一种测量电弧炉冶炼电熔镁噪音的方法
【专利摘要】本发明涉及一种测量电弧炉冶炼电熔镁噪音的方法，属于电弧炉冶炼电熔镁检测【技术领域】。包括(1)布局麦克风阵列；(2)模数转换；(3)数据传输到上位机；(4)上位机将噪音信号以数据流盘的方式存入硬盘中；(5)从硬盘中提取进行信号回放；(6)对回放的信号进行快速傅里叶变换以及1/3倍频变换，并将得到的结果以图像的方式显示；(7)根据记录的各个生产阶段的起止时间以及步骤(2)中与噪音绑定的采样时刻参数，将图像划分为6个阶段；(8)数据滤波：对图像数据进行运算；(9)从1/3倍频变换中图选出所要研究的某频率段的噪声；(10)噪声源定位。该方法功耗低，布线方便，能显示噪音的来源，探究产生原因，抑制噪音，减少能耗。
【专利说明】一种测量电弧炉冶炼电溶镁噪音的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量电弧炉冶炼电熔镁噪音的方法，属于电弧炉冶炼电熔镁检测
【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 电弧炉冶炼电熔镁需要经过上料、铺料、开除尘器、起炉、熔炼、停炉、关除尘器、冷 却、破壳、分拣等工序。在起炉、熔炼、停炉的过程中，可以借助噪音监测变压器、导电横臂和 电极的运行状态，探究熔池的形态，推测电弧的动态。在融坨冷却的过程中，还可以利用电 熔镁结晶时的噪音推断熔池结晶之后的形态与密度。
[0003] 西德冶金行业在行业范围有关知识的基础上，协议确定一种电弧炉噪音的测量方 法，为了对炉子及工作场地求得声学评价的数据，仅在一个测点求取测值，这个测点是在电 弧炉与电炉变压器相对的另一侧，距离炉壁5m并与电弧炉轴线成45°，高距炉台2m的位 置。以上这种方法对于描述电弧炉冶炼电熔镁时的噪声分布具有局限性，一方面单一测量 点测得的数据不能用于噪声源定位，另一方面熔炼后电熔镁融坨需要与炉台分离并经过 一周的时间冷却，监测这一过程融坨内部的噪音可有效判断熔池的状态和电熔镁的结晶情 况，而固定在炉台上的测量点不能跟踪融坨测量冷却过程的噪音数据。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题提供一种测量电弧炉冶炼电熔 镁噪音的方法。
[0005] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种测量电弧炉冶炼电熔镁噪音的方 法，其特征在于：包括以下步骤 ：
[0006] (1)在炉体小车的底部布局麦克风阵列；
[0007] (2)在冶炼过程之中将麦克风阵列采集到的模拟量转换成数字量，并绑定相应的 米样时刻和每个麦克风的位置坐标；
[0008] (3)通过无线路由器将采集的数字信号发送给上位机；
[0009] (4)上位机将噪音信号以数据流盘的方式存入硬盘中；
[0010] (5)将阵列中各个麦克风采集到噪音数据，从硬盘中提取进行信号回放；
[0011] (6)对步骤（5)中回放的信号进行快速傅里叶变换以及1/3倍频变换，并将得到的 结果以图像的方式显示，图像的横坐标是频率，纵坐标是以对数尺度表示的功率；
[0012] (7)根据冶炼工作时记录的各个生产阶段的起止时间以及步骤⑵中与噪音绑定 的采样时刻参数，将步骤（6)中显示的图像分为A开除尘器、B起炉、C熔炼、D停炉、E关除 尘器和F冷却6个阶段；
