专利名称：便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及振动检测领域，是对连铸机结晶器振动装置或结晶器或振动相位进行实时再现、记录、分析和判断，为技术人员对结晶器的调整和维护提供可靠依据的便携 式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置。
背景技术：
结晶器是连铸机设备，它的功能是将连续不断地注入其内腔的高温钢水通过水冷 铜壁强制冷却，导出其热量，使之逐渐凝固成为具有所要求的断面形状的壳状，并使这种芯 部仍为液态的铸坯连续不断地从结晶器下口拉出，为其在以后的二次冷却区域内完全凝固 创造条件。而结晶器振动装置主要功能是使结晶器按给定的振幅、频率和波形偏斜特性沿 连铸机外弧线运动，实现“脱模”，防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结而导致出 现粘挂漏钢事故。所以振动装置的振动参数和振动形态(如振幅和频率的大小、稳定性、 扭振、相位差等)是决定铸坯质量和正常安全的关键参数。因此对结晶器振动装置特性进 行分析和监测将有利于铸机正常生产、提高铸坯质量和产量。现有的结晶器振动装置在使用和保养维护中，由于缺乏结晶器振动装置的实际振 动参数试验数据，导致了技术人员在结晶器振动装置工作不正常时无法判断造成工作不正 常的原因具体在哪里，不能进行有针对性的保养维护。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装 置，以便能对结晶器振动装置的振动相位进行实时再现、记录、分析和判断，为技术人员对 结晶器的调整和维护提供可靠依据。本实用新型的技术方案是便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置， 它至少包括垂直位移传感器和处理分析单元，其特征是垂直位移传感器分布在结晶器振 动平台，连铸机的结晶器振动平台以0. 35-6HZ的频率振动，处理分析单元以大于结晶器振 动平台振动频率的采用速度同步采集分布的各个垂直位移传感器的垂直振动量，通过对垂 直振动量的处理和分析获取垂直位移传感器测点相互之间的振动相位差。所述的垂直位移传感器的垂直振动量是通过对垂直位移传感器的信号进行滤波 后，再经24位A/D转换器得到数字信号，数字信号输入到处理分析单元进行处理和分析得 到。所述的处理分析单元进行处理和分析是通过相关法进行计算获取垂直位移传感 器测点相互之间振动的相位差。所述的相关法进行计算是通过求得两信号的互相关函数数值以及两信号的幅度 值来完成，具体计算公式见下公式； 其中Ν是采样点数，η代表第η个采样点，χ(η)是1通道正弦信号在第η个采样 点的值，y (η)是2通道正弦信号在第η个采样点的值，A是1通道正弦信号幅值，B是2通 道正弦信号幅值，Rx(O)是1通道正弦函数的自相关函数，Ry(O)是2通道正弦函数的自相 关函数，Rxy(O)是1通道正弦函数与2通道正弦函数的互相关函数。其振动信息经过抗干扰滤波器、24位A/D转换器、动态信号采集器及电源电路、处 理分析单元获得连铸机结晶器振动装置的振动相位。安装四个低频垂直位移传感器分布在 结晶器振动平台的不同位置，在4个位置将检测到垂直方向上四个振动相位差。连铸机的 结晶器振动平台以0. 35-6Ηζ的频率振动。本实用新型的优点是通过安装四个低频垂直位移传感器分布在结晶器振动平台 的不同位置，连铸机的结晶器振动平台以0. 35-6ΗΖ的频率振动。将其振动信息经过抗干扰 滤波器、24位A/D转换器、动态信号采集器及电源电路、专用处理与分析软件获得连铸机结 晶器振动装置的振动相位，实现自动测量垂直方向的每两个测点之间的振动相位差。
下面结合实施例附图对实用新型作进一步说明。图1是实施例1结构示意图；图2是实施例1结构示意图；图3是垂直位移传感器结构示意图；图4是动态信号采集器结构示意图。图中1、结晶器振动平台；2、第一垂直位移传感器；3、第二垂直位移传感器；4、第 三垂直位移传感器；5、第四垂直位移传感器；6、处理分析单元；7、抗干扰滤波器；8、24位 A/D转换器；9、动态信号采集器；10、第五垂直位移传感器；11、第六垂直位移传感器；12、第 七垂直位移传感器；13、第八垂直位移传感器；14、无线或有线；15、壳体；16、传感器；17、单 片机；18、接口电路。
