CN1690647A - 在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法，运用电磁涡流测厚原理，用已知厚度的不锈钢板和普通钢板的复合钢板模拟热钢板并标定被测热钢板居里点温度层距表面深度函数表达方式用于实测。该探测装置采用两个相同的涡流传感器，其中一个贴近热钢板表面探测，另一个贴近标准复合钢板的普通钢板层表面探测；它们由同一低频信号激励，输出经差动放大作相敏检波后得到被测热钢板居里点温度层距表面深度与标准复合钢板的普通钢板层厚度的偏差信息，再由以微型计算机为核心的数据处理单元运用该函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。该装置用于在线热轧钢板实时监测和调整工艺参数，实施简便，抗干扰能力强。

Description

在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法及装置

所属技术领域

本发明涉及一种采用电磁测量钢板厚度的装置，尤其是在线探测热轧钢板居里点温度层距表面深度的电磁测量装置。

背景技术

热轧钢板的生产过程中，为控制钢板的质量，须防止其表面出现微小的裂纹，以至在后续轧制的过程中裂纹加长或加宽。为此，常规的方法是测量热钢板的温度，并以此为依据，调整钢板进给速度或轧辊压力等工艺参数。但，热钢板的温度难以精确测量，特别是在热轧600℃-1100℃的中、厚钢板的生产过程中，钢板内部与表层温差很大，用测量热钢板温度调整工艺参数的方法很难防止其表面出现微小的裂纹。为解决上述问题，有人设想，热钢板在768℃附近的居里点发生相变，低于768℃附近的居里点，钢材硬而且有铁磁性；高于768℃附近的居里点，钢材软而没有铁磁性；如果能探测热钢板居里点温度层距表面的深度，即热钢板表面硬而且有铁磁性部分的厚度，就可以找出轧制过程中防止其表面出现微小裂纹的合理的工艺参数进行控制。中国发明专利申请公开说明书CN 1295233A公开了申请号为：00123716.0，名为“铁磁性基底上的非磁性层厚度测量仪”的一种技术方案。它提出，由铁磁体在被测量层上的吸附力确定层厚，具有一个支撑于重心位置上、承载永磁体的转动系统。永磁体的吸附力由一个激励线圈的、作用于转动系统上的磁场的可调节的力补偿，当永磁体从层上抬起时，该力的数值就是量度层厚度的量。这种技术方案被测量的是被测物体表面的非磁性层厚度，而我们的被测物体热钢板表面均为磁性层，永磁体直接吸附在热钢板磁性层上，吸附力几乎不随磁性层的厚度变化；另外，该技术方案要求被测物体是静止的，而我们的被测物体热钢板是在运动中的。再者，热钢板边角处与板面中部磁性层的厚度也不一致。故，不能使用该技术方案测量热钢板磁性层厚度。又，现有使用磁涡流法测量金属薄板的厚度，它利用放置式线圈向金属薄板施加磁涡流，当被测件的厚度小于涡流渗透深度时，板厚的变化对涡流的分布影响很大，因此对检测线圈的阻抗有明显的改变，板厚越小，线圈阻抗随板厚的变化越显著；测出线圈阻抗随板厚的变化的对应关系，然后依据这种关系，在测量出各被测件对应的检测线圈阻抗，就可推断金属薄板的厚度。由于热轧钢板居里点温度层距表面的深度是动态变化的，不可能采用这种方法预先测出线圈阻抗随热轧钢板居里点温度层距表面深度变化的对应关系；另外线圈阻抗测量的结果又受现场各种干扰因素的影响，即使得到上述对应关系也不能以此实时地正确推断出热轧钢板居里点温度层距表面深度。

发明内容

本发明旨在提供一种在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法及装置。

本发明的目的是通过以下方案实现的：在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法，包含标定和实测两个过程。

在标定过程：使用不锈钢板和普通钢板叠置成复合钢板，其中不锈钢板层模拟热钢板中温度在居里点以上的部分，普通钢板层模拟热钢板中温度在居里点以下的部分。

步骤A.用涡流传感器贴近复合钢板的普通钢板层表面探测，涡流传感器由一个确定的低频信号激励，它的输出经放大后作相敏检波后由以微型计算机为核心的数据处理单元处理成与被测复合钢板的普通钢板层厚度对应的数据。