[0013] (8)数据滤波：用图像数据进行运算，用起炉阶段的图像B与开除尘器阶段A的图 像取差集，得到石墨电极以及导电横臂产生的噪声图像B1，用熔炼阶段的图像C与开除尘 器时的图像A取差集，得到熔炼阶段电弧炉内部熔池、石墨电极以及导电横臂产生的噪声 图像C1，用停炉阶段的波形D与开除尘器时的波形A取差集，得到停炉阶段电弧炉内部熔池 产生的噪声波形D1 ;
[0014] (9)从麦克风阵列的中心处的麦克风所收集到的1/3倍频变换图选出所要研究的 某频率的噪声；
[0015] (10)噪声源定位：利用波束形成器，计算炉体小车底部的麦克风阵列所采集的噪 声信号，得出噪声强度的空间分布，并以图像的方式显示在界面上，确定噪声源的位置。
[0016] 所述步骤（8)数据滤波中取差集的过程如下：对于各个频率的声强等级图，将两 个图像上相同频率的声强做差，结果作为新图像在该频率上的声强；对于1/3倍频程图像， 将两个图像上相同频率段的声强做差，结果作为新图像在该频率段上的声强；对于噪声强 度的空间分布图像，将相同空间位置的相同频率的声强作差，结果作为新图像在该空间位 置处，该频率的声强。
[0017] 所述测量电弧炉冶炼电熔镁噪音方法的检测设备，包括噪声采集装置和噪声信号 接收处理装置；
[0018] 所述的噪声采集装置是在炉壳中部设置温差发电模块，温差发电模块和锂电池供 电模块通过电源线连接，在锂电池供电模块上配有热插拔电源接口，通过锂电池供电模块 为麦克风阵列模块和无线路由器供电，麦克风阵列模块包括九个麦克风传感器及模数转换 器，所述的麦克风传感器设置在炉体小车底部，呈十字交叉排列，最外侧的麦克风传感器落 在炉壳投影的边缘上；模数转换器将麦克风采集到的模拟量转换成数字量，连同对应麦克 风的位置坐标以及采样时刻参数，一并通过无线路由器传递给噪声信号接收处理装置；
[0019] 所述的噪声信号接收处理装置，包括无线数据接收模块、数据流盘模块、波形数据 预处理模块、FFT变换器、1/3倍频变换器、波束形成器、图像显示模块I、图像处理模块和 以及图像显示模块Π ;
[0020] 所述的无线数据接收模块接收来自噪声采集装置传来的无线信号，并将数据被存 储在数据流存盘模块中，数据流存盘模块将噪声数据回放到波形数据预处理模块中，波形 数据预处理模块对回放的噪声数据进行数据滤波操作；
[0021] 波形数据预处理模块将阵列中心处的麦克风采集的噪声数据，传输到FFT变换 器，进行快速傅里叶变换，其中一路直接显示在图像显示模块I上显示出各个频率噪音声 的声强等级，另一路通过1/3倍频变换器后在图像显示模块I上显示成1/3倍频程的图 像；
[0022] 波形数据预处理模块将阵列中全部麦克风采集的噪声数据发送到波束形成器，计 算后转换成噪声强度的空间分布图像；
[0023] 所述的图像显示模块I的作用是显示未经处理的麦克风阵列中心处的各个频率 的声强等级图，麦克风阵列中心处的1/3倍频程图像，以及噪声强度的空间分布图像； [0024] 所述的图像处理模块将图像显示模块I中炉体各阶段的图像进行声强取差集，并 将转换成新的噪音图像，传送到图像显示模块II中。
[0025] 本发明的有益效果：相比传统的电弧炉冶炼电熔镁噪音的测量方法，该发明采用 在炉体小车底部布局麦克风阵列，全程监控电熔镁的熔炼过程中不同阶段的噪音，既能记 录噪音产生的时刻，又能显示噪音来源的空间位置，采用数据流盘的方式记录海量的噪音 数据并且能够重复播放，从而而探究噪音的产生原因，抑制噪音的产生，减少因噪音和振动 而损失的能耗。采用锂电池和温差发电的方法向麦克风阵列供电，进一步减少了电能的损 耗。采用无线网络传输数据，减少了现场布线的工作量。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是安装在在炉体小车上的噪声采集装置的示意图。
