JPS62177467A - マイクロ波測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、高炉内の原料や転炉内の溶鋼のように高温
高松じんの環境下におけるレベルを測定する装置に関す
る。

し従来技術とその問題点］ 距離を測定する装置としてＦＭ（周波数変調）波を用い
たレーダー装置がある。

ＦＭ波を目標とする対象物に対して送信し、この対象物
からの反射波を受信すると、この受信波は、送信波に対
して対象物までの往復に要する時間に対応してその周波
数がずれる。従って、この受信波と送信波との一部を混
合検波すると前記周波数のずれに対応した周波数のうな
り信号（ビート波）が生じるので、このビート波の波数
を計数することによって対象物までの距離を算出してい
る。

測定距離をｄとし、上記ヒート波の変調周期当たりの波
数をＮとすると、 ｄ＝Ｎ−ｃ／４ΔＦ なる関係式が成り立つ。ただしＣは光速、ΔＦは送信波
の周波数変調幅である。

ところで、この式から明らかなように、ＦＭレーダーの
出力信号は、周波数変調幅ΔＦに反比例するため、発信
器が温度変化の影響を受け、変調幅ΔＦがドリフトした
場合には測定距離に無視できない誤差を生じてしまう。

特に、高炉や転炉等の高温炉にこの測定装置を適用した
場合、この測定誤差は致命的なものになってしまう。

上記測定誤差の補正のために、従来は第３図に示すよう
な装置を用いていた。

ｌはマイクロ波発振器であり、２はマイクロ波発振器ｌ
用の電源であり、３はマイクロ波を周波数変調させるた
めの変調信号発生器である。４はマイクロ波切り替え器
であり、この切り替え器４により、マイクロ波発振器ｌ
からのマイクロ波は、測定時には溶鋼５上に設けられた
送信アンテナ６に導かれ、校正時には校正用反射板７か
ら所定の距離を隔てて設けられた校正用送信アンテナ８
に導かれる。９は、溶ｊ１４５によって反射した送信ア
ンテナ６からのマイク〔Ｊ波を受信づ′るアンテナであ
り、ｌＯは校正用反射板７によって反射した校正用送信
アンテナ８からのマイクロ波を受信ずろ校正用受信アン
テナである。１１は、マイクロ波切り替え器であり、切
り替えによって、測定時には受信アンテナ９からの受信
信号を、一方、校正時には校正用受信アンテナ１０から
の受信信号をミキサー１２に供給する。

１３はマイクロ波発振器ｌからの出力回路と結合した方
向性結合器であり、この方向性結合器１３によって得ら
れたマイクロ波は前記ミキサー１２に供給される。１４
は方向性結合器Ｉ３の他端側に設けられた無反射終端で
ある。ミキサー１２によって、受信アンテナ９あるいは
校正用受信アンテナ１０からの受信信号とマイクロ波発
振器ｌ、からのマイクロ波の一部とがミキシングされ、
このミキシング信号は増幅器ＩＯによって増幅されたの
ちカウンタ１５に入力される。このカウンタ１５には前
記変調信号発生器３からの変調信号も入力されている。

１６はカウンタ１５用のクロック発信器である。１７は
、カウンタ１５からのカウント値を演算処理する演算回
路であり、Ｉ８は演算回路１７からの出力側に設けられ
たフィルタである。１９は、前記マイクロ波切り替え器
４゜１１を制御する制御部である。

次に、上記構成からなる装置の動作を簡単に説明する。

まず、制御部１９により、マイクロ波切り替え器４．１
１が測定側に替えられる。これにより、マイクロ波発振
器１からのマイクロ波は送信アンテナ６に導かれ、溶鋼
５に対して送信され・る。この溶鋼５によって反射した
マイクロ波は受信アンテナ９によって受信される。従っ
てミキサー１２には、受信した反射波とマイクロ波発振
器Ｉからのマイクロ波が方向性結合ＷＳＩ３を介して入
力されるが、前記反射波は、マイクロ波発振器ｌからの
信号と比較して、送信アンテナ６から溶鋼５の而を介し
て受信アンテナ９に至る経路長Ｑの分だけ時間的にずれ
ているので、ミキサー１２において前記経路長σに対応
した周波数のビート信号が生じ、このビー］・信号はカ
ウンタ１５にて計数され、このカウンタ値をＸとする。

次に、制御部１９により、マイクロ波切り替えＷ４．１
＋が校正側に替えられる。これにより、マイクロ波発振
器ｌからのマイクロ波は校正用送信アンテナ８に導かれ
、校正用反射板７に対して送信される。この反射板７に
よって反射したマイクロ波は校正用受信アンテナＩＯに
よって受信される。従って、反射波は、マイクロ波発振
器ｌからの信号と比較して、校正用送信アンテナ８から
反射板７を介して受信アンテナ１０に至る経路長しの分
だけ時間的にずれている。このとき生じたビート信号か
ら得られたカウント値をＹとする。

