專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金工業(yè)領(lǐng)域，主要是一種面向鋼水連鑄設(shè)備的基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，各大鋼鐵公司已經(jīng)把目光集中在高端產(chǎn)品的研發(fā)上，對(duì)于優(yōu)質(zhì)品種鋼的生產(chǎn)，鋼包下渣檢測(cè)是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。國(guó)外許多公司為解決鋼包下渣預(yù)報(bào)問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)了多種鋼包下渣檢測(cè)技術(shù)。
基于紅外技術(shù)的鋼渣檢測(cè)系統(tǒng)能夠保證從出鋼過(guò)程開(kāi)始實(shí)現(xiàn)精確、可靠的鋼渣檢測(cè)。目前只這一類(lèi)系統(tǒng)經(jīng)常用在轉(zhuǎn)爐出鋼口的下渣檢測(cè)，在連鑄全保護(hù)澆注條件下，還不能應(yīng)用于鋼包到中間包的下渣檢測(cè)。其缺點(diǎn)是在檢測(cè)中鋼流不能被遮擋，如果用于鋼包到中間包的下渣檢測(cè)，則必須除去長(zhǎng)水口，而這樣就會(huì)引起鋼水的二次氧化，所以目前一般不用于鋼包的下渣檢測(cè)，主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐出鋼口到鋼包的下渣檢測(cè)。
電磁感應(yīng)式下渣檢測(cè)系統(tǒng)被認(rèn)為是目前世界上比較先進(jìn)的下渣檢測(cè)系統(tǒng)，國(guó)外已有多家煉鋼廠采用該系統(tǒng)，并獲得較好冶金效果和經(jīng)濟(jì)效益。由于這類(lèi)系統(tǒng)要對(duì)鋼包進(jìn)行改造，在鋼包底部埋入線圈，改造費(fèi)用昂貴，而且由于工作環(huán)境溫度較高，線圈很容易損壞，平均每?jī)蓚€(gè)月就要對(duì)所用鋼包底部的線圈、傳感器進(jìn)行更換，因此使用成本較高。
此外，利用超聲波進(jìn)行鋼水下渣檢測(cè)也是一種常用的方法。超聲波檢測(cè)法的原理是利用鋼包注流中有鋼渣和無(wú)鋼渣時(shí)超聲波發(fā)射、反射信號(hào)之間的差別來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼渣的檢測(cè)。雖然這種方法對(duì)澆注過(guò)程沒(méi)有影響，但是由于超聲波探頭的工作環(huán)境溫度高達(dá)1500℃左右，工作環(huán)境比較惡劣，制造和使用的費(fèi)用較高，離工業(yè)應(yīng)用還有較長(zhǎng)的一段距離。
通過(guò)感受機(jī)械操作臂的振動(dòng)來(lái)檢測(cè)連鑄過(guò)程中的下渣，是一種間接監(jiān)測(cè)下渣的方法，十多年前就開(kāi)始在實(shí)際澆注過(guò)程中被部分工人所采用。在鋼水澆注過(guò)程中，鋼水流經(jīng)長(zhǎng)水口注入中間包時(shí)，鋼水沖擊長(zhǎng)水口壁必定引起用來(lái)支撐長(zhǎng)水口的機(jī)械操作臂振動(dòng)。由于鋼渣比重只有鋼水比重的一半，浮在鋼水表面，在一包鋼水即將澆注完畢時(shí)，鋼渣才出現(xiàn)，此時(shí)由于鋼渣輕，粘度大，流動(dòng)性也差，它對(duì)長(zhǎng)水口壁的沖擊作用力減少，導(dǎo)致與之相連的機(jī)械操作臂的振動(dòng)也減小。因而在澆注末期，工人可以用手感觸機(jī)械操作臂的振動(dòng)，來(lái)判斷是否下渣，并決定是否關(guān)閉滑動(dòng)水口。
但由于在鋼水澆注過(guò)程中，存在大量影響澆注結(jié)構(gòu)振動(dòng)的因數(shù)，使得上述人工監(jiān)測(cè)方法有時(shí)難以奏效。主要原因是1.在鋼水澆注過(guò)程中，有時(shí)鋼水并不一定與長(zhǎng)水口壁接觸而直接進(jìn)入中間包，導(dǎo)致機(jī)械操作臂的振動(dòng)很小，使得人工很難分辨下渣時(shí)刻。
2.在一包鋼水澆注末期，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)鋼水旋流而下的現(xiàn)象，此時(shí)鋼渣也會(huì)被卷入，帶有鋼渣的鋼流旋轉(zhuǎn)著與長(zhǎng)水口壁不斷發(fā)生沖擊作用，從而導(dǎo)致機(jī)械操作臂的振動(dòng)并不一定減小，人工根本無(wú)法分辨下渣。
