JPH06117989A

JPH06117989A - 粒子分布ピッチ測定方法および装置

Info

Publication number: JPH06117989A
Application number: JP4265127A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kunimoto; 本和也国; Yasushi Takamoto; 本泰高
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】高炉内装入物の移動層内の粒子分布ピッチを
簡易かつ迅速に測定する。【構成】投光用ファイバおよび受光用ファイバからな
り、検出視野Ｄが装入物粒子直径より小さい光ケ−ブル
２個３８，３９を、粒子直径程度の距離ΔＬ離して装備
したプロ−ブ３を、該ΔＬの方向を垂直方向として高炉
に差し込み、上流側光ケ−ブル３８の受光信号に対する
下流側光ケ−ブル３９の受光信号の位相差から装入物降
下速度Ｖｍを算出し、一方上流側光ケ−ブル３８のみの
受光信号の周期Ｔphmを算出し、降下速度Ｖｍと周期Ｔp
hmより装入物粒子分布ピッチＰthmを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒子群中の粒子分布の
測定に関し、例えば高炉内に炉頂部から装入されたコ−
クス，鉱石などにより形成される移動層内の粒子分布ピ
ッチを測定する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来技術】通常、移動層内の粒子径又は粒子分布を求
めるには、ファイバスコープなどにより移動層内を直接
観察し、その画像を画像処理装置によって処理して求め
る方法が知られている。ファイバスコープは多数の光フ
ァイバの素線を整然と精密に配置して束ねたものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術によ
れば以下に示すような問題を生じる。

【０００４】(1) 計測系がファイバスコープおよび2次
元画像処理装置によって構成されるため全体的にコスト
高となる。

【０００５】(2) 2次元画像処理の演算に時間がかか
り、リアルタイムでの粒子径又は粒子分布の変化の検出
に使用することは困難である。

【０００６】(3) 粒子の輪郭を求める画像処理ソフトは
複雑であり、特に粒子が重なり合った場合、重なり部分
を除外することは困難であり精度上も問題がある。ま
た、高炉内装入物の場合、装入物(コ-クス,鉱石)の形状
がランダムであり表面凹凸も大きいので、粒子輪郭を正
確に摘出しにくい。

【０００７】(4) ファイバスコ-プの視野が、粒子径又
は粒子分布ピッチの数倍である必要があり、検出部端部
が大型になる。

【０００８】そこで本発明は、上記問題を解決して粒子
分布ピッチを簡易かつ迅速に測定する装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、粒子群への
光の投射と光ファイバ(38)を介した粒径代表値(数10mm)
よりも小さい径(D＝10mm)の視野での粒子群の反射光の
検出を、粒子群と光ファイバ(38)が相対的に移動する状
態で、連続もしくは所定周期(Ts)で行なって反射光強度
を表わす受光信号Ｉａを得、受光信号Ｉａのレベル変動
周期Ｔ(Tphm)を算出し、該周期Ｔ(Tphm)と前記相対移動
の速度Ｖより、粒子群中の粒子分布ピッチＴ・Ｖ(Tphm・
Vm)を算出する。

【００１０】なお、カッコ内の記号は、図面に示し後述
する実施例装置の対応要素又は対応事項を示す。

【００１１】本発明の好ましい実施例では、次のように
して前記相対移動の速度Ｖ(Vm)を測定する。すなわち、
前記光の反射点から、前記視野径(D)より大きく粒径代
表値の数十倍以内の所定距離ΔＬ(20mm)離れた位置への
光の投射と光ファイバ(39)を介した(数10mm)よりも小さ
い径(D)の視野での粒子群の反射光の検出を連続もしく
は所定周期(Ts)で行なって反射光強度を表わす第２受光
信号Ｉｂを得、受光信号Ｉａに対する第２受光信号Ｉｂ
の位相差Ｔｄを算出し、位相差Ｔｄと距離ΔＬより速度
Ｖ＝ΔＬ／Ｔｄを算出する。

【００１２】

【作用】光ファイバ(38)を介して、粒径代表値(数10mm)
よりも小さい径(D＝10mm)の視野で、粒子群の反射光を
検出し反射光強度を表わす受光信号Ｉａを得るので、受
光信号Ｉａは、粒子群と光ファイバ(38)の相対移動速度
Ｖに反比例し粒子分布ピッチに比例する周期Ｔ(Tphm)の
レベル変化を示す。相対移動速度Ｖが概知であると、又
は測定により相対移動速度Ｖを得ると、粒子分布ピッチ
Ｔ・Ｖ(Tphm・Vm)が得られる。

【００１３】よって、２次元画像処理によって粒子輪郭
を切出すような複雑な処理は必要なく高速演算処理が可
能である。この粒子分布ピッチＴ・Ｖ(Tphm・Vm)に補正
を施すことにより粒子径(Dpm)を算出することができ
る。