[0027] 图2是炉体小车底部的麦克风阵列示意图。
[0028] 图3是噪声信号接收处理装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明将参照附图进行详细说明，以便对本发明的目的，特征及优点进行更深入 的理解。
[0030] 本发明涉及的检测设备主要包括噪声采集装置和噪声信号接收处理装置。如图1 所示，噪声采集装置主要包括温差发电模块12、热插拔电源接口 14、锂电池供电模块19、麦 克风阵列模块17和无线路由器16。温差发电模块12的布置高度位于炉壳11中部，因为那 里的炉壳表面温度最高，有利于提高发电效率。温差发电模块12和锂电池供电模块12通 过电源线18连接，而且在锂电池供电模块19上配有热插拔电源接口 14,作用是在起炉、熔 炼、停炉、关除尘器、冷却阶段通过电源线18从温差发电模块12上获取电能，而在破壳工序 之前，需要将炉壳11和炉体小车10分离，此时需要将电源线18从热插拔电源接口 14上拔 出，当再次测量冶炼噪音时接上。锂电池供电模块19为麦克风阵列模块17和无线路由器 16提供稳定的工作电源。麦克风阵列模块17的布局参见图2,九个麦克风传感器171呈十 字交叉排列，最外侧的麦克风传感器171落在炉壳投影11'克风阵列模块17内部包括模数 转换器，将麦克风采集到的模拟量转换成数字量并且加上对应麦克风的位置坐标以及采样 时刻，之后，这些采集到的噪声数据通过无线路由器传递到噪声信号的接收处理装置。
[0031] 参见图3,噪声信号接收处理装置包括无线数据接收模块21、数据流盘模块22、波 形数据预处理模块23、FFT变换器24 (快速傅里叶变换器）、1/3倍频变换器25、波束形成 器26、图像显示模块I 27、图像处理模块28和以及图像显示模块II 29,这些模块在接收处 理装置内部的工作过程如下，首先，无线数据接收模块21接收来自噪声采集装置传来的无 线信号，之后这些数据被存储在数据流存盘模块22中，数据流存盘模22块会将噪声数据回 放到波形数据预处理模块23中，波形数据预处理模块23会对回放的噪声数据进行数据滤 波操作。通过波形数据预处理模块23后的噪声数据被分成2路以不同的方法处理：一路是 阵列中心处的麦克风采集的噪声数据，通过FFT变换器24,进行快速傅里叶变换后，又分为 两路进行处理，其中一路直接显示在图像显示模块I 27上显示出各个频率噪音声的声强 等级，另一路通过1/3倍频变换器后在图像显示模块I 27上显示成1/3倍频程的图像；一 路是阵列中全部麦克风采集到的噪声数据通过波束形成器26的计算后转换成噪声强度的 空间分布图像。图像显示模块I 27的作用是显示未经处理的麦克风阵列中心处的各个频 率的声强等级图，麦克风阵列中心处的1/3倍频程图像，以及噪声强度的空间分布图像。图 像处理模块28的作用是按照噪声数据的采样时间将图像分为A开除尘器、B起炉、C熔炼、 D停炉、E关除尘器和F冷却6个阶段，并且用图像数据进行作差运算，图像作差运算的具 体法则是1、对于各个频率的声强等级图，将两个图像上相同频率的声强做差，结果作为新 图像在该频率上的声强；2、对于1/3倍频程图像，将两个图像上相同频率段的声强做差，结 果作为新图像在该频率段上的声强；3、对于噪声强度的空间分布图像，将相同空间位置的 相同频率的声强作差，结果作为新图像在该空间位置处，该频率的声强。