一种非接触式磁场阵列传感检测系统的制作方法

本实用新型涉及矿热炉冶炼生产工艺过程中电极端部位置、电弧长度及熔池液面位置等关键参数测定装置，具体为一种非接触式磁场阵列传感检测系统。

背景技术：

矿热炉是通过石墨电极向矿热炉内输入电能的一种工业电炉，在冶炼过程中，炉况波动是经常性的，不少矿热炉冶炼现场的操作者主要靠肉眼直接观察，或用简单的仪表以及个人经验来间接判断炉况，这就难以保证冶炼工艺参数最优化，也降低了生产效率，影响冶炼能耗和矿耗等关键技术和经济指标。在矿热炉冶炼过程中，电极端部位置、电弧长度及熔池液面位置，这三个冶炼参数是十分关键的，而对于这些关键参数的测定，虽然已有诸多的讨论和方法，但其中有的是间接计算和推测；有的则仅可粗略测得电极端部位置，而难以得知电弧长度和熔池液面位置。现有一种磁场单点3D检测系统可粗略测定矿热炉参数；磁场单点3D检测系统由3D探头、微控制器（MCU）、PC机组成，3D探头由传感器（Sensor）、信号放大器（OPA）、低通滤波电路（LPF）以及真有效值转换电路（TRMS）组成，如图1所示。图1中，由PC机发出控制命令，MCU根据指令采集和处理3D探头磁场信息，并回传至PC机。

任何一个实时性要求较高的系统，其信息传输延迟时间是不可避免也是不容忽略的，分析磁场单点3D检测系统的单次采样及处理时间T_SP可表述为下式，，式中，T_Si（i =1，2，3，4，5）分别为传感器采集、信号放大、低通滤波、真有效值转换以及微处理器所需的时间。在实际工程问题中，T_S1、T_S2、T_S3及T_S5均在毫秒数量级，而真有效值转换由于采用的是电路积分原理，对输出精度要求越高，占用的处理时间就越长，一般转换一次达到稳定状态所需的时间T_S4» 3~5 s。若仅考虑真有效值转换时间T_S4，则T_SP» T_S4» 3~5 s。在磁场单点3D检测方式中，若要获取炉内的关键参数，需要采集若干点的信息，即每采样一个点后，需要将探头移动至下一个点进行采样，则磁场单点3D检测系统采样N 个点所需的时间T_NS如下式所示，，式中，N ：采样点数，T_MOV：磁场单点3D检测系统在相邻采样点之间的移动时间。在工程实际问题中T_MOV³ 3 s。综上所述，取T_{SP (min)} » 3 s，T_MOV(min) » 3 s，将此参数代入上式，可得磁场单点3D检测系统采样N 个点所需时间的最小值T_NS(min)，，由该式可知，采集时间T_NS随采样点数的增多而增加。若测量总长度为150cm，采样空间距离为10cm，可知采样点数N = 15，该检测方式采集周期至少为87s，而此期间，炉况可能已有较大变化，故此检测方式不能真实地反映炉况。另外，磁场单点3D检测方法还存在诸多测量误差，产生误差的因素主要包括以下几个方面：（1）由于机械设备抖动等原因，移动过程中很难保证基准线和基准面统一；（2）移动的机械设备难以长期保持采样点距离均匀；（3）机械式的移动会使测试机构的故障率增加；（4）考虑到测试精度以及后期的维护工作，对移动机械结构设计的复杂度要求较高；综上所述，磁场单点3D检测系统存在着较大的局限性，难以满足实际工业现场测量的需求。

技术实现要素：

本实用新型提出一种非接触式磁场阵列传感检测系统，与单点3D检测方法相比，阵列传感检测系统的实时性和精度均大幅提高，后期维护方便，有望对电极端部位置、电弧长度及液面位置等参数予以有效的判断，以满足工程测量的需求。

本实用新型是采用如下的技术方案实现的：一种非接触式磁场阵列传感检测系统，包括微控制器MCU和PC机，微控制器MCU和PC机连接，其特征在于还包括探头阵列，探头阵列包括竖向排列的若干3D探头，每个3D探头中都包括传感器、信号放大器、低通滤波电路、真有效值转换电路和子控制器，传感器、信号放大器、低通滤波电路、真有效值转换电路和子控制器依次连接，每个子控制器都和微控制器MCU连接。

本发明提出一种非接触式磁场阵列传感检测系统，与单点3D检测相比，磁场阵列检测的实时性和精度均大幅提高，后期维护方便，有望对电极端部位置、电弧长度及液面位置等参数予以有效的判断，以满足工程测量的需求。

附图说明

图1为磁场单点3D检测系统的示意图。

图2为本实用新型磁场阵列传感检测系统的示意图。

具体实施方式

一种非接触式磁场阵列传感检测系统，包括微控制器MCU和PC机，微控制器MCU和PC机连接，还包括探头阵列，探头阵列包括竖向排列的若干3D探头，每个3D探头中都包括传感器、信号放大器、低通滤波电路、真有效值转换电路和子控制器S_MCU，传感器、信号放大器、低通滤波电路、真有效值转换电路和子控制器S_MCU依次连接，每个子控制器S_MCU都和微控制器MCU连接。

在磁场阵列传感检测系统的检测方式下，不存在移动时间，且子控制器同时采集数据，其延迟时间T_NA相当于单点3D检测单次采集及处理时间T_SP，，由此可知，磁场阵列传感检测系统检测方式下的采集周期T_NA» 3~5 s，且基本与采样点数N 无关，其实时性远优于磁场单点检测方式。另外，阵列检测方式不存在机械机构的移动问题，且保证了采样距离的均匀性以及基准面和基准线的统一性，机械连接结构设计及后期维护简单，测试精度和采集效率均可大幅提高。