董建平　瞿松林　陸小麗

摘 要：文章針對現(xiàn)有選煤廠儲煤，水泥廠等倉料位測量方法的局限性，提出了基于3D物位掃描儀系統(tǒng)的設(shè)計方案；主要介紹了該系統(tǒng)的特點、測量原理、系統(tǒng)構(gòu)成和軟硬件系統(tǒng)等，該系統(tǒng)適用于各種復(fù)雜倉內(nèi)環(huán)境，并能生成整個倉內(nèi)物料實際分布狀況的三維立體圖像。

關(guān)鍵詞：3D物位掃描儀；立體圖像；三維測量

目前應(yīng)用在工礦環(huán)境中的物位測量產(chǎn)品比較多，包括：激光式、雷達(dá)式、超聲波式、重錘式、射頻導(dǎo)納式、電容式等多種技術(shù)類型的產(chǎn)品。以上產(chǎn)品已有較廣泛的應(yīng)用，但是它們都不能很好的應(yīng)用在粉塵濃度大的環(huán)境中，而且不能反應(yīng)物料的3D堆面情況。在料位測量方面，因為物料的排放堆積及本身特性所呈現(xiàn)的不規(guī)則表面，對于單點式的測量方式并不是理想條件，暴露出諸多問題。所以精確的數(shù)據(jù)始終是一個懸而未決的難題。在實際現(xiàn)場環(huán)境應(yīng)用當(dāng)中，測量的數(shù)據(jù)都是很不理想的。給廣大客戶的料倉存儲狀態(tài)以及基本成本的控制造成很大的麻煩。

隨著3D物位掃描儀表技術(shù)的日趨成熟和使用，完全改變了單點數(shù)據(jù)測量的傳統(tǒng)的技術(shù)原理，引領(lǐng)世界走向一個可視化的物位測量的可視化時代，將達(dá)到了物位測量過程的智能化測量技術(shù)巔峰。并在個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的物位測量中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。3D物位掃描儀是目前唯一一個精準(zhǔn)計量固態(tài)物料的體積和質(zhì)量的創(chuàng)新性儀表，而且不會受到物料的種類和材料性質(zhì)，儲料倉的形狀、尺寸和類型的影響，并且可以應(yīng)用在極其惡劣的高粉塵等環(huán)境當(dāng)中，能夠提供物料體積、物位和質(zhì)量等數(shù)據(jù)在非常惡劣的工況條件下的精準(zhǔn)測量的解決方案。

1 3D物位掃描儀的工作原理

3D物位掃描儀向被測物料表面發(fā)射頻率為2.5～7KHz，角度為30°～70°之間的低頻率脈沖波，有效量程為0.5～70m。與高頻率波向比較，低頻率波利用大發(fā)射角度，完成對整個物料表面的測量，完全改變了傳統(tǒng)的單點測量，實現(xiàn)多點掃描；由于高頻波的頻率高，使發(fā)射波衰減極快，而低頻波是一種穿透能力極強(qiáng)的聲波，完全可以有效的完成粉塵大等惡劣工礦下的物料測量。

3D物位掃描儀由三個喇叭口天線向外發(fā)射頻率為3-10KHz的低頻率脈沖波，經(jīng)過驅(qū)動，通過天線陣列傳輸出去，發(fā)射的低頻率脈沖達(dá)數(shù)千點，方向性極強(qiáng)的脈沖點對被測物料表面進(jìn)行掃描，當(dāng)脈沖達(dá)到物料表面后，會產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖回波，由三個喇叭口天線接收，聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號。處理系統(tǒng)可以監(jiān)測到每個脈沖回波的距離、時間和方向，處理系統(tǒng)采樣和分析所有接收到的脈沖回波信號，精準(zhǔn)的反應(yīng)物料體積、物位和質(zhì)量等數(shù)據(jù)，然后通過一些算法把這些數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，產(chǎn)生物料的三維圖像，通過通信技術(shù)傳輸?shù)缴衔C(jī)上進(jìn)行顯示。還可以認(rèn)為輸入數(shù)據(jù)，去除料倉壁和內(nèi)梁等對測量結(jié)果的影響。

