一種測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音的方法
2023-07-07 08:41:06 1
一種測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音的方法
【專利摘要】本發明涉及一種測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音的方法，屬於電弧爐冶煉電熔鎂檢測【技術領域】。包括(1)布局麥克風陣列；(2)模數轉換；(3)數據傳輸到上位機；(4)上位機將噪音信號以數據流盤的方式存入硬碟中；(5)從硬碟中提取進行信號回放；(6)對回放的信號進行快速傅立葉變換以及1/3倍頻變換，並將得到的結果以圖像的方式顯示；(7)根據記錄的各個生產階段的起止時間以及步驟(2)中與噪音綁定的採樣時刻參數，將圖像劃分為6個階段；(8)數據濾波：對圖像數據進行運算；(9)從1/3倍頻變換中圖選出所要研究的某頻率段的噪聲；(10)噪聲源定位。該方法功耗低，布線方便，能顯示噪音的來源，探究產生原因，抑制噪音，減少能耗。
【專利說明】一種測量電弧爐冶煉電溶鎂噪音的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音的方法，屬於電弧爐冶煉電熔鎂檢測
【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 電弧爐冶煉電熔鎂需要經過上料、鋪料、開除塵器、起爐、熔煉、停爐、關除塵器、冷 卻、破殼、分揀等工序。在起爐、熔煉、停爐的過程中，可以藉助噪音監測變壓器、導電橫臂和 電極的運行狀態，探究熔池的形態，推測電弧的動態。在融坨冷卻的過程中，還可以利用電 熔鎂結晶時的噪音推斷熔池結晶之後的形態與密度。
[0003] 西德冶金行業在行業範圍有關知識的基礎上，協議確定一種電弧爐噪音的測量方 法，為了對爐子及工作場地求得聲學評價的數據，僅在一個測點求取測值，這個測點是在電 弧爐與電爐變壓器相對的另一側，距離爐壁5m並與電弧爐軸線成45°，高距爐臺2m的位 置。以上這種方法對於描述電弧爐冶煉電熔鎂時的噪聲分布具有局限性，一方面單一測量 點測得的數據不能用於噪聲源定位，另一方面熔煉後電熔鎂融坨需要與爐臺分離並經過 一周的時間冷卻，監測這一過程融坨內部的噪音可有效判斷熔池的狀態和電熔鎂的結晶情 況，而固定在爐臺上的測量點不能跟蹤融坨測量冷卻過程的噪音數據。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對上述現有技術中存在的問題提供一種測量電弧爐冶煉電熔 鎂噪音的方法。
[0005] 本發明的目的是通過下述技術方案實現的：一種測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音的方 法，其特徵在於：包括以下步驟 ：
[0006] (1)在爐體小車的底部布局麥克風陣列；
[0007] (2)在冶煉過程之中將麥克風陣列採集到的模擬量轉換成數字量，並綁定相應的 米樣時刻和每個麥克風的位置坐標；
[0008] (3)通過無線路由器將採集的數位訊號發送給上位機；
[0009] (4)上位機將噪音信號以數據流盤的方式存入硬碟中；
[0010] (5)將陣列中各個麥克風採集到噪音數據，從硬碟中提取進行信號回放；
[0011] (6)對步驟（5)中回放的信號進行快速傅立葉變換以及1/3倍頻變換，並將得到的 結果以圖像的方式顯示，圖像的橫坐標是頻率，縱坐標是以對數尺度表示的功率；
[0012] (7)根據冶煉工作時記錄的各個生產階段的起止時間以及步驟⑵中與噪音綁定 的採樣時刻參數，將步驟（6)中顯示的圖像分為A開除塵器、B起爐、C熔煉、D停爐、E關除 塵器和F冷卻6個階段；
