專利名稱：轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸方法及其傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中用于監(jiān)測化渣狀態(tài)的的化渣音頻信號采集和傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸方法和傳輸裝置。
背景技術(shù)：
化渣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的關(guān)鍵操作之一，通過化渣來有效去除鋼水中的硫、磷等有害元素，提高鋼水質(zhì)量?；^程中可能發(fā)生渣液面過低，表明爐渣中固相物質(zhì)比例增加，液相比例降低，即“返干”狀態(tài)，應(yīng)提高槍位或減小氧氣的流量；也可能出現(xiàn)渣液面過高的情況， 造成“噴濺”狀態(tài)，應(yīng)降低槍位，提高底吹攪拌強度。在轉(zhuǎn)爐煉鋼的吹煉化渣過程中，應(yīng)該盡量避免噴濺和返干的發(fā)生，特別是嚴重的噴濺能夠帶來設(shè)備和人員的損失。因此需要根據(jù)化渣狀態(tài)及時進行氧槍高度調(diào)整，防止噴濺和返干的發(fā)生。通常，對于爐渣的在線檢測是由熟練窯爐工通過轉(zhuǎn)爐內(nèi)發(fā)出的吹煉噪聲進行判斷，但是人的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，無法實現(xiàn)自動煉鋼。為了用計算機代替人進行化渣狀態(tài)判斷，現(xiàn)在常采用音頻化渣技術(shù)，即用監(jiān)測計算機對化渣噪聲的音頻信號進行頻譜分析等處理，得到化渣狀態(tài)，為操作人員的控制措施提供參考。傳統(tǒng)實現(xiàn)音頻化渣的系統(tǒng)包括拾音器、放大電路、傳輸電纜和監(jiān)測計算機，如圖 1，首先在轉(zhuǎn)爐爐口附近安裝拾音器，采集來自爐口的化渣噪聲音頻信號；采集到的音頻信號經(jīng)過放大電路放大后通過電纜傳送到控制室內(nèi)的監(jiān)測計算機；監(jiān)測計算機對傳送來的音頻信號進行分析，得到化渣狀態(tài)。為了解決爐口高溫的影響，把拾音器和放大電路放置在循環(huán)水箱內(nèi)來降低工作溫度。為了更好地指導轉(zhuǎn)爐化渣操作，本單位對音頻化渣的算法進行了大量研究，以提高監(jiān)測準確性和及時性，在研究時發(fā)現(xiàn)監(jiān)測計算機所得到的音頻信號質(zhì)量對于分析結(jié)果有重要影響。由于音頻信號采用了模擬方式進行較長距離的傳輸，容易產(chǎn)生信號衰減，而不同頻率成分的衰減程度并不一致，造成頻譜特性畸變，影響監(jiān)測計算機分析的準確性。同時， 操縱轉(zhuǎn)爐煉鋼是通過大量大電流繼電器頻繁開關(guān)實現(xiàn)的，形成大量電磁脈沖，會對電纜中傳輸?shù)囊纛l信號造成干擾，影響監(jiān)測計算機分析的穩(wěn)定性和準確性。為了減輕干擾造成的衰減，一些轉(zhuǎn)爐化渣系統(tǒng)采用了電流環(huán)的方式來傳輸音頻信號，但是反映化渣狀態(tài)的頻譜特性的快速變化以及過零率等信息卻容易在電流環(huán)傳輸中產(chǎn)生損失。因此，如何實現(xiàn)向監(jiān)測計算機提供準確的音頻信號是要提高音頻化渣準確性和及時性首先要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種利用光纖傳輸?shù)霓D(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸方法和傳輸裝置，以便消除音頻信號在傳輸線路中的衰減和干擾問題。現(xiàn)有的音頻化渣系統(tǒng)在采用了模擬信號傳輸方式，模擬信號在傳輸過程中不可避免地會出現(xiàn)衰減問題，造成頻譜特性的畸變，為此本發(fā)明提出把化渣音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再傳輸，可有效解決衰減問題。
本發(fā)明所采用的數(shù)字化傳輸方法具體包括如下步驟安裝在轉(zhuǎn)爐爐口旁循環(huán)水箱內(nèi)的拾音器采集爐口的化渣噪聲音頻信號，對來自拾音器的模擬音頻信號進行PCM采樣， 形成數(shù)字音頻信號，通過數(shù)字信號傳輸鏈路將信號傳給監(jiān)測計算機，特點在于所述數(shù)字信號傳輸鏈路采用光纖線路，在信號進入光纖線路之前先將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號，然后將串行數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字光信號后再向光纖發(fā)送。本發(fā)明在將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)耐瑫r，為解決用電纜傳輸信號容易受周圍設(shè)備的電磁干擾問題，本發(fā)明提出采用光纖作為傳輸化渣音頻數(shù)字信號的線路，可有效減少繼電器等設(shè)備對音頻信號傳輸過程的干擾，防止所傳輸?shù)臄?shù)字信號發(fā)生誤碼錯誤。數(shù)字音頻信號在光纖上的傳輸需遵循一定的傳輸協(xié)議，自定義光纖傳輸協(xié)議并開發(fā)光纖收發(fā)模塊，實現(xiàn)成本較高，而且在穩(wěn)定性上和標準化產(chǎn)品有一定差距，為簡化化渣音頻信號的數(shù)字化光纖傳輸，本發(fā)明將數(shù)字音頻信號按照以太網(wǎng)傳輸標準在光纖上傳輸。