专利名称：高炉炉衬厚度检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对高炉厚度实行自动检测的一种仪器，特别是一种高炉炉衬厚度检测仪。
高炉寿命是炼铁行业最为关注的问题之一。因为每延长一年高炉寿命，不仅多创一年出铁产值，还可节约筑炉(或修炉)费用1000万元/年。目前国内平均炉令仅在5—8年，这就涉及到高炉所用的耐火材料质量及筑炉工艺等因素，还由于对炉衬磨损检测不准等多方面因故素所造成的。因而及时的发现减薄部位，可有效地调节吹风方向及高炉操作方法，以避免局部过度集中磨损，以致全炉报废，甚至发生漏钢事故。
对于解决高炉炉衬磨损检测的问题，目前国内外采用的方法是在筑炉时定点埋入同位素或热电偶，断续估测残衬厚度，测量精度在±100mm以下。而且还要辅以冷却循环水的入、出温差来提高检测精度，但仍不准确，可靠性差，不方便，放射性方法又对环境有害，国外还有采用红外测温法，测量炉身辐射热量来估测炉衬减薄程度。但精度低、受环境影响大，全方位检测操作困难。为克服上述问题，本实用新型设计了一种炉衬厚度检测仪，它是采用在筑炉时定点埋入特制的传声材料，它与炉衬同时磨损，在传声材料的炉外一侧，设置超声波传感器与炉衬厚度检测仪相联。传声材料的残余厚度，可连续准确地测量出来，精度高、可靠性好，测量方便，投入成本低，因为传声材料和炉衬是同步磨损的，所以既知传声材料的残余厚度，亦知炉衬残余厚度。
本实用新型的目的是提供一种可对高炉全方位连续监测的高炉炉衬厚度检测仪。
本实用新型是采用这样的方法实现的8-64个压电传感器连接于1-8个八选一模拟开关1U2-8U2，1-8个模拟开关1U2-8U2输出连接放大器，放大器连接衰减控制器，衰减控制器连接与放大器，放大器连接与比例采集器和波形显示器，比例采集器连接微机，微机通过导线反馈连接与衰减控制器，微机连接8-64个压电传感器并连接发射电路，微机与打印机、数码显示器、操做键盘及外设计算机相连。
1U2-8U2的单路输出全部连接于放大器的单路输入口，放大器为固定增益放大器，增益20db，用以提高从换能器来的电信号的电压波幅及信噪比。放大后的信号进入电子衰减控制器，衰减控制器是衰减量可变的电子衰减器。受单片微机控制，总衰减量可达68db，电子衰减器输出一定电压进入放大器，放大器是固定增益放大器，增益40db，用来放大由电子衰减器来的信号，供下一级取样比例采集器处理。并送入波形显示器进一步放大后，回收波信号显示在示波管上，取样比例采集器从放大器接到信号，然后从输入信号中将标准时间信号和端面回波信号分离出来，分别取样，取得两种不同的时间间隔信号。两个不同时间间隔的比例关系，即代表待测端面与换能器之间距离(即炉衬厚度)。标准时间间隔为代表一恒定长度，用它去比较待测端面回波的时间，其比例系数乘以标准时间所代表的恒定长度，就是炉衬厚度。取样比例采集器，只负责信号的分离和时间比例信号的采集。具体计算时间及长度的换算，由单片微机完成。微机可控制8组发射系统，使64个换能器按一定的时间间隔顺序工作，它把比例采集器送来的时间比例信号进行计算补偿，并换算成长度信号送往数字显示系统。同时，电子衰减器的衰减释放，在微机控制下使其输出的信号幅值，无论放大器的输出信号幅值有多大，均限定为标准的5mv信号，再送到放大器放大成500mv信号(即放大40db)，送往比例采集器。这是一个严格的闭环控制。这一功能才得以使每时每刻剧烈变化的回波信号，以及不同换能器来的不同大小回波信号，都始终被控制在标准5mv信号，使总系统有极强的环境适应能力和稳定的工作性能。
测量结果由微型打印机定时自动打印出来。键盘上的操作键是，借以调节取样闸门位置，微机运算补偿系数的置入，各种不同工作方式及显示功能调节等人机对话。
计算机是非设计计算机系统，可用来扩展微机功能。比如绘制实时炉衬剖面图、累计炉衬变化规律等。
