Корреляционный метод измерения скорости движения проката
Одним из перспективных методов измерения скорости проката является корреляционный метод измерения, впервые предложенный Британской научно-исследовательской ассоциацией стали и железа (BISRA). Этот метод может быть использован для измерения скорости как холодного, так и горячего проката. Он не требует контакта с движущейся поверхностью, не проявляет никаких требований к ее магнитным и электрическим свойствам и может быть применен также для измерения скорости движения цветных металлов — алюминия, меди. Корреляционный метод может обеспечить очень высокую точность измерения скорости (при скорости движения металла 2,5 м/сек погрешность измерения порядка 0,1% ).
Несмотря на то, что этот метод первоначально разрабатывался для определения отношения скоростей на входе и выходе валков, он пригоден и для измерения абсолютной скорости в широком диапазоне — от 0,5 до 50 м/сек. Ниже будем рассматривать только измерение абсолютной скорости. Отношение скоростей вычисляется по показаниям двух аналогичных систем измерения абсолютной скорости, установленных перед и за валками прокатного стана.
Сущность корреляционного метода измерения скорости проката состоит в следующем. На поверхность металла, движущегося со скоростью V, при помощи двух осветителей с линейными нитями накаливания Л1 и Л2 (рис. 1) через оптическую систему проектируются два ярких резких световых штриха, оси которых перпендикулярны направлению движения полосы. Штрихи расположены вдоль по направлению прокатки на фиксированном расстоянии L один от другого.
Вследствие различных структурных неоднородностей поверхности металла, наличия на поверх-ности металла трещин, пятен и окалины яркость штрихов изменяется. Изображения штрихов воспринимаются приемной оптической системой и проектируются на катоды двух фотоэлементов — Ф1 и Ф2, с которых снимаются сигналы, пропорциональные яркости каждого из штрихов. На рис. 2 приведены осциллограммы сигналов, снятых с поверхности горячего проката на одном из металлургических заводов. Усилители 1 и 2 усиливают эти сигналы до уровня, достаточного для нормальной работы коррелятора, состоящего из блока регулируемого запаздывания (БРЗ), множительного устройства, и интегратора (или сглаживающего фильтра). Поскольку второй штрих смещен относительно первого в направлении прокатки на расстояние l, то сигнал f1(t), характеризующий яркость первого штриха, повторится на втором штрихе с некоторым транспортным запаздыванием , прямо пропорциональным расстоянию между штрихами и обратно пропорциональным скорости движения проката V.
Второй сигнал f2(t) через интервал tt по форме будет близок к первому сигналу. При достаточно малом расстоянии между штрихами и параллельности их осей, при отсутствии поперечных смещений полосы и одинаковых характеристиках усилителей оба сигнала были бы идентичными. В реальных условия сигналы хотя и близки по форме, но все же несколько отличаются друг от друга. В канал первого сигнала включен БРЗ , который обеспечивает задержку входного сигнала на определенную величину Dt . Выходной сигнал кореллятора представляет собой взаимную корреляционную функцию сигналов f1(t)= f1(t-tau) и f2(t)=f1(t-tt). Выходной сигнал коррелятора максимален при tau = tt, т. е. при равенстве введенного регулируемого запаздывания tau транспортному запаздыванию tt сигнала второго фотоэлемента. Изменяя величину регулируемого запаздывания t, добиваются максимального показания индикатора, и обеспечивают условие tau = tt. Учитывая, что при фиксированном расстоянии между штрихами транспортное запаздывание tt однозначно связано со скоростью V, можно по показанию БРЗ определить скорость движения металла, как V = l/t.
Кроме описанной схемы для определения корреляционной функции путем непрерывного перемножения входных сигналов, возможно также применение схемы, в которой перемножение сигналов заменяется их вычитанием (или суммированием) с последующим возведением разности, в квадрат. В этом случае вместо множительного устройства применяется вычитающее устройство (или сумматор) и квадратор, после чего квадрат, разности входных сигналов осредняется, как и в схеме с непосредственным перемножением. Получаемая на выходе коррелятора функция является средним квадратом разности (или суммы) входных сигналов .Эта функция имеет максимум (в случае суммирования) или минимум (в случае вычитания) при тех же значениях регулируемого запаздывания, что и корреляционная функция, вычисленная путем перемножения. От последней она отличается наличием некоторой постоянной составляющей. Получаемая этим способом функция может быть использована для определения регулируем запаздывания, соответствующего максимальной корреляции входных сигналов.
