激光测距仪无论在军事应用方面, 还是在科学技术、生产建设方面, 都起着重要作用。由于激光波长单一, 测量精度高, 且激光测距仪结构小巧, 安装调整方便, 故激光测距仪是目前高精度测距最理想的仪器。激光器与普通光源有显著的区别, 它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应, 使所发光束具有一系列新的特点如下。
(1) 激光有小的光束发散角, 即所谓的方向性好或准直性好。
(2) 激光的单色性好, 或者说相干性好, 普通灯源或太阳光都是非相干光。
(3) 激光的输出功率虽然有限度, 但光束细, 所以功率密度很高, 一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。
1 相位式激光测距仪原理
激光测距原理图如图1所示, 激光测距仪的测距原理是由激光器对被测目标发射一个光信号, 然后接受目标反射回来的光信号, 通过测量光信号往返经过的时间, 计算出目标的距离。设目标的距离为L, 光信号往返所走过的距离即为2L。
式中:c为光在空气中的传播速度;
T为光信号往返所经过的时间;
L为检测目标的距离。
测距仪由激光器发出按某一频率变化的正弦调制光波, 光波的强度变化规律与光源的驱动电源的变化完全相同, 发出的光波到达被测目标, 通常这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜, 这块反射镜能把入射光束反射回去, 而且保证反射光的方向与入射光方向完全一致。在仪器的接收端获得调制光波的回波, 经鉴相和光电转换后, 得到与接受到的光波调制频率相位完全相同的电信号, 此电信号放大后与光源的驱动电压相比较, 测得两个正弦电压的相位差, 根据所测相位差就可算得所测距离。假设正弦调制光波往返后相位延迟一个Φ角, 又令激光调制频率为ω。, 则光波在被测距离上往返一次所需时间t为:
把上式代入测距公式中, 得到:
而Φ=N×2П+△Φ, 所以被测距离L为:
显然, 只要能够测量出发射和接收光波之间的相位差, 就可确定出距离L的数值。但目前任何测量交变信号相位的方法, 都不能确定出相位的整周期数N, 只能测定不是2П的尾数△Φ, 由于N值不确定, 故距离L就成为多值解。既然相位测量可以确定被测量的尾数, 那么, 利用两种光尺同时测量同一个量, 则可以解决多值问题。系统中用两把精度都是1‰的光尺, 其中一把光尺的L1=0.1m, 另一把光尺的L2=10m。分别测量同一距离, 然后把测得的结果, 相互组合起来即可。比如距离为2.047m, 用L1光尺测量得到不足0.1的尾数0.047m。L2光尺测量得到不足10m的尾数2m, 把两个光尺相加起来的读数为2.047m。
2 激光定位器在脱硫系统的应用
脱硫倾翻车在脱硫过程中, 需要在多位置间移动, 且在移动过程中需要准确定位, 以前使用机械定位装置, 但在脱硫、扒渣过程中溅出的铁渣经常造成机械定位开关及电缆线的烧损, 影响脱硫的正常进行。为了减少故障率, 提高脱硫作业率, 研究使用激光定位代替机械定位, 激光定位的优点在于电缆线少, 维护方便, 且激光定位为连续定位, 方便岗位人员做。
由于激光定位器应用光的反射原理, 需在脱硫倾翻车上安装反光板, 反光板要求既不能过分粗糙, 也不能过分光滑, 这样都不利于激光的漫散射, 影响激光定位器测量效果。经过反复试验最终使用不锈钢板作为反光板, 并在反光板上加挡渣板, 避免因脱硫、扒渣是铁水、铁渣喷到反光板上影响测量效果。
激光定位器安装需要固定并防止剧烈震动, 震动大将影响激光定位器使用寿命和测量精度, 如果在倾翻车行走定位过程中发生震动将不能准确定位, 影响脱硫作业的进行。经过反复的试验通过地基上做支架加垫片在防震上取得了很好的效果。
激光定位器发送光信号, 测量光反射时间, 计算出距离, 并在内部转化成4mA～20mA信号, 4mA～20mA信号通过PLC模拟量模块进入PLC。由于信号模拟量传输, 受到电磁干扰信号不稳定, 需要对信号做抗干扰处理。首先GEPLC模拟量模块需要将信号负接地, 保持信号电平平稳。激光定位器有数据通讯端口, 通讯端口处于开路状态, 易受到周围辐射磁场的干扰, 为避免这种干扰, 自制通讯接头, 减少干扰保持信号稳定。激光定位器发送的4mA～20mA信号, 经模拟量模板采集到PLC中, 为了在控制倾翻车信号的准确, 需要排除干扰及异常信号。对信号做平稳处理。
脱硫倾翻车属于大惯性负载, 且铁水量不同质量不同, 惯性就不同。倾翻车在移动过程中在同一点不同时间激光测距会出现偏差。这些给倾翻车停止时需要准确定位带来难度。为解决激光定位存在的偏差, 经过大量的观察, 查找出偏差数据量, 根据偏差数据量设定范围值, 使倾翻车在一个范围内停车, 范围选择很关键, 既要能够解决倾翻车数据偏差问题还要使倾翻车准确停车。
3 结语
通过使用激光定位器代替机械限位使倾翻车停车, 没有了大量的机械限位, 减少了电缆的数量, 这样在脱硫、扒渣过程中不存在限位烧坏情况, 保证了生产稳定运行, 同时减少了员工的劳动强度, 取得了很好的经济效益。
摘要：现在工业上应用比较普通的是机械定位装置, 这种装置在高温情况下使用容易毁坏, 使用时间很短, 造成设备的浪费, 而激光定位技术可以在高温下远距离使用, 弥补了机械定位装置的缺陷, 并且精度较高。
关键词：激光,倾翻车
参考文献
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