專利名稱：無縫管材高速冷軋機芯棒監(jiān)測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明提出一種無縫管材高速冷軋機芯棒監(jiān)測裝置。在軋制過程中，當(dāng)芯棒的軸向位移超出預(yù)定范圍時，該裝置會以聲、光形式報警，并指出位移方向，發(fā)出開關(guān)信號。
在軋制過程中，引起芯棒發(fā)生軸向位移的原因主要有以下兩個一是由于在軋制過程中，尤其是當(dāng)進給量大、軋制速度高時，錐形芯棒可能因負載過大或本身材質(zhì)缺陷發(fā)生局部破碎，此后芯棒碎片將隨成品管一起朝前運動，而芯棒的剩余部分(即芯棒桿)亦將偏離預(yù)先設(shè)計的傳動方向;二是由于支座緊固不良而使芯棒在工作過程中發(fā)生向后的退縮。無論芯棒因何原因發(fā)生過量的軸向位移，都必須及時停機，否則輕則產(chǎn)生廢品，重則可能導(dǎo)致整個軋機的損壞。
為了防止由于芯棒軸向位移而引起的損壞和危險，人們研究和設(shè)計了各種監(jiān)測芯棒位置的方法和裝置。曾有一種以檢測軋輥負荷為基本量間接監(jiān)測芯棒狀態(tài)的方法。因為軋輥負荷超常增加實際上可能是芯棒發(fā)生軸向位移的結(jié)果，所以這種方法終因靈敏度太差而被放棄。
德國專利DE1023441提出了一種較為靈敏的方法，即采用固定在成品管外的放射性同位素作信號源，而在成品管內(nèi)的芯棒頂部安裝一個鉛制園柱。當(dāng)芯棒因破碎發(fā)生過量軸向位移時，鉛柱將阻斷放射性同位素發(fā)生的伽瑪射線，從而觸發(fā)“芯棒斷裂”信號。這種方法終因放射性污染和其它技術(shù)原因而被德國政府禁用。
德國專利DE2367037.7提出了一種安全可靠的方法即在芯棒頂端安裝磁鐵，在成品管外用諧振電路的線圈檢測其磁場。當(dāng)芯棒團破碎而向前運動時，線圈將產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓，并據(jù)此發(fā)生“芯棒破碎”信號。
德國專利DE2548379在前述專利的基礎(chǔ)上提出了一種更為靈敏的方法即在成品管理內(nèi)部的芯棒頂端或在一根裝于芯棒頂端的接長桿的端部裝一塊磁鐵，在成品管外用一組半導(dǎo)體霍爾元件檢測其磁場的軸向分布，并通過電子電路積分尋求該磁場的最大強度的位置所在。當(dāng)芯棒因某種原因發(fā)生移動時，積分曲線的最大值的位置將發(fā)生變化，據(jù)此發(fā)出相應(yīng)的開關(guān)信號。這種方法要采用較多的半導(dǎo)體霍爾元件，為了克報這種元件特性漂移的影響，不得不采用復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)和電子電路。
本發(fā)明的基本目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上尋求一種更為靈敏、更為可靠、更為通用和更為簡單的方法和相應(yīng)的裝置，以在更廣闊的范圍內(nèi)替代原有的方法和裝置。
本發(fā)明所述的裝置由芯棒、磁鐵、探頭、聯(lián)接電纜和信號處理電路等部件組成。其發(fā)明要點是，磁鐵4固定在芯棒1的端部或通過接長桿2固定在芯棒1的端部，在所軋制的成品管3外，對應(yīng)磁鐵4的位置，安置有探頭6，用于檢測成品管3內(nèi)的磁鐵4透過成品管而泄露到外部的微弱漏磁場5，探頭6將所檢測列的表征漏磁場5的電壓信號經(jīng)電纜7送到信號處理系統(tǒng)8進行處理和鑒別。由于磁鐵4和芯棒1被聯(lián)為一體，則芯棒1的軸向位移會引起漏磁場5發(fā)生同樣位移，所以探頭6通過檢測漏磁場5的變化即可確定芯棒1的位置，當(dāng)芯棒1的軸向位移超過預(yù)先確定的范圍時，信號處理系統(tǒng)8便會發(fā)生一個開關(guān)信號，通知主機仃機，并通知指示電路指明位移方向。
所說的探頭的結(jié)構(gòu)是，在沿成品管3軸線方向裝有兩個由非晶態(tài)磁性合金構(gòu)成的磁敏元件10，并分布在同一軸線上，以檢測漏磁場5在空間兩點絕對磁場強度軸向分量之差，磁敏元件10除朝向成品管3外壁的工作面外，其余的非工作面均為非晶軟磁合金構(gòu)成的磁屏蔽層9，以有效地降低外部雜散磁場的干擾。