【００１４】前述の好ましい実施例によれば、第１組の
光ファイバ(39)の受光信号Ｉａは、粒子分布ピッチの算
出用および相対速度Ｖの算出用に兼用される。すなわ
ち、受光信号Ｉａを得る位置から、視野径(D)より大き
く粒径代表値の数十倍以内の所定距離ΔＬ(20mm)離れた
位置の反射光を、光ファイバ(39)を介して粒径代表値
(数10mm)よりも小さい径(D)の視野で検出し反射光強度
を表わす第２受光信号Ｉｂを得るので、第２受光信号Ｉ
ｂも、相対移動に連動して粒子分布ピッチに相当するレ
ベル変化を示し、しかも、受光信号Ｉａに対して、前記
所定距離ΔＬ(20mm)および相対速度(Vm)に対応した位相
差Ｔd(Tm)すなわち遅れ(Tm)を有するものとなる。よっ
て、位相差Ｔｄ(Tm)と前記所定距離ΔＬより、粒子の相
対移動速度Ｖ＝ΔＬ／Ｔd(Ｖm＝ΔＬ／Ｔm)が求まる。
所定距離ΔＬ(20mm)が、視野径(D)より大きく粒径代表
値の数十倍以内であるので、群単位（層単位）ではな
く、この所定距離ΔＬ単位すなわち粒径代表値の数十倍
以内の単位での相対移動速度測定となり、比較的に短周
期の速度変動を把握しうる。ΔＬを粒径代表値の数倍以
内に設定することにより、粒子群中の粒子ピッチもしく
は該ピッチの数倍の群単位で、すなわちきわめて高分解
能で、降下速度を測定しうる。

【００１５】本発明の他の目的および特徴は図面を参照
した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１６】

【実施例】図１に、本発明装置の一実施例を示す。この
実施例は、高炉内装入物（コ−クス，鉱石等）の各移動
層（コ−クス層，鉱石層）内の粒子分布ピッチを測定し
この粒子分布ピッチより粒子径を算出するものである。
この測定装置は、装置全体の制御を行うマイクロコンピ
ュータ（ＣＰＵ）１，演算処理用のマイクロコンピュー
タ（ＣＰＵ）２，高炉内に直接挿入されるプローブ３，
このプロ−ブ３を介して高炉装入物に投光するレーザ光
源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ）４，プロ−ブ３を介して反射光
を受光し電気信号に変換して出力する第１受光素子（上
流側）５および第２受光素子（下流側）６，レーザ光源
４を発光付勢するレーザドライバ７，受光素子５および
６の光電変換信号にノイズ除去，増幅および校正の処理
を施こす増幅器８および９，インターフェイス１０，操
作表示ボード１１，ＲＡＭ１２，およびＲＯＭ１３など
から構成されている。

【００１７】図２に、プローブ３の拡大正面（先端面）
を、図３にプロ−ブ３の拡大側断面を、また図４に図３
中に示す光ファイバ３８，３９の拡大横断面を示す。

【００１８】図２に示すように、プロ−ブ３の先端面に
は２つの窓開口があり、その内側に、図３に示すよう
に、保護ガラス３５がある。外筒３１は２重管構造の中
空筒体であって、内壁板と外壁板の間に筒状の仕切板３
２があり、この仕切板３２で区分された内側空間３３に
プロ−ブ後端（図示せず）から冷却ガスが供給される。
冷却ガスは内側空間３３を通ってプロ−ブ先端に達しそ
こで折り返して外側空間３４に入り外側空間３４を通っ
てプロ−ブ後端に向かう。この冷却ガス流により、プロ
−ブ３の内部は、炉内挿入時に３００℃以下の温度に保
持される。この冷却により、レンズ３６，３７および光
ファイバケ−ブル３８，３９の光学特性が、実質上一定
に維持される。外筒３１の内壁板の内側の空間に第１光
ファイバケ−ブル３８と第２光ファイバケ−ブル３９が
挿入されており、それらの先端がレンズ３６，３７に対
向している。

【００１９】図４に示すように、光ファイバケ−ブル３
８，３９の光ファイバは、光投射用のもの３８ｅ，３９
ｅと受光用のもの３８ｒ，３９ｒに区分されており、図
１に示すように、両ケ−ブルの光投射用の光ファイバ３
８ｅ，３９ｅはレ−ザ光源４に結合されており、光源４
のレ−ザ光をレンズ３６，３７に案内する。第１光ファ
イバケ−ブル３８の受光用の光ファイバ３８ｒは第１受
光素子５に結合され、第２光ファイバケ−ブル３９の受
光用の光ファイバ３９ｒは第２受光素子６に結合されて
いる。

【００２０】プロ−ブ３は、その先端（保護ガラス３５
側）が、高炉の炉壁を通して高炉内の装入物に差し込ま
れ、しかも、レンズ３６がレンズ３７より上方でそれら
の中心を結ぶ線が垂直になるように、姿勢が設定され
る。この状態でレ−ザ光源４が発したレ−ザ光は、光投
射用の光ファイバ３８ｅ，３９ｅを介して高炉内の装入
物に投射され、装入物による反射光が受光用の光ファイ
バ３８ｒ，３９ｒを介して受光素子５，６で検出され
る。

