一种利用激光检测连铸二冷区喷嘴工作状况的装置.pdf

本发明公开了一种利用激光检测连铸二冷区喷嘴工作状况的装置，属于激光检测技术领域。该装置包括激光测距传感器、激光反射屏、水雾喷嘴、移动支架、托板、辊道、线缆、计算机、显示器，激光测距传感器包括激光发射点和激光接收点；所述激光反射屏竖直放置，且垂直于发射激光；所述激光测距传感器和激光反射屏均通过杆与所述托板相连，所述托板下平行焊接两个移动支架，所述移动支架用于整个装置在辊道上移动；所述线缆连接激光测距传感器和计算机，所述计算机与显示器相连。本发明装置结构简单、易于制造、能够快速检测连铸二冷区喷嘴工作状况。

权利要求书
1.  一种利用激光检测连铸二冷区喷嘴工作状况的装置，其特征在于，该装 置包括激光测距传感器(1)、激光反射屏(4)、水雾喷嘴(5)、移动支架(6)、 托板(7)、辊道(8)、线缆(9)、计算机(10)以及显示器(11)，激光测距传 感器(1)包括激光发射点(2)和激光接收点(3)；所述激光反射屏(4)竖直 放置，且垂直于发射激光；所述激光测距传感器(1)和激光反射屏(4)均通 过杆与所述托板(7)相连，所述托板(7)下平行焊接两个移动支架(6)，所 述移动支架(6)用于整个装置在辊道(8)上移动；所述线缆(9)连接激光测 距传感器(1)和计算机(10)，所述计算机(10)与显示器(11)相连。

