一种新型测量高炉料面形状的机械式扫描雷达装置，包括雷达本体、雷达专用天线、雷达运动装置及其电控单元、数据传输系统、三维显示系统及控制室，所述雷达运动装置包括一万向球云台及其电控单元，雷达本体及雷达专用天线安装在万向球云台上，所述电控单元控制万向球云台的旋转运动、沿套筒的上下热保护运动及雷达专用天线的三维任意角度旋转运动。本装置可以测量一个比较确定的范围，减少了雷达信号处理的难度，降低了成本。同时延长了伸入到高炉内部的天线的工作寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冶金领域使用微波技术进行料面形状测量的场合，特别适用于高炉内三维料面的成像，也适用于其他领域类似的近场曲面的三维成像。
技术介绍
钢铁工业中高炉冶炼的过程，是不断添加炉料进行连续冶炼的过程，其中炉顶布料形状的控制是十分重要环节，因此实时准确地获得高炉内三维料面形状信息，对于调节布料方式、控制高炉煤气分布、判断炉况有着十分重要的作用，进而，使得炉缸活跃、高炉顺行、降低焦比、节约能源、稳定闻广、减少炉壁侵蚀和延长闻炉寿命，提闻闻炉炼铁生广效.、/■Mo目前国内各大钢铁公司几乎都安装了雷达料位计，部分取代机械探尺，实现连续的料面检测，目前检测高炉料面的方法主要有机械探尺测量法，以及微波雷达料位测量技术。本专利技术设计了一种新的三维机械式扫描雷达，可以让机械雷达的高温天线深入到高炉内部，通过天线的移动加旋转，实现在预先优化选定的位置，通过最优视角范围和最优测距范围的考虑，对高炉料面实现全覆盖的微波扫描与三维成像。与本专利相关联的国内外相关技术如下 中国专利技术专利01126452. 7，《高炉炉顶全料面毫米波三维成像仪》，申请单位宝钢股份，其特点是采用炉外安装，加透镜透波，存在窗口容易被污染，扫描角度有限的问题。该专利是在炉外安装，而本设计是炉内安装，环境比较恶劣，照射角度增大了，可以在开比较小的孔的同时增加扫描覆盖面积，而且天线可以缩回，有效延长了雷达天线的使用寿命。中国专利技术专利申请号200910089676. 1，《一种巡回测量高炉料面的装置》，申请单位首钢股份，采用二维机械扫描的十字杆移动的方法，安装在可沿固定架上某点旋转的斜杆上，利用机械装置的移动旋转等使雷达能够测量高炉料面的各点，优点是利用一台雷达测量出高炉径向的料面形状和下降速度，但是只能实现二维扫描。中国专利技术专利申请号200620150006. 8，《一种用于测量高炉内料面高度的雷达探尺》，申请单位天津钢铁股份公司；采用波纹管的微小移动调节雷达测量角，角度可调的范围相当有限，无法做到三维扫描。中国专利技术专利申请号200920014534. 4，《一种高炉料面形状雷达测量装置》，申请单位鞍钢股份。采用万向球形密封装置二维测量料面形状，结构简单合理，但无三维扫描，无雷达的自动系统保护。中国专利技术专利CN200710064497. 3，《高炉料面形状动态立体监测系统及检测方法》，是申请者在对比了多种专利方法后，提出的一种新的检测方法，其特点是在高炉顶部安装多台雷达对高炉料面形状进行检测，将以渐开线分布的雷达测量出的料面高度数据为基准，再以相应的算法拟合动态的料面曲线，可以拟合出较好的动态料面形状，但该方法雷达是数个雷达固定安装，无移动部件。荷兰专利NL-7707-178 “Device for determining charging distribution inblast furnace”,为双天线结构，安装在球形关节上,天线指向可以随高炉旋转布料器转动，具有测量料面形状和沉降动态的能力，适用于旋转布料式高炉。但由于雷达指向溜槽反射入料面，属雷达波通过旋转设备折射到料面上，间接计算料面高度的一种方法。欧洲专利ER G017-664 “Mounting Radar Antenna on Shaft Furnace，，。为双天线结构，安装在圆管底部。测量是圆管穿过炉身侧壁水平径向插入炉内，通过圆管的旋转使天线波束在炉内形成一维径向扫描，不具备全料面形状成像能力，且圆管笨重，圆管的伸缩时间长。其他国内外还有一类激光扫描方法，如“激光检测料面形状的方法和系统”，(200810240835. 9)，是基于激光与图像处理的方法获取料面形状的，和本专利技术的微波法原理不同。 _