2 系統(tǒng)組成與硬件電路設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的組成

3D物位掃描儀系統(tǒng)由電源、物位掃描器、多掃描控制器和特殊的軟件等組成。

2.1.1 3D物位掃描儀和多掃描控制器的供電電源均采用DC24V。

2.1.2 3D物位掃描儀由單片系統(tǒng)、三個喇叭天線、顯示系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)組層。單片系統(tǒng)控制三個喇叭天線按照一定順序循環(huán)的發(fā)射7KHz、4.5KHz和2.5KHz三個頻率的聲波，然后再由三個喇叭天線接收脈沖回波，單片系統(tǒng)會依據(jù)脈沖回波的頻率，時間和方向計算物料的高度。3D物位掃描儀可以通過掃描儀上的顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)，也可以通過標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA通訊系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度室內(nèi)，在微機(jī)上顯示。3D物位掃描儀完全可以在高濃度粉塵的惡劣工況條件下進(jìn)行工作，因此要求要對天線進(jìn)行除塵保護(hù)，現(xiàn)代技術(shù)使得天線具有了自清潔功能。在設(shè)計掃描儀天線時，內(nèi)部應(yīng)用特殊的高分子聚合物材料，通過特殊技術(shù)處理，使儀表在正常工作時，高分子材料會產(chǎn)生一定頻率的共振，從而將黏附在天線上的灰塵清除，實現(xiàn)自清潔的功能，免去人工清潔天線的環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了工業(yè)自動化。

2.1.3 特殊管理軟件。3D物位掃描儀接收到的回波數(shù)據(jù)由這些特殊軟件實時分析和處理，描繪出料倉內(nèi)物料三維模型，同時可得到由單點測量儀表測得的所有數(shù)據(jù)，從而得到物料分布狀況、體積和質(zhì)量等。

2.1.4 多掃描控制器。在測量直徑大于15米的儲料倉時，一臺3D物位儀表不能完整地測量整個儲料倉的物位數(shù)據(jù)，需要多臺3D物位儀表共同完成測量。多掃描控制器將把多臺3D物位掃描儀連接起來，使用在同一個大型的儲料倉上，并且使多臺3D物位儀表協(xié)同工作機(jī)制，實現(xiàn)儀表信號傳輸同步化，保證各臺儀表之間互相不影響。最后，由某種特別軟件將多臺儀表測量數(shù)據(jù)匯總和描繪出儲糧倉中物料的分布實況的3D立體圖像，實時記錄數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)參數(shù)報表等。

2.2 硬件電路設(shè)計

當(dāng)3D物位掃描儀上電工作時，DSP發(fā)出指令通過模數(shù)轉(zhuǎn)換對發(fā)射電路進(jìn)行控制發(fā)射，每個天線把發(fā)射出的聲波各自接收，通過帶通濾波器、放大器、對數(shù)放大器和濾波器處理，最后有A/D采集送入DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。回波脈沖由每個天線一一對應(yīng)接收，系統(tǒng)可以精準(zhǔn)的計算到每一個回波脈沖運(yùn)行的時間、距離和空間方向，繪制出被測現(xiàn)場的三維圖像，可以在液晶顯示窗顯示，也可以通過4～20mA或HART傳輸，傳輸?shù)街锌嘏_的顯示器上進(jìn)行顯示，直觀的看出倉體中的物料情況，方便對其的控制和操作，保證自身和其他設(shè)備的正常生產(chǎn)和運(yùn)行。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分的設(shè)計主要完成信號的AD采集并處理，聲波運(yùn)行時間的計算，計算并校正聲波傳輸?shù)娜S方位，校正和補(bǔ)償誤差等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)射控制。

