多普勒激光測量儀在軋鋼廠的應用
發布時間：2017-09-01
多普勒激光測量儀是采用非接觸傳感器測量鋼坯速度和長度的儀器， 向板坯表面發射兩束相交的激光，產生光干涉現象，形成多普勒效應。 干涉條紋的移動速度與物體通過兩束激光的交點的速度成正比。 通過接收光譜，記錄干涉條紋的移動速度，就可以精確地確定鋼坯的移動速度。 激光測量的準確度達到±0.02%，在鑄速為0.1m/min時的測量準確度達到±0.02mm/min。
一、系統組成
1.硬件組成
多普勒激光測速和測長系統主要由以下部件組成：光學傳感器組件1套、激光表面測速儀(LSV)系統控制器1套、傳感器探頭及移動架1套、數據傳輸線1根、上位機1臺、電氣控制柜1臺、水冷及空氣吹掃組件1套。
2.HMI測量結果顯示
啟動計算機， 進入Windows XP界面， 在人機界面(HMI) 的桌面有兩個快捷鍵，LSV6200用于設置激光測量儀的內置參數， 監控測量數據的狀態圖;LSVSETUP用于運行HMI測量長度顯示及報警信息畫面，同時具有數據信息存儲功能。
(1)主畫面：顯示測量長度及鋼坯模擬圖示。右上角的報警信息：綠色為正常，紅色為報警，說明此時激光探頭的溫度過高或激光器本身出現了問題(電壓波動或電磁干擾等)。 報警時激光器不再進行測量工作。
(2)參數配置：可以輸入鋼板信息(如班別、鋼種、標準長度、批號等)。
(3)歷史瀏覽：可查看歷史數據。
二、測量原理分析
LSV的工作運用了多普勒激光微分的基本原理。 多普勒激光二極管的光束被分成兩個分開的光束打到被測的物體表面， 形成了一個由等距為ΔS的黑亮條紋間隔的三維空間 (測量體積)。 當一個粒子通過條紋圖形時，對它反回來的亮度進行信號調制。
1.條紋間隔
條紋間隔ΔS是一個系統常數， 它依賴于激光的波長λ和兩條激光束的夾角 2φ。
傳感器上的光電檢測器產生一個交流信號。
式中：fD―――多普勒頻率 ;VP―――測量方向上的速度分量;ΔS―――測量體積內的條紋間隔。
條紋間隔ΔS表示了速度和長度測量的標準器具(其上具有兩面可以調節的平行反射鏡)。它能準確地測量到每個傳感器頭并打印到識別標簽上去。 在配置LSV控制器時條紋間距存儲到閃存中作為標準因數，因此它是一個計算測量值的基準，如果更換傳感器頭，必須通過LSV軟件重新設置新的條紋間距。
2.偏移量的計算
LSV是運行在外差法的模式，即一條激光束被移動一個40MHz的偏移量。 因此測量體積中的條紋對應相應的速度移位到偏移頻率fB。 它這樣可檢測到物體的運動方向并且從速度為零開始測量。
LSV控制器中調制頻率由傅立葉變換計算得出，換算成速度分量VP的測量值。 控制器的另外一個功能是可以運用積分原理進行長度測量。 LSV一般用于過程控制系統中， 作為一個智能傳感器用于速度和長度的測量，可以實現用戶自定義接口。
三、設備安裝位置的方案確定
多普勒激光測速儀在軋鋼廠應用較廣， 一般而言，激光測速儀可安裝在鋼坯的上方、下方或兩側。 若儀器裝在鋼坯上方，鋼坯寬面熱輻射太強，冷卻壓力大，一旦測速儀安裝在上方固定時，就會影響鋼坯的生產。 儀器安裝在鋼坯下面也存在熱輻射問題，還有廢料下落會污染鏡頭，清潔鏡頭也會耽誤生產。 測速儀安裝在鋼坯側面，鏡頭安裝在一個移動的可控制的加速平臺上，它能隨鋼坯的寬度變化而移動，從而避免高溫輻射，降低了儀器的安裝成本，減少了對生產的影響。
激光測量設備安裝位置的確定還要考慮幾個因素。首先要考慮設備外殼出口處于高溫的惡劣環境中，測量設備必須有良好的保護措施， 能承受這種惡劣環境;其次要考慮到測量設備的安裝不能影響其他設備的運行。因此，建議將激光測量設備安裝在輥道外側。
摘自：中國計量測控網
