔滴的脉宽和数目。由于从机U2中的其他接口为现有接口类型，此处将不再重复说明。

如图4和图5所示，U3是微处理器中的主机，用主机内部的PWM（Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制）功能输出不同的占空比的脉冲信号，然后利用电阻电容的组成低通滤波器产生不同的弧压阈值电压，并通过接口A_1P、A_1N、B_1P和B_1N输入至从机U2。

具体地，该低通滤波器可以采用二阶低通滤波电路，二阶低通滤波电路与主机的PWM信号输出端（图4中的PWM1H、PWM1L、PWM2H和PWM2L）连接，以根据PWM信号产生弧压阈值电压，用于弧压变化的阈值判断，通过改变PWM驱动信号的占空比，实现阈值的线性变化。

在该主机U3的每个PWM输出口，均连接有一个二阶低通滤波电路，该二阶低通滤波电路可以包括两个电容和两个电阻，例如电阻Rx2、电阻Rx3、电容Cx19和电容Cx20，其中在主机U3的PWM1H接口和输出接口A_1N之间连接有电阻Rx2和电阻Rx3，电容Cx19的一端连接在电阻Rx2和Rx3之间，另一端接地。电容Cx20的一端与输出端A_1N（如图3中的A_1N）连接，另一端接地。电阻Rx5、电阻Rx6、电容Cx21以及电容Cx22组成的二阶低通滤波电路用于对PWM1L接口输出的信号进行滤波。电阻Rx7、电阻Rx8、电容Cx23以及电容Cx24组成的二阶低通滤波电路用于对PWM2H接口输出的信号进行滤波。电阻Rx9、电阻Rx10、电容Cx25以及电容Cx26组成的二阶低通滤波电路用于对PWM2L接口输出的信号进行滤波。由于与上述二阶低通滤波电路同理，此处将不再赘述。

进一步，图4中该主机U3中的RB2引脚还可以通过连接一个电阻Rd2以及发光二极管Ld2，从而对主机U3的运行状态进行展示。上述图3和图4中，5Va1接口为从机的电源接口，5Va2为主机的电源接口，下述其他附图同理。

图6是示意性示出根据本发明的实施例的电源电路中的电源模块的滤波结构的示意图。图7是示意性示出根据本发明的实施例的线性稳压器的电路结构的示意图。图8是示意性示出根据本发明的实施例的滤波电路其中一部分的结构示意图。图9是示意性示出根据本发明的实施例的滤波电路另一部分的结构示意图。

电源电路包括降压变换器，用于将电源电压转换成工作电压，所述电源电路与所述弧压检测电路、滤波电路、数据采集电路和控制电路连接，以进行供电。

如图6所示，可以采用+24V、10W的超宽电压输入，5V输出的DC/DC电源模块Up_fpga，实现电压转换。各电路模块可以通过相应插接板实现24V和5V电源的连接，该电源模块Up_fpga例如可以采用型号为URB2405S-10WR3的DC/DC电源模块。进一步，该电源模块的+24V输入端还可以连接一个二极管Dx1，以保护电路。

如图7所示，还可以对该5V输出电压通过线性稳压器或降压变换器转换成3.3V电压（如图7中的3V3_TCP，可以用于多个元器件的供电过程）。其中采用线性稳压器Up2可以实现5V至3.3V的转换过程。该线性稳压器Up2例如可以采用型号为ASM11137的电压变换器，输出端3V3_TCP可以为其他电路结构（例如下述图10、图11中的电路）进行供电。同时可以通过在输入端连接并联的电容Cx3、Cx4、Cx5和Cx6，实现电源滤波。

如图8和图9所示，进一步，还可以通过相应的滤波电容实现对电压的滤波作用。例如电容Cx7、Cx8、Cx9和Cx10。还可以通过电感和电容组成滤波电路，从而实现对处理器的供电，例如电感L1和电容Cx11，以及电感L2和电容Cx13、Cx18。图8和图9中的5Va1和5Va2可以为微处理器进行供电。

图10是示意性示出根据本发明的实施例的以太网芯片及其部分外围电路的示意图。图11是示意性示出根据本发明的实施例的以太网芯片及另一部分外围电路的示意图。图12是示意性示出根据本发明的实施例的网络变压器及其外围电路的示意图。图13是示意性示出根据本发明的实施例的工业以太网电路供电电路的结构示意图。

