一、簡(jiǎn) 述 LSV系列多普勒激光測(cè)量?jī)x是德國(guó)POLYTEC公司的產(chǎn)品，在濟(jì)鋼中厚板廠(chǎng)得到較好的應(yīng)用。該激光測(cè)量?jī)x根據(jù)多普勒光譜的測(cè)量原理，具有測(cè)量精度高，維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，安裝在輥道的側(cè)面，對(duì)在線(xiàn)鋼坯進(jìn)行速度和長(zhǎng)度檢測(cè)，避免短尺鋼坯造成的改判率，提高了企業(yè)的效益。它屬非接觸測(cè)量,具動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、空間分辨率高、測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn),在測(cè)量領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。 二、系統(tǒng)組成 1、硬件組成 多普勒激光測(cè)速和測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)主要由以下部件組成：光學(xué)傳感器組件一套，LSV系統(tǒng)控制器一套，傳感器探頭及移動(dòng)架一套，數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)一根，上位機(jī)一臺(tái)，電氣控制柜一臺(tái)，水冷及空氣吹掃組件一套。 2、軟件架構(gòu) 2.1 軟件構(gòu)成 本系統(tǒng)的上位機(jī)操作系統(tǒng)為WINDOWS 2000；編程軟件是Visual C++.NET，C++語(yǔ)言的編程環(huán)境（IDE Integrated Development Environment），具有相同的基本數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型和用戶(hù)定義類(lèi)型以及類(lèi)和接口，實(shí)現(xiàn)了不同語(yǔ)言的交互，大大簡(jiǎn)化應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，提高編程效率；數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)采用SQL Server 2000，具有豐富的圖形化管理工具，動(dòng)態(tài)自動(dòng)管理和優(yōu)化功能，豐富的編程接口工具，具有很好的伸縮性，可靠性，管理方式簡(jiǎn)單。 2.2 人機(jī)交互界面HMI 啟動(dòng)PC機(jī)，進(jìn)入WINDOWS 2000界面，在HMI的桌面是有兩個(gè)快捷鍵，LSV6200用于設(shè)置激光測(cè)量?jī)x的內(nèi)置參數(shù)，監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)的狀態(tài)圖；LSVSETUP用于運(yùn)行HMI測(cè)量長(zhǎng)度顯示及報(bào)警信息畫(huà)面，同時(shí)具有數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)功能。 （1）主畫(huà)面：顯示測(cè)量長(zhǎng)度及鋼坯模擬圖示。右上角的報(bào)警信息：綠色為正常，紅色為報(bào)警，說(shuō)明此時(shí)激光探頭的溫度過(guò)高或激光器本身出現(xiàn)了問(wèn)題（電壓波動(dòng)或電磁干擾等）。報(bào)警時(shí)激光器不再進(jìn)行測(cè)量工作。 （2）參數(shù)配置：可以輸入鋼板信息如班別，鋼種，標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，批號(hào)等。 （3）歷史瀏覽：可查看歷史數(shù)據(jù)。 三、測(cè)量原理分析 多普勒激光測(cè)量?jī)x是采用非接觸傳感器測(cè)量鋼坯速度和長(zhǎng)度的儀器,向板坯表面發(fā)射兩束相交的激光,產(chǎn)生光干涉現(xiàn)象,形成多普勒效應(yīng)。