【００２１】この実施例では、高炉内の装入物の粒子直
径が数十mmであり代表値が３０mm前後であるので、プロ
ーブ３の先端における光ファイバケ−ブル３８，３９の
受光視野直径Ｄは、粒子分布ピッチの分解能がある受光
信号を得るために、粒子直径代表値より小さい１０mmに
している。上下の受光の干渉を防止するために、受光視
野（３６，３７）間の最短距離ΔＬminは視野直径Ｄ以
上にするのが好ましくこの実施例ではΔＬmin＝１０mm
に設定している。また、光ファイバケ−ブル３８，３９
の受光視野（３６，３７）の垂直方向距離ΔＬは、装入
物粒子分布ピッチ相当の装入物区分で降下速度を測定す
るために、２０mmにしている。このように小型（Ｄが小
＆ΔＬが短））に、しかも一個のプローブ３で上下２点
の光反射測定をする構成としたので、コークス，鉱石各
層（数百mm）内の粒子個々の動きを検知することができ
る。

【００２２】なお、図４に模式的に示すように光ファイ
バケ−ブル３８，３９内では、投光用光ファイバ３８
ｅ，３９ｅおよび受光用光ファイバ３８ｒ，３９ｒがラ
ンダムに分布している。一本のファイバの直径は125μm
である。この集合構成により、小視野（Ｄ）内の反射光
を効率良く収集しうる。なお、これら投，受光用ファイ
バの配置はこれに限らず、例えば投光用光ファイバを受
光用光ファイバ群の横や周囲などに配置するようにして
もよい。投光用光ファイバグル−プと受光用光ファイバ
グル−プとを塊で分離した場合、装入物の光反射方向が
受光用光ファイバグル−プの受光端から外れると受光が
無くなるなど受光効率が低下するので、それを防止する
工夫、例えば投光，受光ファイバ各々にレンズを設け、
その焦点を一致させるなどの工夫を施した方が好まし
い。

【００２３】図５に、図１に示すＣＰＵ１の処理内容を
示す。ＣＰＵ１は、操作・表示ボ−ド１１より、粒子分
布ピッチ測定が指定されると図５に示す処理に進む。こ
の処理の最初には、粒子分布ピッチ測定に関連するフラ
グやレジスタ等をイニシャライズする（ステップ１：以
下カッコ内ではステップという語を省略する）。次に、
操作・表示ボ−ド１１の指示に応答して増幅器８，９の
増幅率を設定しオフセット調整を行う（２）。なお、オ
ペレ−タは、プロ−ブ３の先端面全面に基準反射板を当
てて、調整指示を入力する。これに応答してＣＰＵ１が
増幅器８の出力信号レベルと増幅器９の出力信号レベル
の差が許容範囲内になるように、増幅器８，９の増幅率
等を調整する（２）。

【００２４】オペレ−タは、調整を終えるとプロ−ブ３
を高炉炉壁の穴に通してプロ−ブ３の先端を炉内装入物
中に所要深さまで差し込み、プロ−ブ３の姿勢を、レン
ズ３６が３７の上方でしかもそれらの中心を結ぶ線が垂
直となる、予め定められた姿勢に設定する。そして操作
・表示ボ−ド１１でＣＰＵ１にスタ−トを指示する。 −１０２４×３回分のデ−タ蓄積− このスタ−ト指示に応答してＣＰＵ１が図５のステップ
３以下の処理を開始する。すなわち、サンプリング回数
をカウントするためのレジスタｍに数値１を示すデ−タ
をセットし（３）、タイマＴsをスタートする（４）。
タイマ時限Ｔsは本実施例では 400/1024 sec であり、
これがサンプリング周期となる。ＣＰＵ１は次に、増幅
器８，９の出力信号をデジタル変換して読込む。すなわ
ち、上流側の光ファイバ３８ｒを介して第１受光素子
（上流側）５が受光した光強度（受光信号）Ｉaと、下
流側の光ファイバ３９ｒを介して第２受光素子（下流
側）６が受光した光強度（受光信号）Ｉbを読み込む
（５）。次に、受光強度ＩaおよびＩbを記憶するための
バッファメモリＭa，Ｍb（ＲＡＭ１２内に割り当ててい
る）のデータを１アドレス分シフトさせる（６，７）。
メモリＭa，Ｍbはそれぞれ1024×3個のアドレスを有
し、データシフトではアドレス２のデータをアドレス１
に書込み、アドレス３のデータをアドレス２に書込み、
・・・，アドレス1024×3のデータをアドレス1024×3-1
に書込む。そしてこのシフトで開いたアドレス1024×3
に最新の受光強度Ｉa，Ｉbをメモリする（８，９）。

【００２５】タイマＴsがオーバ（Ｔｓが経過）すると
（１０）、ＣＰＵ１はフラグレジスタＭＦに、「１」
（１０２４×３回のデ−タＩa，Ｉbの読込みとメモリＭ
ａ，Ｍｂへの書込みが終了した）がセットされているか
否かをチェックし（１１）、セットされていないと、レ
ジスタｍが1024×3以上であるかチェックし（１２）、1
024×3未満であるとレジスタｍを１インクレメントし
（１３）、レジスタｍが1024×3以上となるまでステッ
プ４〜１３の処理を繰り返す。これにより1024×3個の
受光強度Ｉa，ＩbがメモリＭa，Ｍbに蓄積される。

