專利名稱：一種連鑄結晶器振動檢測裝置及檢測方法
技術領域：
本發明涉及冶金工業領域，更具體的說，是涉及面向鋼水連鑄設備的一種連鑄結
晶器振動數據的檢測裝置及檢測方法。
背景技術：
結晶器是鋼鐵連鑄生產中的鑄坯成型設備，是連鑄機的心臟設備和關鍵設備。在鋼鐵生產中，結晶器振動使得鑄坯得以強制脫模；利于鑄坯的潤滑，消除連接；改善鑄坯的表面質量。但結晶器振動參數選擇恰當與否關系到連鑄坯生產和連鑄坯表面質量的好壞。為了提高連鑄坯表面質量，目前常用的是在線檢測系統和傳統的人工檢測方法。在線檢測系統雖然處理能力強、能夠實現對結晶器狀態的長期監測，但是所采用的位移傳感器拆裝復雜，且在高溫、潮濕的工作現場壽命相對較短，此外設備硬件成本高、體積大、集成度低、使用不方便。而人工檢測方法存在較大誤差，對實際煉鋼生產的指導意義不大。因此開發一種成本低、體積小、集成度高、使用壽命長、操作方便可靠的結晶器振動檢測設備很有必要。
發明內容
本發明的主要目的在于克服現有技術中的不足，提供了一種連鑄結晶器振動數據的檢測裝置及檢測方法。 為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的。 —種連鑄結晶器振動數據的檢測裝置通過加速度傳感器采集結晶器振動信號，并協同其他信息根據既定的通信協議通過串口傳至掌上電腦；掌上電腦進行相關信息的計算與分析，并將得到的結果通過人機交互接口顯示在觸摸屏上，最終實現對連鑄結晶器振動參數的調整提供依據。 —種連鑄結晶器振動檢測裝置，硬件系統包括加速度振動傳感器、下位機數據采集卡、上位機系統控制卡、觸摸屏；加速度振動傳感器、下位機數據采集卡、上位機系統控制卡、觸摸屏依次相連。 所述的加速度振動傳感器經過抗干擾保護設計，能夠適應連鑄結晶器現場復雜的環境，負責結晶器振動信號的采集； 所述的下位機數據采集卡，負責對加速度振動傳感器采集信號的預處理，并通過串行接口 ，將預處理過的信號傳遞給上位機系統控制卡； 所述的上位機系統控制卡，負責對下位機傳遞來的信號進行分析、計算，同時提供用戶交互接口，實現結晶器振動參數及波形的顯示及其他相關信息的顯示與控制；
所述的觸摸屏，負責顯示系統狀態、將分析處理過的振動信號進行直觀的顯示，并可通過圖形用戶接口實現對參數的調整、歷史數據的回放等功能。 作為一種改進，所述的加速度振動傳感器用來對振動信號進行采集。不同的傳感器安裝方式實現對結晶器振動不同的參數的測量測量結晶器振動的振幅與頻率時將單一傳感器垂直放在結晶器上面即可；測量結晶器振動不同兩點的同步性時，將兩個傳感器放在結晶器上不同的位置，通過查看觸摸屏上顯示的不同兩點振動的X-Y軸心軌跡圖即可；測量結晶器振動的垂直方向與水平方向振動的大小，即要知道結晶器偏振的情況，將一個傳感器垂直放在結晶器上，另一傳感器水平放在傳感器上，通過查看觸摸屏上顯示的信息即可。 作為一種改進，所述的下位機數據采集卡包括電源管理模塊、信號濾波處理模塊、運放電路調理模塊、微控制器模塊、串口通信模塊及外圍電路。 所述的電源管理模塊，用于將電源輸入的電壓通過電源轉換芯片的處理，轉換成適合個模塊工作的不同電源； 所述的信號濾波處理模塊，用于將輸入信號中的干擾信號進行低通、高通等濾波處理； 所述的運放電路調理模塊，用于將輸入信號進行調節，得到適合微控制器處理的電壓信號； 所述的為控制模塊，用于將運放電路調理模塊調理后的電壓信號進行預處理，實現結晶器振動信號的采集及與上位機系統控制卡進行交互； 所述的串口通信模塊，用于將微控制器的CMOS電平轉換成適合串口通信用的RS-232電平； 所述的外圍電路，用于微控制器的復位、狀態指示、數據傳輸指示。 作為一種改進，所述的上位機系統控制卡包括系統控制模塊、信息分析處理模塊、
圖形顯示模塊和系統參數設置模塊； 所述的系統控制模塊，負責系統初始化、目標設備選擇、系統啟動/停止等基本功能； 所述的信息分析處理模塊，負責接受上傳的各種信息，進行分析、計算處理；
