[发明专利]一种连铸结晶器内保护渣厚度测量装置及方法

权利要求书

1.一种连铸结晶器内保护渣厚度测量装置实现的连铸结晶器内保护渣厚度测量方法，其特征在于，所述连铸结晶器内保护渣厚度测量装置，包括安装支架，所述装置还包括线性调频连续波雷达，所述线性调频连续波雷达包括发射天线、接收天线、回波信号处理系统，通过安装支架安装在连铸结晶器保护渣的上方，线性调频连续波雷达用于经发射天线发出电磁波信号，一部分信号在空气-粉渣界面发生第一次反射被接收天线接收；另一部分信号透射进入粉渣层，在粉渣-熔融渣界面发生第二次反射并透射回空气被接收天线接收，回波信号经过回波信号处理系统进行混频、放大、滤波后转换成包含距离信息的差频信号，差频信号经过回波信号处理系统处理后得到粉渣层的厚度以及粉渣层表面位置信息；

所述安装支架为升降支架，所述装置还包括微米直线电机，微米直线电机安装在结晶器铜壁上，微米直线电机用于控制安装支架的升降，使得所述线性调频连续波雷达的探测最远距离大于线性调频连续波雷达到粉渣层的距离；其中，所述线性调频连续波雷达的探测最远距离为：

式中，d_max表示线性调频连续波雷达的探测最远距离，σ表示被测目标的雷达散射截面积，P_t表示发射功率，G_TX表示发射天线增益，G_RX表示接收天线增益，SNR_min表示最小信噪比，K表示玻尔兹曼常量，T表示天线温度，F表示噪声系数；

所述装置还包括涡流传感器，涡流传感器安装在结晶器铜壁上，涡流传感器用于检测粉渣层表面的位置信息；

所述方法具体为：

发射天线和接收天线距离保护渣料面的距离为R1，保护渣厚度为R，电磁波信号经发射天线发出后，一部分信号在空气-粉渣界面发生第一次反射被接收天线接收；另一部分信号透射进入粉渣层，在粉渣-熔融渣界面发生第二次反射并透射回空气被接收天线接收，回波信号经过混频、放大、滤波后转换成包含距离信息的差频信号，差频信号经过回波信号处理系统的软件处理后得到粉渣层的厚度以及粉渣层表面位置信息；

所述方法中的粉渣层的厚度测量计算过程为：

T_X为发射信号，R_X1和R_X2分别为接收机接收到的空气-粉渣层界面和固态渣层-液态渣层界面的回波信号，R_X1和R_X2与T_X具有相同的调制规律，但在时间上R_X1和R_X2分别滞后T_X为τ₁＝2R₁/C和R₁为天线到粉渣层的距离，R为粉渣层厚度，f_IF1和f_IF2为发射信号和两个回波信号的差频，B为调制带宽，T为调制周期；如公式一、公式二所示；

则粉渣层厚度R与中频的关系表达式为公式三所示；

其中，C为电磁波在真空中的传播速度，ε为粉渣的相对介电常数，R₁的计算如公式四所示，同理可计算天线到粉渣层下表面的距离R₂；