具体实施方式
实施例1如图1所示，便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置，它至少包括垂 直位移传感器和处理分析单元6，在结晶器振动平台1安装四路低频垂直位移传感器，第一 垂直位移传感器2、第二垂直位移传感器3、第三垂直位移传感器4和第四垂直位移传感器 5，第一垂直位移传感器2、第二垂直位移传感器3、第三垂直位移传感器4和第四垂直位移传感器5给出的振动信号经过抗干扰滤波器7进行滤波处理，送到24位A/D转换器8进行 模数转换，第一垂直位移传感器2、第二垂直位移传感器3、第三垂直位移传感器4和第四垂 直位移传感器5经24位A/D转换器8进行模数转换后，由动态信号采集器9采集后送处理 分析单元6进行分析处理，获得连铸机结晶器振动装置的振动相位。在此实施例中安装四 路低频垂直位移传感器分布在结晶器振动平台1的不同位置，连铸机的结晶器振动平台1 以0. 35-6Hz的频率振动，第一垂直位移传感器2、第二垂直位移传感器3、第三垂直位移传 感器4和第四垂直位移传感器5不断连续输出垂直振动的频率信息，高速24位A/D转换器 8经快速24位模数转换，动态信号采集器9以适合采样定律的频率采集结晶器振动平台1 各个采集点的信号(大于结晶器振动平台1振动频率0. 35-6Hz的10倍率速度)，送处理分 析单元6进行分析处理。任意两个测点之间的相位差利用相关法进行计算相关法是充分利用两个同频信 号存在相关性，而信号与噪声不存在相关性的性质来实现对两个信号相位差的测量。它是 一种数字测量的方法。相关法测量相位具体通过求得两信号的互相关函数数值以及两信号 的幅度值来完成。具体计算公式见下公式。 其中N是采样点数，η代表第η个采样点，χ(η)是1通道正弦信号在第η个采样 点的值，y (η)是2通道正弦信号在第η个采样点的值，A是1通道正弦信号幅值，B是2通 道正弦信号幅值，Rx(O)是1通道正弦函数的自相关函数，Ry(O)是2通道正弦函数的自相 关函数，Rxy(O)是1通道正弦函数与2通道正弦函数的互相关函数。实施例2如图2所示，便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置，它至少包括垂 直位移传感器和处理分析单元6，在结晶器振动平台1安装八路低频垂直位移传感器，第一 垂直位移传感器2、第二垂直位移传感器3、第三垂直位移传感器4、第四垂直位移传感器5、 第五垂直位移传感器10、第六垂直位移传感器11、第七垂直位移传感器12及第八垂直位 移传感器13 ；第一垂直位移传感器2、第二垂直位移传感器3、第三垂直位移传感器4、第四 垂直位移传感器5、第五垂直位移传感器10、第六垂直位移传感器11、第七垂直位移传感器 12及第八垂直位移传感器13给出的振动信号经过抗干扰滤波器7进行滤波处理，送到24 位A/D转换器8进行模数转换，第一垂直位移传感器2、第二垂直位移传感器3、第三垂直位 移传感器4、第四垂直位移传感器5、第五垂直位移传感器10、第六垂直位移传感器11、第七 垂直位移传感器12及第八垂直位移传感器13经24位A/D转换器8进行模数转换后，由动态信号采集器9采集后送处理分析单元6进行分析处理，获得连铸机结晶器振动装置的振 动相位。在此实施例中安装八路低频垂直位移传感器1分布在结晶器振动平台1的不同位 置，连铸机的结晶器振动平台1以0. 35-6Hz的频率振动，第一垂直位移传感器2、第二垂直 位移传感器3、第三垂直位移传感器4、第四垂直位移传感器5、第五垂直位移传感器10、第 六垂直位移传感器11、第七垂直位移传感器12及第八垂直位移传感器13不断连续输出垂 直振动的频率信息，高速24位A/D转换器8经快速24位模数转换，动态信号采集器9以适 合采样定律的频率采集各个结晶器振动平台1采集点的信号(大于结晶器振动平台1振动 频率0. 