一種電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置及方法，所述裝置包括主測量儀器和測量線框：主測量儀器用于接收和處理所述測量線框采集的次級電壓信號和初級電流信號，并對所述測量線框進行勵磁控制和直流磁場補償；測量線框用于采集次級電壓信號和初級電流信號，并將采集的信號傳輸給所述主測量儀器，還用于通過主測量儀器的勵磁控制實現(xiàn)對硅鋼片的交流磁化。所述主測量儀器又包括有信號分析單元、信號同步控制單元、功放單元、直流磁場補償單元、上位機系統(tǒng)和在線校準核查系統(tǒng)等功能模塊。本發(fā)明具有無損、連續(xù)測量的優(yōu)點，能解決愛潑斯坦方圈和單片磁導計無法實時監(jiān)測的問題，普遍適用于硅鋼生產(chǎn)。
【專利說明】一種電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硅鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種電工鋼(即硅鋼片)連續(xù)鐵損測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅鋼是鋼鐵產(chǎn)品中附加值最高的鋼種之一，評價硅鋼最重要的兩個指標是比總損耗(鐵損)和磁感。鐵損值越低，代表單位能耗越低，就更加適合制作大型變壓器(如特高壓變壓器500KV以上等);磁感越高，即磁導率越強，鐵芯的體積越小，鐵損和銅損都會降低，同時可以節(jié)省材料用量，節(jié)約成本。當硅鋼經(jīng)過酸洗、冷軋、退火、涂層等等一系列復雜的工藝生產(chǎn)出來，其質(zhì)量的好壞(即鐵損和磁感的高低)需要進行鑒別，鑒別后給硅鋼片賦予相應(yīng)的牌號，即是硅鋼片的判級過程。因此，進行硅鋼片的鐵損和磁感測量是至關(guān)重要的。
[0003]目前，國際上普遍采用的測量儀器采用兩種方法——愛潑斯坦方圈法和SST單片測量法,這兩種方法分別在IEC60404-2、IEC60404-3標準中做了詳細的規(guī)定。這兩種方法的共同具備的優(yōu)點是采用閉磁路測量，無論是方圈法還是單片法，都通過硅鋼片自身或者硅鋼片與磁軛之間形成了閉合的回路。因此具備理想的復現(xiàn)性和準確性，在世界范圍內(nèi)取得了成功和普遍應(yīng)用，對于推動硅鋼和電力領(lǐng)域損耗的降低起到了重要的作用。
[0004]然而，這兩種方法共同的缺點是都屬于取樣、離線測量，這一特點就意味著測量結(jié)果不是針對整卷的硅鋼進行的檢測，無法代表整卷產(chǎn)品的性能，尤其是取樣在硅鋼的頭部和尾部兩個部位剪取，頭尾部的性能與卷帶主體的性能具有較顯著的區(qū)別，另一方面離線測量需要對樣品進行剪切，特別是愛潑斯坦方圈法，對樣品的剪切次數(shù)較多，在剪切過程中試樣因為產(chǎn)生應(yīng)力會影響測量的準確性。最為明顯的一個問題是，硅鋼經(jīng)取樣檢測法后將成為廢料，給生產(chǎn)造成了極大的浪費。
[0005]另外還有一種日本生產(chǎn)的開磁路電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其僅僅是在線監(jiān)控儀，只能測量產(chǎn)品線趨勢，產(chǎn)品是否合格還必須取樣送實驗室判級才能判定是否合格。另夕卜，由于技術(shù)壁壘的存在，其所有調(diào)試參數(shù)都是保密的，須請日本技術(shù)人員來調(diào)參數(shù)，費用昂貴且不利于自主創(chuàng)新。日本連續(xù)鐵損儀的構(gòu)成:
[0006]( I)儀器測量和數(shù)據(jù)處理單元黑匣子模式，導致目前校準和量值溯源無法進行，對測量結(jié)果準確性無法保障。
[0007](2)采用H線圈法進行測量，非常容易引入電磁干擾，嚴重時，將影響判級。H線圈所處位置并不能代表真正的磁場，并且空心電感較大。且設(shè)備集成度較低，可擴展性較差。
[0008](3)沒有冗余性，可靠性較差。對于鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，要求設(shè)備24小時無間斷連續(xù)運行，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，需較長時間維修，嚴重影響生產(chǎn)。
[0009](4)儀器購置維護費用高昂。日本的硅鋼鐵損測量裝置，單臺儀器及配件價格近千萬元人民幣，儀器后期維護還必須從日本邀請專家，進一步增加了成本儀器發(fā)生故障日益增多并且維修周期長。一旦設(shè)備出現(xiàn)故障造成生產(chǎn)線停止運行，I個小時的經(jīng)濟損失達到20萬元人民幣之多。[0010]綜上，研制新的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，實現(xiàn)直接對生產(chǎn)的監(jiān)控和對產(chǎn)品的出廠判級是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電工鋼連續(xù)鐵損裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的硅鋼片的鐵損測量方案復雜、準確度低、費用高等問題。
