CN2191432Y - 激光监测延伸率仪 - Google Patents

Abstract

一种改进型激光监测延伸率仪，可在轧制钢板及 其他金属板材时监控其延伸率。其由二台激光测头、 二台信号处理器、数据处理器和显示装置组成。其测 头采用了自准式光路，即激光器发射光轴垂直于被测 钢板，发射透镜兼作接收透镜，并增设了45°平反镜 和成像透镜，使投射光路与接收光路同轴，从而有效 地提高了信号光接收效率和信噪比。使用中不必调 整光路，性能稳定可靠和抗干扰力强，极便于使用和 维护。

Description

本实用新型涉及一种冶金行业用的轧板监测装置。

在轧制钢板或其他材料板材时，需要时刻监控其延伸率（或轧板速度），否则将影响生产率或产品质量。目前大多使用S辊轮接触式监测技术，使用时钢板要从仪器辊轮中间穿过，很难操作，影响产量，并经常破坏产品表面质量、辊轮磨损时还会影响测量精度和稳定性以及有不抗干扰等缺点。1991年中国科学院工程热物理研究所研制了JY－1型激光钢板延伸率仪（专利号        89101792.5），其由二台激光测头、二台信号处理器、一台数据处理器、一台监视器、一台打印机和一台现场显示器组成。其结构和原理是测头中固定一个激光器，其光轴与钢板表面不垂直，有一个小投射角，激光器发出的单束光经光分束器分成二束平行光，再经发射透镜将二束光聚集于钢板表面形成测点，二束光在测点形成干涉条纹，钢板推进时，相当于许多粒子穿越干涉条纹，产生散射光强的变化，其变化频率即为信号频率，测点发出的光包含了这种信号，信号光的一部分被与发射光路成一定角度的接收光路所接收，由接收透镜使其成像于针孔光阑上，并送进光电倍增管转换为电信号，再加以滤波和放大后，送入相应信号处理器，由于轧辊前后各有一台测头，所测得的电信号经信号处理器处理后转化为数据信号，同时输入数据处理进行比较和运算，即可得出钢板进出速度V₁和V₂，并按K＝（V₂－V₁）／V₁计算出钢板即时延伸率K，并经显示器显示和打印机记录，操作人员根据显示数据变化及时修正轧机运行参数。信号处理器中信号变化情况由信号监视器加以监控。由上述原理可知，其测头光路属于非自准式，测点发出的信号光散失较多，接收效率不高，信噪比差，而接收光路要靠人工对准测点，由于轧机振动较大，调准十分不易，使用和维护都不够方便。又由于激光器属易损件，需经常更换，但该激光器固定在机壳内，要先将测头从轧机上拆下，打开机壳才能更换激光器，然后再装上测头，并重新瞄准测点和校正光学系数，十分麻烦，费时又费力，这当中大量钢板″空跑″过去，因失控而报废，损失很大。另外，其每台信号处理器均由六个插件组成，不仅面板零散，控制手钮重复，操作不便，外观也不好，同时，各插件之间的联系导线很多，都要通过插座接口连接，使其内部结构臃肿杂乱，制造和检修都不方便，成本也高，可靠性又差。还有，其数据处理器用一台单板机，程序固定，取样效率低，计算速度慢，无法扩展功能，例如增加诊断和修正错误数据的功能，所以运算精度不高，置信度差，时常出现误测而造成废品的现象。

本实用新型的目的是：

1、提供一种改进型的激光监测延伸率仪，力图提高其光信号的接收效率和信噪比，使测得信号稳定可靠，并要求使用和维护方便易行；

2、提供一种在上述方案基础上，不拆卸测头即可方便容易地更换激光器的激光监测延伸率仪，以大量节省更换和调整工时，并减少或避免轧机上出现的″空跑″过去的废品钢板；

3、提供二种在上述1或2方案基础上，使其信号处理器结构更加简化，监控可靠性更高和操纵维修更为方便的激光监测延伸率仪；

4、还要提供二种在上述3条方案基础上，可随意增加监控功能和提高监控精度的激光监测延伸率仪。

实现上述各目的的实施方案是：

1、重新设计一种激光监测延伸率仪，电路和程序与现有技术基本相同，由分别设在轧辊前后的二台激光测头、分别与二台测头相连的二台信号处理器、与二台信号处理器相连的一台数据处理器、和与数据处理器相连的显示装置组成，其中测头的光路由激光器、光分束器、发射透镜和接收透镜、针孔光阑和光电倍增管组成，其改进要点是该光路为自准式光路，即安装时激光器发射光轴垂直于被测钢板，发射透镜兼作接收透镜，并在光分束器和发射（接收）透镜之间增设45°平反镜和在与投射光轴垂直的平反镜光轴上增设一个接收成像透镜。工作时，激光器发射的单束光线被光分束器分成两束平行光，再经发射透镜垂直聚焦于钢板上形成测点，由测点发出的信号光，沿原光轴返回，由接收透镜（即原发射透镜）接收后形成平行光，经45°平反镜反射成与原光轴垂直的平行光，经成像透镜聚集于针孔光阑上并送入光电倍增管进行光电转化和滤波放大，将电信号输出给相应的信号处理器。由自准式系统原理可知，只要制造时光路对准测点，即可自动保持，不必再经常调整，即使轧机振动也不会受干扰，所以测得的信号稳定和可靠，使用和维护都较方便，更重要的是，测点之信号光经投射光轴原路返回，散失较少，接收效率提高，信噪比也明显提高。

