激光测距传感器在液位与料位检测中的应用详解

激光测距传感器在这种场景下的核心优势可以归结为：非接触、高精度、抗干扰能力强。这完美解决了冶金行业高温、高粉尘、强腐蚀等恶劣环境下的测量难题。

一、 熔融金属液位控制（以连铸结晶器为例）

这是冶金行业中要求最高、技术最复杂的应用之一。

1. 技术挑战：

极端高温：钢水表面温度超过1500℃，产生巨大的热辐射。

浓密蒸汽：保护渣和冷却水产生大量蒸汽和粉尘，形成一道&ldqu;墙&rdqu;，严重干扰测量。

强光干扰：熔融金属本身发出的强烈红光（可见光）会淹没普通光学传感器的信号。

空间狭小：安装位置受限，且需要避免与设备干涉。

2. 解决方案与工作原理：

您提到的&ldqu;特殊波长&rdqu;和&ldqu;冷却套&rdqu;是关键。

特殊波长（1550nm红外激光）：

目的：避开干扰。高温钢水发出的光主要是可见光（波长400-700nm）和近红外光。1550nm激光处于人眼安全的&ldqu;大气窗口&rdqu;波段，能有效地穿透蒸汽和粉尘，而不被强烈可见光背景所淹没。

安全：该波段激光对人眼视网膜的伤害风险远低于可见光或1064nm激光，更安全。

冷却套与吹扫系统：

冷却套（水冷护套）：传感器本体被封装在一个通有循环冷却水的护套内，确保其内部电子元件在结晶器旁的高温环境下不会损坏。

吹扫系统（空气或氮气吹扫）：在传感器的光学镜头前，持续吹出干燥、洁净的压缩空气或惰性气体（如氮气）。这有两个作用：

1.清洁镜头：防止烟尘、油污附着在镜头上。

2.形成气幕：在镜头前形成一道正气压屏障，阻挡高温粉尘和蒸汽直接接触冰冷的镜头表面，从而防止镜头上结露和结垢，保证光路畅通。

测量原理：

通常是基于激光飞行时间法（TF） 或相位偏移法。传感器发射一束极短的激光脉冲，到达炽热的钢水表面后反射，再由接收器接收。通过计算激光往返的时间，精确计算出距离。将此距离值与传感器安装的基准高度相减，即可得到实时的液位高度。

3. 核心优势（与传统方式对比）：

vs. 放射性检测（如钴-60/铯-137）：

绝对安全：无辐射源，无需昂贵的许可、监管和废弃处理流程，对操作人员健康无威胁。

维护简单：无半衰期，精度不会随时间衰减。

分辨率更高：响应更快，控制更精准。

vs. 热电偶（触针式）：

非接触：避免与钢水接触，无烧损、无腐蚀，寿命长，维护成本极低。

无污染：不会因触针的损耗而污染钢水。

可靠性高：不受保护渣粘附或钢水泼溅的影响。

4. 应用价值：

实时、精确的液位数据直接输入连铸机的控制系统，用于动态调节塞棒或滑动水口的开度，控制钢水流速，实现液位闭环控制。这是保证：

产品质量：液位波动是铸坯产生裂纹、夹渣等缺陷的主要原因。

生产安全：防止钢水溢出或拉漏（breakut）等重大事故。

生产效率：稳定的液位是实现高拉速连铸的前提。

二、 料仓料位测量

1. 技术挑战：

粉尘弥漫：料仓在进料和出料时会产生大量粉尘，形成严重的&ldqu;粉尘云&rdqu;。

物料堆积角：物料表面不平整，存在安息角，需要测量的是&ldqu;面&rdqu;而非&ldqu;点&rdqu;。

恶劣环境：仓内可能潮湿、有腐蚀性。

安装位置：通常安装在很高的仓顶，维护不便。

2. 解决方案与工作原理：

抗粉尘能力：

激光特性：激光束具有高方向性（光束发散角极小） 和高能量密度。相比超声波扩散的声波和雷达扩散的波束，激光能更容易地穿透粉尘，不易被散射和吸收，回波信号更强、更清晰。

智能算法：先进的传感器内置算法能识别并过滤掉由悬浮粉尘产生的虚假信号，只锁定真正的物料表面回波。

测量原理：

主要采用飞行时间法（TF）。与测量液位类似，通过计算激光往返时间得到距离。已知仓顶安装高度，即可换算料位高度或体积。

安装方式：

通常垂直安装在料仓顶部的中心或能代表平均料位的位置。对于非常大的料仓，可能需要安装多个传感器。

3. 核心优势（与其他技术对比）：

vs. 超声波料位计：

抗干扰强：超声波在密集粉尘中衰减非常严重，且其传播速度受温度、粉尘浓度影响大，测量精度低。激光受影响小得多。

精度高：激光测距精度通常远高于超声波。

测量盲区小：激光几乎没有测量盲区。

vs. 雷达料位计（微波）：

成本效益：在大多数工况下，激光传感器能提供 cmparable（相当）甚至更好的性能，但成本通常低于高频调频连续波（FMCW）雷达。

精度：对于固体料位，激光的精度通常更高。

安装简便：激光传感器通常更轻巧，安装更简单。

vs. 机械式（重锤）：

非接触：无磨损、无卡涩风险，免维护。

实时性：可连续测量，而非周期性测量。

4. 应用价值：

实现对原料库存的精确管理，保证高炉、烧结机、焦炉等上游设备的连续、稳定供料，是实现精益生产和智能物流的基础。

总结

总而言之，激光测距传感器通过其独特的光学特性，结合针对性的工业设计（冷却、吹扫）和智能算法，成功解决了冶金领域两大最苛刻的物位测量难题，成为了现代冶金工厂不可或缺的高端传感设备。