3D物位掃描儀

一、概述

3D物位掃描儀以其獨(dú)有的三維立體掃描技術(shù)，為客戶提供了在高粉塵等嚴(yán)峻工況條件下的完善角解決方案，APM公司3D物位掃描儀是迄今為止可實(shí)際投入工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用僅有的一種可以準(zhǔn)確檢測(cè)固體物位、體積和質(zhì)量的創(chuàng)新和成熟技術(shù)，而且不受物料種類、物化性能，物料貯存料倉材質(zhì)，露天開倉和料倉形狀和尺寸的影響，適用于惡劣的物料貯存環(huán)境，用物位監(jiān)測(cè)水平達(dá)到了新的高度。

    3D物位掃描儀利用三個(gè)信號(hào)傳送器發(fā)射低頻脈沖，并接收來自筒倉、露天開放倉、不規(guī)則料倉內(nèi)物料表面的脈沖回波，并監(jiān)測(cè)到每個(gè)回波的時(shí)間、距離和方向。信號(hào)處理器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行取樣、分析、轉(zhuǎn)換，并繪制出直觀精準(zhǔn)的三維立體圖像，反應(yīng)出料倉內(nèi)物料真實(shí)的物位、體積和質(zhì)量等實(shí)際分布狀況，并在遠(yuǎn)程電腦終端上顯示出來。 3D物位掃描儀含有的自潔功能可防止物料黏附在設(shè)備內(nèi)表面，從而保證在工況條件惡劣的物料貯存環(huán)境下，以極低的維護(hù)量進(jìn)行長期可靠的工作，使物位監(jiān)測(cè)水平達(dá)到了新的高度，為客戶提供了在高粉塵等嚴(yán)峻工況條件下測(cè)量過程物位、體積測(cè)量，質(zhì)量測(cè)量的完美解決方案。

二、 APM 公司簡介

APM Automation Solutions (APM)公司 位于以色列特拉維夫工業(yè)園 ，2005年公司成立物位測(cè)量研究機(jī)構(gòu)。在2006年開發(fā)3DLevelScanner(TM) ，經(jīng)過在歐美地區(qū)的2年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新性開發(fā)，公司在原有的基礎(chǔ)上再次創(chuàng)新出第二代3DLevelScanner(TM)物位體積掃描儀，為需要進(jìn)行此類測(cè)量的公司在測(cè)量和設(shè)備實(shí)用性方面帶來了革命性的提高，解決了目前測(cè)量物位的缺陷，彌補(bǔ)了物位測(cè)量的不足之處。

APM自動(dòng)化解決方案有限公司是的儀器儀表生產(chǎn)廠商，是生產(chǎn)測(cè)量物料體積和物位儀表的開拓者和建設(shè)者。公司的旗艦產(chǎn)品——3D物位掃描儀系列的誕生，標(biāo)志著在密閉或開放的筒倉里都可以用3D成像技術(shù)的顯示出被測(cè)量的物料的體積和物位。它融合了APM的技術(shù)，以一系列三維成像的手法解決了原來無法解決的高難度的物料的測(cè)量問題，為工業(yè)制造企業(yè)提供了全面無可挑剔的過程物位和體積測(cè)量解決方案。

三、 產(chǎn)品型號(hào)

APM公司目前在世界范圍內(nèi)推出了四種型號(hào)的產(chǎn)品，這四種型號(hào)的產(chǎn)品都是APM公司3D掃描儀Ⅱ型產(chǎn)品，迄今為止是物位測(cè)量中的產(chǎn)品。3D物位掃描儀的四種產(chǎn)品的型號(hào)分別是S、M、MV、MVL系統(tǒng)，它們的主要功能和區(qū)別如下：

3D掃描儀S型

采用30 °的波束角發(fā)射脈沖 ,測(cè)量平均體積、平均料位 ,適用于直徑小于4m的小型儲(chǔ)藏 ,可以形成映射點(diǎn)但是不能夠形成圖像

3D掃描儀 M型

采用70 °的波束角發(fā)射脈沖,能夠覆蓋更廣的物料表面 ,不僅可以測(cè)量平均體積,平均料位，而且還可以測(cè)量小料位 ,適用于料倉直徑大于4m且小于15m的料倉或直徑小于15米的露天倉 ,可以形成映射點(diǎn)但是不能夠形成圖像。

