石墨电极缺损检测系统

摘要

本发明涉及一种石墨电极缺损检测系统，其包括：云服务器、第一处理器模块、第二处理器模块，以及与该第二处理器模块连接的敲击机构和声音检测模块，与该第一处理器模块电性连接的传输模块；所述第二处理器模块适于控制所述敲击机构敲击石墨电极；所述声音检测模块适于检测敲击机构敲击石墨电极发出的声音，并将声音信号发送至所述第二处理器模块，以由所述第二处理器模块转发至所述第一处理器模块；所述第一处理器模块适于通过所述传输模块将声音信号发送至所述云服务器；所述云服务器适于根据所述声音信号判断石墨电极的缺损程度，实现了自动检测石墨电极的缺损程度避免了由人工检测等方法造成主观性强、漏检率高的缺点，同时降低了人力成本。

权利要求

1.一种石墨电极缺损检测系统，其特征在于，包括：云服务器、第一处理器模块、第二处理器模块，以及与该第二处理器模块连接的敲击机构和声音检测模块，与该第一处理器模块电性连接的传输模块；

所述第二处理器模块适于控制所述敲击机构敲击石墨电极；

所述声音检测模块适于检测敲击机构敲击石墨电极发出的声音，并将声音信号数据发送至所述第二处理器模块，以由所述第二处理器模块转发至所述第一处理器模块；

所述第一处理器模块适于通过所述传输模块将声音信号数据发送至所述云服务器；

所述云服务器适于根据所述声音信号数据判断石墨电极的缺损程度；

所述云服务器适于根据所述声音信号数据判断石墨电极的缺损程度，即所述云服务器适于根据声音信号数据，并通过FFT变换处理获取各频段的功率谱密度；

所述频段包括：500‑1500Hz、1500‑2500Hz、2500‑3500Hz；

所述云服务器适于根据功率谱密度计算相关频段的功率比，即其中，S(fi)为频率为fi时功率谱密度的值；S(fi+1)为频率为fi+1时功率谱密度的值；nj为第j个频段按频率间隔等分的个数；fjh为第j个频段的最高频率；fjl为第j个频段的最低(j)

频率；Δf为fi到fi+1的频率间隔；Ej为第j个频段的功率；x 为第j个频段的功率与所有频段的功率之和的比值，即第j个频段的功率比，j＝1,2,3；

所述云服务器适于根据相关频段的功率比建立相应向量，即所述云服务器建立数据向量和权值系数向量；

(1) (2) (3)

所述数据向量为：x＝(x ,x ,x )；

(1) (2) (3)

其中，x 为500‑1500Hz频段的功率比；x 为1500‑2500Hz频段的功率比；x 为2500‑

3500Hz频段的功率比；

(1) (2) (3)

所述权值系数向量为：w＝(w ,w ,w )；

(1) (2) (3)

其中，w 为500‑1500Hz频段的功率比系数；w 为1500‑2500Hz频段的功率比系数；w为2500‑3500Hz频段的功率比系数；

所述云服务器适于根据相应向量构建最优化模型，并获取最优化模型的解，即所述云服务器适于构建最优化模型：s.t.yi(w·xi+b)≥1‑ξi；

ξi≥0，i＝1,2,......,N；

其中，C为惩罚系数；xi为第i个训练数据向量；yi为xi的类标记，当yi为‑1时表示石墨电极严重缺损，当yi为1时表示石墨电极无损；N为训练数据数目；ξ为松弛变量；ξi为第i个训练数据的松弛变量；b为偏置；

* *

则最优化模型的解为：w和b；

* *

其中，w为系数向量的解；b为偏置的解； 为拉格朗日乘子向量中对偶问题的解的第i*

个元素； 为对于所有石墨电极严重缺损yi＝‑1的数据xi，计算wxi，取所* *

有wxi的最大值； 为对于所有石墨电极无损yi＝1的数据xi，计算wxi，取所*

有wxi的最小值；

所述云服务器适于根据最优化模型的解构建石墨电极缺损检测模型，并根据石墨电极缺损检测模型判断石墨电极的缺损程度，即所述云服务器适于构建石墨电极缺损检测模型：其中，μg为严重缺陷时石墨电极的状态均值；μb为无损石墨电极的状态均值；m为无损石墨电极状态的数目；q为石墨电极缺损指数，q为大于0的整数；xc为当前被检测石墨电极的数据向量；

