专利名称：混铁车微波铁水液面计微波头部的制作方法
技术领域：
本实用新型与测量混铁车铁水液位的液位计的微波头部有关。
背景技术：
大型或特大型高炉冶炼的铁水是采用混铁车进行运输的。在铁水的注入过程中需要对注入混铁车的铁水量进行监测。目前，混铁车注入铁水量的监测采用的是称重的方式，这种方式在标校的初期具有较高的测量精度，但由于现场环境较差，随着使用时间的增加其精度会逐渐下降。因此，采用这种方式监测混铁车铁水注入量就需要经常标校。标校的时间间隔太短，会影响高炉的正常生产；标校的时间间隔太长，其精度的下降又会影响其使用的有效性。由于高炉生产周期一般都远大于保证铁水称重精度所需要标校周期，因此在实际的生产过程中，铁水称重在大部分时间都处于低精度的状态，不得不采用人工目测液位的方式来完成铁水注入量的控制。而采用人工目测铁水液位的方式，其测量精度取决于操作人员的熟练程度、工作时的状态和工作的责任心等因素，不能完全满足生产，特别是自动化生产的要求。
实用新型的内容本实用新型的目的是提供一种精度高，有效周期长，操作方便，能直接对混铁车铁水液位进行在线监测的混铁车微波铁水液面计微波头。
本实用新型是这样实现的本实用新型混铁车微波铁水液面计微波头部，扫频电压驱动器(8)的输出与微波Gunn振荡器(9)的输入连接，振荡器(9)的输出与微波功分器(10)的输入端连接，功分器(10)的一路输出与微波环行器(11)的输入连接，一路输出与微波混频器(13)的一路输入连接，微波环行器(11)与微波天线(12)连接，其输出与微波混频器(13)的另一路输入连接，混频器(13)的输出与现有的机柜(2)的A/D采集卡连接，天线(12)发射的电磁波通过操作平台(3)上正对混铁车罐口的孔同时投射到混铁车罐口(5)和铁水液面(6)上。
振荡器(9)为47271H-9705，功分器(10)为45391H-2200，环行器(11)为45161H-203，天线为45811H-2406，混频器(13)为47411H-2010，各微波器件间的连接采用标准的Ka波段矩形法兰波导，功分器(10)的一输出端连接混频器(13)的LO端，另一输出端连接环行器(11)的1端，环行器(11)的2端与天线(12)相连，3端与混频器(13)的RF端相连，驱动器(8)用带有SMA接头的电缆与振荡器(9)的扫频输入端相连，混频器(13)的中频输出采用带有SMA接头的电缆与机柜(2)相连。
扫频电压驱动器(8)的单片机(U1)的数据总成线(D0-D7)分别与锁存器(U2)，EEPROM存贮器(U3)，D/A转换器(U4)相连，U2分离出U1的地址总线的低八位A0-A7与U1的高八位A8-A15构成16位地址总线与U3和U4的地址或片选引脚连接，集成稳压器U5输出与U4的参考电压端相连，U4输出的模拟信号经双运算放大器(U6)放大滤波后输出到微波Gunn振荡器。
电磁波束经罐口和铁水液面反射后仍由微波天线(12)接收、经环行器(11)收发隔离后进入微波混频器(13)，与微波功分器(10)送来的本振信号进行差拍混频，输出中频信号，进入预处理器完成放大、滤微处理后，再送入A/D采集卡，扫频电压驱动器(8)输入的扫频同步信号以同步触发A/D采集卡对中频信号同步采集后送入工控机进行故障信号处理，工控机与显示面板和操作面板连接。
本实用新型提供一种直接对混铁车铁水注入液位进行在线监测的设备。这种直接测量铁水液位的方式具有精度高，有效周期长、无需人工辅助等特点，能更好地满足高炉自动化生产的需求。
由于铁水本身的温度很高(约为1400℃)，不宜采用接触式的测量方式进行测量。在非接触式测量方式中，由于高温铁水对环境温度的影响较大，因此不能采用受温度影响较大的超声方式；由于铁水注入时有较大的粉尘和飞溅的铁花，因此也不能采用激光方式。为此，本实用新型采用既不受环境温度影响、又不受现场粉尘和铁花影响的微波方式。本实用新型的技术方案是混铁车铁水注入口的正上方放置一个微波测量设备，微波设备发射的波束同时照射到混铁车的罐口平台和铁水表面上，同时接收罐口平台和铁水表面反射来的回波，通过分辨罐口平台和铁水液面反射波并测量出各自至微波测量设备的距离，就可以获得以混铁车罐口为基准的铁水液位。
