JPH042889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、転炉や鋳造機など主に高温の溶融金
属を対象とした、マイクロ波レーダによる液位測
定方法および装置に関するものである。

〔従来の技術〕 高温・多粉塵の悪環境下において、溶融金属等
の液面レベルを高精度で測定する方法として、マ
イクロ波を用いたFM（周波数変調）レーダが適
している。FMレーダを用いて測定する際に、対
象物のマイクロ波反射率が非常に小さい場合や、
測定距離が長い場合には、微弱な反射波しか得ら
れない。この場合、アンテナの不整合に起因する
反射波や、対象物体を保持している容器等からの
反射波の影響が大きくなり、大きな測定誤差を生
ずる。

送信波と反射波を混合検波して得られるビート
波から上記不要反射波を除去する方法としては、
フイルタを用いて周波数帯域で弁別する方法が一
般的である。しかし、信号波と不要反射波による
ビート波の周波数は近接しているために、実用上
問題のない程度まで不要反射波を除去することは
困難である。

そこで従来技術として、例えば、特開昭55−
82926号公報において第２図に示すような「マイ
クロ波による液位測定方法及びその装置」が提案
されている。この方法および装置は、一般的な
FMレーダの構成に、ビート波形の記憶と減算回
路をつけ加えたことを特徴とする。

第２図において、５１はマイクロ波掃引発振
器、５２は変調信号発生器、５３はアンテナ、５
４は容器、５５は液体、５６は液面、５７はミキ
シング回路、５８はビート信号測定回路、５９は
容器５４の壁、６０は波形記録回路、６１は減算
回路、６２は記録指令スイツチ、６３は再生指令
スイツチ、６４は遅延回路、６５は電波反射体ま
たは吸収体、Ｒは液面からの反射波、Rdは不要
反射波である。

この従来方法による測定手順は、まずマイクロ
波の反射板または吸収材を液面上に設置し、液面
からの反射波Ｒがアンテナに入射しないようにす
る。このようにして、液面以外から反射してくる
反射波Rdによるビート信号を予め記録しておく。

測定時は、実際に受信した反射波〔Ｒ＋Rd〕
によるビート信号から前記の記録信号をマイクロ
波の変調周期に同期させながら減算することによ
り、液面のみからの反射波Ｒによるビート波を取
り出し、液面までの距離を算出する。

〔解決しようとする問題点〕

上記の従来方法は、測定開始前に記録した不要
反射波Rdによるビート波（以下、ノイズ成分と
いう）が液位測定中も変化しない場合に適用でき
る。

しかしながら、実際のレーダにおいては、 (1) 発振器５１の周波数ドリフトによりノイズ波
形が変化する 特に溶融金などを対象とする場合には (2) 容器５４の壁などに金属が付着すること (3) アンテナ５３の前面にダストなどが付着する
こと に起因してノイズ波形は時々刻々変化するもの
であり、十分なノイズ除去ができない。

本発明は上記の問題点を解決しようとするもの
で、手作業を必要とせず高精度で液面の位置測定
ができるマイクロ波レーダ液位測定方法および装
置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のマイクロ波液位測定方法は、送受信波
を混合検波して得られるビート時系系列信号を周
波数変調の周期に同期して所定回数積算し、同積
算値を前記所定回数値で除算して時間平均ビート
時系列信号を得て、測定中のビート時系信号から
周波数変調の周期に同期して前記時間平均ビート
時系列信号を減算して得られたノイズ補正ビート
時系列信号により対象液面の位置を算出すること
を特徴とし、 また、本発明のマイクロ波液位測定方法による
マイクロ波レーダ液位測定装置は、送受信波を混
合検波して得られるビート時系列信号を周波数変
調の周期に同期して所定回数積算する加算器と、
同加算器の出力振幅値を前記所定回数値により除
算する除算器と、測定中のビート時系列信号から
前記周波数変調の周期に同期して前記除算器の出
力を減算する減算器とを備えていることを特徴と
している。

〔作用〕

工業的な用途の場合、溶融金属が長時間静置さ
れることは殆どなく、溶湯の出入り、ガス吹き込
み等でその液面は常に波立つている。

本発明は上記の事実に着目してなされたもの
で、液面振動周期程度の時間内に変動する位置情
報があればそれが目的とする液面であるとして、
急には変動しない容器あるいはアンテナの汚染変
形等の情報と区別して、液面位置計測を行うもの
である。

マイクロ波レーダの計測信号を多数回積算し、
平均すると、見掛け上波のない液面と周囲の容器
等との混合情報が得られる。次いでさらに１回レ
ーダ計測を行い、そのデータから前記の平均信号
を減算すると、液面の波の部分のみが減算された
データに残るので、同データを使用して液面位置
計測を行う。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により詳細に説
明する。第１図は一実施例としてのマイクロ波液
位測定方法によるマイクロ波液位測定装置のブロ
ツク図であつて、１はマイクロ波掃引発振器、２
はマイクロ波掃引発振器１の周波数を制御する変
調信号を発生する変調信号発生器、３はマイクロ
波電波を送信し液面５からの反射波を受信するア
ンテナ、４は送信波受信波の重なつたマイクロ波
信号を検波しビート信号を出力する検波ミキサ、
５は位置測定される溶融金属の液面、６は液面５
からの反射波、７は容器８等からの不要反射波、
８は溶融金属の容器、９はビート信号を加算回数
設定器１１の設定回数だけ加算する加算器、１０
は加算器９の出力を加算回数設定容器１１の設定
回数で割算する除算器、１１は加算回数設定器、
１２は現在ビート信号から除算器１０の出力を減
算する減算器、１３は減算器１２の出力するビー
ト信号から液面５までの距離を演算する液位演算
回路、１４は過去平均ビート信号、１５は現在瞬
間ビート信号であり、以上９，１０，１１，１２
でノイズ補正回路１６を構成している。

