3D物位扫描仪

一、概述

3D物位扫描仪以其独有的三维立体扫描技术，为客户提供了在高粉尘等严峻工况条件下的完善角解决方案，APM公司3D物位扫描仪是迄今为止可实际投入工业领域应用仅有的一种可以准确检测固体物位、体积和质量的创新和成熟技术，而且不受物料种类、物化性能，物料贮存料仓材质，露天开仓和料仓形状和尺寸的影响，适用于恶劣的物料贮存环境，用物位监测水平达到了新的高度。

    3D物位扫描仪利用三个信号传送器发射低频脉冲，并接收来自筒仓、露天开放仓、不规则料仓内物料表面的脉冲回波，并监测到每个回波的时间、距离和方向。信号处理器对接收到的信号进行取样、分析、转换，并绘制出直观精准的三维立体图像，反应出料仓内物料真实的物位、体积和质量等实际分布状况，并在远程电脑终端上显示出来。 3D物位扫描仪含有的自洁功能可防止物料黏附在设备内表面，从而保证在工况条件恶劣的物料贮存环境下，以极低的维护量进行长期可靠的工作，使物位监测水平达到了新的高度，为客户提供了在高粉尘等严峻工况条件下测量过程物位、体积测量，质量测量的完美解决方案。

二、 APM 公司简介

APM Automation Solutions (APM)公司 位于以色列特拉维夫工业园 ，2005年公司成立物位测量研究机构。在2006年开发3DLevelScanner(TM) ，经过在欧美地区的2年实践经验，结合技术创新性开发，公司在原有的基础上再次创新出第二代3DLevelScanner(TM)物位体积扫描仪，为需要进行此类测量的公司在测量和设备实用性方面带来了革命性的提高，解决了目前测量物位的缺陷，弥补了物位测量的不足之处。

APM自动化解决方案有限公司是的仪器仪表生产厂商，是生产测量物料体积和物位仪表的开拓者和建设者。公司的旗舰产品——3D物位扫描仪系列的诞生，标志着在密闭或开放的筒仓里都可以用3D成像技术的显示出被测量的物料的体积和物位。它融合了APM的技术，以一系列三维成像的手法解决了原来无法解决的高难度的物料的测量问题，为工业制造企业提供了全面无可挑剔的过程物位和体积测量解决方案。

三、 产品型号

APM公司目前在世界范围内推出了四种型号的产品，这四种型号的产品都是APM公司3D扫描仪Ⅱ型产品，迄今为止是物位测量中的产品。3D物位扫描仪的四种产品的型号分别是S、M、MV、MVL系统，它们的主要功能和区别如下：

3D扫描仪S型

采用30 °的波束角发射脉冲 ,测量平均体积、平均料位 ,适用于直径小于4m的小型储藏 ,可以形成映射点但是不能够形成图像

3D扫描仪 M型

采用70 °的波束角发射脉冲,能够覆盖更广的物料表面 ,不仅可以测量平均体积,平均料位，而且还可以测量小料位 ,适用于料仓直径大于4m且小于15m的料仓或直径小于15米的露天仓 ,可以形成映射点但是不能够形成图像。

3D扫描仪 MV型

采用70 °的波束角发射脉冲能够覆盖更广的物料表面,不仅可以测量平均体积、平均料位，而且可以测量小料位, 适用于料仓直径大于4m且小于15m的料仓 ,可以形成映射点且能够形成3D立体图像。

3D扫描仪 MVL型

MVL型系统是在同一仓体上装有两个或两个以上的MV型和一台controller控制器共同组合而成的一个系统，该系统可以对大直径料仓，开放仓进行测量，controller控制器的功能就是对从各个3D扫描仪采集的信号进行采集处理分析，然后将所有信号整合为统一的一个完整的信号送到PLC或DCS终提供用户，方便用户的监控及控制。

以上四种型号采用低频（3-10KHZ）测量，都具有更好的粉尘穿透能力,测量范围均可达到70m,且可以在严峻的恶劣工况环境下正常可靠的工作.