本發(fā)明所述的方法主要可通過圖3進行描述。在信號處理系統(tǒng)8中，由石英晶體控制的時鐘電路19產(chǎn)生頻率為F，占空比為S，相差為φ的雙相時鐘信號，形成可以分別調(diào)節(jié)兩路的時鐘信號φ1和φ2，其中一相時鐘φ1控制驅(qū)動電路18激勵探頭6中的磁敏元件10，探頭6將表征漏磁場5的電壓信號送到檢出電路12轉(zhuǎn)換成與漏磁場5的場強差成比例的直流電壓后，并經(jīng)信號調(diào)理電路13進行處理后，送到比較鑒別電路14使之與中心定位電路15，靈敏度調(diào)節(jié)電路16給定的基準(zhǔn)信號作比較和鑒別，以對芯棒1的軸向位置進行測定，所測試的結(jié)果與芯棒1的速度無關(guān);另一相對鐘φ2控制輸出電路20以同步方式把來自比較鑒別電路14的結(jié)果送到輸出插座21上去，以通知主機停機。中心定位電路15可以指定芯棒1的正常位置，靈敏度調(diào)節(jié)電路16可以指定芯棒1的允許活動范圍，兩者可分別調(diào)節(jié)，互不牽聯(lián)。
采用本發(fā)明所述的裝置和方法，在換軋不同材質(zhì)，不同規(guī)格的管子時，僅需調(diào)節(jié)探頭與成品管外壁之間距離，用中心定位電路和靈敏度調(diào)節(jié)電路重新確定芯棒的正常工作狀態(tài)，即可對芯棒繼續(xù)監(jiān)測。本發(fā)明所述的技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)對比，具有更高的靈敏度，且更為可靠、通用性強、使用更為簡單、方便，可代替原有的無縫管材高速冷軋機芯棒的監(jiān)測裝置。
附

圖1無縫管材高速軋機芯棒監(jiān)測裝置原理結(jié)構(gòu)圖;
附圖2探頭結(jié)構(gòu)示意圖;
附圖3信號處理系統(tǒng)原理框圖。
附圖中給出了本發(fā)明所述的裝置、結(jié)構(gòu)原理圖及信號處理系統(tǒng)原理框圖。在圖2中給出的探頭6圖例是僅用兩個非晶態(tài)合金構(gòu)成的磁敏元件10，分布在同一軸線上，其中心間距為d，以檢測漏磁場5在空間兩點絕對磁場強度軸向分量之差。在磁敏元件10的非工作面上有軟磁合金構(gòu)成的磁屏蔽層9。在信號處理系統(tǒng)8中，表征芯棒1位置信號由檢出電路12轉(zhuǎn)換成直流電壓，該直流電壓經(jīng)信號調(diào)理電路13處理后，由比較鑒別電路14進行識別;芯棒1的正常工作位置和允許活動范圍由中心定位電路15和靈敏度調(diào)節(jié)電路16分別獨立指定;信號處理系統(tǒng)8中的輸出電路20由時鐘φ2控制與探頭6同步工作。由比較鑒別電路14輸出的指示信號送往指示電路17，該指示電路17有安裝調(diào)試時指明正確的調(diào)節(jié)方向和芯棒1發(fā)生超常位移時指明移動方向的作用，其輸出形式可為3位半的十進制數(shù)碼，其符號表示為芯棒1位移的方向。
所有電路可由電源11供電。
權(quán)利要求
1.一種由芯棒、磁鐵、探頭、聯(lián)接電纜和信號處理系統(tǒng)構(gòu)成的無縫管材高速冷軋機芯棒監(jiān)測裝置，磁鐵固定在芯棒的端部或通過接長桿固定在芯棒端部，其特征在于，在成品管外，對應(yīng)磁鐵的位置，有用于監(jiān)測芯棒軸向位置的探頭，探頭通過電纜與信號處理系統(tǒng)相聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的監(jiān)測裝置，其特征在于，在所說的探頭內(nèi)，沿其成品管軸線方向裝有兩個由非晶態(tài)磁性合金構(gòu)成的磁敏元件，所說的磁敏元件分布在同一軸線上;磁敏元件除了朝向成品管外壁的工作面外，其余各面均為非晶軟磁合金磁屏蔽層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的監(jiān)測裝置，其特征在于，在所說的信號處理系統(tǒng)中可包括有時鐘電路、驅(qū)動電路、檢出電路、調(diào)