干涉條紋的移動(dòng)速度與物體通過(guò)兩束激光的交點(diǎn)的速度成正比, 大多數(shù)使用的裝置并不含參考光,而是將兩束等強(qiáng)度的光聚焦并相交在測(cè)量點(diǎn)處。通過(guò)接收光譜,記錄干涉條紋的移動(dòng)速度,就可以精確地確定鋼坯的移動(dòng)速度。激光測(cè)量的精確度達(dá)到±0.02%,在速度為0.1m/min時(shí)的測(cè)量精度達(dá)到±0.02mm/min。（圖1） 圖1 LSV激光器測(cè)量原理LSV激光傳感器的工作運(yùn)用了多普勒激光微分的基本理。多普勒激光二極管的光束被分成兩個(gè)分開(kāi)的光束打到被測(cè)的物體表面，形成了一個(gè)由等距為ΔS的黑亮條紋間隔的三維空間（測(cè)量體積）。 當(dāng)一個(gè)粒子通過(guò)條紋圖形時(shí)，對(duì)它返回來(lái)的亮度進(jìn)行信號(hào)調(diào)制。 1、條紋間隔 條紋間隔ΔS是一個(gè)系統(tǒng)常數(shù)，它依賴(lài)于激光的波長(zhǎng)λ和兩條激光束的夾角2φ。 傳感器上的光電檢測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)交流信號(hào)，多普勒頻率fD與測(cè)量方向的速度分量VP的比例公式為： fD----多普勒頻率； VP----測(cè)量方向上的速度分量；ΔS----測(cè)量體積內(nèi)的條紋間隔 條紋間隔ΔS表示了速度和長(zhǎng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)具（其上具有兩面可以調(diào)節(jié)的平行反射鏡）。它能準(zhǔn)確的測(cè)量到每個(gè)傳感器頭并打印到識(shí)別標(biāo)簽上去。在配置LSV控制器時(shí)條紋間距存儲(chǔ)到閃存中作為標(biāo)準(zhǔn)因數(shù)，因此它是一個(gè)計(jì)算測(cè)量值的基準(zhǔn)，如果傳感器頭更換時(shí)，必須通過(guò)LSV軟件重新設(shè)置新的條紋間距。 2、偏移量的計(jì)算 LSV運(yùn)行在外差法的模式，即一條激光束被移動(dòng)一個(gè)40MHZ的偏移量。因此測(cè)量體積中的條紋對(duì)應(yīng)相應(yīng)的速度移位到偏移頻率fB。它這樣可能檢測(cè)到物體的運(yùn)動(dòng)方向并且從速度為零開(kāi)始測(cè)量。在外差法中合力調(diào)制頻率fmod如下式： LSV控制器中調(diào)制頻率由傅立葉變換計(jì)算得出，換算成速度分量VP的測(cè)量值。控制器的另外功能是可以運(yùn)用積分原理進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量。LSV一般用于過(guò)程控制系統(tǒng)中，作為一個(gè)智能傳感器用于速度和長(zhǎng)度的測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)自定義接口。 3、LSV傳感器的光學(xué)配置 圖2 LSV傳感器組成如上圖所示，從激光二極管發(fā)出的穩(wěn)定波長(zhǎng)的光束通過(guò)布拉格單元被分成強(qiáng)度相等的兩個(gè)光束，其中的一條光學(xué)頻率被移位到40MHZ。光束分離器將兩條光束分隔成兩個(gè)空間。用三個(gè)棱鏡在一定的距離內(nèi)將兩束光調(diào)整通過(guò)。從測(cè)量物體散射回來(lái)的光通過(guò)接收光學(xué)裝置和對(duì)焦距到光學(xué)檢測(cè)器上，從這里檢測(cè)信號(hào)被傳送到控制器進(jìn)行測(cè)量。 四、在線(xiàn)鋼坯的測(cè)量及常見(jiàn)問(wèn)題分析 4.1 測(cè)量實(shí)例 圖3 測(cè)量?jī)xHMI主畫(huà)面 圖4 鋼坯在線(xiàn)測(cè)量速度、長(zhǎng)度曲線(xiàn)顯示在主畫(huà)面上（圖3）可以精確的顯示出鋼坯的測(cè)量長(zhǎng)度，精確到10-4m。