DE2847604A1

DE2847604A1 - Blast furnace charge profile display - uses photodiodes receiving diffused light from YAG laser scanning surface

Info

Publication number: DE2847604A1
Application number: DE19782847604
Authority: DE
Inventors: Kenya Goto; Yoshio Sakamoto
Original assignee: Nippon Steel Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1977-11-02
Filing date: 1978-11-02
Publication date: 1979-05-03
Also published as: JPS5465059A; DE2847604C2

Abstract

The top profile of a blast furnace charge is measured by repetitive production of gian laser pulses which scan the surface continuously through an optical swivelling device. The diffused light from the surface is passed to a signal processor which discriminates a profile. This is a much faster and accurate method than mechanical scanning by suspended rods. It is not detrimentally affected by dust like acoustic methods.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung des Profils der Device for determining the profile of the

Oberseite einer Hochofenfüllung B e s c h r e i b u n g Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Profils der Oberseite der Füllung eines Hochofens oder dergleichen. Upper side of a blast furnace filling D e ctio n g The invention relates to a device for determining the profile of the top of the filling of a Blast furnace or the like.

Bei einem Hochofen zum Schmelzen bzw. Reduzieren von Eisenerz werden Koks und Eisenerz abwechselnd über die Gichtglokke eingegeben und dann mittels eines Rührwerks so verteilt, daß die Oberseite der Hochofenfüllung einen V-förmigen Querschnitt erhält. Dieses Profil ist sehr wichtig, um eine Brennstoffeinsparung für den Hochofen zu ermöglichen, was insbesondere auch im Hinblick auf die weltweiten Bemühungen für Brennstoffeinsparung wesentlich ist. Hierbei ist jedoch eine genaue Bestimmung oder Messung des Profils der Oberseite der Hochofenfüllung nötig.Used in a blast furnace to smelt or reduce iron ore Coke and iron ore are alternately entered via the top hatch and then by means of a Agitator distributed so that the top of the furnace filling has a V-shaped cross-section receives. This profile is very important in order to save fuel for the blast furnace to make possible, especially with regard to the worldwide efforts is essential for fuel economy. However, this is an accurate determination or measurement of the profile of the top of the furnace filling is necessary.

Für diese Profilbestimmung ist ein ferngesteuertes Verfahren erforderlich, weil im Hochofeninneren außerordentlich hohe Temperaturen und Drücke herrschen. Bei einem bisherigen Profilmeßverfahren werden mechanische Mittel verwendet.A remote-controlled procedure is required for this profile determination, because there are extraordinarily high temperatures and pressures inside the furnace. In a previous profile measuring method, mechanical means are used.

Dabei werden von der Oberseite des Ofens herabhängende, stangenförmige Werkzeuge in die Gicht des Hochofens eingeführt. Die Einführstrecke jedes Werkzeugs von seinem Aufhängepunkt an der Oberseite des Ofens wird dabei zur Bestimmung des Profils der Füllungsoberseite ausgewertet. Dieses Vorgehen ist jedoch insofern nachteilig, als es dabei sehr schwierig ist, eine genaue Profilbestimmung durchzuführen, weil eine ungenügende Zahl von Meßstellen vorhanden, die Meßzeit sehr lang und die Automatisierung des Meßvorgangs sehr schwierig ist.Thereby hanging down from the top of the furnace, rod-shaped Tools introduced into the furnace top. The insertion path of each tool from its suspension point on the top of the furnace is used to determine the The profile of the top of the panel is evaluated. However, this approach is disadvantageous in that when it is very difficult to carry out an accurate profile determination because there is an insufficient number of measuring points, the measuring time is very long and the automation the measuring process is very difficult.

In letzter Zeit sind verschiedene andere Profilmeßsysteme vorgeschlagen worden, beispielsweise ein Radarsystem unter Verwendung von Radio- bzw. Hochfrequenzwellen, ein Radiographie- oder Röntgenverfahren unter Verwendung von Strahlung, ein Laser-Radarsystem und ein Lasersystem, bei dem die Oberseite der Füllung mittels eines Laserstrahls an diskreten Stellen erhitzt wird, um auf dieser Oberseite Lichtpunkte zu erzeugen, die dann auf einem Fernsehbildschirm beobachtet werden.Various other profile measurement systems have recently been proposed for example a radar system using radio or high frequency waves, a radiography or X-ray method using radiation, a laser radar system and a laser system, in which the top of the filling by means of a laser beam is heated at discrete points in order to generate points of light on this upper side, which are then watched on a television screen.

