專利名稱：一種面向振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金過程檢測(cè)與控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種面向振動(dòng)式鋼包下渣 檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在鋼鐵連鑄生產(chǎn)過程中，氧化劑和鋼水中的雜質(zhì)混合形成液體鋼渣，其比重較輕， 浮于鋼水上部。在鋼包澆注后期，鋼渣逐漸從鋼包流入中間包，并在中間包內(nèi)逐步積累，影 響鋼材品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)甚至使連鑄生產(chǎn)無法進(jìn)行。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大與發(fā)展，對(duì) 鋼鐵品種和質(zhì)量的要求不斷提高，當(dāng)然對(duì)連鑄生產(chǎn)中鋼水純凈度要求也就越來越高。連鑄 鋼包下漁檢測(cè)技術(shù)(Slag Carry-over Detection Technology, SCDT)就是通過對(duì)鋼包澆 注后期鋼水狀態(tài)的有效識(shí)別來控制鋼水純凈度，提高鑄件質(zhì)量與鋼水收得率的重要手段之
οS⑶T作為鋼鐵連鑄生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，世界各國尤其是西方發(fā)達(dá)國家都給予了高度 重視。上世紀(jì)80年代末，德國成功開發(fā)出基于電磁感應(yīng)原理的SCDT，成為目前世界上應(yīng)用 最為廣泛的SCDT。但電磁式SCDT在應(yīng)用過程中存在使用壽命短、不易安裝維護(hù)、使用成本 較高等缺點(diǎn)。針對(duì)以上問題，一些其它檢測(cè)方法逐步被開發(fā)應(yīng)用，如超聲波檢測(cè)法、紅外檢 測(cè)法、振動(dòng)檢測(cè)法等，其中振動(dòng)檢測(cè)法能夠有效解決電磁檢測(cè)法存在的問題。與電磁檢測(cè)法 相比，其在使用壽命、檢測(cè)準(zhǔn)確率、可靠性、系統(tǒng)維護(hù)等方面均具有優(yōu)勢(shì)。但是振動(dòng)檢測(cè)法的 技術(shù)要求很高，振動(dòng)傳感器的設(shè)計(jì)安裝、振動(dòng)信號(hào)干擾剔除與分離、處理算法的效率與有效 性等問題具有很高的難度，目前國內(nèi)尚未能較好的解決以上問題。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服在連鑄工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特殊環(huán)境條件下進(jìn)行鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)采集、預(yù)處理 與傳輸?shù)燃夹g(shù)具有高難度的問題，本發(fā)明提供一種能實(shí)時(shí)采集與預(yù)處理在連鑄工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng) 噪聲環(huán)境下的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)的面向振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種面向振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于包括多點(diǎn)并行信 號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；
所述的多點(diǎn)并行信號(hào)采集系統(tǒng)，以鋼包澆注機(jī)構(gòu)及其支撐臺(tái)架為考察對(duì)象，確定多個(gè) 特征振動(dòng)信號(hào)測(cè)量點(diǎn)，然后在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)安裝振動(dòng)傳感器，全方位采集鋼包澆注過程中產(chǎn) 生的沖擊振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行初步放大處理，最后以并行方式將信號(hào)輸送至信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)；
所述的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)，能夠接收多路傳感器的實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理操作 后上傳至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；其包括信號(hào)放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字濾波模塊、數(shù)據(jù)傳 輸模塊；
所述的信號(hào)放大模塊對(duì)相對(duì)微弱的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行二次隔離放大，使其能夠在 連鑄車間的強(qiáng)噪聲環(huán)境中傳輸，且產(chǎn)生與其它測(cè)量數(shù)據(jù)相匹配的有用信號(hào)；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊完成所采集振動(dòng)信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換工作，可以根據(jù)不同的檢測(cè)要 求設(shè)置相應(yīng)的物理采樣頻率；
所述的數(shù)字濾波模塊過濾經(jīng)過放大與模/數(shù)轉(zhuǎn)換的振動(dòng)信號(hào)含有的環(huán)境干擾成分，除 掉尖峰沖擊信號(hào)；
所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊將經(jīng)過預(yù)處理的振動(dòng)信號(hào)按照既定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式打成數(shù) 據(jù)分組或者數(shù)據(jù)文件，并通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議上傳至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；
所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，接收信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分組，按照數(shù)據(jù)傳輸 協(xié)議格式約定進(jìn)行拆分，提取鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)并完成顯示、存儲(chǔ)與分析判斷的功能；其包 括數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、狀態(tài)識(shí)別模塊；
