JP2014095552A - Position measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置測定システムに関するものである。 The present invention relates to a position measurement system.
金属壁で覆われた金属遮蔽空間において、高温条件下、かつ、炭や砂が浮遊している場所で、固体状物質を移動させる改質炭キルン炉や流動炉などの製品群がある。しかし、固体状物質の移動などの挙動について、シミュレーション精度の検証が不十分な場合があり、改質炭キルン炉や流動炉などの性能向上やスケールアップを経験や実験に依存している。そのため、実験実施による開発費用の増加や開発期間の長期化が懸念される。 In a metal shielding space covered with a metal wall, there is a product group such as a reformed coal kiln furnace or a fluidized furnace that moves a solid substance under a high temperature condition and in a place where charcoal or sand floats. However, there is a case where the verification of the simulation accuracy is insufficient for the behavior such as the movement of the solid substance, and the performance improvement and the scale-up of the modified coal kiln furnace, the fluidized furnace, etc. depend on experience and experiment. For this reason, there are concerns about an increase in development costs and a prolonged development period due to the implementation of experiments.
特許文献1では、地中探査装置の発明であって、地中に存在する物質の種類、3次元的位置及び量を特定するため、大地に高周波電流を通流することによって出現する高周波電圧の多点計測を行う技術が開示されている。
In
シミュレーション精度の検証を行う場合、実際の金属遮蔽空間において、高温条件下、かつ、炭や砂が浮遊している場所での固体状物質の移動状況を測定(モニタリング)できることが望ましいが、このような場所での固体状物質の移動を測定する技術がない。 When verifying the simulation accuracy, it is desirable to be able to measure (monitor) the movement of solid substances in a real metal shielded space under high-temperature conditions and where charcoal or sand is floating. There is no technique for measuring the movement of solid substances at various locations.
ある空間での固体状物質の移動状況を確認する技術としては、電波や音波などを利用し対象物質の挙動を検知する方法があるが、金属遮蔽空間において、高温条件下、かつ、炭や砂が浮遊している場所での適用実績は報告されていない。
この理由の一つとしては、電波を使用して対象物質の位置を検知しようとすると、電波の経路となる空間に炭や砂が存在し、電波が減衰するため、受信機側で電波を受信できなくなり、検知不能となることが挙げられる。
なお、電波の減衰量は、その影響を及ぼす物質の誘電率やtanδ(誘電正接)、透磁率の値などによって変化することが知られている。また、それらの物質が空気と混合する場合、その比率によっても影響を受ける。
As a technology for confirming the movement of solid substances in a certain space, there is a method of detecting the behavior of the target substance using radio waves or sound waves. No application results have been reported in places where is floating.
One reason for this is that when the position of a target substance is detected using radio waves, charcoal and sand exist in the space that is the path of the radio waves, and the radio waves are attenuated. It becomes impossible to detect and becomes undetectable.
It is known that the attenuation of radio waves varies depending on the dielectric constant, tan δ (dielectric loss tangent), permeability value, etc. of the substance that affects the radio wave. Also, when these substances mix with air, they are also affected by their ratio.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、金属遮蔽空間内部における対象物の位置を正確に取得することが可能な位置測定システムを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the position measuring system which can acquire the position of the target object inside a metal shielding space correctly.
上記課題を解決するために、本発明の位置測定システムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る位置測定システムは、UWBの周波数を有するパルス波の電波を塵芥、砂又は炭が存在する金属遮蔽空間内へ送信する送信部と、前記金属遮蔽空間内を移動し、前記送信部から送信された前記電波を反射する対象物と、前記対象物で反射した前記電波を受信する受信部とを備え、前記対象物は、再帰性反射が可能な形状を有する複数のコーナーリフレクタが外部側に面して設けられる。
In order to solve the above problems, the position measurement system of the present invention employs the following means.
That is, the position measurement system according to the present invention moves a pulse wave having a UWB frequency into a metal shielded space where dust, sand or charcoal exists, and moves in the metal shielded space, A plurality of corner reflectors having an object that reflects the radio wave transmitted from the transmission unit and a reception unit that receives the radio wave reflected by the object, the object having a shape capable of retroreflection Is provided facing the outside.
