3D物位掃描儀

一、概述

3D物位掃描儀以其獨有的三維立體掃描技術，為客戶提供了在高粉塵等嚴峻工況條件下的完善角解決方案，APM公司3D物位掃描儀是迄今為止可實際投入工業領域應用僅有的一種可以準確檢測固體物位、體積和質量的創新和成熟技術，而且不受物料種類、物化性能，物料貯存料倉材質，露天開倉和料倉形狀和尺寸的影響，適用于惡劣的物料貯存環境，用物位監測水平達到了新的高度。

    3D物位掃描儀利用三個信號傳送器發射低頻脈沖，并接收來自筒倉、露天開放倉、不規則料倉內物料表面的脈沖回波，并監測到每個回波的時間、距離和方向。信號處理器對接收到的信號進行取樣、分析、轉換，并繪制出直觀精準的三維立體圖像，反應出料倉內物料真實的物位、體積和質量等實際分布狀況，并在遠程電腦終端上顯示出來。 3D物位掃描儀含有的自潔功能可防止物料黏附在設備內表面，從而保證在工況條件惡劣的物料貯存環境下，以極低的維護量進行長期可靠的工作，使物位監測水平達到了新的高度，為客戶提供了在高粉塵等嚴峻工況條件下測量過程物位、體積測量，質量測量的完美解決方案。

二、 APM 公司簡介

APM Automation Solutions (APM)公司 位于以色列特拉維夫工業園 ，2005年公司成立物位測量研究機構。在2006年開發3DLevelScanner(TM) ，經過在歐美地區的2年實踐經驗，結合技術創新性開發，公司在原有的基礎上再次創新出第二代3DLevelScanner(TM)物位體積掃描儀，為需要進行此類測量的公司在測量和設備實用性方面帶來了革命性的提高，解決了目前測量物位的缺陷，彌補了物位測量的不足之處。

APM自動化解決方案有限公司是的儀器儀表生產廠商，是生產測量物料體積和物位儀表的開拓者和建設者。公司的旗艦產品——3D物位掃描儀系列的誕生，標志著在密閉或開放的筒倉里都可以用3D成像技術的顯示出被測量的物料的體積和物位。它融合了APM的技術，以一系列三維成像的手法解決了原來無法解決的高難度的物料的測量問題，為工業制造企業提供了全面無可挑剔的過程物位和體積測量解決方案。

三、 產品型號

APM公司目前在世界范圍內推出了四種型號的產品，這四種型號的產品都是APM公司3D掃描儀Ⅱ型產品，迄今為止是物位測量中的產品。3D物位掃描儀的四種產品的型號分別是S、M、MV、MVL系統，它們的主要功能和區別如下：

3D掃描儀S型

采用30 °的波束角發射脈沖 ,測量平均體積、平均料位 ,適用于直徑小于4m的小型儲藏 ,可以形成映射點但是不能夠形成圖像

3D掃描儀 M型

采用70 °的波束角發射脈沖,能夠覆蓋更廣的物料表面 ,不僅可以測量平均體積,平均料位，而且還可以測量小料位 ,適用于料倉直徑大于4m且小于15m的料倉或直徑小于15米的露天倉 ,可以形成映射點但是不能夠形成圖像。

3D掃描儀 MV型

采用70 °的波束角發射脈沖能夠覆蓋更廣的物料表面,不僅可以測量平均體積、平均料位，而且可以測量小料位, 適用于料倉直徑大于4m且小于15m的料倉 ,可以形成映射點且能夠形成3D立體圖像。

3D掃描儀 MVL型

MVL型系統是在同一倉體上裝有兩個或兩個以上的MV型和一臺controller控制器共同組合而成的一個系統，該系統可以對大直徑料倉，開放倉進行測量，controller控制器的功能就是對從各個3D掃描儀采集的信號進行采集處理分析，然后將所有信號整合為統一的一個完整的信號送到PLC或DCS終提供用戶，方便用戶的監控及控制。

以上四種型號采用低頻（3-10KHZ）測量，都具有更好的粉塵穿透能力,測量范圍均可達到70m,且可以在嚴峻的惡劣工況環境下正常可靠的工作.

