專利名稱：便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及振動檢測領(lǐng)域，是對連鑄機結(jié)晶器振動裝置或結(jié)晶器或振動相位進行實時再現(xiàn)、記錄、分析和判斷，為技術(shù)人員對結(jié)晶器的調(diào)整和維護提供可靠依據(jù)的便攜 式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器是連鑄機設(shè)備，它的功能是將連續(xù)不斷地注入其內(nèi)腔的高溫鋼水通過水冷 銅壁強制冷卻，導(dǎo)出其熱量，使之逐漸凝固成為具有所要求的斷面形狀的殼狀，并使這種芯 部仍為液態(tài)的鑄坯連續(xù)不斷地從結(jié)晶器下口拉出，為其在以后的二次冷卻區(qū)域內(nèi)完全凝固 創(chuàng)造條件。而結(jié)晶器振動裝置主要功能是使結(jié)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(xiàn)“脫?！保乐硅T坯在凝固過程中與結(jié)晶器銅壁發(fā)生粘結(jié)而導(dǎo)致出 現(xiàn)粘掛漏鋼事故。所以振動裝置的振動參數(shù)和振動形態(tài)(如振幅和頻率的大小、穩(wěn)定性、 扭振、相位差等)是決定鑄坯質(zhì)量和正常安全的關(guān)鍵參數(shù)。因此對結(jié)晶器振動裝置特性進 行分析和監(jiān)測將有利于鑄機正常生產(chǎn)、提高鑄坯質(zhì)量和產(chǎn)量。現(xiàn)有的結(jié)晶器振動裝置在使用和保養(yǎng)維護中，由于缺乏結(jié)晶器振動裝置的實際振 動參數(shù)試驗數(shù)據(jù)，導(dǎo)致了技術(shù)人員在結(jié)晶器振動裝置工作不正常時無法判斷造成工作不正 常的原因具體在哪里，不能進行有針對性的保養(yǎng)維護。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝 置，以便能對結(jié)晶器振動裝置的振動相位進行實時再現(xiàn)、記錄、分析和判斷，為技術(shù)人員對 結(jié)晶器的調(diào)整和維護提供可靠依據(jù)。本實用新型的技術(shù)方案是便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置， 它至少包括垂直位移傳感器和處理分析單元，其特征是垂直位移傳感器分布在結(jié)晶器振 動平臺，連鑄機的結(jié)晶器振動平臺以0. 35-6HZ的頻率振動，處理分析單元以大于結(jié)晶器振 動平臺振動頻率的采用速度同步采集分布的各個垂直位移傳感器的垂直振動量，通過對垂 直振動量的處理和分析獲取垂直位移傳感器測點相互之間的振動相位差。所述的垂直位移傳感器的垂直振動量是通過對垂直位移傳感器的信號進行濾波 后，再經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字信號，數(shù)字信號輸入到處理分析單元進行處理和分析得 到。所述的處理分析單元進行處理和分析是通過相關(guān)法進行計算獲取垂直位移傳感 器測點相互之間振動的相位差。所述的相關(guān)法進行計算是通過求得兩信號的互相關(guān)函數(shù)數(shù)值以及兩信號的幅度 值來完成，具體計算公式見下公式； 其中Ν是采樣點數(shù)，η代表第η個采樣點，χ(η)是1通道正弦信號在第η個采樣 點的值，y (η)是2通道正弦信號在第η個采樣點的值，A是1通道正弦信號幅值，B是2通 道正弦信號幅值，Rx(O)是1通道正弦函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)，Ry(O)是2通道正弦函數(shù)的自相 關(guān)函數(shù)，Rxy(O)是1通道正弦函數(shù)與2通道正弦函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)。其振動信息經(jīng)過抗干擾濾波器、24位A/D轉(zhuǎn)換器、動態(tài)信號采集器及電源電路、處 理分析單元獲得連鑄機結(jié)晶器振動裝置的振動相位。安裝四個低頻垂直位移傳感器分布在 結(jié)晶器振動平臺的不同位置，在4個位置將檢測到垂直方向上四個振動相位差。連鑄機的 結(jié)晶器振動平臺以0. 35-6Ηζ的頻率振動。本實用新型的優(yōu)點是通過安裝四個低頻垂直位移傳感器分布在結(jié)晶器振動平臺 的不同位置，連鑄機的結(jié)晶器振動平臺以0. 35-6ΗΖ的頻率振動。將其振動信息經(jīng)過抗干擾 濾波器、24位A/D轉(zhuǎn)換器、動態(tài)信號采集器及電源電路、專用處理與分析軟件獲得連鑄機結(jié) 晶器振動裝置的振動相位，實現(xiàn)自動測量垂直方向的每兩個測點之間的振動相位差。