【００２６】−デ−タの更新− ステップ１２でレジスタｍが1024×3以上となるとフラ
グＭＦに「１」をセットし、レジスタｎに０をセットす
る（１４，１５）。そして、演算処理用のＣＰＵ２に粒
子速度の演算を指示し（１６）、ステップ４に戻る。そ
してステップ４〜１０でデータを更新する。すなわち最
新のデ−タを読込み（５）、デ−タシフト（６，７）に
よりメモリＭａ，Ｍｂの最も古いデ−タ（アドレス１の
デ−タ）を捨てて、最新のデ−タをメモリＭａ，Ｍｂに
書込む（８，９）。このデ−タの更新をＴｓ周期で繰返
す。したがって、メモリＭａ，Ｍｂには、最近から1024
×3×Ｔs前までの、1024×3回分のサンプリングデータ
Ｉａ，Ｉｂが常に格納されていることになる。

【００２７】−ＣＰＵ２への演算指示− タイマＴｓがオ−バする毎にＣＰＵ１は、ステップ１１
でフラグＭＦは「１」であるので（ステップ１４でセッ
ト）、レジスタｎを１インクレメントし（１７）、ｎが
６４以上であるか否かをチェックする（１８）。レジス
タｎが６４となるまではステップ４〜１１−１７の処理
を繰り返し、６４となるとレジスタｎを０に再セットし
ＣＰＵ２に粒子速度の演算を指示する（１６）。すなわ
ちステップ１７，１８は粒子速度の演算タイミングを判
定する処理でありレジスタｎが６４になる毎に、つまり
６４回のデ−タ読取を行なう毎に（６４×Ｔｓ周期
で）、ＣＰＵ１はＣＰＵ２に「演算」を指示する。

【００２８】−ＣＰＵ２の処理内容− 図６に、図１に示すＣＰＵ２の処理内容を示す。ＣＰＵ
１から速度演算の指示があると（２１）、ＣＰＵ２はフ
ラグＮＦが「１」（１回以上の演算を実行済）であるか
否かをチェックする（２２）。フラグＮＦが１でなけれ
ば、１をセットし（２３）、レジスタＮに０をセットす
る（２４）。そして、遅延時間Ｔdを算出する（２
７）。遅延時間Ｔdは、受光素子５の受光信号（上流側
反射光強度）に対する受光素子６の受光信号（下流側反
射光強度）の位相差である。これらの受光信号は、高炉
内の、プロ−ブ３先端に対向する装入物の降下により、
例えば図１１の（ａ）および（ｂ）に示すように変動す
る。レンズ３６（受光素子５）の前方にあった装入物は
ΔＬ降下するとレンズ３７（受光素子６）の前方に到達
するので、装入物の降下速度をＶと仮定すると、受光素
子５の受光信号（上流側）より、ΔＬ／Ｖの時間（Ｔ
ｄ）の後に、受光素子５の受光信号と同様なレベル変化
が受光素子６の受光信号に現われる。すなわち受光素子
５の受光信号に対する受光素子６の受光信号の位相差Ｔ
ｄが遅れ時間であり、Ｔｄ＝ΔＬ／Ｖであり、これよ
り、Ｖ＝ΔＬ／Ｔｄが求まる。したがって遅延時間Ｔｄ
を算出することにより装入物の降下速度Ｖを求めること
ができる。「遅延時間の算出」（２７）では、この遅延
時間Ｔｄを算出する。

【００２９】図７および図１１を参照して、図６に示す
「遅延時間Ｔｄを算出」（２７）の内容を説明する。先
に説明したように、メモリＭａとＭｂには、ＣＰＵ１が
計測処理を開始しから1024×3×Ｔs以降は、最近から10
24×3×Ｔs前までの、1024×3回分のサンプリングデ−
タＩａ，Ｉｂが常に格納され、Ｔｓ周期で新たなサンプ
リングと、メモリＭａ，Ｍｂの最も古いデ−タを捨てて
新たに得たデ−タを書込むデ−タ更新が繰返えされる。
したがってこれらのメモリＭａ，Ｍｂには例えば図１１
の（ｃ）に示すようにデ−タが存在する。「遅延時間Ｔ
ｄを算出」（２７）では、ＣＰＵ２は、メモリＭａのア
ドレス１〜1024×3の、1024×3個のデ−タの内の前1/3
すなわちアドレス1〜1024の1024個のデ−タ（デ−タ
群）を、遅延時間Ｔｓ検出のための比較対象デ−タと
し、このデ−タ群に相当するデ−タ群がメモリＭｂのど
のアドレスにあるかを探索する。

【００３０】すなわちまず、遅延時間Ｔｄが０であると
仮定して（２７１）、メモリＭａのアドレス１〜１０２
４のデ−タと、メモリＭｂのアドレス１〜１０２４のデ
−タの、等しいアドレスのデ−タ同志の差の２乗Ｄｔを
算出し（２７３〜２７５）、これらの値の総和ＩＤｔを
算出して（２７３〜２７８）、得た総和ＩＤｔを、メモ
リＭｄ（ＲＡＭ１２の一領域に割当てられている）のア
ドレス０に書込む（２７９）。