具体为：用起炉阶 段的图像B与开除尘器阶段A的图像取差集，得到起炉阶段石墨电极以及导电横臂产生的 噪声图像B1，用熔炼阶段的图像C与开除尘器时的图像A取差集，得到熔炼阶段电弧炉内 部熔池、石墨电极以及导电横臂产生的噪声图像C1，用停炉阶段的波形与开除尘器时的波 形A取差集，得到停炉阶段电弧炉内部熔池产生的噪声波形D1，图像处理模块在运算结束 之后会把新生成的噪音图像八41、(：1、013、？推送到图形显示模块1129上显示，在图像八 中，可以分析除尘管道的噪音，查找管道的露风点，在图像B1中，可以分析起炉阶段石墨电 极以及导电横臂的震动产生的噪音，在图像C1中可以分析熔池中的噪音从而推测冶炼阶 段电弧炉内部熔池的形态，在图像D1中可以分析冶炼结束后电弧炉熔池中的噪音，从而推 测整个融坨的形态，在图像E中可以分析关除尘器时电弧炉熔池中的噪音，结合D1中的图 像还可以分析出炉内熔浆的流动情况，从图像F中观察电弧炉冷却阶段熔浆的噪声强度分 部，研究电弧炉中氧化镁融坨的结晶过程。如果要确定某个特定频段的噪声来源，图像处理 模块会将噪声强度的空间分布图按照该特定频段的噪声强度显示。
[0032] 采用上述检测设备，测量电弧炉冶炼电熔镁噪音的方法，包括以下步骤：
[0033] (1)在炉体小车的底部布局麦克风阵列；
[0034] (2)在冶炼过程之中将麦克风阵列采集到的模拟量转换成数字量，并绑定相应的 米样时刻和每个麦克风的位置坐标；
[0035] (3)通过无线路由器将采集的数字信号发送给上位机；
[0036] (4)上位机将噪音信号以数据流盘的方式存入硬盘中；
[0037] (5)将阵列中各个麦克风采集到噪音数据，从硬盘中提取进行信号回放；
[0038] (6)对步骤（5)中回放的信号进行快速傅里叶变换以及1/3倍频变换，并将得到的 结果以图像的方式显示，图像的横坐标是频率，纵坐标是以对数尺度表示的功率；
[0039] (7)根据冶炼工作时记录的各个生产阶段的起止时间以及步骤（2)中与噪音绑定 的采样时刻参数，将步骤（6)中显示的图像分为A开除尘器、B起炉、C熔炼、D停炉、E关除 尘器和F冷却6个阶段；
[0040] (8)数据滤波：用图像数据进行运算，用起炉阶段的图像B与开除尘器阶段A的图 像取差集，得到石墨电极以及导电横臂产生的噪声图像B1，用熔炼阶段的图像C与开除尘 器时的图像A取差集，得到熔炼阶段电弧炉内部熔池、石墨电极以及导电横臂产生的噪声 图像C1，用停炉阶段的波形与开除尘器时的波形A取差集，得到停炉阶段电弧炉内部熔池 产生的噪声波形D1 ;
[0041] (9)从麦克风阵列的中心处的麦克风所收集到的1/3倍频变换图选出所要研究的 某频率的噪声；
[0042] (10)噪声源定位：利用波束形成器，计算炉体小车底部的麦克风阵列所采集的噪 声信号，得出噪声强度的空间分布，并以图像的方式显示在界面上，确定噪声源的位置。
【权利要求】
1. 一种测量电弧炉冶炼电熔镁噪音的方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 在炉体小车的底部布局麦克风阵列； (2) 在冶炼过程之中将麦克风阵列采集到的模拟量转换成数字量，并绑定相应的采样 时刻和每个麦克风的位置坐标； (3) 通过无线路由器将采集的数字信号发送给上位机； (4) 上位机将噪音信号以数据流盘的方式存入硬盘中； (5) 将阵列中各个麦克风采集到噪音数据，从硬盘中提取进行信号回放； (6) 对步骤（5)中回放的信号进行快速傅里叶变换以及1/3倍频变换，并将得到的结果 以图像的方式显示，图像的横坐标是频率，纵坐标是以对数尺度表示的功率； (7) 