1、用 激 光 监 测 液 面 高 度 仪 河 北 省 科 学 院 激 光 所 陈 福 巨 张 佑 元 乔 绍 明 李 树 洲 玻 璃 熔 炉 在 生 产 过 程 中 需 连 续 测 定 并 控 制炉 内 熔 融 玻 璃 的 液 面 高 度 。 我 们 为 华 北 制 药 厂玻 璃 分 厂 设 计 的 激 光 液 面 控 制 仪 , 对 液 面高 度 变 化 作 非 接 触 式 测 量 , 不 受 测 量 距 离 和 液面 温 度 的 影 响 。 采 用 电 子 差 动 技 术 及 统 计 平 均技 术 , 测 量 值 不 受 周 围 环 境 及 液 面 微 小 波 动 的影 响 , 因 而 抗
2、干 扰 能 力 强 , 工 作 稳 定 。 对 该 仪器 精 度 进 行 的 实 验 和 分 析 表 明 , 在 稳 定 工 作 条件 下 , 其 控 制 误 差 可 小 于 。 在 工 厂 安装 使 用 后 , 又 增 添 了 部 分 指 示 性 仪 表 , 以 实 现安 装 容 易 、 调 整 标 定 简 单 、 维 修 方 便 等 目 的 。并 设 有 自 动 报 警 装 置 , 液 面 高 度 控 制 范 围 连 续可 调 , 玻 璃 液 面 被 稳 定 的 控 制 在 士 之间 工 厂 要 求 土 , 有 利 于 提 高 产 品 质 量 。在 使 用 过 程 中 也 未 出 现 过
3、重 大 技 术 故 障 , 厂 方比 较 满 意 。 这 种 仪 器 和 控 制 技 术 也 可 用 于 其 他有 类 似 要 求 的 地 方 。图 液 面 高 度 自 动 控 制 原 理 方 框 图液 面 高 度 变 化 的 连 续 检 测图 是 激 光 检 测 液 面 高 度 工 作 原 理 。 由一 激 光 器 发 射 的 激 光 , 以 角 度 投 射 到 被测 液 面 上 , 又 以 角 度 被 液 面 反 射 , 由 光 检 测部 分 接 收 。 当 被 测 液 面 高 度 变 化 时 , 反 射光 束 位 移 , 且 有 基 本 原 理液 面 高 度 的 自 动 控 制 由 液
4、面 高 度 检 测 机构 、 放 大 比 例 机 构 、 执 行 机 构 等 所 组 成 的 负 反馈 闭 环 系 统 构 成 。 图 为 其 原 理 方 框 图 。一一一一一一 叙 无无跳跳 光光光 芬 仪仪炭炭 衬衬衬衬衬衬衬图 激 光 检 侧 液 面 高 度 原 理本 刊 年 月 收 到象 中 的 异 常 进 行 评 价 。本 文 在 撰 写 中 , 曾 得 到 河 北 大 学 陈 衡 老 师的 热 情 支 持 和 具 体 指 导 。 还 有 海 军 设 计 局 、 冶金 部 普 查 大 队 、 保 定 地 区 满 城 县 水 利 局 、 邢 台地 区 南 宫 地 下 水 库 试 验 站
5、 等 单 位 的 一 些 同 志 ,也 先 后 配 合 过 我 队 的 野 外 测 试 工 作 。 谨 在 此 一并 表 示 感 谢 。参 考 文 献 , , , , ,三 , , ,中 科 院 数 学 所 , 常 用 数 理 统 计 方 法 , 科 学 出 版 社年 。林 少 宫 , 基 础 概 率 与 数 理 统 计 , 人 民 教 育 出 版 社年 。陈 衡 , 红 外 物 理 学 , 河 北 大 学 物 理 系 印 年 。汤 定 元 等 译 , 遥 感 手 册 , 国 防 工 业 出 版 社 年 。张 嫩 英 , 辽 宁 省 鞍 山 地 区 地 面 红 外 测 温 总 结 报 告 ,地