Beim Radarsystem ist die Wellenlänge der verwendeten Hochfrequenzstrahlung ziemlich groß (etwa 25 cm), so daß es unmöglich ist, das Meßobjekt mit einer Auflösung von beispielsweise 3 cm zu bestimmen. Außerdem ist dieses System mit ungünstigen Auswirkungen aufgrund einer Mehrfachreflexion der Wellen behaftet.In the case of the radar system, this is the wavelength of the high frequency radiation used quite large (about 25 cm) so that it is impossible to get the measurement object with a resolution of, for example, 3 cm. Also, this system is unfavorable with Affected effects due to multiple reflection of the waves.

Das Schallmeßsystem ist insofern unvorteilhaft, als der im Ofen vorhandene Staub die Messung beeinträchtigt und die Ausbreitung der Schallwellen im Ofen variiert, weil die Temperaturverteilung im Ofen kompliziert bzw. komplex ist.The sound measuring system is disadvantageous in that the one provided in the furnace Dust affects the measurement and the propagation of the sound waves in the furnace varies, because the temperature distribution in the furnace is complicated or complex.

Mit diesem System kann also die Meßgenauigkeit nicht verbessert werden.With this system, therefore, the measurement accuracy cannot be improved.

Das Radiographieverfahren erfordert einen außerordentlich großen Leistungsbedarf und ist daher in der praktischen Anwendung problematisch, weil die entsprechende Technik noch nicht ausgereift ist.The radiography method requires an extremely large amount of power and is therefore problematic in practical use because the corresponding Technology is not yet fully developed.

Das Laser-Radarsystem, bei dem es sich um ein Entfernungsmeßverfahren handelt, ist zwar ausgezeichnet in der Entfernungsauflösung, jedoch mangelhaft in der Positions- oder Lagenauflösung. Die bisher erreichte Entfernungsauflösung beträgt etwa 1 m.The laser radar system, which is a range finding process is excellent in distance resolution, but poor in the position or layer resolution. The range resolution achieved so far is about 1 m.

Das mit Bildschirmbeobachtung arbeitende Verfahren ist insofern nachteilig, als die im Ofen vorhandene große Dampfmenge häufig die Beobachtung.der erhitzten Stellen auf dem Bildschirm erschwert.The method using screen observation is disadvantageous in that than the large amount of steam present in the furnace, the observation of the heated ones is frequent Make difficult on the screen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Profilmeßvorrichtung mit einem pulsierenden (repetitive) Riesenimpuls-Laser als Lichtquelle, mit welcher das Profil der Oberseite der Ofenfüllung innerhalb kurzer Zeit genau bestimmt werden kann.The object of the invention is thus to create a profile measuring device with a pulsating (repetitive) giant pulse laser as the light source, with which the profile of the top of the furnace filling can be precisely determined within a short time can.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Bestimmung des Profils der Füllungs-Oberseite eines Hochofens erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zur wiederholten Erzeugung von Riesen-Laserimpulsen, durch eine optisch mit der die Laserimpulse erzeugenden Einrichtung gekoppelte Einrichtung, welche den Riesen-Laserimpuls fortlaufend richtet und ihn somit die Oberfläche eines Meßobjekts kontinuierlich abtasten läßt, durch eine über die Impulsrichteinrichtung optisch mit der Laserimpuls-Erzeugungseinrichtung gekoppelte Einrichtung zur Aufnahme des Streulichts von der Meßobjektoberfläche und durch eine mit der Lichtempfangseinrichtung gekoppelte Signalverarbeitungseinrichtung zum Diskriminieren eines Profils der Meßobjektoberfläche auf der Grundlage eines von der Lichtempfangseinrichtung gelieferten Signals.This task is performed with a device for determining the profile the filling top of a blast furnace solved according to the invention by a device for the repeated generation of giant laser pulses, by means of an optical with the the laser pulse generating device coupled device, which the giant laser pulse continuously aligns and thus the surface of a measurement object continuously can be scanned, optically with the laser pulse generating device via the pulse directing device coupled Device for receiving the scattered light from the surface of the object to be measured and by a signal processing device coupled to the light receiving device for discriminating a profile of the measurement object surface based on a signal delivered by the light receiving device.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: -Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen beispielhaften Hochofen, auf den die Erfindung anwendbar ist, Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht des Oberteils des Hochofens gemäß Fig. 1 mit einem Blockschaltbild.der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 3 ein Blockschaltbild einer typischen, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Signalverarbeitungsanlage.The following are preferred embodiments of the invention the accompanying drawing explained in more detail. It show: -Fig. 1 shows a longitudinal section by an exemplary blast furnace to which the invention can be applied, FIG. 2 an enlarged sectional view of the upper part of the blast furnace according to FIG. 1 with a block diagram of the device according to the invention and FIG. 3 is a block diagram of a typical device used in the apparatus of the invention Signal processing system.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Hochofen 11 werden Koks und Eisenerz abwechselnd eingegeben und dann mittels eines Rührwerks so verteilt, daß ein im wesentlichen (im Querschnitt) V-förmiges Oberseitenprofil der Hochofenfüllung erhalten wird. Fig. 2 veranschaulicht den Oberteil bzw. die Gicht des Hochofens 11 nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Der Hochofen 11 ist dabei am Oberteil mit einem lichtdurchlässigen Fenster 13 und mit einer Lichtempfangseinrichtung 14 versehen. Ein als Lichtquelle dienender Riesenimpuls-Laser, z.B. ein YAG- bzw. Yttrium/Aluminium/-Granat-Laser, vermag Riesenimpulse mit einer Wiederholungsfrequenz von 50 Hz und einer Impulsbreite von 10 Ns bei einer Ausgangsleistung von 10 bis 30 mW zu liefern.In the blast furnace 11 shown schematically in FIG. 1, coke and iron ore alternately added and then distributed by means of an agitator so that that a substantially (in cross-section) V-shaped top profile of the furnace filling is obtained. Fig. 2 illustrates the top or top of the blast furnace 11 according to FIG. 1 on an enlarged scale. The blast furnace 11 is on the upper part a transparent window 13 and provided with a light receiving device 14. A giant pulse laser serving as a light source, e.g. a YAG or yttrium / aluminum / garnet laser, capable of giant pulses with a repetition frequency of 50 Hz and a pulse width of 10 Ns at an output power of 10 to 30 mW.