この発明によれば、砂又は炭が存在する金属遮蔽空間内において、UWB(超広帯域無線)の周波数を有する電波が送信部から対象物へ送信され、対象物で反射して、受信部で受信されるところ、電波がUWBの周波数を有するため、金属遮蔽空間でも金属壁の影響がなく、対象物が壁面から離れていることを認識できる。また、電波がUWBの周波数を有するため、塵芥、砂又は炭が存在する空間でも電波の減衰がないため、対象物を検知できる。さらに、対象物の表面がコーナーリフレクタによって覆われていることから、送信部から送信された電波を同一方向に反射することができ、受信部を送信部と同一又は近傍に設置することができる。 According to the present invention, in a metal shielding space where sand or charcoal exists, a radio wave having a UWB (ultra-wide band radio) frequency is transmitted from the transmission unit to the target, reflected by the target, and received by the reception unit. However, since the radio wave has a frequency of UWB, it is possible to recognize that the object is away from the wall surface without being affected by the metal wall even in the metal shielding space. In addition, since the radio wave has a UWB frequency, there is no attenuation of the radio wave even in a space where dust, sand, or charcoal exists, so that the object can be detected. Furthermore, since the surface of the object is covered with the corner reflector, the radio wave transmitted from the transmission unit can be reflected in the same direction, and the reception unit can be installed in the same or in the vicinity of the transmission unit.
また、本発明に係る位置測定システムは、UWBの周波数を有するパルス波の電波を塵芥、砂又は炭が存在する金属遮蔽空間内へパルス通信で送信する送信部と、前記金属遮蔽空間内を移動し、前記送信部から送信された前記電波を反射する対象物と、前記対象物で反射した前記電波を受信する受信部とを備え、前記送信部又は前記受信部は、前記金属遮蔽空間内部に面して設置される設置部の内部に設けられ、前記設置部は、前記金属遮蔽空間側の熱を低減する断熱構造を有し、前記設置部のうち前記電波が通過する面は、耐熱性及び電波透過性を有する材料で形成されている。 In addition, the position measurement system according to the present invention includes a transmitter that transmits a pulse wave having a UWB frequency to a metal shielded space where dust, sand, or charcoal is present by pulse communication, and moves within the metal shielded space. And an object that reflects the radio wave transmitted from the transmitter, and a receiver that receives the radio wave reflected by the object, wherein the transmitter or the receiver is inside the metal shielding space. It is provided inside the installation part that is installed facing, the installation part has a heat insulating structure that reduces heat on the metal shielding space side, and the surface through which the radio wave passes among the installation parts is heat resistant And a material having radio wave permeability.
この発明によれば、金属遮蔽空間側の熱を低減する断熱構造を有する設置部の内部に、送信部又は受信部が設置されることから、送信部又は受信部の高温化を防止できる。また、設置部のうち電波が通過する面が耐熱性及び電波透過性を有する材料で形成されているため、減衰することなく、設置部の内部から金属遮蔽空間へと電波を送信し、金属遮蔽空間から設置部内部へと電波を受信することができる。 According to this invention, since the transmission unit or the reception unit is installed inside the installation unit having a heat insulating structure that reduces the heat on the metal shielding space side, it is possible to prevent the transmission unit or the reception unit from being heated to a high temperature. In addition, since the surface of the installation part through which radio waves pass is made of a material that has heat resistance and radio wave transmission, it transmits radio waves from the inside of the installation part to the metal shielding space without being attenuated. Radio waves can be received from the space into the installation part.
上記発明において、前記対象物は、前記対象物周囲の温度を測定する測定部と、測定された前記温度を時刻と共に記録する記憶部とを有してもよい。 In the above invention, the object may include a measuring unit that measures a temperature around the object and a storage unit that records the measured temperature together with time.
この発明によれば、対象物が周囲の温度変化を測定できることから、対象物の位置情報とマッチングすることによって、金属遮蔽空間内で対象物が通過した経路の温度分布を取得することができる。 According to this invention, since the object can measure the ambient temperature change, it is possible to acquire the temperature distribution of the path through which the object passes in the metal shielding space by matching with the position information of the object.
この発明によれば、金属遮蔽空間内部における対象物の位置を正確に取得することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately acquire the position of the object inside the metal shielding space.