3D掃描儀 MV型

采用70 °的波束角發(fā)射脈沖能夠覆蓋更廣的物料表面,不僅可以測(cè)量平均體積、平均料位，而且可以測(cè)量小料位, 適用于料倉直徑大于4m且小于15m的料倉 ,可以形成映射點(diǎn)且能夠形成3D立體圖像。

3D掃描儀 MVL型

MVL型系統(tǒng)是在同一倉體上裝有兩個(gè)或兩個(gè)以上的MV型和一臺(tái)controller控制器共同組合而成的一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)大直徑料倉，開放倉進(jìn)行測(cè)量，controller控制器的功能就是對(duì)從各個(gè)3D掃描儀采集的信號(hào)進(jìn)行采集處理分析，然后將所有信號(hào)整合為統(tǒng)一的一個(gè)完整的信號(hào)送到PLC或DCS終提供用戶，方便用戶的監(jiān)控及控制。

以上四種型號(hào)采用低頻（3-10KHZ）測(cè)量，都具有更好的粉塵穿透能力,測(cè)量范圍均可達(dá)到70m,且可以在嚴(yán)峻的惡劣工況環(huán)境下正?？煽康墓ぷ?/SPAN>.

四、 3D物位掃描儀與雷達(dá)物位計(jì)的對(duì)比

4.1   工作原理比較

4.1.1  3D物位掃描儀工作原理

    3D掃描儀由三個(gè)發(fā)射天線、信號(hào)驅(qū)動(dòng)、電子電路三個(gè)部分構(gòu)成。內(nèi)部產(chǎn)生3-10KHz的低頻脈沖，通過三個(gè)天線構(gòu)成的陣列傳輸?shù)皖l脈沖，發(fā)射的脈沖達(dá)數(shù)千個(gè)點(diǎn)，每個(gè)脈沖都有良好的方向性，數(shù)千個(gè)點(diǎn)的脈沖對(duì)料面進(jìn)行掃描，并接收儲(chǔ)倉、倉庫或容器內(nèi)物料所返回的脈沖回波，通過儀表電子電路和計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)，測(cè)量每個(gè)回聲的時(shí)間/距離，設(shè)備的數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行采樣和分析，從而測(cè)出的物位的高低、體積和質(zhì)量。通過一種特殊的算法將來自掃描器的數(shù)據(jù)組合起來，并通過3D方式呈現(xiàn)容器內(nèi)物料的實(shí)際分布情況，在計(jì)算機(jī)屏幕上成像.

    3D掃描儀以其獨(dú)特可視三維成像技術(shù)、獨(dú)樹一幟的軟件設(shè)計(jì)和高粉塵穿透技術(shù)，它傳播速度不受粉塵、蒸汽及介質(zhì)電常數(shù)的影響，適用各種固體物料的物位的測(cè)量，它的三個(gè)獨(dú)立的發(fā)射接收系統(tǒng)和定向技術(shù)解決了其它儀表的單點(diǎn)測(cè)量的誤差問題和散射回波丟失的問題，尤其在冶金、水泥行業(yè)采用3D物位測(cè)量占踞了不可動(dòng)搖的地位，成為這個(gè)行業(yè)物位測(cè)量的是當(dāng)之無愧的。

4.1.2  普通雷達(dá)的工作原理

    用發(fā)射能量很低的極短的微波脈沖通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收。雷達(dá)波以光速運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)。一種特殊的時(shí)間延伸方法可以確保極短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定和的測(cè)量.即使工況比較復(fù)雜的情況下，存在虛假回波，用新的微處理技術(shù)和調(diào)試軟件也可以準(zhǔn)確的分析出物位的回波。它適用于液體，漿料，及顆粒的物位進(jìn)行非接觸式測(cè)量，且在溫度，壓力變化大，有惰性氣體及揮發(fā)的場(chǎng)合也能正常工作。

雷達(dá)料位計(jì)采用單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)，這對(duì)于表面凹凸不規(guī)則的固體料面而言，它只能測(cè)量某一點(diǎn)的物料高度，不能反映出真實(shí)的物位高度，因此它的測(cè)量誤差是不可忽視的，另外如受到空氣中粉塵、低介電常數(shù)、物料安息角及不規(guī)則的料面的影響，造成信號(hào)衰減、穿透能力降低、回波丟失，應(yīng)用的效果也不盡人意。