在軟件設(shè)計過程中考慮到系統(tǒng)的實時性，有三個天線采集到的數(shù)據(jù)盡量保持同步，采用了高速A/D采集芯片，DSP對采集回來的數(shù)據(jù)同步處理，顯示，才能保證3D物位掃描儀測量距離，體積等準(zhǔn)確性和三維圖像實時準(zhǔn)確性。系統(tǒng)的初始化是系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵性一步，它將對系統(tǒng)的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，在開機(jī)后，系統(tǒng)首先要運(yùn)行初始化程序，才能確保整個測量系統(tǒng)能正常工作。

參考文獻(xiàn)

[1]潘仲明.大量程超聲波測距系統(tǒng)研究[D].長沙：國防科技大學(xué)，2006.

[2]張海鷹，高艷麗.超聲波測距技術(shù)研究[J].儀表技術(shù)，2011（9）：58-60.

[3]劉剛.光電設(shè)備被動測距方法的研究[J].中國水運(yùn)（下半月刊），2010，10（12）：149，156.

[4]潘仲明.大量程超聲波測距系統(tǒng)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2006.

[5]楊振，豆偉.選煤廠粉塵治理實踐[J].中州煤炭，2011（03）.

[6]3D物位掃描儀在水泥行業(yè)的應(yīng)用[A].中國水泥協(xié)會環(huán)保和資源綜合利用專業(yè)委員會成立大會會議文集[C].2011.

作者簡介：董建平（1982-），男，江蘇常州人，現(xiàn)職稱：研發(fā)經(jīng)理，學(xué)歷：研究生，研究方向：系統(tǒng)架構(gòu)研究。endprint

摘 要：文章針對現(xiàn)有選煤廠儲煤，水泥廠等倉料位測量方法的局限性，提出了基于3D物位掃描儀系統(tǒng)的設(shè)計方案；主要介紹了該系統(tǒng)的特點、測量原理、系統(tǒng)構(gòu)成和軟硬件系統(tǒng)等，該系統(tǒng)適用于各種復(fù)雜倉內(nèi)環(huán)境，并能生成整個倉內(nèi)物料實際分布狀況的三維立體圖像。

關(guān)鍵詞：3D物位掃描儀；立體圖像；三維測量

目前應(yīng)用在工礦環(huán)境中的物位測量產(chǎn)品比較多，包括：激光式、雷達(dá)式、超聲波式、重錘式、射頻導(dǎo)納式、電容式等多種技術(shù)類型的產(chǎn)品。以上產(chǎn)品已有較廣泛的應(yīng)用，但是它們都不能很好的應(yīng)用在粉塵濃度大的環(huán)境中，而且不能反應(yīng)物料的3D堆面情況。在料位測量方面，因為物料的排放堆積及本身特性所呈現(xiàn)的不規(guī)則表面，對于單點式的測量方式并不是理想條件，暴露出諸多問題。所以精確的數(shù)據(jù)始終是一個懸而未決的難題。在實際現(xiàn)場環(huán)境應(yīng)用當(dāng)中，測量的數(shù)據(jù)都是很不理想的。給廣大客戶的料倉存儲狀態(tài)以及基本成本的控制造成很大的麻煩。

隨著3D物位掃描儀表技術(shù)的日趨成熟和使用，完全改變了單點數(shù)據(jù)測量的傳統(tǒng)的技術(shù)原理，引領(lǐng)世界走向一個可視化的物位測量的可視化時代，將達(dá)到了物位測量過程的智能化測量技術(shù)巔峰。并在個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的物位測量中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。3D物位掃描儀是目前唯一一個精準(zhǔn)計量固態(tài)物料的體積和質(zhì)量的創(chuàng)新性儀表，而且不會受到物料的種類和材料性質(zhì)，儲料倉的形狀、尺寸和類型的影響，并且可以應(yīng)用在極其惡劣的高粉塵等環(huán)境當(dāng)中，能夠提供物料體積、物位和質(zhì)量等數(shù)據(jù)在非常惡劣的工況條件下的精準(zhǔn)測量的解決方案。