高炉距仪表室一般相隔100米左右。因此，每一个测量点即每一个传感器都应配备100米左右长的信号电缆，64路测量点就应投入6400米电缆。如果把8组发射系统连同公用的Um1、Um2、Um3(见附图2)，从总系统中分割出来，直接安装在高炉附近，那么用一根信号输出电缆和6根微机控制总线a、b、c、A、B、C及一根时钟线(Um1的输入线)，加上3根电源线(+400V，+12V，-2V)，共计11根线即可代替64根电缆线。系统布局大大减化，而且分割安装有一重要的技术效果，即高压脉冲的传输距离大大缩短，脉冲前沿陡，瞬间功率大，因而提高传感器的超声波发射功率，增强系统的检测能力。
本实用新型与热电偶和同位素方法相比，具有故障率低，可靠性好，操作简便的特点，并且大大提高测量精度，可对高炉炉衬厚度实施全方位连续监测。
对本实用新型的具体电路及实施例由以下附图给出。
图1是本实用新型的方框电路图。
图2是本实用新型的发射电路原理图。
图3是本实用新型的取样比例采集器电路原理图。
以下结合附图对本实用新型的具体电路及实施例作进一步的说明。
见图1所示高炉炉衬厚度检测仪是采用8—64个压电传感器，接到炉衬中的传声材料。传感器H1—H8是压电可逆换能器，当它受到发射系统的高压脉冲时，产生机械振动，形成超声波，此超声波传播到传声介质的端面，又被反射回来。反射回波到达压电换能器时，声波的机械振动又在压电体上产生同颍率的电信号。每一组发射系统，都有8选一模拟开关1U2，8个换能器接到的超声回波信号被转换成电信号后，均进入模拟开关1U2，然后在单片微机11的控制下，顺序从1U2的输出端单路输出。
每一个发射组包含8个测量通道，系统总共设64个测量点。根据高炉具体情况或按用户要求，可设8、16、32、40、48、56、64通道或64以下任何个数通道。
1U2的单路输出全部连接于放大器2的单路输入口，放大器2为固定增益放大器，增益20db，用以提高从换能器来的电信号的电压波幅及信噪比。放大后的信号进入电子衰减控制器3，衰减控制器3是衰减量可变的电子衰减器，受单片微机控制，总衰减量可达68db，电子衰减控制器3，由10db、20db及2db、4db、6db、8db电阻衰减链及多路模拟开关组成，模拟开关的控制端接到微机的控制总线上，形成受微机实时控制的电子自动衰减器。这一部分已获国家专利，专利号为89202993.5。电子衰减器输出一定幅值电压进入放大器4，放大器4是固定增益放大器，增益40db，用来放大由电子衰减器来的信号，供下一级取样比例采集器6处理，并送入波形显示器5进一步放大后，回收波形信号显示在示波管上，取样比例采集器从放大器4接到信号，然后从输入信号中将标准时间信号和端面回波信号分离出来，分别取样，取得两种不同的时间间隔信号。两个不同时间间隔的比例关系，即代表待测端面与换能器之间距离(即炉衬厚度)。标准时间间隔代表一恒定长度，用它去比较待测端面回波的时间，其比例系数乘以标准时间所代表的恒定长度，就是炉衬厚度。取样比例采集器，只负责信号的分离和时间此例信号的采集。具体计算时间及长度的换算，由单片微机完成。微机可控制8组发射系统，使64个换能器按一定的时间间隔顺序工作，它把比例采集器送来的时间比例信号进行计算补偿，并换算成长度信号送往数字显示系统10。同时，电子衰减器的衰减释放受微机控制，使衰减器3输出的信号幅值，无论放大器2的输出信号幅值有多大，均限定为标准的5mv信号，再送到放大器4放大成500m信号(即放大40db)送往比例采集器。这是一个严格的闭环控制。这一一功能才得以使每时每刻剧烈变化的回波信号，以及不同换能器来的不同大小回波信号，都始终被控制在标准5mv信号，使总系统有极强的环境适应能力和稳定的工作性能。
微机连接电子衰减控制器，经放大器4再进入取样比例采集器返回至微机控制组成闭环实时跟踪调整系统。无论从发射系统到放大器的回波信号如何剧烈变化，都能使放大器4输出固定幅值的回波信号(0.5V)，从而使取样比例采集器始终处于最佳工作状态。这一功能不仅使整个系统具有极强的外环境适应能力，而且保证了实际测量精度。
数字显示系统共有6个数码管。其中最高位显示1—8个发射组中目前正在工作的组号；第二高位显示目前工作的发射组的1—8通道中正在工作的通道号；以下4位显示当前实际测得的高炉炉衬厚度值。这些信号来自微机，并同时送给外设计算机系统。显然高两位数字显示代表着埋入炉内传声材料的几何位置。
