本發明涉及冶金領域的連鑄結晶器智能漏鋼預報技術領域，更為具體地，涉及一種消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法及系統。

背景技術：

高效連鑄技術是目前國內外冶金界努力研究的方向。高效連鑄是以高拉坯速度為核心，生產高質量、無缺陷的高溫鑄坯，實現高連鑄率、高作業率的技術。實現高效連鑄的前提條件是有效控制漏鋼和鑄坯質量。

漏鋼是連鑄生產中的災難性事故，是由多種工藝因素偏離穩定狀態綜合作用的結果。漏鋼事故可分為粘結漏鋼和縱裂漏鋼兩種?？刂坡╀摰母就緩绞强刂平Y晶器與坯殼之間的相互作用。結晶器與坯殼的相互作用包括熱和力的作用，外在表現是傳熱和摩擦，因此在連鑄生產中，結晶器溫度測量非常重要，它不僅關系到檢測數據的可信度，而且還直接影響到后續的基于檢測溫度數據進行的工藝和質量分析，熱電偶測溫是一種常用的測溫方法，由于其具有準確度高，動態響應快，應用范圍廣等特點，便于溫度的集中測量和自動控制，因而熱點偶成為使用最為廣泛的溫度傳感器。

電磁攪拌是對金屬凝固過程進行鑄坯質量控制的一種有效手段，有著廣泛的應用和深厚的工業基礎。由于對于傳統連鑄工藝來說，雖然在采用浸入式水口、保護渣、氣體保護或液氮保護等措施后鑄坯質量有所改善，但只有采用電磁攪拌技術，才能控制鑄坯結構，擴大等軸晶帶，從而減輕鑄坯的中心疏松、中心偏析和鑄坯非金屬夾雜，這是電磁攪拌技術在連鑄生產中得到廣泛應用的主要原因。

但是結晶器電磁攪拌會對安裝在結晶器內的熱電偶信號產生強大的干擾。

技術實現要素：

鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法及系統，以解決在有電磁攪拌的工況下熱電偶能夠正常測溫，為有電磁攪拌工況下的漏鋼預報系統提供可靠的溫度數據。

根據本發明的一個方面，提供一種消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法，包括：通過熱電偶測量連鑄機結晶器內各采樣點的溫度數據；根據每個采樣點不同時間的溫度數據構建每個采樣點的初始溫度時間序列；對每個采樣點的初始溫度時間序列進行窗口平均處理，得到預濾波溫度時間序列；對經過窗口平均處理后的每個采樣點的預濾波溫度時間序列利用最小二乘法進行光滑處理，得到每個采樣點的溫度時間序列。

根據本發明的第二個方面，提供一種溫度數據獲取單元，用于通過熱電偶測量連鑄機的結晶器內各采樣點的溫度數據；初始溫度時間序列構建單元，用于根據每個采樣點不同時間的溫度數據構建每個采樣點的初始溫度時間序列；窗口平均處理單元，用于對每個采樣點的初始溫度時間序列進行窗口平均處理，得到預濾波溫度時間序列；濾波單元，對經過窗口平均處理后的每個采樣點的預濾波溫度時間序列利用最小二乘法進行光滑處理，得到每個采樣點的溫度時間序列。

從上面的技術方案可知，本發明所述消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法及系統，能夠消除電磁攪拌對熱電偶信號的干擾，適合于有結晶器電磁攪拌的工況下的漏鋼預報系統。

為了實現上述以及相關目的，本發明的一個或多個方面包括后面將詳細說明并在權利要求中特別指出的特征。下面的說明以及附圖詳細說明了本發明的某些示例性方面。然而，這些方面指示的僅僅是可使用本發明的原理的各種方式中的一些方式。此外，本發明旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。

