一种铝电解槽两水平自动化测量系统

本公开实施例涉及测量，尤其涉及一种铝电解槽两水平自动化测量系统。

背景技术：

1、目前，电解质水平和铝水平在铝电解生产过程中起着关键的作用，是判断电解槽槽况的重要指标。通过电解质水平和铝水平数据，可以实时了解铝电解生产过程状态，对于及时调整和优化生产过程有着重要帮助。因此，实时检测电解质水平和铝水平数据对于铝电解生产过程十分重要，并且数据的准确性对于生产质量有着直接影响。

2、实际生产过程中，铝电解槽电解质水平和铝水平的测量主要通过人工方式来实现。其主要原理为，电解槽内电解质和铝液由于密度不同而自然分层，将一根测量钎伸入电解槽中直到炉底，放置数秒后快速拔出，由于电解质液容易粘连在测量钎上，而铝液不会，所以在测量钎拿出后会有一条明显的分界线，然后通过人工分别测量出分界线上下方的高度，得到电解质水平和铝水平数据。

3、在现有关于铝电解槽电解质水平和铝水平测量技术中，有如下公开发明的技术内容可能与本发明的技术方法相关：

4、专利cn07576409a提出了一种电解槽铝水平和电解质水平高度和槽温在线测量方法，将两根导杆插入电解槽中，根据铝液和电解质液导电性不同的特点，导杆末端在两水平中移动时电压变化不同，通过测算出运动导杆分别在两水平中的运动时间，进一步得到运动轨迹，并由此推算出两水平高度。但是由于导杆实际在两水平中的运动行程较短，通过运动时间测量两水平高度的方法误差会很大。同时电解槽中电解质-铝液界面一直处于波动变化状态，并且该界面存在着模糊的扩散层，导杆末端在两水平中移动时的电位变化可能并不会很明显，因此仅仅通过分析电位的变化并不能准确测算出两水平高度。

5、又有，专利cn110940317a提出了一种铝电解槽电解质水平与铝水平测量系统及方法，将探棒伸入电解槽底端，然后撤回探棒，用图像传感器采集两水平探棒上遗留的电解质与铝液图纹或痕迹信息，进而推算出电解质水平与铝水平。但是由于电解质液极易粘连在探棒上，在多次测量后，探棒上遗留的电解质与铝液图纹或痕迹信息可能并不会很明显，导致测量精度下降，因此该公开发明中提出的方法并适用于铝电解槽电解质水平与铝水平的反复测量。

6、可见，亟需一种测量精准度和适应性高的铝电解槽两水平自动化测量系统。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例提供一种铝电解槽两水平自动化测量系统，至少部分解决现有技术中存在测量精准度和适应性较差的问题。

2、本公开实施例提供了一种铝电解槽两水平自动化测量系统，包括：

3、两根测量杆、xz轴水平升降平台、位移测量模块、显示与存储模块以及控制盒，控制盒包括电压采样模块、数据处理模块和控制模块，测量杆的测量端直接与电解液和铝液接触，电压采样模块与测量杆连接，位移测量模块固定设置于xz轴水平升降平台靠近地面一端，采集到的电压数据和位移数据输入到数据处理模块，得到的电解质水平和铝水平数据再输入到显示与存储模块进行显示和保存，控制模块管理各模块的运行以及测量过程的启动和停止。

4、根据本公开实施例的一种具体实现方式，测量杆夹角为135度的l型导体，两根测量杆安装在xz轴水平升降平台上方，间隔15至20厘米。

5、根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述铝电解槽两水平自动化测量系统还包括电机，通过电机驱动xz轴水平升降平台进行水平和竖直方向移动，同时电机驱动电路装有电流传感器，所述电流传感器用于实时监测电枢回路电流大小。

6、根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述电压采样模块包括恒流源和电压传感器；

7、恒流源的两个端子分别接在两根测量杆末端，由xz轴水平升降平台带动测量杆首先移动到火眼口上方，然后向下移动，通过电压传感器测量移动过程中两根测量杆末端的电压数据，同时位移测量模块记录测量杆到位移传感器的垂直位移数据，当测量杆前端接触到电解槽底面时，电压采样模块和位移测量模块停止工作，，由电机驱动xz轴水平升降平台向上移动，当测量杆完全从火眼口中移出时停止测量，在整个测量过程中，电压采样频率和位移采样频率须保持一致。