Ein vom YAG-Laser 15 emittierter Impulslaserstrahl 16 wird durch einen Abtastspiegel 17 reflektiert und über das Fenster 13 in das Innere des Hochofens 11 geworfen. Der Abtastspiegel 17 ist schwenkbar gelagert, so daß mit dem vom YAG-Laser 15 gelieferten Laserstrahl die Oberseite 12 der Hochofenfüllung vollständig abgetastet werden kann.A pulse laser beam 16 emitted from the YAG laser 15 is through a Scanning mirror 17 is reflected and through the window 13 into the interior of the blast furnace 11 thrown. The scanning mirror 17 is pivotably mounted so that with that of the YAG laser 15 delivered laser beam scanned the top 12 of the furnace filling completely can be.

Die Schwenkbewegung des Abtastspiegels 17 wird durch eine nicht dargestellte Steuer- oder Treiberschaltung auf Fernsteuerbasis durchgeführt. Der auf die Oberseite 12 auftreffende Laserstrahl 16 wird gestreut und dann durch die optische Lichtempfangseinrichtung 14 gebündelt, die beispielsweise eine konvexzylindrische Linse sein kann. Die von der optischen Einrichtung 14 gebündelten Lichtstrahlen werden von einer am Brennpunkt der Einrichtung 14 angeordneten Photodiodenbatterie 18 aufgefangen, die parallel zur Oberseite 12 liegt, wenn letztere flach ist. Die Diodenbatterie besteht aus einer Vielzahl (z.B. 150) lichtempfindlichen Elementen, beispielsweise aus in Reihe geschalteten PIN-Sperrschichtdioden. Diese Diodenbatterle ist dabei so ausgelegt, daß sie das Profil der Oberseite 12 der Füllung bei einem Hochofen 11 mit einer Höhe von 40 m, einem Außendurchmesser von etwa 8,3 m und einem Innendurchmesser von etwa 6,55 m durch Abtastung der Oberseite 12 mit einer Auflösung von + 30 mm zu messen vermag. Im Betrieb schwingt der Abtastspiegel 17 in Richtung des Pfeils A, wobei der Laserstrahl 16 die Oberseite 12 bestreicht und die von der Oberseite 12 gestreuten Lichtstrahlen über die optische Einrichtung 14 ein Bild des Profils der Oberseite 12 auf der Diodenbatterie 12 bilden.The pivoting movement of the scanning mirror 17 is controlled by a not shown Control or driver circuit carried out on a remote control basis. The one on top 12 incident laser beam 16 is scattered and then through the optical light receiving device 14 bundled, which can for example be a convex cylindrical lens. The from of the optical device 14 bundled light beams are from one at the focal point the device 14 arranged photodiode battery 18 collected, the parallel to the top 12 when the latter is flat. The diode battery consists of a plurality (e.g. 150) photosensitive elements, e.g. from in series switched PIN junction diodes. This diode battery is designed so that they have the profile of the top 12 of the filling in a blast furnace 11 with a Height of 40 m, an outer diameter of about 8.3 m and an inner diameter from about 6.55 m by scanning the top 12 with a resolution of + 30 mm able to measure. In operation, the scanning mirror 17 oscillates in the direction of the arrow A, the laser beam 16 sweeping the top 12 and that from the top 12 scattered light rays via the optical device 14 an image of the profile the top 12 on the diode battery 12 form.