本实用新型有益的效果是采用微波方式直接测量出混铁车罐口平台到铁水表面的距离，所测得的铁水液位与混铁车个体差异无关，不受混铁车满载时弹簧下沉的影响。测量可以在铁水注入时在线进行，不受环境温度、粉尘等现场因素的影响。整个系统设备的现场安装简单，现场的施工量比称重方式小得多，运行时无需标校。
图1是本实用新型测量原理示意图。
图2是本实用新型系统结构示意图。
图3是扫频电压驱动器的电原理图。
图中，1是微波头部，2是现场机柜，3是现场操作平台，4是混铁车，5是混铁车罐口，6是铁水液面，7运输铁轨，8是扫频电压驱动器，9是微波Gunn振荡器，10是微波功分器，11是微波环行器，12是微波天线，13是微波混频器。
具体实施方式
本实用新型为微波铁水液面计的微波头部，其输出信号的处理和显示由现场机柜2完成，如图1。微波头部1安装于混铁车罐口5的正上方的操作平台3上，在操作平台3上应在混铁车罐口的正上方的位置开一个微波波束通过孔。现场机柜2可安装在操作平台3上离微波头部较远且便于现场操作人员操作的位置。铁水注入前，混铁车4经运输铁轨7进入到指定位置。铁水注入的过程中，微波头部1发出的一定宽度的微波波束同时投射到混铁车罐口5和铁水液面6上，由混铁车罐口5和铁水液面6反射的微波信号经微波头部接收和分辨后就可测量出铁水液面6至混铁车罐口5间的距离，即铁水液位。本实用新型所述的微波头部1由扫频电压驱动器8、微波Gunn振荡器9、微波功分器10、微波环行器11、微波天线12和微波混频器13组成，如图2。微波头部输出信号的采集、处理与显示由现场机柜2完成。本实用新型是基于雷达测距的原理，采用的雷达体制为线性调频连续波(LFMCW)体制。有关LFMCW雷达的测距原理和雷达距离分辨力理论可参见美国Merrill I.Skolnik主编、王军等译的《雷达手册》一书第537～574页，由电子工业出版社2003年出版。本实用新型的测量过程是这样的在扫频电压驱动器8的作用下，微波Gunn振荡器9产生一个宽带线性调频连续波信号，该信号由微波功分器10分为两路。一路经微波环行器11送至微波天线12发射出电磁波，一路送至微波混频器13作为本振信号。微波天线12发射的电磁波经混铁车罐口5和铁水液面6反射后仍由微波天线12接收，经环行器11收发隔离后进入微波混频器13，与微波功分器10送来的本振信号进行差拍混频，输出中频信号。该中频信号进入现场机柜2进行放大、滤波、采集、处理与显示。在本实施例中，微波部分采用美国Millitech Corporation生产的Ka波段器件，如振荡器9选用47271H-9705，功分器10选用45391H-2200，环行器11选用45161H-203，天线12选用45811H-2406，混频器13选用47411H-2010。各微波器件间的连接采用标准的Ka波段矩形法兰波导。连接时，振荡器9的输出连接到功分器10的输入端；功分器10的两个输出端一个连接到混频器13的LO端，一个连接到环行器11的1端；环行器11的2端与天线12相连，3端与混频器13的RF端相连。扫频电压驱动器8采用带有SMA接头的电缆与振荡器9的扫频输入端相连，混频器13的中频输出也采用带有SMA接头的电缆与现场机柜2相连。扫频电压驱动器8的电原理图如图3，扫频电压的波形数据事先烧入EEPROM(U328C64B)中，扫频电压工作时，在控制单片机(U1AT89C51)的控制下，EEPROM(U3)中的波形数据先被读入单片机(U1)，再经U2(74HCT573)将输出的数据与地址信号分离后，送入D/A(U4TLV5613)将数字信号转换为模拟信号，最后经运算放大器(U6LM258)进行放大、滤波后输出到微波振荡器9。图3中的U5REF191为电压参考源，为D/A提供基准电压。本实施例的微波头部工作时，扫频电压驱动器8输出的扫频电压为10～18V，微波Gunn振荡器9输出的线性调频连续波信号的中心频率为35GHz，带宽为500MHz，其对应的雷达距离分辨力(也即雷达分辨两个相近目标的能力)为30cm。由于混铁车注入铁水的正常上限距离罐口的距离要大于50cm，因此带宽为500MHz的微波液位计就能够在整个测量范围内正确地分辨出混铁车罐口(5)和铁水液面(6)并测量出铁水液位。