【００３１】次にＣＰＵ２は、遅延時間Ｔｄが１（時間
表示では１×Ｔｓ）であると仮定して（２８０，２８
１）、メモリＭａのアドレス１〜１０２４のデ−タと、
メモリＭｂのアドレス（１＋１）〜（１０２４＋１）の
デ−タの、ＭａのアドレスＡｍａとＭｂのアドレスＡｍ
ｂ＝Ａma＋１のデ−タ同志の差の２乗Ｄｔを算出し（２
７３〜２７５）、これらの値の総和ＩＤｔを算出して
（２７３〜２７８）、得た総和ＩＤｔを、メモリＭｄの
アドレス１に書込む（２７９）。

【００３２】以下同様にして、仮定する遅延時間を１単
位づつ大きくして、仮定する遅延時間をｔ（時間表示で
はｔ×Ｔｓ）とすると、メモリＭａのアドレス１〜１０
２４のデ−タと、メモリＭｂのアドレス（１＋ｔ）〜
（１０２４＋ｔ）のデ−タの、ＭａのアドレスＡmaとＭ
ｂのアドレスＡmb＝Ａma＋ｔのデ−タ同志の差の２乗Ｄ
ｔを算出し（２７３〜２７５）、これらの値の総和ＩＤ
ｔを算出して（２７３〜２７８）、得た総和ＩＤｔを、
メモリＭｄのアドレスｔに書込む（２７９）。これを、
ｔ＝１０２４×２まで行なう（２８０）。すなわち、メ
モリＭａのアドレス１〜１０２４のデ−タ（図１１のｃ
のメモリＭａの左１／３）と、メモリＭｂのアドレス１
０２４×２＋１〜１０２４×３のデ−タ（図１１のｃの
メモリＭｂの左１／３）の対比演算まで行なう。

【００３３】以上により、メモリＭｄには、アドレス０
〜１０２４に、メモリＭａのアドレス1〜1024の1024個
のデ−タ群と、メモリＭｂのアドレス1〜1024の1024個
の第０デ−タ群，アドレス2〜1025の第１デ−タ群，・
・・，アドレス1＋t〜1024＋tの第ｔデ−タ群，・・
・，アドレス1024×2＋1〜1024×3の第1024デ−タ群、
全1025個のデ−タ群、それぞれとの、不一致度を表わす
デ−タ（ＩＤｔ）が格納されたことになる。

【００３４】ＣＰＵ２はここで、これら不一致度を表わ
すデ−タ群の中の最低値を探索して、それが格納されて
いるアドレスｔｍを特定する（２８２）。このアドレス
ｔｍが、求める遅延時間を表わす。このアドレスｔｍ
を、遅延時間Ｔｄ＝ｔｍ×Ｔｓに変換する（２８３）。

【００３５】図６を再度参照する。遅延時間Ｔｄを算出
（２７）するとＣＰＵ２は、バッファメモリＭｃ（ＲＡ
Ｍ１２の一領域に割り当てられている）のデータをシフ
トする（２８ａ）。メモリＭcは１２８個のアドレスを
有し、データシフトではアドレス２のデータをアドレス
１に書込み、アドレス３のデータをアドレス２に書込
み、・・・、アドレス１２８のデータをアドレス１２７
に書込む。そしてこれにより空いたアドレス１２８に、
今回算出した遅延時間Ｔdをメモリする（２８ｂ）。

【００３６】次に、受光信号に基づいて信号波形のピー
クピッチを分析する「ピークピッチ分析」を行う（２
９）。受光信号は受光面の直前が粒子であるか粒子間の
空隙であるかにより強度が変化するので、その周期は粒
子速度が一定であれば粒子径に依存（粒子分布ピッチに
対応）する。すなわち、図１２に示すように、粒子径が
小さい場合は頻繁に信号強度の強弱が繰り返されるが、
粒子径が大きい場合はその周期は長くなる。この「ピー
クピッチ分析」（２９）では粒子分布ピッチと周期の関
係に着目して受光信号を分析するものであり、その内容
を図８および図９に示す。

【００３７】図８，図９および図１３を参照して、図６
に示す「ピークピッチ分析」（２９）の内容を説明す
る。まず図８を参照すると、メモリＭaのデータの上ピ
ーク値をアドレスに対応付けてメモリＭfにメモリする
（２９１）。なお以下に示す処理は、上流側の第１受光
素子５が発生する受光信号に基づいて行うが、下側の受
光素子６が発生する受光信号に基づいて行ってもよい。
次に、メモリＭfの、データがないアドレス，すなわち
デ−タが０値のアドレスに対しては、該アドレスより小
さい側と大きい側のピ−ク値の値を用いて補間法により
デ−タを算出して書き込む（２９２）。次に、メモリＭ
fのデ−タを平滑化してＭfに更新メモリした後（２９
３）、データを「０」又は「１」に２値化してレジスタ
Ｍgに書き込む（２９４）。このデ−タの「１」の連な
り（領域）はある層（たとえば鉱石層）を、「０」の連
なり（領域）は他の層（コ−クス層）を意味する。次
に、各領域Ｒｉ毎のピークピッチＴｉを算出する（２９
５）。