1 3D物位掃描儀的工作原理

3D物位掃描儀向被測物料表面發(fā)射頻率為2.5～7KHz，角度為30°～70°之間的低頻率脈沖波，有效量程為0.5～70m。與高頻率波向比較，低頻率波利用大發(fā)射角度，完成對整個物料表面的測量，完全改變了傳統(tǒng)的單點測量，實現(xiàn)多點掃描；由于高頻波的頻率高，使發(fā)射波衰減極快，而低頻波是一種穿透能力極強(qiáng)的聲波，完全可以有效的完成粉塵大等惡劣工礦下的物料測量。

3D物位掃描儀由三個喇叭口天線向外發(fā)射頻率為3-10KHz的低頻率脈沖波，經(jīng)過驅(qū)動，通過天線陣列傳輸出去，發(fā)射的低頻率脈沖達(dá)數(shù)千點，方向性極強(qiáng)的脈沖點對被測物料表面進(jìn)行掃描，當(dāng)脈沖達(dá)到物料表面后，會產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖回波，由三個喇叭口天線接收，聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號。處理系統(tǒng)可以監(jiān)測到每個脈沖回波的距離、時間和方向，處理系統(tǒng)采樣和分析所有接收到的脈沖回波信號，精準(zhǔn)的反應(yīng)物料體積、物位和質(zhì)量等數(shù)據(jù)，然后通過一些算法把這些數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，產(chǎn)生物料的三維圖像，通過通信技術(shù)傳輸?shù)缴衔C(jī)上進(jìn)行顯示。還可以認(rèn)為輸入數(shù)據(jù)，去除料倉壁和內(nèi)梁等對測量結(jié)果的影響。

2 系統(tǒng)組成與硬件電路設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的組成

3D物位掃描儀系統(tǒng)由電源、物位掃描器、多掃描控制器和特殊的軟件等組成。

2.1.1 3D物位掃描儀和多掃描控制器的供電電源均采用DC24V。

2.1.2 3D物位掃描儀由單片系統(tǒng)、三個喇叭天線、顯示系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)組層。單片系統(tǒng)控制三個喇叭天線按照一定順序循環(huán)的發(fā)射7KHz、4.5KHz和2.5KHz三個頻率的聲波，然后再由三個喇叭天線接收脈沖回波，單片系統(tǒng)會依據(jù)脈沖回波的頻率，時間和方向計算物料的高度。3D物位掃描儀可以通過掃描儀上的顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)，也可以通過標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA通訊系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度室內(nèi)，在微機(jī)上顯示。3D物位掃描儀完全可以在高濃度粉塵的惡劣工況條件下進(jìn)行工作，因此要求要對天線進(jìn)行除塵保護(hù)，現(xiàn)代技術(shù)使得天線具有了自清潔功能。在設(shè)計掃描儀天線時，內(nèi)部應(yīng)用特殊的高分子聚合物材料，通過特殊技術(shù)處理，使儀表在正常工作時，高分子材料會產(chǎn)生一定頻率的共振，從而將黏附在天線上的灰塵清除，實現(xiàn)自清潔的功能，免去人工清潔天線的環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了工業(yè)自動化。

2.1.3 特殊管理軟件。3D物位掃描儀接收到的回波數(shù)據(jù)由這些特殊軟件實時分析和處理，描繪出料倉內(nèi)物料三維模型，同時可得到由單點測量儀表測得的所有數(shù)據(jù)，從而得到物料分布狀況、體積和質(zhì)量等。

