Пристрій контролю рівня розплавленого середовища у печі

Пристрій контролю рівня розплавленого середовища у печі, що містить джерело лазерного випромінювання, об'єктив, двовимірний сенсор зображення та блок обробки зображення, при цьому сфокусований лазерний промінь джерела випро 3 3. Неможливість далеко віднести сенсор зображення від точки відбивання променя світла від поверхні розплаву, так як сенсор сприймає лише розсіяне відбите світло. 4. Використання цього пристрою ускладнене тим, що сенсор зображення реєструє розсіяне відбите лазерне випромінювання на фоні сильного фонового випромінювання від розплаву, що обумовлює дуже низьку контрастність зображення плями зондуючого лазерного променя на фоні потужного теплового випромінювання самого розплаву. При цьому важко розрізнити розсіяне відбите лазерне зондуюче випромінювання від теплового випромінювання самого розплаву, так як приймач оптичного випромінювання розташовується в безпосередній близькості до розплавленої маси. Це суттєво знижує точність вимірювання рівня розплавленого металу. 5. Знаходження фотоприймача над розплавленим середовищем, рівень якого контролюється таким пристроєм, призводить до запилення парами розплавленого матеріалу оптики, через яку зображення плями зондуючого лазерного променя фокусується на сенсор зображення, а сам пристрій потребує потужної охолоджувальної системи. 6. Використання лише розсіяного відбитого світла обумовлює низьку ефективність використання потужності джерела лазерного випромінювання. Для реалізації цього способу, описаного в прототипі, важливе направлення променя лазерного випромінювання таким чином, щоб точка відбиття променя була розміщена якомога ближче до стінок печі, що не завжди можливо. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою контролю рівня розплаву в плавильній печі шляхом того, що відбитий від контрольованої поверхні розплаву лазерній промінь виводять через технологічне вікно за межі печі на екран, з якого зображення плями відбитого від поверхні розплаву лазерного променя реєструють за допомогою двовимірного сенсора зображення, який винесений із зони впливу високих температур розплаву. Відбивальна характеристика екрана узгоджена з довжиною хвилі джерела лазерного випромінювання. Це дозволяє отримати наступний технічний результат: 1. Суттєво зменшується вплив фонової сітки від розплаву на результати вимірювання; 2. Підвищиться контрастність зображення плями лазерного випромінювання, відбитого від контрольованої поверхні розплаву; 3. Суттєво покращуються температурні умови роботи пристрою обробки зображення; 4. Досягається підвищення точності вимірювань рівня розплаву в печі, підвищення стабільності вимірювань, спрощення конструкції, та можливість використання пристрою в печах різних конструкцій. Додатково введений екран відбиває оптичне випромінювання певної довжини хвилі і поглинає фонове випромінювання розплаву. Крім того, така 58667 4 оптична схема забезпечує в площині екрана збільшення переміщення плями зондуючого лазерного променя відносно переміщення самого контрольованого рівня (Фіг.1), що при заданій роздільній здатності сенсора зображення дозволяє суттєво підвищити точність вимірювання рівня поверхні розплаву. На кресленні Фіг.2 представлена геометрична оптична схема проходження зондуючого лазерного променя з джерела випромінювання S* при падінні (ПП) та відбиванні (ВП1 та ВП2). Геометричні розрахунки показують, що відношення зміщення плями відбитого променя на екрані h` до зміщення рівня розплаву h розраховується за формулою: h` 2 cos  (1)  h sin(   ) де  - кут падіння променю, а β - кут встановлення екрану відносно горизонту. З цього виразу видно, що з змінюючи кут β можна регулювати відношення h до h`, тобто регулювати чутливість пристрою до зміни контрольованого рівня розплаву в печі. При встановленні екрану під кутом β=90° відношення h до h` перестає залежати від кута падіння зондуючого лазерного променя "ПП". Тобто при встановленні екрану вертикально відносно рівня розплаву можна використовувати будь-які кути падіння променя зондуючого лазерного випромінювання на поверхню розплаву без переналаштування пристрою. Крім того, екран дозволяє винести приймач зондуючого лазерного випромінювання із впливу фонового теплового випромінювання розплавленого середовища, що істотно підвищує надійність роботи сенсора зображення й знижує вимоги до системи охолодження (можна обмежитися повітряним охолодженням). Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 показаний поперечний переріз пристрою. Пристрій для контролю рівня розплавленого середовища у печі включає джерело лазерного випромінювання 1, встановлене за межами печі 2, падаючий лазерний промінь "ПП" з цього джерела направляється на поверхню розплаву 3, з якої він відбивається у точці 4 і відбитий промінь "ВП1" через відповідне вікно в стінці печі проектується у світлову пляму 5 на екрані 6, встановленому за межами печі, з екрану 6 через об'єктив 7, зображення плями 5 лазерного променя фокусується на двовимірному сенсорі зображення 8, з якого відео сигнал надходить до блока обробки зображення 9, де він піддається обробці для визначення рівня розплаву і далі виводиться на вихід пристрою. Джерела інформації: 1. Патент Японії JP6056432 / Detection of glass raw material layer in glass melting furnace, IPC C03B 5/24, C03B 5/00 publ. 01.03.1994. 2. Патент Японії JP56100316 / Liquid level indicator for molten glass, IPC G01F 23/292, G01F 23/284 publ. 12.08.1983. 3. Патент Японії JP3120424/Method and instrument for measuring level of molten metal, IPC G01F 23/28, C21C 5/46 publ. 22.05.1991. 5 Комп’ютерна верстка А. Рябко 58667 6 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601