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る位置測定システム1は、図1に示すように、金属遮蔽空間30内部を移動する対象物(トレーサ又はターゲット)2と、電波(例えばレーダ)を送受信する送受信装置3と、送受信装置3に接続された制御装置4などを備える。対象物2の時計部11と制御装置4の時計部18は同期している。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
位置測定システム1は、図2に示すように、金属壁で覆われた金属遮蔽空間30であって、高温条件下、かつ、塵芥、炭又は砂が浮遊している場所31での固体状物質(対象物2)の位置を測定できる。また、対象物2が周辺の温度変化を計測しており、測定された対象物2の位置と時刻をマッチングすることで、金属遮蔽空間30内部の温度分布を取得できる。金属遮蔽空間30は、例えばごみ焼却炉、改質炭キルン炉又は流動炉などである。
As shown in FIG. 2, the
対象物2は、内部に時計部11、温度測定部12及び記憶部13などを備える。対象物2は、外殻が耐熱性能を有しており、高温条件下の金属遮蔽空間30内部に入れられても、内蔵する各構成部材を保護できる。対象物2は、改質炭キルン炉や流動炉などの機能に従って、金属遮蔽空間30内部を移動する。例えば、流動炉の場合、金属遮蔽空間30内部の入口から投入されると、対象物2は、流動層の流れに沿って移動し、最終的には出口から取り出されることになる。
The
対象物2は、送信アンテナ14から送信された電波を反射する。対象物2の外面21の内部側には、図3に示すように、外面21に沿って複数のコーナーリフレクタ22が設けられる。図3は、対象物2を示す部分縦断面図であり、対象物2の中心を通るように切断されている。コーナーリフレクタ22は、再帰性反射、すなわち、送信されてきた電波をもとの方向へ反射することが可能な形状を有する。例えば、コーナーリフレクタ22は、図4に示すように、3枚の板状部材が直角に組み合わされたものである。
The
対象物2が立方体等の6面体で形成される場合、1面につき4個のコーナーリフレクタ22が設けられ、対象物2は合計24個のコーナーリフレクタ22を有する。これにより、金属遮蔽空間30内部において、対象物2が、移動している間にあらゆる角度に姿勢を変化させたとしても、対象物2は、送信アンテナ14から送信された電波を、もとの方向へ反射させることができる。したがって、受信アンテナ15を送信アンテナ14の近傍に設置することで、対象物2が電波によって確実に検知される。
コーナーリフレクタ22の1辺のサイズは、送受信される電波の波長に基づいて決定される。周波数が9GHzのパルス波の電波が送受信される場合、コーナーリフレクタ22の1辺のサイズは、例えば3cmである。
When the
The size of one side of the
温度測定部12は、例えば熱電対であり、対象物2の周囲の温度を測定する。記憶部13は、温度測定部12で測定された温度と共に、時計部11に基づく時刻を記録する。制御装置4の位置算出部16で測定された対象物2の位置及び時刻とマッチングすることで、金属遮蔽空間30内における対象物2の経路上の温度分布を得ることができる。
The
送受信装置3は、図2に示すように、金属遮蔽空間30に設けられた装置設置部32内部に設置される。送受信装置3は、送信アンテナ14と、受信アンテナ15などを備える。送信アンテナ14は、金属遮蔽空間30内部に向けて、UWB(超広帯域無線)の周波数を有する電波、例えば周波数が9GHzのパルス波の電波を送信する。本実施形態において送受信される電波は、UWBの周波数9GHz〜76.5GHzであることが好ましい。これにより、距離分解能±10mm、壁との分離±10mm〜±100mmを実現できる。
As shown in FIG. 2, the transmission /
送信アンテナ14は、アンテナ制御部19によって電波の送信方向が調整される。受信アンテナ15は、送信アンテナ14から送信され対象物2で反射した電波を受信する。受信アンテナ15は、図5に示すように、送信アンテナ14の近傍に設置される。
The transmission direction of the radio wave of the
送信アンテナ14は、例えば平面アンテナであり、複数(図5の例では64個)のアンテナ素子からなる。各アンテナ素子が制御されることによって、送信アンテナ14から送信される電波の送信方向を3次元的に調整できる。その結果、金属遮蔽空間30内部を走査し、対象物2を検知、追尾することが可能である。なお、送信アンテナ14は、平面アンテナに限られず、例えばホーンアンテナでもよい。但し、金属遮蔽空間30内部を走査するための駆動装置が設けられ、ホーンアンテナの動作空間も広く必要になるため、規模が大きくなる。送受信装置3には、図5及び図6に示すように、ファン23が設けられて、送受信装置3の内部を冷却できるようにしてもよい。
The