【００３８】図９に「ピ−クピッチＴｉの算出」（２９
５）の内容を示す。ここではまずメモリＭaのデータを
微分し直流成分をカットしてメモリＭiに格納する（２
９５１）。次にメモリＭiのデータを平滑化しこれをメ
モリＭiに更新メモリした後（２９５２）、メモリＭｉ
上のデ−タの隣り合うピーク間の距離Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃，
・・，をそれぞれ算出してそれらの平均値Ｔｉを算出す
る（２９５３）。この平均値Ｔｉが降下する粒子の周期
を示す。そして、平均値Ｔｉに、後述するステップ３４
で求めレジスタに保持している粒子速度Ｖmを掛けて粒
子分布ピッチＰthiを算出する（２９５４）。ここで、
図１３に示すように検出基準となる粒子Ａ，Ｂの間には
粒子Ｃ，Ｄが割り込むため算出された粒子分布ピッチＰ
thiはそのまま粒子の大きさ（直径）を示すものではな
い。そこで、粒子分布ピッチＰthiに補正を加えて粒子
直径Ｄpを求める（２９５５）。粒子分布ピッチと粒径
の関係を図１３に示す。ＣＰＵ２は次に、処理対象の領
域Ｒｉに対応付けてメモリＭhに粒子分布ピッチＰthiと
粒子直径Ｄpiを記憶し（２９５６）、領域Ｒｉ対応のレ
ジスタＭgの内容が「１」か否かチェックし（２９５
７）すなわち処理対象領域Ｒｉが「０」領域（コ−クス
層）か「１」領域（鉱石層）かをチェックして、「１」
領域であればメモリＭe₁のデータを１アドレス分シフト
する（２９５８ａ）。メモリＭe₁は１２８個のアドレス
を有し、データシフトではアドレス２のデータをアドレ
ス１に書込み、，・・，アドレス１２８のデータをアド
レス１２７に書込む。そしてこれにより空いたアドレス
１２８に最新の平均値Ｔｉ（２９５３で算出した値）を
メモリする（２９５８ｂ）。また、レジスタＭgの内容
が「０」であったときには、メモリＭe₀のデータを１ア
ドレス分シフトして（２９５９ａ）そしてこれにより空
いたアドレス１２８に最新の平均値Ｔｉをメモリする
（２９５９ｂ）。以上の処理を、図８に示す領域Ｒ２〜
Ｒ８(ｉ＝２〜８）に対して行なう。

【００３９】図８を再度参照する。各領域Ｒｉのピーク
ピッチＴｉの算出処理（２９５）が終了すると、両端の
領域Ｒ１，Ｒ９を除く各領域（Ｒ２〜Ｒ８）の厚みＴＨ
Ｒｉを算出する（２９６）。例えば領域Ｒ８の厚みＴＨ
Ｒ₈は、領域Ｒ７の始端の「０」の前の「１」のアドレ
ス（領域Ｒ８の終端アドレス）と、領域Ｒ９の終端の
「０」のアドレスとの差に、Ｔsならびに後述するステ
ップ３４で求めレジスタに保持している粒子速度Ｖmを
乗算して求める。次にＣＰＵ２は、メモリＭfのデー
タ，層厚ＴＨＲｉ，粒子分布ピッチＰthiおよび粒子直
径Ｄpiを出力する（２９７）。

【００４０】図６を再度参照する。フラグレジスタＡＦ
の内容が「１」（１２８回以上の遅延時間算出とメモリ
Ｍｃへの書込みおよび１２８回以上のピークピッチの算
出とメモリＭe₀，Ｍe₁への書込みを実行済）であるかを
チェックし（３０）、「１」でないと、ＣＰＵ１より再
度の演算指示が到来するのを待ち、これが到来するとま
たステップ２２〜３０を同様に実行する。このようにし
てＣＰＵ１より演算の指示がある毎に、ステップ２２〜
３０の遅延時間算出とメモリＭｃへの書込みおよびピー
クピッチの算出とメモリＭe₀，Ｍe₁への書込みを行な
う。これを一回行なうごとにレジスタＮの内容を１イン
クレメントし（３２）、レジスタＮの内容Ｎが１２８に
なると、すなわち１２８回の遅延時間算出とメモリＭｃ
への書込みおよび１２８回のピークピッチの算出とメモ
リＭe₀，Ｍe₁への書込みが終了するとき、すなわち、６
４×Ｔｓ×１２８の時間の間の、６４×Ｔｓ周期で算出
した、１２８個の遅延時間デ−タのメモリＭｃへの格納
および１２８個のピークピッチデ−タのメモリＭe₀，Ｍ
e₁への格納が終了するとき、フラグレジスタＡＦに
「１」をセットする（２６）。

