JP2007178207A - マイクロ波距離計 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば高炉のように、被検出物の上方に位置する床面に配設されるマイクロ波距離計における、作業用車両や作業員の往来の妨げを解消し、保守時の分解及び組み直し作業を軽減でき、更に検出精度の向上を図る。
【解決手段】被検出物の上方に、その内部空間にマイクロ波を伝搬させるガイドパイプを配設するとともに、ガイドパイプの一方の開口の端部に、アンテナを送受信面が前記開口と対向するように配設し、かつ、他方の開口の端部に、アンテナから送信され該ガイドパイプを伝搬するマイクロ波を被検出物体に向けて反射させるとともに反射マイクロ波を該ガイドパイプに導くための反射板を配設したマイクロ波距離計。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波を被検出物に向けて送信し、被検出物で反射された反射マイクロ波を受信して被検出物までの距離を計測するマイクロ波距離計に関する。

従来より、工場生産現場や作業現場において加工品等の物体までの位置をレーザ光や赤外線等を用いて計測することが行われている。しかし、このような光を検出媒体に用いた距離計では、例えば高温多湿で、水蒸気やオイルミスト等が存在したり、低温で結露や氷結が起こる使用環境では検出が困難になるという欠点がある。

のような環境下での物体検出には、検出媒体としてマイクロ波を使用した物体検出装置が使用されることが多い。例えば、図９に示すように、高炉では、傾注樋９からトピードカーまたは溶銑鍋１０に溶銑１１が供給されるが、その際、トピードカーまたは溶銑鍋１０の受銑量を検出するために溶銑１１の液面１２を検出する必要がある。しかし、溶銑１１は高温であるため赤外線は使用できず、また、トピードカーまたは溶銑鍋１０の上方及び周囲には水蒸気や粉塵が多く存在しているためレーザ光が遮断され、何れも溶銑１１の液面１２を検出できない。そこで、高温や水蒸気、粉塵による影響を受けないマイクロ波を検出媒体に用いて溶銑１１の液面１２を検出することが行われている（例えば、特許文献１参照）。即ち、同図に示すように、トピードカーまたは溶銑鍋１０の直上にアンテナ３Ａを配置し、マイクロ波送受信器１Ａで発振したマイクロ波を導波管２Ａを通じてアンテナ３Ａから送信し、トピードカーまたは溶銑鍋１０の溶銑１１の液面１２で反射された反射マイクロ波をアンテナ３Ａで受信し、導波管２Ａを通じてマイクロ波送受信器１Ａに導き、受信した反射マイクロ波を検波する。尚、図中の符号６はマイクロ波の伝搬経路を示す。

特開平５−２０２４０９号公報

図８に示すように、高炉では通常、傾注樋９並びにトピードカーまたは溶銑鍋１０は鋳床７の下方に配置されている。鋳床７の上を作業用車両が通行したり、作業員が往来する。そして、マイクロ波距離計は、トピードカーまたは溶銑鍋１０の直上に設けられた開口１３の上にアンテナ３Ａを配設し、このアンテナ３Ａとマイクロ波送受信器１Ａとを導波管２Ａで接続している。そのため、マイクロ波距離計は、装置全体が鋳床７の床面から突出しており、作業用車両の通行や作業員の往来に支障を来たしている。

また、高炉では、傾注樋９の保守のために、鋳床７は、トピードカーまたは溶銑鍋１０の直上部分（取外し鋳床８）が取外し可能に構成されている。そのため、取外し鋳床８に固定されたマイクロ波距離計の構成部品も、他の構成部品から取外す必要があり、更には保守後の組み直し作業が必要になる。

更に、マイクロ波６はアンテナ３Ａからある広がりをもって送信されるため、トピードカーまたは溶銑鍋１０の溶銑１１の液面１２以外で反射された反射マイクロ波を受信することもあり、正確な計測の妨げになる。極端な場合は、取外し鋳床８に設けた開口１３の周壁からの反射マイクロ波を検知する。尚、このようなマイクロ波の広がり、並びにそれに由来する不要反射マイクロ波の受信の問題は、高炉に限らず、本質的な問題である。

