JP2019534466A - Material erosion monitoring system and method - Google Patents

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Abstract

材料の状態を評価するための改良されたシステム及び方法が開示されている。システム及び方法は、電磁波を利用して、欠陥を識別し、耐火材料を含む様々な材料の侵食プロファイル及び厚さを測定するように動作する。当該システムは、評価中の材料に送出された電磁波の伝播に関連する複数の反射を、十分に低減させて、当該材料の遠隔不連続部から反射された関心のある電磁波の検出を可能にするように設計される。また、当該システム及び方法は、クラッタを低減して、関心のある電磁波の分離を可能にする構成及び信号処理技術を利用する。更に、当該ランチャは、評価中の材料とインピーダンス整合されており、供給機構は、多重反射効果を軽減させて、更にクラッタを抑制するように設計されている。An improved system and method for assessing the condition of a material is disclosed. The systems and methods operate to utilize electromagnetic waves to identify defects and measure erosion profiles and thicknesses of various materials, including refractory materials. The system sufficiently reduces multiple reflections associated with the propagation of electromagnetic waves delivered to the material under evaluation, allowing detection of electromagnetic waves of interest reflected from remote discontinuities in the material. Designed as such. The systems and methods also utilize configurations and signal processing techniques that reduce clutter and allow separation of electromagnetic waves of interest. Furthermore, the launcher is impedance matched to the material under evaluation, and the feed mechanism is designed to reduce the multiple reflection effect and further suppress clutter.

Description

本発明は、材料の状態を評価するためのシステム及び方法に関する。さらに具体的に言うと、本発明は、耐火煉瓦を判定するためのシステム及び方法(電磁波を用いる材料インターフェース)に関する。   The present invention relates to a system and method for assessing the condition of a material. More specifically, the present invention relates to a system and method (material interface using electromagnetic waves) for determining refractory bricks.

評価の方法及びシステムは、ある物質の成形中及び成形後の性質を測定するために、種々の産業に存在する。表面の特性、内部の均一性、及び材料の厚さは、評価を必要とし得る重要な特性のいくつかである。特に、放射線をコンテナの方向へ向けるセンサ及びエミッタを配置することによる非接触の反射の及び/又は吸収性の技術を用いるガラス及びプラスチックのコンテナの壁の厚さは、特許文献1に記載されるように先行技術において取り組まれてきた。しかしながら、これらの方法は、そのような放射のレベルにおいて大幅な損失を被ること無く、又はそのような材料の外観表面のほんのひとつにさえ接近すること無く、それらの材料を通過することができる放射線を用いることにより、製造されたガラス及びプラスチックのコンテナの厚さを評価することが主な目的である。   Evaluation methods and systems exist in various industries to measure the properties of certain materials during and after molding. Surface properties, internal uniformity, and material thickness are some of the important properties that may need to be evaluated. In particular, the thickness of glass and plastic container walls using non-contact reflective and / or absorptive techniques by placing sensors and emitters that direct radiation towards the container is described in US Pat. Has been addressed in the prior art. However, these methods do not incur significant losses at the level of such radiation, or radiation that can pass through those materials without approaching just one of the external surfaces of such materials. The main purpose is to evaluate the thickness of the glass and plastic containers produced.

より大きな規模では、ガラス、スチール及びプラスチック産業などのいくつかの産業は、加工のために用いられる原材料を溶かすための大きな炉を用いる。これらの炉は、20階のビルの高さに相当する長さに達し得る。よって、それらは、コスト及び稼働の機能性の観点で、製造業者にとって主要な資産である。高い稼働温度における内部の熱損失を最小にするために、これらの炉は、耐火融解チャンバを作り出すために、とても高い融解温度及び良好な断熱特性を有する耐火材料を用いて構成される。しかしながら、炉の耐火チャンバの内壁は、稼働中に劣化するものである。この劣化の効果は、内部表面浸食、ストレスクラック、及び融解材料への耐火材料の拡散を含む。   On a larger scale, some industries such as the glass, steel and plastic industries use large furnaces to melt the raw materials used for processing. These furnaces can reach a length corresponding to the height of a 20-story building. Thus, they are a major asset for manufacturers in terms of cost and operational functionality. In order to minimize internal heat loss at high operating temperatures, these furnaces are constructed using refractory materials with very high melting temperatures and good thermal insulation properties to create a refractory melting chamber. However, the inner walls of the furnace refractory chamber are subject to deterioration during operation. The effects of this degradation include internal surface erosion, stress cracks, and diffusion of the refractory material into the molten material.

現在のところ、そのような炉の壁の厚さ及び浸食プロファイルを確定的に測定する確立された方法はない。結果として、製造業者は、炉壁を通る融解材料の予期せぬ漏出、又は炉の予期される寿命についての製造業者の経験に基づいて、任意の起こり得る漏出の可能性を削減するために、炉を保守的に停止することのいずれかを経験する。炉の寿命は、稼働年数、稼働の平均温度、加熱及び冷却の温度レート、稼働の温度の範囲、稼働のサイクル数、並びに、炉で用いられる融解材料の重量及び種類に加えての、耐火材料のタイプ及び質を含む複数の要因により影響される。これらの要因のそれぞれは、炉の予期される寿命の正確な見積もりを作り出すことを困難にする不確実性を被る。さらに、高い温度において、融解ガラスなどの融解材料の流動は、耐火材料の内側表面を浸食し、及び劣化させ、並びに耐火壁を通る融解ガラス漏出に関する高いリスクを作り出す。炉壁内の隙間及びクラックを通る融解ガラスの主な漏出は、炉が稼働モードに戻ることができる前に、少なくとも30日の生産の混乱を要することがある。炉が、それは、冷却され、修復され、及び再び点火される必要があるからである。さらに、融解ガラスの漏出は、炉の周辺の機器へ重大な損害を引き起こし得、最も重要なことに、労働者の健康及び生活を危険にさらし得る。これらの理由から、ほとんどの場合において、炉のオーバーホールは、必要とされるよりも大幅に速い時点で行われる。これは、これらの初期投資、及び炉の稼働寿命にわたる生産能力の削減の観点で、製造業者への重大なコストにつながる。   At present, there is no established method for deterministically measuring the thickness and erosion profile of such furnace walls. As a result, the manufacturer can reduce the possibility of any possible leakage based on the manufacturer's experience with unexpected leakage of molten material through the furnace wall, or the expected life of the furnace, Experience any of the conservative shutdowns of the furnace. The life of the furnace is the refractory material, in addition to the years of operation, the average temperature of operation, the temperature rate of heating and cooling, the range of operating temperatures, the number of cycles of operation, and the weight and type of melting material used in the furnace Affected by several factors including the type and quality of Each of these factors suffers from uncertainties that make it difficult to produce an accurate estimate of the expected life of the furnace. In addition, at high temperatures, the flow of molten material, such as molten glass, erodes and degrades the inner surface of the refractory material and creates a high risk for molten glass leakage through the refractory wall. Major leaks of molten glass through gaps and cracks in the furnace wall may require at least 30 days of production disruption before the furnace can return to operating mode. This is because the furnace needs to be cooled, repaired and reignited. Furthermore, molten glass leakage can cause serious damage to equipment around the furnace and, most importantly, can endanger the health and lives of workers. For these reasons, in most cases, furnace overhaul occurs at a much faster time than is required. This leads to significant costs to manufacturers in terms of these initial investments and a reduction in production capacity over the operating life of the furnace.

別の重要な問題は、炉の耐火チャンバを構築するのに用いられる材料は、表面の検査では目視できない内部の欠陥を有し得ることである。これは、炉のより短い寿命につながり、炉の稼働の間に深刻なリスクをもたらし得る。したがって、一方で耐火材料の製造業者は、欠陥の無い材料を供給するための品質基準に従う、炉の構築のための材料を限定できるように、製造の間に材料を評価する手段を有したいと考える。他方で、耐火材料を購入する消費者は、炉を構築する前にそのような材料の内部検査を行う手段を有したいと考える。   Another important issue is that the materials used to build the furnace refractory chamber can have internal defects that are not visible by surface inspection. This can lead to a shorter life of the furnace and can pose serious risks during the operation of the furnace. Thus, on the one hand, manufacturers of refractory materials want to have a means to evaluate materials during production so that they can limit the materials for building the furnace according to quality standards for supplying defect-free materials. Think. On the other hand, consumers who purchase refractory materials want to have a means to perform an internal inspection of such materials before building the furnace.

過去の取り組みは、特許文献2及び特許文献3に記載されるように、炉の壁などの材料の厚さを測定するためにマイクロ波信号を用いて行われてきた。しかしながら、これらの取り組みは、ある課題及び限界に直面した。とりわけ、高温の炉の炉壁の厚さを判定するために行われた試みは、耐火材料の内側表面を評価することに関わる大きな信号損失のために、特に相対的に高い周波数帯域において、概して失敗に終わった。同様に、相対的に低い周波数帯域において、信号は、なお損失を経験し、存在するシステムに要求される周波数帯域及び解像度の観点で制限される。さらに、評価される耐火材料の表面へ近接するシステムコンポーネントの配置において、スプリアス信号反射は、関心の反射信号を分離することを困難にし、よって、内側表面又はそのような材料の内部のいずれかの状態の評価をさらに複雑にする。主な取り組みは、炉の壁が、温度上昇につれてより高い導電性を有するようになることである。それゆえに、高温の炉壁を通過する信号は、これらの信号の検出をとても困難にする重大な損失を経験する。   Past efforts have been made using microwave signals to measure the thickness of materials such as furnace walls, as described in US Pat. However, these efforts faced certain challenges and limitations. In particular, attempts made to determine the furnace wall thickness of high temperature furnaces are generally due to the large signal loss involved in evaluating the inner surface of the refractory material, especially in relatively high frequency bands. It ended in failure. Similarly, in the relatively low frequency band, the signal still experiences loss and is limited in terms of the frequency band and resolution required for existing systems. Furthermore, in the placement of system components in close proximity to the surface of the refractory material being evaluated, spurious signal reflections make it difficult to separate the reflected signal of interest, and thus either the inner surface or the interior of such materials. Further complicates the assessment of conditions. The main approach is for the furnace walls to become more conductive as the temperature increases. Therefore, signals passing through the hot furnace walls experience significant losses that make these signals very difficult to detect.

よって、先行技術のシステム及び方法の問題を回避する、伝搬する電磁波の測定を通しての、そのような耐火材料の状態を遠隔に評価することを可能にするシステム及び方法に関する技術のニーズが残る。   Thus, there remains a need in the art for systems and methods that allow remote assessment of the state of such refractory materials through measurements of propagating electromagnetic waves that avoid the problems of prior art systems and methods.

米国特許出願公開第20130268237号US Patent Application Publication No. 20130268237 米国特許第6198293号US Pat. No. 6,198,293 米国特許出願公開第20130144554号US Patent Application Publication No. 20130144544

材料の状態を評価するための改善されたシステム及び方法は、本明細書に開示される。典型的な実施形態の一つ又はそれ以上の態様は、利点を提供し、一方で先行技術の欠点を避ける。そのシステム及び方法は、欠陥を特定し、並びに電磁波を用いて耐火材料を含む種々の材料の浸食プロファイル及び厚さを測定するように動作する。材料の遠隔の不連続から反射する関心の電磁波の検出を可能にするのに十分な度合いで、システムは、評価中の材料へ送出される電磁波の伝搬と関連する複数の反射を削減するように設計される。さらに、システム及び方法は、クラッタを削減し、及び関心の電磁波の分離を可能にする構造及び信号処理技術を利用する。さらに、システムにおいて用いられるランチャは、評価中の材料とインピーダンス整合され、供給機構は、クラッタをさらに抑制するために複数の反射の影響を軽減するように設計される。   Improved systems and methods for assessing the condition of materials are disclosed herein. One or more aspects of the exemplary embodiment provide advantages while avoiding the disadvantages of the prior art. The system and method operate to identify defects and measure erosion profiles and thicknesses of various materials, including refractory materials, using electromagnetic waves. To a degree sufficient to allow detection of electromagnetic waves of interest that reflect from remote discontinuities in the material, the system will reduce multiple reflections associated with the propagation of electromagnetic waves delivered to the material under evaluation. Designed. In addition, the system and method utilize structures and signal processing techniques that reduce clutter and enable separation of the electromagnetic waves of interest. In addition, the launcher used in the system is impedance matched to the material under evaluation and the feed mechanism is designed to mitigate the effects of multiple reflections to further suppress clutter.

システムは、電磁波を、評価される材料の近接表面へ送出する。電磁波は、材料を貫通し、材料の内側の不連続から、並びに材料の近接の、遠隔表面の両方から反射する。反射電磁波は、材料の近接表面から反射する波をリファレンスとして用いて、コンピュータベースのプロセッサによって受信され、測定される。コンピュータベースのプロセッサは、リファレンス波と望まれないクラッタを含む他の反射電磁波との間の時間の遅延を判定する。クラッタの強度が、材料の遠隔の不連続から反射する電磁波の強度より小さい場合には、コンピュータベースのプロセッサは、これらの不連続と関連する強度のピークレベルを特定し、そのような不連続からリファレンス波と関連する材料の近接表面までの距離を判定する。材料のエリアにわたる一つ又はそれ以上の評価は、それぞれの評価において、材料の厚さ及び材料内部の欠陥の位置を提供し、材料の遠隔表面の浸食プロファイルを作り出す。   The system delivers electromagnetic waves to the close surface of the material being evaluated. Electromagnetic waves penetrate the material and reflect both from discontinuities inside the material as well as from remote surfaces in the vicinity of the material. The reflected electromagnetic wave is received and measured by a computer-based processor using a wave reflected from the near surface of the material as a reference. A computer-based processor determines the time delay between the reference wave and other reflected electromagnetic waves including unwanted clutter. If the intensity of the clutter is less than the intensity of the electromagnetic waves reflected from the remote discontinuities in the material, the computer-based processor identifies the peak intensity levels associated with these discontinuities and Determine the distance to the near surface of the material associated with the reference wave. One or more assessments over the area of material provide the thickness of the material and the location of defects within the material in each assessment, creating an erosion profile of the remote surface of the material.

システムは、コンピュータベースのプロセッサによって受信されるクラッタに大きく寄与する複数の反射を削減するように設計され及び順応される電磁波ランチャも含む。ランチャは、そうでなければ検出することが見込まれ得ない関心の電磁波の検出を可能にするのに十分な度合いで、クラッタのレベルの削減を提供する。ランチャは、高温の炉の耐火壁の評価で用いられて、稼働する炉の内側壁の表面の浸食プロファイルを作り出し得る。   The system also includes an electromagnetic wave launcher designed and adapted to reduce multiple reflections that contribute significantly to the clutter received by the computer-based processor. The launcher provides a reduction in clutter levels to a degree sufficient to allow detection of electromagnetic waves of interest that would otherwise not be expected to be detected. The launcher can be used in the evaluation of a high temperature furnace fire wall to create an erosion profile of the surface of the inner wall of the operating furnace.

状態を評価し、並びに浸食プロファイル及び種々の材料の厚さを測定する方法は、評価中の材料の近接の、外側表面に順応(conform)して近接する電磁波ランチャを設定するステップを含む。方法は、さらに、電磁波を材料内へ送出し、周波数帯域にわたって、前記材料からの不連続から反射する波形の大きさ及び位相を測定するステップを含む。方法は、測定されたデータを時間領域へ変換し、データを距離領域へキャリブレーションし、及び関心の反射電磁波、特に、そのような材料の厚さを判定するために、評価中の材料の内側の、遠隔表面から反射する波と関連するデータを特定するステップも含む。   A method for assessing conditions and measuring erosion profiles and various material thicknesses includes setting an electromagnetic launcher that conforms and is in close proximity to the outer surface of the material under evaluation. The method further includes transmitting electromagnetic waves into the material and measuring the magnitude and phase of the waveform reflected from the discontinuity from the material over the frequency band. The method converts the measured data to the time domain, calibrates the data to the distance domain, and inside the material under evaluation to determine the reflected electromagnetic wave of interest, particularly the thickness of such material. And identifying data associated with waves reflected from the remote surface.

標準的な技術と比較して、伝搬する電磁波の反射、及び共鳴に起因するクラッタのレベルを大幅に削減することによって、並びに評価中の材料からの遠隔の不連続の位置を判定することによって、システム及び方法は、欠陥を特定し、そのような材料の遠隔表面の浸食プロファイルを測定することができる。   By significantly reducing the level of clutter caused by reflection and resonance of propagating electromagnetic waves, as compared to standard techniques, and by determining the location of remote discontinuities from the material under evaluation The system and method can identify defects and measure the erosion profile of remote surfaces of such materials.

本発明の多数の利点は、添付の図を参照して当業者に、より理解され得る。   Numerous advantages of the present invention may be better understood by those skilled in the art with reference to the accompanying figures.