四、 3D物位扫描仪与雷达物位计的对比

4.1   工作原理比较

4.1.1  3D物位扫描仪工作原理

    3D扫描仪由三个发射天线、信号驱动、电子电路三个部分构成。内部产生3-10KHz的低频脉冲，通过三个天线构成的阵列传输低频脉冲，发射的脉冲达数千个点，每个脉冲都有良好的方向性，数千个点的脉冲对料面进行扫描，并接收储仓、仓库或容器内物料所返回的脉冲回波，通过仪表电子电路和计时器的计时，测量每个回声的时间/距离，设备的数字信号处理器对接收的信号进行采样和分析，从而测出的物位的高低、体积和质量。通过一种特殊的算法将来自扫描器的数据组合起来，并通过3D方式呈现容器内物料的实际分布情况，在计算机屏幕上成像.

    3D扫描仪以其独特可视三维成像技术、独树一帜的软件设计和高粉尘穿透技术，它传播速度不受粉尘、蒸汽及介质电常数的影响，适用各种固体物料的物位的测量，它的三个独立的发射接收系统和定向技术解决了其它仪表的单点测量的误差问题和散射回波丢失的问题，尤其在冶金、水泥行业采用3D物位测量占踞了不可动摇的地位，成为这个行业物位测量的是当之无愧的。

4.1.2  普通雷达的工作原理

    用发射能量很低的极短的微波脉冲通过天线系统发射并接收。雷达波以光速运行。运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。一种特殊的时间延伸方法可以确保极短时间内稳定和的测量.即使工况比较复杂的情况下，存在虚假回波，用新的微处理技术和调试软件也可以准确的分析出物位的回波。它适用于液体，浆料，及颗粒的物位进行非接触式测量，且在温度，压力变化大，有惰性气体及挥发的场合也能正常工作。

雷达料位计采用单点测量技术，这对于表面凹凸不规则的固体料面而言，它只能测量某一点的物料高度，不能反映出真实的物位高度，因此它的测量误差是不可忽视的，另外如受到空气中粉尘、低介电常数、物料安息角及不规则的料面的影响，造成信号衰减、穿透能力降低、回波丢失，应用的效果也不尽人意。

4.2   市场应用效果比较

4.2.1  目前市场现状

    多年来物位测量始终是水泥行业测量的一大难题，物位测量一直没有好的解决办法。近几年来超声波、微波技术发展很快，广泛的应用在不同的领域，也是现今应用广泛的非接触式物位测量方法，在水泥厂原料大多是颗粒状物料，少数是块料，如石灰石、原煤、页岩等，其半成品熟料也是颗粒状物料，储存在库或仓里，都存在物料的安息角，但也有反射介面。在水泥厂还有生料均化库和粉煤灰库，水泥成品库、这些物料全是粉料，非常难测其料位。在库里的粉料表面非常疏松，微波反射相当困难。

4.2.2  普通雷达应用效果  

目前已有许多水泥厂用缆式雷达料位计测量水泥库和粉煤灰库的料位，也广泛应用于水泥行业中的水泥仓、生、熟料仓等，但由于高粉尘、不规则的料面等因素的影响，这些原理的仪表的技术特点得不到完全发挥的，如重锤其机械内部易落灰尘影响测量效果；机械磨损较严重，需经常维护，花费较大；重锤易发生被物料埋住现象，发生掉锤头、断带故障。 如使用雷达、在其高粉尘下回波丢失、经常出现跳动、导致测量根本不准确。

目前有很多国外物位测量仪表厂家进入到中国市场，测量原理各不相同，但是都是采用单点测量技术，这对于表面凹凸不规则的固体料面而言，它只能测量某一点的物料高度，不能反映出真实的物位高度，因此它的测量误差是不可忽视的。

4.2.3  3D物位扫描仪应用效果 

2010年底3D物位扫描仪进入水泥业，它设计独特，融于材料、电子信息等高新技术，无论是对于大型的料仓、开放性料仓、仓库还是开放式的堆场，3D物位扫描仪都有良好应用，尤其是水泥行业，因为该行业的料仓多为锥度结构，物料表面凹凸不规则，3D物位扫描仪可以通过3DLevel Manager管理软件直观的在PC机上真实的反映出实时的物料表面状态、体积、物料的平均高度、物料的点和点及质量等测量信息，并对料仓内的料面形成三维图像，更加方便用户对料仓内的进料情况的实时了解。当用户选择了高粉尘环境条件比较恶劣的环境安装使用后，对测量效果非常满意。