下面結(jié)合實施例附圖對實用新型作進一步說明。圖1是實施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是垂直位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是動態(tài)信號采集器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、結(jié)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、抗干擾濾波器；8、24位 A/D轉(zhuǎn)換器；9、動態(tài)信號采集器；10、第五垂直位移傳感器；11、第六垂直位移傳感器；12、第 七垂直位移傳感器；13、第八垂直位移傳感器；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，便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置，它至少包括垂 直位移傳感器和處理分析單元6，在結(jié)晶器振動平臺1安裝四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、第三垂直位移傳感器4和第四垂直位移傳感器 5，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和第四垂直位移傳感器5給出的振動信號經(jīng)過抗干擾濾波器7進行濾波處理，送到24位A/D轉(zhuǎn)換器8進行 模數(shù)轉(zhuǎn)換，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和第四垂 直位移傳感器5經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換器8進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由動態(tài)信號采集器9采集后送處理 分析單元6進行分析處理，獲得連鑄機結(jié)晶器振動裝置的振動相位。在此實施例中安裝四 路低頻垂直位移傳感器分布在結(jié)晶器振動平臺1的不同位置，連鑄機的結(jié)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和第四垂直位移傳感器5不斷連續(xù)輸出垂直振動的頻率信息，高速24位A/D轉(zhuǎn)換器 8經(jīng)快速24位模數(shù)轉(zhuǎn)換，動態(tài)信號采集器9以適合采樣定律的頻率采集結(jié)晶器振動平臺1 各個采集點的信號(大于結(jié)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。任意兩個測點之間的相位差利用相關(guān)法進行計算相關(guān)法是充分利用兩個同頻信 號存在相關(guān)性，而信號與噪聲不存在相關(guān)性的性質(zhì)來實現(xiàn)對兩個信號相位差的測量。它是 一種數(shù)字測量的方法。相關(guān)法測量相位具體通過求得兩信號的互相關(guān)函數(shù)數(shù)值以及兩信號 的幅度值來完成。具體計算公式見下公式。 其中N是采樣點數(shù)，η代表第η個采樣點，χ(η)是1通道正弦信號在第η個采樣 點的值，y (η)是2通道正弦信號在第η個采樣點的值，A是1通道正弦信號幅值，B是2通 道正弦信號幅值，Rx(O)是1通道正弦函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)，Ry(O)是2通道正弦函數(shù)的自相 關(guān)函數(shù)，Rxy(O)是1通道正弦函數(shù)與2通道正弦函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)。實施例2如圖2所示，便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置，它至少包括垂 直位移傳感器和處理分析單元6，在結(jié)晶器振動平臺1安裝八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、第三垂直位移傳感器4、第四垂直位移傳感器5、 第五垂直位移傳感器10、第六垂直位移傳感器11、第七垂直位移傳感器12及第八垂直位 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、第五垂直位移傳感器10、第六垂直位移傳感器11、第七垂直位移傳感器 12及第八垂直位移傳感器13給出的振動信號經(jīng)過抗干擾濾波器7進行濾波處理，送到24 位A/D轉(zhuǎn)換器8進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，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、第五垂直位移傳感器10、第六垂直位移傳感器11、第七 垂直位移傳感器12及第八垂直位移傳感器13經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換器8進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由動態(tài)信號采集器9采集后送處理分析單元6進行分析處理，獲得連鑄機結(jié)晶器振動裝置的振 動相位。