所述的數(shù)據(jù)顯示模塊，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖形的顯示，可以根據(jù)不同要求查看時(shí)域、頻域或 者靜態(tài)特征參數(shù)的當(dāng)前變化趨勢(shì)；
所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，根據(jù)具體的配置參數(shù)存儲(chǔ)一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)文件，組成面向鋼包 下渣物理過程檢測(cè)的主題數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的特征參數(shù)提取、算法學(xué)習(xí)等工作提供充足的數(shù) 據(jù)支持，并具備歷史數(shù)據(jù)的回放與離線分析的功能；
所述的狀態(tài)識(shí)別模塊，根據(jù)水流沖擊振動(dòng)基本特征，選用相應(yīng)的信號(hào)識(shí)別算法得到當(dāng) 前的鋼流澆注狀態(tài)，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示信號(hào)。進(jìn)一步，所述振動(dòng)信號(hào)測(cè)量點(diǎn)包括操作臂、鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)、連鑄機(jī)支撐臺(tái)架、中間包 與操作臂支撐桿；
所述的操作臂測(cè)量點(diǎn)是通過無機(jī)粘合劑將振動(dòng)傳感器固定在操作臂遠(yuǎn)離鋼流的一端， 其采集與之相連的水口保護(hù)套管的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)；
所述的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)量點(diǎn)是通過磁性套座將振動(dòng)傳感器固定在回轉(zhuǎn)臺(tái)的一端，其采集 在鋼包澆注過程中，回轉(zhuǎn)臺(tái)在外界激勵(lì)作用下產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)；
所述的連鑄機(jī)支撐臺(tái)架測(cè)量點(diǎn)是通過打樁方式將振動(dòng)傳感器固定在連鑄機(jī)工作平臺(tái) 的邊緣位置，其采集連鑄機(jī)支撐鋼構(gòu)在外界激勵(lì)作用下產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)；
所述的中間包測(cè)量點(diǎn)是通過無機(jī)粘合劑將振動(dòng)傳感器固定在中間包耐火層外緣，其采 集由中間包水口開度變化而引起的中間包液位振蕩所產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)；
所述的操作臂支撐桿測(cè)量點(diǎn)是通過磁性套座將振動(dòng)傳感器固定在操作臂支撐桿中間 部位，其采集與之相連的操作臂所傳遞的鋼流沖擊振動(dòng)與連鑄機(jī)平臺(tái)產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)的耦 合信號(hào)。進(jìn)一步，所述的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式，包括首部與數(shù)據(jù)信息正文兩部分；所述首部包 括編號(hào)、時(shí)間戳、檢驗(yàn)和、正文長(zhǎng)度、采集通道、采樣信息、停止標(biāo)志、重傳標(biāo)志、預(yù)留字段；所 述數(shù)據(jù)信息正文部分為所傳輸?shù)膶?shí)時(shí)水流沖擊振動(dòng)信號(hào)，其長(zhǎng)度由首部的正文長(zhǎng)度屬性值 確定；
所述的編號(hào)在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)天所采集信號(hào)數(shù)據(jù)分組的序列號(hào)； 所述的時(shí)間戳在首部中占用8個(gè)字節(jié)，用以記錄該數(shù)據(jù)分組的開始采樣時(shí)間；所述的 時(shí)間信息包含年、月、日、時(shí)、分、秒；
所述的檢驗(yàn)和在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)分組的校驗(yàn)結(jié)果；所述的檢驗(yàn) 和計(jì)算方法是對(duì)數(shù)據(jù)分組首部進(jìn)行反碼算術(shù)求和運(yùn)算，然后逐位進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則 丟棄該數(shù)據(jù)分組；所述的正文長(zhǎng)度在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的數(shù)據(jù)總?cè)萘啃畔ⅲ?所述的采集通道在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前的數(shù)據(jù)采集通道，標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)分 組的數(shù)據(jù)信息來源； 所述的采樣信息在首部中占用8個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集的基本參數(shù)，所述基 本參數(shù)包括采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、保持時(shí)間與覆蓋頻率；
所述的停止標(biāo)志在首部中占用1個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的位置信息，若停止 標(biāo)志的賦值為0，說明此次數(shù)據(jù)采集過程未結(jié)束，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將繼續(xù)接收后續(xù)數(shù)據(jù)分 組，若停止標(biāo)志的賦值為1，說明此次數(shù)據(jù)采集過程結(jié)束，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將停止接收數(shù) 據(jù)分組；
所述的重傳標(biāo)志在首部中占用1個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的確認(rèn)信息，若重傳 標(biāo)志的賦值為0，說明此數(shù)據(jù)分組校驗(yàn)結(jié)果無誤，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將接收該數(shù)據(jù)分組，若 重傳標(biāo)志的賦值為1，說明此數(shù)據(jù)分組校驗(yàn)結(jié)果存在錯(cuò)誤，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將丟棄該數(shù)據(jù) 分組，要求重新發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的副本；