所述云服务器还适于根据石墨电极缺损检测模型获取石墨电极缺损指数，并根据石墨电极缺损指数判断石墨电极是否缺损，即石墨电极缺损指数q越小表示石墨电极缺损越小，石墨电极缺损指数q越大表示石墨电极缺损越大。

2.如权利要求1所述的石墨电极缺损检测系统，其特征在于，所述敲击机构包括：脉冲控制电路、电磁阀、气泵和气锤；

所述第二处理器模块适于根据脉冲控制电路输出的脉冲信号控制所述电磁阀导通，使气泵提供的气体通过高压气管进入气锤，以使气锤敲击石墨电极。

3.如权利要求2所述的石墨电极缺损检测系统，其特征在于，所述声音检测模块包括：声音传感器、调理电路和AD转换器；

所述声音传感器适于检测敲击机构敲击石墨电极发出的声音；

所述声音传感器适于将声音信号转换为电信号，并发送至调理电路；

所述调理电路适于对电信号进行放大和滤波，并发送至所述AD转换器；所述AD转换器适于对放大和滤波后的信号进行模数转换，并发送至第二处理器模块，以经由所述第二处理器模块转发至所述第一处理器模块。

说明书

石墨电极缺损检测系统

技术领域

[0001] 本发明属于石墨电极检测技术领域，具体涉及一种石墨电极缺损检测系统。

背景技术

[0002] 石墨电极在生产过程中会不可避免的出现空洞、裂缝等情况，这将直接影响石墨电极的使用。在冶炼过程中，如果电极发生断裂或破损，断裂或破损的部分就会落入冶炼的
金属中，从而改变其中的碳含量，最终可能致使整炉原料报废，造成极大的损失。

[0003] 传统的石墨电极检测是通过人工检测或机械切断抽检法，检测效率低且检测精度低，容易漏检，无法满足大规模电极检测要求。

[0004] 因此，基于上述技术问题需要设计一种新的石墨电极缺损检测系统。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种石墨电极缺损检测系统。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨电极缺损检测系统，包括：

[0007] 云服务器、第一处理器模块、第二处理器模块，以及与该第二处理器模块连接的敲击机构和声音检测模块，与该第一处理器模块电性连接的传输模块；

[0008] 所述第二处理器模块适于控制所述敲击机构敲击石墨电极；

[0009] 所述声音检测模块适于检测敲击机构敲击石墨电极发出的声音，并将声音信号数据发送至所述第二处理器模块，以由所述第二处理器模块转发至所述第一处理器模块；

[0010] 所述第一处理器模块适于通过所述传输模块将声音信号数据发送至所述云服务器；

[0011] 所述云服务器适于根据所述声音信号数据判断石墨电极的缺损程度。

[0012] 进一步，所述敲击机构包括：脉冲控制电路、电磁阀、气泵和气锤；

[0013] 所述第二处理器模块适于脉冲控制电路输出脉冲信号控制所述电磁阀导通，使气泵提供的气体通过高压气管进入气锤，以使气锤敲击石墨电极。

[0014] 进一步，所述声音检测模块包括：声音传感器、调理电路和AD转换器；

[0015] 所述声音传感器适于检测敲击机构敲击石墨电极发出的声音；

[0016] 所述声音传感器适于将声音信号转换为电信号，并发送至调理电路；

[0017] 所述调理电路适于对电信号进行放大和滤波，并发送至所述AD转换器；所述AD转换器适于对放大和滤波后的信号进行模数转换，并发送至第二处理器模块，以经由所述第
二处理器模块转发至所述第一处理器模块。

[0018] 进一步，所述云服务器适于根据所述声音信号数据判断石墨电极的缺损程度，即

[0019] 所述云服务器适于根据声音信号数据，并通过FFT变换处理获取各频段的功率谱密度；

[0020] 所述频段包括：500‑1500Hz、1500‑2500Hz、2500‑3500Hz。

[0021] 进一步，所述云服务器适于根据功率谱密度计算相关频段的功率比，即

[0022]

[0023]

[0024]