Die lichtempfindlichen Elemente (Dioden), auf welche das gestreute Licht auftrifft, erzeugen durch eine Signalverarbeitungsschaltung zu verarbeitende Signale.The light-sensitive elements (diodes) on which the scattered Light impinging, generate to be processed by a signal processing circuit Signals.

Gemäß Fig. 3 werden die Ausgangssignale der Diodenbatterie 18 durch einen Impulsverstärker (PA0, Rx1 ... PAn) 21 verstärkt und dann durch einen Begrenzer (L0, L1 ... Ln) 22 in ihrer Amplitude begrenzt. Die Ausgangssignale des Begrenzers 22 werden sodann in einem Addierwerk (SA0, SA1 SAn) 23 addiert, hierauf durch einen Anzeigeverstärker 24 verstärkt und sodann auf einem Anzeigegerät 25 wiedergegeben bzw. dargestellt.According to FIG. 3, the output signals of the diode battery 18 are through a pulse amplifier (PA0, Rx1 ... PAn) 21 is amplified and then through a limiter (L0, L1 ... Ln) 22 limited in their amplitude. The output signals of the limiter 22 are then added in an adder (SA0, SA1 SAn) 23, then by a The display amplifier 24 is amplified and then reproduced on a display device 25 or shown.

Im folgenden ist die Art und Weise beschrieben, auf welche das gestreute Licht des Laserstrahls auf der Photodiodenbatterie ein die Oberflächenunregelmäßigkeit der Füllungsoberfläche wiedergebendes Bild formt.The following describes the manner in which the spread Light of the laser beam on the photodiode battery a the surface irregularity forms the image reproducing the filling surface.

Zunächst sei ein typischer Fall betrachtet, in welchem die Oberseite, d.h. die Meßflädie, eben ist und die Photodiodenbatterie parallel zu dieser ebenen Fläche angeordnet ist.Let us first consider a typical case in which the upper side, i.e. the measuring surface is flat and the photodiode battery is parallel to it Area is arranged.

Wenn hierbei der Laserstrahl die Oberseite 12 kontinuierlich abtastet, wird auch die Photodiodenbatterie 18 kontinuierlich abgetastet.If the laser beam continuously scans the top 12, the photodiode battery 18 is also continuously scanned.

Ein anderer typischer Fall ist ein solcher, in welchem die Füllungs-Oberseite 12 einen konkaven Bereich aufweist. Dabei bündelt die optische Eihrichtung 14 das gestreute Licht derart auf der Vorderseite der Photodiodenbatterie 18, daß der Laserstrahl 16 eine Anzahl der lichtempfindlichen Elemente bestrahlt. Die Ausgangssignale der entsprechenden Anzahl von Photodioden werden somit im Addierwerk 23 addiert, wobei die Amplitude des so erhaltenen Impulses groß ist.Another typical case is one in which the filling top 12 has a concave portion. The optical device 14 bundles the scattered light so on the front of the photodiode battery 18 that the laser beam 16 irradiates a number of the photosensitive elements. The output signals of the corresponding number of photodiodes are thus added in the adder 23, wherein the amplitude of the pulse thus obtained is large.

Wenn beispielsweise drei Photodioden das Streulicht empfangen, ist die Amplitude des vom Addierwerk abgegebenen Impulses dreimal so groß wie dann, wenn eine einzige Diode das Streulicht empfängt.For example, if three photodiodes receive the scattered light, is the amplitude of the pulse emitted by the adder is three times as large as then, when a single diode receives the scattered light.

Wenn die Füllungs-Oberseite 12 im Ofen andererseits einen konvexen Teil aufweist, trifft der von diesem konvexen Teil reflektierte Teil des Laserstrahls nicht auf die dem konkaven Teil der Oberseite entsprechende Diode auf. Die Diodenbatterie ist zudem so ausgelegt, daß sie sich bei sich aufwärts und abwärts verlagernder Oberseite 12 entsprechend mitbewegt.On the other hand, if the filling top 12 in the oven is convex Has part, meets from this convex part reflected Part of the laser beam does not hit that corresponding to the concave part of the top Diode on. The diode battery is also designed so that it is upwards and downwardly displacing top 12 moved accordingly.

