JP2006214609A - Antenna for microwave and microwave level meter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶鉱炉、コークス炉及び焼却炉等の内容物を高温でする装置に装着され、マイクロ波を装置内部に送信し、内容物による反射マイクロ波を検波して該内容物の堆積量を検知するマイクロ波レベル計、並びに前記マイクロ波レベル計に使用されるマイクロ波用アンテナ(以下、単に「アンテナ」ともいう)に関する。 The present invention is attached to a device that heats the contents at a high temperature, such as a blast furnace, a coke oven, and an incinerator, transmits a microwave to the inside of the device, detects a reflected microwave by the contents, and determines the accumulated amount of the contents The present invention relates to a microwave level meter to be detected, and a microwave antenna (hereinafter also simply referred to as “antenna”) used in the microwave level meter.
溶鉱炉、コークス炉、焼却炉等の炉では、炉内に水蒸気ミストやオイルミストをはじめとして各種浮遊物が存在するため、内容物の堆積量を検出するために、炉内にマイクロ波を送信し、内容物による反射マイクロ波を受信するマイクロ波レベル計が使用されている。 In furnaces such as blast furnaces, coke ovens, and incinerators, various floating substances such as water vapor mist and oil mist exist in the furnace, so microwaves are transmitted to the furnace in order to detect the amount of accumulated contents. Microwave level meters that receive reflected microwaves from the contents are used.
図7は、マイクロ波レベル計を備えた焼却炉を示す概略断面図である。図示されるように、焼却炉30では、投入されたゴミ等の燃焼物31が礫床部32に堆積しており、燃焼物31の直上には、開口部33が設けられるとともに、開口部33には、マイクロ波レベル計40が取り付けられている。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an incinerator equipped with a microwave level meter. As shown in the figure, in the
マイクロ波レベル計40は、マイクロ波送信器、マイクロ波受信器及び演算部等を備えたコントロールユニット41と、コントロールユニット41から導波管や同軸ケーブル42を介して接続されるアンテナ43とから概略構成されている。アンテナ43は、例えば、金属板を一端の開口部に向かって徐々に拡径するホーン状に加工したものであり、開口部の周縁を焼却炉30の開口部33のフランジ34にボルト締結して焼却炉30の上部に取り付けられる。
The
上述したマイクロ波レベル計40では、マイクロ波送信器からのマイクロ波Mが、アンテナ43を介して燃焼物31の上面に垂直に入射するように発射されるとともに、燃焼物31で反射されたマイクロ波Mが、アンテナ43を介してマイクロ波受信器で受信される。そして、受信されたマイクロ波Mに基づき、コントロールユニット41に設けられた演算部にて焼却物31までの距離が求められ、算出された距離に基づいて焼却物31の堆積量を推定している(例えば、特許文献1参照)。
In the
溶鉱炉、コークス炉、焼却炉等では炉内温度がかなり高くなるため、この熱によるマイクロ波送信器やマイクロ波受信器、演算部の誤作動を防ぐために、アンテナ43とコントロールユニット41とをある程度離して配置する必要があり、導波管や同軸ケーブル42は必然的に長くなる。しかし、マイクロ波レベル計40では、導波管や同軸ケーブル42が長くなると、アンテナや同軸ケーブル42のアンテナ側終端からの不要反射波による受信信号の影響が大きくなり、内容物からの反射マイクロ波を判別するのが難しくなる。また、導波管や同軸ケーブル42が長くなると、装置の大型化を招き、設置上の不具合も招く。コントロールユニット41をアンテナ43の近くに配置することも考えられなくもないが、高度の断熱、冷却構造を必要とし、多大な設備コストを要する。
In the blast furnace, coke oven, incinerator, etc., the temperature in the furnace becomes considerably high. In order to prevent malfunction of the microwave transmitter, the microwave receiver and the calculation unit due to this heat, the
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、導波管や同軸ケーブルが長くなることによる検出精度の低下を抑え、高温の内容物の堆積量を正確に検出することか可能で、しかも小型化も同時に図れ、断熱、冷却構造も簡易で設備コストの上でも有利なマイクロ波レベル計、並びに前記マイクロ波レベル計に使用されるアンテナを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and it is possible to suppress a decrease in detection accuracy due to a long waveguide or coaxial cable, and to accurately detect the accumulation amount of high-temperature contents. In addition, it is an object of the present invention to provide a microwave level meter that can be downsized at the same time, has a simple heat insulation and cooling structure, and is advantageous in terms of equipment cost, and an antenna used for the microwave level meter.
