[發明專利]一種新型測量高爐料面形狀的機械式掃描雷達裝置

有效

• 申請號: 201210404903.7
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102864263A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 陳先中
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C21B7/24
• 分類號: C21B7/24
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

1.一種新型測量高爐料面形狀的機械式掃描雷達裝置，包括雷達本體、雷達專用天線、雷達運動裝置及其電控單元、數據傳輸系統、三維顯示系統及控制室，其特征在于：

所述雷達運動裝置包括一萬向球云臺及其電控單元，雷達本體及雷達專用天線安裝在萬向球云臺上，所述電控單元控制萬向球云臺的旋轉運動、沿套筒的上下熱保護運動及雷達專用天線的三維任意角度旋轉運動；

所述掃描雷達裝置還包括：在高爐爐頂開設一個孔，孔上安裝一個側壁帶冷卻系統的夾層套筒，套筒頂部安裝密封法蘭蓋板，形成一個完整的和高爐內部相通、和外部完全隔離的保護罩，所述萬向球云臺安裝在罩的內部；

所述數據傳輸系統包括一上位機及下位機，所述上位機安裝在爐頂上，下位機安裝在控制室，兩者之間通過通訊協議，完成云臺運動及云臺工作信號的雙向傳輸；

所述三維顯示系統完成正常料面三維顯示、料面局部放大與細部觀察。

2.根據權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于：所述雷達專用天線外面設計一個空腔，在空腔內部通有高壓氮氣，氮氣從天線的內表面旋轉噴出，在天線內面形成旋轉氣流，對天線內表面進行間隔或者長期連續吹掃。

3.根據權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于：所述萬向球云臺上面的十字卡槽上，設置有定位塊，每次裝置開始測量時，萬向球云臺都退到卡槽的定位塊上；所述該定位塊活動安裝或固定焊死。

4.根據權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于：所述數據傳輸系統控制萬向球云臺的運動從而控制雷達專用天線的運動路徑：按照確定的路徑走一邊，獲得料面數據；或控制雷達專用天線移到某一個點，測量該點的料面數據，實現定點測量、任意料線或者料面的測量。

5.根據權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于,所述三維顯示系統的三維料面成像模塊：首先，根據雷達對應的數值，在高爐的圓坐標系上，沿半徑方向是多條交叉的點，構建連續曲線；交叉線為樣條插值曲線，配合每個圓環和相鄰圓環之間通過最小二乘法等插值法進行的樣條曲面擬合，形成連續光滑曲面，顯示出具有料面特征的三維曲面圖像。

6.根據權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于,所述三維顯示系統的三維料面成像模塊：將所有雷達和探尺測量數據沿半徑的圓周方向移到沿半徑方向的一個剖面上，在剖面上把所有點都沿圓柱的中心軸旋轉到該剖面上，多個點連成一個連續曲線，其曲率的大小由料面形狀修正因子修正；該曲線沿中心軸旋轉形成一個連續光滑曲面，在高爐的三維顯示系統顯示，獲得三維高度曲面。

7.根據權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于：所述三維顯示系統在經過對數據的多次采樣，即形成連續的料面下降效果，結合下料時間，停料時間等高爐下料控制系統的信息，進而推算出在一個下料周期內，所形成的料層的形狀和厚度，并推算出各料層的下料速度，以及料層之間的礦／焦比；最后，系統將長時間累計下來的數據進行日志分析，料面的剖面及剖面線分析，并提供報警和切除故障雷達的輔助功能。

8.根據權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于：所述雷達本體的安裝位置是高爐爐頂，選擇位置的依據是：料面保持夾角最小，或者左右最大量程差別最小的方法；根據情況選擇人孔安裝，或者單獨開孔安裝；雷達的入射角度與爐頂風罩垂直，向下垂直，或者選靠近高爐風罩上部，斜入照射，夾角保持和料面最大覆蓋區域的等角度的方法開斜入孔。

9.根據權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于，所述雷達運動裝置具體結構如下：雷達本體的探尺通過萬向球云臺安裝在法蘭上，探尺的上端與一異型節鉸鏈連接，探尺隨著異型節的牽引通過萬向球云臺擺動；一滑條穿過異型節，使得異型節部分轉動轉變成平移運動，避免垂直方向的運動發生干涉；異型節能沿滑條滑動，滑條能沿滑行套的滑槽滑動，滑行套與螺桿相連，螺桿與電機和減速機相連，控制電機使滑行套5在螺桿上滑動，通過連桿機構使雷達探尺在該方向上直線運動；在垂直方向上存在與以上完全相同的機械結構可以在垂直方向上運動；兩臺電機精確控制雷達天線沿導槽左右前后移動，同時電控單元使轉臺圍繞萬向球云臺做旋轉運動，使天線微波能夠指向料面任意位置。

10.根據權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于，所述雷達運動裝置具體結構如下：雷達本體探尺通過萬向球云臺安裝在法蘭上，探尺的上端與傳動桿鉸鏈連接，一動力劃桿一端穿過傳動桿，另一端與外直尺螺母鉸接，外直尺螺母與螺栓連接，固定在底板上；一鋼球放置在外直尺螺母內，并與動力劃桿底部斜面接觸；電機驅動外直尺螺母轉動，動力劃桿以漸開式螺旋線轉動，動力劃桿通過傳動桿驅動探尺，雷達探尺也以漸開式螺旋線轉動，并且可隨機定位、隨機正反轉或重復掃描。