板形检测辊输出信号模拟发生器的研制王兴华，杨景明，王洪瑞（自动化系）摘要依据板形检测辊现 场运行时所输出的信号．研制了一套该信号的模拟发生器．该装置可用于二次仪表调试以及作现场
故障诊断．本文对板形信号产生的机理及信号模拟发生器的设计与实现做了详细介绍．关键词板形 检测，压磁传感器，模拟信号分类号ＴＧ３３４．９ＯＧＩ言板形检测是确保薄带材板形质量的一 个重要环节．板形检测的一次仪表为板形检测辊．二次仪表为通道处理及计算机显示等．由于板形 检测辊的输出是二次仪表的信号．ｌ－ｌ检测辊只有在轧机正常轧制过程中．其上作用有径向压力 时才有信号输出．所以．这不仅给一次仪表与二次仪表的同时研制造成了极大的不便．而且一次仪 表的信号输出还需要轧机的配合运行．针对上述情况．研制了一套板形检测辊输出信号模拟发生器 、可为二次仪表的实验和调试提供方便．且大大缩短了板形仪的研制周期．ｌ板形检测原理及输出 信号板形是指轧制以后板带材内部残余应力沿板形宽度方向的分布．图１为板形检测辊及轧机系统 的剖面图．在带有张力Ｆ：民制时、板形可以通过测量作用于板形检测辊各段上的径向压力厂。； 而近似地反映出残余应力沿板定方向的分布，板形检测辊辊芯为一个实心的钢辊．在它的表面对称 沿辊身长度方向开有四个长槽．槽内每５０ｎｌｍ放一组传感器（４个）共１２组、磨削后在辊外 面热装人ｉＺ个钢环．环与环之间有很窄的问隙．形成门个独立测量段．传感器采用压磁式传感器 、它利用铁磁材料的压磁效应．当受外力作用时、铁磁材料内部产生应力变化．引起铁磁材料导磁 率的变化、使统组间耦合系数变化、最终导致输出电势变化．通过相应的测量线路就可以得到作用 于传感器的外力大小与方向．图１轧机及检测辊安装示意图一组压磁传感器的原副端绕组接线如图 ２、初级端同向串联．输出端反向串联．这种接法可以获得较高灵敏度的输出信号。并且可以减小 由于温度变化和离心力作用对输出信号产生的不利影响．传感器的等效电路如图３、设图２传感器 绕组接线图其有效值为如果同一辊环中的四个传感器的互感系数相等．即ＭＩ—蚂一码一峋４做出 电压人一０．这表明当检测辊不受力时，输出为零．若有一个传感器例如ｌ’传感器受力。导致Ｍ Ｉ＝Ｍ十面ＭＪ叫民广电ＫＩＵＯ、其中。。；＝。。。；ＩＶｒｔ＋（。Ｌｐ）’·当检测辊旋 转一周时、总输出为四个传感器的输出代数和：图３传感器等效电路式中Ａ犬一。（凸ＭＩ一Ａ从 十图３中的沙。为传感器的励磁电源河。－ＡＩＳＩＳ。ｌ、为了使检测信号有较高的灵敏度。取 。＝２。ｘ２０００（ｒａｄ／ｓ）．为讨论方便．认为作用于检测辊的压力信号入一ＡＺｓｉｎ ０Ｉ·设轧制速度为１’（ｍ／Ｓ）·检测辊直径为Ｄ（），每周有四个传感器．则传感器输出波 形的角频率为Ｑ一（ＺＴ’／。Ｄ）ｘ２。（ｒａｄ／ｓ）．＠常旋转频率在３０Ｈｉ之内．由于 压磁传感器受的是励磁电源和压力的合成作用．其输出应该是上述两者的合成．即以励磁信号为载 波．以压力为调制信号的调幅波．以一个传感器受压力为例．设压力ＦＲ引起的ＡＭ变化近似为线 性关系。则式中人；一ＡＫＩＡＩＡＺ式（２）是在设～一ＡＺ幻ｎＱｔ情况下的输出．实际上～ 的作用是单方向的．但由于一段上的四个传感器次级绕组如图２逆向串联．使得输出信号在八３’ 传感器受压时为同相位、２’／传感器受压时为反相位．所以将～的作用近似为一个正弦函数．另 一日为检测辊输出波形图方面、由干每个传感器仅占一周的很小一部分、所以输出的包络线是不连 续的．在传感器设有受压的部分输出为零．检测辊旋转一周．