制御装置4は、例えばコンピュータであり、位置算出部16と、補正部17と、時計部18と、アンテナ制御部19などを備える。位置算出部16は、送信アンテナ14から送信され対象物2で反射した後、受信アンテナ15で受信した電波に基づく電波の送受信方向や到達時間を用いて、対象物2の位置を算出する。補正部17は、金属遮蔽空間30の内部に塵芥、炭又は砂等が存在する場合、塵芥、炭又は砂等の誘電率や、電波の屈折角を考慮して、位置算出部16が算出した位置を補正する。
The
次に、図7〜図11を参照して、送受信装置3が設置される装置設置部32について説明する。
装置設置部32は、壁部が耐火材33によって形成され、かつ、壁部の内部側に冷却用空気流路34が形成される。冷却空気は、金属遮蔽空間30の外部から冷却用空気流路34に導入される。そして、冷却空気は、冷却用空気流路34を通過して、壁部の内部側全体に行き渡った後、金属遮蔽空間30の外部へ排出される。このとき、冷却空気は、送受信装置3へ吹き出して、送受信装置3を冷却するようにしてもよい。上述の構成により、装置設置部32は、金属遮蔽空間30の熱が内部に伝達されないようにし、送受信装置3の高温化を防止する。
Next, with reference to FIGS. 7 to 11, the
The
装置設置部32は、金属遮蔽空間30の壁面から内部側に向けて突出して形成される。送受信装置3は、送信アンテナ14及び受信アンテナ15が下側を向くように、装置設置部32の内部に固定される。これにより、対象物2が移動する範囲を走査することができる。装置設置部32のうち送信アンテナ14及び受信アンテナ15に面する窓部材35は、通常の耐火材ではなく、電波透過性を有する耐火材が使用される。窓部材35は、多孔性であって、誘電率及び導電率が小さい材料、例えば発泡SiO2、発泡アルミナなどが使用される。これによって、送受信装置3の高温化を防止しつつ、装置設置部32内部から金属遮蔽空間30内部へ電波を通過させることができる。装置設置部32の底部の窓部材35以外には、耐熱性のため、金属遮蔽空間30側にセラミック製薄板が設置されてもよい。
The
次に、本実施形態に係る位置測定方法について説明する。
まず、金属遮蔽空間30が炉である場合は、炉を立ち上げる前に、金属遮蔽空間30の内部に校正用のコーナーリフレクタ40を設置する。金属遮蔽空間30内の位置が内挿によって求められるように、複数のコーナーリフレクタ40は、可能な限り互いに離隔して設置される。その後、炉を立ち上げる。
Next, the position measurement method according to the present embodiment will be described.
First, when the
そして、金属遮蔽空間30の壁面に設けられた装置設置部32に冷却空気を流し、装置設置部32の内壁面が100℃以下になるように冷却する。その後、装置設置部32内部に送受信装置3を設置する。このとき、制御装置4の時刻と、対象物2の時刻を合わせておく。これにより、測定後、対象物2の位置と金属遮蔽空間30内部の温度の関係を取得できる。
Then, cooling air is supplied to the
次に、キャリブレーションを実施して、電波の送受信方向と金属遮蔽空間30の実際の位置との間の位置ずれを補正する。
補正完了後、対象物2を用意し、金属遮蔽空間30内部に投入する。送受信装置3は、投入された対象物2を検知するため、距離や角度を細かく調整して、金属遮蔽空間30の入口付近を詳細にサンプリングする。対象物2が検知されたら、送受信装置3は、対象物2を中心にして対象物2を追尾する。対象物2が検知されなくなった場合、現在の測定箇所を保持したまま、走査範囲を広げる。再び対象物2が検知されたら、対象物2の追尾を再開する。
対象物2が金属遮蔽空間30の出口から出るまで、上記送受信装置3による対象物2の検知を継続する。
Next, calibration is performed to correct a positional deviation between the radio wave transmission / reception direction and the actual position of the
After completion of the correction, the
Until the
金属遮蔽空間30から対象物2が出た後は、対象物2が冷却してから、内部の記憶部13を取り出す。そして、対象物2の記憶部13に記録された時刻や温度を制御装置4などに移動させ、データ整理を行う。例えば、対象物2の位置測定によって得られた時刻と位置情報を照合することによって、金属遮蔽空間30内部における対象物2の移動経路の温度分布を把握することができる。
After the
次に、データ処理方法について説明する。
まず、キャリブレーションを実施して、電波の送受信方向と金属遮蔽空間30の実際の位置との間の位置ずれを補正する。キャリブレーションは、屈折の理論を用いて位置の補正が行われる。
Next, a data processing method will be described.
