专利名称：一种连铸结晶器振动的激光检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金工业自动化检测领域，更具体的说，是涉及面向钢水连铸生产设备的一种测量结晶器振动的激光检测方法及装置。
背景技术：
结晶器是连铸机的关键设备，用于钢铁连铸生产中的铸坯成型。钢铁连铸生产中， 结晶器的振动可以使铸坯得以强制脱模，有利于铸坯的润滑，消除粘结，从而改善铸坯的表面质量。但结晶器振动参数选择的恰当与否关系到连铸坯能否正常生产和连铸坯表面质量的好坏。为了获得实际振动参数，目前常用的是传统的接触式人工码表检测方法。接触式人工码表检测方法虽然能够实现对结晶器一定程度的状态检测，但是由于采用接触式检测，所采用的接触探头易于磨损，使用寿命短，且在高温、潮湿的工作现场影响工人操作，效率较低，劳力成本较高，此外设备硬件集成度低，使用极为不方便，存在较大误差，对实际炼钢生产的指导意义不大。因此开发一种非接触式、高效率、成本低、集成度高、使用寿命长、 操作方便可靠的便携式连铸结晶器振动检测设备显得非常必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中得不足，提供一种非接触式的连铸结晶器振动的激光检测方法及装置。为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。提供一种连铸结晶器振动的激光检测方法，包括以下步骤(1)在结晶器平台上设置水平/竖直基准模块，激光位移传感器发送的激光经过水平/竖直基准块的水平或竖直表面反射到激光位移传感器的接收表面上，得到随结晶器振动而变化的光斑位置信号；(2)激光位移传感器将其接收到的光斑位置信号传递给下位机信号处理器，由下位机信号处理器转换成位移距离信号；下位机信号处理器同时将光信号转换成电信号，并进行滤波、调理及信号预处理，然后将得到稳定的信号传送至上位机系统控制器；(3)上位机系统控制器对接收到的信号进行分析计算处理，获得速度和加速度数据以用于分析结晶器振动的偏振情况，并将分析结果实时显示于显示屏上。进一步地，本发明提供了一种用于实现前述方法的装置，包括激光位移传感器；还包括与激光位移传感器对应设置的位于结晶器平台上的水平/竖直基准模块，激光位移传感器通过信号线依次连接下位机信号处理器和上位机系统控制器。作为改进，所述激光位移传感器底部设有万向支座和与之配合使用的气泡水平仪，保证了激光位移传感器测量的准确性和快速性。作为改进，所述下位机信号处理器和上位机系统控制器之间设有串口 -USB转换器，并通过信号线实现连接。作为改进，所述上位机系统控制器连接至触摸显示屏。
本发明与现有技术相比，有益效果是(1)避免接触式测量方法中装拆复杂且易受环境影响的现象，非接触式测量装拆简单方便，测量精度容易保证。本发明的检测精度高，位移检测精度优于士0.01mm，振频检测精度优于士 Icpm (0. 02Hz)。(2)激光位移传感器可以自由快速选择不同的测量基准表面，每个测量基准表面可以同时检测出该方向结晶器的位移、速度、加速度、振幅、频率和振动波形偏斜率。(3)通过串口 -USB转换，且USB2.0接口直接供电，增强了数据传输的可移植性。(4)具有良好的人机接口，通过调整和设置参数实现不同用户的不同需求，易于操作人员掌握操作。
图1为系统结构示意图；图2为系统实现方案图；图3为振动信号波形图；图4为硬件系统模块构成图；图5为上位机系统控制软件流程图。附图标记激光头1，结晶器平台2，水平/竖直基准模块3，接收表面4，激光位移传感器5，下位机信号处理器6，串口 -USB转换器7，上位机控制器8。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。本发明中的连铸结晶器振动的激光检测装置，包括激光位移传感器5，以及与激光位移传感器5对应设置的位于结晶器平台2上的水平/竖直基准模块3 ；激光位移传感器5 通过信号线依次连接下位机信号处理器6、串口 -USB转换器7和上位机系统控制器8。激光位移传感器5底部设有万向支座和与之配合使用的气泡水平仪，上位机系统控制器8连接至触摸显示屏。结晶器平台2上可以设置多个水平/竖直基准模块3，激光位移传感器5可自由快速选择不同的测量基准表面，每个测量基准表面可以同时检测出该方向结晶器的位移、速度、加速度、振幅、频率和振动波形偏斜率。串口 -USB转换器7将下位机信号处理器6得来的串口通信信号转换成USB通信信号，方便直接用于与上位机系统控制器8的交互连接。