[0013] (8)數據濾波：用圖像數據進行運算，用起爐階段的圖像B與開除塵器階段A的圖 像取差集，得到石墨電極以及導電橫臂產生的噪聲圖像B1，用熔煉階段的圖像C與開除塵 器時的圖像A取差集，得到熔煉階段電弧爐內部熔池、石墨電極以及導電橫臂產生的噪聲 圖像C1，用停爐階段的波形D與開除塵器時的波形A取差集，得到停爐階段電弧爐內部熔池 產生的噪聲波形D1 ;
[0014] (9)從麥克風陣列的中心處的麥克風所收集到的1/3倍頻變換圖選出所要研究的 某頻率的噪聲；
[0015] (10)噪聲源定位：利用波束形成器，計算爐體小車底部的麥克風陣列所採集的噪 聲信號，得出噪聲強度的空間分布，並以圖像的方式顯示在界面上，確定噪聲源的位置。
[0016] 所述步驟（8)數據濾波中取差集的過程如下：對於各個頻率的聲強等級圖，將兩 個圖像上相同頻率的聲強做差，結果作為新圖像在該頻率上的聲強；對於1/3倍頻程圖像， 將兩個圖像上相同頻率段的聲強做差，結果作為新圖像在該頻率段上的聲強；對於噪聲強 度的空間分布圖像，將相同空間位置的相同頻率的聲強作差，結果作為新圖像在該空間位 置處，該頻率的聲強。
[0017] 所述測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音方法的檢測設備，包括噪聲採集裝置和噪聲信號 接收處理裝置；
[0018] 所述的噪聲採集裝置是在爐殼中部設置溫差發電模塊，溫差發電模塊和鋰電池供 電模塊通過電源線連接，在鋰電池供電模塊上配有熱插拔電源接口，通過鋰電池供電模塊 為麥克風陣列模塊和無線路由器供電，麥克風陣列模塊包括九個麥克風傳感器及模數轉換 器，所述的麥克風傳感器設置在爐體小車底部，呈十字交叉排列，最外側的麥克風傳感器落 在爐殼投影的邊緣上；模數轉換器將麥克風採集到的模擬量轉換成數字量，連同對應麥克 風的位置坐標以及採樣時刻參數，一併通過無線路由器傳遞給噪聲信號接收處理裝置；
[0019] 所述的噪聲信號接收處理裝置，包括無線數據接收模塊、數據流盤模塊、波形數據 預處理模塊、FFT變換器、1/3倍頻變換器、波束形成器、圖像顯示模塊I、圖像處理模塊和 以及圖像顯示模塊Π ;
[0020] 所述的無線數據接收模塊接收來自噪聲採集裝置傳來的無線信號，並將數據被存 儲在數據流存檔模塊中，數據流存檔模塊將噪聲數據回放到波形數據預處理模塊中，波形 數據預處理模塊對回放的噪聲數據進行數據濾波操作；
[0021] 波形數據預處理模塊將陣列中心處的麥克風採集的噪聲數據，傳輸到FFT變換 器，進行快速傅立葉變換，其中一路直接顯示在圖像顯示模塊I上顯示出各個頻率噪音聲 的聲強等級，另一路通過1/3倍頻變換器後在圖像顯示模塊I上顯示成1/3倍頻程的圖 像；
[0022] 波形數據預處理模塊將陣列中全部麥克風採集的噪聲數據發送到波束形成器，計 算後轉換成噪聲強度的空間分布圖像；
[0023] 所述的圖像顯示模塊I的作用是顯示未經處理的麥克風陣列中心處的各個頻率 的聲強等級圖，麥克風陣列中心處的1/3倍頻程圖像，以及噪聲強度的空間分布圖像； [0024] 所述的圖像處理模塊將圖像顯示模塊I中爐體各階段的圖像進行聲強取差集，並 將轉換成新的噪音圖像，傳送到圖像顯示模塊II中。
[0025] 本發明的有益效果：相比傳統的電弧爐冶煉電熔鎂噪音的測量方法，該發明採用 在爐體小車底部布局麥克風陣列，全程監控電熔鎂的熔煉過程中不同階段的噪音，既能記 錄噪音產生的時刻，又能顯示噪音來源的空間位置，採用數據流盤的方式記錄海量的噪音 數據並且能夠重複播放，從而而探究噪音的產生原因，抑制噪音的產生，減少因噪音和振動 而損失的能耗。採用鋰電池和溫差發電的方法向麥克風陣列供電，進一步減少了電能的損 耗。採用無線網絡傳輸數據，減少了現場布線的工作量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1是安裝在在爐體小車上的噪聲採集裝置的示意圖。