前記経路長しは予め設定した値であるので、これにより
、 ９＝Ｌ・（Ｘ／Ｙ）の関係があり、これにより、溶鋼５
のレベルを知ることができる。

このように校正系を別途設けることにより、溶鋼レベル
を正確に測定することができるが、このためには、測定
装置が；夏雑化するとともに大型化して、工業用計器と
して設備化するのが困難であった。

［発明の目的］ この発明は上述した問題点をなくすためになされたもの
であり、温度補正回路を設け、校正系を不要とすること
により、構成を簡素化したマイクロ波測距装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ この発明のマイクロ波測距装置は、周波数変調されたマ
イクロ波をアンテナから被測定面に対して送信し、受信
アンテナにより受信した被測定面からの反射波と、前記
送信波の一部とを混合することにより得られたビート信
号から前記被測定面までの距離を測定する測距装置にお
いて、バイアス電圧に基づいて所定の帯域幅で周波数変
調したマイクロ波を出力するマイクロ波出力手段と、前
記マイクロ波出力手段の温度あるいは前記マイクロ波出
力手段におけるマイクロ波発振手段の温度を検知する温
度検知手段と、予め測定により得られた前記マイクロ波
出力手段の温度依存特性に基づいて前記マイクロ波出力
手段からの温度変化による変シ１−１帯域幅の変動を補
正するように、前記バイアスを補正ずろバイアス電圧補
正手段とを備えたことを特徴とする。

［実施例］ 第１図はこの発明のマイクロ波測距装置の１実施例にお
けるブロック図を示している。

２１はマイクロ波発振器であり、２２は変調バイアス回
路であり、この変調バイアス回路２２の出力電圧に応じ
て前記マイクロ波発振器ｌを周波数変調させる。２３は
分波器であり、マイクロ波発振器２Ｉからのマイクロ波
を送信アンテナ２４と混合分波器２５とに供給する。２
６は距離が測定される検出対象物であり、２７は、検出
対象物２６によって反射した送信アンテナ２４からの反
射マイクロ波を受信するアンテナであり、受信した信号
は前記混合分波器２５に人力される。この分波器２５に
おいて、受信アンテナ２７からの受信信号と、分波器２
３を介したマイクロ波発振器２１からのマイクロ波とが
混合される。２８は、信号の混合により生じたく一ト信
号の周波数を計数するカウンタであり、２９は、カウン
タ２８によるカウント値を処理するための演算処理系で
ある。

３０はｉｉＩ記マイクロ波発振器２１の動作温度を検出
するために、発振器２１の筐体側壁に取り付けられた温
度検出センサである。３Ｉは温度検知センサ３０からの
検知信号を検出温度に対応した電圧として出力する変換
回路であり、３２は、前記変調バイアス回路２２の出力
電圧を温度補正するために、変調バイアス回路２２のバ
イアス電圧を出力するバイアス電圧演算回路であり、変
換回路３１からの出力電圧に対応して所定のバイアス電
圧を作成する。

次に、バイアス電圧演算回路３２について詳述する。

第２図は上記マイクロ波発振器２■において、２４ＧＩ
４ｚ帯ガン発振器を用いた場合の発振周波数の温度依存
特性を示していて、約５ＭＨ２／℃と大きな温度依存が
あることがわかる。この図より、例えば、温度Ｔ＝２７
°Ｃにおいて、ＦＭバイアス電圧をＶ、から■２まで走
査した場合、発振器の変調帯域は２４．１０〜２４．１
５ＧＩ−Ｉｚであり、変調幅ΔＦは５０Ｍｌ−１ｚであ
るが、ここで温度′ｒが３９℃まで上昇したとすると、
変調帯域はＦ。

〜Ｆ、となり、その帯域幅ΔＦは約４５ＭＨｚとなる。

この場合、バイアス電圧の補正方法としては、次の二通
りの方法が可能である。第１の方法は、前記バイアス電
圧の最小電圧ＶＩは補正せず、最大電圧■２のみを補正
して、変調帯域幅ΔＦを５０　Ｍ　ｔ（ｚに保持する方
法であり、第２の方法は、前記変調帯域２４．１０〜２
４．１５ＣＩ４ｚを保つために、温度依存特性に従って
前記電圧Ｖ、、Ｖ２の両者を電圧Ｖ、、Ｖ、に変更し、
変調幅ΔＦのみならず変調帯域まで一定に保持する方法
である。