因此如何從操作臂的振動(dòng)信號(hào)中提取下渣信號(hào)，成為研究焦點(diǎn)。一般的方法是利用一個(gè)振動(dòng)傳感器，測(cè)量操作臂的振動(dòng)，根據(jù)振動(dòng)幅值的增大或減小來(lái)判斷下渣時(shí)刻，這種處理方法會(huì)經(jīng)常導(dǎo)致對(duì)下渣時(shí)刻的誤判斷。為了彌補(bǔ)此種方法的不足，很多研究者，以振動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，輔助以多種其他監(jiān)測(cè)手段，如監(jiān)測(cè)鋼包重量的變化、監(jiān)測(cè)長(zhǎng)水口附近鋼水表面翻渣現(xiàn)象等，來(lái)監(jiān)測(cè)下渣。
這些方法在監(jiān)測(cè)機(jī)械操作臂振動(dòng)的過(guò)程中，主要考察振動(dòng)幅值的大小，而振動(dòng)幅值的大小與滑動(dòng)水口開(kāi)度有直接關(guān)系。因此這些方法在使用過(guò)程中，必須使水口開(kāi)度大小保持不變。而在實(shí)際澆注時(shí)，在一包鋼水的澆注后期，要不斷的調(diào)節(jié)滑動(dòng)水口開(kāi)度，以保持中間包液面的穩(wěn)定。因此這樣的振動(dòng)信號(hào)處理方法具有較大的局限性，難以滿足實(shí)際需要。

發(fā)明內(nèi)容
要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種對(duì)鋼水連鑄設(shè)備下渣狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷的基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)方法及裝置。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)依據(jù)是1.在澆注過(guò)程中，鋼水流經(jīng)長(zhǎng)水口時(shí)，會(huì)在不同方向?qū)﹂L(zhǎng)水口進(jìn)行沖刷作用，用來(lái)支撐長(zhǎng)水口的機(jī)械操作臂的振動(dòng)也會(huì)在不同方向上表現(xiàn)出來(lái)，其各個(gè)方向的合成振動(dòng)才是鋼水流動(dòng)狀態(tài)的真實(shí)表現(xiàn)，單一方向的振動(dòng)信號(hào)并不能準(zhǔn)確反映鋼流對(duì)長(zhǎng)水口的沖擊作用。因此在機(jī)械操作臂的不同方向上安裝多個(gè)傳感器，將更能準(zhǔn)確有效的捕捉到鋼水下渣信號(hào)。
2.一包鋼水澆注末期，鋼水夾帶著部分鋼渣旋流而下，此時(shí)對(duì)長(zhǎng)水口的沖擊作用無(wú)論是在沖擊強(qiáng)度還是在沖擊方向上都表現(xiàn)出一定的不平穩(wěn)性，只要采用合適的信號(hào)處理手段，對(duì)其振動(dòng)強(qiáng)度的不平穩(wěn)性和振動(dòng)方向的不平穩(wěn)性給出合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即可據(jù)此判斷下渣。避免了因僅僅依靠振動(dòng)幅值大小判斷下渣而帶來(lái)的誤判和漏判問(wèn)題，也解決了滑動(dòng)水口開(kāi)度不能調(diào)節(jié)的問(wèn)題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為這種基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)方法，主要包括以下步驟；1)、在操作臂上遠(yuǎn)離長(zhǎng)水口的一端，在其垂直截面上不同方向上安裝多個(gè)振動(dòng)傳感器，通過(guò)上述振動(dòng)傳感器采集多個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)；將多個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、采樣和A/D轉(zhuǎn)換后形成采樣信號(hào)；2)、對(duì)各澆鑄狀態(tài)采集到的大量振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離線處理，通過(guò)小波包變換，獲得特征向量，構(gòu)成其典型特征矢量，組成反映澆鑄狀態(tài)的特征矢量集，然后采取有效的矢量量化算法訓(xùn)練出對(duì)應(yīng)各個(gè)狀態(tài)的碼本，作為在線識(shí)別時(shí)各澆鑄狀態(tài)的碼本知識(shí)庫(kù)；3)、對(duì)采樣信號(hào)通過(guò)小波包分析方法獲得特征向量，構(gòu)成表征鋼水流動(dòng)狀態(tài)的特征矢量，對(duì)特征矢量進(jìn)行矢量量化分析方法，通過(guò)碼字的搜索和運(yùn)算，判斷目前的狀態(tài)屬于碼本知識(shí)庫(kù)中哪一個(gè)碼本，從而給出是否下渣信息。
