[发明专利]转炉化渣音频信号数字化传输方法及其传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及在转炉炼钢过程中用于监测化渣状态的的化渣音频信号采集和传输技术领域，尤其涉及转炉化渣音频信号数字化传输方法和传输装置。

背景技术

 化渣是转炉炼钢的关键操作之一，通过化渣来有效去除钢水中的硫、磷等有害元素，提高钢水质量。化渣过程中可能发生渣液面过低，表明炉渣中固相物质比例增加，液相比例降低，即“返干”状态，应提高枪位或减小氧气的流量；也可能出现渣液面过高的情况，造成“喷溅”状态，应降低枪位，提高底吹搅拌强度。在转炉炼钢的吹炼化渣过程中，应该尽量避免喷溅和返干的发生，特别是严重的喷溅能够带来设备和人员的损失。因此需要根据化渣状态及时进行氧枪高度调整，防止喷溅和返干的发生。通常，对于炉渣的在线检测是由熟练窑炉工通过转炉内发出的吹炼噪声进行判断，但是人的工作状态不稳定，无法实现自动炼钢。

为了用计算机代替人进行化渣状态判断，现在常采用音频化渣技术，即用监测计算机对化渣噪声的音频信号进行频谱分析等处理，得到化渣状态，为操作人员的控制措施提供参考。传统实现音频化渣的系统包括拾音器、放大电路、传输电缆和监测计算机，如图1，首先在转炉炉口附近安装拾音器，采集来自炉口的化渣噪声音频信号；采集到的音频信号经过放大电路放大后通过电缆传送到控制室内的监测计算机；监测计算机对传送来的音频信号进行分析，得到化渣状态。为了解决炉口高温的影响，把拾音器和放大电路放置在循环水箱内来降低工作温度。

为了更好地指导转炉化渣操作，本单位对音频化渣的算法进行了大量研究，以提高监测准确性和及时性，在研究时发现监测计算机所得到的音频信号质量对于分析结果有重要影响。由于音频信号采用了模拟方式进行较长距离的传输，容易产生信号衰减，而不同频率成分的衰减程度并不一致，造成频谱特性畸变，影响监测计算机分析的准确性。同时，操纵转炉炼钢是通过大量大电流继电器频繁开关实现的，形成大量电磁脉冲，会对电缆中传输的音频信号造成干扰，影响监测计算机分析的稳定性和准确性。为了减轻干扰造成的衰减，一些转炉化渣系统采用了电流环的方式来传输音频信号，但是反映化渣状态的频谱特性的快速变化以及过零率等信息却容易在电流环传输中产生损失。因此，如何实现向监测计算机提供准确的音频信号是要提高音频化渣准确性和及时性首先要解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种利用光纤传输的转炉化渣音频信号数字化传输方法和传输装置，以便消除音频信号在传输线路中的衰减和干扰问题。

现有的音频化渣系统在采用了模拟信号传输方式，模拟信号在传输过程中不可避免地会出现衰减问题，造成频谱特性的畸变，为此本发明提出把化渣音频信号转换成数字信号后再传输，可有效解决衰减问题。

本发明所采用的数字化传输方法具体包括如下步骤：安装在转炉炉口旁循环水箱内的拾音器采集炉口的化渣噪声音频信号，对来自拾音器的模拟音频信号进行PCM采样，形成数字音频信号，通过数字信号传输链路将信号传给监测计算机，特点在于：所述数字信号传输链路采用光纤线路，在信号进入光纤线路之前先将数字音频信号转换成串行数字信号，然后将串行数字电信号转换为串行数字光信号后再向光纤发送。本发明在将模拟音频信号转换成数字信号传输的同时，为解决用电缆传输信号容易受周围设备的电磁干扰问题，本发明提出采用光纤作为传输化渣音频数字信号的线路，可有效减少继电器等设备对音频信号传输过程的干扰，防止所传输的数字信号发生误码错误。

数字音频信号在光纤上的传输需遵循一定的传输协议，自定义光纤传输协议并开发光纤收发模块，实现成本较高，而且在稳定性上和标准化产品有一定差距，为简化化渣音频信号的数字化光纤传输，本发明将数字音频信号按照以太网传输标准在光纤上传输。以太网技术是成型的技术，以其传输速度快、范围广得到广泛应用。在此采用标准化的以太网技术传输化渣音频信号，监测计算机上运行的化渣监测软件可通过网络接收来自数字信号采集器的以太帧，解包后得到音频数字信号，进行分析处理。