8、根据本公开实施例的一种具体实现方式，判断测量杆前端是否接触到电解槽底面的步骤，包括：

9、设电枢电流为i＝{ik|k＝1,2,…}，稳定电流集合t为一个长度为m的队列，当前时刻稳定电流集合为tt，下一时刻测得的电枢电流为it+1，若

10、

11、成立，其中thr1表示稳态电流阈值，j表示稳定电流序号，k表示电枢电流序号，则tt中一个元素出列，it+1进入队列，即tt+1＝{tt[j](j＝2,…,m),it+1}；

12、否则，tt+1＝tt，在电机刚启动后，记录稳态电枢电流

13、

14、其中，tini表示电机刚启动后的稳态电流集合，当

15、

16、时，其中thr2表示突变电流阈值，则判断为测量杆前端与电解槽底部发生接触。

17、根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述采集到的电压数据和位移数据输入到数据处理模块，得到的电解质水平和铝水平数据的具体过程包括：

18、设电压数据为v＝{vα|α＝1,2,…,n}，其中α表示电压序号，位移数据为d＝{dβ|β＝1,2,…,n}，其中β表示位移序号，首先对数据进行异常值处理，计算公式如下：

19、

20、其中，vsource表示通在测量杆两端的电源电压，然后计算平稳值电压及其频数，计算方法如下：

21、设从序号为p处开始，长度为l的时间窗口内电压数据为v[p:p+l]，若下式成立，则认为在该时间窗口内电压数据是平稳的：

22、max(v[p:p+l])-min(v[p:p+l])＜a·min(v[p:p+l])

23、其中，a为阈值系数，从每一个序号开始，统计长度最大的平稳数据时间窗口对应的电压均值及频数：

24、

25、其中，γ表示平稳数据序号，lmax表示从p开始最大的平稳数据时间窗口长度，即长度为lmax的时间窗口内电压数据是平稳的，长度为lmax+1的时间窗口内电压数据是不平稳的，然后根据平稳值电压及频数计算临界权重：

26、w＝{wλ|wλ＝c1·max(b1,min(b2,sλ-sλ+1))+c2·(nλ+nλ+1),λ＝1,2,…,n'-1}

27、其中，λ表示临界权重序号，b1和b2分别表示电压上界和电压下界(b1＜b2)，c1表示电压权重系数，c2表示频数权重系数，最后对临界权重进行降序排序得到w'，再选取临界权重最大的两个值对应的序号，即

28、idx1,idx2＝w'[1],w'[2]

29、最后根据位移数据得到最终电解质水平和铝水平数据，计算方法如下：

30、

31、其中，l1表示电解质水平数值，l2表示铝水平数值。

32、根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述位移测量模块包括位移传感器，数据处理模块和控制模块包括微控制器，显示与存储模块包括lcd屏幕和sd卡。

33、本公开实施例中的铝电解槽两水平自动化测量方案，包括：两根测量杆、xz轴水平升降平台、位移测量模块、显示与存储模块以及控制盒，控制盒包括电压采样模块、数据处理模块和控制模块，测量杆的测量端直接与电解液和铝液接触，电压采样模块与测量杆连接，位移测量模块固定设置于xz轴水平升降平台靠近地面一端，采集到的电压数据和位移数据输入到数据处理模块，得到的电解质水平和铝水平数据再输入到显示与存储模块进行显示和保存，控制模块管理各模块的运行以及测量过程的启动和停止。

34、本公开实施例的有益效果为：通过本公开的方案，(1)在测量方法中提出测量杆触底信号判断算法以及两水平计算方法，通过对电枢电流信号、电压信号以及位移信号进行处理，可以准确计算出铝电解槽电解质水平与铝水平高度；(2)实现了对铝电解槽电解质水平与铝水平的自动化测量，测量结果可以实时显示和保存，减轻了现场工人的劳动强度，提高了两水平结果的准确性和可靠性。