步骤B.只改变被测复合钢板的普通钢板层的厚度，重复步骤A得到各被测复合钢板的普通钢板层不同的已知厚度对应的数据；获得以上述数据为参量的被测复合钢板的普通钢板层厚度函数表达方式。

在实测过程：

步骤C.用前述涡流传感器贴近热钢板表面探测，该涡流传感器由前述低频信号激励，它的输出按照前述放大后作相敏检波后由以微型计算机为核心的数据处理单元运用前述函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。

所述在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法，另一种具体实施方式是：所述的探测装置具有两个相同的涡流传感器；它们由同一低频信号激励，它们的输出经差动放大后作相敏检波再由以微型计算机为核心的数据处理单元处理。

在标定过程：

步骤A′.用第一个涡流传感器贴近模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层表面探测，第二个涡流传感器贴近已知各层厚度的标准复合钢板表面探测，两个涡流传感器由同一个确定的低频信号激励，它们的输出经差动放大后得到扣除背景干扰和标准复合钢板各层厚度信息的交变信号，对该交变信号作相敏检波后得到模拟热钢板的复合钢板与标准复合钢板的偏差信息，再由以微型计算机为核心的数据处理单元处理成模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层的普通钢板层厚度与标准复合钢板的普通钢板层厚度差对应的数据。

步骤B′.只改变模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层的厚度，重复步骤A′得到各模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层不同的已知厚度与标准复合钢板的普通钢板层厚度差对应的数据；获得以上述数据为参量的模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层厚度与标准复合钢板的普通钢板层厚度差的函数表达方式。

在实测过程：

步骤C′.用步骤A′、步骤B′所述的第一个涡流传感器贴近热钢板的表面探测，步骤A′、步骤B′所述的第二个涡流传感器贴近所述已知各层厚度的标准复合钢板表面探测，两个涡流传感器由步骤A′、步骤B′所述的低频信号激励，它们的输出经步骤A′、步骤B′所述的差动放大后得到扣除背景干扰和标准复合钢板各层厚度信息的交变信号，对该交变信号作步骤A′、步骤B′所述的相敏检波后得到热钢板与标准复合钢板的偏差信息，再由以微型计算机为核心的数据处理单元运用步骤B′所述的函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。

所述的低频信号的频率为1-20赫兹。

在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的装置，包括低频信号发生器、两个相同的涡流传感器、运算放大器、相敏检波器、A/D转换器和微型计算机；两个涡流传感器中一个贴近热钢板表面探测，另一个贴近标准复合钢板的普通钢板层表面探测，其中标准复合钢板的表面是已知厚度的普通钢板下部为不锈钢板；由低频信号发生器向这两个涡流传感器提供激励电源；所述两个涡流传感器的输出端以差动方式联接运算放大器，运算放大器的输出经相敏检波器后送到A/D转换器变换为数字量由微型计算机按照用已知厚度的不锈钢板和普通钢板的复合钢板模拟并标定的函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。

一种具体实施方式是：所述的两个涡流传感器为具有磁屏蔽的变压器式涡流传感器，它们的初级相并联，它们的次级相串联且联接点接地，它们的次级另外两个端头分别联接运算放大器的两个差动输入端。

所述的低频信号发生器输出的低频信号频率为1-20赫兹。

所述的低频信号发生器在微型计算机的控制下输出指定频率的正弦波低频信号，A/D转换器在微型计算机的控制下以该低频信号周期进行数据采样转换。

所述的低频信号发生器在微型计算机的控制下输出指定频率的正弦波低频信号的同时还输出相位差为90°的两组相位基准信号，该相位差为90°的两组相位基准信号送到相敏检波器，相敏检波器依据上述相位基准信号将运算放大器输出的偏差信号分解成正交的X、Y直流信号，该X、Y直流信号分别作A/D转换后交微型计算机按照用已知厚度的不锈钢板和普通钢板的复合钢板模拟并标定的函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。