曲者の補正方法は簡便なので、ビート波のＳ／Ｎ比が良
く、ミスマツチが誤差要因とならない場合には有効な方
法であり、一方、後者の方法は、周波数ドリフトによる
マイクロ波回路内のミスマッヂ反射をも抑制することか
できるので前者の補正方法と比へてより高い精度が得ら
れる。この発明では少なくとら変調幅ΔＦを一定に保つ
ようにしている。

バイアス電圧演算回路３２には、上述したような関係に
従ってバイアス電圧を変更することができるように、実
際の測定により得られた発振周波数対バイアス電圧の温
度特性の関係が予め記憶されていて、この記憶データに
従って所望のバイアス電圧を出力するようになっている
。

以下に上記構成の装置の動作について説明する。

変調バイアス回路２２からのバイアス電圧に基づいて、
マイクロ波発振器２１は所定の変調幅ΔＦでマイクロ波
を出力する。このマイクロ波は分波器２３を介して送信
アンテナ２４から対象物２６に対して送信される。対象
物２６によって反射したマイクロ波は受信アンテナ２７
により受信され、混合分波器２５に入力される。この混
合分波器２５には分波器２３を介してマイクロ波発振３
２１からのマイクロ波も入力されているが、前記反射波
はマイク［２波発振器１からのマイクロ波が方向性結合
２３１３を介して人力されるが、前記反射波は、マイク
ロ波発振器２１からの信号と比較して、送信アンテナ２
４から対象物２６を反射して受信アンテナ２７に至る経
路長、の分だけ時間的にずれている。従って、混合分波
器２５において前記経路長に対応した周波数のビート信
号が生じ、このビート信号はカウンタ２８にて計数され
、このカウンタ値は演算処理系２９によって、送信アン
テナから対象物２６までの距離を表わす信号として出力
される。

いま、雰囲気により、マイクロ波発振器２１の動作温度
が変化して変調幅がΔＦ°になったとする。このとき、
温度変化は温度検知センナ３０によって検知され、変換
回路３１から検知温度に対応した信号がバイアス電圧演
算回路３２に入力される。これにより、既述したように
、マイクロ波発振器２１から少なくとも変調幅がΔＦと
なるように、変調バイアス回路２２に対してバイアス電
圧演算回路３２から所定のバイアス電圧が送出される。

この結果、マイクロ波発振器２１からの変調幅はΔＦ°
からΔＦに回復するので、前述した分波器２３以降の測
定系における温度変化による測定誤差を排除することが
できる。

上述したように、マイクロ波発振器２１における素子固
有に起因する温度ドリフトを補正する方法を採用してい
るので、発振素子として、ガンダイオード等の比較的温
度係数の大きい半導体素子を使用することができ、これ
により、装置を小型軽量に構成することが可能となる。

尚、上記実施例では、マイクロ波発振器２１の筐体温度
を測定したが、マイクロ波発振器２１に内蔵して、マイ
クロ波発振素子部を直接温度測定ずろようにしてもよい
。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、温度補正によってマ
イクロ波発振手段からの変調幅を安定させるようにした
ので、マイクロ波発振手段として、ガンダイオード等の
比較的温度係数の大きい半導体素子を使用することがで
き、これにより、装置を小型軽量に構成ずろことが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のマイクロ波測距装置におけるｌ実施
例を示すブロック図、第２図はバイアス電圧対発振周波
数の温度依存特性を示す図、第３図は従来のマイクロ波
測距装置のブロック図である。 ２１・・・マイクロ波発振器、２乏・・・変調バイアス
回路、２３・・・分波器、２４・・・送信アンテナ、２
５・・・混合分波器、２６・・・対象物、２７・・・受
信アンテナ、２８・・・カウンタ、２９・・・演算処理
系、３０・・・温度検知センサ、３１・・・変換回路、
３２・・・バイアス電圧演算回路。 特許出願人　　　株式会社神戸製鋼所 代理人　弁理士　前出　葆　　外２名 第１　図 第２図 ＦＭバイアス電灰　（Ｖ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）周波数変調されたマイクロ波をアンテナから被測
   定面に対して送信し、受信アンテナにより受信した被測
   定面からの反射波と、前記送信波の一部とを混合するこ
   とにより得られたビート信号から前記被測定面までの距
   離を測定する測距装置において、バイアス電圧に基づい
   て所定の帯域幅で周波数変調したマイクロ波を出力する
   マイクロ波出力手段と、前記マイクロ波出力手段の温度
   あるいは前記マイクロ波出力手段におけるマイクロ波発
   振手段の温度を検知する温度検知手段と、予め測定によ
   り得られた前記マイクロ波出力手段の温度依存特性に基
   づいて前記マイクロ波出力手段からの温度変化による変
   調帯域幅の変動を補正するように、前記バイアスを補正
   するバイアス電圧補正手段とを備えたことを特徴とする
   マイクロ波測距装置。