可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統的製作方法

2023-05-05 20:59:36

專利名稱：可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及振動檢測領域，是技術人員對結晶器的調整和維護提供可靠依據的便
攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統。
背景技術：
結晶器是連鑄機設備，它的功能是將連續不斷地注入其內腔的高溫鋼水通過水冷
銅壁強制冷卻，導出其熱量，使之逐漸凝固成為具有要求的斷面形狀的殼狀，並使這種芯部
仍為液態的鑄坯連續不斷地從結晶器下口拉出，為其在以後的二次冷卻區域內完全凝固創
造條件。而結晶器振動裝置主要功能是使結晶器按給定的振幅、頻率和波形偏斜特性沿連
鑄機外弧線運動，實現"脫模"，防止鑄坯在凝固過程中與結晶器銅壁發生粘結而導致出現
粘掛漏鋼事故。所以振動裝置或結晶器的振動參數和振動形態(如振幅和頻率的大小、穩
定性、扭振、相位差等)是決定鑄坯質量和正常安全的關鍵參數。因此對結晶器振動裝置或
結晶器的振動特性進行分析和監測將有利於鑄機正常生產、提高鑄坯質量和產量。 現有的結晶器振動裝置在使用和保養維護中，由於缺乏結晶器振動裝置的實際振
動參數試驗數據，導致了技術人員在結晶器振動裝置工作不正常時無法判斷造成工作不正
常的原因具體在哪裡，不能進行有針對性的保養維護。

發明內容
本發明的目的是提供一種可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，以便能 對結晶器振幅及水平擺動進行實時再現、記錄、分析和判斷，為技術人員對結晶器的調整和 維護提供可靠依據。 本發明的技術方案是可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，它至少包 括垂直位移傳感器和水平位移傳感器及處理分析單元，其特徵是垂直位移傳感器和水平 位移傳感器分布在結晶器振動平臺，連鑄機的結晶器振動平臺以0. 35-6Hz的頻率振動，處 理分析單元以大於結晶器振動平臺振動頻率的採用速度同步採集分布的各個垂直位移傳 感器和水平位移傳感器的垂直振動量和水平擺動量信號，由處理分析單元通過對垂直振動 量和水平擺動量的處理和分析獲取鑄坯質量和連鑄機的結晶器振動平臺振幅和頻率影響 關係。 所述的垂直振動量是通過對垂直位移傳感器的信號進行濾波後，再經24位A/D轉
換器得到數位訊號，數位訊號輸入到處理分析單元進行處理和分析得到。 所述的水平擺動量是通過對水平位移傳感器的信號進行濾波後，再經24位A/D轉
換器得到數位訊號，數位訊號輸入到處理分析單元進行處理和分析得到。 所述的垂直振動和水平擺動量是通過如下方法測量 設A。為中心線振幅(mm) ;R0為鑄機半徑(m) ;1^丄2為內弧測點距中心線距 離(m)山3丄4為外弧測點23、24距中心線的距離(m) ;AQi為Zt的振幅設計值；可通過下式計 算
4
(l)A0i = A0X (R。-Li)/Ro(mm) i = 1，2 (2) A0i = A。 X (R。+L》/R。 (mm) i = 3 ， 4 (3)若實測振動高峰值為Zi^，振動低谷值為Zimin，則實測振幅為 & = (ZiMX-Ziniin)/2 i = 1，2，3，4 同理可知，水平竄動偏差值就是水平擺動的實測值，即
(4)AXi = (Ximax-Ximin)/2 i = l，2 AY = (Ymax_Ymin)/2 所述的垂直位移傳感器和水平位移傳感器按如下方式安裝，1)2垂直方向；2)2垂 直方向、2水平方向；3)4垂直方向；2水平方向；4)4垂直方向；4水平方向。
本發明的優點是通過安裝垂直位移傳感器和水平位移傳感器(按如下方式安 裝，1)2垂直方向；2)2垂直方向、2水平方向；3)4垂直方向；2水平方向；4)4垂直方向；4水
平方向。在結晶器振動平臺1的不同位置，連鑄機的結晶器振動平臺以O. 35-6Hz的頻率振 動。將其振動信息經過抗幹擾濾波器、24位A/D轉換器、動態信號採集器及電源電路、處理 與分析軟體獲得連鑄機結晶器振動裝置的振幅及水平擺動。通過對垂直振動量和水平擺動 量的處理和分析獲取鑄坯質量和連鑄機的結晶器振動平臺振幅和頻率影響關係。


下面結合實施例附圖對發明做進一步說明。