所述的預(yù)留字段在首部中占用6個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的特殊要求信息與緊 急特征參數(shù)。進(jìn)一步，所述的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)均采用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，采 用上、下位機(jī)雙CPU結(jié)構(gòu)，所述基于數(shù)字信號(hào)處理器的下位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集卡完成信號(hào)預(yù) 處理系統(tǒng)的功能任務(wù)，所述基于先進(jìn)精簡(jiǎn)指令機(jī)的上位機(jī)系統(tǒng)控制卡完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系 統(tǒng)的功能任務(wù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了鋼包澆注過程中的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、預(yù)處理與初步分 析。采用低功耗、穩(wěn)定性好、實(shí)時(shí)性高的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所述的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng) 與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)二者所要求的基本功能；本發(fā)明采用上下位機(jī)雙CPU結(jié)構(gòu)，模擬信號(hào) 采集、AD轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)預(yù)處理(濾波、FFT等操作)放在下位機(jī)實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)硬件規(guī)模及耗 電量，充分利用數(shù)字信號(hào)處理器在浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算方面的突出能力；將數(shù)據(jù)的處理、分析、顯示、 控制信息交互、網(wǎng)絡(luò)通信等功能放在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)，以充分利用先進(jìn)精簡(jiǎn)指令機(jī)的事務(wù)處 理能力和交互能力；上下位機(jī)通過主機(jī)通信接口進(jìn)行并行、高速的數(shù)據(jù)傳輸，滿足實(shí)時(shí)振動(dòng) 信號(hào)采集的需要。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在
1)實(shí)現(xiàn)在連鑄工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)噪聲環(huán)境下的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集與預(yù)處理，為 振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支持。2)多點(diǎn)并行的數(shù)據(jù)采集方法，能夠全方位檢測(cè)連鑄機(jī)澆注生產(chǎn)過程中的鋼流沖 擊振動(dòng)信號(hào)，并偵聽其它相關(guān)外來沖擊信號(hào)，為振動(dòng)式鋼包下渣系統(tǒng)識(shí)別的準(zhǔn)確性提供有 力保證。3)嵌入式雙CPU的系統(tǒng)實(shí)體配置，體積小、功耗低、實(shí)時(shí)性高，有效地確保了振動(dòng) 式鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)的工作可靠性。
圖1是本發(fā)明的功能模塊組成構(gòu)架。圖2是本發(fā)明的連鑄機(jī)振動(dòng)信號(hào)測(cè)量點(diǎn)分布示意圖。
圖3是本發(fā)明的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)功能構(gòu)架示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1-3，一種面向振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括多點(diǎn)并行 信號(hào)采集系統(tǒng)(Multi-channel Signal Collection System, MSCS) 1、信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng) (Signal Preprocessing System, SPPS) 2 與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)(Real-time Data Analysis System, RDAS)3 ；
所述的多點(diǎn)并行信號(hào)采集系統(tǒng)1，以鋼包澆注機(jī)構(gòu)及其支撐臺(tái)架為考察對(duì)象，確定多個(gè) 特征振動(dòng)信號(hào)測(cè)量點(diǎn)，然后在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)安裝振動(dòng)傳感器，全方位采集鋼包澆注過程中產(chǎn) 生的沖擊振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行初步放大處理，最后以并行方式將信號(hào)輸送至信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)2 ； 所述的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)2，能夠接收多路傳感器的實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理操作 后上傳至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3 ；其包括信號(hào)放大模塊(Signal Amplifier Module, SAM) 2U 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(A/D Transfer Module, ATM) 22、數(shù)字濾波模塊(Digital Filter Module, DFM)23、數(shù)據(jù)傳輸模塊(Data Upload Module, DUM) 24 ；
