JP2003315037A - 高煤塵雰囲気における非接触距離計 - Google Patents

高煤塵雰囲気における非接触距離計

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JP2003315037A
JP2003315037A JP2002122468A JP2002122468A JP2003315037A JP 2003315037 A JP2003315037 A JP 2003315037A JP 2002122468 A JP2002122468 A JP 2002122468A JP 2002122468 A JP2002122468 A JP 2002122468A JP 2003315037 A JP2003315037 A JP 2003315037A
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laser
light beam
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Akira Noma
野間  彰
Keita Inoue
敬太 井上
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高煤塵雰囲気の炉底に滞留している高温物体
の表面までの距離を計測することの可能な非接触距離計
を提供する。 【解決手段】 レーザー31は煤塵の平均粒径2μm以
上の波長の光線を炉底に滞留する高温物体の表面に向け
て発振する。レーザー光線は高温物体表面で反射され、
光電素子アレイ32を照射する。レーザー光線による照
射位置を検出することにより高温物体表面までの距離を
非接触で測定することができる。又レーザー光の波長は
煤塵の粒径より大であるので、煤塵により散乱されるこ
とはなく、確実に距離が測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高煤塵雰囲気におけ
る非接触距離計に係り、特に、高煤塵雰囲気の炉底に滞
留又は炉側壁に堆積している高温物体の表面までの距離
を計測することの可能な非接触距離計に関する。
【0002】
【従来の技術】灰溶融プラズマアーク炉においては、炉
内が高温雰囲気であるだけでなく炉底に滞留する溶融物
も高温である。
【0003】灰溶融プラズマアーク炉では溶融物はオー
バーフロー口から外部に排出されるが、出滓口の閉塞な
どによって液面が上昇するとその後、大量出滓となるた
め、高温溶融物を安全に取り出すには溶融物液面を正確
に検出することが必要となる。
【0004】従来非接触で計測可能な液面計としては、
レーザー距離計を使用することが一般的であった。
【0005】図1はレーザー距離計の原理図であって、
レーザー距離計1はレーザー11とCCDアレイ12か
ら構成されている。
【0006】即ちレーザー11から発振されたレーザー
光は液面で反射され、CCDアレイ12の表面に到達す
る。
【0007】液面が低い(レーザー距離計と液面の距離
が長い)場合(イ)はレーザー光はCCD12のa点に
到達し、液面が高い(レーザー距離計と液面の距離が短
い)場合(ロ)はレーザー光はCCD12のb点に到達
する。
【0008】従って、CCDアレイ12で検出されるレ
ーザー光の位置を検出することによって液面を計測する
ことが可能となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
に使用されているレーザーが発振するレーザー光の波長
は670ナノメートル程度であるため、灰溶融プラズマ
アーク炉内に充満する高温の煤塵によりレーザー光が散
乱され液面に到達するレーザー光の光量は微量となるの
で、正確な液面を計測することは困難であった。
【0010】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、高煤塵雰囲気の炉底に滞留している高温物体の表
面までの距離を計測することの可能な非接触距離計を提
供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】第一の発明に係る高煤塵
雰囲気における非接触距離計は、距離測定対象表面に対
して90度未満の角度をなして波長が2マイクロメート
ルより長い光線を発振するレーザーと、レーザーから発
振され距離測定対象表面で反射された反射光線を受光す
る光電素子アレイと、光電素子アレイ上の反射光線によ
る照射位置に基づいて距離測定対象表面までの距離を検
出する検出部を具備する。
【0012】本発明にあっては、レーザーが発振する光
線の波長は2マイクロメートルより大きいのでレーザー
光線及び反射光線は煤塵により散乱されることはなく確
実に煤塵中を伝播する。
【0013】第二の発明に係る高煤塵雰囲気における非
接触距離計は、レーザーの発振する光線の波長が5マイ
クロメートル以上である。
【0014】本発明にあっては、レーザーが発振する光
線の波長は5マイクロメートル以上であるのでレーザー
光線及び反射光線は煤塵により散乱されることはなく確
実に煤塵中を伝播するだけでなく、炉中のガスによって
吸収されることもない。
【0015】第三の発明に係る高煤塵雰囲気における非
接触距離計は、光電素子アレイの受光面にレーザーの発
振する光線の波長帯域の光線を透過するバンドパスフィ
ルタを具備する。
【0016】本発明にあっては、距離測定対象が発振す
る光線はバンドパスフィルタによって遮断される。
【0017】第四の発明に係る高煤塵雰囲気における非
接触距離計は、レーザーが光線をパルス状に発振するパ
ルスレーザーであり、検出部がパルスレーザーの発振周
期に同期して距離測定対象表面までの距離を検出する。
【0018】本発明にあっては、レーザーからパルス光