一段的输出波形如图４，相邻的两个 调幅波相位相差１８０：如果检测辊１２段全部工作时．则同时应有１２路这样的信号输出．２检 测辊输出信号的模拟实现检测辊输出信号是依式（２）的原理产生的，但实际输出如图４．即对式 （２）中的ＳｉｎＱｔ不是连续的正弦波、而是将ｓｉｎｏｔ进行一段死区关断．基于这一原理． 板形检测辊输出信号的模拟框图如图５．图中以低频正弦信号经死区输出后模拟压力的变化。频率 最高为２８ＨＺ（可调）．以高频正弦信号模拟载波信号、频率为２００（）Ｈ．［－ＮＳ检测辊 输出信号模拟实现框图图６低频正弦信号发生器１．低频正弦信号发生器电路如图６、由于正弦信 号的频率反映的是轧制速度．所以频率应在最大范围内可调、为此采用单Ｔ选频网络的文氏桥正弦 波发生器．如图。单Ｔ网络的频率特性为由式（３）可知、当。一。，时．幅频特性的幅值最小、 沁。卜Ｌｉ。一刁（，。＋２）．且相移为零．由此可见．当运算放大器的特性不理想时、仅将上 述单Ｔ网络置于放大器的反馈回路中．很难满足振荡条件、必须再引人一个正反馈才有可能满足振 荡条件．本电路采用外激调谐方法来实现正反馈．除主振远放Ａ朴。还设有三极管电路．由它构成 零交单限比较器．使三极管输出方波反馈回单Ｔ选频网络，产生自激振荡．振荡频率仅由单Ｔ选频 网络的参数决定．调节电位器Ｐ间可改变频率．该电位器被安装在仪表的面板上．２．高频正弦信 号发生器该装置中以高频正弦信号模拟励磁电源的载波信号、该电路与图６完全相同，只是图中的 电容取原来的１／１００．３．死区对低频正弦波进行一段死区关断．以模拟传感器之间不受压的 状态．电路如图７已由运放ＡＩ和ＡＺＩＭ具有电压偏置的半波整流电路、分别对正负输人电压整 流．在ＡｌｉＭ的半被整流电路中·当Ｅｊｌ－０时、输出为纯半波；马ｌ一０时·整流起点不再 是零·当输入电压心为一Ｅｊｌ时、才有输出电压、整流起点被移到一马ｌ；同理、ＡＺ的整流起 点移到马。，两者经Ａ湘加后就得到图７ｂ的死区特性．死区的上下边界电压为图８乘法器及输人 、输出波形死区特性斜率为分别改变马、马可实现对正负死区的独立调节、该两个电位器被安装于 面板上，以实现对传感器不受压宽度的调节．４．乘法器用以模拟励磁电源与传感器所受压力的合 成作用，电路如图８．乘法器采用ＡＤ５３３实现．乘法器按ＵＳｔ＝Ｘｉ人ｎ／１０将Ｘｉ卢Ｙ ｉｎ输人的结果相乘、其输人与合成波形如图ｓｂ·调整又使输出有一个适当的值．至此由乘法器 的输出模拟出板形检Ｎｇ辊的输出信号．５．驱动器由于检测辊同时有１２路相同的信号输出．所 以驱动器一共有１２个。其输人取同一个信号源，输出分别对应１２个通道．驱动器电路由普通的 运算放大器接成反相输入构成．并且每一路引出一个电位器至面板．以调节各通道的输出幅值．３ 结束语该板形检测辊输出信号模拟仪被装人二次仪表的柜体内、由切换开关进行实际输出信号与模 拟输出信号的切换．现场运行时可用作板形仪的故障诊断．如果对模拟输出信号．二次仪表的显示 是正确的、就可以断定故障出现在检测辊内；如果对模拟输出信号二次仪表工作也不正常、则故障 出现在二次仪表．该模拟仪在二次仪表的调试中起了很大的作用．参考文献｜｜１燕山大学板形研 究室编．板形控制原理概述．１９９１２李清泉．黄昌宁编著．集成运算放大器原理与应用．科学 出版社．１９８０３杨景明．宽板板形显示及其分段张力数据处理方法的研究．［学位论文］．齐 齐哈尔：东北重型机械学院．１９８７４康华光主编．电子技术基础（模拟部分）．高等教育出版 社．