图中U1为单片机、U2为锁存器、U3为EEPROM存贮器、U4为D/A转换器、U5为集成稳压器、U6为双运算放大器。U1的数据总线D0～D7分别与U2、U3、U4相连，U2分离出地址总线的低八位A0～A7与U1的高八位A8～A5构成16位地址总线，输入到U3和U4的地址或片选引脚上。U3用于存贮扫频驱动电压的波形数据，经U4D/A转换后变为模拟信号。模拟信号经U5的一个运算放大器U6A放大后，再经另一个运算放大U6B滤波后输出到微波Gunn振荡器。
权利要求1.混铁车微波铁水液面计微波头部，其特征在于扫频电压驱动器(8)的输出与微波Gunn振荡器(9)的输入连接，振荡器(9)的输出与微波功分器(10)的输入端连接，功分器(10)的一路输出与微波环行器(11)的输入连接，一路输出与微波混频器(13)的一路输入连接，微波环行器(11)与微波天线(12)连接，其输出与微波混频器(13)的另一路输入连接，混频器(13)的输出与现有的机柜(2)的A/D采集卡连接，天线(12)发射的电磁波通过操作平台(3)上正对混铁车罐口的孔同时投射到混铁车罐口(5)和铁水液面(6)上。
2.根据权利要求1所述的微波头部，其特征在于振荡器(9)为47271H-9705，功分器(10)为45391H-2200，环行器(11)为45161H-203，天线为45811H-2406，混频器(13)为47411H-2010，各微波器件间的连接采用标准的Ka波段矩形法兰波导，功分器(10)的一输出端连接混频器(13)的LO端，另一输出端连接环行器(11)的1端，环行器(11)的2端与天线(12)相连，3端与混频器(13)的RF端相连，驱动器(8)用带有SMA接头的电缆与振荡器(9)的扫频输入端相连，混频器(13)的中频输出采用带有SMA接头的电缆与机柜(2)相连。
3.根据权利要求1或2所述的微波头部，其特征在于扫频电压驱动器(8)的单片机(U1)的数据总线(D0-D7)分别与锁存器(U2)，EEPROM存贮器(U3)，D/A转换器(U4)相连，U2分离出U1的地址总线的低八位A0-A7与U1的高八位A8-A15构成16位地址总线与U3和U4的地址或片选引脚连接，集成稳压器U5输出与U4的参考电压端相连，U4输出的模拟信号经双运算放大器(U6)放大滤波后输出到微波Gunn振荡器。
4.根据权利要求1或2所述的微波头部，其特征在于电磁波束经罐口和铁水液面反射后仍由微波天线(12)接收、经环行器(11)收发隔离后进入微波混频器(13)，与微波功分器(10)送来的本振信号进行差拍混频，输出中频信号，进入预处理器完成放大、滤微处理后，再送入A/D采集卡，扫频电压驱动器(8)输入的扫频同步信号以同步触发A/D采集卡对中频信号同步采集后送入工控机进行故障信号处理，工控机与显示面板和操作面板连接。
专利摘要本实用新型为混铁车微波铁水液面计微波头部，扫频电压驱动器(8)的输出与微波Gunn振荡器(9)的输入连接，振荡器(9)的输出与微波功分器(10)的输入端连接，功分器(10)的一路输出与微波环行器(11)的输入连接，一路输出与微波混频器(13)的一路输入连接，微波环行器(11)与微波天线(12)连接，其输出与微波混频器(13)的另一路输入连接，混频器(13)的输出与现有的机柜(2)的A/D采集卡连接，天线(12)发射的电磁波通过操作平台(3)上正对混铁车罐口的孔同时投射到混铁车罐口(5)和铁水液面(6)上。
文档编号B22D41/12GK2688422SQ20032011520
公开日2005年3月30日 申请日期2003年12月5日 优先权日2003年12月5日
发明者李志星, 陈祝明, 卢世葵, 丁义元, 敖爱国, 傅劲, 丁文 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 成都海康科技发展有限公司