本发明在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法，运用电磁涡流测厚原理，用已知厚度的不锈钢板和普通钢板的复合钢板模拟热钢板并标定被测热钢板居里点温度层距表面深度函数表达方式用于实测，简单易行而且可靠性好。该探测装置采用两个相同的涡流传感器，其中一个贴近热钢板表面探测，另一个贴近标准复合钢板的普通钢板层表面探测；它们由同一低频信号激励，它们的输出经差动放大后得到扣除背景干扰和标准钢板厚度信息的交变信号，作相敏检波后得到被测热钢板居里点温度层距表面深度与标准复合钢板的普通钢板层厚度的偏差信息，再由以微型计算机为核心的数据处理单元处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。实施简便，抗干扰能力强。涡流传感器采用具有磁屏蔽的变压器式线圈结构，比半导体材料的其它类型涡流传感器更耐热和稳定。采用1-20赫兹的信号激励，渗透力强，测量范围宽。

由微型计算机控制产生激励信号，可使测量范围与测量精度获得最佳的配合。相敏检波器依据相位差为90°的两组相位基准信号将运算放大器输出的偏差信号分解成正交的X、Y直流信号，再分别作A/D转换后交微型计算机处理，符合偏差信号包含幅值和相位两类信息且非线性变化的特点，便于在直角坐标系中直观的显示和进行归一化处理。

附图说明

图1是本发明在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的装置一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的装置的一个实施例的结构，请参见图1。它由主涡流传感器3、副涡流传感器4、低频信号发生器5、运算放大器6、相敏检波器7、A/D转换器8和微型计算机9组成。

主涡流传感器3和副涡流传感器4完全相同，均为带有磁屏蔽的变压器式涡流传感器，它们的初级L1、L2相并联，连接低频信号发生器5的信号输出端；它们的次级L1′、L2′相串联且联接点接地，它们的次级L1′、L2′另外两个端头分别联接运算放大器5的两个差动输入端，构成差动方式联接。图中为实测时的状态，主涡流传感器3贴近热钢板1表面探测，副涡流传感器4贴近标准复合钢板2表面探测。

标准复合钢板2由不锈钢板和普通钢板复合而成，不锈钢板层的厚度大约为被测热钢板1的厚度；普通钢板层具有特定的厚度，例如该普通钢板层的厚度可选择为被测热钢板1轧制工艺欲控制的居里点温度层距表面深度。普通钢板层的表面为副涡流传感器4的探测表面。

低频信号发生器5的频率控制输入端口与微型计算机9的一个控制输出端口联接，在微型计算机9的控制下低频信号发生器5有选择地输出1-20赫兹的指定正弦波信号，向主涡流传感器3和副涡流传感器4提供激励电源。低频信号发生器5的相位输出端口联接相敏检波器7相位输入端口，向相敏检波器7输出0°和90°的相位基准信号。

运算放大器6的输出经相敏检波器7后送到A/D转换器8。A/D转换器8的采样控制端与微型计算机9的一个控制输出端口联接，在微型计算机9的控制下A/D转换器8以该低频信号的周期进行数据采样转换。

相敏检波器7依据低频信号发生器5提供的0°和90°的相位基准信号将运算放大器6输出的偏差信号分解成正交的X、Y直流信号，该X、Y直流信号分别作A/D转换，变换为数字量由微型计算机9显示为直角坐标系中具有X、Y分量的点，该X、Y直流信号变换的数字量又由微型计算机9进行处理。

在实测前进行模拟标定，按照被测热钢板1的厚度选用一块不锈钢板，在这块不锈钢板上复合多块已知不同厚度的普通钢板，构成模拟被测热钢板1的复合钢板。用它和标准复合钢板2一起由上述探测装置进行模拟标定测试。用主涡流传感器3贴近模拟被测热钢板1的复合钢板的普通钢板层表面探测，副涡流传感器4贴近已知各层厚度的标准复合钢板表面探测，上述探测装置取得模拟被测热钢板1的复合钢板的各个已知不同厚度的普通钢板处的数字化的X、Y数据代表该处与标准复合钢板2的普通钢板层的厚度差，再由这些数字化的X、Y数据可根据现有的数据处理方式获得以X、Y数据为参量的这块不锈钢板上普通钢板层厚度的函数表达方式。由于不锈钢板层和被测热钢板1的居里点温度层下的部分一样不具有电磁性，而普通钢板层和被测热钢板1的居里点温度层到表面的部分一样具有电磁性，两者的电磁性质相同；因此，微型计算机9可以用上述函数表达方式，将被测热钢板1与标准复合钢板2对比测量的差值信号的X、Y数字量进行归一化处理，以获得被测热钢板1居里点温度层距表面深度数据。