[0012]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，包括主測量儀器和測量線框；
[0013]所述主測量儀器，其與所述測量線框連接，用于接收和處理所述測量線框采集的次級電壓信號和初級電流信號，并對所述測量線框進行勵磁控制和直流磁場補償；
[0014]所述測量線框，其與所述主測量儀器連接，用于采集次級電壓信號和初級電流信號，并將采集的信號傳輸給所述主測量儀器，還用于通過所述主測量儀器的勵磁控制實現(xiàn)對硅鋼片的交流磁化。
[0015]其中，所述主測量儀器包括信號分析單元、信號同步控制單元、功放單元、直流磁場補償單元、上位機系統(tǒng)和在線校準核查系統(tǒng)；
[0016]所述信號分析單元，其連接信號同步控制單元、功放單元、在線校準核查系統(tǒng)和測量線框，用于對所述測量線框傳輸?shù)拇渭夒妷盒盘柡统跫夒娏餍盘栠M行測量分析，獲得硅鋼片信號，并將硅鋼片信號傳輸給所述信號同步控制單元；還用于進行次級電壓正弦反饋處理，獲得工頻正弦信號與次級電壓信號的波形差值信號，再將工頻正弦信號與波形差值信號疊加后傳輸給所述功放單元；
[0017]所述信號同步控制單元，其連接信號分析單元、上位機系統(tǒng)和在線核查校準系統(tǒng)，用于接收所述上位機系統(tǒng)傳輸?shù)臏y量參數(shù)要求、所述信號分析單元傳輸?shù)墓桎撈盘栆约皩桎撈M行測量獲得的厚度信號、張力信號、溫度信號及長度信號，對接收的信號進行同步處理及計算，并將計算結(jié)果輸出至上位機系統(tǒng)；
[0018]所述功放單元，其連接信號分析單元和測量線框，用于對從所述信號分析單元接收的信號進行功放處理，并利用功放處理后的信號來驅(qū)動所述測量線框?qū)桎撈慕涣鞔呕?br> [0019]所述直流磁場補償單元，其連接所述測量線框，用于在所述測量線框的補償線圈內(nèi)產(chǎn)生直流磁場，實現(xiàn)對測量線框的直流磁場補償；
[0020]所述上位機系統(tǒng)，其連接信號同步控制單元，用于輸入測量參數(shù)要求和存儲計算結(jié)果;
[0021]所述在線校準核查系統(tǒng)，其連接信號分析單元和信號同步控制單元，用于對電工鋼連續(xù)鐵損裝置進行在線校準和核查。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置不僅具有無損、連續(xù)測量的優(yōu)點，能夠解決愛潑斯坦方圈和單片磁導計無法實時監(jiān)測的問題，而且還因其實時的測量周期，使硅鋼生產(chǎn)的質(zhì)量控制由滯后性改為能夠根據(jù)實測結(jié)果實時調(diào)整工藝，從而優(yōu)化了產(chǎn)品性能，是高性能硅鋼片生產(chǎn)必須具備的質(zhì)量控制手段，能在國外先進硅鋼生產(chǎn)企業(yè)普遍應(yīng)用。
[0023]此外，本發(fā)明的電工鋼連接鐵損測量裝置是高性能硅鋼生產(chǎn)自主化研究始終無法突破的關(guān)鍵技術(shù)和裝備之一，其能打破硅鋼行業(yè)乃至電力行業(yè)受制于人的局面，研制成功后能夠滿足高性能硅鋼生產(chǎn)的國產(chǎn)化硅鋼片在線精密測量儀，推進我國高性能硅鋼片生產(chǎn)工藝和裝備的自主化進程，從而幫助更多鋼企具備高性能硅鋼生產(chǎn)能力，提升我國鋼鐵行業(yè)競爭和盈利能力，提高我國電力和節(jié)能減排領(lǐng)域高性能硅鋼自我裝備能力。
[0024]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0025]進一步，所述信號分析單元包括第一多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、第一微處理器、第一多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器和次級電壓正弦反饋電路；
[0026]所述第一多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將次級電壓信號和初級電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將轉(zhuǎn)換后的次級電壓信號及初級電流信號傳輸給FPGA ；
[0027]所述FPGA，用于對次級電壓信號和初級電流信號的數(shù)字量進行實時計算，并將次級電壓信號、初級電流信號和實時計算獲得的硅鋼片信號傳輸給所述第一微處理器；