圖1是實施例1結構示意圖； 圖2是實施例2結構示意圖； 圖3是實施例3結構示意圖； 圖4是位移傳感器結構示意圖； 圖5是動態信號採集器結構示意圖。 圖中1、結晶器振動平臺；2、第一垂直位移傳感器；3、第二垂直位移傳感器；4、第 三垂直位移傳感器；5、第四垂直位移傳感器；6、處理分析單元；7、抗幹擾濾波器；8、24位 A/D轉換器；9、動態信號採集器；10、第一水平位移傳感器；11、第二水平位移傳感器；12、第 三水平位移傳感器；13、第四水平位移傳感器；14、無線或有線；15、殼體；16、傳感器；17、單
片機；18、接口電路。
具體實施方式

實施例1 如圖1所示，可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，它至少包括垂直位 移傳感器和水平位移傳感器及處理分析單元6，在結晶器振動平臺1沿長度方向安裝兩路 低頻垂直位移傳感器，第一垂直位移傳感器2、第二垂直位移傳感器3，第一垂直位移傳感 器2和第二垂直位移傳感器3給出的振動信號經過抗幹擾濾波器7進行濾波處理，送到24 位A/D轉換器8進行模數轉換，第一垂直位移傳感器2和第二垂直位移傳感器3經24位A/ D轉換器8進行模數轉換後，由動態信號採集器9採集後送處理分析單元6進行分析處理， 獲得連鑄機結晶器振動裝置的振動信號。在此實施例中安裝2個低頻垂直位移傳感器分布 在結晶器振動平臺1的不同位置，連鑄機的結晶器振動平臺1以0. 35-6Hz的頻率振動，第
5一垂直位移傳感器2和第二垂直位移傳感器3不斷連續輸出垂直振動的頻率信息，高速24 位A/D轉換器8經快速24位模數轉換，動態信號採集器9以適合採樣定律的頻率採集結晶 器振動平臺1各個採集點的信號(大於結晶器振動平臺1振動頻率0. 35-6Hz的10倍率速 度)，送處理分析單元6進行分析處理。 所述的垂直振動和水平擺動量是通過如下方法測量 設A。為中心線振幅(mm) ;R0為鑄機半徑(m) ;1^丄2為內弧測點距中心線距 離(m)山3丄4為外弧測點23、24距中心線的距離(m) ;AQi為Zt的振幅設計值；可通過下式計 算 (1) A0i = A0 X (R0-Li) /R0 (mm) i = 1 ， 2 AY = (Ymax-Ymin)/2
實施例2 如圖2所示，可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，它至少包括垂直位 移傳感器和水平位移傳感器及處理分析單元6，在結晶器振動平臺1安裝四路低頻位移傳 感器，第一垂直位移傳感器2和第二垂直位移傳感器3，第一水平位移傳感器10、第二水平 位移傳感器11 ;第一垂直位移傳感器2、第二垂直位移傳感器3和第一水平位移傳感器10、 第二水平位移傳感器11給出的振動信號經過抗幹擾濾波器7進行濾波處理，送到24位A/ D轉換器8進行模數轉換，經24位A/D轉換器8進行模數轉換後，由動態信號採集器9採 集後送處理分析單元6進行分析處理，獲得連鑄機結晶器振動裝置的振動相位。在此實施 例中安裝四個低頻位移傳感器，2個水平和2個垂直分布在結晶器振動平臺1的不同位置， 連鑄機的結晶器振動平臺1以0. 35-6Hz的頻率振動，第一垂直位移傳感器2、第二垂直位 移傳感器3、第一水平位移傳感器10、第二水平位移傳感器11、不斷連續輸出垂直和水平振 動的頻率信息，高速24位A/D轉換器8經快速24位模數轉換，動態信號採集器9以適合採 樣定律的頻率採集各個結晶器振動平臺l採集點的信號(大於結晶器振動平臺l振動頻率 0. 35-6Hz的10倍率速度)，送處理分析單元6進行分析處理。
實施例3 如圖3所示，可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，它至少包括垂直位 移傳感器和水平位移傳感器及處理分析單元6，在結晶器振動平臺1安裝八路低頻位移傳 感器，第一垂直位移傳感器2、第二垂直位移傳感器3、第三垂直位移傳感器4、第四垂直位 移傳感器5和第一水平位移傳感器10、第二水平位傳感器11、第三水平位移傳感器12及第 四水平位移傳感器13，第一垂直位移傳感器2、第二垂直位移傳感器3、第三垂直位移傳感 器4、第四垂直位移傳感器5和第一水平位移傳感器10、第二水平位移傳感器11、第三水平 位移傳感器12及第四水平位移傳感器13給出的振動信號經過抗幹擾濾波器7進行濾波處 理，送到24位A/D轉換器8進行模數轉換，經24位A/D轉換器8進行模數轉換後，由動態 信號採集器9採集後送處理分析單元6進行分析處理，獲得連鑄機結晶器振動裝置的振動