2.1.4 多掃描控制器。在測量直徑大于15米的儲料倉時，一臺3D物位儀表不能完整地測量整個儲料倉的物位數(shù)據(jù)，需要多臺3D物位儀表共同完成測量。多掃描控制器將把多臺3D物位掃描儀連接起來，使用在同一個大型的儲料倉上，并且使多臺3D物位儀表協(xié)同工作機(jī)制，實現(xiàn)儀表信號傳輸同步化，保證各臺儀表之間互相不影響。最后，由某種特別軟件將多臺儀表測量數(shù)據(jù)匯總和描繪出儲糧倉中物料的分布實況的3D立體圖像，實時記錄數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)參數(shù)報表等。

2.2 硬件電路設(shè)計

當(dāng)3D物位掃描儀上電工作時，DSP發(fā)出指令通過模數(shù)轉(zhuǎn)換對發(fā)射電路進(jìn)行控制發(fā)射，每個天線把發(fā)射出的聲波各自接收，通過帶通濾波器、放大器、對數(shù)放大器和濾波器處理，最后有A/D采集送入DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?；夭}沖由每個天線一一對應(yīng)接收，系統(tǒng)可以精準(zhǔn)的計算到每一個回波脈沖運(yùn)行的時間、距離和空間方向，繪制出被測現(xiàn)場的三維圖像，可以在液晶顯示窗顯示，也可以通過4～20mA或HART傳輸，傳輸?shù)街锌嘏_的顯示器上進(jìn)行顯示，直觀的看出倉體中的物料情況，方便對其的控制和操作，保證自身和其他設(shè)備的正常生產(chǎn)和運(yùn)行。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分的設(shè)計主要完成信號的AD采集并處理，聲波運(yùn)行時間的計算，計算并校正聲波傳輸?shù)娜S方位，校正和補(bǔ)償誤差等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)射控制。

在軟件設(shè)計過程中考慮到系統(tǒng)的實時性，有三個天線采集到的數(shù)據(jù)盡量保持同步，采用了高速A/D采集芯片，DSP對采集回來的數(shù)據(jù)同步處理，顯示，才能保證3D物位掃描儀測量距離，體積等準(zhǔn)確性和三維圖像實時準(zhǔn)確性。系統(tǒng)的初始化是系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵性一步，它將對系統(tǒng)的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，在開機(jī)后，系統(tǒng)首先要運(yùn)行初始化程序，才能確保整個測量系統(tǒng)能正常工作。

參考文獻(xiàn)

[1]潘仲明.大量程超聲波測距系統(tǒng)研究[D].長沙：國防科技大學(xué)，2006.

[2]張海鷹，高艷麗.超聲波測距技術(shù)研究[J].儀表技術(shù)，2011（9）：58-60.

[3]劉剛.光電設(shè)備被動測距方法的研究[J].中國水運(yùn)（下半月刊），2010，10（12）：149，156.

[4]潘仲明.大量程超聲波測距系統(tǒng)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2006.

[5]楊振，豆偉.選煤廠粉塵治理實踐[J].中州煤炭，2011（03）.

[6]3D物位掃描儀在水泥行業(yè)的應(yīng)用[A].中國水泥協(xié)會環(huán)保和資源綜合利用專業(yè)委員會成立大會會議文集[C].2011.

作者簡介：董建平（1982-），男，江蘇常州人，現(xiàn)職稱：研發(fā)經(jīng)理，學(xué)歷：研究生，研究方向：系統(tǒng)架構(gòu)研究。endprint

摘 要：文章針對現(xiàn)有選煤廠儲煤，水泥廠等倉料位測量方法的局限性，提出了基于3D物位掃描儀系統(tǒng)的設(shè)計方案；主要介紹了該系統(tǒng)的特點、測量原理、系統(tǒng)構(gòu)成和軟硬件系統(tǒng)等，該系統(tǒng)適用于各種復(fù)雜倉內(nèi)環(huán)境，并能生成整個倉內(nèi)物料實際分布狀況的三維立體圖像。