附圖說明

通過參考以下具體實施方式的內容并且結合附圖，本發明的其它目的及結果將更加明白及易于理解。在附圖中：

圖1是本發明所述消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法的流程圖；

圖2是本發明所述數字濾波方法對溫度時間序列濾波前后的對比圖；

圖3是本發明所述消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波系統的構成框圖。

在所有附圖中相同的標號指示相似或相應的特征或功能。

具體實施方式

在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對一個或多個實施例的全面理解，闡述了許多具體細節。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細節的情況下實現這些實施例。

從前述中了解到，板坯結晶器漏鋼預報在板坯連鑄生產中具有重要意義。電磁攪拌對熱電偶信號有很大的干擾，為了在有電磁攪拌工況下正常使用漏鋼預報系統，本發明提出了一種消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法，其中的方法包括：對熱電偶在電磁攪拌干擾下的原始信號進行窗口平均處理，然后利用最小二乘法對窗口平均處理后的數據進行光滑處理，最終得到濾波后的信號數據。

以下將結合附圖對本發明的具體實施例進行詳細描述。

圖1是本發明所述消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法的流程圖，如圖1所示，所述數字濾波方法包括：

在步驟S110中，通過熱電偶測量連鑄機結晶器內各采樣點的溫度數據，優選地，采樣點處的熱電偶按照預定的行和列的排列方式設置在結晶器的銅板或銅管上，銅板或銅管尺寸不同，可以設置不同行和列的熱電偶，另外，優選地，所述熱電偶為鎧裝K型熱電偶。

在步驟S120中，根據每個采樣點不同時間的溫度數據構建每個采樣點的初始溫度時間序列，例如，以秒為單位構建1s、2s,…60s的不同時間的初始溫度時間序列。

在步驟S130中，對每個采樣點的初始溫度時間序列進行窗口平均處理，得到預濾波溫度時間序列，也就是說，選定設定尺寸的窗口，將窗口內的所有采樣點的溫度做算術平均，將所求的平均值作為窗口中心點的溫度，對初始溫度時間序列進行更新，具體地，包括：

其中，n為窗口內初始溫度時間序列的數據點的個數，為自然數；T是窗口內數據點的溫度平均值，即，窗口內中心數據點的溫度值；T_i是窗口內初始溫度時間序列的第i個數據點的溫度，例如n＝10，即對10個初始溫度數據進行平均得到一個溫度數據，又如，對0.1、0.2s,…1s的初始溫度時間序列進行窗口平均處理，n＝10，將0.1-1s的10個溫度數據取平均值作為采樣點0.5s處的溫度數據，依次類推，分別得到0.5s、1.5s、2.5s，…55.5s經過窗口平均處理的溫度值，將初始溫度時間序列上述采樣點的溫度數據進行更新，得到預濾波溫度時間序列，也可以將0.5s、1.5s、2.5s，…55.5s經過窗口平均處理的溫度值近似認為是1s、2s,…60s的經過窗口平均處理的溫度值。

在步驟S140中，對經過窗口平均處理后的每個采樣點的預濾波溫度時間序列利用最小二乘法進行光滑處理，獲得每個采樣點的溫度時間序列，具體地，包括：

一個采樣點的最小二乘曲線擬合公式為：

其中，a₀,a₁,...a_w為多項式的系數，為線性無關的函數，x代表時間變量，S(x)代表時間變量對應的實際溫度值；

對一個采樣點的m+1個數據點進行曲線擬合，所述m+1個數據點的坐標分別為(x₀,y₀),(x₁,y₁),...(x_m,y_m)；其中，y_i＝f(x_i)，x_i代表時間變量，y_i代表時間對應的溫度值；