[0027] 圖2是爐體小車底部的麥克風陣列示意圖。
[0028] 圖3是噪聲信號接收處理裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 本發明將參照附圖進行詳細說明，以便對本發明的目的，特徵及優點進行更深入 的理解。
[0030] 本發明涉及的檢測設備主要包括噪聲採集裝置和噪聲信號接收處理裝置。如圖1 所示，噪聲採集裝置主要包括溫差發電模塊12、熱插拔電源接口 14、鋰電池供電模塊19、麥 克風陣列模塊17和無線路由器16。溫差發電模塊12的布置高度位於爐殼11中部，因為那 裡的爐殼表面溫度最高，有利於提高發電效率。溫差發電模塊12和鋰電池供電模塊12通 過電源線18連接，而且在鋰電池供電模塊19上配有熱插拔電源接口 14,作用是在起爐、熔 煉、停爐、關除塵器、冷卻階段通過電源線18從溫差發電模塊12上獲取電能，而在破殼工序 之前，需要將爐殼11和爐體小車10分離，此時需要將電源線18從熱插拔電源接口 14上拔 出，當再次測量冶煉噪音時接上。鋰電池供電模塊19為麥克風陣列模塊17和無線路由器 16提供穩定的工作電源。麥克風陣列模塊17的布局參見圖2,九個麥克風傳感器171呈十 字交叉排列，最外側的麥克風傳感器171落在爐殼投影11'克風陣列模塊17內部包括模數 轉換器，將麥克風採集到的模擬量轉換成數字量並且加上對應麥克風的位置坐標以及採樣 時刻，之後，這些採集到的噪聲數據通過無線路由器傳遞到噪聲信號的接收處理裝置。
[0031] 參見圖3,噪聲信號接收處理裝置包括無線數據接收模塊21、數據流盤模塊22、波 形數據預處理模塊23、FFT變換器24 (快速傅立葉變換器）、1/3倍頻變換器25、波束形成 器26、圖像顯示模塊I 27、圖像處理模塊28和以及圖像顯示模塊II 29,這些模塊在接收處 理裝置內部的工作過程如下，首先，無線數據接收模塊21接收來自噪聲採集裝置傳來的無 線信號，之後這些數據被存儲在數據流存檔模塊22中，數據流存檔模22塊會將噪聲數據回 放到波形數據預處理模塊23中，波形數據預處理模塊23會對回放的噪聲數據進行數據濾 波操作。通過波形數據預處理模塊23後的噪聲數據被分成2路以不同的方法處理：一路是 陣列中心處的麥克風採集的噪聲數據，通過FFT變換器24,進行快速傅立葉變換後，又分為 兩路進行處理，其中一路直接顯示在圖像顯示模塊I 27上顯示出各個頻率噪音聲的聲強 等級，另一路通過1/3倍頻變換器後在圖像顯示模塊I 27上顯示成1/3倍頻程的圖像；一 路是陣列中全部麥克風採集到的噪聲數據通過波束形成器26的計算後轉換成噪聲強度的 空間分布圖像。圖像顯示模塊I 27的作用是顯示未經處理的麥克風陣列中心處的各個頻 率的聲強等級圖，麥克風陣列中心處的1/3倍頻程圖像，以及噪聲強度的空間分布圖像。圖 像處理模塊28的作用是按照噪聲數據的採樣時間將圖像分為A開除塵器、B起爐、C熔煉、 D停爐、E關除塵器和F冷卻6個階段，並且用圖像數據進行作差運算，圖像作差運算的具 體法則是1、對於各個頻率的聲強等級圖，將兩個圖像上相同頻率的聲強做差，結果作為新 圖像在該頻率上的聲強；2、對於1/3倍頻程圖像，將兩個圖像上相同頻率段的聲強做差，結 果作為新圖像在該頻率段上的聲強；3、對於噪聲強度的空間分布圖像，將相同空間位置的 相同頻率的聲強作差，結果作為新圖像在該空間位置處，該頻率的聲強。