工业以太网电路包括以太网接口芯片和网络变压器，以太网接口芯片与主机连接，以太网接口芯片还与网络变压器连接，用于实现信号传输。如图10和图11所示，以太网接口芯片Ua1A和Ua1B中，可以通过晶振Xal设置25MHz的晶振，实现不同频率的数据传输过程。该晶振Xal的电源端可以通过上述3V3_TCP接口进行供电，并且还可以通过电容Ca10进行滤波。同时，主机通过高速接口对W5500进行控制和数据交换，频率是10MHz。以太网接口芯片Ua1A和Ua1B中的PMODE0、PMODE1、PMODE、AVCC和VCC引脚连接3V3_TCP。TOCAP引脚通过电容Ca9接地，1V2O引脚通过电容Ca8接地，以减小环境干扰。

进一步，以太网接口芯片还通过连接的指示灯判断网络的连接情况和工作状态，例如指示灯Lda3和Lda4可以分别通过电阻Ra26和Ra27与以太网接口芯片Ua1A连接，实现状态展示功能。该以太网接口芯片还可以通过将对应的LED接口与发光二极管连接，从而判断网络的连接状态以及传输速度。由于以太网接口芯片中的其他接口均为现有接线形式，此处将不再重复说明。

如图12所示，上述以太网芯片还可以与网络变压器连接，从而实现信号传输、阻抗匹配与转换、波形修复、信号杂波抑制和高电压隔离等作用。该网络变压器Ta1可以通过相应的稳压管和接口实现与外部网络的通信连接。例如可以采用型号为TS21CHF的隔离变压器，该隔离变压器的每个端口均设置有TVS管抑制瞬时电压，例如TVS管Da1、Da2、Da3和Da4。同时，还通过设置由电阻和电容构成的滤波电路，实现信号滤波。例如通过电阻Ra2、Ra3和电容Ca1组成滤波电路实现对TD+、TD-接口的滤波，通过电阻Ra12、Ra13和电容Ca2、Ca3、Ca5组成滤波电路实现对RD+、RD-接口的滤波，通过电阻Ra14、Ra15、Ra21和电容Ca6组成滤波电路实现对CT接口的滤波，以及通过电阻Ra16、Ra17和电容Ca6组成滤波电路实现对RX+、RX-接口的滤波等。同时，该网络变压器的其中一端的电阻Ra4、Ra8、Ra10和Ra11可以分别与图10中的以太网接口芯片Ua1A中的TXP、TXN、RXP和RXN引脚连接，另一端的电阻Ra5、Ra6、Ra7、Ra9以及Ra18、Ra19与插接件RJ1连接，以用于数据传输。Earth表示接地。由于该网络变压器的外围电路为现有技术，此处将不再重复阐述。

工业以太网电路还包括指示灯电路，所述指示灯电路分别与以太网接口芯片和网络变压器连接，用于指示以太网接口芯片和网络变压器中各端口的工作状态。

进一步，如图13所示，该工业以太网的电路结构中，可以通过设置多个滤波电容器实现各部分电源信号的滤波作用，以保证系统稳定性，例如可以通过电容Ca11、Ca12、Ca13、Ca14、Ca15、Ca16、Ca17和Ca18，以及电感La1组成多级滤波电路，实现对电源接口3V3_TCP_AN和3V3_TCP的滤波，该电源接口可以用于多个芯片的供电过程。

图14是示意性示出了根据本发明的实施例的偏置电压调节电路的示意图。

如图14所示，还可以在上述第一运算放大器Uc1A以及第二运算放大器Uc1B的正向输入端，或第一运算放大器Uc1A以及第二运算放大器Uc1B的反向输入端设置偏置电压调节电路。在一些实施例中，该偏置电压调节电路可以包括偏置调节电路和电压跟踪电路。该偏置调节电路可以产生偏置调节电压，该偏置调节电压可以预先设置，也可以根据电极之间的电压幅值确定，例如可以通过电源和电阻组成的偏置调节电路，以提供设定的电压值作为偏置调节电压。电压跟踪电路可以包括两级放大电路，偏置调节电路输出的偏置调节电压输送至第一级放大器A1的正向输入端，第一级放大器A1输出电压跟随信号至第二级放大器A2，第二级放大器A2对第一级放大器A1输出的电压跟随信号进行放大，并输出跟踪电压。跟踪电压经反馈调节电阻Rf1输送至第一级放大器A1的反向输入端，第一级放大器A1对偏置调节电压和跟踪电压进行跟随放大，以输出电压跟随信号给第二级放大器A2。第二级放大器A2的输出端与第一运算放大器Uc1A的反向输入端或第二运算放大器的正向输入端连接，从而实现电压偏置调节。进一步，为了保证信号的稳定性，还可以设置滤波电容C2a、C3a和C4a，实现信号滤波。