波形显示系统如实显示出发射波，标准长度回波，待测底面回波等模拟信号，用普通A型超声波探伤仪代用。借助它可确认每个通道超声换能器的安装位置是否正确，换能器及传声材料之间的声耦合是否良好，100米信号长线是否有故障等外设条件的优劣。还可借助它准确调整微机发出来的标准长度回波取样闸门和待测底波的取样闸门的开闭时间。每一通道都可分别调整，并存贮于微机的随机存贮器中。
测量结果由微型打印机定时自动打印出来。键盘上的操作键是，借以调节取样闸门位置，微机运算补偿系数的置入，各种不同工作方式及显示功能调节等人机对话。
计算机是非设计计算机系统，可用来扩展微机功能。比如绘制实时炉衬剖面图、累计炉衬变化规律等。
见图2所示发射电路(1)包括1TR1.TR2.1TR3组成三级触发器，1TR4为高压开关管具有400～600V脉冲电压，高压开关管连接与压电传感器1H1～1H8，微机(11)的时序控制连接1U1八选一开关分别连接与1TR5-1～1TR5-8和1TR6-1～1TR6-8组成的电流开关并连接继电器1JD1～1JD8，1R14-1～1R14-8、1D3-1～1D3-8、1D4-1～1D4-8为双向限幅保护器，发射电路1TR1与UM1八选一开关相连，1U1八选一开关与UM2八选一开关相连，UM1和UM2八选一开关与微机(11)相连，UM1和UM2与UM3分频器相连。
发射电路是超声波的信号源，1个发射电路有8个通道，由8个电子继电器JD1—JD8切换，分别去激励8个超声换能器H1—H8，产生超声波，传入待测传声介质。
TR4是高速高压开关管，当其导通时，将贮存于C4上的电能经换能器及继电器快速放电，从而激励换能器产生高频机械振动即超声波。继电器JD1—JD8受八选一开关U1(4051)控制，其控制端a、b、c连接在微机总线上，任何时候只有一个继电器吸合。在微机控制下，每隔一定时间(如1分钟)，8个继电器循环吸合。继电器具备耐高压、开关速度快的功能。其工作线圈的电流由TR5—TR6组成的电流放大器提供。
TR4的导通受触发端G控制，触发的瞬间，即为换能器发射始点，也为测量开始的起点，由微机控制。来自微机的10us脉冲(间隔10ms)，被C1、R1微分，再经TR1—TR3放大，组成瞬间触发器，去触发TR4。触发时间越短，则发射的瞬间功率越大。8个继电器的一端互相短连，但另一端经R14、D3、D4双向限幅，接入八选一模拟开关U2(4051)。U2与U1同时受微机总线a、b、c控制。R14、D3、D4仅对高压发射信号起限幅用，以保护U2。但对换能器接受高压激励没有影响，而且当高压发射结束后，经一段时间从换能器接收回来的测量信号，因其幅度最大不超过200mV，D3、D4不导通，从而无损耗地进入U2。8路输八顺序由U2的3脚串行输出。
附图2中虚线框内部分是1个发射组，含8个通道。可组合8组共64个通道。即一台检测仪可测64个测量点。微机控制总线a、b、c中的c信号，经分频器Um3的3次分频，去控制2个8选1开关Um1及Um2，其8个输出端分别接8个发射组。Um3的3个分频信号A、B、C送入微机以区别正在工作的发射组。并用数码管显示出来。每一组的输出信号由TR7输出。而8组输出信号靠1TR7-8TR7的隔离作用可短连到放大器1的1个输入端，完成串行输出。
见图3所示取样比例采集器(6)包括TR1～TR4组成的放大器，放大器与U2-1和U2-2相连组成标准长度比例信号触发器并连接U5两选一开关，一路U2-3和U2-4组成待测长度比例信号触发器连接与U5两选一开关，U5两选一开关连接TR6，TR6连接与微机(11)，U1-1和U1-2组成信号分离器，U2-1和U2-2及U2-3和U2-4为触发器，U1-1和U1-2与U3-1和U3-2及LU3-3和U3-4组成的分离器，U3-1和U3-2及U3-3和U3-4与U4-1和U4-2及U4-3和U4-4组成分离器，U4-1和U4-2及U4-3和U4-4与微机(11)接口连接，U3-1和U3-2及U3-3和U3-4分离信号与TR5相连并与波形显示器(5)相连。取样比例器由TR1—TR4组成两级放大器，将来自放大器4的0.5V测量信号，放大成5V信号，令与非门 U1-1和U1-2翻转工作。