本発明は、例えば高炉のように、被検出物の上方に位置する床面に配設されるマイクロ波距離計における、作業用車両や作業員の往来の妨げを解消し、保守時の分解及び組み直し作業を軽減でき、更に検出精度の向上を図ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下のマイクロ波距離計を提供する。
（１）マイクロ波送信器から発振されるマイクロ波をアンテナから被検出物に向けて送信し、被検出物で反射された反射マイクロ波をアンテナで受信し、受信したマイクロ波をマイクロ波送受信器に送り、被検出物までの距離を計測するマイクロ波距離計において、
被検出物の上方に、その内部空間にマイクロ波を伝搬させるガイドパイプを配設するとともに、ガイドパイプの一方の開口の端部に、アンテナを送受信面が前記開口と対向するように配設し、かつ、他方の開口の端部に、アンテナから送信され該ガイドパイプを伝搬するマイクロ波を被検出物体に向けて反射させるとともに反射マイクロ波を該ガイドパイプに導くための反射板を配設したことを特徴とするマイクロ波距離計。
（２）ガイドパイプとアンテナとが分離可能であること特徴とする上記（１）記載のマイクロ波距離計。
（３）ガイドパイプが、その長さ方向の任意の位置で分割可能であることを特徴とする上記（１）記載のマイクロ波距離計。
（４）ガイドパイプの反射板と対向する側の開口が、開口上端から開口下端に向かって漸次アンテナ側に後退していることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のマイクロ波距離計。
（５）ガイドパイプの反射板と対向する側の開口の下面に、開口端縁から所定長にわたり、切欠、複数の孔または網目が形成されていることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のマイクロ波距離計。
（６）切欠の幅をアンテナ側に向かって漸次狭くするか、ガイドパイプの周方向における孔の配置数を反射板側が多く、アンテナ側が漸次少なくなるようにするか、網目が形成される領域の幅をアンテナ側に向かって漸次狭くすることを特徴とする上記（５）記載のマイクロ波距離計。
（７）ガイドパイプの下方に、切欠、孔または網目が形成されている領域を覆う邪魔板が配設されていることを特徴とする上記（５）または（６）記載のマイクロ波距離計。
（８）反射板の全面に、複数の孔または網目を形成したことを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか１項に記載のマイクロ波距離計。
（９）高炉内で鋳床の下方に配置されるトピードカーまたは溶銑鍋、あるいは鉱滓鍋の鉱滓量の受銑量を検出するために使用され、鋳床の内部または鋳床の下面にガイドパイプ、反射板及びアンテナを配設したことを特徴とする上記（１）〜（８）の何れか１項に記載のマイクロ波距離計。

本発明のマイクロ波距離計は、被検出物の上方に、マイクロ波を伝搬させるガイドパイプを配置し、このガイドパイプの一端にアンテナを配し、他端に反射板を設けたものであり、アンテナから送信されるマイクロ波のより多くを被検出物に向けることができ、被検出物以外からの反射マイクロ波を極力排除できる。

また、特に高炉において、ガイドパイプ、並びにそれに付随して反射板及びアンテナを鋳床の内部または下面に配設することができるため、鋳床上を往来する作業用車両や作業員の妨げにもならず、更にガイドパイプとアンテナとを分離可能とすることもでき、保守時の分解及び組み直し作業を軽減できる。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

図１は、図８に対応して、高炉内でトピードカーまたは溶銑鍋１０の受銑量を検出するために本発明のマイクロ波距離計を適用した例を示す模式である。鋳床７の下方に、トピードカーまたは溶銑鍋１０が配置されており、そこへ傾注樋９を通じて溶銑１１が供給される。鋳床７のトピードカーまたは溶銑鍋１０の直上部分には、取外し鋳床８が設けられており、保守時に鋳床７から取外し可能としている。

鋳床７及び取外し鋳床８は、鉄骨で梁を組み立て、その上に床面を置いた構成が一般的であり、取外し鋳床８の鉄骨梁の間にガイドパイプ４を水平に配設する。このガイドパイプ４は、アンテナ３の送受信面の外径よりも若干大きな内径を有する金属製の筒体（例えば鉄管やステンレス管）であり、その一方の開口４ａ（ここでは図中右側）が取外し鋳床８の一方の端縁８ａ（ここでは図中右側）と一致するように位置決めされている。尚、ガイドパイプ４は円筒の他、角筒、更には断面が多角形の筒体であってもよい。アンテナ３も、ホーンアンテナの他、パラボラアンテナでもよい。

また、取外し鋳床８には、ガイドパイプ４の他方の開口４ｂと対面して、トピードカーまたは溶銑鍋１０に向けて傾斜する反射板５が配設されている。尚、反射板５は、ガイドパイプ４の開口４ｂに溶接もしくは固定治具等により固定してもよいし、ガイドパイプ４の開口４ｂから離間して配設してもよい。