本実施例の装置はこのように構成されており、
その動作は次の如くである。

検波ミキサ４において、送受信マイクロ波を混
合検波し、ビート信号を得る。このビート信号に
は液面５からの反射波６に加えて、アンテナ３の
ミスマツチや容器８壁などの反射波７に起因する
ノイズ成分が混在している。

そこで、ビート信号を変調開始時から終了時ま
での時系列データ（Ai₁，Ai₂，〜Aim）とし、
加算器９において、変調周期に同期して前記ビー
ト信号時系列データ（Ai₁，Ai₂，〜Aim）をｎ
回加算し、積算値（S₁，S₂，〜Sm）を得る。次
に除算器１０で加算回数ｎに応じて除算すること
により、時間平均されたビート時系列信号（A₁，
A₂，〜Am）を得る。

A₁＝１／ｎ_o 〓ⁱ⁼¹ Ai₁，A₂＝１／ｎ_o 〓ⁱ⁼¹ Ai₂， ……，Am＝１／ｎ_o 〓ⁱ⁼¹ Aim 加算回数ｎは、加算回数ｎと変調周期との積が
液面５の波打ち周期と同程度以上になるように設
定する。例えば、液面５の波打ち周期を１秒、変
調周期を1msとすれば、加算回数ｎは1000以上と
なる。

ここで、液面５からの反射に起因するビート波
は、位相が連続的に変動しているため、時間平均
をとることにより変動分が相殺され、1000程度の
十分大きい平均回数を設定すると、変動分の振幅
は無視できるほど小さくなる。一方アンテナ３の
ミスマツチや容器８からの反射波７の位相は１秒
程度の短時間内では変化しないので、除算器１０
の出力（A₁，A₂，〜Am）１４は、不要反射の
みに起因するビートのノイズ成分に等しくなる。

そこで減算器１２において、新たに計測したビ
ート信号（Ax₁，Ax₂，〜Axm）１５から上記ノ
イズ成分（A₁，A₂，〜Am）１４を減じること
により揺動している液面５の反射波によるビート
信号のみが抜き出されS/Nが大幅に改善される。
以下、公知の手法によつて、液面５までの距離が
算出される。

このようにして、本発明のマイクロ波液位測定
方法による装置により、手動による反射板の操作
等を必要とせずに溶融金属の液面を精度良く位置
計測することができる。

〔発明の効果〕

本発明のマイクロ波液位測定方法は、送受信波
を混合検波して得られるビート時系列信号を周波
数変調の周期に同期して所定回数積算し、同積算
値を前記所定回数値で除算して時間平均ビート時
系例信号を得て、測定中のビート時系列信号から
周波数変調の周期に同期して前記時間平均ビート
時系列信号により対象液面の位置を算出し、本発
明のマイクロ波液位測定装置は上記マイクロ波液
位測定方法を効果的に実施するので、 (1) 本方法および装置では、ビート信号を数秒程
度の時定数で時間平均してノイズ波形をダイナ
ミツクに検出するので、容器壁、アンテナ等に
金属が付着することによるノイズ波形の変化に
充分追随して正確なノイズ補正ができ、高い測
定精度が得られる。

(2) 従来法のように、測定対象物上に吸収板や反
射板を置いて予めノイズ波形を記録しておく必
要がなく、全自動でノイズ補正を行うことがで
きる という優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例としてのマイクロ波液位測定
方法によるマイクロ波液位測定装置のブロツク
図、第２図は従来のマイクロ波による液位測定装
置のブロツク図である。 １……マイクロ波掃引発振器、２……変調信号
発生器、３……アンテナ、４……検波ミキサ、５
……液面、６……液面５からの反射波、７……不
要反射波、８……容器、９……加算器、１０……
除算器、１１……加算回数設定器、１２……減算
器、１３……液位演算回路、１４……過去平均ビ
ート信号、１５……現在瞬間ビート信号、１６…
…ノイズ補正回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周波数変調方式に基づくマイクロ波レーダ液
   位測定方法において、送受信波を混合検波して得
   られるビート時系列信号を周波数調の周期に同期
   して所定回数積算し、同積算値を前記所定回数値
   で除算して時間平均ビート時系列信号を得て、測
   定中のビート系列信号から周波数変調の周期に同
   期して前記時間平均ビート時系列信号を減算して
   得られたノイズ補正ビート時系列信号により対象
   液面の位置を算出することを特徴とするマイクロ
   波液位測定方法。 ２ 周波数変調方式に基づくマイクロ波レーダ液
   位測定装置において、送受信波を混合検波して得
   られるビート時系列信号を周波数変調の周期に同
   期して所定回数積算する加算器と、同加算器の出
   力振幅値を前記所定回数値により除算する除算器
   と、測定中のビート時系列信号から前記周波数変
   調の周期に同期して前記除算器の出力を減算する
   減算器とを備えていることを特徴とするマイクロ
   波レーダ液位測定装置。