分段内封闭式高速压电板形仪的研制

为了解决板形仪长期依赖进口问题，推动我国钢铁工业冷连轧板形闭环控制应用基础研究的技术进步，拟自主研制分段内封闭式压电板形仪。解决板形检测辊精密设计、精密制造、压电晶体弱电采集、电磁干扰和高速轧制无线信号传输等关键技术问题。采用辊环微尺度装配技术和芯辊全封闭精密制造技术，实现检测辊的精密装配和全密封。研究压电晶体传感器输出信号的线性度和稳定性，研究传感器在不同温度和不同检测频率下输出信号的变化规律。研究高速轧制板形信号采集、传输、放大和抗干扰能力，研究无线供电和无线信号传输的失真度和可靠性。对现有板形仪测试平台进行改造，实现检测辊高速测试及标定，以考核板形检测辊的性能指标。本项研究符合国家未来中长期科技发展规划纲要要求，它的研制成功将是我国首套用压电晶体检测板形的大型精密仪器，拥有自主知识产权，研究成果处于国际领先地位，对提高我国板带轧机板形闭环控制技术水平将发挥重大作用。

在冷轧带钢成套装备中，最为核心的板形检测技术一直依赖于进口，已成为制约我国钢铁工业板带连轧生产的技术瓶颈。为了解决这一问题，本课题组提出了自主研制分段式压电板形仪，它是利用石英压电晶体对载荷反映的敏感性提取电荷量，具有温度敏感性低等优点，适用恶劣工业环境。课题主要完成了以下几个方面的工作：. （1）高速压电式板形检测辊精密机械结构的设计、分析与制造。结合建龙公司四机架UCM板带连轧机工业生产线，研制了φ315×900板形检测辊。设计分析了整体结构在张力作用下的受力与变形，研究了辊环、辊芯和弹性传力元件的受力与变形；分析了过盈配合量对传感器动静荷信号输出的影响，建立了动静荷加载条件和辊环受热膨胀的极限温度条件，消除辊体受热所引起的辊环周向移动和环间径向窜动所导致的带钢表面划痕。. （2）提出了传感器的设计要求，制造了高灵敏度的压电传感器。对比分析了电荷传输、放大、转换精度，研究了不同加载频率特性对传感器测量误差的影响，分析了传感器在不同检测频率下输出信号变化规律。. （3）研制了无线信号传输和无线供电装置。将多路信号放大后采用红外无线信号传输方式，解决了16路压电传感器输出模拟信号的实时采集、信号处理，实现了红外无线传输的编码和发送；为解决板形检测辊回转体供电问题，研制了无线供电装置。该装置采用旋转式可分离变压器原理将传统变压器的感应耦合磁路分开，在原边绕组交流电的作用下，使副边绕组中产生感应电压。. （4）建立了板形辊检测信号分析与控制多模块模型，编制了相关软件，为连轧机实现板形检测与闭环控制奠定了理论基础。. （5）研制了适用于板形检测辊的标定装置，解决了板形辊动静态标定问题。改造了原有试验平台，使其具备了板形缺陷生成与检测功能。. （6）精密装配了板形检测辊，实现了光机电一体化标定测量，达到了预期设计目标，并应用于唐山建龙公司冷轧带钢连轧工业生产线。. 本项目共发表论文12篇，其中待发表论文2篇；申报软件著作权1项，申报国家发明专利6项，获批准4项；获中国机械工业科学技术二等奖一项；培养硕士生已毕业8人，博士生已毕业3人。. 本项目的实施，成功研制了我国首套用压电晶体检测板形的大型精密仪器，具有高速信号采集和抗温度干扰能力，对改进我国高速板带轧机板形控制技术水平将发挥重大作用。