所述的信號(hào)放大模塊21對(duì)相對(duì)微弱的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行二次隔離放大，使其能 夠在連鑄車間的強(qiáng)噪聲環(huán)境中傳輸，且產(chǎn)生與其它測(cè)量數(shù)據(jù)相匹配的有用信號(hào)；
所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊22完成所采集振動(dòng)信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換工作，可以根據(jù)不同的檢測(cè) 要求設(shè)置相應(yīng)的物理采樣頻率；
所述的數(shù)字濾波模塊23過濾經(jīng)過放大與模/數(shù)轉(zhuǎn)換的振動(dòng)信號(hào)含有的環(huán)境干擾成分， 除掉尖峰沖擊信號(hào)；
所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊24將經(jīng)過預(yù)處理的振動(dòng)信號(hào)按照既定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式打成 數(shù)據(jù)分組或者數(shù)據(jù)文件，并通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議上傳至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；
所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3，接收信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)2上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分組，按照數(shù)據(jù)傳 輸協(xié)議格式約定進(jìn)行拆分，提取鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)并完成顯示、存儲(chǔ)與分析判斷的功能；其 包括數(shù)據(jù)顯示模塊(Data Display Module，DDM) 31、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(Data Storage Module, DSM)32、狀態(tài)識(shí)別模塊(Status Recognition Module, SRM) 33 ；
所述的數(shù)據(jù)顯示模塊31，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖形的顯示，可以根據(jù)不同要求查看時(shí)域、頻域 或者靜態(tài)特征參數(shù)的當(dāng)前變化趨勢(shì)；
所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊32，根據(jù)具體的配置參數(shù)存儲(chǔ)一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)文件，組成面向鋼 包下渣物理過程檢測(cè)的主題數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的特征參數(shù)提取、算法學(xué)習(xí)等工作提供充足的 數(shù)據(jù)支持，并具備歷史數(shù)據(jù)的回放與離線分析的功能；
所述的狀態(tài)識(shí)別模塊33，根據(jù)水流沖擊振動(dòng)基本特征，選用相應(yīng)的信號(hào)識(shí)別算法得到 當(dāng)前的鋼流澆注狀態(tài)，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示信號(hào)。所述振動(dòng)信號(hào)測(cè)量點(diǎn)包括操作臂11、鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)12、連鑄機(jī)支撐臺(tái)架13、中間包 14與操作臂支撐桿15 ；
所述的操作臂11測(cè)量點(diǎn)是通過無機(jī)粘合劑將振動(dòng)傳感器固定在操作臂遠(yuǎn)離鋼流的一 端，其采集與之相連的水口保護(hù)套管的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)；
所述的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)12測(cè)量點(diǎn)是通過磁性套座將振動(dòng)傳感器固定在回轉(zhuǎn)臺(tái)的一端，其 采集在鋼包澆注過程中，回轉(zhuǎn)臺(tái)在外界激勵(lì)作用下產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)；
所述的連鑄機(jī)支撐臺(tái)架13測(cè)量點(diǎn)是通過打樁方式將振動(dòng)傳感器固定在連鑄機(jī)工作平臺(tái)的邊緣位置，其采集 連鑄機(jī)支撐鋼構(gòu)在外界激勵(lì)作用下產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)；
所述的中間包14測(cè)量點(diǎn)是通過無機(jī)粘合劑將振動(dòng)傳感器固定在中間包耐火層外緣， 其采集由中間包水口開度變化而引起的中間包液位振蕩所產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)；
所述的操作臂支撐桿15測(cè)量點(diǎn)是通過磁性套座將振動(dòng)傳感器固定在操作臂支撐桿中 間部位，其采集與之相連的操作臂所傳遞的鋼流沖擊振動(dòng)與連鑄機(jī)平臺(tái)產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)的 華禹合f目號(hào)ο所述的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式，包括首部與數(shù)據(jù)信息正文兩部分；所述首部包括編號(hào)、 時(shí)間戳、檢驗(yàn)和、正文長(zhǎng)度、采集通道、采樣信息、停止標(biāo)志、重傳標(biāo)志、預(yù)留字段；所述數(shù)據(jù) 信息正文部分為所傳輸?shù)膶?shí)時(shí)水流沖擊振動(dòng)信號(hào)，其長(zhǎng)度由首部的正文長(zhǎng)度屬性值確定；
所述的編號(hào)在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)天所采集信號(hào)數(shù)據(jù)分組的序列號(hào)； 所述的時(shí)間戳在首部中占用8個(gè)字節(jié)，用以記錄該數(shù)據(jù)分組的開始采樣時(shí)間；所述的 時(shí)間信息包含年、月、日、時(shí)、分、秒；