【００４１】そしてフラグレジスタＡＦに「１」をセッ
トした後は、遅延時間を算出し（２７）これをメモリＭ
ｃに書込み（２８ａ，２８ｂ）、ピークピッチ分析の処
理が終了する（２９）と、メモリＭｃの全デ−タ（１２
８個）の平均値Ｔｍを算出し（３３）、この平均値Ｔｍ
とΔＬより、降下速度Ｖｍ＝ΔＬ／Ｔｍを算出する（３
４）。そして、粒子径を出力する処理を行う（３５）。

【００４２】図１０を参照して、「粒子径出力」（３
５）の内容を説明する。メモリＭe₁，メモリＭe₀に蓄積
された１２８個分のピークピッチＴｉの平均値Ｔphm₁，
Ｔphm₀を算出し（３５１）、これに対応する粒子分布ピ
ッチの平均値Ｐthm₁（=Ｔphm₁×Ｖｍ），Ｐthm₀（=Ｔph
m₀×Ｖｍ）とこれに補正を加えた粒子直径の平均値Ｄpm
₁，Ｄpm₀を求めて、これらＰthm₁，Ｐthm₀，Ｄpm₁，Ｄp
m₀と粒子の降下速度Ｖmを出力する（３５２〜３５
４）。操作・表示ボ−ド１１の表示手段に降下速度，粒
子分布ピッチおよび粒子径が更新表示される。

【００４３】粒子径出力の処理が終了するとステップ２
１に戻り、ステップ２１〜３５の処理を繰り返す。ＣＰ
Ｕ１が、６４×Ｔｓ周期で演算指示をＣＰＵ２に与える
ので、６４×Ｔｓ周期で、遅延時間の算出（２７，２８
ａ，２８ｂ）と降下速度Ｖｍ，粒子分布ピッチＰthm₁，
Ｐthm₀および粒子直径Ｄpm₁，Ｄpm₀の算出（２９，３３
〜３５）、および算出した降下速度，粒子分布ピッチお
よび粒子径の更新表示、が繰返えされる。

【００４４】上述のプローブ３を図１４に示すように、
高炉シャフト部の所要高さ位置で炉壁１４に通し、水平
方向の挿入長を調整することにより、高炉の周辺部およ
び中心部での装入物の粒子径を測定しうる。このような
測定により、例えば図１５に示すような、高炉内装入物
の粒子径分布を得ることができる。

【００４５】なお、本実施例では受光素子５の受光信号
と受光素子６の受光信号との相関判定から遅延時間Ｔｄ
を算出し、算出した遅延時間Ｔｄと所定間隔ΔＬから粒
子の降下速度Ｖｍを算出したが、これに限らず他の速度
センサを使用して求めてもよい。この場合には、本実施
例で示したように上流側および下流側に光ファイバ３
８，３９および受光素子５，６をそれぞれ設ける必要は
なく、粒子径出力用に光ファイバとその受光素子の一組
を設けることで足りる。また、粒子の降下速度が一定と
仮定できる対象においては、周期と粒子径は比例するの
で周期から粒子径の相対変化を検出することができる。

【００４６】また、本実施例では粒子径を決定する周期
を時間領域で平均化して算出したが、該周期を周波数領
域で平均化、例えば周波数演算処理機構で周波数解析を
行い平均周波数（強度が最大となる周波数）を求めても
よい。平均周波数を求めるにあたっては条件により最低
周波数や最高周波数近傍にピークがきて装入粒子径や降
下速度から推算して、例えば図１６の（ａ）に示すよう
に、妥当な周波数にピークを持たない場合も生じる。し
かし、これらはソフト処理で対処できる。例えば低周波
数にピークが検出された場合は、ハイパスフィルタをか
けたり微分して低周波成分を除去することにより、図１
６の（ｂ）に示すような、装入粒子径と良好な対応がと
れる平均周波数が求まる。

【００４７】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、検出部は投
受光の伝送のみでよいので多数の光ファイバを整然と配
置したファイバスコープと比べ検出部の小型化，低価格
化が図れる。また、光ファイバ（３８）の受光面から遠
く離れた粒子に関しては投受光量が減衰するため粒子の
重なりなどの影響は少ない。

【００４８】また画像処理のような複雑な処理は必要な
く高速演算処理が可能であり、移動層の運転上に重要な
指標となる層内の粒子径およびその分布の変化をリアル
タイムに検出できる。

【００４９】本発明の好ましい実施例によれば、受光信
号Ｉａは、装入物粒子分布ピッチの算出用および装入物
の降下速度の算出用に兼用されるので実用的である。こ
こで得られる降下速度は、粒子の流れ速度であり、高炉
内各所で細かに降下速度を測定しうる。従来の層単位の
検出にくらべて、速度変化に対する計測の遅れが実質上
なくなり、また、コ−クスと鉱石の混合層であっても、
正確に速度が検出され、信頼性が高い測定値が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例の構成概要を示すブロ
ック図である。