在此實施例中安裝八路低頻垂直位移傳感器1分布在結(jié)晶器振動平臺1的不同位 置，連鑄機的結(jié)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、第五垂直位移傳感器10、第 六垂直位移傳感器11、第七垂直位移傳感器12及第八垂直位移傳感器13不斷連續(xù)輸出垂 直振動的頻率信息，高速24位A/D轉(zhuǎn)換器8經(jīng)快速24位模數(shù)轉(zhuǎn)換，動態(tài)信號采集器9以適 合采樣定律的頻率采集各個結(jié)晶器振動平臺1采集點的信號(大于結(jié)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(guān)分析對于采樣轉(zhuǎn)換信號中的直流偏移和噪聲等干擾具有很強的抑制能力，它 的誤差主要在于采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并非完全不相關(guān)。所以測量誤差與采樣點數(shù)有關(guān)，上述兩個實施 過程說明信號的信噪比和A/D位數(shù)有關(guān)，在A/D位數(shù)固定的情況下，增加采樣點數(shù)及提高采 樣頻率均可提高測量精度。此種方法能較好地適應(yīng)被測信號的變化，誤差較小。無論是四路垂直位移傳感器，還是八路垂直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(fā)射電 路和無線接收電路硬件影響的特點。但無論采用什么方式，處理分析單元6對每一路垂直 位移傳感器信號的采集除了考慮采集時間必須真實描述結(jié)晶器振動平臺1的0. 35-6Hz振 動頻率，還要考濾各路之間的時序關(guān)系，最終具有各路采集信號所描述的是同一時間的同 一振動源的振動信號。本實用新型中，垂直位移傳感器可以如圖3所示，在殼體15內(nèi)有傳感器16、抗干擾 濾波器7、和高速24位A/D轉(zhuǎn)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(nèi)有傳感器16、抗干擾濾波器7、和高速24位A/D轉(zhuǎn)換器8和單片機17，傳感器16 與抗干擾濾波器7的輸入口電連接，抗干擾濾波器7輸出口與高速24位A/D轉(zhuǎn)換器8的輸 入口電連接，高速24位A/D轉(zhuǎn)換器8的輸出口與單片機17的控制口和數(shù)據(jù)口電連接，由單 片機17通過動態(tài)信號采集器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，這種實施方式由于高速24 位A/D轉(zhuǎn)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和抗干擾濾波器7，振動源的振動信號交給動態(tài)信號采集器9，而動態(tài)信號采 集器9如圖4所示，動態(tài)信號采集器9包括抗干擾濾波器7、高速24位A/D轉(zhuǎn)換器8和接 口電路18?？垢蓴_濾波器7的輸出與高速24位A/D轉(zhuǎn)換器8的輸入口電連接，高速24位 A/D轉(zhuǎn)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是嵌入有分析軟件的計算機。在測試工作中，至少需要2個垂直位移傳感器就可以對振動體上的任意兩個點進 行相位差分析。但是在實際應(yīng)用設(shè)備的故障診斷時或用戶的具體要求下，動態(tài)信號采集器9 如圖2所示，可以擴展到4至8個甚至16通道對振動體進行更多測點的振動信號采集，這 樣可以得到任意兩個被測點之間的相位差。
權(quán)利要求便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置，它至少包括垂直位移傳感器和處理分析單元(6)，其特征是垂直位移傳感器分布在結(jié)晶器振動平臺(1)，連鑄機的結(jié)晶器振動平臺(1)以0.35-6Hz的頻率振動，處理分析單元(6)以大于結(jié)晶器振動平臺振動頻率的采用速度同步采集分布的各個垂直位移傳感器的垂直振動量，通過對垂直振動量的處理和分析獲取垂直位移傳感器測點相互之間的振動相位差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置，其特征 是所述的垂直位移傳感器的垂直振動量是通過對垂直位移傳感器的信號進行濾波后，再 經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換器(8)得到數(shù)字信號，數(shù)字信號輸入到處理分析單元(6)進行處理和分析 得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置，其特征 是所述的處理分析單元(6)進行處理和分析是通過相關(guān)法進行計算獲取垂直位移傳感器 測點相互之間振動的相位差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置，其特征 是所述的結(jié)晶器振動平臺(1)安裝四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)、第三垂直位移傳感器(4)和第四垂直位移傳感器(5)，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)和第四垂直位移傳感 