[0025] 其中，S(fi)为频率为fi时功率谱密度的值；S(fi+1)为频率为fi+1时功率谱密度的值；nj为第j个频段按频率间隔等分的个数；fjh为第j个频段的最高频率；fjl为第j个频段的
(j)
最低频率；Δf为fi到fi+1的频率间隔；Ej为第j个频段的功率；x 为第j个频段的功率与所有
频段的功率之和的比值，即第j个频段的功率比，j＝1,2,3。

[0026] 进一步，所述云服务器适于根据相关频段的功率比建立相应向量，即

[0027] 所述云服务器建立数据向量和权值系数向量；

[0028] 所述数据向量为：x＝(x(1),x(2),x(3))；

[0029] 其中，x(1)为500‑1500Hz频段的功率比；x(2)为1500‑2500Hz频段的功率比；x(3)为2500‑3500Hz频段的功率比；

[0030] 所述权值系数向量为：w＝(w(1),w(2),w(3))；

[0031] 其中，w(1)为500‑1500Hz频段的功率比系数；w(2)为1500‑2500Hz频段的功率比系(3)
数；w 为2500‑3500Hz频段的功率比系数。

[0032] 进一步，所述云服务器适于根据相应向量构建最优化模型，并获取最优化模型的解的，即

[0033] 所述云服务器适于构建最优化模型：

[0034]

[0035] s.t.yi(wgxi+b)≥1‑ξi；

[0036] ξi≥0i＝1,2,......,N；

[0037] 其中，C为惩罚系数；xi为第i个训练数据向量；yi为xi的类标记，当yi为‑1时表示石墨电极严重缺损，当yi为1时表示石墨电极无损；N为训练数据数目；ξ为松弛变量；ξi为第i个
训练数据的松弛变量；b为偏置；

[0038] 则最优化模型的解为：w*和b*；

[0039]

[0040]

[0041] 其中，w*为系数向量的解；b*为偏置的解； 为拉格朗日乘子向量中对偶问题的解*
的第i个元素； 为对于所有石墨电极严重缺损yi＝‑1的数据xi，计算wxi，
* *
取所有wxi的最大值； 为对于所有石墨电极无损yi＝1的数据xi，计算wxi，
*
取所有wxi的最小值。

[0042] 进一步，所述云服务器适于根据最优化模型的解构建石墨电极缺损检测模型，并根据石墨电极缺损检测模型判断石墨电极的缺损程度，即

[0043] 所述云服务器适于构建石墨电极缺损检测模型：

[0044]

[0045]

[0046] 其中，μg为严重缺陷时石墨电极的状态均值；μb为无损石墨电极的状态均值；m为无损石墨电极状态的数目；q为石墨电极缺损指数，q为大于0的整数；xc为当前被检测石墨电
极的数据向量。

[0047] 进一步，所述云服务器还适于根据石墨电极缺损检测模型获取石墨电极缺损指数，并根据石墨电极缺损指数判断石墨电极是否缺损，即

[0048] 石墨电极缺损指数q越小表示石墨电极缺损越小，石墨电极缺损指数q越大表示石墨电极缺损越大。

[0049] 本发明的有益效果是，本发明通过云服务器、第一处理器模块、第二处理器模块，以及与该第二处理器模块连接的敲击机构和声音检测模块，与该第一处理器模块电性连接
的传输模块；所述第二处理器模块适于控制所述敲击机构敲击石墨电极；所述声音检测模
块适于检测敲击机构敲击石墨电极发出的声音，并将声音信号发送至所述第二处理器模
块，以由所述第二处理器模块转发至所述第一处理器模块；所述第一处理器模块适于通过
所述传输模块将声音信号发送至所述云服务器；所述云服务器适于根据所述声音信号判断
石墨电极的缺损程度，实现了自动检测石墨电极的缺损程度，避免了由人工检测等方法造
成主观性强、漏检率高的缺点，同时降低了人力成本。

[0050] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书
以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

[0051] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

[0052] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0053] 图1是本发明所涉及的石墨电极缺损检测系统的原理框图；

[0054] 图2是本发明云服务器的原理框图。

具体实施方式

[0055] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是
全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0056] 实施例1