令

根據所述最小二乘曲線擬合公式，令

寫成矩陣形式為：

通過上面的線性方程組，得到系數a₀,a₁,...a_w的值，得到最小二乘法光滑處理后的所述采樣點的各數據點的溫度值，形成所述采樣點的溫度時間序列；

對每一個采樣點進行上述最小二乘法的光滑處理，得到每一個采樣點的溫度時間序列，通過數據點數量m+1的不同，可以得到不同光滑程度的溫度隨時間變化的曲線，采樣點數量越多，光滑程度越大，例如，一個采樣點的w值取3，數據點數量m+1取10,即可得到系統a₁,a₂和a₃，從而利用系統a₁,a₂和a₃對預濾波時間序列進行更新，從而形成所述采樣點的溫度時間序列，該溫度時間序列和初始溫度數據時間序列的比較如圖2所示，從圖2中可以看出，該方法濾除了雜波，濾波效果很好。

圖3是本發明所述消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波系統的構成框圖，如圖3所示，所述數字濾波系統200包括：

溫度數據獲取單元210，用于通過熱電偶測量連鑄機的結晶器內各采樣點的溫度數據；

初始溫度時間序列構建單元220，用于根據每個采樣點不同時間的溫度數據構建每個采樣點的初始溫度時間序列；

窗口平均處理單元230，用于對每個采樣點的初始溫度時間序列進行窗口平均處理，得到預濾波溫度時間序列，其中，在所述窗口平均處理單元中，對每個采樣點的溫度時間序列進行窗口平均處理的方法包括：

其中，n為窗口內初始溫度時間序列的數據點的個數，為自然數；T是窗口內數據點的溫度平均值，即，窗口內中心數據點的溫度值；T_i是窗口內初始溫度時間序列的第i個數據點的溫度；

濾波單元240，對經過窗口平均處理后的每個采樣點的預濾波溫度時間序列利用最小二乘法進行光滑處理，得到每個采樣點的溫度時間序列，其中，在濾波單元中，對經過窗口平均處理后的每個采樣點的預濾波溫度時間序列利用最小二乘法進行光滑處理的方法包括：一個采樣點的最小二乘曲線擬合公式為：

其中，a₀,a₁,...a_w為多項式的系數，為線性無關的函數，x代表時間變量，S(x)代表時間變量對應的實際溫度值；

對一個采樣點的m+1個數據點進行曲線擬合，所述m+1個數據點的坐標分別為(x₀,y₀),(x₁,y₁),...(x_m,y_m)；其中，y_i＝f(x_i)，x_i代表時間變量，y_i代表時間對應的溫度值；

令

根據所述最小二乘曲線擬合公式，令

寫成矩陣形式為：

通過上面的線性方程組，得到系數a₀,a₁,...a_w的值，得到最小二乘法光滑處理后的所述采樣點的各數據點的溫度值，形成所述采樣點的溫度時間序列，其中，在濾波單元中，可以對不同采樣點，采用相同或不同數量的預濾波時間序列的數據點利用最小二乘法進行光滑處理，得到光滑程度相同或不同的溫度隨時間變化曲線；

對每一個采樣點進行上述最小二乘法的光滑處理，得到每一個采樣點的溫度時間序列。

通過以上實施方式可以看出，本發明所述消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法是基于窗口平均法和最小二乘法相結合的數字濾波方法，能夠消除電磁攪拌對熱電偶信號的干擾，適合于有結晶器電磁攪拌的工況下的漏鋼預報系統。

上述數字濾波系統中，溫度數據獲取單元210可以通過與熱電偶連接的模/數轉換模塊實現；初始溫度時間序列構建單元220、窗口平均處理單元230和濾波單元240可以通過控制器實現，所述控制器可以通過有線(RS232、RS485等)和無線(局域網、WiFi等)與溫度數據獲取單元210連接，所述控制器可以使計算機、工控機、PLC控制器、單片機和DSP中的一種和多種。

如上參照附圖以示例的方式描述了根據本發明提出的消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法及系統。但是，本領域技術人員應當理解，對于上述本發明所提出的基于消除電磁攪拌對熱電偶信號干擾的數字濾波方法及系統，還可以在不脫離本發明內容的基礎上做出各種改進。因此，本發明的保護范圍應當由所附的權利要求書的內容確定。