所述的圖形顯示模塊，負責將信息分析處理模塊的分析結果進行直觀顯示，并將用戶輸入的各種信息進行顯示； 所述的系統參數設置模塊，負責系統各個技術參數的設置，來滿足不同環境、不同用戶的不同需求。 —種連鑄結晶器振動檢測方法，包括以下步驟 (1)利用加速度振動傳感器得到結晶器的振動信號； (2)將結晶器的振動信號通過下位機數據采集卡進行預處理； (3)將下位機數據采集卡預處理過的信號協同控制信號上傳至上位機系統控制卡； (4)上位機系統控制卡接受結晶器的振動信號及控制信號，并對振動信號進行分析、計算； (5)分析計算結束后，通過人機交互接口 ，將相關信息顯示在觸摸屏上，實現對連鑄結晶器振動信號的檢測。 與現有技術相比，本發明的有益效果是 通過傳感器不同安裝方式，能夠準確的檢測到連鑄結晶器振動的幅值、頻率及振動波形偏斜率；該系統安裝簡便、攜帶方便、維護容易，實現需要時即裝即用，不用時即拆即走；具有良好的人機接口 ，通過調整參數實現不同用戶的不同需求，易于操作人員掌握操作。
圖1是系統實現方案圖； 圖2是傳感器安裝方式示意圖； 圖3是硬件系統模塊結構及控制關系圖； 圖4是上位機控制系統軟件模塊構成圖； 圖5是上位機系統控制軟件流程圖。
具體實施例方式
結合附圖，下面對本發明進行詳細說明。 —種連鑄結晶器振動檢測裝置及檢測方法，硬件系統包括加速度傳感器、下位機 數據采集卡、上位機系統控制卡、觸摸屏，其布置與連線見附圖1。加速度振動傳感器、下位 機數據采集卡、上位機系統控制卡、觸摸屏依次相連。 如圖3所示，所述的電源管理模塊，用于將電源輸入的電壓通過電源轉換芯片的 處理，轉換成適合個模塊工作的不同電源； 所述的信號濾波處理模塊，用于將輸入信號中的干擾信號進行低通、高通等濾波 處理； 所述的運放電路調理模塊，用于將輸入信號進行調節，得到適合微控制器處理的 電壓信號； 所述的為控制模塊，用于將運放電路調理模塊調理后的電壓信號進行預處理，實 現結晶器振動信號的采集及與上位機系統控制卡進行交互； 所述的串口通信模塊，用于將微控制器的CMOS電平轉換成適合串口通信用的 RS-232電平； 所述的外圍電路，用于微控制器的復位、狀態指示、數據傳輸指示。 上位機系統控制卡軟件包括系統控制模塊、信息分析處理模塊、圖形顯示模塊和
系統參數設置模塊。系統控制模塊，負責系統初始化、目標設備選擇、系統啟動/停止等基
本功能；信息分析處理模塊，負責接受上傳的各種信息，進行分析、計算處理；圖形顯示模
塊，負責將信息分析處理模塊的分析結果進行直觀顯示，并將用戶輸入的各種信息進行顯
示；系統參數設置模塊，負責系統各個技術參數的設置，來滿足不同環境、不同用戶的不同需求。 —種連鑄結晶器振動檢測方法，包括以下步驟(見附圖5): (1)利用加速度振動傳感器得到結晶器的振動信號； (2)將結晶器的振動信號通過下位機數據采集卡進行預處理； (3)將下位機數據采集卡預處理過的信號協同控制信號上傳至上位機系統控制 卡； (4)上位機系統控制卡接受結晶器的振動信號及控制信號，并對振動信號進行分 析、計算； (5)分析計算結束后，通過人機交互接口 ，將相關信息顯示在觸摸屏上，實現對連
6鑄結晶器振動信號的檢測。
具體實施過程如下 連鑄結晶器現場檢測時，采集裝置的傳感器接口連接到結晶器上的兩路加速度振 動傳感器，兩路加速度振動傳感器安裝方式參考附圖2。加速度振動傳感器的輸出的模擬信 號經過信號濾波處理模塊進行濾波，再通過運放電路調理模塊進行放大調理輸出適合微控 制器采集的電壓信號，此電壓信號經微控制器的AD采樣端口輸入到微控制器中，微控制器 將輸入的電壓模擬信號轉換成數字信號并進行相應的預處理再協同其他控制信息通過串 口傳輸模塊，按照下位機數據采集卡與上位機系統控制卡既定的串口通信協議，傳輸給上 位機系統控制卡；上位機系統控制卡接受到數據后按照既定的串口通信協議進行校驗、拆 包處理，并將傳輸的有用信息儲存在共享內存緩沖區中；上位機的應用程序讀取緩沖區的 數據，此數據為結晶器振動波形的加速度數據，對該加速度數據進行積分處理，再濾除其中 干擾信息得到結晶器振動波形的速度數據，對該速度數據進行積分處理，在進行濾波剔除 干擾信號得到結晶器振動波形的位移數據，其間對干擾信號的剔除還采取了經驗模態分解 的方法，有效的剔除了干擾信號；再將得到的結晶器振動的加速度、速度、位移信息提供給 圖形顯示模塊并與其他相關信息一同顯示，滿足客戶的需求。 最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的一個具體實施例。顯然，本發明 不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直 接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
權利要求
