激光多普勒测速仪的原理及在冷连轧中的应用

ＡＣＡＤＥＭＩＣ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　学术研究　激光多普勒测速仪的原理及在冷连轧中的应用　◆范学广　摘要：激光多普勒测速仪利用光的多普勒效应和干涉现象，把测量到的铜带速度值实时反馈　给轧机ＰＬＣ，轧机ＰＬＣ４－￣带速度值控制各机架秒流量和ＡＧＣ进行轧制。本文主要介绍首钢京　唐三冷轧厂激光多普勒测速系统的配置及应用。　关键词：激光；多普勒效应；光的干涉；测速仪；秒流量　一、激光多普勒测速仪的原理及构造　激光多普勒测速仪基于光的多普勒效应和干涉现象　为理论依据，运用多种光学和电气元件而制成，其精度　＜０．０５％，属于非接触性在线精密仪器。　１．光的多普勒效应。光的多普勒效应是指用光照射运动　着的物体，反射光的频率随物体运动速度而改变的现象。　２．光的干涉现象。光的干涉现象是指两束（或有限束）　相十光在空间相遇而叠加，使光场中产生明、暗稳定的光强　分布。　３．激光测量头构造。激光测量头构造如图１所示：激光　二极管——发射一定频率的激光；检波器——检测反射激　光的频率；聚光镜——将反射激光聚集到检波器上；分光棱　镜——将激光二极管发射出来的激光以一定角度分成两束相　同的激光；测量区域——两束激光的焦点。　４．激光多普勒测速仪的原理。激光二极管以一定角度　（ｋ）发射一束固定波长（　）、一定频率的激光波，经过　分光棱镜产生两束相同的激光波，由于光的干涉现象的存　在，在被测物体表面会形成明暗稳定的光强分布，同时由于　光的多普勒效应，当被测物体移动时，随着速度的改变，反　射回来激光波的频率发生了变化，被激光测量头内部的检波　器测量出来，频率为（ｆ），再通过数学运算，就可以得　被　测物体移动时的速度，经行积分运算，还可以得出被测物体　的长度。　公式运算：　・．‘ｄ＝　，矗ｎ　’　￡＝；，ｆ　　＝詈ｔ　．　＝一　．．　一　二、激光多普勒测速仪在冷连轧中的配置和应　用　２．１激光多普勒测速仪在冷连轧中的配置。首钢京唐ｉ　冷轧厂为三菱一日立引进设备，机组采用先进的酸洗一轧机联　１３８　信息系统Ｔ程Ｉ　２０１４１　２０　合（ＰＬ—ＴＣＭ）工艺。主轧机为５架６辊ｕｃＭ轧机，配有一套　激光多普勒测速系统。该测速系统包含４套激光测量头（分　别位于２　、３　、４　机架之前，５　机架之后），４套Ｉ／０模块　（信号处理电器柜内），１套水冷设备（１个水冷柜，３个阀　台），４套报警指示灯．　多普勒测速系统在运行过程巾，激光测量头会产生　大量的热，如果测量头温度太高，会影响测量精度，所以　ＫＡＮＯＭＡＸ公司设计引入一套带有冷凝泵的水冷系统，使用　工业电解水循环制冷，让测量头在适宜的温度下　作。　在轧制过程中，由于钢带表面存在残留乳化液，当激　光发射　来后，照射在了钢带Ｌ＠Ｌ化液的表面而不是钢带表　面，这样测量到的速度就会有误差且不稳定，为解决这一问　题，我们在激光照射的正下方区域弓１人两路２～３Ｍｐａ的压缩　空气吹扫，这样钢带表面的乳化液就会被　缩卒气吹扫吹　走，使激光能照射到钢带表面，保证测速仪所测量到的有效　值。　２．２激光多普勒测速仪在轧制中的应用。在轧机轧制钢　带过程中，激光测量头测量到钢带运动的实时速度，然后传　输到测速系统电器柜。电器柜内的Ｉ／Ｏ模块处理转换信号后，　由柜内与ＰＬＣ的通讯接口单元将数据传输给轧机ＰＬＣ，轧机　ＰＬＣ依据此反馈值进行自动化控制。　钢带运动的实时速度值在连轧机自动控制体系中主要影　响的是各机架的秒流量（ＶｏｌｕｍｅＩｎ＝ＶｏｌｕｍｅＯｕｔ），由于钢带　处在高张力状态下，所以它的宽度变化非常微小，可以忽略　不计，轧机ＰＬＣ通过每个机架前后钢带的实时速度值控制各　自机架的秒流量（秒流量分配），当速度改变时，秒流量随　之改变，同时ＡＧＣ控制中的厚度也会受到影响随之改变。　三、结束语　本文以首钢京唐　冷轧厂为实例，主要介绍了激光多普　勒测速仪的原理及在冷连轧中的应用，这是以物理学中光的　特性为理论依据而制成的高精密仪器并被应用任现代化ｆ１动　控制的连续轧钢中的典型实例。　黼　参考文献　［１］ＢｅｔａＬａｓｅｒＭｉｋｅ．ＬａｓｅｒＳｐｅｅｄ　ＬＳ８（１００—３安装，技术手册【ｓ］２０１２，３　【２］屠庆铭大学物理（第二版）【Ｍｌｌ高等教育出版社，２００７，１　（作者单位：唐山钢铁集团有限责任公司自动化公司）