4.2   市場(chǎng)應(yīng)用效果比較

4.2.1  目前市場(chǎng)現(xiàn)狀

    多年來物位測(cè)量始終是水泥行業(yè)測(cè)量的一大難題，物位測(cè)量一直沒有好的解決辦法。近幾年來超聲波、微波技術(shù)發(fā)展很快，廣泛的應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，也是現(xiàn)今應(yīng)用廣泛的非接觸式物位測(cè)量方法，在水泥廠原料大多是顆粒狀物料，少數(shù)是塊料，如石灰石、原煤、頁巖等，其半成品熟料也是顆粒狀物料，儲(chǔ)存在庫或倉里，都存在物料的安息角，但也有反射介面。在水泥廠還有生料均化庫和粉煤灰?guī)?，水泥成品庫、這些物料全是粉料，非常難測(cè)其料位。在庫里的粉料表面非常疏松，微波反射相當(dāng)困難。

4.2.2  普通雷達(dá)應(yīng)用效果  

目前已有許多水泥廠用纜式雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量水泥庫和粉煤灰?guī)斓牧衔?，也廣泛應(yīng)用于水泥行業(yè)中的水泥倉、生、熟料倉等，但由于高粉塵、不規(guī)則的料面等因素的影響，這些原理的儀表的技術(shù)特點(diǎn)得不到完全發(fā)揮的，如重錘其機(jī)械內(nèi)部易落灰塵影響測(cè)量效果；機(jī)械磨損較嚴(yán)重，需經(jīng)常維護(hù)，花費(fèi)較大；重錘易發(fā)生被物料埋住現(xiàn)象，發(fā)生掉錘頭、斷帶故障。 如使用雷達(dá)、在其高粉塵下回波丟失、經(jīng)常出現(xiàn)跳動(dòng)、導(dǎo)致測(cè)量根本不準(zhǔn)確。

目前有很多國外物位測(cè)量儀表廠家進(jìn)入到中國市場(chǎng)，測(cè)量原理各不相同，但是都是采用單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)，這對(duì)于表面凹凸不規(guī)則的固體料面而言，它只能測(cè)量某一點(diǎn)的物料高度，不能反映出真實(shí)的物位高度，因此它的測(cè)量誤差是不可忽視的。

4.2.3  3D物位掃描儀應(yīng)用效果 

2010年底3D物位掃描儀進(jìn)入水泥業(yè)，它設(shè)計(jì)獨(dú)特，融于材料、電子信息等高新技術(shù)，無論是對(duì)于大型的料倉、開放性料倉、倉庫還是開放式的堆場(chǎng)，3D物位掃描儀都有良好應(yīng)用，尤其是水泥行業(yè)，因?yàn)樵撔袠I(yè)的料倉多為錐度結(jié)構(gòu)，物料表面凹凸不規(guī)則，3D物位掃描儀可以通過3DLevel Manager管理軟件直觀的在PC機(jī)上真實(shí)的反映出實(shí)時(shí)的物料表面狀態(tài)、體積、物料的平均高度、物料的點(diǎn)和點(diǎn)及質(zhì)量等測(cè)量信息，并對(duì)料倉內(nèi)的料面形成三維圖像，更加方便用戶對(duì)料倉內(nèi)的進(jìn)料情況的實(shí)時(shí)了解。當(dāng)用戶選擇了高粉塵環(huán)境條件比較惡劣的環(huán)境安裝使用后，對(duì)測(cè)量效果非常滿意。

4.2.4  3D物位掃描儀的技術(shù)性能特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

（1）3D掃描儀的使用壽命在10年以上。

（2）3D掃描儀采用多點(diǎn)掃描模式，多點(diǎn)測(cè)量，形成上千個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行分析采集，形成對(duì)料位的全方位覆蓋，更加準(zhǔn)確的顯示實(shí)際料位。 可是顯示點(diǎn)，點(diǎn)，平均值。

例如筒倉尺寸: 直徑=10m, 高度=20m,頂部和底部為45 度角的椎體.測(cè)量如下

            3DLevelScanner     測(cè)量= 1.55%

                         激光             測(cè)量= 16%

普通雷達(dá)：單點(diǎn)測(cè)量，只能測(cè)量某一個(gè)點(diǎn)的料位高度，誤差大，而且無法準(zhǔn)確的顯示整個(gè)料倉實(shí)際料位。

