[发明专利]一种面向振动式钢包下渣检测的嵌入式数据采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金过程检测与控制领域，尤其是涉及一种面向振动式钢包下渣检测的嵌入式数据采集系统。

背景技术

在钢铁连铸生产过程中，氧化剂和钢水中的杂质混合形成液体钢渣，其比重较轻，浮于钢水上部。在钢包浇注后期，钢渣逐渐从钢包流入中间包，并在中间包内逐步积累，影响钢材品质，严重时甚至使连铸生产无法进行。随着现代工业生产的不断扩大与发展，对钢铁品种和质量的要求不断提高，当然对连铸生产中钢水纯净度要求也就越来越高。连铸钢包下渣检测技术(Slag Carry-over Detection Technology， SCDT)就是通过对钢包浇注后期钢水状态的有效识别来控制钢水纯净度，提高铸件质量与钢水收得率的重要手段之一。

SCDT作为钢铁连铸生产的关键技术，世界各国尤其是西方发达国家都给予了高度重视。上世纪80年代末，德国成功开发出基于电磁感应原理的SCDT，成为目前世界上应用最为广泛的SCDT。但电磁式SCDT在应用过程中存在使用寿命短、不易安装维护、使用成本较高等缺点。针对以上问题，一些其它检测方法逐步被开发应用，如超声波检测法、红外检测法、振动检测法等，其中振动检测法能够有效解决电磁检测法存在的问题。与电磁检测法相比，其在使用寿命、检测准确率、可靠性、系统维护等方面均具有优势。但是振动检测法的技术要求很高，振动传感器的设计安装、振动信号干扰剔除与分离、处理算法的效率与有效性等问题具有很高的难度，目前国内尚未能较好的解决以上问题。

发明内容

为了克服在连铸工业现场的特殊环境条件下进行钢流冲击振动信号采集、预处理与传输等技术具有高难度的问题，本发明提供一种能实时采集与预处理在连铸工业现场强噪声环境下的钢流冲击振动信号的面向振动式钢包下渣检测的嵌入式数据采集系统。

本发明的技术方案：

一种面向振动式钢包下渣检测的嵌入式数据采集系统，其特征在于：包括多点并行信号采集系统、信号预处理系统与实时数据分析系统；

所述的多点并行信号采集系统，以钢包浇注机构及其支撑台架为考察对象，确定多个特征振动信号测量点，然后在每个测量点安装振动传感器，全方位采集钢包浇注过程中产生的冲击振动信号，进行初步放大处理，最后以并行方式将信号输送至信号预处理系统；

所述的信号预处理系统，能够接收多路传感器的实时振动信号，对其进行预处理操作后上传至实时数据分析系统；其包括信号放大模块、模数转换模块、数字滤波模块、数据传输模块；

所述的信号放大模块对相对微弱的钢流冲击振动信号进行二次隔离放大，使其能够在连铸车间的强噪声环境中传输，且产生与其它测量数据相匹配的有用信号；

所述的模数转换模块完成所采集振动信号的模/数转换工作，可以根据不同的检测要求设置相应的物理采样频率；

所述的数字滤波模块过滤经过放大与模/数转换的振动信号含有的环境干扰成分，除掉尖峰冲击信号；

所述的数据传输模块将经过预处理的振动信号按照既定的数据传输协议格式打成数据分组或者数据文件，并通过数据传输协议上传至实时数据分析系统；

所述的实时数据分析系统，接收信号预处理系统上传的实时数据分组，按照数据传输协议格式约定进行拆分，提取钢流冲击振动信号并完成显示、存储与分析判断的功能；其包括数据显示模块、数据存储模块、状态识别模块；

所述的数据显示模块，负责实时数据图形的显示，可以根据不同要求查看时域、频域或者静态特征参数的当前变化趋势；

所述的数据存储模块，根据具体的配置参数存储一定长度的数据文件，组成面向钢包下渣物理过程检测的主题数据库，为后续的特征参数提取、算法学习等工作提供充足的数据支持，并具备历史数据的回放与离线分析的功能；

所述的状态识别模块，根据水流冲击振动基本特征，选用相应的信号识别算法得到当前的钢流浇注状态，并发出相应的报警提示信号。

进一步，所述振动信号测量点包括操作臂、钢包回转台、连铸机支撑台架、中间包与操作臂支撑杆；

所述的操作臂测量点是通过无机粘合剂将振动传感器固定在操作臂远离钢流的一端，其采集与之相连的水口保护套管的钢流冲击振动信号；

所述的钢包回转台测量点是通过磁性套座将振动传感器固定在回转台的一端，其采集在钢包浇注过程中，回转台在外界激励作用下产生的冲击振动信号； 

所述的连铸机支撑台架测量点是通过打桩方式将振动传感器固定在连铸机工作平台的边缘位置，其采集连铸机支撑钢构在外界激励作用下产生的冲击振动信号；