ロールエッジ(rolled−edge)電磁波ランチャを用いるシステムの例示的な実施形態の概略図である。1 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of a system that uses a rolled-edge electromagnetic wave launcher. FIG. 一実施形態に係る2つのロールエッジを有する電磁波ランチャの一態様を示す図である。It is a figure which shows the one aspect | mode of the electromagnetic wave launcher which has two roll edges concerning one Embodiment. 一実施形態に係る2つのロールエッジを有する電磁波ランチャの一態様を示す図である。It is a figure which shows the one aspect | mode of the electromagnetic wave launcher which has two roll edges concerning one Embodiment. 一実施形態に係る2つのロールエッジを有する電磁波ランチャの一態様を示す図である。It is a figure which shows the one aspect | mode of the electromagnetic wave launcher which has two roll edges concerning one Embodiment. 一実施形態に係る2つのロールエッジを有する電磁波ランチャの一態様を示す図である。It is a figure which shows the one aspect | mode of the electromagnetic wave launcher which has two roll edges concerning one Embodiment. 供給推移部のデザインを示す図である。It is a figure which shows the design of a supply transition part. 仮説に基づくシナリオに係る、ノイズ、クラッタ、関心のある反射電磁波の強度を示すプロットである。It is a plot which shows the intensity | strength of the reflected electromagnetic wave of noise, clutter, and the interested according to the scenario based on a hypothesis. ロールエッジを有する及びロールエッジを有さないランチャを用いた場合の、ノイズ、クラッタ、及び関心のある反射電磁波の強度を示すプロットである。FIG. 7 is a plot showing noise, clutter, and intensity of reflected electromagnetic waves of interest when using a launcher with and without roll edges. FIG. 別の実施形態に係る平面型電磁波ランチャの斜視図である。It is a perspective view of the planar electromagnetic wave launcher which concerns on another embodiment. 別の実施形態に係る湾曲したエッジを有する平面型電磁波ランチャの斜視図である。It is a perspective view of the planar electromagnetic wave launcher which has the curved edge which concerns on another embodiment. 本発明の任意の実施形態に係る誘電体の厚さを計算する方法の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a method for calculating the thickness of a dielectric according to any embodiment of the invention. 本発明の一実施形態に係る電気小型電磁波ランチャの斜視図である。1 is a perspective view of an electric small electromagnetic wave launcher according to an embodiment of the present invention.

以下の説明は、本発明の特定の実施形態に関するものであり、当業者が本発明の実施を実行できるようにすることを目指し、望ましい実施形態を限定するように意図されるものではなく、本発明の特定の例としての役割を果たすことが意図される。当業者であれば、本発明の同じ目的を実行するために、他の方法及びシステムを改良し、並びにデザインするための基礎として開示される構想及び特定の実施形態を容易に用い得ることを理解するだろう。当業者であれば、そのような同等の集合が、その最も広い形態において本発明の精神と範囲を逸脱しないことも理解するだろう。   The following description is directed to specific embodiments of the invention and is intended to enable those skilled in the art to practice the invention and is not intended to limit the preferred embodiments. It is intended to serve as a specific example of the invention. Those skilled in the art will readily understand that the concepts and specific embodiments disclosed as a basis for modifying and designing other methods and systems may be readily used to accomplish the same objectives of the present invention. will do. Those skilled in the art will also appreciate that such equivalent set does not depart from the spirit and scope of the present invention in its broadest form.

本発明の実施形態のある態様に関して、材料評価システムは、図1に示される。システムは、炉壁として用いられる耐火材料の状態を評価するように構成される。よって、耐火材料は、外側表面及び外側表面の反対側である内側表面を有する。耐火材料の内側表面は、ガラス、プラスチック、又はスチール、又は炉の内部に含まれる任意の他の材料などの融解材料へ近接している(すなわち、接触している)。供給端12、送出端14、及び隣接する供給端12と送出端14との間の伸長部分16を含む電磁(EM)波ランチャ10は、評価される耐火材料の外側表面のエリアへ近接して配置される。EM波ランチャ10は、システムの稼働周波数帯域をカバーするのに十分大きい周波数帯域で稼働するように設計される。具体的に言うと、より詳しく以下に記載されるように、EM波ランチャ10の送出端における直交部の寸法(幅及び高さ)、ランチャの長さ(又は、その代わりに誘導角の幅及び高さ、並びに長さ)、及びEM波ランチャ10の内部の容積を占める材料の誘電特性は、EM波ランチャ10に、本発明の実施形態のある態様に関しては、0.5GHzから10GHzまでの周波数帯域である、システムの稼働周波数帯域をカバーするのに十分に大きい周波数帯域で稼働させるように、全て選択される。同様に、EM波ランチャ10は、炉壁の近接の、外側表面に関して要求される温度範囲を耐えるように設計される。特に、EM波ランチャ10を形成するために用いられる材料は、EM波ランチャ10(炉の外側表面へ近接して配置されるエリアである最も高い温度にさらされるランチャのエリア)がそのような高い温度を耐えられるように選択される。例えば、ランチャの側面上及びロールエッジにおける導電性材料は、炉の外側表面の温度よりも大きい(当業者によって選択され得るようないくつかの適切な安全マージンを含む)融解温度ポイントを有するように選択される。同様に、さらに詳細に以下に記載されるようにランチャの内部容積を占める誘電体に関して、典型的なセラミックタイプの材料は、炉の外側表面の最大限の予想温度よりもずっと高い温度に耐える。本発明の実施形態のある態様に関して、誘電体基板材料も、稼働の温度の観点で、セラミックの材料の特性と類似する特性を有する。最後に、(再度、より詳細に以下に記載されるように)可変の導電性材料が用いられる場合に、粘着性の保護層は、可変の導電性材料へ温度の分離を提供する。そのような材料を選択することにより、稼働のために必要なデータを得るのに十分である数秒間に1600°Fに等しい高さの温度を有する表面に対して、EM波ランチャ10を用いることができることが好ましい。しかしながら、より長い継続稼働の間に、そのような材料は、約1000°Fまで温度が到達する表面により、約700°Fの周囲温度制限に耐えることができるであろう。   For certain aspects of embodiments of the present invention, a material evaluation system is shown in FIG. The system is configured to evaluate the condition of the refractory material used as the furnace wall. Thus, the refractory material has an outer surface and an inner surface that is opposite the outer surface. The inner surface of the refractory material is proximate (ie, in contact with) a molten material such as glass, plastic, or steel, or any other material contained within the furnace. An electromagnetic (EM) wave launcher 10 including a feed end 12, a delivery end 14, and an extension 16 between adjacent feed end 12 and delivery end 14 is proximate to an area of the outer surface of the refractory material being evaluated. Be placed. The EM wave launcher 10 is designed to operate in a frequency band that is sufficiently large to cover the operating frequency band of the system. Specifically, as described in more detail below, the dimensions (width and height) of the orthogonal portion at the delivery end of the EM wave launcher 10, the length of the launcher (or alternatively the width of the induction angle and Height, as well as length), and the dielectric properties of the material occupying the volume inside the EM wave launcher 10 are shown in the EM wave launcher 10 for certain aspects of embodiments of the present invention, frequencies from 0.5 GHz to 10 GHz. All are selected to operate in a frequency band that is sufficiently large to cover the operating frequency band of the system. Similarly, the EM wave launcher 10 is designed to withstand the temperature range required for the outer surface, close to the furnace wall. In particular, the materials used to form the EM wave launcher 10 are such high in the EM wave launcher 10 (the area of the launcher that is exposed to the highest temperature, which is the area located in close proximity to the outer surface of the furnace). Selected to withstand the temperature. For example, the conductive material on the sides of the launcher and at the roll edge has a melting temperature point (including some suitable safety margin as may be selected by one skilled in the art) that is greater than the temperature of the outer surface of the furnace. Selected. Similarly, with respect to the dielectric occupying the launcher's internal volume, as described in more detail below, typical ceramic type materials withstand temperatures much higher than the maximum expected temperature of the outer surface of the furnace. For certain aspects of embodiments of the present invention, the dielectric substrate material also has properties similar to those of ceramic materials in terms of operating temperature. Finally, when a variable conductive material is used (again, as described in more detail below), the adhesive protective layer provides temperature separation to the variable conductive material. Using the EM wave launcher 10 for a surface having a temperature equal to 1600 ° F. in a few seconds that is sufficient to obtain the data needed for operation by selecting such materials It is preferable that However, during longer continuous operation, such materials would be able to withstand an ambient temperature limit of about 700 ° F. with surfaces reaching temperatures of up to about 1000 ° F.

本明細書にて用いられるように、「近接」表面は、EM波ランチャ10の送出端14へ近接する、評価中の材料の外側表面を指すことも意図される。同様に、「遠隔」表面は、EM波ランチャ10の送出端14に直接近接する近接表面の反対側の、評価中の材料の内側表面を指すことも意図される。よって、炉の場合において、遠隔表面は、炉の外側壁の内側表面を含み、及び近接表面は、炉の外側壁の外側表面を含む。   As used herein, “proximity” surface is also intended to refer to the outer surface of the material under evaluation that is proximate to the delivery end 14 of the EM wave launcher 10. Similarly, a “remote” surface is also intended to refer to the inner surface of the material under evaluation opposite the proximal surface that is in direct proximity to the delivery end 14 of the EM wave launcher 10. Thus, in the case of a furnace, the remote surface includes the inner surface of the outer wall of the furnace and the proximal surface includes the outer surface of the outer wall of the furnace.

供給端12は、同軸ケーブル20などの無線周波数(RF)送信ラインへ電気的に接続される供給推移部18を含む。コンピュータベースのプロセッサ22も、同軸ケーブル20へ電気的に接続される。したがって、同軸ケーブル20は、第1の端においてコンピュータベースのプロセッサ22へ、及び第2の端において供給推移部18へ、電気的に接続される。同軸ケーブル20は、コンピュータベースのプロセッサ22から供給推移部18への物理的な長さを有するように選択され、そのことにより、同軸ケーブル20の第1の端と第2の端との間で伝搬するEM波の伝搬時間は、供給推移部18から評価中の耐火材料の遠隔の内側表面へ、及びそこから材料の近接の、外側表面へ戻るEM波の伝搬時間より大きい。言い換えると、同軸ケーブル20の長さ全体を介して伝搬するEM波の伝搬時間は、EM波ランチャ10全体を介して伝搬するEM波の伝搬時間に、耐火材料の厚さを通って往復して伝搬するEM波の伝搬時間を加えた時間よりも大きい。   The supply end 12 includes a supply transition 18 that is electrically connected to a radio frequency (RF) transmission line, such as a coaxial cable 20. A computer-based processor 22 is also electrically connected to the coaxial cable 20. Thus, the coaxial cable 20 is electrically connected to the computer-based processor 22 at the first end and to the supply transition 18 at the second end. The coaxial cable 20 is selected to have a physical length from the computer-based processor 22 to the supply transition 18 so that between the first end and the second end of the coaxial cable 20. The propagation time of the propagating EM wave is greater than the propagation time of the EM wave from the supply transition 18 to the remote inner surface of the refractory material under evaluation and from there to the outer surface in the vicinity of the material. In other words, the propagation time of the EM wave propagating through the entire length of the coaxial cable 20 is reciprocated through the thickness of the refractory material to the propagation time of the EM wave propagating through the entire EM wave launcher 10. It is longer than the time obtained by adding the propagation time of the propagating EM wave.

コンピュータベースのプロセッサ22は、RFサブシステム23、信号処理サブシステム、及び実行可能なコンピュータコード又はソフトウェアを含む。RFサブシステム23は、電圧制御オシレータ又は周波数シンセサイザなどの、望ましくは0.25GHzから30GHzまでのどこかへの周波数帯域で稼働可能な、調節可能な信号源、少なくとも一つの方向性結合器、コヒーレント検出器、及び少なくとも一つのアナログデジタル変換器を含む。信号処理サブシステムは、データストレージ及びデータ処理アルゴリズムを含む。再び図1を参照して、コンピュータベースのプロセッサ22のコンポーネントは、これらのコンポーネントがこの実施形態の説明ではそれほど重要では無いので、示されないことに留意する。当業者であれば、RFサブシステム23コンポーネントの種々の配置が、可能であり、並びにフィルタ、インピーダンス整合ネットワーク、増幅器、ノンコヒーレント検出器、及び他の試験機器類などの更なるコンポーネントが、先行技術にて知られるようにコンピュータベースのプロセッサ22のRFサブシステム23機能を実行するための種々の方法として用いられ得ることを理解するだろう。   The computer-based processor 22 includes an RF subsystem 23, a signal processing subsystem, and executable computer code or software. The RF subsystem 23 is an adjustable signal source, at least one directional coupler, coherent, such as a voltage controlled oscillator or a frequency synthesizer, preferably operable in a frequency band anywhere from 0.25 GHz to 30 GHz. A detector, and at least one analog-to-digital converter. The signal processing subsystem includes data storage and data processing algorithms. Referring back to FIG. 1, note that the components of the computer-based processor 22 are not shown because these components are not as important in the description of this embodiment. Those skilled in the art will be able to have various arrangements of the RF subsystem 23 components, as well as additional components such as filters, impedance matching networks, amplifiers, non-coherent detectors, and other test equipment. It will be understood that it can be used as various methods for performing the RF subsystem 23 function of the computer-based processor 22 as known in

EM波ランチャ10の送出端14は、評価される耐火材料と物理的に接触して配置される。より具体的には、送出端14は、送出端14が物理的接触している耐火材料の近接表面のエリアに物理的に順応する(すなわち、送出端14と検査中の表面との間の間隔を最小にするように構成される)ことが望ましい。言い換えると、送出端14の表面と送出端14が物理的接触内にある耐火材料の近接表面のエリアとの間に、2mmより大きい隙間又は間隔を有することは、望まれない。   The delivery end 14 of the EM wave launcher 10 is placed in physical contact with the refractory material to be evaluated. More specifically, the delivery end 14 physically conforms to the area of the adjacent surface of the refractory material with which the delivery end 14 is in physical contact (ie, the spacing between the delivery end 14 and the surface under inspection). It is desirable to be configured to minimize In other words, it is not desirable to have a gap or spacing greater than 2 mm between the surface of the delivery end 14 and the area of the adjacent surface of the refractory material where the delivery end 14 is in physical contact.

EM波ランチャ10の伸長部分16は、望ましくは、供給端12から送出端14への物理的な長さを有するように選択され、そのことにより、供給端12から送出端14へ伝搬するEM波の伝搬時間は、評価中の耐火材料の近接の、外側表面から、材料の遠隔の、内側表面へ伝搬する前記EM波の伝搬時間よりも大きい。言い換えると、EM波ランチャ10に沿って伝搬するEM波の伝搬時間は、耐火材料の厚さを通って伝搬するEM波の伝搬時間よりも大きいことが望ましい。炉壁の耐火材料の典型的な厚さの値は、0.5インチから12インチまでの範囲である。したがって、厚さ測定のターゲット範囲に依存して、EM波ランチャ10の伸長部分16の長さは、通常2インチから15インチまでのどこかの範囲となる。   The elongated portion 16 of the EM wave launcher 10 is desirably selected to have a physical length from the supply end 12 to the delivery end 14 so that the EM wave propagates from the supply end 12 to the delivery end 14. The propagation time of is greater than the propagation time of the EM wave propagating from the outer surface of the refractory material being evaluated to the remote, inner surface of the material. In other words, the propagation time of the EM wave propagating along the EM wave launcher 10 is desirably larger than the propagation time of the EM wave propagating through the thickness of the refractory material. Typical thickness values for furnace wall refractory materials range from 0.5 inches to 12 inches. Thus, depending on the target range for thickness measurement, the length of the extended portion 16 of the EM wave launcher 10 is typically somewhere in the range of 2 inches to 15 inches.