鋳床７には、ガイドパイプ４の開口４ａと対向する位置に、アンテナ３が、その送受信面が前記開口４ａと対面するように配設される。ここで、ガイドパイプ４とアンテナ３とは、保守時に、取外し鋳床８を鋳床７から取外すことを考慮して、連結することなく、鋳床７と取外し鋳床８との隙間２０の分だけ離間している。

また、アンテナ３には導波管２を介してマイクロ波送受信器１が接続されているが、マイクロ波送受信器１及び導波管２は、作業用車両や作業員の往来の妨げにならないように鋳床７の下面に配設される。このような配置では、マイクロ波送受信器１が熱源である溶銑１１から離間するため、熱的外乱を受けることも無い。

このように構成されるマイクロ波距離計では、マイクロ波送信器１から発振されるマイクロ波を導波管２によりアンテナ３に導き、アンテナ３からマイクロ波をガイドパイプ４に向けて送信する。次いで、マイクロ波はガイドパイプ４の内部空間を伝搬して反射板５へと進み、反射板５で反射されてトピードカーまたは溶銑鍋１０へと送られる。そして、トピードカーまたは溶銑鍋１０の溶銑１１の液面１２で反射された反射マイクロ波は、反射板５へと向かい、反射板５で反射されてガイドパイプ４の内部空間を伝搬してアンテナ３で受信され、導波管２を介してマイクロ波送受信器１へと送られ、検波される。尚、図中の符号６は、このようなマイクロ波の伝搬経路を示す。

上記のマイクロ波の伝搬において、アンテナ３から送信されたマイクロ波は、ガイドパイプ４の内部空間を伝搬することで、実質的に全てのマイクロ波が反射板５で反射され、ガイドパイプが無く、アンテナから直接送信される場合に比べて、より多くのマイクロ波がトピードカーまたは溶銑鍋１０へと向かう。それに伴い、不要な反射マイクロ波を受信することが少なくり、測定精度が高まる。

尚、上記のマイクロ波の送受信によりトピードカーまたは溶銑鍋１０の溶銑１１の液面１２を検出する原理は、例えばＦＭＣＷ方式に従うことができる。

本発明は種々の変更が可能であり、例えば、図２に示すように、アンテナ３とガイドパイプ４とを、フランジ等で接続するとともに、ガイドパイプ４を鋳床７と取外し鋳床８との隙間２０に相当する位置にて分離した構成とすることもできる。このような構成によっても、取外し鋳床８を取外す際に、取外し鋳床８と同時にガイドパイプ４Ａ，４Ｂとに分割される。

また、図３に示すように、ガイドパイプ４の反射板５と対向する側の開口４ｂが、開口上端ａから開口下端ｂに向かって徐々にアンテナ３側に後退するように、形成してもよい。尚、同図の（Ａ）は直線的に後退している例を示しており、（Ｂ）は円弧状に後退している例を示している。図１及び図２のようにガイドパイプ４の開口４ｂが垂直に開口していると、この開口端縁でマイクロ波が反射することがあり、ノイズとなって現れるが、このように開口４ｂを後退させることにより開口端縁での反射を防ぐことができる。

また、図４に示すように、ガイドパイプ４の反射板５と対向する側の開口４ｂの下面に、端縁から所定長さにわたり切欠３０を形成してもよい。高炉では、トピードカーまたは溶銑鍋１０の上方に粉塵が浮遊しており、この粉塵が開口４ｂからガイドパイプ４の内部に侵入し、堆積しやすい。この堆積した粉塵により、アンテナ３から送信されガイドパイプ４の内部を伝搬するマイクロ波が反射され、ノイズとなって検出される。そこで、切欠３０を形成することにより、粉塵がガイドパイプ４ｂに侵入しても堆積することが無くなる。尚、図示は省略するが、この切欠３０に代えて、多数の小孔を開けたり、網状としても同様の効果が得られる。

但し、切欠３０の平面形状が矩形の場合、マイクロ波が端縁で反射するおそれがある。そこで、図５に示すように、切欠３０の幅を開口４ｂの端縁が最も広く、アンテナ３側に向かって徐々に狭くなるように形成することが好ましい。尚、同図の（Ａ）は直線的に狭くなり全体としてＶ字状を呈する切欠を示しており、（Ｂ）は円弧状に狭くなり全体としてＵ字状を呈する切欠を示している。切欠３０をこのような形状とすることにより端縁での反射を防ぐことができる。

