激光高溫液體高度測控系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光測控技術領域，具體涉及一種激光高溫液體高度測控系統(tǒng)及控制 方法。
【背景技術】
[0002] 目前，非接觸液體高度定位系統(tǒng)主要有如下幾種：
[0003] (1)紅外線高度定位系統(tǒng):紅外線測距的過程可簡述為:裝置內的紅外二極管發(fā)射 高頻調制波，調制波到達障礙物后反射回裝置，裝置內的光敏二極管接收到返回的信號后 進行電壓轉換，最終計算裝置到液面的高度。但是由于紅外線易受高溫液體光線影響，造成 測量數(shù)據(jù)變化大，精度達不到作業(yè)要求。
[0004] (2)超聲波高度定位系統(tǒng):超聲波測距是通過測量超聲波發(fā)射之后與超聲波接觸 到障礙物后返回裝置的時間差，再將其乘以超聲波速度來測量發(fā)射端距離障礙物的距離， 然后利用接觸物與多個超聲波發(fā)射端的距離經(jīng)過三邊或多邊定位算法獲知被測物體的高 度信息。但是在高溫環(huán)境下，超聲波強度會大大衰減，甚至無法接收返回來的信號，造成測 距失效。同時精度也無法滿足作業(yè)要求。
[0005] (3)WIFI和藍牙高度定位系統(tǒng):WIFI和藍牙測距的原理相同，均采用基于信號強度 的測距方式。在其信號覆蓋的區(qū)域內，設置若干個已知位置信息的節(jié)點，然后測量待測物體 的信號強度，將待測物信號強度與已知節(jié)點的信號強度進行比對，通過換算模型即可大致 估計液面高度。在高溫下WIFI和藍牙的信號衰減厲害，接收器無法接收信號完成測量任務。
[0006] 上述的幾種高度定位系統(tǒng)一旦應用到高溫液體或者在高溫環(huán)境中，檢測的效果將 會大打折扣，尤其無法應用到監(jiān)測鋼鐵冶煉時高溫熔融狀態(tài)下的液面變化等極端高溫的環(huán) 境中。
[0007] 近年來，激光技術發(fā)展迅速，已經(jīng)被廣泛應用于加工、測量、醫(yī)療、印刷等各領域， 特別在物位測量方面，激光測量有著方向性好、發(fā)應快、非接觸測量、耐高溫、耐干擾等其他 技術無法比擬的優(yōu)勢。
[0008] 申請?zhí)枮?CN201410213359.7"的中國專利申請公開了一種"測量單晶爐熔硅液面 高度的裝置與方法"，該方法采用激光雙反射法測量熔硅液面高度，此方法需要配置一個復 雜的圖像傳感器，而且需要通過復雜的圖像處理算法去求得液面高度，并且不能計算實時 的液面移動速率V，以便為控制液面高度提供參考，應用范圍有限。申請?zhí)枮?"CN201510361972.8"的中國專利申請公開了一種"非接觸式液位測量系統(tǒng)及方法"，該方法 也只能實現(xiàn)檢測容器內的液位高度，并不能實時計算容器內液面的移動速率。

【發(fā)明內容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種激光高溫液體高度測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采 用耐高溫、耐干擾的激光束作為測量光源，能夠在高溫環(huán)境中實時測量高溫液體的液面高 度及液面高度升降速率變化，并對高溫液體的液位高度進行實時調控;本發(fā)明還提供了一 種激光高溫液體高度測控方法，克服目前檢測方法算法復雜，檢測精度不高等缺陷。
[0010]為實現(xiàn)上述技術方案，本發(fā)明提供的一種激光高溫液體高度測控系統(tǒng)，包括：
[0011]位于待測液體液面上方且相對設置的激光發(fā)射器和激光接收器，激光接收器上與 激光發(fā)射器正對端面設置有一接收激光束的面板，該面板的中部設置一個中點；
[0012] 驅動單元，用于帶動激光發(fā)射器和激光接收器同時轉動；