35-6Hz的10倍率速度)，送处理分析单元6进行分析处理。相关分析对于采样转换信号中的直流偏移和噪声等干扰具有很强的抑制能力，它 的误差主要在于采用有限长度的样本代替了高斯白噪声和均勻分布的A/D量化误差，使得 被检正弦信号与噪音信号并非完全不相关。所以测量误差与采样点数有关，上述两个实施 过程说明信号的信噪比和A/D位数有关，在A/D位数固定的情况下，增加采样点数及提高采 样频率均可提高测量精度。此种方法能较好地适应被测信号的变化，误差较小。无论是四路垂直位移传感器，还是八路垂直位移传感器与处理分析单元6之间可 以通过无线或有线14电连接，无线具有安装方便的特点，有线具有同步性不受无线发射电 路和无线接收电路硬件影响的特点。但无论采用什么方式，处理分析单元6对每一路垂直 位移传感器信号的采集除了考虑采集时间必须真实描述结晶器振动平台1的0. 35-6Hz振 动频率，还要考滤各路之间的时序关系，最终具有各路采集信号所描述的是同一时间的同 一振动源的振动信号。本实用新型中，垂直位移传感器可以如图3所示，在壳体15内有传感器16、抗干扰 滤波器7、和高速24位A/D转换器8和单片机17，垂直位移传感器和水平位移传感器是在 壳体15内有传感器16、抗干扰滤波器7、和高速24位A/D转换器8和单片机17，传感器16 与抗干扰滤波器7的输入口电连接，抗干扰滤波器7输出口与高速24位A/D转换器8的输 入口电连接，高速24位A/D转换器8的输出口与单片机17的控制口和数据口电连接，由单 片机17通过动态信号采集器9向处理分析单元6输出位移或振动信号。这是一种集成为 一体式的垂直位移传感器，它向外直接输出振动源的振动信号，这种实施方式由于高速24 位A/D转换器8的价格太高而不受欢迎。另一种方式是垂直位移传感器和水平位移传感器 只有传感器16和抗干扰滤波器7，振动源的振动信号交给动态信号采集器9，而动态信号采 集器9如图4所示，动态信号采集器9包括抗干扰滤波器7、高速24位A/D转换器8和接 口电路18。抗干扰滤波器7的输出与高速24位A/D转换器8的输入口电连接，高速24位 A/D转换器8的输出口通过接口电路18将最终信号送到处理分析单元6进行分析，处理分 析单元6是嵌入有分析软件的计算机。在测试工作中，至少需要2个垂直位移传感器就可以对振动体上的任意两个点进 行相位差分析。但是在实际应用设备的故障诊断时或用户的具体要求下，动态信号采集器9 如图2所示，可以扩展到4至8个甚至16通道对振动体进行更多测点的振动信号采集，这 样可以得到任意两个被测点之间的相位差。
权利要求便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置，它至少包括垂直位移传感器和处理分析单元(6)，其特征是垂直位移传感器分布在结晶器振动平台(1)，连铸机的结晶器振动平台(1)以0.35-6Hz的频率振动，处理分析单元(6)以大于结晶器振动平台振动频率的采用速度同步采集分布的各个垂直位移传感器的垂直振动量，通过对垂直振动量的处理和分析获取垂直位移传感器测点相互之间的振动相位差。
2.根据权利要求1所述的便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置，其特征 是所述的垂直位移传感器的垂直振动量是通过对垂直位移传感器的信号进行滤波后，再 经24位A/D转换器(8)得到数字信号，数字信号输入到处理分析单元(6)进行处理和分析 得到。
3.根据权利要求1所述的便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置，其特征 是所述的处理分析单元(6)进行处理和分析是通过相关法进行计算获取垂直位移传感器 测点相互之间振动的相位差。