上記の目的を達成するために、本発明は以下のアンテナ及びマイクロ波レベル計を提供する。
(1)収容した内容物を高温で処理する装置に装着され、送受信面によりマイクロ波を前記装置内に送信し、前記内容物で反射された反射マイクロ波を受信するアンテナであって、
外部に配設したマイクロ波発振器からのマイクロ波を前記送受信面に導くための送受信回路のみからなるRF送受信部を、前記送受信面から離間させてハウジングに収容して前記送受信面とは反対側の背面に装着し、かつ、前記RF送受信部と前記送受信面とを最短の同軸ケーブルまたは導波管で連結したことを特徴とするマイクロ波用アンテナ。
(2)前記RF送受信部が、前記ハウジングの天井面または側面に装着されたヒートシンクにより冷却されることを特徴とする上記(1)記載のマイクロ波用アンテナ。
(3)前記ハウジングと前記背面との間に、通風用の隙間が形成されていることを特徴とする上記(1)または(2)記載のマイクロ波用アンテナ。
(4)カセグレン型であ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用アンテナ。
(5)収容した内容物を高温で処理する装置に装着され、マイクロ波を炉内に送信し、前記内容物で反射された反射マイクロ波を検波して該内容物の堆積量を検知するレベル計であって、
前記装置の底面と対向して形成された開口部に、上記(1)〜(4)の何れか1項に記載のマイクロ波用アンテナが前記送受信面を装置内部に向けて装着され、かつ、マイクロ波の送受信の制御及び受信したマイクロ波を基に前記内容物の堆積量の算出を行う制御部、並びに前記マイクロ波発振器が装置外に配設されていることを特徴とするマイクロ波レベル計。
(6)前記マイクロ波発振器が、前記RF送受信部と前記制御部との間に挿入されることを特徴とする上記(5)記載のマイクロ波レベル計。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following antenna and microwave level meter.
(1) An antenna that is attached to a device that processes the contained contents at a high temperature, transmits a microwave to the device by a transmission / reception surface, and receives a reflected microwave reflected by the content,
An RF transmission / reception unit consisting only of a transmission / reception circuit for guiding microwaves from a microwave oscillator disposed outside to the transmission / reception surface is separated from the transmission / reception surface and accommodated in a housing, and is opposite to the transmission / reception surface. A microwave antenna, wherein the microwave antenna is mounted on a back surface, and the RF transmitting / receiving unit and the transmitting / receiving surface are connected by a shortest coaxial cable or waveguide.
(2) The microwave antenna according to (1), wherein the RF transceiver is cooled by a heat sink attached to a ceiling surface or a side surface of the housing.
(3) The microwave antenna according to (1) or (2), wherein a gap for ventilation is formed between the housing and the back surface.
(4) The microwave antenna according to any one of (1) to (3) above, which is a Cassegrain type.
(5) A level that is mounted on a device that processes the contained contents at a high temperature, transmits microwaves into the furnace, detects reflected microwaves reflected by the contents, and detects the amount of the accumulated contents. A total of
The microwave antenna according to any one of the above (1) to (4) is mounted in an opening formed facing the bottom surface of the device with the transmitting / receiving surface facing the inside of the device, and A microwave level meter comprising: a control unit for controlling transmission / reception of microwaves and calculating a deposition amount of the contents based on the received microwaves; and the microwave oscillator disposed outside the apparatus. .
(6) The microwave level meter according to (5), wherein the microwave oscillator is inserted between the RF transmitting / receiving unit and the control unit.
本発明のアンテナは、送受信面の背面に、通常110℃程度の耐熱性を有する回路構成素子からなるRF送受信部のみを、好ましくは冷却手段を具備した状態で装着したため、優れた耐熱性を有し、更にRF送受信部と送受信面とを最短の同軸ケーブルまたは導波管で接続したことにより、不要反射波によるスペクトル上のノイズも無くなる。従って、このようなアンテナを装着し、熱による影響を受けやすい制御部やマイクロ波発振器を炉外に設置した本発明のマイクロ波レベル計は、高温の炉内の内容物の堆積量を正確に測定することができる。また、アンテナが小型でレベル計全体としての小型化も図られ、更には断熱、冷却構造も簡易で設備コストの上でも有利である。 The antenna according to the present invention has excellent heat resistance because only the RF transmitter / receiver composed of circuit components having heat resistance of usually about 110 ° C. is mounted on the back surface of the transmitter / receiver surface, preferably with a cooling means. Further, since the RF transmitter / receiver and the transmitter / receiver surface are connected with the shortest coaxial cable or waveguide, noise on the spectrum due to unnecessary reflected waves is eliminated. Therefore, the microwave level meter of the present invention, which is equipped with such an antenna and has a control unit and a microwave oscillator that are easily affected by heat installed outside the furnace, accurately determines the amount of accumulated contents in the high-temperature furnace. Can be measured. In addition, the antenna is small and the entire level meter can be miniaturized. Furthermore, the heat insulation and cooling structure are simple and advantageous in terms of equipment cost.