相位。在此實施例中安裝八個低頻位移傳感器，4個水平和4個垂直分布在結晶器振動平 臺1的不同位置，連鑄機的結晶器振動平臺1以0. 35-6Hz的頻率振動，第一垂直位移傳感 器2、第二垂直位移傳感器3、第三垂直位移傳感器4、第四垂直位移傳感器5、第一水平位移 傳感器10、第二水平位移傳感器11、第三水平位移傳感器12及第四水平位移傳感器13不 斷連續輸出垂直和水平振動的頻率信息，高速24位A/D轉換器8經快速24位模數轉換，動 態信號採集器9以適合採樣定律的頻率採集各個結晶器振動平臺l採集點的信號(大於結 晶器振動平臺1振動頻率0. 35-6Hz的10倍率速度)，送處理分析單元6進行分析處理。
相關分析對於採樣轉換信號中的直流偏移和噪聲等幹擾具有很強的抑制能力，它 的誤差主要在於採用有限長度的樣本代替了高斯白噪聲和均勻分布的A/D量化誤差，使得 被檢正弦信號與噪音信號並非完全不相關。所以測量誤差與採樣點數有關，上述實施過程 說明信號的信噪比和A/D位數有關，在A/D位數固定的情況下，增加採樣點數及提高採樣頻 率均可提高測量精度。此種方法能較好地適應被測信號的變化，誤差較小。
無論是四路垂直位移傳感器，還是四路水平位移傳感器與處理分析單元6之間可 以通過無線或有線14電連接，無線具有安裝方便的特點，有線具有同步性不受無線發射電 路和無線接收電路硬體影響的特點。但無論採用什麼方式，處理分析單元6對每一路垂直 位移傳感器信號的採集除了考慮採集時間必須真實描述結晶器振動平臺1的0. 35-6Hz振 動頻率，還要考慮各路之間的時序關係，最終具有各路採集信所描述的是同一時間的同一 振動源的振動信號。 本發明中，垂直位移傳感器和水平位移傳感器可以如圖4所示，在殼體15內有傳 感器16、抗幹擾濾波器7、和高速24位A/D轉換器8和單片機17，垂直位移傳感器和水平位 移傳感器是在殼體15內有傳感器16、抗幹擾濾波器7、和高速24位A/D轉換器8和單片機 17，傳感器16與抗幹擾濾波器7的輸入口電連接，抗幹擾濾波器7輸出口與高速A/D轉換器 8的輸入口電連接，高速A/D轉換器8的輸出口與單片機17的控制口和數據口電連接，由單 片機17通過動態信號採集器9向處理分析單元6輸出位移或振動信號。這是一種集成為 一體式的垂直位移傳感器，它向外直接輸出振動源的振動信號，這種實施方式由於高速A/D 轉換器8的價格太高而不受歡迎。另一種方式是垂直位移傳感器和水平位移傳感器只有傳 感器16和抗幹擾濾波器7，振動源的振動信號交給動態信號採集器9，而動態信號採集器9 如圖5所示，動態信號採集器9包括抗幹擾濾波器7、高速24位A/D轉換器8和接口電路 18。抗幹擾濾波器7的輸出與高速24位A/D轉換器8的輸入口電連接，高速24位A/D轉 換器8的輸出口通過接口電路18將最終信號送到處理分析單元6進行分析，處理分析單元 6是嵌入有分析軟體的計算機。 垂直位移傳感器和水平位移傳感器是將地震檢波器通過低頻擴展電路使其輸出 特性降為檢波器固有頻率的1/20 1/40。地震檢波器的傳遞函數是一個二階高通環節，其 固有頻率取決於質量懸掛系統。在低於其固有頻率的頻段內，輸出電信號很小，無法做低頻 振動測量。為此，將檢波器的輸出經過低頻校正電路進行校正，經過校正後的傳遞函數仍然 是一個高通環節，其固有頻率和阻尼比完全由電路參數決定。設計電路時可使其固有頻率 降為原檢波器的1/20 1/40，並採用最佳阻尼比。
垂直位移傳感器和水平位移傳感器的技術參數如下
頻響範圍0. 35Hz-200Hz
靈每娘lmv/ li m 量禾呈± IO腿 電源士6-土12VDC 外形尺寸小60 X 90mm。
權利要求
可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，它至少包括垂直位移傳感器和水平位移傳感器及處理分析單元(6)，其特徵是垂直位移傳感器和水平位移傳感器分布在結晶器振動平臺(1)，連鑄機的結晶器振動平臺(1)以0.35-6Hz的頻率振動，處理分析單元(6)以大於結晶器振動平臺振動頻率的採用速度同步採集分布的各個垂直位移傳感器和水平位移傳感器的垂直振動量和水平擺動量信號，由處理分析單元(6)通過對垂直振動量和水平擺動量的處理和分析獲取鑄坯質量和連鑄機的結晶器振動平臺(1)振幅和頻率影響關係。
2. 根據權利要求1所述的可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，其特徵是 所述的垂直振動量是通過對垂直位移傳感器的信號進行濾波後，再經24位A/D轉換器(8) 得到數位訊號，數位訊號輸入到處理分析單元(6)進行處理和分析得到。