6、 矿 部 水 文 方 法 研 究 队 年 。给 定 后 , 与 呈 线 性 关 系 。 只 要 检 测出 反 射 光 束 的 位 移 万 , 即 可 实 现 对 液 面 高 度变 化 的 测 量 。本 仪 器 用 硅 光 电 池 。 或 。 为 光电 转 换 元 件 。 在 一 定 条 件 下 , 其 输 出 电 流 或电 压 随 照 射 光 斑 的 位 置 移 动 而 变 化 。 图 为其 输 出 特 性 实 验 曲 线 。 从 图 中 可 以 看 出 , 在 某一 范 围 内 光 电 池 输 出 与 入 射 光 斑 的 相 对 位 移 有较 好 的 线 性 关 系 , 即 可 表 示 为“
7、 , 其 中 为 比 例 系 数 , 与 入 射 光 频 率 、 强 度 及 光电 池 负 载 等 有 关 。 因 此 , 在 一 定 条 件 下 , 可 根据 光 电 池 的 输 出 信 号 “ , 的 大 小 , 来 确 定 光 斑 位移 汀 , 即 可 确 定 液 面 高 度 变 化 有 图 所 示 特 性 。 然 后 将 光 电 池 、 输 出 信号 进 行 相 减 处 理 即之 “ , 一 “ , 名。 知 卜况 光 电 他 输 当田 光 电 池 输 出 和 液 面 高 度 变 化 或 的 关 系火 芜 斑 相 芬 恤 盆图 光 电 池 物 出 特 性为 了 扩 大 光 电 池 的
8、线 性 工 作 范 围 及 克 服 杂散 光 等 共 态 干 扰 , 使 用 了 两 只 参 数 相 同 的 硅 光电 池 接 收 液 面 反 射 光 束 , 图 为 检 测 光 路 原 理 。适 当 调 整 光 斑 大 小 及 光 电 池 、 之 间 的 距 离使 其 间 隔 略 小 于 反 射 光 斑 直 径 , 使 其 输 出 信号 气 及 价 和 液 面 高 度 变 化 或 月 之 间才 束 嚣本本本本本本幸幸幸田 检 测 光 路 原 理可 以 看 出 , 在 标 准 零 位 液 面 附 近 , 液 面 高度 变 化 与 输 出 信 号 。 之 间 有 很 好 线 性 关 系 ,可 表
9、 示 为“ 二 , 因 此 , 连 续 检 测 “ 的 值 即 可 实 现 对 液 面 高 度 变化 的 连 续 检 测 。仪 器 的 各 项 功 能该 激 光 液 面 控 制 仪 具 有 液 面 高 度 自动 控 制 , 液 面 高 度 自 动 记 录 , 液 面高 度 限 位 报 警 断 光 报 警 等 各 项 功 能 。如 上 所 述 , 硅 光 电 池 输 出 信 号 价 , 、 姆 经 相减 处 理 后 的 与 液 面 高 度 变 化 有 线 性 关 系 。因 此 , 可 根 据 液 面 控 制 范 围 士 , 的 要 求 , 给 定控 制 闽 值 电 平 士 。 当 液 面 高 度
10、 下 降 到 一 时 ,即 “ 二 一 时 , 则 给 出 一 指 令 信 号 , 执 行 调 节机 构 动 作 , 开 始 加 料 , 液 面 上 升 当 液 面 高 度升 至 ,时 , “ , 则 给 出 指 令 , 加 料 停止 , 液 面 又 开 始 下 降 。 因 此 , 液 面 将 被 控 制 在一 气 至 气 之 间 。 同 样 , 当 由 于 某 种 原 因 而 液面 下 降 或 上 升 至 一 或 刁 时 , 即 “一 或 “ 二 十 户 , 则 给 出 下 限 或 上 限 报警 信 号 , 蜂 鸣 器 予 以 报 警 。 图通 过 连 续 改 变 比 较 闭 值 电 平 士