關(guān)鍵詞：3D物位掃描儀；立體圖像；三維測量

目前應(yīng)用在工礦環(huán)境中的物位測量產(chǎn)品比較多，包括：激光式、雷達(dá)式、超聲波式、重錘式、射頻導(dǎo)納式、電容式等多種技術(shù)類型的產(chǎn)品。以上產(chǎn)品已有較廣泛的應(yīng)用，但是它們都不能很好的應(yīng)用在粉塵濃度大的環(huán)境中，而且不能反應(yīng)物料的3D堆面情況。在料位測量方面，因為物料的排放堆積及本身特性所呈現(xiàn)的不規(guī)則表面，對于單點式的測量方式并不是理想條件，暴露出諸多問題。所以精確的數(shù)據(jù)始終是一個懸而未決的難題。在實際現(xiàn)場環(huán)境應(yīng)用當(dāng)中，測量的數(shù)據(jù)都是很不理想的。給廣大客戶的料倉存儲狀態(tài)以及基本成本的控制造成很大的麻煩。

隨著3D物位掃描儀表技術(shù)的日趨成熟和使用，完全改變了單點數(shù)據(jù)測量的傳統(tǒng)的技術(shù)原理，引領(lǐng)世界走向一個可視化的物位測量的可視化時代，將達(dá)到了物位測量過程的智能化測量技術(shù)巔峰。并在個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的物位測量中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。3D物位掃描儀是目前唯一一個精準(zhǔn)計量固態(tài)物料的體積和質(zhì)量的創(chuàng)新性儀表，而且不會受到物料的種類和材料性質(zhì)，儲料倉的形狀、尺寸和類型的影響，并且可以應(yīng)用在極其惡劣的高粉塵等環(huán)境當(dāng)中，能夠提供物料體積、物位和質(zhì)量等數(shù)據(jù)在非常惡劣的工況條件下的精準(zhǔn)測量的解決方案。

1 3D物位掃描儀的工作原理

3D物位掃描儀向被測物料表面發(fā)射頻率為2.5～7KHz，角度為30°～70°之間的低頻率脈沖波，有效量程為0.5～70m。與高頻率波向比較，低頻率波利用大發(fā)射角度，完成對整個物料表面的測量，完全改變了傳統(tǒng)的單點測量，實現(xiàn)多點掃描；由于高頻波的頻率高，使發(fā)射波衰減極快，而低頻波是一種穿透能力極強(qiáng)的聲波，完全可以有效的完成粉塵大等惡劣工礦下的物料測量。

3D物位掃描儀由三個喇叭口天線向外發(fā)射頻率為3-10KHz的低頻率脈沖波，經(jīng)過驅(qū)動，通過天線陣列傳輸出去，發(fā)射的低頻率脈沖達(dá)數(shù)千點，方向性極強(qiáng)的脈沖點對被測物料表面進(jìn)行掃描，當(dāng)脈沖達(dá)到物料表面后，會產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖回波，由三個喇叭口天線接收，聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號。處理系統(tǒng)可以監(jiān)測到每個脈沖回波的距離、時間和方向，處理系統(tǒng)采樣和分析所有接收到的脈沖回波信號，精準(zhǔn)的反應(yīng)物料體積、物位和質(zhì)量等數(shù)據(jù)，然后通過一些算法把這些數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，產(chǎn)生物料的三維圖像，通過通信技術(shù)傳輸?shù)缴衔C(jī)上進(jìn)行顯示。還可以認(rèn)為輸入數(shù)據(jù)，去除料倉壁和內(nèi)梁等對測量結(jié)果的影響。