図2Aから図2Dは、図1に用いられるEM波ランチャ10の一つのバージョンの種々の態様を示す。この実施形態において、図2Aは、先端が切り取られた、2つのエッジが広がった、供給端12から送出端16までの矩形の横断面を有するピラミッドとして物理的に構成される、EM波ランチャ10の斜視図を示す。図2B及び図2Cは、供給端12において0.2インチ×0.13インチ、及び送出端14において2.5インチ×4.25インチの矩形の横断面寸法を有するEM波ランチャ10の側面図を示す。したがって、四つの側面プレート24a、24b、24c、及び24dは、EM波ランチャ10を形成する。それぞれの側面プレート24a、24b、24c、及び24dは、望ましくは、誘電体又は導電性材料で作られる。典型的に、0.01インチ及び0.25インチの範囲で、より望ましくは0.05インチと0.1インチとの間で厚さを有する導電性材料が、用いられる。図2Dに示される特定の実施形態においては、約0.078インチの厚さの導電性材料が、用いられた。よって、より具体的には、EM波ランチャ10の側面プレート24a、24b、24c、及び24dは、EM波ランチャ10の内部容積を、完全には取り囲まないが、取り囲む構造を形成する。EM波ランチャ10の側面プレート24a、24b、24c、及び24dは、EM波ランチャ10の供給端12及び送出端14においては、内部容積を取り囲まない。   2A-2D illustrate various aspects of one version of the EM wave launcher 10 used in FIG. In this embodiment, FIG. 2A shows an EM wave launcher 10 that is physically configured as a pyramid having a rectangular cross-section from the feed end 12 to the delivery end 16 with the two edges widened with the tip cut off. FIG. 2B and 2C are side views of the EM wave launcher 10 having a rectangular cross-sectional dimension of 0.2 inches × 0.13 inches at the feed end 12 and 2.5 inches × 4.25 inches at the delivery end 14. Indicates. Accordingly, the four side plates 24 a, 24 b, 24 c, and 24 d form the EM wave launcher 10. Each side plate 24a, 24b, 24c, and 24d is desirably made of a dielectric or conductive material. Typically, a conductive material is used that has a thickness in the range of 0.01 inches and 0.25 inches, more desirably between 0.05 inches and 0.1 inches. In the particular embodiment shown in FIG. 2D, a conductive material about 0.078 inches thick was used. Therefore, more specifically, the side plates 24a, 24b, 24c, and 24d of the EM wave launcher 10 form a surrounding structure that does not completely surround the internal volume of the EM wave launcher 10. The side plates 24 a, 24 b, 24 c and 24 d of the EM wave launcher 10 do not surround the internal volume at the supply end 12 and the delivery end 14 of the EM wave launcher 10.

再び図2Aを参照して、任意の横断面図において、四つのエッジ26a、26b、26c、及び26dは、EM波ランチャ10の矩形の断面を形成する。EM波ランチャ10のそのような矩形の断面の寸法は、供給端12から、供給端12と送出端14との間で伸長部分16に沿って位置付けられる推移ポイント28a、28b、28c、及び28dまで、線形的に増加する。したがって、EM波ランチャ10の形状は、供給端10から推移ポイント28a、28b、28c、及び28dまで、均一な矩形の断面のピラミッドの形状と対応する。しかしながら、推移ポイント28a、28b、28c、及び28dから、送出端14まで、EM波ランチャ10の矩形の横断面の反対のエッジ26a及び26cのそれぞれの端の寸法は、図2Dに示されるように、0.78インチの曲率半径を有する円形関数によって記載されるカーブに従って増加する。より具体的には、EM波ランチャ10の構造は、二つの楕円に広がった、又は二つの楕円に丸まった反対側のエッジを有する先端を切り取られた矩形の横断面のピラミッドの構造と対応する。送出端14の厚さの典型的な値は、0と0.25インチとの間の範囲であり得る。この特定の実施形態において、送出端14は、0.078インチの厚さを有する。同様に、エッジ26a及び26cの丸まりは、推移ポイント28aと28bとの間の、又は同等に、推移ポイント28cと28dとの間の間隔が、2.9インチであるポイントにおいて開始する。したがって、推移ポイント28a、28b、28c、及び28dは、送出端14から約0.63インチに位置付けられる。   Referring again to FIG. 2A, in any cross-sectional view, the four edges 26 a, 26 b, 26 c and 26 d form a rectangular cross section of the EM wave launcher 10. The dimensions of such a rectangular cross-section of the EM wave launcher 10 are from the feed end 12 to transition points 28a, 28b, 28c, and 28d located along the elongated portion 16 between the feed end 12 and the delivery end 14. , Increase linearly. Thus, the shape of the EM wave launcher 10 corresponds to the shape of a uniform rectangular cross-sectional pyramid from the supply end 10 to the transition points 28a, 28b, 28c, and 28d. However, from transition points 28a, 28b, 28c, and 28d to the delivery end 14, the dimensions of the respective edges 26a and 26c opposite the rectangular cross section of the EM wave launcher 10 are as shown in FIG. 2D. , Increasing according to the curve described by the circular function with a radius of curvature of 0.78 inches. More specifically, the structure of the EM wave launcher 10 corresponds to the structure of a truncated pyramid of a rectangular cross section having opposite edges that extend into two ellipses or round into two ellipses. . Typical values for the thickness of the delivery end 14 may range between 0 and 0.25 inches. In this particular embodiment, delivery end 14 has a thickness of 0.078 inches. Similarly, the rounding of edges 26a and 26c begins at a point where the spacing between transition points 28a and 28b, or equivalently, between transition points 28c and 28d is 2.9 inches. Thus, transition points 28a, 28b, 28c, and 28d are located approximately 0.63 inches from delivery end 14.

さらに、EM波ランチャ10は、耐火材料の近接表面のインピーダンスに十分に整合するインピーダンスを送出端14において有するように物理的に構成される。EM波ランチャ10の内部容積は、少なくとも部分的に、炉の通常の稼働状態において耐火材料の所定のインピーダンスと十分に整合するインピーダンスを有する材料を充填する固体セラミックで充填され得る。この予めの判定は、先行技術においてよく知られた方法を用いて、種々の温度において耐火材料の誘電特性を測定することによって取得され得る。一方で、耐火材料の製造者は、種々の温度における材料の誘電特性についてのデータを提供し得る。これらのデータが、材料のインピーダンスを判定するために用いられても良い。耐火材料のインピーダンスは、主に、材料の比誘電率及び材料の誘電正接の両方によって判定される。概して、比誘電率は、1から25までおよび得、材料の特定の種類及び材料の温度に依存する。よって、EM波ランチャ10の内部容積は、部分的に又は完全に、耐火材料の比誘電率と類似する比誘電率の材料を充填する誘電体で充填されて、耐火材料のインピーダンスに十分に整合し得る。   In addition, the EM wave launcher 10 is physically configured to have an impedance at the delivery end 14 that is well matched to the impedance of the proximal surface of the refractory material. The internal volume of the EM wave launcher 10 can be at least partially filled with a solid ceramic that is filled with a material having an impedance that matches well with a predetermined impedance of the refractory material during normal operating conditions of the furnace. This pre-determination can be obtained by measuring the dielectric properties of the refractory material at various temperatures using methods well known in the prior art. On the other hand, manufacturers of refractory materials can provide data on the dielectric properties of materials at various temperatures. These data may be used to determine the impedance of the material. The impedance of a refractory material is mainly determined by both the relative dielectric constant of the material and the dielectric loss tangent of the material. In general, the dielectric constant can range from 1 to 25 and depends on the specific type of material and the temperature of the material. Thus, the internal volume of the EM wave launcher 10 is partially or completely filled with a dielectric that fills a material with a dielectric constant similar to that of the refractory material, and is well matched to the impedance of the refractory material. Can do.

EM波ランチャ10の内部容積を充填するために用いられる充填材料は、空気、液体、又は固体であり得る。望ましくは、充填材料は、固体粉末又は粒状材料の混合であり、それぞれの粒子の最大寸法が、稼働の最低周波数においてEM波ランチャ10内を伝搬するEM波の波長の10パーセント以下であることが望まれる。より望ましくは、充填材料は、EM波ランチャ10の内部容積内へ適合するように順応される材料などの固体のセラミックの一片である。あるいは、EM波ランチャ10の内部容積は、供給端12から送出端14まで階層状にされ得、そのことにより、それぞれの層は、任意の隣接層の充填材料の誘電率に対してわずかに異なる誘電率を有する充填材料で充填され、供給端12からのインピーダンスを、送出端14において評価される耐火材料のインピーダンスに、段階的に調整する配置にて、異なる誘電率の複数の層を構成する。必要な場合はいつも、リッド又はキャップが供給端12及び送出端14に配置され、EM波ランチャ10の操作又は稼働の間に、充填材料がEM波ランチャ10の内部容積から出ていくことを防ぐ。当業者であれば、送出端14に配置されるキャップが、前記キャップを通って伝搬するEM波への実質的な不連続を妨げるために、充填材料の誘電特性と類似する誘電特性を有する材料で作成されなければならないということを理解する。同様に、供給端12に配置されるキャップは、供給推移部18の特定のデザインに係る材料で作成されなければならない。   The filling material used to fill the internal volume of the EM wave launcher 10 can be air, liquid, or solid. Desirably, the filler material is a mixture of solid powder or particulate material and the maximum size of each particle is no more than 10 percent of the wavelength of the EM wave propagating in the EM wave launcher 10 at the lowest frequency of operation. desired. More desirably, the filler material is a solid ceramic piece, such as a material that is adapted to fit within the interior volume of the EM wave launcher 10. Alternatively, the internal volume of the EM wave launcher 10 can be stratified from the supply end 12 to the delivery end 14 so that each layer is slightly different with respect to the dielectric constant of the filler material of any adjacent layer. A plurality of layers having different dielectric constants are arranged in an arrangement that is filled with a filling material having a dielectric constant and that adjusts the impedance from the supply end 12 step by step to the impedance of the refractory material evaluated at the delivery end 14. . Whenever necessary, lids or caps are placed at the supply end 12 and delivery end 14 to prevent filling material from exiting the internal volume of the EM wave launcher 10 during operation or operation of the EM wave launcher 10. . Those skilled in the art will appreciate that the cap disposed at the delivery end 14 has a dielectric property similar to that of the filler material to prevent substantial discontinuity to the EM wave propagating through the cap. Understand that must be created in. Similarly, the cap located at the supply end 12 must be made of a material according to the specific design of the supply transition 18.

図3は、約0.1インチの厚さを有する導電性材料のシェルで形成されるキャップ30を用いる供給推移部18のデザインを示す。キャップ30は、シェルに囲まれ、空気が充填されたキャビティを形成し、第1の寸法の半円形の断面を、及び前記第1の寸法に垂直である第2の寸法の矩形の断面を有する。この実施形態において、半円形の断面は約0.75インチの内側の半径を有する半円部32と、約1.6インチの直線部とによって規定され、約1.6インチの直線部はギャップ35によって分離されるほとんど同じ寸法の第1の部分34a及び第2の部分34bを含み、前記矩形の断面は約1.6インチの幅を規定する前記直線部と、約1.3インチの長さを規定する(図3に示されない)別の直線部とにより、規定される。   FIG. 3 shows the design of the supply transition 18 using a cap 30 formed of a shell of conductive material having a thickness of about 0.1 inch. Cap 30 is surrounded by a shell to form an air-filled cavity and has a semi-circular cross section of a first dimension and a rectangular cross section of a second dimension that is perpendicular to said first dimension. . In this embodiment, the semi-circular cross-section is defined by a semi-circular portion 32 having an inner radius of about 0.75 inches and a straight portion of about 1.6 inches, where the straight portion of about 1.6 inches is a gap. A rectangular section having a width of about 1.6 inches and a length of about 1.3 inches, the first section 34a and the second section 34b having substantially the same dimensions separated by 35 Defined by another straight line (not shown in FIG. 3).

キャップ30は、同軸ケーブル20がキャビティの内側に入ることをちょうど可能にするのに十分な大きさの第1の円形の開口部を半円形の部分32の一側面において有する。同軸ケーブル20の外側導電体36は、キャップ30の半円形の部分32と供給端12におけるEM波ランチャ10の導電側面プレート24aとの両方へ電気的に接続される。ピン又はプローブ38は、同軸ケーブル20の中央導電体をキャビティ内部の同軸ケーブル20の外側の導電体を超えて伸長することによって形成され、この場合においては、ピンの長さは、約0.1インチである。同様に、キャップ30のギャップ35は、直線部34aを直線部34bから分離する第2の開口を規定する。ギャップ35の寸法は、供給端12により近いEM波ランチャ10の切り取られた端の先端がキャビティ内へ適合することをちょうど可能にするのに十分な大きさである。この実施形態において、EM波ランチャ10の側面プレート24a及び24cは、導電性材料で作成されている。したがって、EM波ランチャ10の側面プレート24aは、第2の部分34bへ電気的に接続され、EM波ランチャ10の側面プレート24cは、第1の部分34aへ電気的に接続される。同様に、同軸ケーブル20の外側の導電体36は、第1の部分34aへ電気的に接続される。さらに、ピン38は、第2の部分34bへ電気的に接続される。このように、EM波ランチャ10は、キャビティにより支持される供給ピン構造(cavity−backed feeding pin configuration)における同軸ケーブル20のピン38によって励起され得る。通常、ピン38は、EM波ランチャ10に沿って伝搬するEM波の周波数帯域の中心周波数と対応する1/4波長に等しいキャップからの距離に位置付けられる。   The cap 30 has a first circular opening on one side of the semi-circular portion 32 that is just large enough to allow the coaxial cable 20 to enter the inside of the cavity. The outer conductor 36 of the coaxial cable 20 is electrically connected to both the semicircular portion 32 of the cap 30 and the conductive side plate 24 a of the EM wave launcher 10 at the supply end 12. The pin or probe 38 is formed by extending the central conductor of the coaxial cable 20 beyond the conductor outside the coaxial cable 20 inside the cavity, in which case the length of the pin is about 0.1. Inches. Similarly, the gap 35 of the cap 30 defines a second opening that separates the straight portion 34a from the straight portion 34b. The size of the gap 35 is large enough to just allow the tip of the cut end of the EM wave launcher 10 closer to the supply end 12 to fit into the cavity. In this embodiment, the side plates 24a and 24c of the EM wave launcher 10 are made of a conductive material. Therefore, the side plate 24a of the EM wave launcher 10 is electrically connected to the second portion 34b, and the side plate 24c of the EM wave launcher 10 is electrically connected to the first portion 34a. Similarly, the conductor 36 outside the coaxial cable 20 is electrically connected to the first portion 34a. Further, the pin 38 is electrically connected to the second portion 34b. Thus, the EM wave launcher 10 can be excited by the pin 38 of the coaxial cable 20 in a cavity-backed feeding pin configuration. Typically, the pin 38 is positioned at a distance from the cap equal to a quarter wavelength corresponding to the center frequency of the frequency band of the EM wave propagating along the EM wave launcher 10.

当業者であれば、半円形の部分32が、楕円、平面、又は他の滑らかな関数などの種々の構成に従って成形され得ることを理解するだろう。同様に、キャップ30の一つ又はそれ以上の部分は、ある構造においては除去され得、キャビティは誘電体で充填され得る。さらに、直線部34a及び34bの寸法は、EM波ランチャ10の供給端12との組み合わせでデザインされて、望ましくない共鳴の効果を削減し得る。   One skilled in the art will appreciate that the semi-circular portion 32 can be shaped according to various configurations such as an ellipse, a plane, or other smooth function. Similarly, one or more portions of the cap 30 can be removed in certain structures and the cavities can be filled with a dielectric. Further, the dimensions of the straight portions 34a and 34b may be designed in combination with the supply end 12 of the EM wave launcher 10 to reduce undesirable resonance effects.

稼働
本発明の実施形態の更なる態様に従って、図1の材料評価システムを用いる方法は、EM波伝搬の原理に基づく。コンピュータベースのプロセッサ22は、調整可能なRF信号源を制御し、そのRF信号源は、耐火材料を十分に低い損失で適切に通過する周波数帯域で稼働するものであり、その周波数帯域は、望ましくは0.25GHzと30GHzとの間のどこか、より望ましくは0.25GHzと10GHzとの間のどこかの周波数帯域である。RF信号源は、EM波ランチャ10内部で少なくとも一つの伝搬モードを励起し、複数のEM波が、関心の周波数帯域において供給端12から送出端14へ伝搬することができるように、同軸ケーブル20によって供給推移部18へ伝えられる。EM波ランチャ10内で伝搬するEM波の帯域は、利用者に要求されるように、通常、低くても2GHzが選択される。
Operation According to a further aspect of embodiments of the present invention, the method using the material evaluation system of FIG. 1 is based on the principle of EM wave propagation. The computer-based processor 22 controls a tunable RF signal source that operates in a frequency band that suitably passes through the refractory material with a sufficiently low loss, which frequency band is preferably Is a frequency band somewhere between 0.25 GHz and 30 GHz, more preferably somewhere between 0.25 GHz and 10 GHz. The RF signal source excites at least one propagation mode within the EM wave launcher 10 so that a plurality of EM waves can propagate from the supply end 12 to the transmission end 14 in the frequency band of interest. Is transmitted to the supply transition section 18. The band of the EM wave propagating in the EM wave launcher 10 is normally selected to be 2 GHz at the lowest as required by the user.

