一、簡 述 LSV系列多普勒激光測量儀是德國POLYTEC公司的產品，在濟鋼中厚板廠得到較好的應用。該激光測量儀根據多普勒光譜的測量原理，具有測量精度高，維護簡單的特點。根據現場的實際情況，安裝在輥道的側面，對在線鋼坯進行速度和長度檢測，避免短尺鋼坯造成的改判率，提高了企業的效益。它屬非接觸測量,具動態響應快、空間分辨率高、測量范圍大等優點,在測量領域有廣闊的應用前景。 二、系統組成 1、硬件組成 多普勒激光測速和測長系統主要由以下部件組成：光學傳感器組件一套，LSV系統控制器一套，傳感器探頭及移動架一套，數據傳輸線一根，上位機一臺，電氣控制柜一臺，水冷及空氣吹掃組件一套。 2、軟件架構 2.1 軟件構成 本系統的上位機操作系統為WINDOWS 2000；編程軟件是Visual C++.NET，C++語言的編程環境（IDE Integrated Development Environment），具有相同的基本數據庫類型和用戶定義類型以及類和接口，實現了不同語言的交互，大大簡化應用程序開發，提高編程效率；數據庫的設計采用SQL Server 2000，具有豐富的圖形化管理工具，動態自動管理和優化功能，豐富的編程接口工具，具有很好的伸縮性，可靠性，管理方式簡單。 2.2 人機交互界面HMI 啟動PC機，進入WINDOWS 2000界面，在HMI的桌面是有兩個快捷鍵，LSV6200用于設置激光測量儀的內置參數，監控測量數據的狀態圖；LSVSETUP用于運行HMI測量長度顯示及報警信息畫面，同時具有數據信息存儲功能。 （1）主畫面：顯示測量長度及鋼坯模擬圖示。右上角的報警信息：綠色為正常，紅色為報警，說明此時激光探頭的溫度過高或激光器本身出現了問題（電壓波動或電磁干擾等）。報警時激光器不再進行測量工作。 （2）參數配置：可以輸入鋼板信息如班別，鋼種，標準長度，批號等。 （3）歷史瀏覽：可查看歷史數據。 三、測量原理分析 多普勒激光測量儀是采用非接觸傳感器測量鋼坯速度和長度的儀器,向板坯表面發射兩束相交的激光,產生光干涉現象,形成多普勒效應。干涉條紋的移動速度與物體通過兩束激光的交點的速度成正比, 大多數使用的裝置并不含參考光,而是將兩束等強度的光聚焦并相交在測量點處。通過接收光譜,記錄干涉條紋的移動速度,就可以精確地確定鋼坯的移動速度。激光測量的精確度達到±0.02%,在速度為0.1m/min時的測量精度達到±0.02mm/min。（圖1） 圖1 LSV激光器測量原理LSV激光傳感器的工作運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分開的光束打到被測的物體表面，形成了一個由等距為ΔS的黑亮條紋間隔的三維空間（測量體積）。 當一個粒子通過條紋圖形時，對它返回來的亮度進行信號調制。 1、條紋間隔 條紋間隔ΔS是一個系統常數，它依賴于激光的波長λ和兩條激光束的夾角2φ。 傳感器上的光電檢測器產生一個交流信號，多普勒頻率fD與測量方向的速度分量VP的比例公式為： fD----多普勒頻率； VP----測量方向上的速度分量；ΔS----測量體積內的條紋間隔 條紋間隔ΔS表示了速度和長度測量的標準具（其上具有兩面可以調節的平行反射鏡）。它能準確的測量到每個傳感器頭并打印到識別標簽上去。在配置LSV控制器時條紋間距存儲到閃存中作為標準因數，因此它是一個計算測量值的基準，如果傳感器頭更換時，必須通過LSV軟件重新設置新的條紋間距。 2、偏移量的計算 LSV運行在外差法的模式，即一條激光束被移動一個40MHZ的偏移量。