器(5)給出的振動信號經(jīng)過抗干擾濾波器(7)進行濾波處理，送到24位A/D轉(zhuǎn)換器(8)進 行模數(shù)轉(zhuǎn)換，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) 和第四垂直位移傳感器(5)經(jīng)24位A/D轉(zhuǎn)換器(8)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由動態(tài)信號采集器(9)采集后送處理分析單元(6)進行分析處理，獲得連鑄機結(jié)晶器振動裝置的振動相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置，其特征 是所述的結(jié)晶器振動平臺(1)安裝八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)、第三垂直位移傳感器(4)、第四垂直位移傳感器(5)、第五垂直位 移傳感器(10)、第六垂直位移傳感器(11)、第七垂直位移傳感器(12)及第八垂直位移傳 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)、第五垂直位移傳感器(10)、第六垂直位移傳感器(11)、第七垂直 位移傳感器(12)及第八垂直位移傳感器(13)給出的振動信號經(jīng)過抗干擾濾波器(7)進 行濾波處理，送到24位A/D轉(zhuǎn)換器(8)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，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)、第五垂直位移傳感器(10)、第六垂直位移傳感器(11)、第七垂直位移傳感器(12)及第八垂直位移傳感器(13)經(jīng) 24位A/D轉(zhuǎn)換器(8)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由動態(tài)信號采集器(9)采集后送處理分析單元(6) 進行分析處理，獲得連鑄機結(jié)晶器振動裝置的振動相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連鑄機結(jié)晶器振幅及水平擺動測量裝置，其特征是 所述的垂直位移傳感器和水平位移傳感器是在殼體(15)內(nèi)有傳感器(16)、抗干擾濾波器 (7)、高速24位A/D轉(zhuǎn)換器⑶和單片機(17)，傳感器(16)與抗干擾濾波器(7)的輸入口 電連接，抗干擾濾波器(7)輸出口與高速24位A/D轉(zhuǎn)換器(8)的輸入口電連接，高速24位 A/D轉(zhuǎn)換器⑶的輸出口與單片機(17)的控制口和數(shù)據(jù)口電連接，由單片機(17)通過動態(tài) 信號采集器(9)向處理分析單元(6)輸出位移或振動信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連鑄機結(jié)晶器振幅及水平擺動測量裝置，其特征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(nèi)有傳感器(16)、抗干擾濾波器 (7)、抗干擾濾波器(7)通過動態(tài)信號采集器(9)向處理分析單元(6)輸出位移或振動信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的便攜式連鑄機結(jié)晶器振幅及水平擺動測量裝置，其特征 是所述的動態(tài)信號采集器(9)包括抗干擾濾波器(7)、高速24位A/D轉(zhuǎn)換器(8)和接口 電路(18)，抗干擾濾波器(7)的輸出與高速24位A/D轉(zhuǎn)換器(8)的輸入口電連接，高速24 位A/D轉(zhuǎn)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)是嵌入有分析軟件的計算機。
專利摘要本實用新型涉及振動檢測領(lǐng)域，是對連鑄機結(jié)晶器振動裝置或結(jié)晶器或振動相位進行實時再現(xiàn)、記錄、分析和判斷，為技術(shù)人員對結(jié)晶器的調(diào)整和維護提供可靠依據(jù)的便攜式連鑄機結(jié)晶器振動及振動相位測量分析裝置，其特征是垂直位移傳感器分布在結(jié)晶器振動平臺，連鑄機的結(jié)晶器振動平臺以0.35-6Hz的頻率振動，處理分析單元以大于結(jié)晶器振動平臺振動頻率的采用速度同步采集分布的各個垂直位移傳感器的垂直振動量，通過對垂直振動量的處理和分析獲取垂直位移傳感器測點相互之間的振動相位差。它以便對結(jié)晶器振動裝置的振動相位進行實時再現(xiàn)、記錄、分析和判斷，為技術(shù)人員對結(jié)晶器的調(diào)整和維護提供可靠依據(jù)。
文檔編號B22D11/053GK201586735SQ20092024558
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)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