所述的檢驗(yàn)和在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)分組的校驗(yàn)結(jié)果；所述的檢驗(yàn) 和計(jì)算方法是對(duì)數(shù)據(jù)分組首部進(jìn)行反碼算術(shù)求和運(yùn)算，然后逐位進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則 丟棄該數(shù)據(jù)分組；
所述的正文長(zhǎng)度在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的數(shù)據(jù)總?cè)萘啃畔ⅲ?所述的采集通道在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前的數(shù)據(jù)采集通道，標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)分 組的數(shù)據(jù)信息來源；
所述的采樣信息在首部中占用8個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集的基本參數(shù)，所述基 本參數(shù)包括采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、保持時(shí)間與覆蓋頻率；
所述的停止標(biāo)志在首部中占用1個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的位置信息，若停止 標(biāo)志的賦值為0，說明此次數(shù)據(jù)采集過程未結(jié)束，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將繼續(xù)接收后續(xù)數(shù)據(jù)分 組，若停止標(biāo)志的賦值為1，說明此次數(shù)據(jù)采集過程結(jié)束，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將停止接收數(shù) 據(jù)分組；
所述的重傳標(biāo)志在首部中占用1個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的確認(rèn)信息，若重傳 標(biāo)志的賦值為0，說明此數(shù)據(jù)分組校驗(yàn)結(jié)果無誤，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將接收該數(shù)據(jù)分組，若 重傳標(biāo)志的賦值為1，說明此數(shù)據(jù)分組校驗(yàn)結(jié)果存在錯(cuò)誤，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將丟棄該數(shù)據(jù) 分組，要求重新發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的副本；
所述的預(yù)留字段在首部中占用6個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的特殊要求信息與緊 急特征參數(shù)。所述的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)2與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3均采用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，采用 上、下位機(jī)雙CPU結(jié)構(gòu)，所述基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的下位機(jī)4實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集卡完成信 號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)的功能任務(wù)，所述基于先進(jìn)精簡(jiǎn)指令機(jī)ARM的上位機(jī)5系統(tǒng)控制卡完成實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的功能任務(wù)。其中DSP的具體型號(hào)為TI-TMS320C6711，ARM的具體型號(hào)為 Philips-LPC2138。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了鋼包澆注過程中的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、預(yù)處理與初步分 析。采用低功耗、穩(wěn)定性好、實(shí)時(shí)性高的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所述的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng) 與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)二者所要求的基本功能；本發(fā)明采用上下位機(jī)雙CPU結(jié)構(gòu)，模擬信號(hào) 采集、AD轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)預(yù)處理(濾波、FFT等操作)放在下位機(jī)4實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)硬件規(guī)模及耗電量，充分利用數(shù)字信號(hào)處理器在浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算方面的突出能力；將數(shù)據(jù)的處理、分析、顯 示、控制信息交互、網(wǎng)絡(luò)通信等功能放在上位機(jī)5上實(shí)現(xiàn)，以充分利用先進(jìn)精簡(jiǎn)指令機(jī)的事 務(wù)處理能力和交互能力；上位機(jī)5、下位機(jī)4通過主機(jī)通信接口進(jìn)行并行、高速的數(shù)據(jù)傳輸， 滿足實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)采集的需要。 本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù) 范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