以下、図示される実施形態により本発明を説明する。
図1は、本発明のマイクロ波レベル計1及びアンテナ2の一例を示す概略断面図である。図示されるように、マイクロ波レベル計1のアンテナ2は、炉の内部30に対して凸となるように、所定の曲率で湾曲した送受信面3を有し、その曲率中心を通る仮想線O上には、フレーム4の頂部に支持されてマイクロ波の送受信端5が装着されている。マイクロ波はこの送受信端5から発射されてアンテナ装置2の送受信面3で反射された後、炉内に送られ、更に内容物で反射されたマイクロ波はアンテナ2の送受信面3で反射された後、送受信端5に導かれる。このアンテナ2は、フランジ2aをボルト締結して炉の開口部(図示せず)に取り付けられる。
The present invention will be described below with reference to illustrated embodiments.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a microwave level meter 1 and an
また、アンテナ2の送受信面3とは反対側の背面6には、後述される制御部並びにマイクロ波発振器とは分離されて、マイクロ波を送受信端5に導くためのRF送受信部11が装着される。このRF送受信部11は、アンテナ2の背面6の何れの場所に装着してもよいが、図示のように、アンテナ2の送受信面3はその周縁に向かって炉側に下降しているため、送受信面3の周縁に近い位置に装着することにより、RF送受信部11の突出が少なくなり、小型化を図ることができる。
An RF transmitter /
RF送受信部11の構成は、外部に配設されたマイクロ波発振器から発振されるマイクロ波をアンテナ2の送受信端5に導くことがでれば制限されるものではないが、例えば、図2に示すように、アイソレータ15と、方向性結合器16と、サーキュレータ17と、ミキサ18とで構成することができる。これら部品は、何れも110℃程度までの耐熱性を有しており、溶鉱炉やコークス炉、焼却炉等のレベル計用として使用された場合も、高温に十分に耐え得る。このRF送受信部11では、外部に配設されたマイクロ波発振器14から発振される所定の周波数のマイクロ波をアイソレータ15を経由して方向性結合器16に送り、方向性結合器16ではその一部をサーキュレータ17を経由してアンテナ2の送受信端5に送り、炉の内部30に向けてマイクロ波M1を送信し、残りのマイクロ波をミキサ18に送る。
The configuration of the RF transmission /
RF送受信部11を構成するこれら部品は、ハウジング10のアンテナ2からできるだけ離れた位置、例えば天板10aや側板10bに装着した基板13(ここでは天板10aに装着)に搭載される。また、基板13には、ハウジング10の外部に突出する冷却手段としてのヒートシンク12が装着されている。更に、ハウジング10とアンテナ2の背面6との間には隙間が設けられており、空気Aを流通させてハウジング10の内部をより効率的に冷却する。また、空気Aを強制的にパージすることもできる。
These components constituting the RF transmitting / receiving
また、RF送受信部11のサーキュレータ17は、最短の同軸ケーブル26によりアンテナ2の送受信端5に接続される。尚、同軸ケーブル26と送受信端5との接続端面では不要反射を起こすことがあり、ハイパスフィルタ等を付加してもよい。
Further, the
尚、マイクロ波発振器14は、減衰等を抑えるために、RF送受信部11により接近して配設するため、図示のようにRF送受信部11と後述する制御部20との間に挿入することが好ましいが、制御部20に組み込むことも可能である。
The
また、RF送受信部11には、内容物で反射されたマイクロ波M2が入射する。即ち、マイクロ波M2はアンテナ2の送受信面3で反射されて送受信端5に導かれ、サーキュレータ17を介してミキサ18に送られる。そして、ミキサ18では、送信したマイクロ波M1と、内容物で反射されたマイクロ波M2とをミキシングし、ビート信号を制御部20に送る。
In addition, the microwave M2 reflected by the contents is incident on the RF transmitter /
上記RF送受信部11は、炉外等に遠隔配置された制御部20と同軸ケーブルや電線で接続している。制御部20は、マイクロ波の送受信の制御及び受信したマイクロ波を基に内容物の堆積量の算出を行う機能を有する。制御部20の構成は、例えば図2に示すように、RF送受信部11から送られるミキシング信号を増幅器19で増幅した後、A/D変換機21にてA/D変換した後、CPU22にてビート信号をFFT処理して内容物までの距離を演算し、内容物の堆積量を表示装置23に表示する。また、制御部20はCPU22からの信号によりD/A変換器24を介してドライブ回路25によりマイクロ波発振器14のマイクロ波の発振を制御(例えば、FM/CW方式)する。
The RF transmitter /
また、図3に示すように、アンテナ2を所謂「カセグレンアンテナ」とし、同様の構成からなるRF送受信部11と、送受信端5とを導波管27で接続する構成とすることもできる。尚、導波管27を最短とするために、ここでは、アンテナ2の曲率中心を通る仮想線上にRF送受信部11を配置し、基板13はハウジング10の天板に到着してある。導波管27の一端はRF送受信部11に接続し、他端はアンテナ2から炉の内部30に所定長にわたり突出しており、その先端部には所定の間隔で反射部材28が支持部材29を介して装着されている。反射部材27は湾曲面を有し、この湾曲面を送受信面3に向けて配置される。従って、RF送受信部11から送信されたマイクロ波は、導波管27を伝搬して先ず反射部材28で反射され、この反射されたマイクロ波が送受信面3に送られて送受信面3で反射された後、炉30の内部へと送られる(符号M1)。そして、内容物で反射されたマイクロ波M2は、送受信面3で反射されて反射部材28へと送られた後、反射部材28で反射されて導波管28へと導かれ、RF送受信器11に送られる。
