多普勒激光测量仪在轧钢厂的应用
发布时间：2017-09-01
多普勒激光测量仪是采用非接触传感器测量钢坯速度和长度的仪器， 向板坯表面发射两束相交的激光，产生光干涉现象，形成多普勒效应。 干涉条纹的移动速度与物体通过两束激光的交点的速度成正比。 通过接收光谱，记录干涉条纹的移动速度，就可以精确地确定钢坯的移动速度。 激光测量的准确度达到±0.02%，在铸速为0.1m/min时的测量准确度达到±0.02mm/min。
一、系统组成
1.硬件组成
多普勒激光测速和测长系统主要由以下部件组成：光学传感器组件1套、激光表面测速仪(LSV)系统控制器1套、传感器探头及移动架1套、数据传输线1根、上位机1台、电气控制柜1台、水冷及空气吹扫组件1套。
2.HMI测量结果显示
启动计算机， 进入Windows XP界面， 在人机界面(HMI) 的桌面有两个快捷键，LSV6200用于设置激光测量仪的内置参数， 监控测量数据的状态图;LSVSETUP用于运行HMI测量长度显示及报警信息画面，同时具有数据信息存储功能。
(1)主画面：显示测量长度及钢坯模拟图示。右上角的报警信息：绿色为正常，红色为报警，说明此时激光探头的温度过高或激光器本身出现了问题(电压波动或电磁干扰等)。 报警时激光器不再进行测量工作。
(2)参数配置：可以输入钢板信息(如班别、钢种、标准长度、批号等)。
(3)历史浏览：可查看历史数据。
二、测量原理分析
LSV的工作运用了多普勒激光微分的基本原理。 多普勒激光二极管的光束被分成两个分开的光束打到被测的物体表面， 形成了一个由等距为ΔS的黑亮条纹间隔的三维空间 (测量体积)。 当一个粒子通过条纹图形时，对它反回来的亮度进行信号调制。
1.条纹间隔
条纹间隔ΔS是一个系统常数， 它依赖于激光的波长λ和两条激光束的夹角 2φ。
传感器上的光电检测器产生一个交流信号。
式中：fD―――多普勒频率 ;VP―――测量方向上的速度分量;ΔS―――测量体积内的条纹间隔。
条纹间隔ΔS表示了速度和长度测量的标准器具(其上具有两面可以调节的平行反射镜)。它能准确地测量到每个传感器头并打印到识别标签上去。 在配置LSV控制器时条纹间距存储到闪存中作为标准因数，因此它是一个计算测量值的基准，如果更换传感器头，必须通过LSV软件重新设置新的条纹间距。
2.偏移量的计算
LSV是运行在外差法的模式，即一条激光束被移动一个40MHz的偏移量。 因此测量体积中的条纹对应相应的速度移位到偏移频率fB。 它这样可检测到物体的运动方向并且从速度为零开始测量。
LSV控制器中调制频率由傅立叶变换计算得出，换算成速度分量VP的测量值。 控制器的另外一个功能是可以运用积分原理进行长度测量。 LSV一般用于过程控制系统中， 作为一个智能传感器用于速度和长度的测量，可以实现用户自定义接口。
三、设备安装位置的方案确定
多普勒激光测速仪在轧钢厂应用较广， 一般而言，激光测速仪可安装在钢坯的上方、下方或两侧。 若仪器装在钢坯上方，钢坯宽面热辐射太强，冷却压力大，一旦测速仪安装在上方固定时，就会影响钢坯的生产。 仪器安装在钢坯下面也存在热辐射问题，还有废料下落会污染镜头，清洁镜头也会耽误生产。 测速仪安装在钢坯侧面，镜头安装在一个移动的可控制的加速平台上，它能随钢坯的宽度变化而移动，从而避免高温辐射，降低了仪器的安装成本，减少了对生产的影响。
激光测量设备安装位置的确定还要考虑几个因素。首先要考虑设备外壳出口处于高温的恶劣环境中，测量设备必须有良好的保护措施， 能承受这种恶劣环境;其次要考虑到测量设备的安装不能影响其他设备的运行。因此，建议将激光测量设备安装在辊道外侧。
摘自：中国计量测控网