Die die Oberseite 12 bestrahlende Laserleistung P1 bestimmt sich nach folgender Gleichung: P1 = Po R1 T1 e aa (1) worin a die Länge des Strahlengangs vom Fenster 13 zur Oberseite 12 im Ofen (Länge des optischen Strahlengangs von der Oberseite 12 zur Lichtempfangseinrichtung 14 = b; Gesamtlänge 1 des Strahlengangs = Summe aus a und b), PO die Laser-Ubertragungsleistung (Spitzenwert) des YAG-Lasers 15 mit Pr = Laser-Empfangsleistung (Spitzenwert), R1 das Reflexionsvermögen des Abtastspiegels, T1 die Durchlässigkeit des Fensters 13 und a den Streukoeffizienten des Laserstrahls im Ofen bedeuten.The laser power P1 irradiating the top 12 is determined accordingly following equation: P1 = Po R1 T1 e aa (1) where a is the length of the beam path from the window 13 to the top 12 in the furnace (length of the optical beam path from the Top side 12 to light receiving device 14 = b; Total length 1 of the beam path = Sum of a and b), PO the laser transmission power (peak value) of the YAG laser 15 with Pr = laser received power (peak value), R1 the reflectivity of the Scanning mirror, T1 the permeability of the window 13 and a the scattering coefficient of the laser beam in the furnace.

In Gleichung (1) bedeutet der Ausdruck e'aa die DurchlAssigkeit im Raum längs des optischen Strahlengangs a.In equation (1), the term e'aa means the permeability im Space along the optical beam path a.

Unter der Voraussetzung, daß der Laserstrahl von der Füllungs-Oberseite 12 sphärisch gestreut wird, läßt sich die an der Diodenbatterie 18 ankommende Laser-Empfangsleistung Pr durch folgende Gleichung ausdrucken: Pr = (P1at2t3tD /4,2nb2)e-ab ..... (2) worin bedeuten: a = Reflexionsvermögen der Oberseite 12, D = Durchmesser der Bffnung im Empfangsstrahlengang, t2 = Durchlässigkeit des Fensters und t3 = Durchlässigkeit verschiedener anderer Filter.Provided that the laser beam comes from the top of the filling 12 is spherically scattered, the received laser power arriving at the diode battery 18 Express Pr by the following equation: Pr = (P1at2t3tD / 4,2nb2) e-ab ..... (2) where mean: a = reflectivity of the top 12, D = diameter of the opening in Receiving beam path, t2 = transparency of the window and t3 = transparency various other filters.

In Gleichung (2) bedeutet der Ausdruck e ab die Durchlässigkeit im Raum auf dem optischen Strahlengang b. Aus Gleichungen (1) und (2) ergibt sich: Pr = P0 R1 t t t3e(a+b)(L OD2 / 8b2 (3) Die Streuung im Ofen wird durch Dampf sowie Koks- und Eisenerzstaub hervorgerufen. Ein Versuch zeigte, daß der Streukoeffizient a = 0,735 bei einer Wellenlänge des YAG-Lasers 15 von 1,06 ßm beträgt. Das Reflexionsvermögen a wird durch Dividieren der empfangenen Lichtintensität durch den Raumwinkel ermittelt. Wenn im Ofen 11 nur Koks vorhanden ist, beträgt das Reflexionsvermögen mindestens 2,9 %. Wenn der Koks im Ofen umgewälzt wird, steigt das Reflexionsvermögen a auf 5,3 % an. Der noch zu erläuternden Berechnung ist die Größe 5,3 % zugrundegelegt. Tatsächlich ist jedoch im Ofen neben Koks auch Sintereisen vorhanden, so daß sich das Reflexionsvermögen weiter erhöht.In equation (2), the term e ab means the permeability in the Space on the optical beam path b. Equations (1) and (2) result in: Pr = P0 R1 t t t3e (a + b) (L OD2 / 8b2 (3) The scattering in the furnace is caused by steam as well Coke and iron ore dust caused. An experiment showed that the scattering coefficient a = 0.735 at a wavelength of the YAG laser 15 of 1.06 µm. The reflectivity a is determined by dividing the received light intensity by the solid angle. When there is only coke in the furnace 11, the reflectivity is at least 2.9%. As the coke is circulated in the furnace, the reflectivity a increases 5.3%. The calculation still to be explained is based on the value 5.3%. In fact, in addition to coke, there is also sintered iron in the furnace, so that the reflectivity is further increased.