First, calibration is performed to correct a positional deviation between the radio wave transmission / reception direction and the actual position of the
そして、上述した測定方法に基づく、金属遮蔽空間30における固体状物質(対象物2)の位置測定を開始する。対象物2が金属遮蔽空間30に投入されている間、位置測定装置は、時刻(t)と対象物2の位置(x,y,z)を同時に記録する。サンプリング間隔は、例えば2秒以下と短い間隔でもよいし、20秒といった比較的長い間隔でもよい。位置計測中において、制御装置4に接続された表示装置5は、位置算出部16で認識された対象物2の位置及び移動経路を3次元的に表示する。
And the position measurement of the solid-state substance (target object 2) in the
計測が終了すると、測定されたデータが制御装置4に保存される。データを保存しておくことによって、金属遮蔽空間30内部における対象物2の移動状況や、金属遮蔽空間30内部の位置と温度の関係をグラフ化することもできる。
When the measurement is completed, the measured data is stored in the
以上、本実施形態によれば、塵芥、砂又は炭が存在する金属遮蔽空間30の高温場で、固体状物質(対象物2)の位置を3次元で把握することができ、対象物2の挙動を測定できる。
As described above, according to the present embodiment, the position of the solid substance (target object 2) can be grasped three-dimensionally in a high-temperature field of the
また、対象物2の内部に、対象物2の周囲の温度を測定する温度測定部12と、測定された温度を時刻と共に記録する記憶部13を設置し、対象物2の位置測定によって得られた時刻と位置情報を照合することによって、金属遮蔽空間30内部における対象物2の移動経路の温度分布を把握することができる。なお、対象物2を金属遮蔽空間30に投入する前に、制御装置4の時計部18と対象物2の時計部11の時刻を合わせておく必要がある。
Further, a
さらに、補正部17が塵芥、砂又は炭によって電波が屈折することによる位置情報のずれを補正する機能を備えていることから、実際の金属遮蔽空間30における対象物2の移動を正確に把握できる。
Furthermore, since the
またさらに、金属遮蔽空間30の壁面に設けられた装置設置部32の内部に送受信装置3を設置していることから、金属遮蔽空間30内(炉内)が最高温度600℃であるような環境でも、通常の温度範囲での使用が想定されている送受信装置3を用いることができる。
Furthermore, since the transmitting /
上記装置設置部32は、電波が通過する窓部材35が、耐熱性及び電波透過性を有する材料、例えば、気泡が多く誘電率や導電率が小さい発泡SiO2等を使用することで、送信アンテナ14から送信され受信アンテナ15で受信される電波の減衰を最小限に抑えることができる。
The
1 位置測定システム
2 対象物
3 送受信装置
4 制御装置
5 表示装置
11,18 時計部
12 温度測定部
13 記憶部
14 送信アンテナ(送信部)
15 受信アンテナ(受信部)
16 位置算出部
17 補正部
19 アンテナ制御部
22 コーナーリフレクタ
30 金属遮蔽空間
DESCRIPTION OF
15 Receiving antenna (receiving unit)
16
Claims (3)
前記金属遮蔽空間内を移動し、前記送信部から送信された前記電波を反射する対象物と、
前記対象物で反射した前記電波を受信する受信部と、
を備え、
前記対象物は、再帰性反射が可能な形状を有する複数のコーナーリフレクタが外部側に面して設けられる位置測定システム。 A transmitter for transmitting a radio wave of a pulse wave having a frequency of UWB into a metal shielding space where dust, sand or charcoal exists;
An object that moves in the metal shielding space and reflects the radio wave transmitted from the transmitter;
A receiving unit for receiving the radio wave reflected by the object;
With
The object is a position measurement system in which a plurality of corner reflectors having a shape capable of retroreflection are provided facing the outside.
前記金属遮蔽空間内を移動し、前記送信部から送信された前記電波を反射する対象物と、
前記対象物で反射した前記電波を受信する受信部と、
を備え、
前記送信部又は前記受信部は、前記金属遮蔽空間内部に面して設置される設置部の内部に設けられ、
前記設置部は、前記金属遮蔽空間側の熱を低減する断熱構造を有し、前記設置部のうち前記電波が通過する面は、耐熱性及び電波透過性を有する材料で形成されている位置測定システム。 A transmitter for transmitting pulse wave radio waves having a UWB frequency into a metal shielded space where dust, sand or charcoal is present by pulse communication;
An object that moves in the metal shielding space and reflects the radio wave transmitted from the transmitter;
A receiving unit for receiving the radio wave reflected by the object;
With
The transmitting unit or the receiving unit is provided inside an installation unit that is installed facing the inside of the metal shielding space,
The installation part has a heat insulating structure for reducing heat on the metal shielding space side, and the surface of the installation part through which the radio wave passes is formed of a material having heat resistance and radio wave transmission. system.
前記対象物周囲の温度を測定する測定部と、
測定された前記温度を時刻と共に記録する記憶部と、
を有する請求項1又は2に記載の位置測定システム。
The object is
A measuring unit for measuring the temperature around the object;
A storage unit for recording the measured temperature together with time;
The position measurement system according to claim 1, comprising:
Priority Applications (1)
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JP2012245314A JP2014095552A (en) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Position measurement system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012245314A JP2014095552A (en) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Position measurement system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2012245314A Pending JP2014095552A (en) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Position measurement system |
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