以太網(wǎng)技術(shù)是成型的技術(shù)，以其傳輸速度快、范圍廣得到廣泛應(yīng)用。在此采用標準化的以太網(wǎng)技術(shù)傳輸化渣音頻信號，監(jiān)測計算機上運行的化渣監(jiān)測軟件可通過網(wǎng)絡(luò)接收來自數(shù)字信號采集器的以太幀，解包后得到音頻數(shù)字信號，進行分析處理。上述傳輸方法所采用的數(shù)字化傳輸裝置，包括循環(huán)水箱、拾音器和監(jiān)測計算機，拾音器位于循環(huán)水箱內(nèi)，還包括與拾音器連接的數(shù)字信號采集器，所述數(shù)字信號采集器包括依次連接的放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理模塊和光纖收發(fā)器，放大電路與拾音器連接，光纖收發(fā)器通過光纖連接遠端的監(jiān)測計算機，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號，處理模塊用于將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號，光纖收發(fā)器用于將串行數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字光信號。拾音器采集的化渣音頻信號先經(jīng)放大電路放大后再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號，由于光纖線路傳輸串行數(shù)字信號，因此設(shè)置處理模塊處理音頻信號形成串行數(shù)字信號，并借助光纖收發(fā)器將電信號轉(zhuǎn)換成可在光纖上傳輸?shù)墓庑盘柡?，再通過光纖向遠端的監(jiān)測計算機發(fā)送。這樣可利用數(shù)字信號對于一定程度的信號衰減畸變不會影響其傳輸內(nèi)容的特性解決模擬信號衰減帶來的信號畸變問題。另外，由于監(jiān)測計算機對化渣狀態(tài)的分析是依據(jù)化渣噪聲IKHz以下的低頻頻譜特性，因此數(shù)字信號采集器采用常用的SKHz采樣頻率，就能夠在形成的數(shù)字信號中完全保存化渣噪聲的低頻信息。 利用光纖傳輸音頻數(shù)字信號，外界的電磁輻射無法在光纖中產(chǎn)生干擾信號，保證了傳輸過程中不會發(fā)生誤碼。本發(fā)明欲采用以太網(wǎng)傳輸協(xié)議實現(xiàn)音頻信號在光纖上的傳輸，為配合以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，所述數(shù)字信號采集器的處理模塊通過以太網(wǎng)模塊與光纖收發(fā)器連接，光纖收發(fā)器的光纖接口連接通向監(jiān)測計算機的光纖。數(shù)字信號采集器的處理模塊把數(shù)字化后的音頻信號進行打包形成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，通過以太網(wǎng)電平接口輸出到光纖收發(fā)器，由光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)光信號向光纖發(fā)送。為配合上述利用以太網(wǎng)的傳輸方法，所述監(jiān)測計算機上安裝光纖網(wǎng)卡或以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，用來連接來自數(shù)字采集器的光纖，形成點對點的連接，將光纖上傳送來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號供監(jiān)測計算機分析處理。另外，為實現(xiàn)化渣系統(tǒng)的遠程控制管理，可將所述數(shù)字信號采集器通過光纖交換機與多臺監(jiān)測計算機和/或錄制計算機連接，借助網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)同步的信號分析和噪聲信號的錄制保存。
本發(fā)明通過將采集的化渣音頻信號數(shù)字化后進行傳輸，可消除模擬音頻信號在傳輸過程中的衰減問題，同時利用光纖作為傳輸鏈路，消除電磁干擾對音頻化渣系統(tǒng)的影響， 提高化渣系統(tǒng)的抗干擾和抗衰減能力；利用以太網(wǎng)實現(xiàn)化渣音頻信號的光纖傳輸，便于進行多臺計算機接收、處理和錄制，實現(xiàn)化渣狀態(tài)監(jiān)測的聯(lián)網(wǎng)操作。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述 圖1是現(xiàn)有音頻化渣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明所述音頻化渣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是實施例2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖4是實施例3的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖5是實施例4的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中，1、循環(huán)水箱，2、拾音器，3、放大電路，4、傳輸電纜，5、監(jiān)測計算機，6、數(shù)字信號采集器，61、放大電路，62、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，63、處理模塊，64、光纖收發(fā)器，65、以太網(wǎng)模塊，7、光纖交換機，8、錄制計算機。