2.  如权利要求1所述的一种利用激光检测连铸二冷区喷嘴工作状况的装置， 其特征在于，所述发射激光为紫外或红外激光，波长0～0.4nm或大于0.6nm。

说明书一种利用激光检测连铸二冷区喷嘴工作状况的装置
技术领域
本发明涉及激光检测技术领域，具体涉及一种利用激光检测连铸二冷区喷 嘴工作状况的装置。
背景技术
在工业生产及日常生活中，距离的测量处处可见，随着科技的发展，其测 量方式已不仅仅局限于使用刻度尺测量，其中激光测距作为一种方便、快捷且 测量精度较高的测量方式，被人们广泛应用于各行各业。激光测距的工作原理 是利用激光测距传感器中的激光二极管对准测试目标发射激光脉冲，激光经目 标反射后向各方向散射，其中部分散射光返回到传感器接收器，然后利用统计 学中平均法实现1mm的分辨率。
与一般光相比，激光具有亮度高、方向性好、单色性好、能量密度大等特 点，其在同种均匀介质中传播受介质的影响相对较小。激光在同种介质中的衰 减大小与光波长有关，通过研究水对激光传输特性的影响发现[1]，紫外和红外 波段的光在水中衰减很大，在可见光波段，蓝绿光衰减最小。利用紫外或红外 激光进行测距时，如果中间介质有水就会使激光衰减，使返回传感器接收器的 能量减少，最终会导致距离测量结果偏大，激光穿透的水量越多，测量结果就 越大。
在连铸生产过程中，二次冷却采用水雾对钢坯进行冷却，其目的是使铸坯 离开结晶器后接受连续冷却直至完全凝固，现代连铸对二次冷却的要求越来越 严格，铸坯应在尽可能短的时间內凝固完毕，以提高连铸机的生产能力。连铸 过程中，二冷区冷却效果的好坏与连铸机产量和铸坯质量密切相关，一旦二冷 区有喷嘴堵塞或半堵塞，就会出现板坯宽面配水不合理的情况，进而会产生局 部冷却不均匀，导致铸坯产生变形、裂纹缺陷等问题，动态轻压下技术的应用 效果也会受到影响。目前有效检测二冷区喷嘴工作状况是钢铁厂亟待解决的问 题之一。
为了实现快速检测连铸二冷区的喷嘴是否出现堵塞、半堵塞的情况，本发 明结合激光测距传感器的工作原理以及激光在水中的衰减特性，提供了一种利 用激光测距传感器检测喷嘴工作状况的装置。
发明内容
本发明针对目前还没有利用激光检测喷嘴工作状况的方法，结合激光在水 中的衰减特性，提供了一种结构简单、易于制造、能够快速检测喷嘴工作状况 的装置。
本发明所提供的一种利用激光测距传感器检测喷嘴工作状况的装置包括激 光测距传感器、激光反射屏、水雾喷嘴、移动支架、托板、辊道、线缆、计算 机、显示器，激光测距传感器包括激光发射点和激光接收点；所述激光反射屏 竖直放置，且垂直于发射激光；所述激光测距传感器和激光反射屏均通过杆与 所述托板相连，所述托板下平行焊接两个移动支架，所述移动支架用于整个装 置在辊道上移动；所述辊道为现场工作环境；所述线缆连接激光测距传感器和 计算机，该计算机用于存储并分析测试结果；所述显示器与计算机相连，用于 显示实时检测结果。
为了增加水雾对激光的吸收，增大测试结果的显著性，所述发射激光为紫 外或红外激光，波长0～0.4nm或大于0.6nm。
本发明的科学原理：
使用激光测距传感器发射激光脉冲，激光穿过喷嘴喷射产生的水雾区到达 对面的反射屏幕上发生散射，部分散射光会再次经过水雾区被测距传感器接收， 然后传感器根据统计学中的平均法计算出反射屏到传感器的距离值。因为水雾 对激光具有一定的衰减作用，所以水雾越密集传感器接收的信号越弱，测试所 得数值也就越大。在测试之前确定一排喷嘴完好的喷嘴位置，对其进行测试， 测量值作为测试结果的比较对象。开启辊道电机，让测试装置在辊道上匀速移 动，装置运动过程中保持激光发射与接收，这样便能测得连铸二冷区每排喷嘴 对应的距离测量值，测量值在计算机上进行显示并存储，通过对测量结果的分 析比较可得，结果偏小的相应排数存在堵塞或半堵塞的喷嘴，致使该排数水雾 密度降低，对激光的衰减减弱，结果越小说明对应排数出现堵塞的问题越严重， 进而可对所在排数的喷嘴进行排查、更换。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)通过在辊道上匀速移动激光测距传感器及反射屏幕，测量每一排喷嘴 所在位置的距离值，比较分析测试结果，可以快速得到发生堵塞或半堵塞的喷 嘴所在的排数，进而对相应排数的喷嘴进行排查、更换；
(2)本装置自动化程度较高，并且能够实现远程控制，可以节省大量人力 物力。
附图说明
图1为激光测距传感器工作原理图。
图2为本发明一种利用激光检测连铸二冷区喷嘴工况的装置结构示意图。
图3为激光测距结果随水位增加变化曲线图。
图中：1、激光测距传感器；2、激光发射点；3、激光接收点；4、激光反 射屏；5、水雾喷嘴；6、移动支架；7、托板；8、辊道；9、缆线；10、计算机； 11、显示器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例详述本发明。
本发明所提供的一种利用激光测距传感器检测喷嘴工作状况的装置包括激 光测距传感器1、激光发射点2、激光接收点3、激光反射屏4、水雾喷嘴5、移 动支架6、托板7、辊道8、线缆9、计算机10、显示器11。激光测距传感器1 用于发射和接收激光信号，为了增加水雾对激光的吸收，增大测试结果的显著 性，本发明使用的激光为紫外或红外激光，波长0～0.4nm或大于0.6nm；此外激 光测距传感器上带有水平仪，通过调节保证激光水平发射；激光发射点2和激 光接收点3为激光测距传感器自带装置，功能是共同实现激光的发射与接收； 激光反射屏4为普通平面，长50～200mm、宽50～200mm，实现对照射激光的自然 散射，屏幕竖直放置，并且与激光保持垂直；水雾喷嘴5为连铸二冷区配套喷 嘴，功能是实现水的雾化；托板7采用U型铝合金，高度10～30mm、长1500～3000mm、 宽100～300mm，一方面用于固定激光测距传感器和激光反射屏幕，另一方面能够 保证传感器和反射屏之间的相对静止，进而降低测试结果的误差；移动支架6 为2根U型铝合金材料，长1000～2500mm、宽100～200mm、高30～80mm，两个支 架平行放置，与托板焊接在一起，其间距为500～2000mm，焊接时将U型铝合金 的腿向上与托板焊接，平面向下与辊道接触，这样能减轻装置对辊道的划伤； 计算机10和显示器11为标准计算机配置，其内部装有激光测距传感器配套的 软件，能够实现对激光发射的控制以及对反射信号的接收处理；线缆9为测距 传感器配套导线，用于连接测距传感器和计算机。
本发明通过采用激光测距仪及烧杯研究了水量对激光测距的影响，具体步 骤如下：
首先将激光测距仪抬至一定高度，对准空烧杯底部发射激光(波长635nm)， 测得一个距离值；然后控制测距仪及烧杯位置不变，向烧杯中加水，水位每增 加一定高度便测量一个距离值；测试结束，测量结果如下表所示：

根据上述结果绘制曲线图，如附图3所示。
由以上结果可知，随着水的深度增加，水对激光的衰减作用增大，测距仪 接收到的激光信号减弱，使得激光测距仪测得的距离值增大。由此，可以将激 光测距仪应用到连铸二冷区，用于检测喷嘴的工作状况，测试结果越大，说明 喷嘴产生的水雾区越密集，反之，则部分喷嘴可能发生堵塞，致使水雾区比较 稀疏。
本发明利用激光测距传感器检测喷嘴工作状况的装置的工作过程如下：
将托板7及移动支架6放置到辊道8上，连接装置，将激光测距传感器1、 反射屏幕4等安装好，连接计算机10与传感器的线缆9，测试之前进行调试， 保证激光水平发射，并垂直照射到反射屏幕4上，调试完成后进行测试。测试 第一步，确定一排喷嘴全部完好的喷嘴位置，测试该位置喷嘴工作时的距离值， 作为比较值；测试第二步，打开所有喷嘴5，开启辊道电机，让装置在辊道8上 匀速运动，装置运动过程中保持激光均匀发射与接收，接收信号通过线缆9传 入计算机10进行存储与处理，随着装置的运动测得连铸二冷区每排喷嘴对应的 距离测量值，对测量结果进行分析比较，找出测试结果较小的排数，然后对相 应排数的喷嘴进行排查可以具体确定出现堵塞的喷嘴的位置，随后对喷嘴进行 更换可以解决局部冷却不均匀的问题。