实际使用中，可根据被测热钢板1的厚度，操作微型计算机9，使低频信号发生器5输出1-20赫兹范围内的一个指定频率的正弦波信号及相位为0°和90°的两组相位基准信号，来得到适当的磁渗透力和测量范围。将主涡流传感器3贴近热钢板1表面探测，副涡流传感器4贴近不锈钢板层的厚度大约为被测热钢板1的厚度，普通钢板层的厚度为被测热钢板1轧制工艺欲控制的居里点温度层距表面深度的标准复合钢板2的普通钢板层表面进行探测；随着热钢板1平行移动，热钢板1上被测点处主涡流传感器3和副涡流传感器4的输出经运算放大器6差动放大后得到被测热钢板1居里点温度层距表面深度信号扣除背景干扰和标准复合钢板2的普通钢板层厚度信息的交变偏差信号，由相敏检波器7依据低频信号发生器5提供的0°和90°的相位基准信号将上述偏差信号分解成正交的X、Y直流信号，在微型计算机9的控制下A/D转换器8以该低频激励信号的周期进行数据采样，使该X、Y直流信号由A/D转换器8变换为数字量传送到微型计算机9，由微型计算机9实时显示为直角坐标系中具有X、Y分量的点，并由微型计算机9按照模拟标定获得的函数表达方式实时进行归一化处理成为被测热钢板1居里点温度层距表面深度数据进行储存和显示。

当然，对于不同的低频激励信号，要用前述装置分别进行模拟标定，以便在实测时对应使用获得的函数表达方式。

依据本发明，在其它的实施例中，可以不设副涡流传感器4和标准复合钢板2。在标定过程：使用不锈钢板和普通钢板叠置成复合钢板，其中不锈钢板层模拟热钢板中温度在居里点以上的部分，普通钢板层模拟热钢板中温度在居里点以下的部分。

步骤A.用涡流传感器贴近复合钢板的普通钢板层表面探测，涡流传感器由一个确定的低频信号激励，它的输出经放大后作相敏检波后由以微型计算机为核心的数据处理单元处理成与被测复合钢板的普通钢板层厚度对应的数据。

步骤B.只改变被测复合钢板的普通钢板层的厚度，重复步骤A得到各被测复合钢板的普通钢板层不同的已知厚度对应的数据；获得以上述数据为参量的被测复合钢板的普通钢板层厚度函数表达方式。

在实测过程中：用前述涡流传感器贴近热钢板表面探测，该涡流传感器由前述低频信号激励，它的输出按照前述放大后作相敏检波后由以微型计算机为核心的数据处理单元运用前述函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。

另外，有些实施例中，低频信号发生器5的激励输出部分具有可由微型计算机9控制的功率放大器，以调节激励能力；或者，低频信号发生器5是在微型计算机9的控制下输出1-20赫兹范围内的一个指定频率的脉冲信号及相位差为90°的两组相位基准信号，或者直接由微型计算机9向相敏检波器7提供相位差为90°的两组相位基准信号。

凡此种种，均应属于本发明的范围。

Claims (8)

1.在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法，其特征是：包含标定和实测两个过程；

在标定过程：使用不锈钢板和普通钢板叠置成复合钢板，其中不锈钢板层模拟热钢板中温度在居里点以上的部分，普通钢板层模拟热钢板中温度在居里点以下的部分；

步骤A.用涡流传感器贴近复合钢板的普通钢板层表面探测，涡流传感器由一个确定的低频信号激励，它的输出经放大后作相敏检波后由以微型计算机为核心的数据处理单元处理成与被测复合钢板的普通钢板层厚度对应的数据；

步骤B.只改变被测复合钢板的普通钢板层的厚度，重复步骤A得到各被测复合钢板的普通钢板层不同的已知厚度对应的数据；获得以上述数据为参量的被测复合钢板的普通钢板层厚度函数表达方式；

