Спосіб контролю рівня розплавленого середовища у печі

1. Спосіб контролю рівня розплавленого середовища у печі, що включає опромінення сфокусованим лазерним променем контрольованого розплавленого середовища, фокусування відбитого від поверхні контрольованого розплавленого середовища лазерного випромінювання за допомогою об'єктива на двовимірний сенсор зображення, зчитування сигналу з сенсора зображення через визначені проміжки часу, аналого-цифрове перетворення електричного відеосигналу, обробка сигналу, для визначення рівня контрольованого середовища, формування сигналу контролю, який відрізняється тим, що відбитий від поверхні контрольованого середовища лазерний промінь через вікно виводять за межі печі, на шляху відбитого від поверхні розплаву лазерного променя за межами печі встановлюють екран, узгоджують відбивальну U 2 (19) 1 3 складної системи руху фотоприймача та екрануючої пластини. В якості найближчого аналогу обрано спосіб та пристрій для вимірювання рівня розплавленого металу[3]. Цей спосіб включає опромінення лазерним променем контрольованого розплавленого середовища, прийом відбитого від поверхні контрольованого розплавленого середовища лазерного випромінювання, з допомогою двовимірного сенсора зображення, зчитування сигналу з сенсора зображення через визначені проміжки часу, аналого-цифрове перетворення електричного сигналу, обробка сигналу, для визначення рівня контрольованого середовища, формування сигналу контролю. До недоліків цього способу можна віднести: 1. Точність визначення рівня розплаву залежить від технологічних вібраційних процесів, які приводять до нерівності відбиваючої поверхні, розплаву. Це, у свою чергу, приводить до нестаціонарних спотворень форми променя світла й розподілу яскравості випромінювання в площині приймача оптичного сигналу. На форму променя й розподіл яскравості випромінювання в промені також впливають кавітаційні процеси оптичного середовища, у якому проходить промінь світлового випромінювання. Завдяки цим процесам центр променя випромінювання може зміщуватися незалежно від вимірюваного рівня розплаву, що обмежує точність вимірювання. 2. Також неможливість далеко віднести сенсор зображення від точки відбивання променя світла від поверхні розплаву, так як сенсором приймається лише розсіяне відбите світло. 3. Крім того, використання цього способу та приладу ускладнене тим, що сенсор зображення приймає лише розсіяне відбите світло, тому важко розрізнити розсіяне відбите світло джерела світла з-поміж теплового випромінювання самого розплаву, так як приймач оптичного випромінювання розташовується в безпосередній близькості до розплавленого матеріалу, що знижує точність вимірювання рівня розплавленого матеріалу. Використання лише розсіяного відбитого світла обумовлює низьку ефективність використання потужності джерела світла. Для реалізації цього способу важливе направлення променя світла з джерела світла так щоб точка відбиття променю була розміщена якомога ближче до стінок печі, що не завжди можливо і нарешті достатньо складних алгоритм обробки отриманої приймачем оптичного сигналу інформації для визначення центру гравітації зображення. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу для вимірювання рівня розплавленого металу, шляхом того, що в способі відбитий від поверхні контрольованого розплаву лазерній промінь проектують на екран, винесений за межі печі, спроектоване на екран зображення відбитого лазерного променю приймають з допомогою двовимірного сенсора зображення, активну область якого розділяють на дві активні зони, зчитування спроектованого на екран зображення з двовимірного сенсору виконують окремо по двом активним зонам, визначають вагові коефіцієнти 58668 4 кожної з активних зон, в залежності від цих вагових коефіцієнтів, формують сигнал, що відповідає знаку та величині зміщення рівня контрольованого розплавленого середовища, цей сигнал піддають адаптивній ковзній інтеграцій, та адаптивній фільтрації по низьких частотах. Це дозволяє отримати технічний результат: підвищення точності вимірювань, підвищення стабільності вимірювань, спрощення конструкції, та розширення технологічних можливостей, за рахунок використання в печах різних конструкцій. Уведений екран відбиває випромінювання джерела оптичного сигналу й поглинає випромінювання паразитної засвітки сенсора зображення. Відношення зміщення плями лазерного променя контрольованого рівня до зміщення контрольованого рівня (Фіг. 1.), залежить від кута встановлення екрану відносно горизонту. На кресленні Фіг. 2 представлена геометрична схема розповсюдження променів світла при падінні "ПП" та відбиванні "ВШ" та "ВП2", що надходять з джерела світла S*. Шляхом нескладних геометричних розрахунків