3. 根據權利要求1所述的可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，其特徵是 所述的水平擺動量是通過對水平位移傳感器的信號進行濾波後，再經24位A/D轉換器(8) 得到數位訊號，數位訊號輸入到處理分析單元(6)進行處理和分析得到。
4. 根據權利要求1所述的可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，其特徵是所述的垂直振動和水平擺動量是通過如下方法測量設A。為中心線振幅(mm) ;R0為鑄機半徑(m) L2為內弧測點Z" Z2距中心線距離 (m) ;L3、L4為外弧測點Z3、Z4距中心線的距離(m) ;AQi為Zt的振幅設計值；可通過下式計算(1) A0i = A0 X (R0-Li) /R0 (mm)i = 1 ， 2(2) A0i = A。 X (R。+L》/R。 (mm)i = 3 ， 4(3) 若實測振動高峰值為Zi^，振動低谷值為Zimin，則實測振幅為Ai — (Z^ax_Zimin)/2 i — 1，2，3，4 同理可知，水平竄動偏差值就是水平擺動的實測值，即(4) AXi = (Ximax-Ximin)/2 i = 1，2 AY = (Ymax-Ymin)/2。
5. 根據權利要求1所述的可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，其特徵是 所述的垂直位移傳感器和水平位移傳感器按如下方式安裝，1)2垂直方向；2)2垂直方向、2 水平方向；3)4垂直方向；2水平方向；4)4垂直方向；4水平方向。
6. 根據權利要求1所述的可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，其特徵是所述的垂直位移傳感器和水平位移傳感器是在殼體(15)內有傳感器(16)、抗幹擾濾波器(7) 、和24位高速A/D轉換器(8)和單片機(17)，傳感器(16)與抗幹擾濾波器(7)的輸入 口電連接，抗幹擾濾波器(7)輸出口與高速24位A/D轉換器(8)的輸入口電連接，高速24 位A/D轉換器(8)的輸出口與單片機(17)的控制口和數據口電連接，由單片機(17)通過 動態信號採集器(9)向處理分析單元(6)輸出位移或振動信號。
7. 根據權利要求1所述的可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，其特徵是 所述的垂直位移傳感器和水平位移傳感器是在殼體(15)內有傳感器(16)、抗幹擾濾波器 (7)、抗幹擾濾波器(7)通過動態信號採集器(9)向處理分析單元(6)輸出位移或振動信 號。
8. 根據權利要求7所述的可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，其特徵是 所述的動態信號採集器(9)包括抗幹擾濾波器(7)、高速A/D轉換器(8)和接口電路(18)，抗幹擾濾波器(7)的輸出與高速24位A/D轉換器(8)的輸入口電連接，高速24位A/D轉 換器(8)的輸出口通過接口電路(18)將最終信號送到處理分析單元(6)進行分析，處理分 析單元(6)是嵌入有分析軟體的計算機。
全文摘要
本發明涉及振動檢測領域，是技術人員對結晶器的調整和維護提供可靠依據的可攜式連鑄機結晶器振幅及水平擺動測量系統，它至少包括垂直位移傳感器和水平位移傳感器及處理分析單元，其特徵是垂直位移傳感器和水平位移傳感器分布在結晶器振動平臺，連鑄機的結晶器振動平臺以0.35-6Hz的頻率振動，處理分析單元以大於結晶器振動平臺振動頻率的採用速度同步採集分布的各個垂直位移傳感器和水平位移傳感器的垂直振動量和水平擺動量信號，由處理分析單元通過對垂直振動量和水平擺動量的處理和分析獲取鑄坯質量和連鑄機的結晶器振動平臺振幅和頻率影響關係。它以便對結晶器振幅及水平擺動進行實時再現、記錄、分析和判斷，為技術人員對結晶器的調整和維護提供可靠依據。
文檔編號B22D2/00GK101712070SQ20091021927
公開日2010年5月26日 申請日期2009年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者刁潔, 左水利, 李強, 田維, 金莉 申請人:中國重型機械研究院有限公司