EM波ランチャ10に到達すると、コンピュータベースのプロセッサ22からのRF信号源は、同軸ケーブル20に沿って伝搬するRF信号源のEM場を、EMランチャ10の内側に活性化される伝搬モードのEM場へ順応することに起因して、供給推移部18において、初期の不連続を経験することになる。この初期の不連続により、RF信号源の一部の、コンピュータプロセッサ22への戻り反射が生じる。   Upon reaching the EM wave launcher 10, the RF signal source from the computer-based processor 22 propagates the EM field of the RF signal source propagating along the coaxial cable 20 in a propagation mode EM activated inside the EM launcher 10. Due to the adaptation to the field, the supply transition 18 will experience an initial discontinuity. This initial discontinuity causes a reflection of some of the RF signal source back to the computer processor 22.

さらに、EM波ランチャ10に沿って伝搬するEM波が耐火材料の近接の、外側表面に到達すると、EM波の第1の部分は材料の近接の、外側表面を介して通過し、材料の遠隔の、内側表面に到達するまで材料の内部を伝搬する。EM波の第2の部分は、耐火材料の近接の、外側表面からEM波ランチャ10へ戻り反射し、反射EM波の一部は、コンピュータプロセッサ22に到達するまで伝搬する。EM波の第1の部分が、耐火材料の遠隔の、内側表面に到達すると、EM波の第3の部分は、炉の内部に含まれる融解材料を介して通過し得、及び融解材料の内部へ伝搬する。EM波の第4の部分は、耐火材料の遠隔の、内側表面からEM波ランチャ10へ戻り反射し、反射EM波の一部は、コンピュータプロセッサ22に到達するまで伝搬する。EM波の第2の部分は、波が、送出端14におけるEM波ランチャ10の内部容積と耐火材料との間の媒体不連続を介して伝搬する結果として、反射する。同様に、EM波の第4の部分は、波が、耐火材料と融解材料との間の媒体不連続を介して伝搬する結果として、反射する。   Furthermore, when the EM wave propagating along the EM wave launcher 10 reaches the proximal, outer surface of the refractory material, the first portion of the EM wave passes through the proximal, outer surface of the material, and the remote of the material. Propagating inside the material until it reaches the inner surface. The second part of the EM wave is reflected back from the outer surface, close to the refractory material, to the EM wave launcher 10, and a portion of the reflected EM wave propagates until it reaches the computer processor 22. When the first part of the EM wave reaches the remote, inner surface of the refractory material, the third part of the EM wave may pass through the molten material contained within the furnace and the interior of the molten material Propagate to. The fourth part of the EM wave reflects back from the remote, inner surface of the refractory material back to the EM wave launcher 10, and a portion of the reflected EM wave propagates until it reaches the computer processor 22. The second part of the EM wave reflects as a result of the wave propagating through a media discontinuity between the internal volume of the EM wave launcher 10 at the delivery end 14 and the refractory material. Similarly, the fourth part of the EM wave reflects as a result of the wave propagating through a media discontinuity between the refractory material and the molten material.

さらに、耐火材料を通って伝搬するEM波は、耐火材料の内側の不均一な領域又は欠陥の存在に起因する不連続を経験し得る。よって、EM波の一部は、耐火材料の内部の欠陥から、EM波ランチャ10へ戻り反射し、反射EM波の一部は、コンピュータプロセッサ22に到達するまで伝搬する。   Furthermore, EM waves propagating through the refractory material can experience discontinuities due to the presence of non-uniform areas or defects inside the refractory material. Thus, some of the EM waves are reflected back from the defects inside the refractory material back to the EM wave launcher 10 and some of the reflected EM waves propagate until reaching the computer processor 22.

その上さらに、EM波ランチャ10に沿って伝搬するEM波は、送出端14において更なるエッジの不連続を経験する。より具体的には、エッジの不連続は、図2Aに示すように、波が、送出端14におけるEM波ランチャ10の内部容積と、耐火材料の近接の、外側表面などのエッジの周辺の媒体と、空気などのEM波ランチャ10の周辺の媒体と、の間の媒体の不連続を通って伝搬する結果として、送出端14に対応するエッジ26a、26b、26c、及び26dにおいて生じ得る。したがって、EM波の一部は、エッジからEM波ランチャ10へ戻り反射し、反射EM波の一部は、コンピュータプロセッサ22に到達するまで伝搬する。   Furthermore, EM waves propagating along the EM wave launcher 10 experience further edge discontinuities at the delivery end 14. More specifically, the edge discontinuity, as shown in FIG. 2A, is a medium in which the wave surrounds the inner volume of the EM wave launcher 10 at the delivery end 14 and the edge surface, such as the outer surface, in the vicinity of the refractory material. And at the edges 26a, 26b, 26c, and 26d corresponding to the delivery end 14, as a result of propagating through a media discontinuity between the EM wave launcher 10, such as air. Accordingly, a part of the EM wave is reflected from the edge back to the EM wave launcher 10, and a part of the reflected EM wave propagates until reaching the computer processor 22.

さらに、送出端14に対応するエッジ26a、26b、26c、及び26dから反射するEM波は、他のエッジの一つ又はそれ以上に複数回到達して、EM波の複数のエッジの反射による、望ましくない「共鳴」の又は「反射」の効果を作り出すことがある。最終的には、複数の反射EM波の一部は、コンピュータプロセッサ22に到達する。   Further, the EM wave reflected from the edges 26a, 26b, 26c, and 26d corresponding to the sending end 14 reaches one or more of the other edges a plurality of times, due to reflection of the plurality of edges of the EM wave, It may create undesirable “resonance” or “reflection” effects. Eventually, some of the plurality of reflected EM waves reach the computer processor 22.

同様に、耐火材料の範囲内の、EM波ランチャ10内の、又は供給端12とコンピュータプロセッサ22との間の、任意の反射波は、耐火材料の近接の、外側表面、送出端14、及び供給端12における任意の不連続に影響される。言い換えると、不連続の効果は、コンピュータプロセッサ22から耐火材料の遠隔の、内側の壁へ、又は耐火材料の遠隔の、内部の壁からコンピュータプロセッサ22へのいずれかの、EM波の伝搬の方向に関わらず、EM波を伝搬することに影響し得る。したがって、共鳴効果を作り出し得、更に関心の反射EM波を検出するコンピュータプロセッサ22の能力に悪影響を及ぼし得る複数のEM波反射が、発生する。言い換えると、材料評価システムの深刻なパフォーマンスの問題を生じ得る、複数のスプリアス信号又は所望されないEM波反射は、本質的に存在している。そのようなスプリアス信号の複合の効果、又は所望されないEM波反射を指して共通に用いられる用語は、「クラッタ」である。   Similarly, any reflected waves within the refractory material, within the EM wave launcher 10 or between the supply end 12 and the computer processor 22 may cause the outer surface, the delivery end 14, and the proximity of the refractory material. Affected by any discontinuity at the supply end 12. In other words, the discontinuous effect is the direction of propagation of the EM wave, either from the computer processor 22 to the remote, inner wall of the refractory material, or from the refractory material, from the inner wall to the computer processor 22. Regardless, it can affect the propagation of EM waves. Thus, multiple EM wave reflections can occur that can create resonance effects and can adversely affect the ability of the computer processor 22 to detect the reflected EM waves of interest. In other words, there are inherently multiple spurious signals or unwanted EM wave reflections that can cause serious performance problems in the material evaluation system. A commonly used term for the combined effect of such spurious signals, or unwanted EM wave reflections, is “clutter”.

特に、耐火材料の状態を評価するための関心の第1のEM波は、送出端14と耐火材料の近接の、外側の壁との間の不連続からのもとの反射EM波であり、耐火材料の厚さを判定すること、又は前記材料内部の欠陥の位置を判定することのためのリファレンスを確立するものである。関心の第2のEM波は、耐火材料の遠隔の壁、内側の壁と炉の内部の融解材料との間の不連続からのもとの反射EM波であり、耐火材料の厚さを判定するものである。関心の第3のEM波は、耐火材料内部の欠陥の不連続からのもとの反射EM波であり、欠陥の位置を判定するものである。   In particular, the first EM wave of interest for assessing the condition of the refractory material is the original reflected EM wave from the discontinuity between the delivery end 14 and the outer wall in the vicinity of the refractory material; Establishing a reference for determining the thickness of the refractory material or determining the location of defects within the material. The second EM wave of interest is the original reflected EM wave from the discontinuity between the remote wall of the refractory material, the inner wall and the molten material inside the furnace, and determines the thickness of the refractory material To do. The third EM wave of interest is the original reflected EM wave from the defect discontinuity inside the refractory material and determines the position of the defect.

相応に、複数の様々な要素は、システムの全体のクラッタに対する主な要因である。第1の要素は、供給推移部18からコンピュータベースのプロセッサ22への反射RF信号に対応する。第2の要素は、供給推移部18とコンピュータベースのプロセッサ22との間の複数のRF信号反射又は共鳴に対応する。第3の要素は、送出端14におけるエッジ26a、26b、26c、及び26dからコンピュータベースのプロセッサ22への反射EM波に対応する。第4の要素は、送出端14におけるエッジ26a、26b、26c、及び26dからコンピュータベースのプロセッサ22へのEM波の複数のエッジ反射又は共鳴に対応する。第5の要素は、耐火材料の近接の、外側の壁と、耐火材料の遠隔の、内側の壁との間の、コンピュータベースのプロセッサ22へ到達するEM波の複数の反射又は共鳴に対応する。第6の要素は、耐火材料内部の欠陥と、耐火材料の近接の、外側の壁との間の、コンピュータベースのプロセッサ22に到達するEM波の複数の反射又は共鳴に対応する。第7の要素は、耐火材料内部の欠陥と、耐火材料の遠隔の、内側の壁との間の、コンピュータベースのプロセッサ22に到達するEM波の複数の反射又は共鳴に対応する。第8の要素は、供給端12と、耐火材料の近接の、外側の壁との間の、コンピュータベースのプロセッサ22に到達するEM波の複数の反射又は共鳴に対応する。第9の要素は、供給推移部18と供給端12との間の、コンピュータベースのプロセッサ22に到達するEM波の複数の反射又は共鳴に対応する。   Correspondingly, several different elements are the main factors for the overall clutter of the system. The first element corresponds to the reflected RF signal from the supply transition 18 to the computer-based processor 22. The second element corresponds to multiple RF signal reflections or resonances between the supply transition 18 and the computer-based processor 22. The third element corresponds to reflected EM waves from the edges 26a, 26b, 26c, and 26d at the delivery end 14 to the computer-based processor 22. The fourth element corresponds to multiple edge reflections or resonances of the EM wave from the edges 26a, 26b, 26c, and 26d at the delivery end 14 to the computer-based processor 22. The fifth element corresponds to multiple reflections or resonances of the EM wave reaching the computer-based processor 22 between the proximal outer wall of the refractory material and the remote inner wall of the refractory material. . The sixth element corresponds to multiple reflections or resonances of EM waves reaching the computer-based processor 22 between the defects inside the refractory material and the outer walls in the vicinity of the refractory material. The seventh element corresponds to multiple reflections or resonances of EM waves reaching the computer-based processor 22 between the defects inside the refractory material and the remote, inner wall of the refractory material. The eighth element corresponds to multiple reflections or resonances of the EM wave reaching the computer-based processor 22 between the supply end 12 and the adjacent, outer wall of the refractory material. The ninth element corresponds to multiple reflections or resonances of EM waves that reach the computer-based processor 22 between the supply transition 18 and the supply end 12.

この実施形態において、コンピュータベースのプロセッサ22によって受信されるRF信号又はEM波は、もとのRF信号源のリファレンスバージョンに対する受信RF信号又はEM波の、同相(I)及び直角位相(Q)成分に比例する電圧を提供するコヒーレント検出器を通過し、よって、大きさと相対位相との両方を測定することができる。もとのRF信号源のリファレンスバージョンは、方向性結合器を用いて得られるサンプルによって提供される。アナログ−デジタル変換器は、コヒーレント検出器のI電圧及びQ電圧出力に比例するデジタルデータを出力する。デジタルデータは、続いて、コンピュータベースのプロセッサ22によって読み出され、記録され、処理される。コンピュータベースのプロセッサ22はさらに、処理されたデータをキャリブレーションして、利用者へ結果を表示する。コンピュータベースのプロセッサ22は、周波数領域のデータを生成し、周波数領域のデータを時間領域のデータへ変換するために、受信された反射EM波を測定するように構成される実行可能なコンピュータコードを有する。さらに、コンピュータベースのプロセッサ22は、時間領域のデータを距離領域のデータにキャリブレーションし、耐火材料から反射する関心のEM波と関連する距離領域のプロファイル内のピークを特定し、関心のEM波の進行を判定する。   In this embodiment, the RF signal or EM wave received by the computer-based processor 22 is the in-phase (I) and quadrature (Q) components of the received RF signal or EM wave relative to the reference version of the original RF signal source. Can be passed through a coherent detector that provides a voltage proportional to, so that both magnitude and relative phase can be measured. A reference version of the original RF signal source is provided by samples obtained using a directional coupler. The analog-to-digital converter outputs digital data proportional to the I and Q voltage outputs of the coherent detector. The digital data is then read, recorded and processed by a computer based processor 22. The computer-based processor 22 further calibrates the processed data and displays the results to the user. The computer-based processor 22 generates executable computer code configured to measure received reflected EM waves to generate frequency domain data and convert the frequency domain data to time domain data. Have. In addition, the computer-based processor 22 calibrates the time domain data to the distance domain data, identifies peaks in the distance domain profile associated with the EM wave of interest reflecting from the refractory material, and generates the EM wave of interest. Determine the progress of.

よって、コンピュータベースのプロセッサ22は、受信RF信号又は受信EM波と、もとのRF信号源との間の相対的な時間遅延を判定することができる。時間領域のデータは、関心のそれぞれのEM波の到着の相対時間及びクラッタ要素を判定することに用いられ得る。とりわけ重要であるのは、関心の任意のEM波は、リファレンスとして用いられる、関心の第1のEM波の到着と、関心の第2のEM波の到着との間の時間間隔の間に受信されることである。言い換えると、耐火材料の状態の任意の情報は、当該時間間隔の間に、コンピュータベースのプロセッサ22へ到着する。したがって、コンピュータベースのプロセッサにおける、この時間間隔の間に到着し得るクラッタ要素だけが、第2の、第3の、第4の、第6の、第8の、及び第9のクラッタ要素に対応するクラッタ要素である。   Thus, the computer-based processor 22 can determine the relative time delay between the received RF signal or received EM wave and the original RF signal source. The time domain data can be used to determine the relative time of arrival of each EM wave of interest and clutter elements. Of particular importance is that any EM wave of interest is received during the time interval between the arrival of the first EM wave of interest and the arrival of the second EM wave of interest, used as a reference. It is to be done. In other words, any information about the state of the refractory material arrives at the computer-based processor 22 during the time interval. Thus, only the clutter elements that can arrive during this time interval in the computer-based processor correspond to the second, third, fourth, sixth, eighth, and ninth clutter elements. Is the clutter element.

さらに、同軸ケーブル20の長さの至る所を伝搬するEM波の伝搬時間が、耐火材料の厚さを通って往復して伝搬するEM波の伝搬時間を加えたEM波ランチャ10の至る所を伝搬するEM波の伝搬時間よりも大きいように、同軸ケーブル20の長さを選択することによって、第2のクラッタ要素と対応する複数の反射は、関心の任意のEM波よりも遅れて、コンピュータベースのプロセッサ22に到着する。同様に、EM波ランチャ10に沿って伝搬するEM波の伝搬時間が、耐火材料の厚さを通って伝搬するEM波の伝搬時間よりも大きいように、EM波ランチャ10の伸長部分16の長さを選択することによって、第8のクラッタ要素と対応する複数の反射は、関心の任意のEM波よりも遅れて、コンピュータベースのプロセッサ22に到着する。   Further, the propagation time of the EM wave propagating throughout the length of the coaxial cable 20 is varied throughout the EM wave launcher 10 including the propagation time of the EM wave propagating back and forth through the thickness of the refractory material. By selecting the length of the coaxial cable 20 to be greater than the propagation time of the propagating EM wave, the plurality of reflections corresponding to the second clutter element are delayed from any EM wave of interest by the computer. Arrives at the base processor 22. Similarly, the length of the elongated portion 16 of the EM wave launcher 10 is such that the propagation time of the EM wave propagating along the EM wave launcher 10 is greater than the propagation time of the EM wave propagating through the thickness of the refractory material. By selecting the length, the plurality of reflections corresponding to the eighth clutter element arrive at the computer-based processor 22 later than any EM wave of interest.