這種基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)裝置，主要包括傳感器、操作臂、前置設(shè)備以及顯示與報(bào)警裝置，在操作臂上遠(yuǎn)離長(zhǎng)水口的一端，在其垂直截面上不同方向安裝至少兩個(gè)振動(dòng)傳感器，傳感器通過(guò)信號(hào)線依次與放大器、抗混疊濾波器，A/D轉(zhuǎn)換裝置這些前置設(shè)備和計(jì)算機(jī)相連接。
本發(fā)明所涉及的鋼水下渣檢測(cè)方法，采取了特別的信號(hào)處理程序，對(duì)振動(dòng)信號(hào)在振動(dòng)幅值和振動(dòng)方向上的不平穩(wěn)性給出評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根掘大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)形成下渣診斷與識(shí)別知識(shí)庫(kù)，并由此獲得表征鋼水流動(dòng)狀態(tài)的特征參數(shù)，解決了用單方向振動(dòng)幅值來(lái)判斷下渣而帶來(lái)的誤報(bào)問(wèn)題。
本發(fā)明涉及以下兩種數(shù)字信號(hào)處理方法(1)小波變換處理方法鋼包下渣過(guò)程具有一定的突變性質(zhì)，單純從時(shí)域或頻域分析都不能得出明顯的下渣信號(hào)振動(dòng)特征。而小波分析是一種信號(hào)的″時(shí)間-頻率″分析方法，它具有多分辨率分析的特點(diǎn)，而且在時(shí)頻兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力，是一種窗口大小固定不變，但其形狀可改變，時(shí)間窗和頻率窗都可以改變的時(shí)頻局部化分析方法。即在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率，很適合于探測(cè)正常信號(hào)中夾帶的瞬態(tài)不平穩(wěn)現(xiàn)象，并展示其成分，從而提取出鋼渣信號(hào)。
(2)矢量量化處理方法矢量量化技術(shù)(VQ)是一種數(shù)據(jù)壓縮和編碼技術(shù)，已廣泛地應(yīng)用于語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別和說(shuō)話人識(shí)別等領(lǐng)域。要把VQ技術(shù)應(yīng)用于下渣檢測(cè)，首先就要對(duì)各澆鑄狀態(tài)采集到的大量振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離線處理，通過(guò)小波包變換，獲得特征向量，構(gòu)成其典型特征矢量，組成反映澆鑄狀態(tài)的特征矢量集，然后采取有效的矢量量化算法訓(xùn)練出對(duì)應(yīng)各個(gè)狀態(tài)的碼本，作為在線識(shí)別時(shí)各澆鑄狀態(tài)的知識(shí)庫(kù)。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有有益的效果是1、該方法只需在機(jī)械操作臂上的不同方向安裝兩個(gè)或多個(gè)振動(dòng)傳感器，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的進(jìn)行特殊的實(shí)時(shí)信號(hào)處理，即可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)下渣，而無(wú)需其他輔助裝置。
2、設(shè)備造價(jià)低，安裝方便，易于拆裝，適合我國(guó)鋼鐵企業(yè)的基本情況，便于推廣。
3、由于傳感器的安裝位置遠(yuǎn)離鋼水，所以傳感器可以有較長(zhǎng)的使用壽命。
4、采用小波分析技術(shù)和矢量量化技術(shù)獲取鋼包下渣的振動(dòng)特征參數(shù)，用大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)形成的知識(shí)庫(kù)來(lái)推理判斷下渣，大大提高了下渣報(bào)警的準(zhǔn)確度。
5、使用多級(jí)柱狀燈，直觀地表示出鋼水與鋼渣流動(dòng)狀態(tài)。
6、功能完善的下渣檢測(cè)軟件，能夠?qū)崟r(shí)的顯示鋼水流動(dòng)狀態(tài)。


