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  • X 射线测厚技术及其在热轧

    • 作者:X 射线测厚技术及其在热轧 更新时间:2012-03-12 11:48:40 来源:X 射线测厚技术及其在热轧
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    文章概况:X 射线测厚技术及其在热轧
    AGC 系统上的应用
    崔庆胜
    (济南钢铁集团总公司山东济南250101)

          【摘要】射线测厚主要应用于工业现场,工业生产过程的特点是:温度高,产品速度快等特点,用传统的方法很难去实时的
    高精度的测量厚度,这时利用被测体对X 射线的吸收量与被测体的厚度有关的关系,通过复杂的模型运算和先进的信号处理
    技术,计算出被测体的厚度便应运而生,这种测量方式克服了被测介质因为跳动、卷曲等因素而对测量造成的影响,达到了动
    态、高精度的测量目的。

          【关键词】测厚;X 射线;自动厚度控制;凸度检测

           0.引言
           随着射线控制技术不断发展和成熟, 其在工业和医疗领域的应用也越来越广泛。在此基础上发展起来的测厚仪、凸度仪,已成功运用于热轧带钢的厚度和板型的测量,体现出了良好的性能,能够适应现场较恶劣测量,并保持长期稳定运行。其理论基础就是通过被测物体吸收的射线量和被测物体的厚度及材质有关,将射线量通过传感器转化为电信号,经过数字信号处理模块转化为宽度信号,从而得出凸度等板型信号。

          1.射线测厚测量原理
          1.1X 射线测厚的原理简单的说,射线测厚的基本原理就是X 射线穿过带钢时,带钢对射线有吸收和阻挡作用从而使得传感器接收到的射线强度减弱, 在射线强度和带钢厚度之间建立起对应关系即可通过检测射线强度来测得带钢厚度。图1 是射线测厚原理图所示。


           Detector:探测器,其主要作用是可以感受到射线辐射量的强弱并将其转换成电信号的大小。Radioactive source withshield:射线源,IMS 测宽仪和凸度仪使用的都是高压产生射线的方法。



            Im: 被带钢吸收后的探测器信号;Io: 空照下的探测器信号;μ:吸收系数;s:带钢厚度。
            带钢对射线吸收量不仅和其厚度有关系, 还和被测量的材质有关。
            这里是使用电离室作为传感器。电离室的输出信号是电流信号,它与入射辐射是线性关系,此电流信号由放大器和转换器转换成标准电压信号, 电压信号通过A/D 转换器转换为数字量信号传递给计算机系统。
            1.2 射线测厚信号处理系统
            被测材质不均匀,容易造成的局部射线吸收量异常,如果测量单点的厚度就容易造成测量偏差较大,鉴于此,射线测厚系统会布置4 个甚至更多的探测器分布在被测介质的宽度方向上,其中,射线测厚的信号处理系统图如下。




            2.射线测厚实现的数学模型
            如图2,探测器(电离室)内部充满了惰性气体,惰性气体在高压下(2000v)受到射线的辐射会产生微弱的电流信号,此电流信号通过测量放大,变成mv 级电压信号,后经过二级放大,放大到0~10v 电压信号,后经过模数转换器转换成数字量信号,此处的模数转换器的精度为16bit ,所以该模数转换器输入信号为0~10V,输出数字量对应的量程为0~65535。被转换后的数字量最终会通过以太网(UDP 协议)传输到中央处理器。
            2.1 信号处理
            2.1.1 平滑信号,很多系统需要测厚仪的测量信号,比如凸度算法模块,AGC(自动厚度控制)系统等,而每个系统的采样周期又不尽相同,所以,根据不同的响应时间的需求,系统需要产生一个平均的信号值MM(mV)。


            2.1.2 信号标准化:不同的通道的测量值不同,如果需要准确的算出带钢的实际厚度, 需要在不同的测量信号值之间找到关联关系。



           其中:GS:两个测量通道的量程范围之间的关系,不包含零点漂移;MM:实时测量值;CZ:没有射线,情况下,探测器的测
    量信号;CS:在射线全开,没有被测介质情况下探测器的测量值。



             2.1.3 线形化
             MN 为非线性的输出,通过线形化,经MN 转换成线形化的输出




            其中:μ‘ = 吸收系数;σ= 密度;μ = μ ‘ x σ;LW= 厚度。不同的物质,其对射线的吸收量时是不同的,如下表所示。




           3.射线测厚技术在热轧带钢厚度测量上的应用
           3.1 厚度实时检测与反馈
           在热轧系统中, 带钢的厚度信号是带钢厚度自动控制系统(AGC)需要的反馈信号,在带钢来到测厚仪前,热轧系统就把相关的数据(钢卷号,材质代码,元素含量,标称厚度和轧制公差等)通过以太网传送给测厚仪服务器,带钢过来以后,测厚仪将实时测量值传送给AGC 系统,AGC 根据测得值进行厚度控制,测厚仪在测量的过程中,除了将实时信号传送给AGC系统外, 自己还进行厚度信号的绘制, 并将全长的测量数据(包括系统设定数据)存入数据库服务器,已备查阅。
           3.2 硬件组成及其通讯系统模型


            如图4 所示,信号传感器将测量的信号转换成数字信号,通过以太网(UDP)协议传输给信号处理单元,信号处理单元经过射线测厚算法,计算出被测介质的中心线厚度,板型等参数后,将具体的信息发送给中央处理单元,中央处理单元接受到数据后,将其与打包(将被测介质的特性值[7],比如钢卷号,元素含量,公称误差等)发送给客户端、数据库服务器和使用单位。

           4.结论
           该测厚技术测量原理成熟,测量手段容易实现,基于这种原理的测厚仪具有非接触、性能稳定、精度高、受电磁干扰小等优点,能较好的适应工作现场恶劣的环境,已在国内热轧带钢厂有较多的应用实例。


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