一種面向振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于包括多點(diǎn)并行信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述的多點(diǎn)并行信號(hào)采集系統(tǒng)，以鋼包澆注機(jī)構(gòu)及其支撐臺(tái)架為考察對(duì)象，確定多個(gè)特征振動(dòng)信號(hào)測(cè)量點(diǎn)，然后在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)安裝振動(dòng)傳感器，全方位采集鋼包澆注過程中產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行初步放大處理，最后以并行方式將信號(hào)輸送至信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)；所述的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)，能夠接收多路傳感器的實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理操作后上傳至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；其包括信號(hào)放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字濾波模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述的信號(hào)放大模塊對(duì)相對(duì)微弱的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行二次隔離放大，使其能夠在連鑄車間的強(qiáng)噪聲環(huán)境中傳輸，且產(chǎn)生與其它測(cè)量數(shù)據(jù)相匹配的有用信號(hào)；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊完成所采集振動(dòng)信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換工作，可以根據(jù)不同的檢測(cè)要求設(shè)置相應(yīng)的物理采樣頻率；所述的數(shù)字濾波模塊過濾經(jīng)過放大與模/數(shù)轉(zhuǎn)換的振動(dòng)信號(hào)含有的環(huán)境干擾成分，除掉尖峰沖擊信號(hào)；所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊將經(jīng)過預(yù)處理的振動(dòng)信號(hào)按照既定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式打成數(shù)據(jù)分組或者數(shù)據(jù)文件，并通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議上傳至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，接收信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分組，按照數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式約定進(jìn)行拆分，提取鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)并完成顯示、存儲(chǔ)與分析判斷的功能；其包括數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、狀態(tài)識(shí)別模塊；所述的數(shù)據(jù)顯示模塊，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖形的顯示，可以根據(jù)不同要求查看時(shí)域、頻域或者靜態(tài)特征參數(shù)的當(dāng)前變化趨勢(shì)；所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，根據(jù)具體的配置參數(shù)存儲(chǔ)一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)文件，組成面向鋼包下渣物理過程檢測(cè)的主題數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的特征參數(shù)提取、算法學(xué)習(xí)等工作提供充足的數(shù)據(jù)支持，并具備歷史數(shù)據(jù)的回放與離線分析的功能；所述的狀態(tài)識(shí)別模塊，根據(jù)水流沖擊振動(dòng)基本特征，選用相應(yīng)的信號(hào)識(shí)別算法得到當(dāng)前的鋼流澆注狀態(tài)，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特 征在于所述振動(dòng)信號(hào)測(cè)量點(diǎn)包括操作臂、鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)、連鑄機(jī)支撐臺(tái)架、中間包與操作臂 支撐桿；所述的操作臂測(cè)量點(diǎn)是通過無機(jī)粘合劑將振動(dòng)傳感器固定在操作臂遠(yuǎn)離鋼流的一端， 其采集與之相連的水口保護(hù)套管的鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)；所述的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)量點(diǎn)是通過磁性套座將振動(dòng)傳感器固定在回轉(zhuǎn)臺(tái)的一端，其采集 在鋼包澆注過程中，回轉(zhuǎn)臺(tái)在外界激勵(lì)作用下產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)；所述的連鑄機(jī)支撐臺(tái)架測(cè)量點(diǎn)是通過打樁方式將振動(dòng)傳感器固定在連鑄機(jī)工作平臺(tái) 的邊緣位置，其采集連鑄機(jī)支撐鋼構(gòu)在外界激勵(lì)作用下產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)；所述的中間包測(cè)量點(diǎn)是通過無機(jī)粘合劑將振動(dòng)傳感器固定在中間包耐火層外緣，其采 集由中間包水口開度變化而引起的中間包液位振蕩所產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)；所述的操作臂支撐桿測(cè)量點(diǎn)是通過磁性套座將振動(dòng)傳感器固定在操作臂支撐桿中間 部位，其采集與之相連的操作臂所傳遞的鋼流沖擊振動(dòng)與連鑄機(jī)平臺(tái)產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)的耦合信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種面向振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 其特征在于所述的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式，包括首部與數(shù)據(jù)信息正文兩部分；所述首部包括 編號(hào)、時(shí)間戳、檢驗(yàn)和、正文長(zhǎng)度、采集通道、采樣信息、停止標(biāo)志、重傳標(biāo)志、預(yù)留字段；所述 