圖1本實(shí)用新型的下渣振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)組成原理圖；圖2本實(shí)用新型的鋼包下渣振動(dòng)檢測(cè)原理示意圖；圖3本實(shí)用新型的傳感器安裝位置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本實(shí)用新型的傳感器安裝位置A-A結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本實(shí)用新型的主要設(shè)備之間的信號(hào)傳輸；圖6本實(shí)用新型的小波包空間的分解示意圖；圖7本實(shí)用新型的三層小波包分解樹(shù)結(jié)構(gòu)；圖8本實(shí)用新型的鋼渣檢測(cè)軟件系統(tǒng)流程；圖9本實(shí)用新型的系統(tǒng)軟件的功能模塊結(jié)構(gòu)組成；
圖10本實(shí)用新型的系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)過(guò)程。
附圖標(biāo)記說(shuō)明長(zhǎng)水口1，操作臂2，傳感器3，中間包4，傳感器支架5，顯示與報(bào)警裝置6，水口閥7，鋼水8，鋼渣9。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步介紹系統(tǒng)的硬件組成本發(fā)明裝置主要包括以下幾個(gè)部分計(jì)算機(jī)與控制設(shè)備、信號(hào)傳感與采集設(shè)備和顯示與報(bào)警設(shè)備，此外還包括中間端子箱、開(kāi)關(guān)盒等附屬設(shè)備。
計(jì)算機(jī)與控制設(shè)備是一臺(tái)室內(nèi)控制柜，主要由顯示器、操作臺(tái)、前置處理器組成，主要完成對(duì)信號(hào)的采集與處理，并完成對(duì)顯示與報(bào)警設(shè)備的控制。
信號(hào)傳感與采集設(shè)備采用內(nèi)部集成有放大電路的壓電式加速度傳感器，在操作臂2上遠(yuǎn)離長(zhǎng)水口1的一端，固定連接有傳感器支架5，在其垂直截面上不同方向的傳感器支架5上安裝兩個(gè)振動(dòng)傳感器3，傳感器3通過(guò)信號(hào)線依次與放大器、抗混疊濾波器，A/D轉(zhuǎn)換裝置這些前置設(shè)備和計(jì)算機(jī)相連接。
鋼包到中間包的過(guò)程中，鋼水8混著鋼渣9通過(guò)水口閥7和長(zhǎng)水口1流到中間包4，信號(hào)傳感與采集設(shè)備可以監(jiān)測(cè)垂直于機(jī)械操作臂平面內(nèi)的兩個(gè)不同方向的振動(dòng)加速度，用來(lái)采集操作臂在兩個(gè)垂直方向上的振動(dòng)信號(hào)，其性能的穩(wěn)定是保證系統(tǒng)檢測(cè)精度的關(guān)鍵。
顯示與報(bào)警設(shè)備6是一組“三色5級(jí)柱形顯示燈”，用來(lái)顯示鋼水在長(zhǎng)水口中的流動(dòng)狀態(tài)，鋼流穩(wěn)定性越差，顯示的燈越多，并上下竄動(dòng)。超過(guò)警戒值即下渣報(bào)警，報(bào)警燈亮，報(bào)警喇叭響。
各主要設(shè)備之間的信號(hào)傳輸如圖5所示。
信號(hào)與數(shù)據(jù)處理方法信號(hào)與數(shù)據(jù)處理是本發(fā)明的重要部分，目的是為了從機(jī)械操作臂在兩個(gè)方向的振動(dòng)中提取鋼水流動(dòng)的不平穩(wěn)性特征。
這種基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)方法，主要包括以下步驟；1)、首先就要對(duì)各澆鑄狀態(tài)采集到的大量振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離線處理，通過(guò)小波包變換，獲得特征向量，構(gòu)成其典型特征矢量，組成反映澆鑄狀態(tài)的特征矢量集，然后采取有效的矢量量化算法訓(xùn)練出對(duì)應(yīng)各個(gè)狀態(tài)的碼本，作為在線識(shí)別時(shí)各澆鑄狀態(tài)的碼本知識(shí)庫(kù)；2)、在操作臂上遠(yuǎn)離長(zhǎng)水口的一端，在其垂直截面上不同方向上安裝多個(gè)振動(dòng)傳感器，通過(guò)上述振動(dòng)傳感器采集多個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)；將多個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、采樣和A/D轉(zhuǎn)換后形成采樣信號(hào)；3)、對(duì)采樣信號(hào)通過(guò)小波包分析方法獲得特征向量，構(gòu)成表征鋼水流動(dòng)狀態(tài)的特征矢量，對(duì)特征矢量進(jìn)行矢量量化分析方法，通過(guò)碼字的搜索和運(yùn)算，判斷目前的狀態(tài)屬于碼本知識(shí)庫(kù)中哪一個(gè)碼本，從而給出是否下渣信息。