１９７９ＳｉｍｕｌａｔｔｈｅＯｕｔｐｕｔＳｉｇｎａｌｏｆＳｈａｐｅＭｅａｓｕｒｉｎ ｇＲｏｌｌ￥ＷａｎｇＸｉｎｇｈｕａ；ＹａｎｇＪｉｎｇｍｉｎｇ；Ｗａｎｇｈｏｎｇｒｕｉ（ Ｄｅｐｔ．ｏｆＡｕｔｏ．）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈ ｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｓｈａｐｅｓｉｇｎａｌｓｐｒｏｄｕｃｉｎｇ．ａｌｏｎｇｗ ｉｔｈｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｉｇｎａｌａｎａｌｏｇｙｐｒ ｏｄｕｃｅｒｗｈｉｃｈｃａｎｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌｏｆｓｈａｐ ｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｒｏｌｌｔｈａｔｉｓｗｏｒｋｉｎｇ．Ｔｈｉｓｄｅｖｉｃｅｉｓｖｅｒ ｙｕｓｅｆｕｌｗｈｅｎｏｐｅｒａｔｏｒｉｓｄｅｂｕｇｇｉｎｇｔｈｅｔｗｉｃｅｍｅｔｅｒ ａｎｄｄｉａｇｎｏｓｉｎｇｔｈｅｓｃｅｎｅｔｒｏｕｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈａｐｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ；ｍａｇｎｅｔｏ－ｅｌａｓｔｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ａｎｏｌｏｇｉ ｃｓｉｇｎａｌ板形检测辊输出信号模拟发生器的研制@王兴华，杨景明，王洪瑞板形检测，压磁 传感器，模拟信号依据板形检测辊现场运行时所输出的信号．研制了一套该信号的模拟发生器．该 装置可用于二次仪表调试以及作现场故障诊断．本文对板形信号产生的机理及信号模拟发生器的设 计与实现做了详细介绍．１燕山大学板形研究室编．板形控制原理概述．１９９１２李清泉．黄昌 宁编著．集成运算放大器原理与应用．科学出版社．１９８０３杨景明．宽板板形显示及其分段张 力数据处理方法的研究．［学位论文］．齐齐哈尔：东北重型机械学院．１９８７４康华光主编． 电子技术基础（模拟部分）．高等教育出版社．１９７９该电位器被安装在仪表的面板上．２．高 频正弦信号发生器该装置中以高频正弦信号模拟励磁电源的载波信号、该电路与图６完全相同，只 是图中的电容取原来的１／１００．３．死区对低频正弦波进行一段死区关断．以模拟传感器之间 不受压的状态．电路如图７已由运放ＡＩ和ＡＺＩＭ具有电压偏置的半波整流电路、分别对正负输 人电压整流．在ＡｌｉＭ的半被整流电路中·当Ｅｊｌ－０时、输出为纯半波；马ｌ一０时·整流 起点不再是零·当输入电压心为一Ｅｊｌ时、才有输出电压、整流起点被移到一马ｌ；同理、ＡＺ 的整流起点移到马。，两者经Ａ湘加后就得到图７ｂ的死区特性．死区的上下边界电压为图８乘法器及输人、输出波形死区特性斜率为分别改变马、马可实现对正负死区的独立调节、该两个电位器被安装于面板上，以实现对传感器不受压宽度的调节．４．乘法器用以模拟励磁电源与传感器所受压力的合成作用，电路如图８．乘法器采用ＡＤ５３３实现．乘法器按ＵＳｔ＝Ｘｉ人ｎ／１０将
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