一、概述

3D物位掃描儀以其全球獨有的三維立體掃描技術(shù)，為客戶提供了在高粉塵等嚴(yán)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(yè)領(lǐng)域應(yīng)用僅有的一種可以準(zhǔn)確檢測固體物位、體積和質(zhì)量的創(chuàng)新和成熟技術(shù)，而且不受物料種類、物化性能，物料貯存料倉材質(zhì)，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(huán)境，用物位監(jiān)測水平達(dá)到了新的高度。

    3D物位掃描儀利用三個信號傳送器發(fā)射低頻脈沖，并接收來自筒倉、露天開放倉、不規(guī)則料倉內(nèi)物料表面的脈沖回波，并監(jiān)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(zhuǎn)換，并繪制出直觀精準(zhǔn)的三維立體圖像，反應(yīng)出料倉內(nèi)物料真實的物位、體積和質(zhì)量等實際分布狀況，并在遠(yuǎn)程電腦終端上顯示出來。 3D物位掃描儀含有專利的自潔功能可防止物料黏附在設(shè)備內(nèi)表面，從而保證在工況條件惡劣的物料貯存環(huán)境下，以極低的維護量進行長期可靠的工作，使物位監(jiān)測水平達(dá)到了新的高度，為客戶提供了在高粉塵等嚴(yán)峻工況條件下測量過程物位、體積測量，質(zhì)量測量的完美解決方案。

三、 產(chǎn)品型號

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

3D掃描儀S型

采用30 °的波束角發(fā)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(fā)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，而且還可以測量最大最小料位 ,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(fā)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，而且可以測量最大最小料位, 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(tǒng)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(tǒng)，該系統(tǒng)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(tǒng)一的一個完整的信號送到PLC或DCS最終提供用戶，方便用戶的監(jiān)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(dá)到70m,且可以在嚴(yán)峻的惡劣工況環(huán)境下正�？煽康墓ぷ�.

四、 3D物位掃描儀與雷達(dá)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(fā)射天線、信號驅(qū)動、電子電路三個部分構(gòu)成。內(nèi)部產(chǎn)生3-10KHz的低頻脈沖，通過三個天線構(gòu)成的陣列傳輸?shù)皖l脈沖，發(fā)射的脈沖達(dá)數(shù)千個點，每個脈沖都有良好的方向性，數(shù)千個點的脈沖對料面進行掃描，并接收儲倉、倉庫或容器內(nèi)物料所返回的脈沖回波，通過儀表電子電路和計時器的精確計時，精確測量每個回聲的時間/距離，設(shè)備的數(shù)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(zhì)量。通過一種特殊的算法將來自掃描器的數(shù)據(jù)組合起來，并通過3D方式呈現(xiàn)容器內(nèi)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(shù)、獨樹一幟的軟件設(shè)計和高粉塵穿透技術(shù)，它傳播速度不受粉塵、蒸汽及介質(zhì)電常數(shù)的影響，適用各種固體物料的物位的精確測量，它的三個獨立的發(fā)射接收系統(tǒng)和定向技術(shù)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(yè)采用3D物位測量占踞了不可動搖的地位，成為這個行業(yè)物位測量的首選是當(dāng)之無愧的。

4.1.2  普通雷達(dá)的工作原理

    用發(fā)射能量很低的極短的微波脈沖通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收。雷達(dá)波以光速運行。運行時間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)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(nèi)穩(wěn)定和精確的測量.即使工況比較復(fù)雜的情況下，存在虛假回波，用最新的微處理技術(shù)和調(diào)試軟件也可以準(zhǔn)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(fā)的場合也能正常工作。

雷達(dá)料位計采用單點測量技術(shù)，這對于表面凹凸不規(guī)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(shù)、物料安息角及不規(guī)則的料面的影響，造成信號衰減、穿透能力降低、回波丟失，應(yīng)用的效果也不盡人意。

4.2   市場應(yīng)用效果比較

4.2.1  目前市場現(xiàn)狀

    多年來物位測量始終是水泥行業(yè)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(shù)發(fā)展很快，廣泛的應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，也是現(xiàn)今應(yīng)用最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(shù)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?guī)欤�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(dāng)困難。