具體的處理方法包括(1)小波包分析方法小波包分析方法是對(duì)多分辨率分析的改進(jìn)，它具有對(duì)信號(hào)的自適應(yīng)性，能夠根據(jù)信號(hào)的特性，自動(dòng)選取不同的時(shí)一頻分辨率，對(duì)全頻域內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行全面的正交分解，即對(duì)小波分析的高頻細(xì)節(jié)再作分解，信息量完整，即無(wú)冗余，也無(wú)疏漏，從而彌補(bǔ)了多分辨率分析的不足。圖6是小波包空間的分解示意圖，由此可看出，小波包分解結(jié)果包含了從低頻段到高頻段的所有信息。
a.首先對(duì)采樣信號(hào)S進(jìn)行三層小波包分解，分別提取第三層從低頻到高頻八個(gè)頻率成分的信號(hào)特征，其分解結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖6中，(i，j)表示第j個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中，i＝0，1，2，3；j＝0，1，…，7，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都代表一定的信號(hào)特征。其中，(0，0)結(jié)點(diǎn)代表原始信號(hào)S，(1，0)結(jié)點(diǎn)代表小波包分解的第一層低頻系數(shù)X10，(1，1)結(jié)點(diǎn)代表小波包分解第一層的高頻系數(shù)X11，(3，0)結(jié)點(diǎn)表示第三層第0個(gè)結(jié)點(diǎn)的系數(shù)，其它依此類(lèi)推。
b.對(duì)小波包分解系數(shù)重構(gòu)，提取各頻帶范圍的信號(hào)。假設(shè)原始信號(hào)S中，最低頻率成分為0，最高頻率為1，則提取的S3j(j＝0，1，…，7)八個(gè)頻率成份分別代表0-1范圍內(nèi)從低到高的八個(gè)頻帶。以S30表示的X30重構(gòu)信號(hào)，S31表示X31的重構(gòu)信號(hào)，其它依此類(lèi)推。在這里，只對(duì)第三層的所有結(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，則總信號(hào)可以表示為S＝S30+S31+S32+S33+S34+S35+S36+S37c.求各頻帶信號(hào)的總能量。設(shè)S3j(j＝0，1，…，7)對(duì)應(yīng)的能量為E3j(j＝0，1，…，7)，則有E3j=∫|S3j(t)|2dt=Σk=1n|xjk|2]]>其中，xjk(j＝0，1，…，7，k＝1，1，…，n)表示重構(gòu)信號(hào)S3j的離散點(diǎn)的幅值。
d.構(gòu)造特征向量。由于鋼水下渣的時(shí)候會(huì)對(duì)各頻帶信號(hào)的能量有較大的影響，因此，以能量為元素可以構(gòu)造一個(gè)特征向量T。特征向量T構(gòu)造如下T＝[E30，E31，E32，E33，E34，E35，E36，E37]考慮到能量較大的情況，可以對(duì)特征向量T進(jìn)行改進(jìn)，即對(duì)向量進(jìn)行歸一化處理，然后再作為特征向量。
(2)矢量量化分析方法矢量量化技術(shù)在本發(fā)明的鋼渣檢測(cè)軟件中的系統(tǒng)流程如圖8所示。通過(guò)對(duì)特征矢量進(jìn)行編碼，利用已經(jīng)獲得的大量試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行碼本訓(xùn)練，獲得下渣和純鋼水兩種狀態(tài)的碼本特征，形成碼本知識(shí)庫(kù)。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和處理中，通過(guò)碼字的搜索和運(yùn)算，判斷目前的狀態(tài)屬于哪一個(gè)碼本，從而給出是否下渣信息。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的功能模塊結(jié)構(gòu)組成如圖9所示。根據(jù)系統(tǒng)要完成的功能，系統(tǒng)軟件主要由主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊三部分組成。
(1)主控模塊主控模塊是整個(gè)下渣振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的主體，它的合理設(shè)計(jì)是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠工作的保證。主控模塊具有以下功能◆功能設(shè)置——說(shuō)明是進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)還是離線分析。
◆參數(shù)設(shè)置——按照選定的功能，完成參數(shù)設(shè)置，并能夠在需要的時(shí)候進(jìn)行查詢和編輯。
