采用模糊逻辑的同位素结晶器钢水液位计

结晶器钢水液位波动不但直接影响铸坯质量(如夹渣、裂纹等)和效率,而且可能导致浇铸过程中的溢钢甚至漏钢事故。钢水液位检测对结晶器液位控制起着十分重要的作用。结晶器内钢水温度高,环境条件恶劣,同位素在线检测一直是测量结晶器钢水液位的重要方法[1]。应用新的理论与技术,不断改进和提高同位素结晶器钢水液位测量性能,才能适应连铸生产技术发展的需要,也是发展同位素工业测量技术的重要方面。

1　同位素结晶器钢水液位计测量特性

同位素结晶器钢水液位计采用透射式测量方式,测量原理如图1所示。

Gamma射线源发出的Gamma射线穿过结晶器后,被核辐射探测器接收并转换成电脉冲信号,送到计数器进行计数测量。探测器接收的射线强度随结晶器内钢水液面高度而变化,根据监测出的射线强度变化,就可求得钢水液位。对探测器输出的脉冲,采用数字计数器定时计数的方法(早期仪表中有的采用模拟积分电路),测出计数率,获得射线强度。为了满足测量的实时性要求,采用滑动平均法计算计数率[2],滑动平均法测量计数率原理如图2所示。

核辐射测量中,探测器输出信号存在统计涨落,用计数法测量射线强度的统计误差与测量时间之间有关系[3]:

　式(1)中,δn是相对误差,I是射线强度,T是测量时间,ε和S分别是核辐射探测器的探测效率和有效工作面积。由式(1)可知,在放射源和探测器确定的条件下,测量的统计误差随着测量时间T增大而减小。但是另一方面,如果测量时间T较大,当输入信号变化时,液位计对被测量变化的响应速度慢,动态误差增大。对于结晶器液位自动控制系统,要求钢水液位波动时,液位计输出迅速跟踪钢水液位的变化,而当连铸过程平稳时,液位计输出的统计波动要小,从而保证良好的控制性能。这就要求测量时间能够适应被测信号的变化,例如,若液位有一个阶跃变化,则开始时测量时间要短,以加快液位计的响应速度;然后,要增大测量时间,以便准确地测量出新的钢水液位高度。但是,由于结晶器钢水液位变化的不确定性、测量条件的复杂性与多变性,很难建立测量时间和液位计输入信号之间的解析关系,因此把模糊推理方法引入结晶器液位计,以实现测量时间自动适应被测信号变化的功能。

2　采用模糊逻辑的结晶器钢水液位计

采用模糊逻辑的同位素结晶器钢水液位计组成原理如图3所示。

液位计中,由核放射源和核辐射探测器组成参数变换器,其结构与特性在文献[3]中有详细介绍。信号处理部分采用模糊逻辑控制,构成模糊自适应系统。

2·1　数字滤波器