理電路、比較鑒別電路、中心定位電路、靈敏度調(diào)節(jié)電路、輸出電路和指示電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所說的監(jiān)測裝置，其特征在于，時鐘電路輸出相差為φ的兩路雙相時鐘信號分別接至驅(qū)動電路和輸出電路，驅(qū)動電路的輸出端與探頭相聯(lián)接，探頭輸出的漏磁場電信號接至檢出電路，檢出電路的輸出端與比較鑒別電路相聯(lián)接，中心定位電路、靈敏度調(diào)節(jié)電路均與比較鑒別電路相聯(lián)接，比較鑒別電路輸出的結(jié)果信號和指示信號分別接至輸出電路和指示電路。
5.一種由芯棒、磁鐵、探頭、聯(lián)接電纜和信號處理系統(tǒng)構(gòu)成的無縫管材高速冷軋機芯棒軸向位移監(jiān)測方法，所說的磁鐵固定在芯棒的端部或通過接長桿固定在芯棒端部，其特征在于，用在其內(nèi)沿成品管軸線方向裝有兩個磁敏元件的探頭，在成品管外監(jiān)測成品管內(nèi)磁鐵(即芯棒)的軸向位置，兩個磁敏元件分布在同一軸線上，以差動方式檢測成品管內(nèi)的磁鐵在成品管外形成的漏磁場;信號處理系統(tǒng)接受到由探頭監(jiān)測到的表征漏磁場的電壓信號后，由檢出電路將其轉(zhuǎn)換成與漏磁場的場強差成比例的直流電壓，然后用模擬和數(shù)字混合方式進行處理和識別;當(dāng)監(jiān)測到的信號與指定芯棒的正常位置信號和允許芯棒活動范圍信號比較、鑒別后發(fā)現(xiàn)芯棒發(fā)生過量軸向位移，信號處理系統(tǒng)立即發(fā)出信號，通知停機，并通過指示電路指明位移方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所說的監(jiān)測方法，其特征在于，所說的信號處理系統(tǒng)包括有時鐘電路、驅(qū)動電路、檢出電路、調(diào)理電路、比較鑒別電路、中心定位電路、靈敏度調(diào)節(jié)電路、輸出電路和指示電路，所說的時鐘電路由石英晶體所控制，形成可以分別調(diào)節(jié)兩路的時鐘信號φ1和φ2，其中時鐘φ1控制驅(qū)電路激勵探頭的磁敏元件，探頭將表征漏磁場的電壓信號送到檢出電路并轉(zhuǎn)換成與漏磁場的場強差成比例的直流電壓，將該直流電壓輸送到信號調(diào)理電路進行處理后，送比較鑒別電路使之與來自中心定位電路和靈敏度調(diào)節(jié)電路的基準(zhǔn)信號作比較和鑒別，以對芯棒的軸向位置進行測定;時鐘φ2控制輸出電路以同步方式把來自比較鑒別電路的結(jié)果送到輸出插座上去。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所說的監(jiān)測方法，其特征在于，表征芯棒位置的直流電壓經(jīng)調(diào)理后，由比較鑒別電路進行識別。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所說的監(jiān)測方法，其特征在于，芯棒的正常工作位置和允許活動范圍由中心定位電路和靈敏度調(diào)節(jié)電路分別獨立指定。
全文摘要
一種無縫管材高速冷軋機芯棒監(jiān)測裝置與方法。主要由芯棒、磁鐵、探頭、聯(lián)接電纜和信號處理系統(tǒng)構(gòu)成，在探頭中安置兩個由非晶態(tài)合金構(gòu)成的磁敏元件，對成品管內(nèi)磁鐵的漏磁場進行檢測，并用雙相時鐘信號激勵磁敏元件和控制輸出電路以同步方式把經(jīng)過處理、比較鑒別后的結(jié)果信號送出以通知主機確定芯棒的工作狀態(tài)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有更高的靈敏度和可靠性，且通用性強，使用簡單，方便等優(yōu)點。
文檔編號G01B7/00GK1090798SQ93101320
公開日1994年8月17日 申請日期1993年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月12日
發(fā)明者趙英俊, 楊克沖, 鄭軍, 解源, 楊叔子 申請人:華中理工大學(xué)