11、 , 及 士或 改 变 “ 一 曲 线 斜 率 以 实 现 液 面 控 制 范 围及 限 位 报 警 范 围 的 连 续 调 节 。既 然 光 电 池 输 出 信 号 与 液 面 高 度 变 化 有 线性 关 系 , 因 此 可 将 输 出 信 号 经 标 定 后 直 接 由 记录 仪 记 录 , 输 出 信 号 的 大 小 也 就 显 示 了 液 面 高度 的 变 化 。断 光 报 警 是 由 分 束 器 及 硅 光 电 池 见 图和 相 应 的 电 子 线 路 等 实 现 的 。 由 于 激 光 器工 作 不 正 常 没 有 激 光 束 输 出 或 测 量 光 路 被 遮 挡时 , 光 电
12、 池 将 无 信 号 输 出 , 经 电 子 线 路 处 理后 给 出 指 令 , 实 现 断 光 报 警 。田电 子 线 路 原 理图 为 该 激 光 液 面 控 制 仪 电 路 原 理 方 框 图 。由 电 子 线 路 对 光 电 检 测 信 号 进 行 适 当 处 理 并 给出 相 应 指 令 , 以 实 现 仪 器 的 各 项 功 能 。克 服 杂 散 光 等 的 影 响该 激 光 液 面 控 制 仪 , 是 由 硅 光 电 池 接 收 液面 反 射 激 光 束 来 实 现 液 面 高 度 检 测 的 。 因 此 周围 环 境 的 杂 散 光 玻 璃 熔 炉 的 火 焰 、 日 、 月
13、 、 灯光 等 也 必 然 被 光 电 池 所 接 收 而 形 成 干 扰 , 一般 可 认 为 这 种 干 扰 是 慢 变 或 直 流 干 扰 信 号 , 因此 , 一 方 面 可 将 发 射 激 光 束 调 制 成 约 为的 脉 冲 光 束 , 然 后 将 硅 光 电 池 输 出 信 号 经 选 频放 大 等 处 理 , 可 有 效 地 滤 除 直 流 成 分 , 消 除 直流 干 扰 。 另 一 方 面 , 本 仪 器 选 取 两 块 参 数 相 同的 硅 光 电 池 、 做 为 光 接 收 元 件 , 并 将 其 输出 信 号 , 以 街 进 行 相 减 处 理 , 则 可 消 除 共
14、 态干 扰 。 这 样 可 使 仪 器 稳 定 工 作 , 不 受 周 围 环 境的 影 响 。克 服 液 面 微 小 波 动 的 影 响被 测 液 面 的 波 动 , 将 引 起 反 射 光 束 方 向 的改 变 , 克 服 液 面 微 小 波 动 对 液 面 高 度 检 测 的 影响 , 是 极 其 重 要 的 。被 测 液 面 的 波 动 , 则 引 起 接 收 处 反 射 光 斑位 置 的 晃 动 , 而 其 晃 动 频 率 及 幅 度 将 是 随 机 变化 的 。 但 其 统 计 结 果 , 将 表 现 为 以 液 面 为 镜 面反 射 时 的 反 射 光 束 为 对 称 中 心 的
15、 晃 动 。 因 此 可以 认 为 , 反 射 光 束 晃 动 的 统 计 对 称 中 心 是 唯 一由 液 面 高 度 所 决 定 的 。 本 仪 器 采 用 统 计 平 均 技术 , 以 光 束 晃 动 的 对 称 中 心 为 我 们 测 量 的 依 据 ,而 非 光 束 的 瞬 时 位 置 , 图 为 光 束 晃 动 时 光 电池 输 出 信 号 示 意 图 。与与与叮叮叮擞恤鳅图 电 原 理 方 框 图仪 器 的 稚 定 性提 高 仪 器 的 抗 干 扰 能 力 , 保 证 仪 器 稳 定 可靠 地 工 作 , 是 能 否 应 用 于 生 产 的 一 个 关 键 。图 光 束 晃 动