數(shù)據(jù)信息正文部分為所傳輸?shù)膶?shí)時(shí)水流沖擊振動(dòng)信號(hào)，其長(zhǎng)度由首部的正文長(zhǎng)度屬性值確 定；所述的編號(hào)在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)天所采集信號(hào)數(shù)據(jù)分組的序列號(hào)；所述的時(shí)間戳在首部中占用8個(gè)字節(jié)，用以記錄該數(shù)據(jù)分組的開始采樣時(shí)間；所述的 時(shí)間信息包含年、月、日、時(shí)、分、秒；所述的檢驗(yàn)和在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)分組的校驗(yàn)結(jié)果；所述的檢驗(yàn) 和計(jì)算方法是對(duì)數(shù)據(jù)分組首部進(jìn)行反碼算術(shù)求和運(yùn)算，然后逐位進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則 丟棄該數(shù)據(jù)分組；所述的正文長(zhǎng)度在首部中占用4個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的數(shù)據(jù)總?cè)萘啃畔ⅲ凰龅牟杉ǖ涝谑撞恐姓加?個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前的數(shù)據(jù)采集通道，標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)分 組的數(shù)據(jù)信息來源；所述的采樣信息在首部中占用8個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集的基本參數(shù)，所述基 本參數(shù)包括采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、保持時(shí)間與覆蓋頻率；所述的停止標(biāo)志在首部中占用1個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的位置信息，若停止 標(biāo)志的賦值為0，說明此次數(shù)據(jù)采集過程未結(jié)束，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將繼續(xù)接收后續(xù)數(shù)據(jù)分 組，若停止標(biāo)志的賦值為1，說明此次數(shù)據(jù)采集過程結(jié)束，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將停止接收數(shù) 據(jù)分組；所述的重傳標(biāo)志在首部中占用1個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的確認(rèn)信息，若重傳 標(biāo)志的賦值為0，說明此數(shù)據(jù)分組校驗(yàn)結(jié)果無誤，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將接收該數(shù)據(jù)分組，若 重傳標(biāo)志的賦值為1，說明此數(shù)據(jù)分組校驗(yàn)結(jié)果存在錯(cuò)誤，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將丟棄該數(shù)據(jù) 分組，要求重新發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的副本；所述的預(yù)留字段在首部中占用6個(gè)字節(jié)，用以存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)分組的特殊要求信息與緊 急特征參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面向振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特 征在于所述的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)均采用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，采用上、下位 機(jī)雙CPU結(jié)構(gòu)，所述基于數(shù)字信號(hào)處理器的下位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集卡完成信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)的 功能任務(wù)，所述基于先進(jìn)精簡(jiǎn)指令機(jī)的上位機(jī)系統(tǒng)控制卡完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的功能任務(wù)。
全文摘要
一種面向振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括多點(diǎn)并行信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述的多點(diǎn)并行信號(hào)采集系統(tǒng)，以鋼包澆注機(jī)構(gòu)及其支撐臺(tái)架為考察對(duì)象，確定多個(gè)特征振動(dòng)信號(hào)測(cè)量點(diǎn)，然后在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)安裝振動(dòng)傳感器，全方位采集鋼包澆注過程中產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行初步放大處理，最后以并行方式將信號(hào)輸送至信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)；所述的信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)，能夠接收多路傳感器的實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理操作后上傳至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，接收信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分組，按照數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式約定進(jìn)行拆分，提取鋼流沖擊振動(dòng)信號(hào)并完成顯示、存儲(chǔ)與分析判斷的功能。
文檔編號(hào)B22D2/00GK101947642SQ20101027978
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者應(yīng)申舜, 計(jì)時(shí)鳴, 譚大鵬 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)