第6のクラッタ要素によって生成される共鳴の効果、すなわち、耐火材料内部の欠陥と耐火材料の近接の、外側の壁との間のコンピュータベースのプロセッサ22に到着するEM波の共鳴は、欠陥が、耐火材料の遠隔の、内側の壁よりも、耐火材料の近接の、外側の壁へより近く位置付けられる場合に限り、関心のEM波と同じ間隔時間でコンピュータベースのプロセッサ22に到着する。しかしながら、この効果は、欠陥が、材料の厚さの半分よりも小さい、材料の近接の、外側の壁からの距離に存在しているときにのみ、顕著である。当業者であれば、複数の周波数における測定及び既知の信号処理技術により、いつこの状況が生じるのか判定できることを理解するだろう。   The effect of the resonance generated by the sixth clutter element, ie the resonance of the EM wave arriving at the computer-based processor 22 between the defect inside the refractory material and the outer wall in the vicinity of the refractory material, The computer-based processor 22 arrives at the same interval time as the EM wave of interest only if it is positioned closer to the outer wall, closer to the refractory material than the remote inner wall of the refractory material. However, this effect is only noticeable when defects are present at a distance from the outer wall in close proximity of the material that is less than half the thickness of the material. One skilled in the art will appreciate that measurements at multiple frequencies and known signal processing techniques can determine when this situation occurs.

図3に示すように、この実施形態におけるキャビティに支持される供給推移の利用は、第9のクラッタ要素の効果、すなわち、供給推移部18と供給端12との間の、関心のEM波と同じ時間間隔でコンピュータベースのプロセッサ22に到達し得るEM波の共鳴を削減し得る。EM波ランチャ10の固有の広帯域の条件のために、重要な1/4波長距離は、稼働の全周波数帯域にわたって維持することが難しい。したがって、共鳴の効果は、なお有意ではあるが、部分的に除去され得る。   As shown in FIG. 3, the utilization of the supply transition supported by the cavity in this embodiment is the effect of the ninth clutter element, ie the EM wave of interest between the supply transition 18 and the supply end 12. EM wave resonances that can reach the computer-based processor 22 at the same time interval may be reduced. Due to the inherent broadband conditions of the EM wave launcher 10, the important quarter wavelength distance is difficult to maintain across the entire frequency band of operation. Thus, the effect of resonance is still significant but can be partially eliminated.

それゆえに、もっとも関連のある、同時に、システムから除去することが最も難しいクラッタ要素は、送出端14におけるエッジ26a、26b、26c、及び26dに対するそれらである。これらは、前述のように第3の及び第4のクラッタ要素である。   Therefore, the most relevant and simultaneously the most difficult clutter elements to remove from the system are those for edges 26a, 26b, 26c, and 26d at the delivery end 14. These are the third and fourth clutter elements as described above.

コンピュータベースのプロセッサ22の実行可能なコンピュータコードは、同軸ケーブル20及びEM波発射装置10に沿って進行する、そして評価中の耐火材料を通って進行するEM波の既知の速度に基づいて、時間領域のデータを、距離領域のデータへのキャリブレーションを可能にする。また、リファレンスの、又は0距離の値は、EM波ランチャ10の送出端14と、耐火材料の近接の、外側表面との間の推移に対応する。図4は、コンピュータベースのプロセッサ22における受信EM波の大きさのプロットを距離の関数として示す。これは、図1に示すシステムに見込まれる状況を示し、耐火材料内部の欠陥が存在している。コンピュータベースのプロセッサ22において関心のEM波を判定するにあたり、クラッタ要素の効果が、顕著となり得る。実線のカーブは、システムノイズを加えた関心のEM波の大きさを表す。破線のカーブは、システムノイズを加えたクラッタの大きさを表す。関心の距離間隔は、耐火材料の厚さに対応する距離に過ぎず、この場合には約6インチ、であることにも留意されたい。ノイズを加えたクラッタの大きさが、図4に示すように、欠陥と耐火材料の厚さとの両方と関連する関心のEM波の大きさとおおよそ同じ又はより大きいならば、そのような関心のEM波は、コンピュータベースのプロセッサ22によって検出され得ない。よって、図4において4インチの距離に概略示す、耐火材料の欠陥と関連する関心のEM波と、6インチの距離に概略示す、前記材料の遠隔の、内側の壁と関連する関心のEM波との、いずれもが、クラッタの効果により検出され得ない。したがって、耐火材料の厚さは、判定され得ない。この場合において、耐火材料の近接の、外側表面と関連する関心のEM波の大きさは、ノイズを加えたクラッタの前記大きさよりも上であるので、耐火材料の近接の、外側表面と関連する関心のEM波の大きさのみが判定され得る。しかしながら、材料の近接の、外側表面と関連する関心のEM波のみの大きさを判定することは、あまり役に立たない。   The executable computer code of the computer-based processor 22 is based on the known speed of the EM wave that travels along the coaxial cable 20 and the EM wave launcher 10 and travels through the refractory material under evaluation. The area data can be calibrated to the distance area data. Also, the reference or zero distance value corresponds to the transition between the delivery end 14 of the EM wave launcher 10 and the outer surface in the vicinity of the refractory material. FIG. 4 shows a plot of received EM wave magnitude as a function of distance in a computer-based processor 22. This shows the situation expected in the system shown in FIG. 1 and there are defects inside the refractory material. In determining the EM wave of interest in the computer-based processor 22, the effect of the clutter element can be significant. The solid curve represents the magnitude of the EM wave of interest plus system noise. The dashed curve represents the size of the clutter with system noise added. Note also that the distance interval of interest is only a distance corresponding to the thickness of the refractory material, in this case about 6 inches. If the size of the cluttered with noise is approximately the same or greater than the magnitude of the EM wave of interest associated with both the defect and the thickness of the refractory material, as shown in FIG. Waves cannot be detected by the computer-based processor 22. Thus, the EM wave of interest associated with a defect in a refractory material, schematically illustrated at a distance of 4 inches in FIG. 4, and the EM wave of interest associated with a remote, inner wall of the material, schematically illustrated at a distance of 6 inches. Neither can be detected due to the effect of clutter. Therefore, the thickness of the refractory material cannot be determined. In this case, the magnitude of the EM wave of interest associated with the outer surface in the vicinity of the refractory material is above the magnitude of the noisy clutter, so it is associated with the outer surface in the vicinity of the refractory material. Only the magnitude of the EM wave of interest can be determined. However, it is not very useful to determine the magnitude of only the EM wave of interest associated with the outer surface in the vicinity of the material.

従って、ノイズを加えたクラッタの大きさを、欠陥又は材料の状態を判定することができる耐火材料の厚さと、関連する関心のEM波の大きさを下回るレベルまで削減することは、極めて重要である。通常、耐火材料の評価を含むほとんどの利用例において、クラッタはとても大きいので、材料評価システムは信頼できなくなり、概して、材料の状態を判定することができなくなる。さらに、炉壁の表面上の種々の位置において得られる反射EM波の測定の減算に基づくものなどの周知の技術は、クラッタを削減するのに有効ではない。技術の効果のなさの理由は、測定ごとの表面温度、誘電正接、並びに、EM波ランチャ10及び炉壁の表面の配置の、変動に起因する、測定のそれぞれと関連するクラッタ成分の変動性である。   It is therefore very important to reduce the size of the cluttered with noise to a level below the thickness of the refractory material from which the defect or material condition can be determined and the magnitude of the EM wave of interest. is there. Typically, in most applications involving the evaluation of refractory materials, the clutter is so large that the material evaluation system becomes unreliable and generally cannot determine the condition of the material. In addition, known techniques such as those based on subtraction of reflected EM wave measurements obtained at various locations on the furnace wall surface are not effective in reducing clutter. The reason for the ineffectiveness of the technique is the variability of the clutter component associated with each of the measurements, due to variations in the surface temperature, dielectric loss tangent, and EM wave launcher 10 and furnace wall surface placement from measurement to measurement. is there.

図1及び図2は、送出端14におけるエッジ26a、26b、26c、及び26dに関するクラッタ要素を大幅に削減するEM波ランチャ10のデザインを示す。先に示したように、送出端14におけるエッジ26a、26b、26c、及び26dに関するクラッタ要素は、システムから抑制することに最も関連し、同時に最も困難なクラッタ要素である。図5は、稼働している炉に取り付けられた10インチの厚さの耐火材料の実際の測定データを示す。この場合において、耐火壁の厚さは、欠陥を含まないように選択され、かつ、欠陥からの反射EM波がなく、炉壁の遠隔の、内側表面からの反射EM波が、コンピュータベースのプロセッサ22に到達せずに減衰するように選択される。よって、図5は、ロールエッジを有するEM波ランチャ10及びロールエッジを有していない実質的に同様のEM波ランチャ10についてのクラッタプラスノイズの測定結果のみを示す。実線カーブは、前述のように、ロールエッジを有するEM波ランチャ10を用いて、処理された時間領域のデータのクラッタプラスノイズの大きさを表す。破線カーブは、ロールエッジを有していない実質的に同様のEM波ランチャ10が用いられる場合に、クラッタプラスノイズの大きさを表す。図4に示すように、ロールエッジを有するEM波ランチャを用いることの効果は、炉壁の近接の外側表面に関連する関心のある反射EM波が出現することが予測される領域、例えば、時間が1ナノ秒を超える領域において、クラッタプラスノイズを約20dBから30dB以上低減させたことである。   1 and 2 show a design of the EM wave launcher 10 that significantly reduces clutter elements for the edges 26a, 26b, 26c, and 26d at the delivery end 14. FIG. As indicated above, the clutter elements associated with edges 26a, 26b, 26c, and 26d at the delivery end 14 are most relevant to suppression from the system and at the same time are the most difficult clutter elements. FIG. 5 shows actual measurement data for a 10 inch thick refractory material attached to a running furnace. In this case, the thickness of the refractory wall is selected to be free of defects, and there are no reflected EM waves from the defects and reflected EM waves from the remote, inner surface of the furnace wall are computer-based processors. It is selected to decay without reaching 22. Thus, FIG. 5 shows only the measurement results of clutter plus noise for an EM wave launcher 10 having a roll edge and a substantially similar EM wave launcher 10 having no roll edge. The solid curve represents the magnitude of clutter plus noise in the time domain data processed using the EM wave launcher 10 having a roll edge as described above. The dashed curve represents the magnitude of clutter plus noise when a substantially similar EM wave launcher 10 without roll edges is used. As shown in FIG. 4, the effect of using an EM wave launcher with a roll edge is the area where the reflected EM waves of interest related to the outer surface of the furnace wall are expected to appear, eg, time In a region exceeding 1 nanosecond, clutter plus noise is reduced by about 20 dB to 30 dB or more.

ロールエッジを有するEM波ランチャを用いることの別の効果は、炉壁の近接の外側表面と関連する関心のある反射EM波に対して、クラッタプラスノイズを10dB程度低減させたことである。また、システムノイズは、双方の場合に実質的に同様であるため、ロールエッジを有する、及びロールエッジを有さないEM波ランチャ10を用いるときに、図5に見られるクラッタプラスノイズの低減は、主にクラッタレベルの低減に対応する。   Another advantage of using an EM wave launcher with a roll edge is to reduce clutter plus noise by as much as 10 dB for reflected EM waves of interest associated with the outer surface of the furnace wall in close proximity. Also, since the system noise is substantially the same in both cases, when using the EM wave launcher 10 with and without roll edges, the clutter plus noise reduction seen in FIG. , Mainly corresponds to the reduction of clutter level.

単独のEM波ランチャ10が用いられる図1に関しては、そのようなシステムは、モノスタティック構造と、一般的に呼ばれる。更なるEM波ランチャ10が、反射EM波を受信するためにのみ加えられてもよい。一般的にバイスタティック構造として知られるそのような構造において、第1の「能動的な」EM波ランチャ10は、図1に示されるように、EM波を評価中の材料に送出することに用いられる。第2の「受動的な」EM波ランチャ10は、第1のEM波ランチャ10に隣接して配置される。第2のEM波ランチャ10は、反射EM波を受信するに過ぎない。よって、反射EM波は、送出EM波に用いられるパスと異なるパスを用いてコンピュータベースのプロセッサ22へ戻る。このことは、送出EM波と受信EM波との間に固有の分離を提供する。図1とは違って、このバイスタティック構造は、反射EM波のコヒーレント検出を行うためにコンピュータベースのプロセッサ22から生じる及びコンピュータベースのプロセッサ22に向かう、送信EM波と受信EM波とを分離するための、方向性結合器などの更なるコンポーネントを要求しない。   With respect to FIG. 1 where a single EM wave launcher 10 is used, such a system is commonly referred to as a monostatic structure. An additional EM wave launcher 10 may be added only to receive reflected EM waves. In such a structure, commonly known as a bistatic structure, a first “active” EM wave launcher 10 is used to deliver EM waves to the material under evaluation, as shown in FIG. It is done. A second “passive” EM wave launcher 10 is positioned adjacent to the first EM wave launcher 10. The second EM wave launcher 10 only receives reflected EM waves. Thus, the reflected EM wave returns to the computer-based processor 22 using a path different from the path used for the transmitted EM wave. This provides an inherent separation between the transmitted EM wave and the received EM wave. Unlike FIG. 1, this bistatic structure separates the transmitted and received EM waves that originate from and toward the computer-based processor 22 for coherent detection of reflected EM waves. No additional components such as directional couplers are required.

バイスタティック構造において、第1のEM波ランチャ10の送出端14を含む仮想平面の中心点が、第2のEMランチャ10の送出端14を含む平面の対応する中心点と、可能な限り近接して配置され、両方の送出端が耐火材料の近接の、外側表面と接触して順応するように配置されるのが望ましい。この構造におけるEM波ランチャの間の望ましい最小限の分離に関する一つの理由は、反射EM波によって伝えられる距離がより短いことであり、より少ない損失で済む。第2の理由は、第2のEM波ランチャが、より多くの反射EM波、特に送出EM波に対して180°に近い角度で反射するそれらのEM波、を受信できることである。さらに、送出EM波の電場分極と実質的に同じ電場分極を有する反射EM波を受信するために、ある状況において、第2のEM波ランチャ10に対する第1のEM波ランチャ10の方向は、第1のEM波ランチャ10の送出端14におけるエッジ24a、24b、24c、及び24dが、第2のEM波ランチャ10の送出端14にエッジ24a、24b、24c、及び24dと実質的に平行となるように選択され得る。当業者であれば、第2のEM波ランチャ10に対する第1のEM波ランチャ10の相対方向が、送出EM波の電場分極と比較して、相互分極、交差分極、又はそれらの任意の組み合わせなどの実質的に望ましい電場分極を有する反射EM波を受信するように調整される必要があり得ることを理解するだろう。さらに、第2のEM波ランチャは、第1のEM波ランチャと同一であること又は類似であることは要求されない。   In the bistatic structure, the center point of the virtual plane including the transmission end 14 of the first EM wave launcher 10 is as close as possible to the corresponding center point of the plane including the transmission end 14 of the second EM launcher 10. Preferably, both delivery ends are arranged to conform in contact with the adjacent, outer surface of the refractory material. One reason for the desired minimal separation between EM wave launchers in this structure is that the distance carried by the reflected EM wave is shorter and requires less loss. The second reason is that the second EM wave launcher can receive more reflected EM waves, particularly those EM waves that reflect at an angle close to 180 ° with respect to the transmitted EM wave. Further, in order to receive a reflected EM wave having substantially the same electric field polarization as the transmitted EM wave, the direction of the first EM wave launcher 10 relative to the second EM wave launcher 10 is The edges 24a, 24b, 24c, and 24d at the transmission end 14 of the first EM wave launcher 10 are substantially parallel to the edges 24a, 24b, 24c, and 24d at the transmission end 14 of the second EM wave launcher 10. Can be selected. A person skilled in the art will recognize that the relative direction of the first EM wave launcher 10 relative to the second EM wave launcher 10 is cross-polarization, cross-polarization, or any combination thereof compared to the electric field polarization of the transmitted EM wave. It will be appreciated that it may need to be tuned to receive reflected EM waves having substantially the desired electric field polarization. Further, the second EM wave launcher is not required to be the same or similar to the first EM wave launcher.

横電磁界(TEM)波が排他的に用いられる本発明の更なる態様に関して、EM波ランチャ10は、導電性材料でできている二つの向かい合う側面プレートのみを有するように構成され得る。言い換えると、第1の構造においては、側面プレート24a及び24cのみが、導電性材料を用いて作られる。第2の構造においては、側面プレート24b及び24dのみが、導電性材料を用いて作られる。これらの二つの異なる構造のための望ましい厚さ寸法は、図2に示されるように、四つの導電側面プレートを有する構造のためのものと同じである。よって、より具体的には、EM波ランチャ10の2つの向かい合う側面プレートの第1のグループは、導電性材料でできており、二つの向かい合う側面プレートの第2のグループは、取り除かれてもよく、誘電性の材料、又は先行技術において知られているような他の材料で作られてもよく、若しくは単に、セラミックなどの固体の充填誘電物質の向かい合う表面に置き換えられてもよい。   With respect to a further aspect of the present invention in which transverse electromagnetic field (TEM) waves are used exclusively, the EM wave launcher 10 can be configured to have only two opposing side plates made of a conductive material. In other words, in the first structure, only the side plates 24a and 24c are made using a conductive material. In the second structure, only the side plates 24b and 24d are made using a conductive material. The desired thickness dimensions for these two different structures are the same as for a structure with four conductive side plates, as shown in FIG. Thus, more specifically, the first group of two opposite side plates of the EM wave launcher 10 is made of a conductive material, and the second group of two opposite side plates may be removed. May be made of dielectric materials, or other materials as known in the prior art, or simply replaced by opposing surfaces of a solid filled dielectric material such as a ceramic.