16、时 光 电 池 输 出 示 意 图假 如 在 。 一 ,这 段 时 间 内 反 射 光 束 表 现 为以 了 。 为 对 称 中 心 的 晃 动 , 则 相 对 应 的 光 电 池档 案 库 用 光 盘 存 储 系 统的 光 盘 系 统对 于 档 案 库 海 量 数 字 数 据 存 储 系 统 , 光 盘已 成 为 有 力 的 候 选 者 了 。 公 司 正 在 发 展光 盘 系 统 , 为 政 府 提 供 海 量 存 储 所 需 要 的 设 备 。有 效 确 认 的 某 些 应 用 。 目 前 的 研 究 将 集 中 于海 量 存 储 器 和 高 速 率 数 字 记 录 器 方 面 。 目
17、前并 不 开 展 光 盘 复 制 技 术 的 研 究 , 但 在 不 久的 将 来 是 可 能 的 。光 盘 系 统 的 核 心 是 其 独 特 的 “ 三 层结 构 ” 的 光 盘 。 其 外 观 照 片 见 图 。海海海海海 存 岭 系 统统周周 圈泉泉泉泉泉泉沐沐 圈 圈充 捌捌捌亿亿 草 力 阵 现 食 动动动动动动动动动动咯咯 杭 式 充 盎 果 统统统统统统统统统统统统统统统统之之之之之之之之之之之之之之之之之之之之之之之 尤 盘 子 。 吸 该 出出出 落 出出出低低 成 本 攀 盔盔盔 宝 峥 牌 砚 农农农农农农农农农农农农农农 先 盛盛盛 吸 。 充勺 立 代 铭 日 却却
18、却 一 里 举 盆 ,恤畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜畜 教 据 华 毅 掌掌 执 招 韦 乙 杀 器器电 备 很 李甘 称加 尾 仁机珠月 氏 成 本数 据 分 布图 光 盘 记 录 的 应 用 领 域图 三 层 结 构 光 盘近 期 的 注 意 力 是 做 好 每 张 光 盘 具 有” 让 存 储 容 量 、 数 据 率 为 每 信 道 的单 盘 系 统 。 设 计 目 标 还 包 括 有 存 取 时 间 。 、位 错 误 率 一 一 一 。 和 存 储 介 质 每 位 成 本一 美 分 。 图 表 示 光 盘 这 种 基 本 能 力 可 得高 数 据 率 的 数 字 记 录
19、 餐目 前 , 光 盘 在 高 数 据 率 的 数 字 记 录 器 再现 器 方 面 的 应 用 正 拟 定 发 展 一 种 工, , , , 一舒 永 明 摘 译 张 昌 达 校、 输 出 信 号 街 及 街 在 该 时 间 内 取 平 均 为百 、 云 进 行 相 减 处 理 将 发 现 百 石 一 万 ”即 以 。 为 对 称 中 心 的 光 斑 晃 动 其 统 计 平 均 结果 仍 为 光 斑 在 打 。 时 的 输 出 信 号 。 , 即 光 束 晃动 幅 度 在 硅 光 电 池 线 性 范 围 内 时 , 可 取 在 某 段时 间 内 的 统 计 平 均 表 征 这 段 时 间 内
20、 的 液 面 高度 。 为 了 使 仪 器 稳 定 可 靠 地 工 作 而 又 有 足 够 的精 度 , 则 取 平 均 时 间 应 远 大 于 光 束 晃 动 周 期 而远 小 于 液 面 变 化 所 需 时 间 , 于 是 便 可 克 服 液 面微 小 波 动 的 影 响 。使 用 情 况使 用 该 仪 器 控 制 液 面 后 , 玻 璃 液 面 被 稳 定的 控 制 在 士 之 间 控 制 范 围 连 续 可 调 ,原 设 计 要 求 土 。 , 对 稳 定 生 产 , 提 高 产 品质 量 有 一 定 意 义 。 在 使 用 过 程 中 未 发 现 较 大 技术 故 障 。 该 仪 器 也 可 用 于 波 动 不 大 的 其 它 液 面的 自 动 测 量 及 自 动 控 制 。