また、切欠３０や孔、網目から漏洩するマイクロ波が、トピードカーまたは溶銑鍋１０以外の構造物に向かい、その反射マイクロ波を受信しないように、図６に示すように、ガイドパイプ４の下方に、切欠３０や孔、網目を覆うように邪魔板３１を配設することが好ましい。

更に、図７に示すように、反射板５に網目を形成することも好ましい。粉塵は反射板５にも付着するため、網目を形成してこれを防止する。尚、図示は省略するが、網目に代えて多数の小孔を開けてもよい。このとき、マイクロ波のある成分が網目や孔を通過することも考えられるため、反射板３の後方に、図示は省略する第２の反射板を配置し、網目や孔を通過したマイクロ波を例えば図中上方に反射させてもよい。

また、同じく図示は省略するが、反射板５を傾斜方向に引き抜き可能とし、付着している粉塵を擦り落とすこともできる。

上述した本発明のマイクロ波距離計は、トピードカーまたは溶銑鍋１０の受銑量を検出する以外にも、鉱滓鍋の鉱滓量を検出することにも適用できる。鉱滓鍋も、トピードカーまたは溶銑鍋１０と同様に取外し鋳床８の下方に配置されるため、上記において、トピードカーまたは溶銑鍋１０に代えて鉱滓鍋とした構成となる。

本発明のマイクロ波距離計を高炉に適用した例を示す模式図である。 本発明のマイクロ波距離計におけるガイドパイプの変更例を示す模式図である。 本発明のマイクロ波距離計におけるガイドパイプの他の変更例を示す模式図である。 本発明のマイクロ波距離計におけるガイドパイプの更に他の変更例を示す模式図である。 本発明のマイクロ波距離計におけるガイドパイプの他の変更例を示す模式図である。 本発明のマイクロ波距離計におけるガイドパイプの他の変更例を示す模式図である。 本発明のマイクロ波距離計における反射板の変更例を示す模式図である。 高炉における従来のマイクロ波距離計の使用形態を示す模式図である。

符号の説明

１ マイクロ波送受信器
２ 導波管
３ アンテナ
４ ガイドパイプ
５ 反射板
６ マイクロ波
７ 鋳床
８ 取外し鋳床
９ 傾注樋
１０ トピードカーまたは溶銑鍋（または鉱滓鍋）
２０ 隙間

Claims (9)

1. マイクロ波送信器から発振されるマイクロ波をアンテナから被検出物に向けて送信し、被検出物で反射された反射マイクロ波をアンテナで受信し、受信したマイクロ波をマイクロ波送受信器に送り、被検出物までの距離を計測するマイクロ波距離計において、
   被検出物の上方に、その内部空間にマイクロ波を伝搬させるガイドパイプを配設するとともに、ガイドパイプの一方の開口の端部に、アンテナを送受信面が前記開口と対向するように配設し、かつ、他方の開口の端部に、アンテナから送信され該ガイドパイプを伝搬するマイクロ波を被検出物体に向けて反射させるとともに反射マイクロ波を該ガイドパイプに導くための反射板を配設したことを特徴とするマイクロ波距離計。
2. ガイドパイプとアンテナとが分離可能であること特徴とする請求項１記載のマイクロ波距離計。
3. ガイドパイプが、その長さ方向の任意の位置で分割可能であることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波距離計。
4. 反射板と対向する側のガイドパイプの開口が、開口上端から開口下端に向かって漸次アンテナ側に後退していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロ波距離計。
5. 反射板と対向する側のガイドパイプの開口の下面に、開口端縁から所定長にわたり、切欠、複数の孔または網目が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロ波距離計。
6. 切欠の幅をアンテナ側に向かって漸次狭くなっていることを特徴とする請求項５記載のマイクロ波距離計。
7. ガイドパイプの下方に、切欠、孔または網目が形成されている領域を覆う邪魔板が配設されていることを特徴とする請求項５または６記載のマイクロ波距離計。
8. 反射板の全面に、複数の孔または網目を形成したことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のマイクロ波距離計。
9. 高炉内で鋳床の下方に配置されるトピードカーまたは溶銑鍋の受銑量、あるいは鉱滓鍋の鉱滓量を検出するために使用され、鋳床の内部または鋳床の下面にガイドパイプ、反射板及びアンテナを配設したことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のマイクロ波距離計。

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