さらに、EM波ランチャ10は、導電性材料を用いて作られる代わりに、可変の導電性を有する材料が配置される少なくとも二つの向かい合う側面プレートを別途、提供されてもよい。当業者であれば、EM波ランチャ10の内側容積を充填する誘電体に塗布される導電性材料の一つ又はそれ以上の被膜の利用例が、側面プレートに沿う可変の導電性の望まれるプロファイルを達成するために用いられ得ることを理解するだろう。あるいは、厚さが均一であり、可変の導電性を有するフィルムは、供給端12と送出端14との間に配置され得る。より具体的には、可変の導電性材料は、少なくとも側面プレート24a及び24c上に、又は少なくとも側面プレート24b及び24d上に配置され得る。この別途の実施形態において、EM波ランチャ10の内部容積は、固体の誘電体、望ましくはセラミックで充填される。可変の導電フィルムは、供給端12から送出端14へ向かう、誘電体の二つの向かい合う側面の表面上に配置され、EM波ランチャ10の側面プレート24a、24b、24c、及び24dを形成する。この構造において、種々の導電性材料の第1の端は、供給端12とより近接して配置され、可変の導電性材料の第2の端は、送出端14とより近接して配置される。よって、電磁波は、可変の導電性材料に部分的に囲まれる領域内部でEM波ランチャ10中を伝搬し、導電性は、可変の導電性材料上のポイントから送出端14への距離の関数として変動する。あるいは、それぞれが可変の導電性を有する、導電フィルムの複数の部分が、より低い導電性からより高い導電性まで連続して配置され、部分の最初のものから最後のものまでの距離の関数として増加する導電プロファイルを作り出し得る。導電フィルムのそれぞれの個々の層の厚さは、0.001インチと0.1インチとの間の範囲であることが好ましい。   Further, instead of being made using a conductive material, the EM wave launcher 10 may be separately provided with at least two opposing side plates on which a material having variable conductivity is disposed. Those skilled in the art will appreciate the use of one or more coatings of conductive material applied to the dielectric that fills the inner volume of the EM wave launcher 10 with a desired profile of variable conductivity along the side plate. It will be understood that it can be used to achieve Alternatively, a film of uniform thickness and variable conductivity can be placed between the supply end 12 and the delivery end 14. More specifically, the variable conductive material may be disposed on at least the side plates 24a and 24c, or at least on the side plates 24b and 24d. In this alternative embodiment, the internal volume of the EM wave launcher 10 is filled with a solid dielectric, preferably ceramic. The variable conductive film is disposed on the two opposing side surfaces of the dielectric from the supply end 12 to the delivery end 14 to form the side plates 24a, 24b, 24c, and 24d of the EM wave launcher 10. In this construction, the first end of the various conductive materials is positioned closer to the supply end 12 and the second end of the variable conductive material is positioned closer to the delivery end 14. . Thus, the electromagnetic wave propagates through the EM wave launcher 10 within a region partially surrounded by the variable conductive material, and the conductivity is a function of the distance from the point on the variable conductive material to the delivery end 14. fluctuate. Alternatively, multiple portions of the conductive film, each having variable conductivity, are arranged sequentially from lower conductivity to higher conductivity, as a function of the distance from the first to the last of the portions An increasing conductive profile can be created. The thickness of each individual layer of conductive film is preferably in the range between 0.001 inch and 0.1 inch.

通常、シート抵抗は、均一な厚さの材料の薄いフィルム層の導電性の度合いを特徴付ける。より大きいシート抵抗は、より低い導電性と対応し、逆の場合も同じである。直前に述べた構造において、可変の導電性材料のシート抵抗は、供給端12により近接する可変の導電性材料の第1の端から、送出端14により近接する可変の導電性材料の第2の端まで、指数関数に従って増加する。   Typically, sheet resistance characterizes the degree of conductivity of a thin film layer of uniform thickness material. Larger sheet resistance corresponds to lower conductivity and vice versa. In the structure just described, the sheet resistance of the variable conductive material is such that the second end of the variable conductive material closer to the delivery end 14 from the first end of the variable conductive material closer to the supply end 12. To the end, it increases according to an exponential function.

特に、供給端12により近接する第1の端における可変の導電性材料のシート抵抗の最小値は、1オーム/スクエアより小さいことが望ましい。より望ましくは、シート抵抗の最小値は、銅又は銀などの導電性材料のシート抵抗と同様である。一方で、送出端14により近接する、第2の端における可変の導電性材料のシート抵抗の最大値は、50オーム/スクエアと1000オーム/スクエアとの間のどこかの範囲であることが望ましい。より望ましくは、シート抵抗の最小値は、セラミックなどの誘電体のシート抵抗と同様である。言い換えると、可変の導電性材料は、供給端12により近接する導電性材料として作用し、可変の導電体材料が送出端14へ近づくにつれて、望ましい最大シート抵抗値を有するように、段階的に推移する。この可変の導電プロファイルは、送出端14におけるエッジからのEM波の反射の大幅な削減を提供する。したがって、可変の導電プロファイルは、送出端14におけるエッジから反射するEM波から生じるクラッタの大幅な削減を提供する。   In particular, the minimum value of the sheet resistance of the variable conductive material at the first end closer to the supply end 12 is preferably less than 1 ohm / square. More desirably, the minimum value of the sheet resistance is the same as the sheet resistance of a conductive material such as copper or silver. On the other hand, the maximum value of the sheet resistance of the variable conductive material at the second end, closer to the delivery end 14, is preferably somewhere in the range between 50 ohms / square and 1000 ohms / square. . More desirably, the minimum value of the sheet resistance is the same as the sheet resistance of a dielectric such as ceramic. In other words, the variable conductive material acts as a conductive material that is closer to the supply end 12 and transitions in steps to have the desired maximum sheet resistance value as the variable conductive material approaches the delivery end 14. To do. This variable conductive profile provides a significant reduction in EM wave reflection from the edge at the delivery end 14. Thus, the variable conductive profile provides a significant reduction in clutter resulting from EM waves reflecting from the edge at the delivery end 14.

前述の可変の導電プロファイルは、EM波ランチャ10の少なくとも二つの向かい合う側面プレート24a及び24c、又は24b及び24dのそれぞれに対してほとんど同じである。しかしながら、当業者であれば、それぞれの側面プレート内の異なるプロファイルが用いられ得ることを理解するだろう。概して、可変の導電性材料のシート抵抗のプロファイルは、ステップ、楕円関数、指数関数、若しくは滑らかに推移する関数、又はそれらの任意の組み合わせに従って増加し得、供給端12により近接する可変の導電性材料の第1の端から、送出端14により近接する可変の導電性材料の第2の端まで、クラッタを削減するようにデザインされ得る。   The variable conductive profile described above is almost the same for each of the at least two opposing side plates 24a and 24c or 24b and 24d of the EM wave launcher 10. However, one skilled in the art will appreciate that different profiles within each side plate can be used. In general, the sheet resistance profile of a variable conductive material may increase according to a step, elliptic function, exponential function, or a smooth transition function, or any combination thereof, and the variable conductivity closer to the feed end 12. It can be designed to reduce clutter from the first end of material to the second end of the variable conductive material closer to the delivery end 14.

送出端14へ相対的に近接して配置される抵抗フィルムを用いることの重要な問題は、通常の稼働状態において、耐火材料が、炉の近接の、外側表面においてカ氏数百度の温度に到達し得ることである。送出端14は、高温の材料と物理的に接触する。それ故に、大抵は、フィルムは、保護されない限り物理的に損傷し得る。導電フィルムは、フィルムを保護するために、高温接着剤の二つの層の間に挟まれ得る。この3層構造は、EM波ランチャ10の内部容積を充填する誘電体の少なくとも二つの向かい合う側面の表面上に、供給端12から送出端14へ向かって配置され、EM波ランチャ10の側面プレート24a及び24cを形成し得る。本実施形態において、誘電体及び3層構造は、2時間の間にセ氏約300°の温度で硬化された。望ましくは、フィルム及び接着剤の層のそれぞれは、0.001インチと0.01インチとの間のどこかの範囲にわたる厚さを有する。より望ましくは、接着剤の層は、誘電体の電気特性に類似する電気特性を有する。さらに、高温セラミックセメント又は他の相当する材料が、保護の増強のために3層構造の頂部に配置されてもよい。このように、コンパクトなパッケージングが、フィルムを、送出端14が経験する高い温度に起因する物理的な損傷から、並びにEM波ランチャ10の設置及び操作の間の取り扱いから保護するためだけでなく、操作の間にフィルムを適所に保つために提供される。当業者であれば、商業的に利用可能な接着剤及びセメント材料の種々のタイプが用いられ得、それらの接着剤及びセメント材料が、概して、カ氏200から500度までの範囲の温度において、1時間と3時間との間の硬化する時間を有することを理解するだろう。   An important problem with using a resistive film placed relatively close to the delivery end 14 is that, under normal operating conditions, the refractory material reaches a temperature of several hundred degrees Celsius on the outer surface, close to the furnace. Is to get. The delivery end 14 is in physical contact with the hot material. Therefore, often the film can be physically damaged unless protected. The conductive film can be sandwiched between two layers of high temperature adhesive to protect the film. This three-layer structure is disposed on the surface of at least two opposite side surfaces of the dielectric filling the internal volume of the EM wave launcher 10 from the supply end 12 toward the delivery end 14, and the side plate 24 a of the EM wave launcher 10. And 24c can be formed. In this embodiment, the dielectric and the three-layer structure were cured at a temperature of about 300 degrees Celsius for 2 hours. Desirably, each of the film and adhesive layers has a thickness ranging anywhere between 0.001 inches and 0.01 inches. More desirably, the adhesive layer has electrical properties similar to those of the dielectric. In addition, high temperature ceramic cement or other corresponding material may be placed on top of the three-layer structure for enhanced protection. Thus, compact packaging not only protects the film from physical damage due to the high temperatures experienced by the delivery end 14 and from handling during installation and operation of the EM wave launcher 10. Provided to keep the film in place during operation. A person skilled in the art can use various types of commercially available adhesives and cement materials, which are generally at temperatures in the range of 200 to 500 degrees Fahrenheit 1 It will be appreciated that it has a time to cure between 3 hours and 3 hours.

前述のように可変の導電性材料を用いてEM波ランチャ10を構成することの効果は、EM波ランチャ10の送出端14のエッジに関するクラッタ要素を削減するにあたり有意義であるので、可変の導電性材料を用いる実施形態は、送出端14において広がったエッジ又はロールエッジを必要とし得ない。よって、ロールエッジEMランチャを用いる第1の構造、又は可変の導電性材料の少なくとも二つの側面プレートを有するEM波ランチャを用いる第2の構造のいずれかが、ほとんどの利用例においてエッジ反射を大幅に削減するために用いられ得る。もちろん、エッジ反射を削減するための両方の技術を組み合わせる第3の構造は、更なる改善を、材料評価システムへ提供する。   Since the effect of configuring the EM wave launcher 10 using a variable conductive material as described above is significant in reducing clutter elements related to the edge of the transmission end 14 of the EM wave launcher 10, the variable conductivity can be reduced. Embodiments using materials may not require a widened or rolled edge at the delivery end 14. Thus, either the first structure using a roll-edge EM launcher or the second structure using an EM wave launcher with at least two side plates of variable conductive material can greatly enhance edge reflection in most applications. Can be used to reduce Of course, the third structure, which combines both techniques for reducing edge reflections, provides further improvements to the material evaluation system.

EMランチャ10の送出端14は、評価される材料の近接の、外側表面のトポロジに従って伸長し得る。あるいは、EM波ランチャ10の送出端14のロールエッジは、エッジ反射の効果を削減するために、推移ポイント28a、28b、28c、及び28dから離れて十分に、滑らかに伸長する円関数又は他の関数に従い得る。   The delivery end 14 of the EM launcher 10 may extend according to the outer surface topology of the material being evaluated. Alternatively, the roll edge at the delivery end 14 of the EM wave launcher 10 may be a circular function or other that extends sufficiently smoothly away from the transition points 28a, 28b, 28c, and 28d to reduce the effects of edge reflections. Can follow functions.

全体の材料評価システムは、操作者が、スイッチを有効にすることによって、周波数帯域にわたってEM波の送出を開始する、単独の携帯可能なユニットへパッケージされてもよい。より具体的には、全体の材料評価システムは、単独の携帯式ユニットに封入されてもよい。ユニットは、単独のポイントにおいて炉壁の状態を評価し得、内蔵メモリに情報を記録し得る。あるいは、材料評価システムのコンポーネントのサブセットを伴うEM波ランチャは、EM波を送出するための、並びにEM波ランチャへ至るEM波の強度及び位相を測定し、記録し、及び格納するだけのための、単独のアセンブリへ統合され得る。続いて、格納されたデータは、携帯可能なメモリドライブを用いて、又はフレキシブルケーブルによって、評価中の対象の材料の状態を判定し、最終的に厚さを測定するために、コンピュータベースのプロセッサ22へ送信され得る。あるいはデータは、リアルタイムに、又は都合の良い機会に無線で送信され得る。さらに、携帯式ユニットは、データ処理コンポーネント、並びに炉壁の厚さ、及び/又は耐火材料の外側の、近接表面から、評価中の材料に組み込まれた不連続までの距離を表示するディスプレイを含み得る。携帯可能なユニットは、複数の位置で測定する間に、手動で炉壁のエリアをスキャンするようにデザインされ得る。さらに、EM波ランチャ10は、評価中の前記材料の一つ又はそれ以上の評価に定期的に用いられ得、若しくは評価中の材料の状態を連続してモニタするために、評価中の材料の外側の、近接表面上に恒久的に設置され、固定され得る。あるいは、評価中の材料の外側の、近接表面の領域は、稼働中にEM波ランチャを移動させ、一方で、評価中の材料の外側の、近接表面との、物理的な接触を維持することにより、スキャンされ得る。   The entire material evaluation system may be packaged into a single portable unit where the operator initiates EM wave transmission over the frequency band by enabling the switch. More specifically, the entire material evaluation system may be enclosed in a single portable unit. The unit can evaluate the condition of the furnace wall at a single point and record the information in its internal memory. Alternatively, an EM wave launcher with a subset of the components of the material evaluation system is only for delivering EM waves and for measuring, recording and storing the intensity and phase of the EM waves to the EM wave launcher. Can be integrated into a single assembly. Subsequently, the stored data is stored in a computer-based processor to determine the condition of the material under evaluation and ultimately measure the thickness using a portable memory drive or by a flexible cable. 22 can be transmitted. Alternatively, the data can be transmitted wirelessly in real time or at a convenient opportunity. In addition, the portable unit includes data processing components and a display that displays the thickness of the furnace wall and / or the distance from the adjacent surface outside the refractory material to the discontinuities incorporated into the material under evaluation. obtain. The portable unit may be designed to manually scan the furnace wall area while measuring at multiple locations. In addition, the EM wave launcher 10 can be used periodically to evaluate one or more of the materials under evaluation, or to continuously monitor the condition of the material under evaluation, It can be permanently installed and fixed on the outer, proximal surface. Alternatively, the area of the proximate surface outside the material under evaluation may move the EM wave launcher during operation while maintaining physical contact with the proximate surface outside the material under evaluation. Can be scanned.

コンピュータベースのプロセッサ22のRFサブシステム23のRFフロントエンドは、EM波ランチャ10の供給推移部18と統合され得る。言い換えると、同軸ケーブル20は、もはや要求されないので、システムから除去され得る。この状況では、RFフロントエンドと供給推移部18との間の任意の複数の反射は、関心の反射EM波のどれよりも前に、コンピュータベースのプロセッサ22へ到着する。あるいは、同軸ケーブル20は、所定の物理的なルートに従って配置され、ケーブル内を伝わるRF信号又はEM波の最大限の安定性を生み出す。さらに、そのような安定性は、同軸ケーブル20のどの動きも最小にするように、支持構造へケーブルを物理的に取り付けることによって達成され得る。同様に、同軸ケーブル20が、ケーブルに直線ルートからある角度を超えて曲がることを要求するルートに従うことを妨げることは、システムの全体のクラッタを削減するのに役立ち得る。   The RF front end of the RF subsystem 23 of the computer-based processor 22 may be integrated with the supply transition 18 of the EM wave launcher 10. In other words, the coaxial cable 20 is no longer required and can be removed from the system. In this situation, any multiple reflections between the RF front end and the supply transition 18 will arrive at the computer-based processor 22 before any of the reflected EM waves of interest. Alternatively, the coaxial cable 20 is arranged according to a predetermined physical route to produce the maximum stability of the RF signal or EM wave traveling through the cable. Further, such stability can be achieved by physically attaching the cable to the support structure so as to minimize any movement of the coaxial cable 20. Similarly, preventing coaxial cable 20 from following a route that requires the cable to bend beyond a certain angle from a straight route can help reduce the overall clutter of the system.