Further, as shown in FIG. 3, the
更に、図4に示すようなホーンアンテナ50に、上記と同様にRF送受信部11のみを装着し、同軸ケーブル26で接続する構成とすることもできる。尚、ホーンアンテナ50では、マイクロ波の送受信端部は、ホーンの根元部分となる。
Furthermore, the
このように構成される本発明のマイクロ波レベル計1及びアンテナ2は、同軸ケーブル26や導波管27を最短にでき、ケーブル長または管長に由来する不要反射波によるビート信号を大幅に低減し、より正確な内容物の堆積量を検知することが可能になる。具体的には、図5にRF送受信部11、マイクロ波発振器14及び制御部20を一体化したユニットをアンテナ2から離して配置したマイクロ波レベル計を用いてコークス炉中の石炭堆積量を測定した結果を示すが、石炭の堆積量を示すビークが他のピークに埋もれて判別不能となっている。これに対して、本発明に従いアンテナ2の背面6にRF送受信部11を装着し、マイクロ波発振器14及び制御部20を炉外に配設したマイクロ波レベル計を用いて測定すると、図6に示すように、石炭の堆積量を示すピークが明確に現われている。
The microwave level meter 1 and the
1 マイクロ波レベル計
2 アンテナ
5 送受信端
11 RF送受信部
12 ヒートシンク
13 基板
14 マイクロ波発振器
20 制御部
26 同軸ケーブル
27 導波管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
外部に配設したマイクロ波発振器からのマイクロ波を前記送受信面に導くための送受信回路のみからなるRF送受信部を、前記送受信面から離間させてハウジングに収容して前記送受信面とは反対側の背面に装着し、かつ、前記RF送受信部と前記送受信面とを最短の同軸ケーブルまたは導波管で連結したことを特徴とするマイクロ波用アンテナ。 An antenna that is attached to a device that processes the contained contents at a high temperature, transmits a microwave to the device by a transmission / reception surface, and receives a reflected microwave reflected by the content,
An RF transmission / reception unit consisting only of a transmission / reception circuit for guiding microwaves from a microwave oscillator disposed outside to the transmission / reception surface is separated from the transmission / reception surface and accommodated in a housing, and is opposite to the transmission / reception surface. A microwave antenna, wherein the microwave antenna is mounted on a back surface, and the RF transmitting / receiving unit and the transmitting / receiving surface are connected by a shortest coaxial cable or waveguide.
前記装置の底面と対向して形成された開口部に、請求項1〜4の何れか1項に記載のマイクロ波用アンテナが前記送受信面を装置内部に向けて装着され、かつ、マイクロ波の送受信の制御及び受信したマイクロ波を基に前記内容物の堆積量の算出を行う制御部、並びに前記マイクロ波発振器が装置外に配設されていることを特徴とするマイクロ波レベル計。 This is a level meter that is installed in a device that processes the contained contents at a high temperature, transmits microwaves into the furnace, detects the reflected microwaves reflected by the contents, and detects the amount of accumulated contents. And
The microwave antenna according to any one of claims 1 to 4 is mounted in an opening formed facing the bottom surface of the device with the transmitting / receiving surface facing the inside of the device, and A microwave level meter comprising: a control unit that performs transmission / reception control and calculation of an accumulation amount of the contents based on a received microwave; and the microwave oscillator is disposed outside the apparatus.
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