[0028]所述第一微處理器，用于實時讀取和處理所述FPGA傳輸?shù)墓桎撈盘?，并將讀取和處理的硅鋼片信號傳輸給所述多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器；
[0029]所述第一多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一微處理器傳輸?shù)耐掬撈盘栟D(zhuǎn)換成模擬量并輸出給所述信號同步控制單元；
[0030]所述次級電壓正弦反饋電路，其用于產(chǎn)生工頻正弦信號和接收次級電壓信號，并分別測量次級電壓信號和工頻正弦信號的相位，再對次級電壓信號進行移相處理，獲得與工頻正弦信號相位相同的信號，再將工頻正弦信號與移相后的次級電壓信號之間的波形差值放大后，疊加在工頻正弦信號上，并輸出給所述功放單元。
[0031]進一步，所述硅鋼片信號包括電壓有效值、電壓平均值、電流有效值、電流峰值、H信號和功率。
[0032]采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是:主要完成波形信號發(fā)生、電壓電流功率測量等功能，其將初級電流和次級電壓模擬量實時同步轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再計算電壓有效值、電壓平均值、電流有效值、電流峰值、H信號和功率等參數(shù)，并能每周期連續(xù)不斷地計算出上述參數(shù)，以保證測量結(jié)果實時響應(yīng)，實現(xiàn)實時反映硅鋼片性能。另一方面，采用了次級電壓正弦反饋電路，可以保證次級電壓波形正弦。
[0033]進一步，所述信號同步控制單元包括信號隔離放大器、信號同步模塊、第二多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二微處理器和第二多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器；
[0034]所述信號隔離放大器，用于接收和隔離厚度信號、張力信號和溫度信號，并將隔離后的信號傳輸給第二多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0035]所述信號同步模塊，用于接收增量編碼器信號和焊點信號，并將增量編碼器信號和焊點信號進行同步處理，獲得長度信號，并傳輸給第二多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0036]所述第二多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于接收厚度信號、張力信號、溫度信號、長度信號，并同時接收所述信號分析單元的硅鋼片信號，將接收的所有信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并傳輸給所述第二微處理器；
[0037]所述第二微處理器，其用于根據(jù)接收的多路數(shù)字量，計算出信號源調(diào)節(jié)信號、厚度偏差信號、速度信號和厚度信號，并同時計算出磁感信號或比總損耗信號，再將計算出的信號傳輸給所述多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器；
[0038]所述第二多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其用于將所述第二微處理器計算出的信號轉(zhuǎn)換成模擬量輸出
[0039]采用上述進一步方案的有益效果是:對生產(chǎn)線上影響比總損耗測量的信號進行測量，并實現(xiàn)信號同步，并可將同步信號用于對比總損耗的修正。
[0040]進一步，所述上位機系統(tǒng)連接有一個動態(tài)環(huán)境修正數(shù)據(jù)庫，且所述動態(tài)環(huán)境修正數(shù)據(jù)庫涵蓋的因素包括速度、帶寬、溫度、張力和地磁場。
[0041]采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是:動態(tài)環(huán)境修正數(shù)據(jù)庫中涵蓋的因素是基于模擬各種生產(chǎn)線環(huán)境條件，開展包括地磁力磁場偏移、鋼板偏移量、不同牌號卷帶所受張力、溫度等相互作用的外部環(huán)境條件影響測量結(jié)果的機理和量化程度等研究，再結(jié)合磁路仿真研究確定的結(jié)果。 [0042]進一步，所述在線校準核查系統(tǒng)包括電流校準接口、電壓校準接口、功率校準接口和溫度校準接口。
[0043]采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是:擁有電流、電壓、功率、溫度等多個參數(shù)校準接口和溯源方法，便于開展多個參數(shù)校準接口和溯源方法的研究。