根据冶炼工作时记录的各个生产阶段的起止时间以及步骤（2)中与噪音绑定的采 样时刻参数，将步骤（6)中显示的图像分为A开除尘器、B起炉、C熔炼、D停炉、E关除尘器 和F冷却6个阶段； (8) 数据滤波：用图像数据进行运算，用起炉阶段的图像B与开除尘器阶段A的图像取 差集，得到石墨电极以及导电横臂产生的噪声图像B1，用熔炼阶段的图像C与开除尘器时 的图像A取差集，得到熔炼阶段电弧炉内部熔池、石墨电极以及导电横臂产生的噪声图像 C1，用停炉阶段的波形D与开除尘器时的波形A取差集，得到停炉阶段电弧炉内部熔池产生 的噪声波形D1 ; (9) 从麦克风阵列的中心处的麦克风所收集到的1/3倍频变换图选出所要研究的某频 率的噪声； (10) 噪声源定位：利用波束形成器，计算炉体小车底部的麦克风阵列所采集的噪声信 号，得出噪声强度的空间分布，并以图像的方式显示在界面上，确定噪声源的位置。
2. 根据权利要求1所述的一种测量电弧炉冶炼电熔镁噪音的方法，其特征在于： 所述步骤（8)数据滤波中取差集的过程如下：对于各个频率的声强等级图，将两个图 像上相同频率的声强做差，结果作为新图像在该频率上的声强；对于1/3倍频程图像，将两 个图像上相同频率段的声强做差，结果作为新图像在该频率段上的声强；对于噪声强度的 空间分布图像，将相同空间位置的相同频率的声强作差，结果作为新图像在该空间位置处， 该频率的声强。
3. -种专用于权利要求1或2所述测量电弧炉冶炼电熔镁噪音方法的检测设备，其特 征在于：包括噪声采集装置和噪声信号接收处理装置； 所述的噪声采集装置是在炉壳中部设置温差发电模块，温差发电模块和锂电池供电模 块通过电源线连接，在锂电池供电模块上配有热插拔电源接口，通过锂电池供电模块为麦 克风阵列模块和无线路由器供电，麦克风阵列模块包括九个麦克风传感器及模数转换器， 所述的麦克风传感器设置在炉体小车底部，呈十字交叉排列，最外侧的麦克风传感器落在 炉壳投影的边缘上；模数转换器将麦克风采集到的模拟量转换成数字量，连同对应麦克风 的位置坐标以及采样时刻参数，一并通过无线路由器传递给噪声信号接收处理装置； 所述的噪声信号接收处理装置，包括无线数据接收模块、数据流盘模块、波形数据预处 理模块、FFT变换器、1/3倍频变换器、波束形成器、图像显示模块I、图像处理模块和以及 图像显示模块Π ; 所述的无线数据接收模块接收来自噪声采集装置传来的无线信号，并将数据被存储在 数据流存盘模块中，数据流存盘模块将噪声数据回放到波形数据预处理模块中，波形数据 预处理模块对回放的噪声数据进行数据滤波操作； 波形数据预处理模块将阵列中心处的麦克风采集的噪声数据，传输到FFT变换器，进 行快速傅里叶变换，其中一路直接显示在图像显示模块I上显示出各个频率噪音声的声强 等级，另一路通过1/3倍频变换器后在图像显示模块I上显示成1/3倍频程的图像； 波形数据预处理模块将阵列中全部麦克风采集的噪声数据发送到波束形成器，计算后 转换成噪声强度的空间分布图像； 所述的图像显示模块I的作用是显示未经处理的麦克风阵列中心处的各个频率的声 强等级图，麦克风阵列中心处的1/3倍频程图像，以及噪声强度的空间分布图像； 所述的图像处理模块将图像显示模块I中炉体各阶段的图像进行声强取差集，并将转 换成新的噪音图像，传送到图像显示模块II中。
【文档编号】G01H17/00GK104062001SQ201410306376
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】付友, 崔军, 崔俊峰, 王宁会 申请人:营口东吉科技（集团）有限公司, 大连理工大学