[发明专利]一种新型测量高炉料面形状的机械式扫描雷达装置

权利要求书

1.一种新型测量高炉料面形状的机械式扫描雷达装置，包括雷达本体、雷达专用天线、雷达运动装置及其电控单元、数据传输系统、三维显示系统及控制室，其特征在于：

所述雷达运动装置包括一万向球云台及其电控单元，雷达本体及雷达专用天线安装在万向球云台上，所述电控单元控制万向球云台的旋转运动、沿套筒的上下热保护运动及雷达专用天线的三维任意角度旋转运动；

所述扫描雷达装置还包括：在高炉炉顶开设一个孔，孔上安装一个侧壁带冷却系统的夹层套筒，套筒顶部安装密封法兰盖板，形成一个完整的和高炉内部相通、和外部完全隔离的保护罩，所述万向球云台安装在罩的内部；

所述数据传输系统包括一上位机及下位机，所述上位机安装在炉顶上，下位机安装在控制室，两者之间通过通讯协议，完成云台运动及云台工作信号的双向传输；

所述三维显示系统完成正常料面三维显示、料面局部放大与细部观察。

2.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于：所述雷达专用天线外面设计一个空腔，在空腔内部通有高压氮气，氮气从天线的内表面旋转喷出，在天线内面形成旋转气流，对天线内表面进行间隔或者长期连续吹扫。

3.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于：所述万向球云台上面的十字卡槽上，设置有定位块，每次装置开始测量时，万向球云台都退到卡槽的定位块上；所述该定位块活动安装或固定焊死。

4.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于：所述数据传输系统控制万向球云台的运动从而控制雷达专用天线的运动路径：按照确定的路径走一边，获得料面数据；或控制雷达专用天线移到某一个点，测量该点的料面数据，实现定点测量、任意料线或者料面的测量。

5.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于,所述三维显示系统的三维料面成像模块：首先，根据雷达对应的数值，在高炉的圆坐标系上，沿半径方向是多条交叉的点，构建连续曲线；交叉线为样条插值曲线，配合每个圆环和相邻圆环之间通过最小二乘法等插值法进行的样条曲面拟合，形成连续光滑曲面，显示出具有料面特征的三维曲面图像。

6.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于,所述三维显示系统的三维料面成像模块：将所有雷达和探尺测量数据沿半径的圆周方向移到沿半径方向的一个剖面上，在剖面上把所有点都沿圆柱的中心轴旋转到该剖面上，多个点连成一个连续曲线，其曲率的大小由料面形状修正因子修正；该曲线沿中心轴旋转形成一个连续光滑曲面，在高炉的三维显示系统显示，获得三维高度曲面。

7.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于：所述三维显示系统在经过对数据的多次采样，即形成连续的料面下降效果，结合下料时间，停料时间等高炉下料控制系统的信息，进而推算出在一个下料周期内，所形成的料层的形状和厚度，并推算出各料层的下料速度，以及料层之间的矿／焦比；最后，系统将长时间累计下来的数据进行日志分析，料面的剖面及剖面线分析，并提供报警和切除故障雷达的辅助功能。

8.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于：所述雷达本体的安装位置是高炉炉顶，选择位置的依据是：料面保持夹角最小，或者左右最大量程差别最小的方法；根据情况选择人孔安装，或者单独开孔安装；雷达的入射角度与炉顶风罩垂直，向下垂直，或者选靠近高炉风罩上部，斜入照射，夹角保持和料面最大覆盖区域的等角度的方法开斜入孔。

9.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，所述雷达运动装置具体结构如下：雷达本体的探尺通过万向球云台安装在法兰上，探尺的上端与一异型节铰链连接，探尺随着异型节的牵引通过万向球云台摆动；一滑条穿过异型节，使得异型节部分转动转变成平移运动，避免垂直方向的运动发生干涉；异型节能沿滑条滑动，滑条能沿滑行套的滑槽滑动，滑行套与螺杆相连，螺杆与电机和减速机相连，控制电机使滑行套5在螺杆上滑动，通过连杆机构使雷达探尺在该方向上直线运动；在垂直方向上存在与以上完全相同的机械结构可以在垂直方向上运动；两台电机精确控制雷达天线沿导槽左右前后移动，同时电控单元使转台围绕万向球云台做旋转运动，使天线微波能够指向料面任意位置。

10.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，所述雷达运动装置具体结构如下：雷达本体探尺通过万向球云台安装在法兰上，探尺的上端与传动杆铰链连接，一动力划杆一端穿过传动杆，另一端与外直尺螺母铰接，外直尺螺母与螺栓连接，固定在底板上；一钢球放置在外直尺螺母内，并与动力划杆底部斜面接触；电机驱动外直尺螺母转动，动力划杆以渐开式螺旋线转动，动力划杆通过传动杆驱动探尺，雷达探尺也以渐开式螺旋线转动，并且可随机定位、随机正反转或重复扫描。