在实测过程：

步骤C.用前述涡流传感器贴近热钢板表面探测，该涡流传感器由前述低频信号激励，它的输出按照前述放大后作相敏检波后由以微型计算机为核心的数据处理单元运用前述函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。

2.根据权利要求1所述的在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法，其特征是：所述的探测装置具有两个相同的涡流传感器；它们由同一低频信号激励，它们的输出经差动放大后作相敏检波再由以微型计算机为核心的数据处理单元处理；

在标定过程：

步骤A′.用第一个涡流传感器贴近模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层表面探测，第二个涡流传感器贴近已知各层厚度的标准复合钢板表面探测，两个涡流传感器由同一个确定的低频信号激励，它们的输出经差动放大后得到扣除背景干扰和标准复合钢板各层厚度信息的交变信号，对该交变信号作相敏检波后得到模拟热钢板的复合钢板与标准复合钢板的偏差信息，再由以微型计算机为核心的数据处理单元处理成模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层的普通钢板层厚度与标准复合钢板的普通钢板层厚度差对应的数据；

步骤B′.只改变模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层的厚度，重复步骤A′得到各模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层不同的已知厚度与标准复合钢板的普通钢板层厚度差对应的数据；获得以上述数据为参量的模拟热钢板的复合钢板的普通钢板层厚度与标准复合钢板的普通钢板层厚度差的函数表达方式；

在实测过程：

步骤C′.用步骤A′、步骤B′所述的第一个涡流传感器贴近热钢板的表面探测，步骤A′、步骤B′所述的第二个涡流传感器贴近所述已知各层厚度的标准复合钢板表面探测，两个涡流传感器由步骤A′、步骤B′所述的低频信号激励，它们的输出经步骤A′、步骤B′所述的差动放大后得到扣除背景干扰和标准复合钢板各层厚度信息的交变信号，对该交变信号作步骤A′、步骤B′所述的相敏检波后得到热钢板与标准复合钢板的偏差信息，再由以微型计算机为核心的数据处理单元运用步骤B′所述的函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。

3.根据权利要求1或2所述的在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的方法，其特征是：所述的低频信号的频率为1-20赫兹。

4.在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的装置，其特征是：包括低频信号发生器、两个相同的涡流传感器、运算放大器、相敏检波器、A/D转换器和微型计算机；两个涡流传感器中一个贴近热钢板表面探测，另一个贴近标准复合钢板的普通钢板层表面探测，其中标准复合钢板的表面是已知厚度的普通钢板下部为不锈钢板；由低频信号发生器向这两个涡流传感器提供激励电源；所述两个涡流传感器的输出端以差动方式联接运算放大器，运算放大器的输出经相敏检波器后送到A/D转换器变换为数字量由微型计算机按照用已知厚度的不锈钢板和普通钢板的复合钢板模拟并标定的函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。

5.根据权利要求4所述的在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的装置，其特征是：所述的两个涡流传感器为具有磁屏蔽的变压器式涡流传感器，它们的初级相并联，它们的次级相串联且联接点接地，它们的次级另外两个端头分别联接运算放大器的两个差动输入端。

6.根据权利要求4或5所述的在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的装置，其特征是：所述的低频信号发生器输出的低频信号频率为1-20赫兹。

7.根据权利要求6所述的在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的装置，其特征是：所述的低频信号发生器在微型计算机的控制下输出指定频率的正弦波低频信号，A/D转换器在微型计算机的控制下以该低频信号周期进行数据采样转换。

8.根据权利要求7所述的在线探测热钢板居里点温度层距表面深度的装置，其特征是：所述的低频信号发生器在微型计算机的控制下输出指定频率的正弦波低频信号的同时还输出相位差为90°的两组相位基准信号，该相位差为90°的两组相位基准信号送到相敏检波器，相敏检波器依据上述相位基准信号将运算放大器输出的偏差信号分解成正交的X、Y直流信号，该X、Y直流信号分别作A/D转换后交微型计算机按照用已知厚度的不锈钢板和普通钢板的复合钢板模拟并标定的函数表达方式处理成被测热钢板居里点温度层距表面深度数据。

Images