当業者であれば、EM波ランチャ10が、アンテナ、導波管、誘電体、導電性材料、可変の導電性を有する材料、メタマテリアル、又は異なる幾何学的な配置で構成される、それらの任意の組み合わせの、一つまたはそれ以上を含む種々の構造内に、複数のデバイス及び材料を用いて実装され得ることを理解するだろう。   Those skilled in the art will recognize that the EM wave launcher 10 is comprised of antennas, waveguides, dielectrics, conductive materials, materials with variable conductivity, metamaterials, or different geometric arrangements thereof. It will be understood that a plurality of devices and materials may be implemented in a variety of structures, including one or more, in any combination.

特に、図6は、導電性材料の第1の層62a及び導電性材料の第2の層62bを有するボウタイアンテナを含む平面EM波ランチャ60の好ましい構造を示し、層62a及び62bの両方のエッジは、三角形を有するように線形的にテーパー状となり、誘電体基板64の頂部表面上に配置される。EM波ランチャ60は、通常、「平衡不平衡変成器」と呼ばれ、同軸ケーブルなどの不平衡送信ラインのインピーダンスをボウタイアンテナの入力インピーダンスへ順応する、平衡−不平衡デバイスによって供給される。この構造において、ボウタイアンテナの入力インピーダンスは、耐火材料の近接の、外側表面のインピーダンスへ実質的に整合される。基板64は、導電性材料の層が裏側表面の全部にわたって配置されてグランドプレーンを形成する、裏側表面と、平衡不平衡変換器が、ボウタイアンテナへ供給することを可能にする二つの開口とを有する。通常、当業者によく理解されているように、これらの開口は、基板64の最小の寸法又は厚さを介して作られ、並びにワイヤが、それぞれの開口を通過することを可能にし、層が、その最も近い距離、この場合において約0.1インチ、にあるポイントで、平衡不平衡変成器をそれぞれの層62a及び62bへ電気的に接続するのにちょうど十分な大きさである。この構造において、基板64の寸法は、4インチ長、3インチ幅、及び0.27インチ厚である。それぞれの層62a、62bの最大幅は、約2.7インチであり、長さは、約1.95インチである。それぞれの層62a、62bの厚さは、誘電体基板へ塗布される導電性材料のフィルム又は被膜と対応する前述のものに特有である。さらに、基板64は、1と150との間のどこかに誘電率を、0と1との間のどこかに誘電正接を有し得る。   In particular, FIG. 6 shows a preferred structure of a planar EM wave launcher 60 that includes a bow tie antenna having a first layer 62a of conductive material and a second layer 62b of conductive material, the edges of both layers 62a and 62b. Are linearly tapered to have a triangle and are disposed on the top surface of the dielectric substrate 64. The EM wave launcher 60 is commonly referred to as a “balanced unbalanced transformer” and is supplied by a balanced-unbalanced device that adapts the impedance of the unbalanced transmission line, such as a coaxial cable, to the input impedance of the bowtie antenna. In this structure, the input impedance of the bow tie antenna is substantially matched to the impedance of the outer surface in the vicinity of the refractory material. The substrate 64 has a back side surface in which a layer of conductive material is placed over the back side surface to form a ground plane, and two openings that allow the balun to feed the bow tie antenna. Have. Usually, as is well understood by those skilled in the art, these openings are made through the minimum dimensions or thickness of the substrate 64, as well as allowing the wire to pass through each opening, and the layers At a point at its closest distance, in this case about 0.1 inch, just large enough to electrically connect the balun to each layer 62a and 62b. In this structure, the dimensions of the substrate 64 are 4 inches long, 3 inches wide, and 0.27 inches thick. Each layer 62a, 62b has a maximum width of about 2.7 inches and a length of about 1.95 inches. The thickness of each layer 62a, 62b is unique to the foregoing corresponding to the film or coating of conductive material applied to the dielectric substrate. Further, the substrate 64 may have a dielectric constant somewhere between 1 and 150 and a dielectric loss tangent somewhere between 0 and 1.

材料の一般的な評価において、ボウタイアンテナを含む基板64の頂部表面は、コンピュータベースのプロセッサ22から生じるEM波を耐火壁内へ送出するために、及びコンピュータベースのプロセッサ22へ戻る反射EM波を受信するために、耐火材料の近接の、外側表面に順応して配置される。当業者であれば、層62a及び62bが、EM波ランチャ10の前の実施形態に記載されるように可変の導電性材料を用いて実装され得ることを理解するだろう。同様に、層62a及び62bの形状は、真っ直ぐなエッジ、特定の関数に従う湾曲したエッジ、又はそれらの組み合わせを有する三角形の形状以外であり得る。   In a general evaluation of the material, the top surface of the substrate 64, including the bowtie antenna, transmits reflected EM waves back to the computer-based processor 22 and to send EM waves originating from the computer-based processor 22 into the fire wall. For reception, it is placed in conformity with the outer surface of the refractory material in proximity. One skilled in the art will appreciate that layers 62a and 62b may be implemented using a variable conductive material as described in previous embodiments of EM wave launcher 10. Similarly, the shape of the layers 62a and 62b may be other than a triangular shape with straight edges, curved edges that follow a specific function, or a combination thereof.

同様に、図7は、第1の平面部64a、第1の湾曲したエッジ部64b、第2の湾曲したエッジ部64c、第2の平面部64d、及び第3の平面部64eで構成される基板64を有する図6の平面EM波ランチャ60についての構造を示す。第1の平面部64aは、この場合においては約3インチの、基板64の幅に到達するまでの基板64の幅に沿った第1の寸法で、並びにこの場合においては推移ポイント66aと66bとの間の距離及び推移ポイント66cと66dとの間の距離が約4インチである、推移ポイント66a、66b、66c、及び66dに到達するまでの基板64の長さに沿った第2の寸法で、ボウタイ供給エリアから平面にわたって伸長する。   Similarly, FIG. 7 includes a first plane part 64a, a first curved edge part 64b, a second curved edge part 64c, a second plane part 64d, and a third plane part 64e. FIG. 7 shows the structure for the planar EM wave launcher 60 of FIG. The first planar portion 64a has a first dimension along the width of the substrate 64 to reach the width of the substrate 64, in this case about 3 inches, and in this case transition points 66a and 66b, And the second dimension along the length of the substrate 64 to reach transition points 66a, 66b, 66c, and 66d, where the distance between transition points 66c and 66d is about 4 inches. , Extending across the plane from the bowtie supply area.

第1の湾曲したエッジ部64b及び第2の湾曲したエッジ部64cは、ボウタイアンテナの供給ポイントから基板64の長さに沿って伸長するのにつれて、部分64b及び64cは、円周の1/4で約1.6インチの曲率半径を伴う円形経路に従って、基板64の裏側表面の方へ湾曲して、推移ポイント68a、68b、68c、及び68dへ到達する。言い換えると、推移ポイント66aと68aとの間の基板64の湾曲した経路に沿った距離は、約2.51インチである。これは、推移ポイント66bと68bとの間で、推移ポイント66cと68cとの間で、及び推移ポイント66dと68dとの間で、それぞれ実質的に同じ距離である。同様に、これは、基板64の湾曲した経路に沿った部分64b及び部分64cの同じ長さである。推移ポイント68a及び68cにおいて、第2の平面部64dは、約0.5インチだけ基板64の長さを伸長し始める。それに応じて、推移ポイント68b及び68dにおいて、第3の平面部64eは、約0.5インチだけ基板64の長さを伸長し始める。よって、第2の平面部64d及び第3の平面部64eは、第1の平面部64aに対して実質的に直交する。   As the first curved edge 64b and the second curved edge 64c extend along the length of the substrate 64 from the bowtie antenna feed point, the portions 64b and 64c become 1/4 of the circumference. Follow the circular path with a radius of curvature of about 1.6 inches, and curve toward the back surface of the substrate 64 to reach transition points 68a, 68b, 68c, and 68d. In other words, the distance along the curved path of the substrate 64 between the transition points 66a and 68a is about 2.51 inches. This is substantially the same distance between transition points 66b and 68b, between transition points 66c and 68c, and between transition points 66d and 68d. Similarly, this is the same length of portion 64b and portion 64c along the curved path of substrate 64. At transition points 68a and 68c, the second planar portion 64d begins to extend the length of the substrate 64 by about 0.5 inches. Accordingly, at transition points 68b and 68d, the third planar portion 64e begins to extend the length of the substrate 64 by about 0.5 inches. Therefore, the second plane part 64d and the third plane part 64e are substantially orthogonal to the first plane part 64a.

図6及び図7に示す構造において、最も強力なクラッタ要素は、ボウタイアンテナのエッジにおける複数の反射に対応する。図7の構造の湾曲したエッジの寸法は、基板64の表面上を伝搬するEM波の伝搬時間を伸ばすように選択され、その時間は、耐火壁の近接の、外側表面から耐火壁の遠隔の、内側表面へ伝搬するEM波の伝搬時間より長いものである。このように、ボウタイアンテナのエッジからのEM波の複数の反射と関連するクラッタの効果は、大幅に削減される。当業者であれば、図7の構造において、層64b及び64cのエッジが、楕円関数、指数関数、滑らかに推移する関数、又はそれらの任意の組み合わせに従うようにテーパー状にされ得ることを理解するだろう。さらに、部分64d及び64eの長さは、クラッタを削減するという最終的な目的により調整され得る。   In the structure shown in FIGS. 6 and 7, the most powerful clutter element corresponds to multiple reflections at the edge of the bowtie antenna. The dimension of the curved edge of the structure of FIG. 7 is selected to increase the propagation time of the EM wave propagating over the surface of the substrate 64, which time is remote from the outer surface from the outer surface in the vicinity of the refractory wall. The propagation time of the EM wave propagating to the inner surface is longer. Thus, the clutter effect associated with multiple reflections of EM waves from the edge of the bow tie antenna is greatly reduced. Those skilled in the art will appreciate that in the structure of FIG. 7, the edges of layers 64b and 64c may be tapered to follow an elliptical function, an exponential function, a smooth transition function, or any combination thereof. right. Further, the length of the portions 64d and 64e can be adjusted for the ultimate purpose of reducing clutter.

さらに、前述の構造のそれぞれにおいて、当業者であれば、特定の単独信号の処理方法が、評価される材料の推定される厚さに従って選択され得ることを理解するだろう。例えば、フーリエ変換に基づく信号処理方法は、特に、6インチより大きい厚さを伴う壁の評価に関する、コンピュータベースのプロセッサ22によって受信されるデータを処理するのに用いられ得る。一方で、超解像アルゴリズムに基づく信号処理方法は、3インチより小さい厚さを伴う壁の評価のために望ましい。あるいは、一つ又はそれ以上の単独信号の処理方法からなるハイブリッド信号処理方法は、システムの稼働及び帯域幅の周波数、炉の稼働の温度、並びに耐火材料の種類及び質を含む更なる要因に従って用いられ得る。   Furthermore, in each of the foregoing structures, those skilled in the art will understand that a particular single signal processing method may be selected according to the estimated thickness of the material being evaluated. For example, a signal processing method based on a Fourier transform can be used to process data received by a computer-based processor 22, particularly with respect to evaluation of walls with a thickness greater than 6 inches. On the other hand, signal processing methods based on super-resolution algorithms are desirable for the evaluation of walls with thicknesses less than 3 inches. Alternatively, a hybrid signal processing method comprising one or more single signal processing methods may be used according to further factors including system operation and bandwidth frequency, furnace operation temperature, and the type and quality of the refractory material. Can be.

同様に、前述の構造のそれぞれにおいて、EM波ランチャ10の送出端は、本明細書の別箇所で説明する、評価中の材料とインピーダンス整合され、クラッタを抑制することにさらに役に立つ。   Similarly, in each of the foregoing structures, the delivery end of the EM wave launcher 10 is impedance matched to the material under evaluation as described elsewhere herein, further helping to suppress clutter.

前述の構造のそれぞれに関して、耐火材料などの評価中の対象の材料の厚さを判定するための図8に示す方法は、以下に従って実行され得る。   For each of the foregoing structures, the method shown in FIG. 8 for determining the thickness of the material under evaluation, such as a refractory material, may be performed according to the following.

1.ステップ810における、物理的な接触を最大にするために、評価中の材料の外側の、近接表面に順応して近接するEM波ランチャの送出端を配置することによって、EM波ランチャを設置するステップであって、物理的な接触を最大にすることは、EM波ランチャの送出端と評価中の材料の外側の、近接表面との間のギャップを最小にすることに対応し、このことにより、EM波ランチャの稼働の際に、EM波は評価中の材料の外側の、近接表面へ送出されるステップ。   1. In step 810, installing the EM wave launcher by locating the delivery end of the EM wave launcher in conformity with and proximate to the proximity surface outside the material under evaluation to maximize physical contact. Where maximizing physical contact corresponds to minimizing the gap between the delivery end of the EM wave launcher and the adjacent surface outside the material under evaluation, During operation of the EM wave launcher, the EM wave is delivered to an adjacent surface outside the material under evaluation.

2.次に、ステップ820における、送信周波数帯域にわたって、EM波ランチャ内部へEM波伝搬モードを励起することによって、EM波ランチャから評価中の材料の外側表面へEM波を送出し、それに応じて、前記周波数帯域にわたって、EM波ランチャの供給端からEM波ランチャの送出端へ、EM波ランチャ内部へ伝搬するEM波を生成するステップ。   2. Next, in step 820, EM waves are transmitted from the EM wave launcher to the outer surface of the material under evaluation by exciting the EM wave propagation mode into the EM wave launcher over the transmission frequency band, and accordingly Generating an EM wave propagating into the EM wave launcher from the supply end of the EM wave launcher to the transmission end of the EM wave launcher over the frequency band;

3.次に、ステップ830における、EM波ランチャによって送出されるEM波の評価中の材料の外側表面内への伝搬の結果として、周波数帯域にわたって、EM波ランチャ内へ至るEM波の強度及び位相を測定するステップ。   3. Next, in step 830, measure the intensity and phase of the EM wave into the EM wave launcher over the frequency band as a result of propagation into the outer surface of the material being evaluated by the EM wave launcher. Step to do.

4.次に、ステップ840における、EM波ランチャ内へ至るEM波の測定された強度及び位相の周波数領域のデータを格納するステップ。   4). Next, in step 840, store the measured intensity and phase frequency domain data of the EM wave into the EM wave launcher.

5.次に、ステップ850における、記録された周波数領域のデータをコンピュータベースのデータプロセッサへ送信するステップ。   5). Next, transmitting the recorded frequency domain data in step 850 to a computer-based data processor.

6.次に、ステップ860における、コンピュータベースのデータプロセッサを用いて、数理的な逆フーリエ変換、又は他のモデルベースの逆スペクトル変換方法を実行することによって記録された周波数領域のデータを時間領域のデータへ変換するステップ。   6). Next, in step 860, the frequency domain data recorded by performing a mathematical inverse Fourier transform or other model-based inverse spectral transformation method using a computer-based data processor is converted into time domain data. Step to convert to.

7.次に、ステップ870における、評価中の材料内のEM波の既知の又は推定される位相速度に従って、時間領域のデータを距離領域のデータにキャリブレーションし、キャリブレーションした距離領域のデータのノイズレベルを加えたクラッタを上回るピーク値に基づいて、EM波ランチャの供給端と評価中の材料の外側表面、近接表面との間の物理的な長さと対応する距離領域のプロファイルにリファレンスポイントを規定するステップであって、リファレンスポイントは、評価中の材料の外側の、近接表面からEM波ランチャ内へ反射するEM波と関連し得るステップ。   7). Next, in step 870, the time domain data is calibrated to distance domain data according to the known or estimated phase velocity of the EM wave in the material under evaluation, and the noise level of the calibrated distance domain data A reference point is defined in the profile of the distance region corresponding to the physical length between the supply end of the EM wave launcher and the outer surface of the material being evaluated, the adjacent surface, based on the peak value above the clutter plus A step in which a reference point may be associated with an EM wave that reflects from a near surface outside the material under evaluation into an EM wave launcher.