можна показати, що відношення зміщення рівня розплаву h та зміщення плями відбитого променю на екрані h' має такий вигляд: h` 2 cos   (1) h sin(   ) де  - кут падіння променю, а  - кут встановлення екрану відносно горизонту. З цього виразу видно що з допомогою кута  можна регулювати 1 відношення h до h , тобто регулювати чутливість пристрою, а також, що при встановленні екрану під кутом  = 90° відношення h до h` перестає залежати від кута падіння променю "ПП". Тобто при встановленні екрану вертикально відносно рівня розплаву можна використовувати будь-які кути падіння променю світла з джерела світла на поверхню розплаву без перенастройки пристрою. Крім того, екран дозволяє винести приймач оптичного сигналу з-під впливу теплового випромінювання розплавленого металу, що істотно підвищує надійність роботи сенсора зображення й знижує вимоги до системи охолодження (можна обмежитися повітряним охолодженням). Обробка оптичного сигналу заснована на тому, що частота технологічної вібрації й кавітаційних процесів значно вище коливань контрольованого рівня. Це дозволяє застосовувати накопичення оптичного сигналу на сенсорі зображення й інтегрувати вихідний сигнал сенсора зображення у часі з метою усереднення стохастичних спотворень форми плями оптичного сигналу та розподілу яскравості в площині приймача випромінювання Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 показано поперечний переріз пристрою, який реалізує винайдений спосіб. Промінь світла з джерела світла 1 падає під деяким кутом на поверхню розплаву 3, що знаходиться у печі 2, і в точці 8 відбивається від поверхні розплаву і потрапляє на екран 4, утворюючи пляму 9. Ця пляма з допомогою об'єктива 5 проектується на фотодетектор на основі сенсора зображення 6. У блоці обробки зображення 7 вся 5 58668 активна область сенсору зображення 6 ділиться на дві активні зони: верхня та нижня. Зображення плями оптичного сигналу 9 з екрана 4 проектується об'єктивом 5 на сенсор зображення 6 таким чином, щоб зображення плями оптичного сигналу захоплювало обидві зони сенсора. Межа поділу між цими зонами повинна бути встановлена (з'юстована) по плямі 9, так щоб вона відповідала нульовому, або еталонному рівню розплаву який і потрібно підтримувати в печі 2. Це досягається або механічним переміщенням сенсору 6, разом з об'єктивом 5 у вертикальній площині, або переміщенням всієї активної області сенсора 6 вверх чи вниз, доти поки вихідний сигнал з блоку обробки зображення 7 не буде відповідати нульовому або еталонному рівню. Далі спроектоване на сенсор 6 зображення плями 9, накопичується на фоточутливих елементах сенсора зображення 6 і знімається з сенсора через певні проміжки часу окремо по кожній з активних зон. Потім яскравість усіх елементів знятого зображення сумується окремо по кожній з активних зон (верхній та нижній). У результаті одержують вагові коефіцієнти для кожної з активних зон. При зміні рівня розплаву 3, переміщується точка відбиття 8 променю "ПП" Фіг. 2, згідно формули (1) переміщується і пляма 9 на екрані 4. Знаючи параметри об'єктиву 5, та розміри активної зони та час накопичення сенсору 6, за величиною різниці вагових коефіцієнтів активних зон вираховується відносне зміщення та знак цього зміщення рівня розплаву h Фіг. 3, відносно ета Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 6 лонного рівня заданого при юстуванні пристрою. Отримані значення інтегрують у часі та фільтрують по низьких частотах для усунення коливань форми плями оптичного сигналу, обумовлені технологічною вібрацією й кавітаційними процесами оптичного середовища. Після фільтрації вихідний сигнал рівнеміра калібрують і подають на індикаторний пристрій. Цей же сигнал використається для керування завантажником печі. Також, враховуючи те, що винайдений спосіб використовується у складі системи автоматичного регулювання рівня розплаву, а система авторегулювання може входити у нестабільний автоколивальний режим роботи, то зміна параметрів інтегрування різниць сигналу, тобто адаптація ковзного інтегратора до конкретних умов роботи, дозволяє змінювати постійну часу пристрою вимірювання рівня розплаву, що в свою чергу дозволяє утримувати всю систему авторегулювання рівня розплаву у стабільному режимі роботи, тобто виключити автоколивальні процеси. Джерела інформації: 1. Патент Японії JP6056432/ Detection of glass raw material layer in glass melting furnace, IPC C03B5/24, C03B5/00 publ. 01.03.1994; 2. Патент Японії JP56100316/ Liquid level indicator for molten glass, IPC G01F23/292, G01F23/284publ. 12.08.1983; 3. Патент Японії JP3120424/Method and instrument for measuring level of molten metal, IPC G01F23/28, C21C5/46 publ. 22.05.1991. 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