[0044]進一步，所述測量線框橫向安裝在硅鋼片生產(chǎn)線上，由里到外依次包括骨架、空氣磁通補償線圈、感應(yīng)線圈、勵磁線圈、直流磁場補償線圈和環(huán)路線圈，且各線圈間通過絕緣層隔離；
[0045]所述骨架，其開口尺寸需使生產(chǎn)線上的硅鋼片能從骨架的空腔中穿過；
[0046]所述空氣磁通補償線圈，其用于抵消所述感應(yīng)線圈所包圍的空氣產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度；
[0047]所述感應(yīng)線圈，其用于感應(yīng)硅鋼片的磁感應(yīng)強度；
[0048]所述勵磁線圈，其用于對娃鋼片施加勵磁場；
[0049]所述直流磁場補償線圈，其用于對硅鋼片施加與環(huán)境場相反方向且動態(tài)可調(diào)節(jié)的直流磁場；
[0050]所述環(huán)路線圈，其用于測量環(huán)路磁場的大小。
[0051]采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是:設(shè)計的線框結(jié)構(gòu)，能有效修正有效磁路長度，大幅度降低測量結(jié)果隨著樣品的硅鋼片寬度、厚度、牌號種類的不同而改變的程度；增加了直流磁場補償線圈，能動態(tài)自動調(diào)節(jié)地磁場及周圍環(huán)境直流磁場對硅鋼測量帶來的誤差；增加了空氣磁通補償線圈，能抵消所述感應(yīng)線圈所包圍的空氣產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度，提高了測量精度；增加了環(huán)路線圈，使線框結(jié)構(gòu)能滿足安培環(huán)路電流法的測量條件。
[0052]對應(yīng)上述電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種電工鋼連續(xù)鐵損測量方法，采用上述電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其與上述電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置的技術(shù)特征--對應(yīng)，具體包括:
[0053]步驟I，測量線框?qū)桎撈M行交流磁化；
[0054]步驟2，測量線框采集次級電壓信號和初級電流信號，并傳輸給主測量儀器；
[0055]步驟3，主測量儀器接收和處理次級電壓信號和初級電流信號，并根據(jù)處理結(jié)果對測量線框進行勵磁控制和直流磁場補償。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1為本發(fā)明所述電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；[0057]圖2為本發(fā)明所述電工鋼連續(xù)鐵損測量方法的流程示意圖；
[0058]圖3為本發(fā)明所述信號分析單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖4為本發(fā)明所述信號同步控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖5為本發(fā)明所述信號同步模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖6為本發(fā)明所述直流磁場補償單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖7為本發(fā)明所述測量線框的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖8為本發(fā)明所述測量線框應(yīng)用于環(huán)路線圈電流法的工作原理示意圖；
[0064]圖9為本發(fā)明所述電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置利用伏安法進行鐵損測量的原理示意圖。
[0065]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0066]1、主測量儀器，2、測量線框，3、生產(chǎn)線，4、厚度儀，5、張力儀，6、溫度儀，7、增量編碼器，8、焊點裝置，11、信號分析單元，12、信號同步控制單元，13、功放單元，14、上位機系統(tǒng)，15、在線校準核查系統(tǒng)，16、直流磁場補償單元，21、骨架，22、空氣磁通補償線圈，23、感應(yīng)線圈，24、勵磁線圈，25、直流磁場補償線圈，26、環(huán)路線圈，27、溫度傳感單元，111、第一多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，112、FPGA，113、第一微處理器，114、第一多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器，115、次級電壓正弦反饋電路，116、第一顯示裝置，121、信號隔離放大器，122、信號同步模塊，123、第二多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，124、第二微處理器，125、第二多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器，126、報警裝置，127、第二顯示裝置，128、復位電路。