[0057] 图1是本发明所涉及的石墨电极缺损检测系统的原理框图。

[0058] 如图1所示，本实施例1提供了一种石墨电极缺损检测系统，包括：云服务器、第一处理器模块、第二处理器模块，以及与该第二处理器模块连接的敲击机构和声音检测模块，
与该第一处理器模块电性连接的传输模块；所述第一处理器模块可以但不限于采用ARM处
理器；所述第二处理器模块可以但不限于采用DSP；所述传输模块可以但不限于采用Wi‑Fi；
所述第二处理器模块适于控制所述敲击机构敲击石墨电极；所述声音检测模块适于检测敲
击机构敲击石墨电极发出的声音，并将声音信号数据发送至所述第二处理器模块，以由所
述第二处理器模块转发至所述第一处理器模块；所述第一处理器模块适于通过所述传输模
块将声音信号数据发送至所述云服务器；所述云服务器适于根据所述声音信号数据判断石
墨电极的缺损程度，实现了自动检测石墨电极的缺损程度，避免了由人工检测等方法造成
主观性强、漏检率高的缺点，同时降低了人力成本。

[0059] 如图2所示，在本实施例中，所述云服务器包括存储器、处理器及通信模块。所述存储器、处理器以及通信模块各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或
交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

[0060] 其中，存储器用于存储程序或者数据。所述存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存
储器(Programmable  Read‑Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable 
Programmable Read‑Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable 
Programmable Read‑Only Memory，EEPROM)等。

[0061] 处理器用于读/写存储器中存储的数据或程序，并执行相应地功能。

[0062] 通信模块用于通过所述网络建立所述云服务器与其它通信终端之间的通信连接，并用于通过所述网络收发数据。

[0063] 应当理解的是，图2所示的结构仅为云服务器的结构示意图，所述云服务器还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。图2中所示的各组件
可以采用硬件、软件或其组合实现。

[0064] 在本实施例中，所述敲击机构包括：脉冲控制电路、电磁阀、气泵和气锤；所述第二处理器模块适于脉冲控制电路输出脉冲信号控制所述电磁阀导通，使气泵提供的气体通过
高压气管进入气锤，以使气锤敲击石墨电极。

[0065] 在本实施例中，所述声音检测模块包括：声音传感器、调理电路和AD转换器；所述声音传感器适于检测敲击机构敲击石墨电极发出的声音；所述声音传感器适于将声音信号
转换为电信号，并发送至调理电路；所述调理电路适于对电信号进行放大和滤波，并发送至
所述AD转换器；所述AD转换器适于对放大和滤波后的信号进行模数转换，并发送至第二处
理器模块，以经由所述第二处理器模块转发至所述第一处理器模块。

[0066] 在本实施例中，所述第二处理器模块可以将当前声音信号数据进行FFT变换并处理得到相关频段的功率谱密度，用于在线检测石墨电极缺损，以通过第二处理器模块直接
获取石墨电极缺损指数。

[0067] 在本实施例中，所述云服务器适于根据所述声音信号数据判断石墨电极的缺损程度，即所述云服务器适于根据声音信号数据，并通过FFT变换处理获取各频段的功率谱密
度；所述频段包括：500‑1500Hz、1500‑2500Hz、2500‑3500Hz。

[0068] 在本实施例中，所述云服务器适于根据功率谱密度计算相关频段的功率比，即

[0069] 通过以下公式计算相关频段的功率比x(j)：

[0070]

[0071]

[0072]

[0073] 其中，S(fi)为频率为fi时功率谱密度的值；S(fi+1)为频率为fi+1时功率谱密度的值；nj为第j个频段按频率间隔等分的个数；fjh为第j个频段的最高频率；fjl为第j个频段的
(j)
最低频率；Δf为fi到fi+1的频率间隔；Ej为第j个频段的功率；x 为第j个频段的功率与所有
频段的功率之和的比值，即第j个频段的功率比，j＝1,2,3。

[0074] 每个频段的最高频率和最低频率如下表所示：

[0075] j fjl(Hz) fjh(Hz)1 500 1500
2 1500 2500
3 2500 3500

[0076] 在本实施例中，所述云服务器适于根据相关频段的功率比建立相应向量，即

[0077] 所述云服务器建立数据向量和权值系数向量(根据相关频段的功率比相应历史数据情况下，可得出相关频段的功率比与设备工作状态关系的权值系数)；

[0078] 所述数据向量为：x＝(x(1),x(2),x(3))；

[0079] 其中，x(1)为500‑1500Hz频段的功率比；x(2)为1500‑2500Hz频段的功率比；x(3)为2500‑3500Hz频段的功率比；

[0080] 所述权值系数向量为：w＝(w(1),w(2),w(3))；

[0081] 其中，w(1)为500‑1500Hz频段的功率比系数；w(2)为1500‑2500Hz频段的功率比系(3)
数；w 为2500‑3500Hz频段的功率比系数。