Bei einem Hochofen mit einer Höhe von etwa 40 m, einem Außendurchmesser von 8,3 m und einem Innendurchmesser von 6,55 m betragen a = 6,8 m und b = 10 m, so daß der (gesamte) optische Strahlengang 1 eine Länge von 16,8 m (= 6,8 + 10 m) besitzt. Das Reflexionsvermögen R1 des Abtastspiegels 17 mit einer goldbedampften Spiegelfläche beträgt 80%, während das Reflexionsvermögen der verschiedenen Filter, wie Fenster 13 und optische' Empfangseinrichtung 14, 50 % beträgt (t1 t2 = t3). Wenn diese Größen in Gleichung (3) eingesetzt werden, ergibt sich Pr = 0,285 x 10 10Po D2 ..... (4) Wenn also gemäß Fig. 4 spezifische Größen für die Werte Po und Pr angewandt werden, erhält der Durchmesser D der öffnung der optischen Einrichtung 14 die Größen gemäß folgender Tabelle.In the case of a blast furnace with a height of about 40 m, an outside diameter of 8.3 m and an inner diameter of 6.55 m are a = 6.8 m and b = 10 m, so that the (entire) optical beam path 1 has a length of 16.8 m (= 6.8 + 10 m) owns. The reflectivity R1 of the scanning mirror 17 with a gold vaporized Mirror area is 80%, while the reflectivity of the various filters, like window 13 and optical receiving device 14, is 50% (t1 t2 = t3). If these quantities are substituted into equation (3), the result is Pr = 0.285 x 10 10Po D2 ..... (4) If, according to FIG. 4, specific quantities for the values Po and Pr are applied, the diameter D of the opening of the optical device is given 14 the sizes according to the following table.

Durchmesser Po 30 mW 10 mW 5 mW 1 mW w X 0,1 ßW 1 cm 1,9 cm 2,6 cm 5,9 cm 1 ßW 3,4 cm 5,9 cm 8,4 cm 18,7 cm 5 ßW 7,65 cm 13,3 cm 18,7 cm 41,9 cm 10 ßW 10,8 cm 18,7 cm 26,5 cm 59,2 cm Zur Messung des EIN-AUS-Zustands des Laserlichts mit zufriedenstellendem Rauschabstand, d.h. zur Gewährleistung einer Empfangslichtleistung Pr von etwa 5 ßW, ist es gemäß den obigen Ausführungen erforderlich, die Leistung Po mit 5 - 10 mW und den öffnungsdurchmesser D mit etwa 20 cm zu wählen. Die obigen Versuchsdaten wurden unter folgenden Bedingungen ermittelt: (a) Transmissionslaser: YAG-Laser zur Erzeugung von Riesen-Laserimpulsen von 10 - 30 mW, 50 Hz, 10 Ns (Impulsbreite).diameter Po 30 mW 10 mW 5 mW 1 mW w X 0.1 ßW 1 cm 1.9 cm 2.6 cm 5.9 cm 1 ßW 3.4 cm 5.9 cm 8.4 cm 18.7 cm 5 ßW 7.65 cm 13.3 cm 18.7 cm 41.9 cm 10 ßW 10.8 cm 18.7 cm 26.5 cm 59.2 cm In order to measure the ON-OFF state of the laser light with a satisfactory signal-to-noise ratio, i.e. to ensure a received light power Pr of about 5 μW, it is necessary, according to the above, to set the power Po to 5-10 mW and the opening diameter D to about 20 cm Select. The above test data were determined under the following conditions: (a) Transmission laser: YAG laser for generating giant laser pulses of 10-30 mW, 50 Hz, 10 Ns (pulse width).

(b) Gesamtverlust des optischen Systems: 90 % (Reflexionsvermögen des goldbedampften Abtastspiegels: 80 %; Durchlässigkeit des Durchlaß-Fensters: 50 %; Durchlässigkeit des Empfangsfensters: 50 %; Durchlässigkeit des Filters: 50 %).(b) Total loss of the optical system: 90% (reflectivity of the gold-vaporized scanning mirror: 80%; Permeability of the passage window: 50%; Transmittance of the receiving window: 50%; Permeability of the filter: 50 %).

(c) Durchlässigkeit im Ofen: 50 %/m (Streukoeffizient CL = 0,735 von Staub bei einer Wellenlänge von 1,06 ßm).(c) Permeability in the oven: 50% / m (scattering coefficient CL = 0.735 of Dust at a wavelength of 1.06 µm).

(d) Länge des Strahlengangs: 16,8 m.(d) Length of the beam path: 16.8 m.

(e) Reflexionsvermögen der Füllungs-Oberseite: 5,3 %.(e) Top panel reflectance: 5.3%.

(f) öffnungsdurchmesser des Lichtempfangssystems: 20 cm.(f) Opening diameter of the light receiving system: 20 cm.

(g) Lichtempfangs-Raumwinkel: 2,5 x 10 5 Sterad (minimum).(g) Solid angle of light reception: 2.5 x 10 5 sterad (minimum).

(h) Lichtempfangselement: PIN-Siliziumdiodenbatterie (150 Elemente).(h) Light receiving element: PIN silicon diode battery (150 elements).