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种新型测量高炉料面形状的机械式扫描雷达装置。本专利技术的技术方案如下 一种新型测量高炉料面形状的机械式扫描雷达装置，包括雷达本体、雷达专用天线、雷达运动装置及其电控单元、数据传输系统、三维显示系统及控制室，其特征在于 所述雷达运动装置包括一万向球云台及其电控单元，雷达本体及雷达专用天线安装在万向球云台上，所述电控单元控制万向球云台的旋转运动、沿套筒的上下热保护运动及雷达专用天线的三维任意角度旋转运动； 所述扫描雷达装置还包括在高炉炉顶开设一个孔，孔上安装一个侧壁带冷却系统的夹层套筒，套筒顶部安装密封法兰盖板，形成一个完整的和高炉内部相通、和外部完全隔离的保护罩，所述万向球云台安装在罩的内部； 所述数据传输系统包括一上位机及下位机，所述上位机安装在炉顶上，下位机安装在控制室，两者之间通过通讯协议，完成云台运动及云台工作信号的双向传输； 所述三维显示系统完成正常料面三维显示、料面局部放大与细部观察。雷达本体包括雷达距离测量单元。雷达本体的特征在于雷达信号收发与处理系统具有10GHz，26 GHz或者77 GHz的发射频率，并接受和处理雷达回波信号，采用连续调频波原理测量，雷达一般具有向外的通讯接口等。雷达专用天线采用喇叭形或者方形天线，或者抛物线等公知的天线形状设计，天线外面设计一个空腔，在空腔内部通有高压氮气，氮气最后从喇叭口或者其他形状的天线的内表面旋转喷出，在喇叭内面形成旋转气流，对喇叭内表面进行吹扫，可以是间隔或者长期连续吹扫，防止表面灰尘和粘附物附着，同时起到冷却作用。雷达运动装置包括一万向球云台及其电控单元，雷达本体及雷达专用天线安装在万向球云台上，所述电控单元控制万向球云台的旋转运动、沿套筒的上下热保护运动及雷达专用天线的三维任意角度旋转运动。雷达的旋转运动和上下运动，可以使雷达云台围绕自身旋转，也可以在受热时，自动退回到安全的低温区，远离高温的炉内的位置，旋转运动可以灵活控制天线指向，上下移动可以热保护。所述数据传输系统包括一上位机及下位机，所述上位机安装在炉顶上，下位机安装在控制室，两者之间通过通讯协议，完成云台运动及云台工作信号的双向传输； 所述三维显示系统完成正常料面三维显示、料面局部放大与细部观察进一步的，所述装置还包括在高炉炉顶开设一个孔，孔上安装一个侧壁带水冷或者氮冷的夹层套筒，套筒顶部安装密封法兰盖板，形成一个完整的和高炉内部相通，和外部完全隔离的保护罩。罩的内部包括一个上下可以移动的万向球云台装置，将专用雷达天线安装在万向球云台装置上，喇叭等天线口朝向高炉料面，上下运动的云台是双方向运动，一般在高温时退回到最顶端。云台的万向球结构，保证雷达天线能够自由地朝向料面反射微波和扫描料面测量。云台采用不锈钢等金属材料或者陶瓷材料设计，可以抗至少高温200度(短时最高600度，半小时)，密封压力4公斤，抗粉尘，抗油污和热变形。 云台自动退回到顶端，属机械提升与自动保护，当炉况异常时，云台或者万向球或者是其他专门设计的运动系统，带着天线自动往回缩，离开高温区，到达保护罩顶部的低温区，采用闸板阀等隔离装置将雷达天线与高炉内部，部分地或者全部地与高炉内部隔离，需要测量时，打开隔离装置，天线重新进入炉内测量。在实际施工中，也可以使云台选好一个位置后，固定不动，取消闸板阀，则安装成本和维护成本会大大下降 天线三维任意角度旋转运动是核心，它使微波束直接指向料面，并得到反射回波。天线设置了定位和起点检测装置。作为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型测量高炉料面形状的机械式扫描雷达装置，包括雷达本体、雷达专用天线、雷达运动装置及其电控单元、数据传输系统、三维显示系统及控制室，其特征在于：所述雷达运动装置包括一万向球云台及其电控单元，雷达本体及雷达专用天线安装在万向球云台上，所述电控单元控制万向球云台的旋转运动、沿套筒的上下热保护运动及雷达专用天线的三维任意角度旋转运动；所述扫描雷达装置还包括：在高炉炉顶开设一个孔，孔上安装一个侧壁带冷却系统的夹层套筒，套筒顶部安装密封法兰盖板，形成一个完整的和高炉内部相通、和外部完全隔离的保护罩，所述万向球云台安装在罩的内部；所述数据传输系统包括一上位机及下位机，所述上位机安装在炉顶上，下位机安装在控制室，两者之间通过通讯协议，完成云台运动及云台工作信号的双向传输；所述三维显示系统完成正常料面三维显示、料面局部放大与细部观察。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈先中，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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