線が発振されたときだけ距離が測定される。
【0019】第五の発明に係る高煤塵雰囲気における非
接触距離計は、レーザーが発振光線の波長が周期的に変
化する波長変化レーザーであり、検出部が波長変化レー
ザーから発振される光線の波長の周期的変化に同期した
光線を検出する同期検出器である。
【0020】本発明にあっては、レーザー光線が周波数
変調され、変調光によって距離が測定される。
【0021】
【発明の実施の形態】図2は本発明に係る高煤塵雰囲気
における非接触距離計がスラグ液面計あるいは耐火物厚
さ計として適用される灰溶融炉の垂直断面図である。
【0022】炉2には炉上部に設置された灰ホッパ20
1からスクリュー202によって灰が供給される。灰は
炉頂から炉内に挿入された負電極203と炉底から炉内
に挿入された正電極204間に直流電力を供給してプラ
ズマからの伝熱及びスラグ中を流れる電流によるジュー
ル発熱によって溶融スラグとなる。
【0023】溶融された灰は金属成分205とスラグ2
06に分離し、比重の大きい金属成分は炉底部に沈殿
し、スラグは金属成分の上に滞留する。滞留量が増加す
るとスラグはオーバーフロー口207から流出して回収
される。
【0024】炉2の下部は耐火レンガ208及びスタン
プ材209で、上部はキャスタブル210で熱遮蔽さ
れ、さらにスタンプ材209及びキャスタブル210の
外側に設置された水ジャケット211により水冷され
る。
【0025】本発明に係る非接触距離計3は炉頂部に埋
め込まれて(貫通して)設置されており、スラグ液面計
として使用する場合にはスラグ液面を、耐火物厚さ計と
して使用する場合にはスラグ液面と接触している耐火物
を視野に含む。
【0026】図3は本発明に係る非接触距離計の詳細構
成図であって、スラグ液面計として使用する場合を示
す。
【0027】即ち、レーザー31はスラグ表面に対して
所定の角度θをなしてレーザー光線を発振する。レーザ
ー光線はスラグ表面で反射され、CCDアレイ32を照
射する。
【0028】スラグ液面が(1)から(2)に上昇する
とCCDアレイ32上の照射位置が変化する。そして、
この照射位置と炉底・距離計間の距離に基づいてスラグ
液位を計測することが可能となる。
【0029】即ち、本発明に係る非接触距離計で計測さ
れた炉底・距離計間の距離をL0、液面(1)までの距
離をL1、そして液面(2)までの距離をL2とすれば、 液面(1)の液位ΔL1=L0−L1 液面(2)の液位ΔL2=L0−L2 として液位を求めることができる。
【0030】そして、本発明に係る非接触距離計に適用
されるレーザー31の発振光線の波長は以下のように選
択される。
【0031】図4は灰溶融炉内のスラグの発振する光線
の波長とその透過率の関係を示すグラフであって、横軸
に波長を、縦軸に透過率をとる。
【0032】即ち、スラグの発振する光線の波長が1マ
イクロメートル以下の領域においては、透過率は略零で
あるがこれは光線の波長がスラグ上部の空間に存在する
煤塵の粒径以下であり、ほとんどの光線が煤塵により散
乱されてしまい炉頂まで透過しないことを示している。
即ち、従来のように670ナノメートルの波長の光線を
発振するレーザーを使用した場合にはレーザー光線から
発振されたレーザー光線及びスラグ表面で反射されたレ
ーザー光線はほとんど煤塵により拡散されてしまい炉頂
からスラグ表面までの距離を正確に計測できない。
【0033】光線の波長が1マイクロメートル以上とな
ると、波長が煤塵粒径に近づき、散乱される割合が低下
するため透過率は上昇する。
【0034】灰溶融炉にあっては煤塵の粒径は2マイク
ロメートルを中心に分布しているため、2マイクロメー
トル近傍では再び透過率は悪化する。また、灰溶融炉内
に存在するガス(一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気等)
の吸収帯域が4.7マイクロメートル近傍に存在するた
め、この帯域でも透過率は悪化する。
【0035】従って、高煤塵雰囲気下で高温のスラグ表
面までの距離を非接触で計測するためには、波長が2マ
イクロメートルより長い、好ましくは波長5マイクロメ
ートル以上の波長のレーザーを使用することが必要とな
る。
【0036】また、スラグも広範囲の波長の輻射光線を
発振しており、CCDアレイ32に対してはバックグラ
ンドノイズとして作用する。そこで、バックグランドノ
イズの影響を除くために、CCDアレイ32の前面にレ
ーザー31の発振するレーザー光だけを透過するバンド
パスフィルタ34を設置することが有効である。
【0037】バックグランドノイズの影響をさらに取り
除くためには、レーザー光線をパルス状に発振し、発振
タイミングでCCDアレイ32をアクティブとすること
が有効である。
【0038】またレーザー31として半導体レーザーを
使用することが普通であるが、半導体レーザーは発振波
長を容易に変更することが可能であるので、レーザー3
1から、例えば中心周波数を正弦波で周波数変調したレ
ーザー光線を発振し、検出器33としてロックイン増幅
器とすることによりバンドパスフィルタ34及びパルス
状発振を適用することなくバックグランドノイズを除去
することが可能となる。
【0039】上記実施例は非接触距離計をスラグ液面計
として使用する場合について説明したが、レーザー光線
をスラグ液面と接触する耐火レンガ208に向けて発振
することにより、耐火レンガ208のスラグによる浸食
深さ計測装置、即ち耐火レンガの厚さ計として使用する
ことも可能である。
【0040】また、本発明に係る非接触距離計をごみ焼
却炉のストーカ上に堆積するごみの厚さ計測計に適用す
ることも可能である。
【0041】
【発明の効果】第一の発明に係る高煤塵雰囲気における
非接触距離計によれば、レーザーが発振する光線及び距