In den Figuren ist nur ein Schnitt durch den Ofen mit nur einem einzigen Querschnittsprofil dargestellt. Tatsächlich ist jedoch eine ähnliche Meßanordnung senkrecht zur Schnittebene angeordnet. Die Diodenbatterien 18 sind dabei zweidimensional, etwa in Matrixform angeordnet. Die auf diese Weise ermittelten Profile der zueinander senkrechten Querschnitte liefern ein genaueres Profil der Füllungs-Oberseite des Ofens. Zur Gewährleistung eines noch genaueren Profils sind ähnliche Meßanordnungen für andere Querschnitte vorgesehen.In the figures there is only one section through the furnace with only a single one Cross-sectional profile shown. In fact, however, there is a similar measuring arrangement arranged perpendicular to the cutting plane. The diode batteries 18 are two-dimensional, arranged roughly in matrix form. The profiles of each other determined in this way vertical cross-sections provide a more accurate profile of the top of the infill Furnace. Similar measuring arrangements are used to ensure an even more precise profile intended for other cross-sections.

Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung des Profils besteht darin, die Diodenbatterie entsprechend einer idealen Füllungs-Oberseite im Ofen anzuordnen. Dabei entsprechen die einzelnen lichtempfindlichen Elemente der Diodenbatterie jeweils speziellen Bereichen auf der Füllungs-Oberseite.Another way to determine the profile is to to arrange the diode battery in the furnace according to an ideal filling top. The individual light-sensitive elements of the diode battery correspond to each other special areas on the top of the filling.

Wenn dabei ein Teil der Oberseite konkav ist, trifft das von diesem konkaven Teil gestreute Licht nicht auf das entsprechende Element der Diodenbatterie. Das Abtastbild der Oberseite besitzt somit einen unbelegten Teil an einer Stelle entsprechend dem konkaven Bereich der Füllungs-Oberseite. Wenn diese Oberseite einen konvexen Bereich besitzt, liegt der Brennpunkt des von diesem konvexen Bereich ausgehenden Streulichts hinter der Diodenbatterie 18, so daß auch die Elemente, die um das dem konvexen Bereich entsprechende Element herum liegen, das Streulicht empfangen.If a part of the top is concave, this will hit it concave part did not scatter light on the corresponding element of the diode battery. The scan image of the upper side thus has an unoccupied part at one point corresponding to the concave area of the top of the panel. If that top is a has a convex area, the focal point of the outgoing from this convex area lies Scattered light behind the diode battery 18, so that the elements that are around the dem convex area corresponding element lie around, receive the scattered light.

Bei dieser Ausführungsform bewegt sich die Diodenbatterie 18, ebenso wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform, entsprechend der Verlagerung der Füllungs-Oberseite aufwärts und abwärts.In this embodiment, the diode battery 18 moves as well as in the previously described embodiment, corresponding moving the top of the panel up and down.

Noch eine andere Möglichkeit zur Bestimmung des Profils der Füllungs-Oberseite ist ein Segmentabtastverfahren, bei dem die lichtempfindlichen bzw. -empfangenden Elemente der Diodenbatterie in Matrixform angeordnet sind und die Oberseite radial abgetastet wird. Dabei kann im Vergleich zum vorherigen Beispiel eine größere Fläche der Füllungs-Oberseite abgetastet und damit ein genaueres Profil ermittelt werden.Yet another way of determining the profile of the top of the panel is a segment scanning method in which the light-sensitive or light-receiving Elements of the diode battery are arranged in matrix form and the top is radial is scanned. Compared to the previous example, a larger area can be used the top of the filling can be scanned and a more precise profile can be determined.

Wie aus den Versuchsergebnissen hervorgeht, besitzt die erfindungsgemäße Profilmeßvorrichtung ein großes Auflösungsvermögen bei hoher tfbertragungs lei s tung . Aus diesem Grund ist auch dann eine zweckmäßige Profilmessung möglich, wenn das Meßsystem einen Übertragungsverlust von etwa 100 dB besitzt. Weiterhin ist die Diodenbatterie zweidimensional angeordnet, so daß sie durch Pseudoreflexion nicht beeinflußt wird. Die Messung erfolgt mittels berührungsfreier Abtastung, so daß das Meßobjekt ohne die geringste Beeinflussung durch das Meßsystem gemessen wird.As can be seen from the test results, the inventive Profile measuring device has a high resolution with high transmission lei s tion. For this reason, an appropriate profile measurement is also possible if the measuring system has a transmission loss of about 100 dB. Furthermore, the Diode battery arranged two-dimensionally, so that they are not due to pseudo reflection being affected. The measurement is carried out by means of non-contact scanning, so that the measuring object is measured without the slightest influence by the measuring system.