测量时，具体过程包括(1)在结晶器平台2上设置水平/竖直基准模块3，激光位移传感器5发送的激光经过水平/竖直基准块3的水平或竖直表面反射到激光位移传感器5的接收表面4上，得到随结晶器振动而变化的光斑位置信号；(2)激光位移传感器5将其接收到的光斑位置信号传递给下位机信号处理器6，由下位机信号处理器6转换成位移距离信号；下位机信号处理器6同时将光信号转换成电信号，并进行滤波、调理及信号预处理，然后将得到稳定的信号传送至上位机系统控制器8;(3)上位机系统控制器8对接收到的信号进行分析计算处理，获得速度和加速度数据以用于分析结晶器振动的偏振情况，并将分析结果实时显示于显示屏上。所述的上位机系统控制器8主要负责系统的初始化、接受上传信息并进行分析计算处理以及实时显示测得的振动信号。上位机系统控制器8中内置信号分析处理模块，由其完成步骤C3)所述的信号处理主要为对振动位移信号进行A/D转换，对转换后的信号进行微分算法、经验模态算法、快速傅立叶变换以及低通高通滤波处理，从而实现分析结晶器的速度信号、加速度信号，同时分析结晶器振动的偏振情况。本发明的具体实施例结晶器现场检测时，首先将水平/竖直基准模块3安装在结晶器平台2上，并将其调节至合适的位置，将激光位移传感器5的激光头1对准水平/竖直基准块3的水平或竖直表面，通过万向支座的调节使激光位移传感器5的激光头1与水平/竖直基准块水平或竖直表面的距离处于量程测量范围内。激光位移传感器5输出的模拟信号经过下位机信号处理器7的信号滤波处理后，再通过调理电路进行调理输出合适的采集电压信号。此电压信号经A/D转换控制器得到数字信号，再通过下位机信号处理器7进行信号预处理，预处理后的信号协同其他控制信息经串口传输到串口 -USB转换器7。得到的数据按照既定的通行协议，传输给上位机系统控制器8，如图5所示。并将传输的有用信息存储在共享内存缓冲区中，上位机系统控制器8中内置的信号分析处理模块读取缓冲区的数据，此数据为结晶器振动波形的位移数据，对该位移数据进行微分处理，再滤除干扰信号得到结晶器振动波形的速度信号，对该速度数据进行微分处理，再滤除干扰信号得到结晶器振动波形的加速度信号。其间对干扰信号的剔除还采取了经验模态分解的方法，有效的剔除了干扰信号。 再将得到的结晶器振动的位移、速度、加速度信息与其他相关信息一起提供给图形显示模块显示于触摸显示屏，满足客户的要求。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种连铸结晶器振动的激光检测方法，其特征在于，包括以下步骤(1)在结晶器平台上设置水平/竖直基准模块，激光位移传感器发送的激光经过水平/ 竖直基准块的水平或竖直表面反射到激光位移传感器的接收表面上，得到随结晶器振动而变化的光斑位置信号；(2)激光位移传感器将其接收到的光斑位置信号传递给下位机信号处理器，由下位机信号处理器转换成位移距离信号；下位机信号处理器同时将光信号转换成电信号，并进行滤波、调理及信号预处理，然后将得到稳定的信号传送至上位机系统控制器；(3)上位机系统控制器对接收到的信号进行分析计算处理，获得速度和加速度数据以用于分析结晶器振动的偏振情况，并将分析结果实时显示于显示屏上。
2.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，包括激光位移传感器，其特征在于，还包括与激光位移传感器对应设置的位于结晶器平台上的水平/竖直基准模块，激光位移传感器通过信号线依次连接下位机信号处理器和上位机系统控制器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光位移传感器底部设有万向支座和与之配合使用的气泡水平仪。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述下位机信号处理器和上位机系统控制器之间设有串口 -USB转换器，并通过信号线实现连接。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述上位机系统控制器连接至触摸显示屏。
全文摘要
本发明涉及冶金工业自动化检测，旨在提供一种连铸结晶器振动的激光检测方法及装置。该方法是在结晶器平台上设置水平/竖直基准模块，激光位移传感器发送的激光经过其表面反射到接收表面上，得到随结晶器振动而变化的光斑位置信号；然后传递给下位机信号处理器，由其完成信号转换、滤波、调理及预处理；然后传送至上位机系统控制器，进行分析计算处理获得速度和加速度数据以用于分析结晶器振动的偏振情况。本发明避免接触式测量方法中装拆复杂且易受环境影响的现象，装拆简单方便，测量精度容易保证。可以自由快速选择不同的测量基准表面；通过串口-USB转换，增强了数据传输的可移植性。具有良好的人机接口，易于操作人员掌握操作。
文档编号B22D11/14GK102527968SQ20121005453
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月4日 优先权日2012年3月4日
发明者夏军, 李培玉, 郑俊 申请人:杭州谱诚泰迪实业有限公司