[0082] 实施例中，所述云服务器适于根据相应向量构建最优化模型，并获取最优化模型的解的，即

[0083] 所述云服务器适于构建最优化模型(求几何间隔最大的分类超平面，问题可以表示为约束最优化问题)：

[0084]

[0085] s.t.yi(wgxi+b)≥1‑ξi；

[0086] ξi≥0i＝1,2,......,N；

[0087] 其中，C为惩罚系数(经反复调参，C为0.55时效果最好)；xi为第i个训练数据向量；yi为xi的类标记，当yi为‑1时表示石墨电极严重缺损，当yi为1时表示石墨电极无损；N为训
练数据数目；ξ为松弛变量；ξi为第i个训练数据的松弛变量；b为偏置；

[0088] 则最优化模型的解为：w*和b*；

[0089] 通过将原始问题转化为对偶问题，使用KKT条件，求对偶问题的最优解，可得：

[0090]

[0091]* *

[0092] 其中，w 为系数向量的解；b为偏置的解； 为拉格朗日乘子向量中对偶问题的解*
的第i个元素； 为对于所有石墨电极严重缺损yi＝‑1的数据xi，计算w
* *
xi，取所有wxi的最大值； 为对于所有石墨电极无损yi＝1的数据xi，计算w
*
xi，取所有wxi的最小值。

[0093] 在本实施例中，所述云服务器适于根据最优化模型的解构建石墨电极缺损检测模型，并根据石墨电极缺损检测模型判断石墨电极的缺损程度，即

[0094] 所述云服务器适于构建石墨电极缺损检测模型：

[0095]

[0096]

[0097]

[0098]

[0099] 其中，k∈[1,m]；μg为严重缺陷时石墨电极的状态均值；μb为无损石墨电极的状态均值，该状态均值可以由专家标定；m为无损石墨电极状态的数目，该数目可以由专家标定；
q为石墨电极缺损指数，q为大于0的整数；xc为当前被检测石墨电极的数据向量；INT为向下
取整函数。

[0100] 在本实施例中，所述云服务器还适于根据石墨电极缺损检测模型获取石墨电极缺损指数，并根据石墨电极缺损指数判断石墨电极是否缺损，即石墨电极缺损指数q越小表示
石墨电极缺损越小，石墨电极缺损指数q越大表示石墨电极缺损越大，通过石墨电极缺损指
数可以精确的得知石墨电极的缺损程度，便于工作人员判断石墨电极是否合格。

[0101] 实施例2

[0102] 在实施例1的基础上，在本实施例2中，所述石墨电极缺损检测系统还包括：与第一处理器模块连接的人机交互模块和报警模块；所述人机交互模块可以但不限于采用触摸
屏；所述报警模块可以但不限于采用蜂鸣器；所述人机交互模块可以显示第二处理器模块
检测的石墨电极缺损指数，或所述云服务器可以显示云服务器检测的石墨电极缺损指数；
在石墨电极缺损指数大于预设值时，报警模块发出警报。

[0103] 在本实施例中，所述石墨电极缺损检测系统还包括：与第二处理器模块连接的存储模块；所述存储模块可以但不限于采用SD卡；所述存储模块适于存储第二处理器模块在
线检测的石墨电极缺损指数。

[0104] 综上所述，本发明通过云服务器、第一处理器模块、第二处理器模块，以及与该第二处理器模块连接的敲击机构和声音检测模块，与该第一处理器模块电性连接的传输模
块；所述第二处理器模块适于控制所述敲击机构敲击石墨电极；所述声音检测模块适于检
测敲击机构敲击石墨电极发出的声音，并将声音信号发送至所述第二处理器模块，以由所
述第二处理器模块转发至所述第一处理器模块；所述第一处理器模块适于通过所述传输模
块将声音信号发送至所述云服务器；所述云服务器适于根据所述声音信号判断石墨电极的
缺损程度，实现了自动检测石墨电极的缺损程度，避免了由人工检测等方法造成主观性强、
漏检率高的缺点，同时降低了人力成本。

[0105] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术
性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。