【具體實施方式】
[0067]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0068]如圖1所示，實施例一給出了一種電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，包括主測量儀器I和測量線框2，且測量線框2橫向安裝在生產(chǎn)線3上；
[0069]所述主測量儀器1，其與所述測量線框2連接，用于接收和處理所述測量線框2采集的次級電壓信號和初級電流信號，并對所述測量線框進行勵磁控制和直流磁場補償；
[0070]所述測量線框2，其與所述主測量儀器I連接，用于采集次級電壓信號和初級電流信號，并將采集的信號傳輸給所述主測量儀器I，還用于通過所述主測量儀器I的勵磁控制實現(xiàn)對硅鋼片的交流磁化。
[0071]另外，該電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置外還設(shè)有厚度儀4、張力儀5、溫度儀6、增量編碼器7及焊點裝置8，這些裝置用于測量生產(chǎn)線3上的硅鋼帶的相應(yīng)信號。
[0072]如圖2所示，對應(yīng)上述電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，本實施例還給出一種電工鋼連續(xù)鐵損測量方法，其與上述電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置的技術(shù)方案一一對應(yīng)，具體包括:
[0073]步驟I，測量線框?qū)桎撈M行交流磁化；
[0074]步驟2，測量線框采集次級電壓信號和初級電流信號，并傳輸給主測量儀器；
[0075]步驟3，主測量儀器接收和處理次級電壓信號和初級電流信號，并根據(jù)處理結(jié)果對測量線框進行勵磁控制和直流磁場補償。
[0076]現(xiàn)從主測量儀器和測量線框兩個方面具體說明本實施例所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置及方法的細節(jié)。[0077]一、主測量儀器
[0078]如圖1所示，所述主測量儀器I包括信號分析單元11、信號同步控制單元12、功放單元13、上位機系統(tǒng)14、在線校準核查系統(tǒng)15和直流磁場補償單元16。
[0079]所述信號分析單元11，其連接信號同步控制單元12、功放單元13、在線校準核查系統(tǒng)15和測量線框2，用于對所述測量線框傳輸?shù)拇渭夒妷盒盘柡统跫夒娏餍盘栠M行測量分析，獲得硅鋼片信號，并將硅鋼片信號傳輸給所述信號同步控制單元；還用于進行次級電壓正弦反饋處理，獲得工頻正弦信號與次級電壓信號的波形差值信號，再將工頻正弦信號與波形差值信號疊加后傳輸給所述功放單元。
[0080]所述信號同步控制單元12，其連接信號分析單元11、上位機系統(tǒng)14和在線核查校準系統(tǒng)15，用于接收所述上位機系統(tǒng)14傳輸?shù)臏y量參數(shù)要求、所述信號分析單元11傳輸?shù)墓桎撈盘栆约皩桎撈M行測量獲得的厚度信號、張力信號、溫度信號及長度信號，對接收的信號進行同步處理及計算，并將計算結(jié)果輸出至上位機系統(tǒng)。
[0081]所述功放單元13，其連接信號分析單元11和測量線框2，用于對從所述信號分析單元11接收的信號進行功放處理，并利用功放處理后的信號來驅(qū)動所述測量線框?qū)桎撈慕涣鞔呕?br> [0082]所述上位機系統(tǒng)14，其連接信號同步控制單元12，用于輸入測量參數(shù)要求和存儲
計算結(jié)果。
[0083]所述在線校準核查系統(tǒng)15，其連接信號分析單元11和信號同步控制單元12，用于對電工鋼連續(xù)鐵損裝置進行在線校準和核查。
[0084]所述直流磁場補償單元16，其連接所述測量線框，用于在所述測量線框的補償線圈內(nèi)產(chǎn)生直流磁場，實現(xiàn)對測量線框的直流磁場補償。
[0085]本實施例給出了主測量儀器的各部件的設(shè)計方案，具體如下。
[0086]I)信號分析單元
[0087]信號分析單元11與信號同步控制單元12、測量線框2及功放單元13配合使用，是電工鋼連接鐵損測量裝置的重要部件，主要用于對電工鋼連續(xù)鐵損測量中的次級電壓信號和初級電流信號進行分析，并將經(jīng)分析過程中產(chǎn)生的電壓有效值、電壓平均值、電流有效值、電流峰值、H信號和功率等參數(shù)傳輸給信號同步控制單元進行處理，同時還用于保證次級電壓波形正弦。測量線框的次級電壓信號和初級電流信號分別經(jīng)次級電壓放大器和初級電流放大器放大后傳輸至所述信號分析單元中進行處理，信號分析單元中也可直接集成次級電壓放大器和初級電流放大器。