上圖4為在線(xiàn)測(cè)量長(zhǎng)度大約為3米的鋼坯的連續(xù)測(cè)量波形[2]，通過(guò)速度和長(zhǎng)度的關(guān)聯(lián)及比較，可以十分清楚的知道當(dāng)前鋼坯的測(cè)量趨勢(shì)以及相應(yīng)的輥道速度。還可以利用不同的游標(biāo)查看曲線(xiàn)上每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間的距離及速度偏差。而一般的測(cè)量方法是用鋼卷尺進(jìn)行人工測(cè)量，而且必須在鋼坯停止的狀態(tài)下進(jìn)行，冷料的時(shí)候還可以，如果是熱料人工就無(wú)法靠近進(jìn)行測(cè)量了。一般工業(yè)用的鋼卷尺是II級(jí)，只精確到10-2m。無(wú)論從精度等級(jí)上，還是適應(yīng)快速的生產(chǎn)節(jié)奏方面多普勒激光非接觸式測(cè)量?jī)x都有其明顯的優(yōu)越性。 4.2 常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法 （1）該測(cè)量?jī)x的信號(hào)處理器與傳感器探頭之間的連接只有一根特制電纜，該電纜為多芯電纜，進(jìn)行檢測(cè)信號(hào)的傳輸和給探頭供電。因此對(duì)外界的抗干擾性要求特別嚴(yán)格，供電電源要有可靠的接地，避免周?chē)霈F(xiàn)強(qiáng)電干擾。 （2）傳感器探頭使用時(shí)間長(zhǎng)容易生熱，因此，必須保證水冷和空氣吹掃的效果。一般探頭溫度要≤35℃，否則系統(tǒng)報(bào)警自動(dòng)關(guān)閉激光。 （3）多普勒激光測(cè)量?jī)x是在線(xiàn)、連續(xù)、非接觸式測(cè)量，因此在輥道上運(yùn)輸?shù)匿撆饕幸欢ǖ拈g隙，至少2mm 以保證系統(tǒng)能夠分辨出是不同的鋼坯測(cè)量。 五、設(shè)備安裝位置的方案確定 多普勒激光測(cè)速儀在軋鋼廠(chǎng)應(yīng)用較廣,一般而言,激光測(cè)速儀可安裝在鋼坯的上方、下方或兩側(cè)。若儀器裝在鋼坯上方，鋼坯寬面熱輻射太強(qiáng)，冷卻壓力大，一旦測(cè)速儀安裝在上方固定時(shí)，就會(huì)影響鋼坯的生產(chǎn)。儀器安裝在鋼坯下面也存在熱輻射問(wèn)題，還有廢料下落，污染鏡頭，清潔鏡頭也會(huì)耽誤生產(chǎn)。測(cè)速儀安裝在鋼坯側(cè)面，鏡頭安裝在一個(gè)移動(dòng)的可控制的加速平臺(tái)上，它能隨鋼坯的寬度變化而移動(dòng)，從而避免高溫輻射，降低了儀器的安裝成本，減少了對(duì)生產(chǎn)影響。 激光測(cè)量設(shè)備安裝位置的確定還要考慮幾個(gè)因素。首先要考慮設(shè)備外殼出口處于高溫的惡劣環(huán)境中，測(cè)量設(shè)備必須有良好的保護(hù)措施，能承受這種惡劣環(huán)境；其次要考慮到測(cè)量設(shè)備的安裝不能影響其它設(shè)備的運(yùn)行。因此，建議激光測(cè)量設(shè)備應(yīng)安裝在輥道外側(cè)。 六、結(jié)束語(yǔ) 多普勒激光測(cè)量系統(tǒng)與鋼坯沒(méi)有接觸，測(cè)量?jī)x的維修率低，對(duì)鋼坯的工作沒(méi)有影響，能測(cè)量板坯長(zhǎng)度和速度，激光測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的靈敏度高，解決了鋼坯長(zhǎng)度不準(zhǔn)的問(wèn)題。同時(shí)，該系統(tǒng)具有兼容功能較高的接口組件，可以根據(jù)實(shí)際使用情況同時(shí)或隨意的選擇多種獨(dú)立的接口組件通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)和地址總線(xiàn)實(shí)時(shí)的傳遞測(cè)量值，可以與企業(yè)的自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接口通訊，數(shù)據(jù)共享。該系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，檢測(cè)精度高，提高了軋制鋼板的成材率，每年可節(jié)約改判損失200萬(wàn)元，在同行業(yè)很好的推廣價(jià)值。