一種連鑄結晶器振動檢測裝置，其包括硬件系統，其特征在于，硬件系統包括加速度振動傳感器、下位機數據采集卡、上位機系統控制卡、觸摸屏；加速度振動傳感器、下位機數據采集卡、上位機系統控制卡、觸摸屏依次相連。
2. 根據權利要求1所述的一種連鑄結晶器振動檢測裝置，其特征在于，所述的加速度 振動傳感器有不同的安裝方式，單路傳感器用來檢測結晶器振動的振幅與頻率；雙路傳感 器放置同一水平面的不同位置用來測量結晶器振動的同步性；雙路傳感器放置兩互相垂直 的平面(水平面與豎直面)用來測量結晶器偏振情況。
3. 根據權利要求1所述的一種連鑄結晶器振動檢測裝置，其特征在于，所述的下位機 數據采集卡包括電源管理模塊、信號濾波處理模塊、運放電路調理模塊、微控制器模塊、串 口通信模塊及外圍電路；所述的電源管理模塊，用于將電源輸入的電壓通過電源轉換芯片的處理，轉換成適合 個模塊工作的不同電源；所述的信號濾波處理模塊，用于將輸入信號中的干擾信號進行低通、高通等濾波處理；所述的運放電路調理模塊，用于將輸入信號進行調節，得到適合微控制器處理的電壓 信號；所述的為控制模塊，用于將運放電路調理模塊調理后的電壓信號進行預處理，實現結 晶器振動信號的采集及與上位機系統控制卡進行交互；所述的串口通信模塊，用于將微控制器的CMOS電平轉換成適合串口通信用的RS-232 電平；所述的外圍電路，用于微控制器的復位、狀態指示、數據傳輸指示。
4. 根據權利要求1所述的一種連鑄結晶器振動檢測裝置，其特征在于，所述的上位機 系統控制卡包括系統控制模塊、信息分析處理模塊、圖形顯示模塊和系統參數設置模塊；所述的系統控制模塊，負責系統初始化、目標設備選擇、系統啟動/停止等基本功能； 所述的信息分析處理模塊，負責接受上傳的各種信息，進行分析、計算處理； 所述的圖形顯示模塊，負責將信息分析處理模塊的分析結果進行直觀顯示，并將用戶輸入的各種信息進行顯示；所述的系統參數設置模塊，負責系統各個技術參數的設置，來滿足不同環境、不同用戶的不同需求。
5. 根據權利要求2所述的一種連鑄結晶器振動檢測裝置，其特征在于，所述的電源管 理模塊包括傳感器電壓電源模塊、模擬電路電源模塊、數字電路電源模塊；所述的傳感器電壓電源模塊用于給傳感器信號采集提供電源；所述的模擬電路電源模塊用于給模擬電路提供電源，更精確的講是為信號濾波處理模 塊、運放電路調理模塊、微控制器模塊模擬部分提供電源；所述的數字電路電源模塊用于給數字電路提供電源，更精確的講是為串口通信模塊、 外圍電路、微控制器模塊數字部分提供電源。
6. 根據權利要求4所述的一種連鑄結晶器振動檢測裝置，其特征在于，所述的信息分 析處理模塊不僅分析結晶器振動的加速度信號，而且通過積分算法、經驗模態分解來分析 結晶器振動的速度信號、位移信號，同時分析同一振動面上不同兩點之間的振動同步性，和結晶器振動的偏振情況。
7. 根據權利要求4所述的一種連鑄結晶器振動檢測裝置，其特征在于，所述圖形顯示 模塊，不僅顯示結晶器振動的加速度、速度、位移信息，同時顯示歷史數據回放的狀況，以及 系統參數配置的各種狀況。
8. —種連鑄結晶器振動檢測方法，其特征在于方法包括以下步驟(1) 利用加速度振動傳感器得到結晶器的振動信號；(2) 將結晶器的振動信號通過下位機數據采集卡進行預處理；(3) 將下位機數據采集卡預處理過的信號協同控制信號上傳至上位機系統控制卡；(4) 上位機系統控制卡接受結晶器的振動信號及控制信號，并對振動信號進行分析、計算；(5) 分析計算結束后，通過人機交互接口 ，將相關信息顯示在觸摸屏上，實現對連鑄結 晶器振動信號的檢測。
全文摘要
本發明涉及一種連鑄結晶器振動檢測裝置，其包括硬件系統，其特征在于，硬件系統包括加速度振動傳感器、下位機數據采集卡、上位機系統控制卡、觸摸屏；加速度振動傳感器、下位機數據采集卡、上位機系統控制卡、觸摸屏依次相連。本發明通過傳感器不同安裝方式，能夠準確的檢測到連鑄結晶器振動的幅值、頻率及振動波形偏斜率；該系統安裝簡便、攜帶方便、維護容易，實現需要時即裝即用，不用時即拆即走；具有良好的人機接口，通過調整參數實現不同用戶的不同需求，易于操作人員掌握操作。
文檔編號B22D11/053GK101722284SQ20091015259
公開日2010年6月9日 申請日期2009年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者李培玉, 沈國振, 王國春, 王江峰, 甘濤, 鄭俊, 陳尚儉 申請人:杭州譜誠泰迪實業有限公司