2、在方案1的基础上，可将测头中的激光器由机壳分离出来，形成单独的插件，直接插在机壳上的插座内即可，也即在激光器的尾部制出一段与其发射光轴同轴而尺寸略大于其本身各部的配合柱面（如圆柱面，方柱面），在机壳上制出与光路同轴并可与激光器配合柱面相配合使其能定心的座孔。当激光器损坏后，不必拆卸测头，仅将原激光器抽出和将新激光器插入即可投入运行，不必再调整，从而节省大量时间和劳力，使生产不受影响，并减少或避免″空跑″过去的废钢板。

3、在上述1或2方案的基础上，可将每台信号处理器制成整体箱式，并仅有一块面板，箱内插接可完成全部内在联系的母体印刷电路板。这样面板上重复的控制手钮即被取消，使面板清晰简化，使用方便，原来箱内的大量内在联系导线及插口也被取消，使机内结构简化，清晰，制造和维修都方便，故障率明显减少，同时箱体体积也减小了。

4、在上述方案3的基础上，可用一台工业用386微机作数据处理器，机内装入了现有技术中数据处理的基本程序。由于其技术先进，功能多，可靠性好，使利用软件增加监控功能成为可能，例如增加诊断和修正错误数据程序即可提高监控精度和置信度，从而为提高产品产量和质量打下良好基础。

以下结合附图给出的实施例对本实用新型加以具体描述。

图1为本实施例工作系统框图；

图2为其测头中激光器插接结构示意图；

图3为其测头光路系统图；

图4为控制柜上改进的信号处理器面板外观图。

由图1可知，该仪器由分设在轧辊前后的二台激光测头1、相应的二台信号处理器2、数据处理器3、和显示装置6组成。为将数据处理器输出数据记录存档和对信号处理器运行状况进行监控，最好在显示装置中包含有一台打字机5和增加一台与信号处理器相连的监视器4。

由图3可知其光路为自准式，由激光器7、光分束器8、发射透镜10、针孔光阑13和光电倍增管14组成，其中发射透镜10兼做接收透镜，为使接收光路完整又增设了一个45°平反镜9和成像透镜12。又激光器发出的单束光垂直于被测钢板11，测点上发出的光信号也垂直返回，经接收透镜、平反镜成像透镜和针孔光阑送进光电倍增管。

由图2可看到，激光器7不固定在测头机壳16内，而是由机壳外部插入机壳内，为其能得以良好定位和固定，在激光器7的尾部制出一段与其光轴同轴而直径又略大于激光器各部尺寸的配合圆柱面15，相应在机壳上制出与光路光轴同轴又能与激光器上的圆柱面相配合使其能良好定位的座孔。

由图4可看到控制柜上的每台信号处理器制成一个整体箱式，其面板也仅有一块，其上的控制钮显然少而清晰，而其箱内插接一块母体印刷电路板（图中未画出），代替了现有技术中全部内在联系的导线和插口。

Claims (4)

1、一种激光监测延伸率仪，由分设在轧辊前后的二台激光测头(1)、分别与二台测头相连的二台信号处理器(2)、数据处理器(3)、和与数据处理器相连的显示装置(6)组成，其中测头的光路由激光器(7)、光分束器(8)、发射透镜和接收透镜(10)、针孔光阑(13)和光电倍增管(14)构成，其特征在于，该光路为自准式光路，即安装时激光器发射光轴垂直于被测钢板(11)，发射透镜兼作接收透镜，在光分束器(8)和接收透镜(10)之间增设45°平反镜(9)和在与投射光轴垂直的平反镜光轴上增设一个接收成像透镜(12)。

2、根据权利要求1所述的延伸率仪，其特征在于，所说的激光器（7）尾部制出一段与其发射光轴同轴而尺寸略大于其本身各部的配合柱面（15），在机壳（16）上制出与光路同轴并可与激光器配合柱面相配合使其能良好定心的座孔。

3、根据权利要求1或2所述的延伸率仪，其特征在于，所说的每台信号处理器（2）制成整体箱式，并仅有一块面板，箱内插接可完成全部内在联系的母体印刷电路板。

4、根据权利要求3所述的延伸率仪，其特征在于，所说的数据处理器（3）实际上是一台工业用386微机，机内装入了数据处理的基本程序。

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