具體為：用起爐階 段的圖像B與開除塵器階段A的圖像取差集，得到起爐階段石墨電極以及導電橫臂產生的 噪聲圖像B1，用熔煉階段的圖像C與開除塵器時的圖像A取差集，得到熔煉階段電弧爐內 部熔池、石墨電極以及導電橫臂產生的噪聲圖像C1，用停爐階段的波形與開除塵器時的波 形A取差集，得到停爐階段電弧爐內部熔池產生的噪聲波形D1，圖像處理模塊在運算結束 之後會把新生成的噪音圖像八41、(：1、013、？推送到圖形顯示模塊1129上顯示，在圖像八 中，可以分析除塵管道的噪音，查找管道的露風點，在圖像B1中，可以分析起爐階段石墨電 極以及導電橫臂的震動產生的噪音，在圖像C1中可以分析熔池中的噪音從而推測冶煉階 段電弧爐內部熔池的形態，在圖像D1中可以分析冶煉結束後電弧爐熔池中的噪音，從而推 測整個融坨的形態，在圖像E中可以分析關除塵器時電弧爐熔池中的噪音，結合D1中的圖 像還可以分析出爐內熔漿的流動情況，從圖像F中觀察電弧爐冷卻階段熔漿的噪聲強度分 部，研究電弧爐中氧化鎂融坨的結晶過程。如果要確定某個特定頻段的噪聲來源，圖像處理 模塊會將噪聲強度的空間分布圖按照該特定頻段的噪聲強度顯示。
[0032] 採用上述檢測設備，測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音的方法，包括以下步驟：
[0033] (1)在爐體小車的底部布局麥克風陣列；
[0034] (2)在冶煉過程之中將麥克風陣列採集到的模擬量轉換成數字量，並綁定相應的 米樣時刻和每個麥克風的位置坐標；
[0035] (3)通過無線路由器將採集的數位訊號發送給上位機；
[0036] (4)上位機將噪音信號以數據流盤的方式存入硬碟中；
[0037] (5)將陣列中各個麥克風採集到噪音數據，從硬碟中提取進行信號回放；
[0038] (6)對步驟（5)中回放的信號進行快速傅立葉變換以及1/3倍頻變換，並將得到的 結果以圖像的方式顯示，圖像的橫坐標是頻率，縱坐標是以對數尺度表示的功率；
[0039] (7)根據冶煉工作時記錄的各個生產階段的起止時間以及步驟（2)中與噪音綁定 的採樣時刻參數，將步驟（6)中顯示的圖像分為A開除塵器、B起爐、C熔煉、D停爐、E關除 塵器和F冷卻6個階段；
[0040] (8)數據濾波：用圖像數據進行運算，用起爐階段的圖像B與開除塵器階段A的圖 像取差集，得到石墨電極以及導電橫臂產生的噪聲圖像B1，用熔煉階段的圖像C與開除塵 器時的圖像A取差集，得到熔煉階段電弧爐內部熔池、石墨電極以及導電橫臂產生的噪聲 圖像C1，用停爐階段的波形與開除塵器時的波形A取差集，得到停爐階段電弧爐內部熔池 產生的噪聲波形D1 ;
[0041] (9)從麥克風陣列的中心處的麥克風所收集到的1/3倍頻變換圖選出所要研究的 某頻率的噪聲；
[0042] (10)噪聲源定位：利用波束形成器，計算爐體小車底部的麥克風陣列所採集的噪 聲信號，得出噪聲強度的空間分布，並以圖像的方式顯示在界面上，確定噪聲源的位置。
【權利要求】
1. 一種測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音的方法，其特徵在於：包括以下步驟： (1) 在爐體小車的底部布局麥克風陣列； (2) 在冶煉過程之中將麥克風陣列採集到的模擬量轉換成數字量，並綁定相應的採樣 時刻和每個麥克風的位置坐標； (3) 通過無線路由器將採集的數位訊號發送給上位機； (4) 上位機將噪音信號以數據流盤的方式存入硬碟中； (5) 將陣列中各個麥克風採集到噪音數據，從硬碟中提取進行信號回放； (6) 對步驟（5)中回放的信號進行快速傅立葉變換以及1/3倍頻變換，並將得到的結果 以圖像的方式顯示，圖像的橫坐標是頻率，縱坐標是以對數尺度表示的功率； (7) 