[0088]如圖3所示，該信號分析單元包括第一多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器111、FPGA112、第一微處理器113、第一多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器114和次級電壓正弦反饋電路115。
[0089]所述第一多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器111，用于將次級電壓信號和初級電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將轉(zhuǎn)換后的次級電壓信號及初級電流信號傳輸給FPGA。
[0090]所述FPGA112，用于對次級電壓信號和初級電流信號的數(shù)字量進行實時計算，并將次級電壓信號、初級電流信號和實時計算獲得的硅鋼片信號傳輸給所述第一微處理器。所述FPGA實時計算獲得的硅鋼片信號包括:電壓有效值、電壓平均值、電流有效值、電流峰值、H信號和功率。
[0091]所述第一微處理器113，用于實時讀取和處理所述FPGA傳輸?shù)男盘枺⒆x取和處理的信號傳輸給所述多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器。所述第一微處理器還用于:根據(jù)次級電壓信號序列計算出磁感應(yīng)強度序列，根據(jù)初級電流信號計算出磁場序列，再由磁感應(yīng)強度序列和磁場序列描繪出磁滯回線，并將讀取和處理的信號及磁滯回線傳輸給連接的第一顯示裝置116進行顯示。
[0092]所述第一多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器114，用于將所述第一微處理器傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換成模擬量并輸出。
[0093]所述次級電壓正弦反饋電路115，其用于產(chǎn)生工頻正弦信號和接收次級電壓信號，并分別測量次級電壓信號和工頻正弦信號的相位，再對次級電壓信號進行移相處理，獲得與工頻正弦信號相位相同的信號，再將工頻正弦信號與移相后的次級電壓信號之間的波形差值放大后，疊加在工頻正弦信號上輸出。
[0094]結(jié)合上述分析，可知輸出的信號包括次級電壓信號、初級電流信號以及實時計算獲得的硅鋼片信號，如電壓有效值、電壓平均值、電流有效值、電流峰值、H信號和功率等，這些信號進入電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置的信號同步控制單元，進行信號同步處理，以保證能實時地反映硅鋼片性能。
[0095]同樣地，如圖3所示，所述次級電壓正弦反饋電路115包括正弦信號發(fā)生器、相位測量模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字移相器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、波形差值放大器和加法器，各模塊的具體功能如下所述。
[0096]所述正弦信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生工頻正弦信號，并將產(chǎn)生的工頻正弦信號傳輸給相位測量模塊、波形差值放大器和加法器。
[0097]所述相位測量模塊，其用于測量次級電壓信號和工頻正弦信號的相位，并將測量的相位值傳輸給所述數(shù)字移相器。
[0098]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其用于將次級電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并傳輸給數(shù)字移相器。
[0099]所述數(shù)字移相器，其連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和所述相位測量模塊，用于將次級電壓信號的數(shù)字量實時轉(zhuǎn)換為與工頻正弦信號相位相同的信號，并輸出給所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
[0100]所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其連接所述數(shù)字移相器和波形差值放大器，用于對移相后的次級電壓信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