放大量由W2调节。在TR4输出的信号中，既有标准时间回波，也有待测时间回波，在时间上交替出现，由U1-1和U1-2分离出来，分别去触发由与非门U2-1和U2-2及U2-3和U2-4组成的两个触发器，功能相当于对触发器清零。置1功能，由C6、R10引入，来自微机。置1信号与每一通道的发射时间一致。因此从置1到清零这一时间间隔，即代表标准时间间隔或待测时间间隔，由四选1模拟开关U5输出，送给微机系统，供比较、计算，测得待测传声介质长度。因每一通道都有自已予设置的标准长度信号，即自身的比例尺寸，从而实时弥补外环境造成的测量误差。
U1-1和U1-2分离标准信号及待测信号，受与非门U3-1和U3-2及U3-3和U3-4控制。由微机系统交替发送标准信号及待测信号的采集闸门信号(JM)。JM信号来自微机的随机存贮器，受外界键盘控制，可随时人工调整。为准确确定调整时间，将此信号由TR5输出，送给波形显示系统放大并显示，以便观察。为使微机系统便于进行数字滤波，取平均值计算，由与非门U4-1和U4-2及U4-3和U4-4引入选控信号(XK)，可作到标准信号、待测信号的交替采集或单一采集。一旦U2-1和U2-2及U2-3和U2-4采集到标准信号或待测信号，即经U5及TR6输出送到微机、则微机立刻停止对电子衰减器的衰减释放。电子衰减控制器输出的信号经放大器4进入取样比例采集器，再进入微机，形成闭环跟踪控制。电子衰减控制器受微机控制，从最大衰减量开始逐渐释放衰减，令放大器4接到的信号逐渐加大，一旦达到U2能够采集的幅值，即令停止电子衰减控制器释放。这一措施既解决了信号波动带来的测量困难，又大大提高了测量精度
权利要求1.一种高炉炉衬厚度检测仪，其特征是8-64个压电传感器连接于1-8个八选一模拟开关1U2-8U2，1-8个模拟开关1U2-8U2输出连接放大器(2)，放大器(2)连接衰减控制器(3)，衰减控制器(3)连接与放大器(4)，放大器(4)连接与比例采集器(6)和波形显示器(5)，比例采集器(6)连接微机(11)，微机(11)通过导线反馈连接与衰减控制器(3)，微机(11)连接8-64个压电传感器并连接发射电路(1)，微机(11)与打印机(9)、数码显示器(10)、操做键盘(8)及外设计算机(7)相连。
2.按权利要求1所述的高炉炉衬厚度检测仪，其特征是发射电路(1)包括1TR1.1TR2.1TR3组成三级触发器，1TR4为高压开关管具有400～600V脉冲电压，高压开关管连接与压电传感器1H1～1H8，微机(11)的时序控制连接1U1八选一开关分别连接与1TR5-1～1TR5-8和1TR6-1～1TR-8组成的电流开关并连接继电器1JD1～1JD8，1R14-1～1R14-8、1D3-1～1D3-8、1D4-1～1D4-8为双向限幅保护器，发射电路1TR1与UM1八选一开关相连，1U1八选一开关与UM2八选一开关相连，UM1和UM2八选一开关与微机(11)相连，UM1和UM2与UM3分频器相连。
3.按权利要求1所述的高炉炉衬厚度检测仪，其特征是取样比例采集器(6)包括TR1～TR4组成的放大器，放大器与U2-1和U2-2相连组成标准长度比例信号触发器并连接U5两选一开关，一路U2-3和U2-4组成待测长度比例信号触发器连接与U5两选一开关，U5两选一开关连接TR6，TR6连接与微机(11)，U1-1和U1-2组成信号分离器，U2-1和U2-2及U2-3和U2-4为触发器，U1-1和U1-2与U3-1和U3-2及U3-3和U3-4组成的分离器，U3-1和U3-2及U3-3和U3-4与U4-1和U4-2及U4-3和U4-4组成分离器，U4-1和U4-2及U4-3和U4-4与微机(11)接口连接，U3-1和U3-2及U3-3和U3-4分离信号与TR5相连并与波形显示器(5)相连。
专利摘要一种高炉炉衬厚度检测仪，它是采用8-64个传感器连接1-8个八选一模拟开关1U
文档编号G01B17/02GK2220630SQ9422880
公开日1996年2月21日 申请日期1994年6月7日 优先权日1994年6月7日
发明者卢明熙, 张敬亭 申请人:鞍山市超声仪器厂