◆報(bào)警——實(shí)現(xiàn)與報(bào)警裝置的實(shí)時(shí)通訊，并在監(jiān)測(cè)過(guò)程中將報(bào)警裝置狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示到計(jì)算機(jī)屏幕上，以便操作和控制。
◆鋼流狀態(tài)曲線顯示——在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，通過(guò)屏幕實(shí)時(shí)顯示鋼流狀態(tài)曲線，當(dāng)曲線超過(guò)警戒值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
(2)數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)操作臂振動(dòng)信號(hào)的采集和存儲(chǔ)。
(3)數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)處理模塊是用各種數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，主要功能如下◆數(shù)據(jù)預(yù)處理。
◆小波包分析，提取鋼渣振動(dòng)特征參數(shù)。
◆矢量量化處理與碼本搜索。
◆下渣時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
在鋼渣振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件中，要完成的主要功能有以下兩個(gè)(1)下渣信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)和報(bào)警。采集數(shù)據(jù)并保存，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理，在達(dá)到警戒值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并能夠?qū)崟r(shí)顯示鋼流狀態(tài)。
(2)數(shù)據(jù)的離線分析。進(jìn)一步完善鋼渣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，完成和充實(shí)鋼水和下渣的碼本訓(xùn)練。
整個(gè)系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)過(guò)程如圖10所示。
權(quán)利要求
1.一種基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)方法，其特征在于主要包括以下步驟1)、在操作臂上遠(yuǎn)離長(zhǎng)水口的一端，在其垂直截面上不同方向上安裝多個(gè)振動(dòng)傳感器，通過(guò)上述振動(dòng)傳感器采集多個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)；將多個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、采樣和A/D轉(zhuǎn)換后形成采樣信號(hào)；2)、對(duì)各澆鑄狀態(tài)采集到的大量振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離線處理，通過(guò)小波包變換，獲得特征向，構(gòu)成其典型特征矢量，組成反映澆鑄狀態(tài)的特征矢量集，然后采取有效的矢量量化算法訓(xùn)練出對(duì)應(yīng)各個(gè)狀態(tài)的碼本，作為在線識(shí)別時(shí)各澆鑄狀態(tài)的碼本知識(shí)庫(kù)；3)、對(duì)采樣信號(hào)通過(guò)小波包分析方法獲得特征向量，構(gòu)成表征鋼水流動(dòng)狀態(tài)的特征矢量，對(duì)特征矢量進(jìn)行矢量量化分析方法，通過(guò)碼字的搜索和運(yùn)算，判斷目前的狀態(tài)屬于碼本知識(shí)庫(kù)中哪一個(gè)碼本，從而給出是否下渣信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)方法，其特征在于所述的小波包分析方法為a.首先對(duì)采樣信號(hào)S進(jìn)行三層小波包分解，分別提取第三層從低頻到高頻八個(gè)頻率成分的信號(hào)特征，(i，j)表示第j個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中，i＝0，1，2，3；j＝0，1，…，7，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都代表一定的信號(hào)特征，其中，(0，0)結(jié)點(diǎn)代表原始信號(hào)S，(1，0)結(jié)點(diǎn)代表小波包分解的第一層低頻系數(shù)X10，(1，1)結(jié)點(diǎn)代表小波包分解第一層的高頻系數(shù)X11，(3，0)結(jié)點(diǎn)表示第三層第0個(gè)結(jié)點(diǎn)的系數(shù)，其它依此類(lèi)推；b.