4.2.4  3D物位扫描仪的技术性能特点和优势

（1）3D扫描仪的使用寿命在10年以上。

（2）3D扫描仪采用多点扫描模式，多点测量，形成上千个网格点，对每一个网点进行分析采集，形成对料位的全方位覆盖，更加准确的显示实际料位。 可是显示点，点，平均值。

例如筒仓尺寸: 直径=10m, 高度=20m,顶部和底部为45 度角的椎体.测量如下

            3DLevelScanner     测量= 1.55%

                         激光             测量= 16%

普通雷达：单点测量，只能测量某一个点的料位高度，误差大，而且无法准确的显示整个料仓实际料位。

（3）3D扫描仪是世界上可以高体积、物位测量的物位计,用户比较直观的检测到的体积等相关数据。

普通雷达：无法测量体积。

（4）3D扫描仪采用3-10Khz低频发射脉冲，信号衰减小，可以穿透浓度较高的粉尘，解决了客户高粉尘工况下测量的难题。

普通雷达：高频电磁波，信号衰减极大，无法穿透粉尘，无法准确测量。

（5）3D扫描仪具有3个独立的发射器发送接收信号天线，广阔的波束角覆盖整个料位的表面更加可靠的测量。

普通雷达：单一发射系统，更无法覆盖，测量误差大。

（6）3D扫描仪三个发射器发射脉冲对物料表面多点扫描后形成3维图像，准确直观的反映进出料的情况，实现真正的可视化，使用户随时了解物料的实情况，防止意外的发生，排除安全隐患。APM公司3D物位扫描仪必须具备以下基本的条件方可实现成像：

1）必须选用MV或MVL型号具有三维成像功能3D物位扫描仪，其它型号没有成像功能。

2）必须安装APM系统管理软件。

3）相关的通讯接口，如RS485/232或HART连接模块。

普通雷达：无法成像，无法反映整个料仓的料位信息。

（7）3D扫描仪依靠独特的震动自清洁功能，当料仓内粉尘很大，发射器外部沾满灰尘内部仍旧很干净，免去人工定期清理维护，实现了真正意义上的自动化。

普通雷达：没有自洁功能，在粉尘大、粘粘大的介质中喇叭口被堵塞，丧失测量能力，需要人工的清理维护。

（8）3D扫描仪可以实现远程控制，实时的对料位进行监控，客户无论何时何地都可以轻松了解料仓内的情况，料仓内存在问题时可远程解决，节省了售后维护，设备检修等的人力、物力资源。当3D扫描仪接入DCS/PLC自动控制系统，根据进出料的速度大小控制进出料皮带传送机连锁反应，以达到控制料仓内物料的进出量的均衡，让用户更轻松，便捷的管理企业的生产能力和了解仓储情况.

普通雷达：无法实现远程控制，监控方式单一。维护和设备的检修必须人员现场解决,这样不仅浪费了人力物力资源还浪费了财力

（9）3D扫描仪可以接入无线网络，将现场信号通过无线传输到中控室，省去了布线、架桥、维护等人力资源。

普通雷达：必须使用信号线传输，需要人工布线，线路传输会有信号衰减，且线路的老化需要更换等。

（10）3D扫描仪可以全面的显示、小、平均的料位高度或距离，体积百分比，体积质量，同时3D料位计测量显示温度。

普通雷达：只能显示料位高度或距离。

（11）3D扫描仪可以通过柔性连接将表头与探头分开，在异地显示，对表头有更好的保护，同时省去加装2次表等异地显示的工作和费用。

普通雷达：无法分体显示，同时需要加装2次表才能异地显示。

（12）3D扫描仪采用先进的技术，能够的测量各种类型，形状和大小的储仓和露天仓库中存放的散装固体和粉末，并且不受介电常数的限制，独特的特点保证它可以应用于各个行业，具有广阔应用市场.

普通雷达：受介电常数和介质种类的限制，应用范围也受到限制。