[0101]所述波形差值放大器，其連接所述正弦信號發(fā)生器和所述加法器，用于將工頻正弦信號與移相后的次級電壓信號之間的波形差值放大，得到波形差值信號，并將波形差值信號輸出至加法器。
[0102]所述加法器，其連接所述正弦信號發(fā)生器和所述波形差值放大器，用于疊加工頻正弦信號與波形差值信號，疊加后的信號送入功放單元中進行處理。
[0103]設(shè)一個周期內(nèi)電壓米樣點為[ν?...ν；?...νη]，電流米樣點[II...Ii…In],則電壓有效值、平均值、電流有效值、峰值和有功功率有如下公式:
[0104]
【權(quán)利要求】
1.一種電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其特征在于，包括主測量儀器和測量線框； 所述主測量儀器，其與所述測量線框連接，用于接收和處理所述測量線框采集的次級電壓信號和初級電流信號，并對所述測量線框進行勵磁控制和直流磁場補償； 所述測量線框，其與所述主測量儀器連接，用于采集次級電壓信號和初級電流信號，并將采集的信號傳輸給所述主測量儀器，還用于通過所述主測量儀器的勵磁控制實現(xiàn)對硅鋼片的交流磁化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其特征在于，所述主測量儀器包括信號分析單元、信號同步控制單元、功放單元、直流磁場補償單元、上位機系統(tǒng)和在線校準核查系統(tǒng)； 所述信號分析單元，其連接信號同步控制單元、功放單元、在線校準核查系統(tǒng)和測量線框，用于對所述測量線框傳輸?shù)拇渭夒妷盒盘柡统跫夒娏餍盘栠M行測量分析，獲得硅鋼片信號，并將硅鋼片信號傳輸給所述信號同步控制單元；還用于進行次級電壓正弦反饋處理，獲得工頻正弦信號與次級電壓信號的波形差值信號，再將工頻正弦信號與波形差值信號疊加后傳輸給所述功放單元； 所述信號同步控制單元，其連接信號分析單元、上位機系統(tǒng)和在線核查校準系統(tǒng)，用于接收所述上位機系統(tǒng)傳輸?shù)臏y量參數(shù)要求、所述信號分析單元傳輸?shù)墓桎撈盘栆约皩桎撈M行測量獲得的厚度信號、張力信號、溫度信號及長度信號，對接收的信號進行同步處理及計算，并將計算結(jié)果輸出至上位機系統(tǒng)； 所述功放單元，其連接信號分析單元和測量線框，用于對從所述信號分析單元接收的信號進行功放處理，并利用功放處理后的信號來驅(qū)動所述測量線框?qū)桎撈慕涣鞔呕凰鲋绷鞔艌鲅a償單元，其連接所述測量線框，用于在所述測量線框的補償線圈內(nèi)產(chǎn)生直流磁場，實現(xiàn)對測量線框的直流磁場補償； 所述上位機系統(tǒng)，其連接`信號同步控制單元，用于輸入測量參數(shù)要求和存儲計算結(jié)果; 所述在線校準核查系統(tǒng)，其連接信號分析單元和信號同步控制單元，用于對電工鋼連續(xù)鐵損裝置進行在線校準和核查。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其特征在于，所述信號分析單元包括第一多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、第一微處理器、第一多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器和次級電壓正弦反饋電路； 所述第一多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將次級電壓信號和初級電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將轉(zhuǎn)換后的次級電壓信號及初級電流信號傳輸給FPGA ； 所述FPGA，用于對次級電壓信號和初級電流信號的數(shù)字量進行實時計算，并將次級電壓信號、初級電流信號和實時計算獲得的硅鋼片信號傳輸給所述第一微處理器； 所述第一微處理器，用于實時讀取和處理所述FPGA傳輸?shù)耐掬撈盘?，并將讀取和處理的硅鋼片信號傳輸給所述多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器； 所述第一多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一微處理器傳輸?shù)墓桎撈盘栟D(zhuǎn)換成模擬量并輸出給所述信號同步控制單元； 所述次級電壓正弦反饋電路，其用于產(chǎn)生工頻正弦信號和接收次級電壓信號，并分別測量次級電壓信號和工頻正弦信號的相位，再對次級電壓信號進行移相處理，獲得與工頻正弦信號相位相同的信號，再將工頻正弦信號與移相后的次級電壓信號之間的波形差值放大后，疊加在工頻正弦信號上，并輸出給所述功放單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其特征在于，所述信號同步控制單元包括信號隔離放大器、信號同步模塊、第二多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二微處理器和第二多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器； 