對(duì)小波包分解系數(shù)重構(gòu)，提取各頻帶范圍的信號(hào)，假設(shè)原始信號(hào)S中，最低頻率成分為0，最高頻率為1，則提取的S3j(j＝0，1，…，7)八個(gè)頻率成份分別代表0-1范圍內(nèi)從低到高的八個(gè)頻帶，以S30表示的X30重構(gòu)信號(hào)，S31表示X31的重構(gòu)信號(hào)，其它依此類(lèi)推，例如對(duì)第三層的所有結(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，則總信號(hào)可以表示為S＝S30+S31+S32+S33+S34+S35+S36+S37c.求各頻帶信號(hào)的總能量，設(shè)S3j(j＝0，1，…，7)對(duì)應(yīng)的能量為E3j(j＝0，1，…，7)，則有E3j=∫|S3j(t)|2dt=Σk=1n|xjk|2]]>其中，xjk(j＝0，1，…，7，k＝1，1，…，n)表示重構(gòu)信號(hào)S3j的離散點(diǎn)的幅值；d.構(gòu)造特征向量，以能量為元素可以構(gòu)造一個(gè)特征向量T，特征向量T構(gòu)造如下T＝[E30，E31，E32，E33，E34，E35，E36，E37]。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)特征向量T進(jìn)行改進(jìn)，即對(duì)向量進(jìn)行歸一化處理，然后再作為特征向量。
4.一種基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)裝置，主要包括傳感器(3)、操作臂(2)、前置設(shè)備以及顯示與報(bào)警裝置(6)，其特征在于，在操作臂(2)上遠(yuǎn)離長(zhǎng)水口(1)的一端，在其垂直截面上不同方向安裝至少兩個(gè)振動(dòng)傳感器(3)，傳感器(3)通過(guò)信號(hào)線依次與放大器、抗混疊濾波器，A/D轉(zhuǎn)換裝置這些前置設(shè)備和計(jì)算機(jī)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)裝置，其特征在于所述的振動(dòng)傳感器采用內(nèi)部集成有放大電路的壓電式加速度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)裝置，其特征在于所述的顯示與報(bào)警裝置(6)采用多級(jí)柱狀燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的連鑄下渣檢測(cè)方法及裝置，在操作臂上遠(yuǎn)離長(zhǎng)水口的一端，在其垂直截面上不同方向上安裝多個(gè)振動(dòng)傳感器以采集多個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)；將信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、采樣和A/D轉(zhuǎn)換后形成采樣信號(hào)；對(duì)采集到的大量振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離線處理，構(gòu)成其典型特征矢量，采取有效的矢量量化算法訓(xùn)練出對(duì)應(yīng)各個(gè)狀態(tài)的碼本，作為在線識(shí)別時(shí)各澆鑄狀態(tài)的碼本知識(shí)庫(kù)；對(duì)采樣信號(hào)通過(guò)小波包分析方法獲得特征向量，通過(guò)碼字的搜索和運(yùn)算，判斷目前的狀態(tài)屬于碼本知識(shí)庫(kù)中哪一個(gè)碼本，從而給出是否下渣信息。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是只需在操作臂上的不同方向安裝多個(gè)振動(dòng)傳感器，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理，即可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)下渣，而無(wú)需其他輔助裝置。
文檔編號(hào)B22D11/16GK1701877SQ20051005031
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者李培玉, 譚大鵬, 劉果, 倪笑斐 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)