2 系統(tǒng)組成與硬件電路設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的組成

3D物位掃描儀系統(tǒng)由電源、物位掃描器、多掃描控制器和特殊的軟件等組成。

2.1.1 3D物位掃描儀和多掃描控制器的供電電源均采用DC24V。

2.1.2 3D物位掃描儀由單片系統(tǒng)、三個喇叭天線、顯示系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)組層。單片系統(tǒng)控制三個喇叭天線按照一定順序循環(huán)的發(fā)射7KHz、4.5KHz和2.5KHz三個頻率的聲波，然后再由三個喇叭天線接收脈沖回波，單片系統(tǒng)會依據(jù)脈沖回波的頻率，時間和方向計算物料的高度。3D物位掃描儀可以通過掃描儀上的顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)，也可以通過標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA通訊系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度室內(nèi)，在微機(jī)上顯示。3D物位掃描儀完全可以在高濃度粉塵的惡劣工況條件下進(jìn)行工作，因此要求要對天線進(jìn)行除塵保護(hù)，現(xiàn)代技術(shù)使得天線具有了自清潔功能。在設(shè)計掃描儀天線時，內(nèi)部應(yīng)用特殊的高分子聚合物材料，通過特殊技術(shù)處理，使儀表在正常工作時，高分子材料會產(chǎn)生一定頻率的共振，從而將黏附在天線上的灰塵清除，實現(xiàn)自清潔的功能，免去人工清潔天線的環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了工業(yè)自動化。

2.1.3 特殊管理軟件。3D物位掃描儀接收到的回波數(shù)據(jù)由這些特殊軟件實時分析和處理，描繪出料倉內(nèi)物料三維模型，同時可得到由單點測量儀表測得的所有數(shù)據(jù)，從而得到物料分布狀況、體積和質(zhì)量等。

2.1.4 多掃描控制器。在測量直徑大于15米的儲料倉時，一臺3D物位儀表不能完整地測量整個儲料倉的物位數(shù)據(jù)，需要多臺3D物位儀表共同完成測量。多掃描控制器將把多臺3D物位掃描儀連接起來，使用在同一個大型的儲料倉上，并且使多臺3D物位儀表協(xié)同工作機(jī)制，實現(xiàn)儀表信號傳輸同步化，保證各臺儀表之間互相不影響。最后，由某種特別軟件將多臺儀表測量數(shù)據(jù)匯總和描繪出儲糧倉中物料的分布實況的3D立體圖像，實時記錄數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)參數(shù)報表等。

2.2 硬件電路設(shè)計

當(dāng)3D物位掃描儀上電工作時，DSP發(fā)出指令通過模數(shù)轉(zhuǎn)換對發(fā)射電路進(jìn)行控制發(fā)射，每個天線把發(fā)射出的聲波各自接收，通過帶通濾波器、放大器、對數(shù)放大器和濾波器處理，最后有A/D采集送入DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?；夭}沖由每個天線一一對應(yīng)接收，系統(tǒng)可以精準(zhǔn)的計算到每一個回波脈沖運(yùn)行的時間、距離和空間方向，繪制出被測現(xiàn)場的三維圖像，可以在液晶顯示窗顯示，也可以通過4～20mA或HART傳輸，傳輸?shù)街锌嘏_的顯示器上進(jìn)行顯示，直觀的看出倉體中的物料情況，方便對其的控制和操作，保證自身和其他設(shè)備的正常生產(chǎn)和運(yùn)行。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分的設(shè)計主要完成信號的AD采集并處理，聲波運(yùn)行時間的計算，計算并校正聲波傳輸?shù)娜S方位，校正和補(bǔ)償誤差等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)射控制。

在軟件設(shè)計過程中考慮到系統(tǒng)的實時性，有三個天線采集到的數(shù)據(jù)盡量保持同步，采用了高速A/D采集芯片，DSP對采集回來的數(shù)據(jù)同步處理，顯示，才能保證3D物位掃描儀測量距離，體積等準(zhǔn)確性和三維圖像實時準(zhǔn)確性。系統(tǒng)的初始化是系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵性一步，它將對系統(tǒng)的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，在開機(jī)后，系統(tǒng)首先要運(yùn)行初始化程序，才能確保整個測量系統(tǒng)能正常工作。

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作者簡介：董建平（1982-），男，江蘇常州人，現(xiàn)職稱：研發(fā)經(jīng)理，學(xué)歷：研究生，研究方向：系統(tǒng)架構(gòu)研究。endprint