Die erfindungsgemäße Profilmeßvorrichtung ist für die On-Line-Messung geeignet. Dabei werden die mittels der zweidimensionalen Diodenbatterie gewonnenen numerischen Daten verarbeitet und nach graphischer Anzeigetechnologie dreidimensional dargestellt. Vom Inhalt der Anzeige kann auch eine Festkopie (hard copy) gewonnen werden.The profile measuring device according to the invention is for on-line measurement suitable. They are obtained by means of the two-dimensional diode battery numerical data processed and three-dimensional according to graphic display technology shown. A hard copy can also be obtained from the content of the advertisement will.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das optische Lichtempfangssystem als Lichtempfangsfenster benutzt. Die Licht-Ubertragungs- und -empfangsfenster können jedoch auch durch ein und dasselbe Element gebildet werden; in diesem Fall wird die Diodenbatterie konkav ausgebildet.In the described embodiment, the light receiving optical system used as a light receiving window. The light transmission and reception window can but can also be formed by one and the same element; in this case will the diode battery is concave.

Wenn der Brennpunkt des Streulichts an Vorder- oder Rückseite der Diodenbatterie liegt, empfangen mehrere lichtempfindliche Elemente das Streulicht. In diesem Fall erfolgt jedoch die Abtastung ebenfalls kontinuierlich, so daß das Profil insgesamt genau bestimmt werden kann. Wenn zudem die Meßdaten von der Diodenbatterie auf einem Anzeigegerät graphisch wiedergegeben werden, kann der Ofen unter Beobachtung des Anzeigegeräts einwandfrei geregelt werden. Eine weitere Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß ftir Lichtübertragungs- und -empfangs fenster dieselben Elemente benutzt werden und ein reflektierender Spiegel an der Rückseite des Fensters angeordnet wird, um das (Streu-)Licht auf die Diodenbatterie zu werfen. Die als lichtempfindliche Elemente dienenden Photodioden können auch durch CCD- bzw. Ladungsverschiebe-Elemente ersetzt werden. In diesem Fall kann die Profilmeßvorrichtung so ausgelegt sein, daß die Meßdaten in den Ladungsverschiebe-Elementen gespeichert und diese Elemente später zur Datenverarbeitung abgetastet werden. Anstelle der PIN-Siliziumdiodenbatterie kann auch eine APD-Anordnung verwendet werden.If the focal point of the scattered light is on the front or back of the If the diode battery is located, several light-sensitive elements receive the scattered light. In this case, however, the scanning is also carried out continuously, so that the Overall profile can be precisely determined. If, in addition, the measurement data from the diode battery can be graphically reproduced on a display device, the furnace can be observed of the display device can be properly regulated. Another modification of the invention The device is that the light transmission and reception windows are the same Elements are used and a reflective mirror at the back of the window is arranged to cast the (scattered) light onto the diode battery. As Photodiodes serving light-sensitive elements can also be provided by CCD or charge-shifting elements be replaced. In this case, the profile measuring device can be designed so that the measurement data are stored in the charge transfer elements and these elements later scanned for data processing. Instead of the PIN silicon diode battery an APD arrangement can also be used.

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Claims

Device for determining the profile of the top of an oven filling Claims 1. Device for determining the profile of the filling top of a blast furnace, characterized by a device (15) for repeated production of giant laser pulses, through an optical one with the one that generates the laser pulses Device coupled device (17), which the giant laser pulse continuously directs and thus continuously scan the surface of a measurement object (12) lets, by one via the pulse directing device optically with the laser pulse generating device coupled device (18) for receiving the scattered light from the surface of the object to be measured and by a signal processing device coupled to the light receiving device (18) for discriminating a profile of the measurement object surface based on a signal delivered by the light receiving device.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light receiving device a means (14) for bundling the scattered light and a photodiode battery (18), which lies on the focal point of the focusing means and is dependent on one supplies a current of predetermined magnitude from this transmitted light beam.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the bundling means is a convex lens and that the photodiode battery is one of a plurality of photodiodes arranged in series.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light receiving device a photodiode battery with a plurality of in concave configuration on top of it Focal point of the bundled scattered light from the photodiodes arranged on the measuring surface is.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the photodiode battery is formed from a plurality of PIN silicon junction diodes.

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the laser pulse generating device is a YAG laser.

7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light receiving device a means for bundling the scattered light and an array of arranged in series CCD or charge transfer elements, this arrangement on the focal point of the bundling means lies and on a light beam transmitted by this responds with delivery of a current of predetermined magnitude.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the bundling means is a convex cylindrical lens.

9. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light receiving device a battery of CCD or charge transfer elements arranged in a concave configuration which are on the focal point of the scattered light from the measurement object surface.