因此測量體積中的條紋對應相應的速度移位到偏移頻率fB。它這樣可能檢測到物體的運動方向并且從速度為零開始測量。在外差法中合力調制頻率fmod如下式： LSV控制器中調制頻率由傅立葉變換計算得出，換算成速度分量VP的測量值。控制器的另外功能是可以運用積分原理進行長度測量。LSV一般用于過程控制系統中，作為一個智能傳感器用于速度和長度的測量，可以實現用戶自定義接口。 3、LSV傳感器的光學配置 圖2 LSV傳感器組成如上圖所示，從激光二極管發出的穩定波長的光束通過布拉格單元被分成強度相等的兩個光束，其中的一條光學頻率被移位到40MHZ。光束分離器將兩條光束分隔成兩個空間。用三個棱鏡在一定的距離內將兩束光調整通過。從測量物體散射回來的光通過接收光學裝置和對焦距到光學檢測器上，從這里檢測信號被傳送到控制器進行測量。 四、在線鋼坯的測量及常見問題分析 4.1 測量實例 圖3 測量儀HMI主畫面 圖4 鋼坯在線測量速度、長度曲線顯示在主畫面上（圖3）可以精確的顯示出鋼坯的測量長度，精確到10-4m。上圖4為在線測量長度大約為3米的鋼坯的連續測量波形[2]，通過速度和長度的關聯及比較，可以十分清楚的知道當前鋼坯的測量趨勢以及相應的輥道速度。還可以利用不同的游標查看曲線上每兩個點之間的距離及速度偏差。而一般的測量方法是用鋼卷尺進行人工測量，而且必須在鋼坯停止的狀態下進行，冷料的時候還可以，如果是熱料人工就無法靠近進行測量了。一般工業用的鋼卷尺是II級，只精確到10-2m。無論從精度等級上，還是適應快速的生產節奏方面多普勒激光非接觸式測量儀都有其明顯的優越性。 4.2 常見問題及解決方法 （1）該測量儀的信號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，進行檢測信號的傳輸和給探頭供電。因此對外界的抗干擾性要求特別嚴格，供電電源要有可靠的接地，避免周圍出現強電干擾。 （2）傳感器探頭使用時間長容易生熱，因此，必須保證水冷和空氣吹掃的效果。一般探頭溫度要≤35℃，否則系統報警自動關閉激光。 （3）多普勒激光測量儀是在線、連續、非接觸式測量，因此在輥道上運輸的鋼坯要有一定的間隙，至少2mm 以保證系統能夠分辨出是不同的鋼坯測量。 五、設備安裝位置的方案確定 多普勒激光測速儀在軋鋼廠應用較廣,一般而言,激光測速儀可安裝在鋼坯的上方、下方或兩側。若儀器裝在鋼坯上方，鋼坯寬面熱輻射太強，冷卻壓力大，一旦測速儀安裝在上方固定時，就會影響鋼坯的生產。儀器安裝在鋼坯下面也存在熱輻射問題，還有廢料下落，污染鏡頭，清潔鏡頭也會耽誤生產。測速儀安裝在鋼坯側面，鏡頭安裝在一個移動的可控制的加速平臺上，它能隨鋼坯的寬度變化而移動，從而避免高溫輻射，降低了儀器的安裝成本，減少了對生產影響。 激光測量設備安裝位置的確定還要考慮幾個因素。首先要考慮設備外殼出口處于高溫的惡劣環境中，測量設備必須有良好的保護措施，能承受這種惡劣環境；其次要考慮到測量設備的安裝不能影響其它設備的運行。因此，建議激光測量設備應安裝在輥道外側。 六、結束語 多普勒激光測量系統與鋼坯沒有接觸，測量儀的維修率低，對鋼坯的工作沒有影響，能測量板坯長度和速度，激光測量系統測量的靈敏度高，解決了鋼坯長度不準的問題。同時，該系統具有兼容功能較高的接口組件，可以根據實際使用情況同時或隨意的選擇多種獨立的接口組件通過內部數據和地址總線實時的傳遞測量值，可以與企業的自控系統實現接口通訊，數據共享。該系統安裝簡單，維護方便，檢測精度高，提高了軋制鋼板的成材率，每年可節約改判損失200萬元，在同行業很好的推廣價值。