具體實施例方式下面以非限定性的實施例來說明本發(fā)明的具體實施過程 實施例1
一種轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸方法，包括拾音器2、數(shù)字信號采集器6和監(jiān)測計算機5，數(shù)字信號采集器6包括放大電路61、模數(shù)轉(zhuǎn)換器62、處理模塊63和光纖收發(fā)器64，具體包括如下步驟
(1 )、安裝在轉(zhuǎn)爐爐口旁循環(huán)水箱1內(nèi)的拾音器2采集爐口的化渣噪聲音頻信號；
(2)、由模數(shù)轉(zhuǎn)換器62對來自拾音器2的模擬音頻信號進行PCM采樣，形成數(shù)字音頻信
號；
(3)、處理模塊63將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號；
(4)、光纖收發(fā)器64將串行數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字光信號；
(5)、利用光纖作為傳輸鏈路將串行數(shù)字光信號發(fā)送給監(jiān)測計算機5;其中，音頻信號在光纖上的傳輸遵循以太網(wǎng)傳輸協(xié)議。實施例2
一種轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸裝置，包括循環(huán)水箱1、拾音器2和監(jiān)測計算機5，拾音器2位于循環(huán)水箱1內(nèi)，還包括與拾音器2連接的數(shù)字信號采集器6，所述數(shù)字信號采集器6包括依次連接的放大電路61、模數(shù)轉(zhuǎn)換器62、處理模塊63和光纖收發(fā)器64，放大電路 61與拾音器2連接，光纖收發(fā)器64通過光纖連接遠端的監(jiān)測計算機5，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器62 用于將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號，處理模塊63用于將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號，光纖收發(fā)器64用于將串行數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字光信號。拾音器采集的化渣音頻信號先經(jīng)放大電路放大后再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號，然后由處理模塊處理音頻信號形成串行數(shù)字信號，并借助光纖收發(fā)器將電信號轉(zhuǎn)換成可在光纖上傳輸?shù)墓庑盘柡?，再通過光纖向遠端的監(jiān)測計算機發(fā)送。
實施例3
一種基于以太網(wǎng)實現(xiàn)的轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸裝置，包括循環(huán)水箱1、拾音器2 和監(jiān)測計算機5，拾音器2位于循環(huán)水箱1內(nèi)，還包括與拾音器連接的數(shù)字信號采集器6，所述數(shù)字信號采集器6包括依次連接的放大電路61、模數(shù)轉(zhuǎn)換器62、處理模塊63和光纖收發(fā)器64，放大電路61與拾音器2連接，處理模塊63通過以太網(wǎng)模塊65與光纖收發(fā)器64連接，光纖收發(fā)器64的光纖接口連接光纖一端，監(jiān)測計算機5上配有光纖網(wǎng)卡或以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，連接光纖另一端。實施例4
一種能實現(xiàn)多點監(jiān)控的轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸裝置，包括循環(huán)水箱1、拾音器 2、數(shù)字信號采集器6、多臺監(jiān)測計算機5和錄制計算機8，拾音器和數(shù)字信號采集器的設(shè)置與實施例3的結(jié)構(gòu)相同，本實施例的不同之處是將數(shù)字信號采集器的輸出端通過光纖交換機7連接多臺監(jiān)測計算機5和錄制計算機8，每臺監(jiān)測計算機和錄制計算機上均設(shè)有一個以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，通過以太網(wǎng)光纖收發(fā)器與光纖交換機7連接。這樣可將化渣音頻信號同時發(fā)送到多臺監(jiān)測計算機和錄制計算機上，實現(xiàn)同步的信號分析和噪聲信號的錄制保存。為提高爐口附近數(shù)字信號采集器的工作穩(wěn)定性，上述實施例可采用邏輯和外圍電路較簡單的單片機進行說明，但不限于單片機。數(shù)字信號采集器采用了 C8051F系列單片機內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理器開發(fā)實現(xiàn)， 利用其模數(shù)轉(zhuǎn)換器和外圍放大電路接收來自拾音器的化渣噪聲模擬信號，形成數(shù)字信號。 