4.根据权利要求1所述的便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置，其特征 是所述的结晶器振动平台(1)安装四路低频垂直位移传感器，第一垂直位移传感器(2)、 第二垂直位移传感器(3)、第三垂直位移传感器(4)和第四垂直位移传感器(5)，第一垂直 位移传感器(2)、第二垂直位移传感器(3)、第三垂直位移传感器(4)和第四垂直位移传感 器(5)给出的振动信号经过抗干扰滤波器(7)进行滤波处理，送到24位A/D转换器(8)进 行模数转换，第一垂直位移传感器(2)、第二垂直位移传感器(3)、第三垂直位移传感器(4) 和第四垂直位移传感器(5)经24位A/D转换器(8)进行模数转换后，由动态信号采集器(9)采集后送处理分析单元(6)进行分析处理，获得连铸机结晶器振动装置的振动相位。
5.根据权利要求1所述的便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置，其特征 是所述的结晶器振动平台(1)安装八路低频垂直位移传感器，第一垂直位移传感器(2)、 第二垂直位移传感器(3)、第三垂直位移传感器(4)、第四垂直位移传感器(5)、第五垂直位 移传感器(10)、第六垂直位移传感器(11)、第七垂直位移传感器(12)及第八垂直位移传 感器(13)；第一垂直位移传感器(2)、第二垂直位移传感器(3)、第三垂直位移传感器(4)、 第四垂直位移传感器(5)、第五垂直位移传感器(10)、第六垂直位移传感器(11)、第七垂直 位移传感器(12)及第八垂直位移传感器(13)给出的振动信号经过抗干扰滤波器(7)进 行滤波处理，送到24位A/D转换器(8)进行模数转换，第一垂直位移传感器(2)、第二垂直 位移传感器(3)、第三垂直位移传感器(4)、第四垂直位移传感器(5)、第五垂直位移传感器(10)、第六垂直位移传感器(11)、第七垂直位移传感器(12)及第八垂直位移传感器(13)经 24位A/D转换器(8)进行模数转换后，由动态信号采集器(9)采集后送处理分析单元(6) 进行分析处理，获得连铸机结晶器振动装置的振动相位。
6.根据权利要求1所述的便携式连铸机结晶器振幅及水平摆动测量装置，其特征是 所述的垂直位移传感器和水平位移传感器是在壳体(15)内有传感器(16)、抗干扰滤波器 (7)、高速24位A/D转换器⑶和单片机(17)，传感器(16)与抗干扰滤波器(7)的输入口 电连接，抗干扰滤波器(7)输出口与高速24位A/D转换器(8)的输入口电连接，高速24位 A/D转换器⑶的输出口与单片机(17)的控制口和数据口电连接，由单片机(17)通过动态 信号采集器(9)向处理分析单元(6)输出位移或振动信号。
7.根据权利要求1所述的便携式连铸机结晶器振幅及水平摆动测量装置，其特征是所述的垂直位移传感器和水平位移传感器是在壳体(15)内有传感器(16)、抗干扰滤波器 (7)、抗干扰滤波器(7)通过动态信号采集器(9)向处理分析单元(6)输出位移或振动信号。
8.根据权利要求6或7所述的便携式连铸机结晶器振幅及水平摆动测量装置，其特征 是所述的动态信号采集器(9)包括抗干扰滤波器(7)、高速24位A/D转换器(8)和接口 电路(18)，抗干扰滤波器(7)的输出与高速24位A/D转换器(8)的输入口电连接，高速24 位A/D转换器(8)的输出口通过接口电路(18)将最终信号送到处理分析单元(6)进行分 析，处理分析单元(6)是嵌入有分析软件的计算机。
专利摘要本实用新型涉及振动检测领域，是对连铸机结晶器振动装置或结晶器或振动相位进行实时再现、记录、分析和判断，为技术人员对结晶器的调整和维护提供可靠依据的便携式连铸机结晶器振动及振动相位测量分析装置，其特征是垂直位移传感器分布在结晶器振动平台，连铸机的结晶器振动平台以0.35-6Hz的频率振动，处理分析单元以大于结晶器振动平台振动频率的采用速度同步采集分布的各个垂直位移传感器的垂直振动量，通过对垂直振动量的处理和分析获取垂直位移传感器测点相互之间的振动相位差。它以便对结晶器振动装置的振动相位进行实时再现、记录、分析和判断，为技术人员对结晶器的调整和维护提供可靠依据。
文档编号B22D11/053GK201586735SQ20092024558
公开日2010年9月22日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者刁洁, 左水利, 李强, 田维, 金莉 申请人:中国重型机械研究院有限公司