根據冶煉工作時記錄的各個生產階段的起止時間以及步驟（2)中與噪音綁定的採 樣時刻參數，將步驟（6)中顯示的圖像分為A開除塵器、B起爐、C熔煉、D停爐、E關除塵器 和F冷卻6個階段； (8) 數據濾波：用圖像數據進行運算，用起爐階段的圖像B與開除塵器階段A的圖像取 差集，得到石墨電極以及導電橫臂產生的噪聲圖像B1，用熔煉階段的圖像C與開除塵器時 的圖像A取差集，得到熔煉階段電弧爐內部熔池、石墨電極以及導電橫臂產生的噪聲圖像 C1，用停爐階段的波形D與開除塵器時的波形A取差集，得到停爐階段電弧爐內部熔池產生 的噪聲波形D1 ; (9) 從麥克風陣列的中心處的麥克風所收集到的1/3倍頻變換圖選出所要研究的某頻 率的噪聲； (10) 噪聲源定位：利用波束形成器，計算爐體小車底部的麥克風陣列所採集的噪聲信 號，得出噪聲強度的空間分布，並以圖像的方式顯示在界面上，確定噪聲源的位置。
2. 根據權利要求1所述的一種測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音的方法，其特徵在於： 所述步驟（8)數據濾波中取差集的過程如下：對於各個頻率的聲強等級圖，將兩個圖 像上相同頻率的聲強做差，結果作為新圖像在該頻率上的聲強；對於1/3倍頻程圖像，將兩 個圖像上相同頻率段的聲強做差，結果作為新圖像在該頻率段上的聲強；對於噪聲強度的 空間分布圖像，將相同空間位置的相同頻率的聲強作差，結果作為新圖像在該空間位置處， 該頻率的聲強。
3. -種專用於權利要求1或2所述測量電弧爐冶煉電熔鎂噪音方法的檢測設備，其特 徵在於：包括噪聲採集裝置和噪聲信號接收處理裝置； 所述的噪聲採集裝置是在爐殼中部設置溫差發電模塊，溫差發電模塊和鋰電池供電模 塊通過電源線連接，在鋰電池供電模塊上配有熱插拔電源接口，通過鋰電池供電模塊為麥 克風陣列模塊和無線路由器供電，麥克風陣列模塊包括九個麥克風傳感器及模數轉換器， 所述的麥克風傳感器設置在爐體小車底部，呈十字交叉排列，最外側的麥克風傳感器落在 爐殼投影的邊緣上；模數轉換器將麥克風採集到的模擬量轉換成數字量，連同對應麥克風 的位置坐標以及採樣時刻參數，一併通過無線路由器傳遞給噪聲信號接收處理裝置； 所述的噪聲信號接收處理裝置，包括無線數據接收模塊、數據流盤模塊、波形數據預處 理模塊、FFT變換器、1/3倍頻變換器、波束形成器、圖像顯示模塊I、圖像處理模塊和以及 圖像顯示模塊Π ; 所述的無線數據接收模塊接收來自噪聲採集裝置傳來的無線信號，並將數據被存儲在 數據流存檔模塊中，數據流存檔模塊將噪聲數據回放到波形數據預處理模塊中，波形數據 預處理模塊對回放的噪聲數據進行數據濾波操作； 波形數據預處理模塊將陣列中心處的麥克風採集的噪聲數據，傳輸到FFT變換器，進 行快速傅立葉變換，其中一路直接顯示在圖像顯示模塊I上顯示出各個頻率噪音聲的聲強 等級，另一路通過1/3倍頻變換器後在圖像顯示模塊I上顯示成1/3倍頻程的圖像； 波形數據預處理模塊將陣列中全部麥克風採集的噪聲數據發送到波束形成器，計算後 轉換成噪聲強度的空間分布圖像； 所述的圖像顯示模塊I的作用是顯示未經處理的麥克風陣列中心處的各個頻率的聲 強等級圖，麥克風陣列中心處的1/3倍頻程圖像，以及噪聲強度的空間分布圖像； 所述的圖像處理模塊將圖像顯示模塊I中爐體各階段的圖像進行聲強取差集，並將轉 換成新的噪音圖像，傳送到圖像顯示模塊II中。
【文檔編號】G01H17/00GK104062001SQ201410306376
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】付友, 崔軍, 崔俊峰, 王寧會 申請人:營口東吉科技（集團）有限公司, 大連理工大學