4.2.2  普通雷達(dá)應(yīng)用效果  

目前已有許多水泥廠用纜式雷達(dá)料位計測量水泥庫和粉煤灰?guī)斓牧衔�，也廣泛應(yīng)用于水泥行業(yè)中的水泥倉、生、熟料倉等，但由于高粉塵、不規(guī)則的料面等因素的影響，這些原理的儀表的技術(shù)特點得不到完全發(fā)揮的，如重錘其機械內(nèi)部易落灰塵影響測量效果；機械磨損較嚴(yán)重，需經(jīng)常維護，花費較大；重錘易發(fā)生被物料埋住現(xiàn)象，發(fā)生掉錘頭、斷帶故障。 如使用雷達(dá)、在其高粉塵下回波丟失、經(jīng)常出現(xiàn)跳動、導(dǎo)致測量根本不準(zhǔn)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(shù)，這對于表面凹凸不規(guī)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(yīng)用效果 

2010年底3D物位掃描儀進入水泥業(yè)，它設(shè)計獨特，融于材料、電子信息等高新技術(shù)，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(yīng)用，尤其是水泥行業(yè)，因為該行業(yè)的料倉多為錐度結(jié)構(gòu)，物料表面凹凸不規(guī)則，3D物位掃描儀可以通過3DLevel Manager管理軟件精確直觀的在PC機上真實的反映出實時的物料表面狀態(tài)、體積、物料的平均高度、物料的最高點和最低點及質(zhì)量等測量信息，并對料倉內(nèi)的料面形成三維圖像，更加方便用戶對料倉內(nèi)的進料情況的實時了解。當(dāng)用戶選擇了高粉塵環(huán)境條件比較惡劣的環(huán)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(shù)性能特點和優(yōu)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(wǎng)格點，對每一個網(wǎng)點進行分析采集，形成對料位的全方位覆蓋，更加準(zhǔn)確的顯示實際料位。 可是顯示最高點，最低點，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.測量精度如下

            3DLevelScanner     測量精度= 1.55%

                         激光             測量精度= 16%

普通雷達(dá)：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(zhǔn)確的顯示整個料倉實際料位。

（3）3D掃描儀是世界上唯一可以高精度體積、物位測量的物位計,用戶比較直觀的檢測到的體積等相關(guān)數(shù)據(jù)。

普通雷達(dá)：無法測量體積。

（4）3D掃描儀采用3-10Khz低頻發(fā)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(dá)：高頻電磁波，信號衰減極大，無法穿透粉塵，無法準(zhǔn)確測量。

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

普通雷達(dá)：單一發(fā)射系統(tǒng)，更無法覆蓋，測量誤差大。

（6）3D掃描儀三個發(fā)射器發(fā)射脈沖對物料表面多點掃描后形成3維圖像，準(zhǔn)確直觀的反映進出料的情況，實現(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(tǒng)管理軟件。

3）相關(guān)的通訊接口，如RS485/232或HART連接模塊。

普通雷達(dá)：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(dāng)料倉內(nèi)粉塵很大，發(fā)射器外部沾滿灰塵內(nèi)部仍舊很干凈，免去人工定期清理維護，實現(xiàn)了真正意義上的自動化。

普通雷達(dá)：沒有自潔功能，在粉塵大、粘粘大的介質(zhì)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(xiàn)遠(yuǎn)程控制，實時的對料位進行監(jiān)控，客戶無論何時何地都可以輕松了解料倉內(nèi)的情況，料倉內(nèi)存在問題時可遠(yuǎn)程解決，節(jié)省了售后維護，設(shè)備檢修等的人力、物力資源。當(dāng)3D掃描儀接入DCS/PLC自動控制系統(tǒng)，根據(jù)進出料的速度大小控制進出料皮帶傳送機連鎖反應(yīng)，以達(dá)到控制料倉內(nèi)物料的進出量的均衡，讓用戶更輕松，便捷的管理企業(yè)的生產(chǎn)能力和了解倉儲情況.

普通雷達(dá)：無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，監(jiān)控方式單一。維護和設(shè)備的檢修必須人員現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場信號通過無線傳輸?shù)街锌厥�，省去了布線、架橋、維護等人力資源。

普通雷達(dá)：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最大、最小、平均的料位高度或距離，體積百分比，體積質(zhì)量，同時3D料位計測量顯示溫度。

普通雷達(dá)：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(dá)：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(shù)，能夠精確的測量各種類型，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(shù)的限制，獨特的特點保證它可以應(yīng)用于各個行業(yè)，具有廣闊應(yīng)用市場.

普通雷達(dá)：受介電常數(shù)和介質(zhì)種類的限制，應(yīng)用范圍也受到限制。