[0013] 控制器，該控制器用于接收激光束落在面板上形成的光斑與中點之間的距離信 號，當激光束落在面板上形成的光斑與中點之間的距離不為零時，控制器控制驅動單元帶 動激光發(fā)射器和激光接收器同時運動；當激光束落在面板上形成的光斑與中點重合時，控 制器計算出液面移動速率V和當前液面高度H1，具體計算公式如下：
[0014] T0時刻，將待測液體的液面加送至一個液面高度已知的Μ點，此時液面高度為H0， 激光接收器旋轉的角度為Α°，在Τ1時刻時，液面上升或者下降至Ν點，此時液面高度為Η1，激 光接收器旋轉的角度為Β°，則液面移動速率V為：
[0016]其中AS為液面上升高度，ΛΤ為時間差，ΛΤ = Τ1-Τ0,其中
[0018]其中L為兩電機間的距離；
[0019]液面高度Η1計算公式為：
[0021] Τ2時刻則以Τ1時刻的液位高度Η1和激光接收器旋轉的角度Β°為已知值計算出此 時的液位高度Η2和V2，如此往復；
[0022] 液位控制栗，用于接受控制器內發(fā)出的調控信號，實現(xiàn)高溫容器內高溫液體的液 位控制，所述液位控制栗包括液體輸出栗和液體輸入栗，當控制器計算得到的液面移動速 率V大于預設的移動速率閾值V0時，控制器控制減少液體輸入栗的流量或者增大液體輸出 栗的流量，以減少液面移動速率V;當控制器計算得到的液面移動速率V小于預設的移動速 率閾值V0時，控制器控制增大液體輸入栗的流量或者減少液體輸出栗的流量，以增大液面 移動速率V;當控制器計算得到的液面移動速率V等于預設的移動速率閾值V0時，控制器控 制保持液體輸入栗的流量和液體輸出栗的流量；當控制器計算得到的當前液面高度Η等于 或者大于預設的液面高度閾值Ht時，控制器發(fā)布預警信息，液體輸入栗關閉。
[0023] 優(yōu)選的，所述驅動單元為安裝在激光發(fā)射器和激光接收器端部且用于控制激光發(fā) 射器和激光接收器同步轉動的伺服電機。
[0024] -種激光高溫液體高度測控方法，包括以下步驟：
[0025] S1.激光發(fā)射器和激光接收器的信號調零:控制器發(fā)出指令使激光發(fā)射器產(chǎn)生特 定頻率的激光束，控制驅動單元使激光發(fā)射器和激光接收器成水平狀態(tài)，使得激光發(fā)射器 發(fā)射的激光束照射至激光接收器的面板中心，進行調零，調零完畢后記錄當前的位置為零 位置；
[0026] S2.高溫液體液位測量:開啟液體輸送栗將待測液體的液面加送至一個液面高度 已知的Μ點，此時液面高度已知為H0,關閉液體輸送栗并開始加熱，控制器控制驅動單元帶 動激光發(fā)射器和激光接收器同時轉動，直至激光束照射至待測液體液面，判斷反射的激光 束是否落在激光接收器面板中心，如果"否"，驅動單元驅動激光發(fā)射器和激光接收器繼續(xù) 轉動，直至反射的激光束移動到激光接收器面板中心，然后開啟液體輸入栗和液體輸出栗， 液面開始上升，控制器控制驅動單元帶動激光發(fā)射器和激光接收器同時轉動，直至反射的 激光束移動到激光接收器面板中心，此時控制器根據(jù)驅動單元中電機的移動角度和移動速 率計算高溫液體的液面移動速率V和當前液面高度H1，具體計算公式如下，具體計算公式如 下：
[0027] T0時刻，液面高度位于Μ點，此時已知液面高度為H0,激光接收器旋轉的角度為A°， 在T1時刻時，液面上升或者下降至N點，此時未知液面高度為HI，激光接收器旋轉的角度為 B°，則液面移動速率V為：
[0029] 其中AS為液面上升高度，ΛΤ為時間差，ΛΤ = Τ1-Τ0,其中
[0031]其中L為兩電機間的距離；
[0032]液面高度Η1計算公式為：
[0034] Τ2時刻則以Τ1時刻的液位高度Η1和激光接收器旋轉的角度Β°為已知值計算出此 時的液位高度Η2和V2，如此往復；
[0035] S3.高溫液體液位控制:控制器根據(jù)S2中測得的數(shù)據(jù)控制液體輸出栗或者液體輸 入栗的流量大小，當控制器計算得到的液面移動速率V大于預設的移動速率