四、 3D物位掃描儀與雷達物位計的對比

4.1   工作原理比較

4.1.1  3D物位掃描儀工作原理

    3D掃描儀由三個發射天線、信號驅動、電子電路三個部分構成。內部產生3-10KHz的低頻脈沖，通過三個天線構成的陣列傳輸低頻脈沖，發射的脈沖達數千個點，每個脈沖都有良好的方向性，數千個點的脈沖對料面進行掃描，并接收儲倉、倉庫或容器內物料所返回的脈沖回波，通過儀表電子電路和計時器的計時，測量每個回聲的時間/距離，設備的數字信號處理器對接收的信號進行采樣和分析，從而測出的物位的高低、體積和質量。通過一種特殊的算法將來自掃描器的數據組合起來，并通過3D方式呈現容器內物料的實際分布情況，在計算機屏幕上成像.

    3D掃描儀以其獨特可視三維成像技術、獨樹一幟的軟件設計和高粉塵穿透技術，它傳播速度不受粉塵、蒸汽及介質電常數的影響，適用各種固體物料的物位的測量，它的三個獨立的發射接收系統和定向技術解決了其它儀表的單點測量的誤差問題和散射回波丟失的問題，尤其在冶金、水泥行業采用3D物位測量占踞了不可動搖的地位，成為這個行業物位測量的是當之無愧的。

4.1.2  普通雷達的工作原理

    用發射能量很低的極短的微波脈沖通過天線系統發射并接收。雷達波以光速運行。運行時間可以通過電子部件被轉換成物位信號。一種特殊的時間延伸方法可以確保極短時間內穩定和的測量.即使工況比較復雜的情況下，存在虛假回波，用新的微處理技術和調試軟件也可以準確的分析出物位的回波。它適用于液體，漿料，及顆粒的物位進行非接觸式測量，且在溫度，壓力變化大，有惰性氣體及揮發的場合也能正常工作。

雷達料位計采用單點測量技術，這對于表面凹凸不規則的固體料面而言，它只能測量某一點的物料高度，不能反映出真實的物位高度，因此它的測量誤差是不可忽視的，另外如受到空氣中粉塵、低介電常數、物料安息角及不規則的料面的影響，造成信號衰減、穿透能力降低、回波丟失，應用的效果也不盡人意。

4.2   市場應用效果比較

4.2.1  目前市場現狀

    多年來物位測量始終是水泥行業測量的一大難題，物位測量一直沒有好的解決辦法。近幾年來超聲波、微波技術發展很快，廣泛的應用在不同的領域，也是現今應用廣泛的非接觸式物位測量方法，在水泥廠原料大多是顆粒狀物料，少數是塊料，如石灰石、原煤、頁巖等，其半成品熟料也是顆粒狀物料，儲存在庫或倉里，都存在物料的安息角，但也有反射介面。在水泥廠還有生料均化庫和粉煤灰庫，水泥成品庫、這些物料全是粉料，非常難測其料位。在庫里的粉料表面非常疏松，微波反射相當困難。

4.2.2  普通雷達應用效果  

目前已有許多水泥廠用纜式雷達料位計測量水泥庫和粉煤灰庫的料位，也廣泛應用于水泥行業中的水泥倉、生、熟料倉等，但由于高粉塵、不規則的料面等因素的影響，這些原理的儀表的技術特點得不到完全發揮的，如重錘其機械內部易落灰塵影響測量效果；機械磨損較嚴重，需經常維護，花費較大；重錘易發生被物料埋住現象，發生掉錘頭、斷帶故障。 如使用雷達、在其高粉塵下回波丟失、經常出現跳動、導致測量根本不準確。

目前有很多國外物位測量儀表廠家進入到中國市場，測量原理各不相同，但是都是采用單點測量技術，這對于表面凹凸不規則的固體料面而言，它只能測量某一點的物料高度，不能反映出真實的物位高度，因此它的測量誤差是不可忽視的。

4.2.3  3D物位掃描儀應用效果 

2010年底3D物位掃描儀進入水泥業，它設計獨特，融于材料、電子信息等高新技術，無論是對于大型的料倉、開放性料倉、倉庫還是開放式的堆場，3D物位掃描儀都有良好應用，尤其是水泥行業，因為該行業的料倉多為錐度結構，物料表面凹凸不規則，3D物位掃描儀可以通過3DLevel Manager管理軟件直觀的在PC機上真實的反映出實時的物料表面狀態、體積、物料的平均高度、物料的點和點及質量等測量信息，并對料倉內的料面形成三維圖像，更加方便用戶對料倉內的進料情況的實時了解。當用戶選擇了高粉塵環境條件比較惡劣的環境安裝使用后，對測量效果非常滿意。