【図２】図１に示すプローブ３の先端面を示す拡大正
面図である。

【図３】図１に示すプローブ３の拡大縦断面図であ
り、図２のIII−III線断面を示す。

【図４】図３に示す光ファイバケ−ブル３８，３９の
拡大横断面図である。

【図５】図１に示すＣＰＵ１の処理動作を示すフロー
チャートである。

【図６】図１に示すＣＰＵ２の処理動作を示すフロー
チャートである。

【図７】図６に示す「遅延時間Ｔｄを算出」（２７）
の処理内容を示すフローチャートである。

【図８】図６に示す「ピークピッチ分析」（２９）の
処理内容を示すフローチャートである。

【図９】図８に示す「各領域ＲｉのピークピッチＴｉ
の算出」（２９５）の処理内容を示すフローチャートで
ある。

【図１０】図６に示す「粒子径出力」（３５）の処理
内容を示すフローチャートである。

【図１１】図４に示す光ファイバケ−ブル３８，３９
の反射光受光強度を示すグラフであり、（ａ）は光ファ
イバケ−ブル３８のものを、（ｂ）は光ファイバケ−ブ
ル３９のものを示す。（ｃ）は、光ファイバケ−ブル３
８，３９が受光し図１に示す受光素子５，６が電気信号
に変換した２組の受光強度デ−タの、それらを格納し
た、図１のＲＡＭ１２に割当てられたメモリＭａ，Ｍｂ
上でのデ−タ分布を示すブロック図である。

【図１２】粒子径を変化させた場合の出力強度を示す
グラフである。

【図１３】降下する粒子を示す断面図である。

【図１４】図１に示すプローブ３が挿入された高炉１
４を示す断面図である。

【図１５】図９に示すプローブ３先端位置と、測定し
た装入物粒子径の関係を示すグラフである。

【図１６】周波数と強度との関係を示すグラフであ
り、（ａ）はピークをもたない場合，（ｂ）はピークを
もつ場合を示す。

【符号の説明】

１：ＣＰＵ２：演算用ＣＰＵ３：プローブ３１：外筒３２：仕切板３３：内側空間３４：外側空間３５：保護ガラス３６：レンズ３７：レンズ３８：光ファイバケ−ブル３８ｅ：光投射用
光ファイバ３８ｒ：受光用光ファイバ３９：光ファイバ
ケ−ブル３９ｅ：光投射用光ファイバ３９ｒ：受光用光
ファイバ４：レーザ光源５：受光素子６：受光素子１４：高炉

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子群への光の投射と光ファイバを介した
粒径代表値よりも小さい径の視野での粒子群の反射光の
検出を、粒子群と光ファイバが相対的に移動する状態
で、連続もしくは所定周期で行なって反射光強度を表わ
す受光信号Ｉａを得、受光信号Ｉａのレベル変動周期Ｔを算出し、該周期Ｔと前記相対移動の速度Ｖより、粒子群中の粒子
分布ピッチＴ・Ｖを算出する、粒子分布ピッチ測定方
法。
【請求項２】以下により前記相対移動の速度Ｖを測定す
る、請求項１記載の粒子分布ピッチ測定方法：前記光の
反射点から、前記視野径より大きく粒径代表値の数十倍
以内の所定距離ΔＬ離れた位置への光の投射と光ファイ
バを介した粒径代表値よりも小さい径の視野での粒子群
の反射光の検出を連続もしくは所定周期で行なって反射
光強度を表わす第２受光信号Ｉｂを得、前記受光信号Ｉａに対する第２受光信号Ｉｂの位相差Ｔ
ｄを算出し、該位相差Ｔｄと前記所定距離ΔＬより速度
Ｖ＝ΔＬ／Ｔｄを算出する。
【請求項３】粒子群に光を投射し粒子群の反射光を粒径
代表値よりも小さい径の視野で受けるための光ファイ
バ，および、該光ファイバを支持する支持部材、を含
み、粒子群に差し込まれる測定プロ−ブ；光ファイバが
受けた反射光をその強度を表わす電気信号に変換する変
換手段；電気信号のレベル変動周期Ｔを検出する周期検
出手段；および、粒子群と測定プロ−ブの間の相対移動速度と前記周期Ｔ
より粒子分布ピッチＰ＝Ｔ・Ｖを算出する演算手段；を
備える、粒子分布ピッチ測定装置。
【請求項４】前記測定プローブは更に、前記光ファイバ
と同様に粒子群に光を投射し粒子群の反射光を装入物粒
径代表値よりも小さい径の視野で受けるための第２組の
光ファイバを有し請求項３に記載の光ファイバと第２組
の光ファイバを、粒子群に対するそれらの測定視野の距
離を所定距離ΔＬとして支持し；装置は更に、第２組の光ファイバが受けた反射光をその強度を表わす
第２電気信号に変換する第２変換手段；請求項３に記載
の電気信号に対する第２電気信号の位相差Ｔｄを検出す
る位相差検出手段；および、前記所定距離ΔＬと位相差Ｔｄより粒子と測定プロ−ブ
の間の相対移動速度Ｖ＝ΔＬ／Ｔｄを算出する速度演算
手段；を備える請求項３記載の粒子分布ピッチ測定装
置。