根據(jù)化渣噪聲分析的要求，采樣頻率為8000Hz，采樣精度為16位。對于數(shù)字化后的音頻信號，處理器經(jīng)過增加引導標志等處理，向光纖發(fā)送模塊串行輸出。光纖發(fā)送模塊接收到串行化的數(shù)字音頻信號，形成串行光脈沖，向光纖發(fā)送。以光脈沖形式傳送的音頻信號經(jīng)過光纖傳送到檢測計算機后通過光纖網(wǎng)卡或以太網(wǎng)光纖收發(fā)器識別引導標志后，形成數(shù)字音頻信號，進行頻譜處理分析。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸方法，包括如下步驟安裝在轉(zhuǎn)爐爐口旁循環(huán)水箱內(nèi)的拾音器采集爐口的化渣噪聲音頻信號，對來自拾音器的模擬音頻信號進行PCM采樣，形成數(shù)字音頻信號，通過數(shù)字信號傳輸鏈路將信號傳給監(jiān)測計算機，其特征在于所述數(shù)字信號傳輸鏈路采用光纖線路，在信號進入光纖線路之前先將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號，然后將串行數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字光信號后再向光纖發(fā)送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸方法，其特征在于數(shù)字音頻信號按照以太網(wǎng)傳輸標準在光纖上傳輸。
3.一種轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸裝置，包括循環(huán)水箱(1)、拾音器(2)和監(jiān)測計算機(5)，拾音器(2)位于循環(huán)水箱(1)內(nèi)，其特征在于還包括與拾音器(2)連接的數(shù)字信號采集器(6)，所述數(shù)字信號采集器(6)包括依次連接的放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(62)、處理模塊(63)和光纖收發(fā)器(64)，放大電路(61)與拾音器(2)連接，光纖收發(fā)器(64)通過光纖連接遠端的監(jiān)測計算機(5)，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器(62)用于將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號，處理模塊(63)用于將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號，光纖收發(fā)器(64)用于將串行數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字光信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸裝置，其特征在于所述數(shù)字信號采集器的處理模塊(63)通過以太網(wǎng)模塊(65)與光纖收發(fā)器(64)連接，光纖收發(fā)器的光纖接口連接通向監(jiān)測計算機的光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸裝置，其特征在于所述監(jiān)測計算機(5)上設(shè)有光纖網(wǎng)卡，用來將光纖上傳送來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號供監(jiān)測計算機分析處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸裝置，其特征在于所述監(jiān)測計算機(5)上設(shè)有以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，用來將光纖上傳送來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號供監(jiān)測計算機分析處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸裝置，其特征在于所述數(shù)字信號采集器(6)通過光纖交換機(7)與多臺監(jiān)測計算機(5)和/或錄制計算機(8)連接。全文摘要
本發(fā)明涉及在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中用于監(jiān)測化渣狀態(tài)的的化渣音頻信號采集和傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及轉(zhuǎn)爐化渣音頻信號數(shù)字化傳輸方法和傳輸裝置。本發(fā)明通過將采集的化渣音頻信號數(shù)字化后進行傳輸，可消除模擬音頻信號在傳輸過程中的衰減問題，同時利用光纖作為傳輸鏈路，消除電磁干擾對音頻化渣系統(tǒng)的影響，提高化渣系統(tǒng)的抗干擾和抗衰減能力；利用以太網(wǎng)實現(xiàn)化渣音頻信號的光纖傳輸，便于進行多臺計算機接收、處理和錄制，實現(xiàn)化渣狀態(tài)監(jiān)測的聯(lián)網(wǎng)操作。
文檔編號C21C5/46GK102492802SQ201110432918
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者伊靜, 勾紅領(lǐng), 孟令軍, 李學東, 李曉峰 申請人:山東建筑大學