4.2.4  3D物位掃描儀的技術性能特點和優勢

（1）3D掃描儀的使用壽命在10年以上。

（2）3D掃描儀采用多點掃描模式，多點測量，形成上千個網格點，對每一個網點進行分析采集，形成對料位的全方位覆蓋，更加準確的顯示實際料位。 可是顯示點，點，平均值。

例如筒倉尺寸: 直徑=10m, 高度=20m,頂部和底部為45 度角的椎體.測量如下

            3DLevelScanner     測量= 1.55%

                         激光             測量= 16%

普通雷達：單點測量，只能測量某一個點的料位高度，誤差大，而且無法準確的顯示整個料倉實際料位。

（3）3D掃描儀是世界上可以高體積、物位測量的物位計,用戶比較直觀的檢測到的體積等相關數據。

普通雷達：無法測量體積。

（4）3D掃描儀采用3-10Khz低頻發射脈沖，信號衰減小，可以穿透濃度較高的粉塵，解決了客戶高粉塵工況下測量的難題。

普通雷達：高頻電磁波，信號衰減極大，無法穿透粉塵，無法準確測量。

（5）3D掃描儀具有3個獨立的發射器發送接收信號天線，廣闊的波束角覆蓋整個料位的表面更加可靠的測量。

普通雷達：單一發射系統，更無法覆蓋，測量誤差大。

（6）3D掃描儀三個發射器發射脈沖對物料表面多點掃描后形成3維圖像，準確直觀的反映進出料的情況，實現真正的可視化，使用戶隨時了解物料的實情況，防止意外的發生，排除安全隱患。APM公司3D物位掃描儀必須具備以下基本的條件方可實現成像：

1）必須選用MV或MVL型號具有三維成像功能3D物位掃描儀，其它型號沒有成像功能。

2）必須安裝APM系統管理軟件。

3）相關的通訊接口，如RS485/232或HART連接模塊。

普通雷達：無法成像，無法反映整個料倉的料位信息。

（7）3D掃描儀依靠獨特的震動自清潔功能，當料倉內粉塵很大，發射器外部沾滿灰塵內部仍舊很干凈，免去人工定期清理維護，實現了真正意義上的自動化。

普通雷達：沒有自潔功能，在粉塵大、粘粘大的介質中喇叭口被堵塞，喪失測量能力，需要人工的清理維護。

（8）3D掃描儀可以實現遠程控制，實時的對料位進行監控，客戶無論何時何地都可以輕松了解料倉內的情況，料倉內存在問題時可遠程解決，節省了售后維護，設備檢修等的人力、物力資源。當3D掃描儀接入DCS/PLC自動控制系統，根據進出料的速度大小控制進出料皮帶傳送機連鎖反應，以達到控制料倉內物料的進出量的均衡，讓用戶更輕松，便捷的管理企業的生產能力和了解倉儲情況.

普通雷達：無法實現遠程控制，監控方式單一。維護和設備的檢修必須人員現場解決,這樣不僅浪費了人力物力資源還浪費了財力

（9）3D掃描儀可以接入無線網絡，將現場信號通過無線傳輸到中控室，省去了布線、架橋、維護等人力資源。

普通雷達：必須使用信號線傳輸，需要人工布線，線路傳輸會有信號衰減，且線路的老化需要更換等。

（10）3D掃描儀可以全面的顯示、小、平均的料位高度或距離，體積百分比，體積質量，同時3D料位計測量顯示溫度。

普通雷達：只能顯示料位高度或距離。

（11）3D掃描儀可以通過柔性連接將表頭與探頭分開，在異地顯示，對表頭有更好的保護，同時省去加裝2次表等異地顯示的工作和費用。

普通雷達：無法分體顯示，同時需要加裝2次表才能異地顯示。

（12）3D掃描儀采用先進的技術，能夠的測量各種類型，形狀和大小的儲倉和露天倉庫中存放的散裝固體和粉末，并且不受介電常數的限制，獨特的特點保證它可以應用于各個行業，具有廣闊應用市場.

普通雷達：受介電常數和介質種類的限制，應用范圍也受到限制。