（3）3D掃描儀是世界上可以高體積、物位測(cè)量的物位計(jì),用戶比較直觀的檢測(cè)到的體積等相關(guān)數(shù)據(jù)。

普通雷達(dá)：無法測(cè)量體積。

（4）3D掃描儀采用3-10Khz低頻發(fā)射脈沖，信號(hào)衰減小，可以穿透濃度較高的粉塵，解決了客戶高粉塵工況下測(cè)量的難題。

普通雷達(dá)：高頻電磁波，信號(hào)衰減極大，無法穿透粉塵，無法準(zhǔn)確測(cè)量。

（5）3D掃描儀具有3個(gè)獨(dú)立的發(fā)射器發(fā)送接收信號(hào)天線，廣闊的波束角覆蓋整個(gè)料位的表面更加可靠的測(cè)量。

普通雷達(dá)：單一發(fā)射系統(tǒng)，更無法覆蓋，測(cè)量誤差大。

（6）3D掃描儀三個(gè)發(fā)射器發(fā)射脈沖對(duì)物料表面多點(diǎn)掃描后形成3維圖像，準(zhǔn)確直觀的反映進(jìn)出料的情況，實(shí)現(xiàn)真正的可視化，使用戶隨時(shí)了解物料的實(shí)情況，防止意外的發(fā)生，排除安全隱患。APM公司3D物位掃描儀必須具備以下基本的條件方可實(shí)現(xiàn)成像：

1）必須選用MV或MVL型號(hào)具有三維成像功能3D物位掃描儀，其它型號(hào)沒有成像功能。

2）必須安裝APM系統(tǒng)管理軟件。

3）相關(guān)的通訊接口，如RS485/232或HART連接模塊。

普通雷達(dá)：無法成像，無法反映整個(gè)料倉的料位信息。

（7）3D掃描儀依靠獨(dú)特的震動(dòng)自清潔功能，當(dāng)料倉內(nèi)粉塵很大，發(fā)射器外部沾滿灰塵內(nèi)部仍舊很干凈，免去人工定期清理維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自動(dòng)化。

普通雷達(dá)：沒有自潔功能，在粉塵大、粘粘大的介質(zhì)中喇叭口被堵塞，喪失測(cè)量能力，需要人工的清理維護(hù)。

（8）3D掃描儀可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，實(shí)時(shí)的對(duì)料位進(jìn)行監(jiān)控，客戶無論何時(shí)何地都可以輕松了解料倉內(nèi)的情況，料倉內(nèi)存在問題時(shí)可遠(yuǎn)程解決，節(jié)省了售后維護(hù)，設(shè)備檢修等的人力、物力資源。當(dāng)3D掃描儀接入DCS/PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)進(jìn)出料的速度大小控制進(jìn)出料皮帶傳送機(jī)連鎖反應(yīng)，以達(dá)到控制料倉內(nèi)物料的進(jìn)出量的均衡，讓用戶更輕松，便捷的管理企業(yè)的生產(chǎn)能力和了解倉儲(chǔ)情況.

普通雷達(dá)：無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，監(jiān)控方式單一。維護(hù)和設(shè)備的檢修必須人員現(xiàn)場(chǎng)解決,這樣不僅浪費(fèi)了人力物力資源還浪費(fèi)了財(cái)力

（9）3D掃描儀可以接入無線網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過無線傳輸?shù)街锌厥遥∪チ瞬季€、架橋、維護(hù)等人力資源。

普通雷達(dá)：必須使用信號(hào)線傳輸，需要人工布線，線路傳輸會(huì)有信號(hào)衰減，且線路的老化需要更換等。

（10）3D掃描儀可以全面的顯示、小、平均的料位高度或距離，體積百分比，體積質(zhì)量，同時(shí)3D料位計(jì)測(cè)量顯示溫度。

普通雷達(dá)：只能顯示料位高度或距離。

（11）3D掃描儀可以通過柔性連接將表頭與探頭分開，在異地顯示，對(duì)表頭有更好的保護(hù)，同時(shí)省去加裝2次表等異地顯示的工作和費(fèi)用。

普通雷達(dá)：無法分體顯示，同時(shí)需要加裝2次表才能異地顯示。

（12）3D掃描儀采用先進(jìn)的技術(shù)，能夠的測(cè)量各種類型，形狀和大小的儲(chǔ)倉和露天倉庫中存放的散裝固體和粉末，并且不受介電常數(shù)的限制，獨(dú)特的特點(diǎn)保證它可以應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，具有廣闊應(yīng)用市場(chǎng).

普通雷達(dá)：受介電常數(shù)和介質(zhì)種類的限制，應(yīng)用范圍也受到限制。