在一个应用场景中，该第二级放大器A2的输出端的稳态电压为，其中/>表示偏置调节电压，/>表示跟踪误差电压。/>通过以下公式计算：

式中，δ表示电压跟踪电路的整体性能参数，α表示第三放大器的噪声系数，G₁表示第三放大器的直流增益，β表示第四放大器的噪声系数，G₂表示第四放大器的直流增益。

在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。

Claims (10)

1.一种高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，包括：

弧压采样电路，其与电极的正极和负极连接，用于实时获取电极正极和负极之间的电压波形；

弧压检测电路，其与弧压采样电路连接，用于实时跟踪弧压的动态变化，所述弧压检测电路包括钳位保护电路、串联分压电路和信号调整电路，通过信号调整电路将信号整理成标准信号，作为微处理器的采样输入信号；

微处理器，其与所述弧压检测电路连接，包括主机和从机，所述从机通过内部的模数转换器以及比较器，根据弧压阈值电压对弧压的动态变化进行阈值判定，以计算出熔炼过程中对应的熔滴数目及宽度的变化；所述主机与所述从机连接，用于输出不同占空比的脉冲信号，并采用低通滤波器产生不同的弧压阈值电压，作为从机中比较器的输入，所述主机还用于将采集的熔滴数目及宽度的变化传输给PLC，为后级电极杆的控制提供参考数据。

2.根据权利要求1所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述钳位保护电路包括共模电感、压敏电阻和瞬态抑制管，所述共模电感的第一端与弧压采样电路连接，并且所述共模电感的第一端连接有压敏电阻，所述共模电感的另一端连接有第一电容，所述共模电感的另一端还与瞬态抑制管连接。

3.根据权利要求2所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述串联分压电路与共模电感的另一端和瞬态抑制管连接，所述瞬态抑制管的一端连接所述串联分压电路的分压点，所述瞬态抑制管的另一端接地，所述弧压检测电路还包括第二电容，所述第二电容并联在瞬态抑制管的两端，所述串联分压电路包括串联连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和第四电阻之间的连接点为分压点。

4.根据权利要求3所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述信号调整电路包括第一滤波放大电路和第二滤波放大电路，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输入端均与所述分压点连接，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路的输出端均与从机连接。

5.根据权利要求4所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述第一滤波放大电路和第二滤波放大电路均包括运算放大器和滤波电路，所述运算放大器的正向输入端与所述分压点连接，所述运算放大器的输出端通过反馈电阻与所述运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的输出端还与滤波电路连接。

6.根据权利要求5所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述滤波电路包括输出电阻、滤波电容、第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管串联，并且所述第一二极管的负极与电源连接，所述第二二极管的正极接地，所述输出电阻和滤波电容串联，并且输出电阻和滤波电容的连接点与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接，所述运算放大器的输出端与第一二极管和第二二极管的串联连接点连接。

7.根据权利要求5所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，还包括偏置电压调节电路，偏置电压调节电路包括偏置调节电路和电压跟踪电路，偏置调节电路用于产生偏置调节电压，电压跟踪电路包括两级放大电路，偏置调节电路输出的偏置调节电压输送至第一级放大器的正向输入端，第一级放大器的输出电压跟随信号至第二级放大器，第二级放大器对第一级放大器输出的电压跟随信号进行放大，并输出跟踪电压；跟踪电压经反馈调节电阻输送至第一级放大器的反向输入端，第一级放大器对偏置调节电压和跟踪电压进行跟随放大，以输出电压跟随信号给第二级放大器，第二级放大器的输出端与运算放大器的反向输入端或运算放大器的正向输入端连接，从而实现电压偏置调节。

8.根据权利要求1所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，还包括二阶低通滤波电路，所述二阶低通滤波电路与所述主机的PWM信号输出端连接，以根据PWM信号产生弧压阈值电压，用于弧压变化的阈值判断，通过改变PWM驱动信号的占空比，实现阈值的线性变化。

9.根据权利要求8所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，所述从机用于根据弧压阈值电压判断采集的弧压的变化计算出熔滴信号的宽度，并根据不同的熔滴宽度，对熔滴数目的数据进行统计。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的高温合金熔炼波形采集装置，其特征在于，还包括工业以太网电路，所述工业以太网电路包括以太网接口芯片和网络变压器，所述以太网接口芯片与所述主机连接，所述以太网接口芯片还通过连接的指示灯判断网络的连接情况和工作状态。