離測定対象により反射された反射光が煤塵により散乱さ
れないので距離測定対象表面までの距離を確実に測定す
ることができる。
【0042】第二の発明に係る高煤塵雰囲気における非
接触距離計によれば、レーザーが発振する光線及び距離
測定対象により反射された反射光は炉中のガスにより吸
収されないので距離測定対象表面までの距離を確実に測
定することができる。
【0043】第三から五の発明に係る高煤塵雰囲気にお
ける非接触距離計によれば、距離測定対象から発振され
る光線の影響を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】レーザー距離計の原理図である。
【図2】本発明に係る高煤塵雰囲気における非接触距離
計が適用される灰溶融炉の垂直断面図である。
【図3】本発明に係る高煤塵雰囲気における非接触距離
計の詳細構成図である。
【図4】スラグの発振する光線の波長とその透過率の関
係を示すグラフである。
【符号の説明】
3…非接触距離計 31…レーザー 32…光電素子アレイ 33…検出器 34…バンドパスフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01B 11/00 G01B 11/00 B Fターム(参考) 2F065 AA02 AA06 AA30 BB15 CC39 DD05 FF09 GG04 GG08 HH12 HH13 JJ08 JJ09 JJ26 LL26 2F112 AA08 BA06 CA12 DA19 DA25 EA03 4K056 AA05 FA11 FA17 FA19

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 距離測定対象表面に対して90度未満の
    角度をなして波長が2マイクロメートルより長い光線を
    発振するレーザーと、 前記レーザーから発振され、距離測定対象表面で反射さ
    れた反射光線を受光する光電素子アレイと、 前記光電素子アレイ上の前記反射光線による照射位置に
    基づいて距離測定対象表面までの距離を検出する検出部
    を具備する高煤塵雰囲気における非接触距離計。
  2. 【請求項2】 前記レーザーの発振する光線の波長が、
    5マイクロメートル以上である請求項1に記載の高煤塵
    雰囲気における非接触距離計。
  3. 【請求項3】 前記光電素子アレイの受光面に、前記レ
    ーザーの発振する光線の波長帯域の光線を透過するバン
    ドパスフィルタを具備する請求項1又は2に記載の高煤
    塵雰囲気における非接触距離計。
  4. 【請求項4】 前記レーザーが、光線をパルス状に発振
    するパルスレーザーであり、 前記検出部が、前記パルスレーザーの発振周期に同期し
    て距離測定対象表面までの距離を検出する請求項1から
    3のいずれか一項に記載の高煤塵雰囲気における非接触
    距離計。
  5. 【請求項5】 前記レーザーが、発振光線の波長が周期
    的に変化する波長変化レーザーであり、 前記検出部が、前記波長変化レーザーから発振される光
    線の波長の周期的変化に同期した光線を検出する同期検
    出器である請求項1から3のいずれか一項に記載の高煤
    塵雰囲気における非接触距離計。
  6. 【請求項6】 前記レーザーから発振される光線を灰溶
    融炉のスラグ液面に向けて発振することにより、スラグ
    液位計として使用される請求項1から5のいずれか一項
    に記載の高煤塵雰囲気における非接触距離計。
  7. 【請求項7】 前記レーザーから発振される光線を灰溶
    融炉のスラグ液面と接触する耐火物に向けて発振するこ
    とにより、灰溶融炉の耐火物厚さ計として使用される請
    求項1から5のいずれか一項に記載の高煤塵雰囲気にお
    ける非接触距離計。
  8. 【請求項8】 前記レーザーから発振される光線をごみ
    焼却炉のごみ表面に向けて発振することにより、ごみ厚
    さ計として使用される請求項1から5のいずれか一項に
    記載の高煤塵雰囲気における非接触距離計。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ303909B6 (cs) * 2011-10-03 2013-06-19 Ústav prístrojové techniky Akademie ved CR, v.v.i. Zpusob zjistování rozmerových a tvarových odchylek mechanických soucástí a zarízení pro provádení tohoto zpusobu
CN105158873A (zh) * 2015-08-31 2015-12-16 武汉宇虹环保产业发展有限公司 一种高温密封反射镜装置
US9739547B2 (en) 2012-12-05 2017-08-22 Valmet Technologies Oy Arrangement in a thermal process, and a method for measuring the thickness of a contamination layer
CN107884038A (zh) * 2017-12-28 2018-04-06 湖北启宏热工设备有限公司 一种液位检测装置
JP2023511902A (ja) * 2020-01-21 2023-03-23 フリースタイル パートナーズ エルエルシー 距離計測システムを備える携帯紫外線照射装置

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Effective date: 20050705