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)峻工況條件下測量過程物位、體積測量，質(zhì)量測量的完美解決方案。

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)行此類測量的公司在測量和設(shè)備實(shí)用性方面帶來了革命性的提高，解決了目前測量物位的缺陷，彌補(bǔ)了物位測量的不足之處。

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 ,不僅可以測量平均體積,平均料位，而且還可以測量小料位 ,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,不僅可以測量平均體積、平均料位，而且可以測量小料位, 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）測量，都具有更好的粉塵穿透能力,測量范圍均可達(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物位測量占踞了不可動(dòng)搖的地位，成為這個(gè)行業(yè)物位測量的是當(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)行非接觸式測量，且在溫度，壓力變化大，有惰性氣體及揮發(fā)的場合也能正常工作。

雷達(dá)料位計(jì)采用單點(diǎn)測量技術(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   市場應(yīng)用效果比較

4.2.1  目前市場現(xiàn)狀

    多年來物位測量始終是水泥行業(yè)測量的一大難題，物位測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)致測量根本不準(zhǔn)確。

目前有很多國外物位測量儀表廠家進(jìn)入到中國市場，測量原理各不相同，但是都是采用單點(diǎn)測量技術(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，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

（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.測量如下

            3DLevelScanner     測量= 1.55%

                         激光             測量= 16%

普通雷達(dá)：單點(diǎn)測量，只能測量某一個(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、物位測量的物位計(jì),用戶比較直觀的檢測到的體積等相關(guān)數(shù)據(jù)。

普通雷達(dá)：無法測量體積。

（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量。

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

（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.

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。