所述信號隔離放大器，用于接收和隔離厚度信號、張力信號和溫度信號，并將隔離后的信號傳輸給第二多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 所述信號同步模塊，用于接收增量編碼器信號和焊點信號，并將增量編碼器信號和焊點信號進行同步處理，獲得長度信號，并傳輸給第二多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 所述第二多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于接收厚度信號、張力信號、溫度信號、長度信號，并同時接收所述信號分析單元的硅鋼片信號，將接收的所有信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并傳輸給所述第二微處理器； 所述第二微處理器，其用于根據(jù)接收的多路數(shù)字量，計算出信號源調(diào)節(jié)信號、厚度偏差信號、速度信號和厚度信號，并同時計算出磁感信號或比總損耗信號，再將計算出的信號傳輸給所述多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器； 所述第二多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其用于將所述第二微處理器計算出的信號轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其特征在于，所述硅鋼片信號包括電壓有效值、電壓平均值、電流有效值、電流峰值、H信號和功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其特征在于，所述上位機系統(tǒng)連接有一個動態(tài)環(huán)境修正數(shù)據(jù)庫，且所述動態(tài)環(huán)境修正數(shù)據(jù)庫涵蓋的因素包括速度、帶寬、溫度、張力和地磁場。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其特征在于，所述在線校準核查系統(tǒng)包括電流校準接口、電壓校準接口、功率校準接口和溫度校準接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其特征在于，所述直流磁場補償單元包括正峰值檢測電路、負峰值檢測電路、積分器和壓控電流源； 所述正峰值檢測電路，其用于檢測初級電流信號的正峰值，并將檢測到的正峰值傳輸給所述積分器； 所述負峰值檢測電路，其用于檢測初級電流信號的負峰值，并將檢測到的負峰值傳輸給所述積分器； 所述積分器，其用于對初級電流信號的正峰值與負峰值之差進行放大，并用放大后的信號驅(qū)動所述壓控電流源； 所述壓控電流源，其用于在所述積分器輸出信號的驅(qū)動下，在所述測量線框的補償線圈內(nèi)產(chǎn)生直流磁場。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，其特征在于，所述測量線框橫向安裝在硅鋼片生產(chǎn)線上，由里到外依次包括骨架、空氣磁通補償線圈、感應(yīng)線圈、勵磁線圈、直流磁場補償線圈和環(huán)路線圈，且各線圈間通過絕緣層隔離； 所述骨架，其開口尺寸需使生產(chǎn)線上的硅鋼片能從骨架的空腔中穿過； 所述空氣磁通補償線圈，其用于抵消所述感應(yīng)線圈所包圍的空氣產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度；所述感應(yīng)線圈，其用于感應(yīng)硅鋼片的磁感應(yīng)強度； 所述勵磁線圈，其用于對硅鋼片施加勵磁場； 所述直流磁場補償線圈，其用于對硅鋼片施加與環(huán)境場相反方向且動態(tài)可調(diào)節(jié)的直流磁場； 所述環(huán)路線圈，其用于測量環(huán)路磁場的大小。
10.一種電工鋼連續(xù)鐵損測量方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1至9中任一所述的電工鋼連續(xù)鐵損測量裝置，包括； 步驟I，測量線框?qū)桎撈M行交流磁化； 步驟2，測量線框采集次級電壓信號和初級電流信號，并傳輸給主測量儀器； 步驟3，主測量儀器接收和處理次級電壓信號和初級電流信號，并根據(jù)處理結(jié)果對測量線框進行勵磁控制和直流磁場補償。
【文檔編號】G01R27/26GK103728501SQ201310746247
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】林安利, 張志高, 范雯, 侯瑞芬, 賀建, 王京平, 戴璐 申請人:中國計量科學研究院