8.次に、ステップ880における、リファレンスポイントと評価中の材料の既知のもとの厚さとの間の、ノイズレベルを加えたクラッタを上回る、ピーク値を特定するために、キャリブレーションした距離領域のデータを評価するステップであって、ピーク値は、評価中の材料の内側の、遠隔表面からEM波ランチャ内へ反射するEM波と関連し得るステップ。   8). Next, in step 880, data for the calibrated distance region to identify a peak value between the reference point and the known original thickness of the material under evaluation above the clutter plus the noise level. Wherein the peak value may be associated with an EM wave reflecting from a remote surface into the EM wave launcher inside the material under evaluation.

9.最後に、ステップ890における、ステップ880において特定されたピーク値からリファレンスポイントまでの距離を判定するステップであって、その距離は、評価中の材料の厚さ(評価中の材料の外側の、近接表面と評価中の材料の内側の、遠隔表面との間の距離)に対応するステップ。   9. Finally, in step 890, determining the distance from the peak value identified in step 880 to the reference point, which distance is the thickness of the material under evaluation (proximity outside the material under evaluation). Corresponding to the distance between the surface and the remote surface inside the material under evaluation).

当業者であれば、先に示したステップは、特定の構造、並びに測定機器、稼働周波数帯域、EM波ランチャの種類、稼働条件、周囲の環境、及び所与の利用例に対する材料評価システムの実装のための利用可能なエリア及び位置などの、他の制約に対して、相応に調整され得ることを理解するだろう。特に、(90dBを超過する場合もある)高いダイナミックレンジにわたって要求とされるEM波の強度及び位相の測定は、ネットワークアナライザの利用を通してなどの複数の方法で達成され得、周波数帯域にわたって、モノスタティック構造(EM波の送出と、EM波の受信との両方を行う単独のデバイス)を用いてSパラメータ(scattering parameter)のS11を測定し得、又は周波数帯域にわたって、バイスタティック構造(EM波を送出する第1のデバイス及びEM波を受信する第2のデバイス)を用いてSパラメータのS21を測定し得る。   For those skilled in the art, the steps shown above are the implementation of a material evaluation system for a particular structure and measurement equipment, operating frequency band, EM wave launcher type, operating conditions, ambient environment, and a given use case. It will be appreciated that other constraints such as the available area and location for can be adjusted accordingly. In particular, the required EM wave intensity and phase measurements over a high dynamic range (which may exceed 90 dB) can be achieved in several ways, such as through the use of a network analyzer, S11 of the S parameter (scattering parameter) can be measured using the structure (single device that both emits EM wave and receives EM wave) or bistatic structure (transmits EM wave over frequency band) S21 of the S parameter can be measured using the first device and the second device receiving the EM wave.

さらに、当業者であれば、キャリブレーションした距離領域のデータを評価する間に、ノイズレベルを加えたクラッタを上回る中間ピーク値が、評価中の材料の外側の、近接表面から反射するEM波と関連するリファレンスポイントと、評価中の材料の内側の、遠隔表面から反射するEM波と関連するピーク値との間に表れ得ることを理解するだろう。中間ピーク値は、評価中の材料の外側の、近接表面と評価中の材料の内側の、遠隔表面との間に存在する、評価中の材料の欠陥と関連し得ることが理解される。   Furthermore, those skilled in the art, while evaluating calibrated distance region data, have an intermediate peak value that exceeds the clutter plus the noise level as EM waves reflected from nearby surfaces outside the material under evaluation. It will be appreciated that it may appear between the associated reference point and the peak value associated with the EM wave reflected from the remote surface inside the material under evaluation. It is understood that the intermediate peak value may be associated with a defect in the material under evaluation that exists between the near surface and the remote surface inside the material under evaluation, outside the material under evaluation.

さらに、時間領域のデータを距離領域のデータにキャリブレーションすることは、EM波ランチャ及びケーブルと関連する遅延時間(距離)の減算を含む。さらに、EM波ランチャ及び評価中の材料の周波数分散の効果は、必要であれば、評価中の材料の測定されたデータを、当業者に周知の処理を介して、評価中の材料に類似する材料の既知の特性及び厚さの、限定しない例によるリファレンス構造と対応する測定されたデータの別のセットに関して、正規化することにより、除去され得る。   Further, calibrating time domain data to distance domain data includes subtraction of delay times (distances) associated with EM wave launchers and cables. In addition, the effect of frequency dispersion of the EM wave launcher and the material under evaluation is similar to the material under evaluation, if necessary, by measuring the measured data of the material under evaluation through a process well known to those skilled in the art. By normalizing another set of measured data corresponding to a reference structure according to a non-limiting example of a known property and thickness of the material, it can be eliminated.

更に、関心のある周波数帯域内の特定の周波数でEM波を送出することによって、図1の材料評価システムは、周波数領域で動作することに留意されたい。そして、記録された周波数領域のデータは、後続の処理のために時間領域のデータに変換される。しかしながら、システムは時間領域で動作するように実施されてもよい。好ましくは、時間領域動作モードにおいて、EM波ランチャは、周波数領域の複数のEM波を送出することができ、そのため、当該複数のEM波の時間領域の表現は、持続時間の短いRF波形、例えば、ガウス、レイリー、エルミート、ラプラシアンパルスなど、又はこれらの組み合わせに対応する。   Furthermore, it should be noted that the material evaluation system of FIG. 1 operates in the frequency domain by transmitting EM waves at specific frequencies within the frequency band of interest. The recorded frequency domain data is then converted into time domain data for subsequent processing. However, the system may be implemented to operate in the time domain. Preferably, in the time domain operation mode, the EM wave launcher is capable of transmitting a plurality of frequency domain EM waves, so that the time domain representation of the plurality of EM waves is a short duration RF waveform, eg, , Gaussian, Rayleigh, Hermite, Laplacian pulse, etc., or a combination thereof.

或いは、EM波ランチャは、時間領域のRF波形発生器によってそのようなタイプのパルスを直接に供給してもよく、より好ましくは、RF波形の持続時間は5ナノ秒以下である。このように、EM波ランチャは時間領域のパルスを送受信し、システムは、それらのパルスの振幅及び到着時間を測定し、測定されたデータを記憶し、そして記憶されたデータを時間領域のコンピュータベースの処理ユニットに転送する。次に、時間領域のデータが距離領域のデータにキャリブレーションされ、キャリブレーションした領域データを評価することによって、評価中の材料の内部の遠隔表面における欠陥の位置が識別され、そして評価中の材料の厚さを判定することができる。   Alternatively, the EM wave launcher may provide such a type of pulse directly by a time domain RF waveform generator, and more preferably, the duration of the RF waveform is 5 nanoseconds or less. In this way, the EM wave launcher transmits and receives time domain pulses, the system measures the amplitude and arrival time of those pulses, stores the measured data, and stores the stored data in the time domain computer base. To the processing unit. Next, the time domain data is calibrated to the distance domain data, and by evaluating the calibrated area data, the location of the defect on the remote surface inside the material under evaluation is identified, and the material under evaluation Can be determined.

上述した構成のそれぞれにおいて、適切に、供給端12と、供給端12から最も離れた送出端部分との間のEM波ランチャ10の伸長部分の長さを、十分に長く選択して、第8のクラッタ要素に対応する多重反射及び他の潜在的な多重反射が、いずれの関心のあるEM波よりも明確に遅れてコンピュータベースのプロセッサ22に到達するようにする。この状況下で、EM波ランチャ10に沿って伝播するEM波の伝播時間は、評価中の耐火材料の厚さを通って伝播するEM波の伝播時間よりも遥かに長い。   In each of the above-described configurations, the length of the extended portion of the EM wave launcher 10 between the supply end 12 and the delivery end portion farthest from the supply end 12 is appropriately selected to be long enough to Multiple reflections corresponding to other clutter elements and other potential multiple reflections reach the computer-based processor 22 clearly behind any EM wave of interest. Under this circumstance, the propagation time of the EM wave propagating along the EM wave launcher 10 is much longer than the propagation time of the EM wave propagating through the thickness of the refractory material under evaluation.

このように、EM波ランチャ10の構成において、最も重要なのは、評価中の材料の遠隔不連続箇所から反射された関心のあるEM波の受信時間と、評価中の材料の近接表面から反射されたスプリアス信号の受信時間とを識別できることである。従って、供給端12と、供給端12から最も離れた送出端部分との間のEM波ランチャ10の伸長部分16の長さを短縮することもできる。短縮された長さを、十分に短く選択して、第8のクラッタ要素に対応する多重反射、及び第4のクラッタ要素に対応するものの少なくとも一部を含む他の潜在的な多重反射が、いずれの関心のあるEM波よりも早くコンピュータベースのプロセッサに到達するようにする。この場合、EM波ランチャ10に沿って伝播するEM波の伝播時間は、評価中の耐火材料の厚さを通って伝播するEM波及び送出端14からの多重反射の両方の伝播時間よりも遥かに短い。   Thus, in the configuration of the EM wave launcher 10, the most important are the reception time of the EM wave of interest reflected from the remote discontinuity of the material under evaluation and the reflection from the adjacent surface of the material under evaluation. It is possible to distinguish the reception time of the spurious signal. Therefore, the length of the extended portion 16 of the EM wave launcher 10 between the supply end 12 and the transmission end portion farthest from the supply end 12 can be shortened. The shortened length is chosen to be short enough so that multiple reflections corresponding to the eighth clutter element and other potential multiple reflections including at least a portion of those corresponding to the fourth clutter element, To reach the computer-based processor faster than the EM wave of interest. In this case, the propagation time of the EM wave propagating along the EM wave launcher 10 is far greater than the propagation time of both the EM wave propagating through the thickness of the refractory material under evaluation and the multiple reflection from the delivery end 14. Short.

図9は、供給端92と送出端94とを備える電気小型EM波ランチャ90の斜視図を示す。特に、供給端92と送出端94との間の長さは、送出端94と供給端92との間の多重EM波反射が、いずれの関心のあるEM波よりも遥かに早く到着するように十分に短く選択されている。同様に、評価中の耐火材料(図示せず)の近接外壁からの多重EM波反射も、いずれの関心のあるEM波よりも遥かに早く到着する。   FIG. 9 shows a perspective view of an electric miniature EM wave launcher 90 comprising a supply end 92 and a delivery end 94. In particular, the length between the supply end 92 and the delivery end 94 is such that multiple EM wave reflections between the delivery end 94 and the supply end 92 arrive much earlier than any EM wave of interest. Selected short enough. Similarly, multiple EM wave reflections from the adjacent outer wall of the refractory material under evaluation (not shown) will arrive much earlier than any EM wave of interest.

供給端92は、同軸コネクタ98を介して無線周波数(RF)送信ライン(図示せず)に電気的に接続されている供給推移部96を含む。当該構成において、供給推移部96は、同軸ケーブル供給キャビティにより支持される供給部(coaxial cable−fed cavity−backed feed)により構成される。特に、供給推移部96は、ボックスの各方向において矩形の断面を有する導電性材料製の空気充填ボックスによって形成されている。矩形の断面を有する同軸ケーブル供給キャビティにより支持される供給部に対応する供給推移部96の設計特性は、従来技術において周知であり、図3を参照して記載された供給推移部18の設計特性と同等である。当業者であれば、供給推移部96に電気的接続されたRF送信ラインが、同軸ケーブル、コプレーナ導波路、ストリップライン、又はマイクロストリップを含んでもよいことを理解するであろう。代替的な構成において、コプレーナ導波路は、インピーダンス整合が施され、RF送信機又はRF受信機の少なくとも1つの構成要素に直接接続するように構成される。   Supply end 92 includes a supply transition 96 that is electrically connected to a radio frequency (RF) transmission line (not shown) via a coaxial connector 98. In this configuration, the supply transition unit 96 is configured by a supply unit (coaxial cable-fed cavity-backed feed) supported by a coaxial cable supply cavity. In particular, the supply transition part 96 is formed by an air-filled box made of a conductive material having a rectangular cross section in each direction of the box. The design characteristics of the supply transition section 96 corresponding to the supply section supported by the coaxial cable supply cavity having a rectangular cross-section are well known in the prior art, and the design characteristics of the supply transition section 18 described with reference to FIG. Is equivalent to One skilled in the art will appreciate that the RF transmission line electrically connected to the supply transition 96 may include a coaxial cable, coplanar waveguide, stripline, or microstrip. In an alternative configuration, the coplanar waveguide is impedance matched and configured to connect directly to at least one component of the RF transmitter or RF receiver.

また、前述した実施形態に示されたEM波ランチャ10の代わりに、EM波ランチャ90を使用することができる。より具体的には、本実施形態において、EM波ランチャ90は、矩形の断面を有する修正型ピラミッド形のホーンアンテナにより構成されている。EM波ランチャ90は、標準型ピラミッド形のホーンアンテナと同様に、構造的には、第1のフレアプレート91aと、プレート91aの反対側に配置された第2のフレアプレート91bとを含むが、対向する二つのより小さいプレートが取り外されている。当該構成において、第1及び第2のフレアプレート91a、91bは、導電性材料製である。   In addition, the EM wave launcher 90 can be used instead of the EM wave launcher 10 shown in the above-described embodiment. More specifically, in this embodiment, the EM wave launcher 90 is configured by a modified pyramid-shaped horn antenna having a rectangular cross section. The EM wave launcher 90 structurally includes a first flare plate 91a and a second flare plate 91b disposed on the opposite side of the plate 91a, like the standard pyramid-shaped horn antenna. Two opposing smaller plates have been removed. In this configuration, the first and second flare plates 91a and 91b are made of a conductive material.

送出端94における第1及び第2のフレアプレート91a、91bの厚さは、第1のエッジ93a及び第2のエッジ93bを画定し、第1のエッジ93a及び第2のエッジ93bのそれぞれは、長さが0.01から1インチの範囲内であってもよい。重要なことに、標準型ホーンアンテナのような先行技術のEM波ランチャは、典型的に、フレアプレートの厚さ対長さの比が概ね5%未満である。しかしながら、好ましい構成において、第1及び第2のフレアプレート91a、91bは、厚さが均一であり、厚さ対長さの比が15%から85%の範囲内である。各エッジ93a、93bの長さは、少なくとも0.25インチであって、それによって、不連続性を有するEM波ランチャに沿って伝播するEM波は、滑らかにされて、送出端94における第3のエッジ93cに到達する。   The thickness of the first and second flare plates 91a, 91b at the delivery end 94 defines a first edge 93a and a second edge 93b, and each of the first edge 93a and the second edge 93b is The length may be in the range of 0.01 to 1 inch. Importantly, prior art EM wave launchers such as standard horn antennas typically have a flare plate thickness to length ratio of generally less than 5%. However, in a preferred configuration, the first and second flare plates 91a, 91b are uniform in thickness and have a thickness to length ratio in the range of 15% to 85%. Each edge 93a, 93b is at least 0.25 inches long, so that the EM wave propagating along the EM wave launcher with the discontinuity is smoothed to a third at the delivery end 94. Reaches the edge 93c.

より好ましくは、例えば、図1、及び図2A−2Dを参照して前述したように、送出端94における第1及び第2のフレアプレート91a、91bの1つ以上のエッジは、楕円関数又は他の滑らかな関数に従って丸みを帯びてもよい。最も好ましくは、送出端94における第1及び第2のフレアプレート91a、91bの1つ又は複数のエッジの少なくとも一部(エッジ93a、93bを含み、又はエッジ93a、93bに隣接又は対向の対応するエッジ)は、ロールエッジ構成を有する。   More preferably, one or more edges of the first and second flare plates 91a, 91b at the delivery end 94 may be elliptical functions or other as described above with reference to FIGS. 1 and 2A-2D, for example. It may be rounded according to the smooth function. Most preferably, at least a portion of one or more edges of the first and second flare plates 91a, 91b at the delivery end 94 (including or corresponding to the edges 93a, 93b adjacent or opposite). Edge) has a roll edge configuration.

代替的に、第1及び第2のフレアプレート91a、91bは、供給端92から送出端94までの厚さが均一である必要はなく、可変の厚さプロファイルを有してもよい。第1及び第2のフレアプレート91a、91bの厚さが可変である場合、好ましい厚さプロファイルは、第1及び第2のフレアプレート91a、91bのそれぞれにおいて厚さが徐々に増加し、送出端94のエッジ93a、93bにおいて最も厚い部分を有する。更に、EM波ランチャ90の第1及び第2のフレアプレート91a、91bは、図2A−図2Dを参照して前述したように、導電性材料製の代わりに、可変の導電率を有する材料を有してもよい。   Alternatively, the first and second flare plates 91a, 91b need not have a uniform thickness from the supply end 92 to the delivery end 94, and may have a variable thickness profile. If the thickness of the first and second flare plates 91a, 91b is variable, the preferred thickness profile will gradually increase in thickness in each of the first and second flare plates 91a, 91b, and the delivery end. It has the thickest part in 94 edge 93a, 93b. Further, as described above with reference to FIGS. 2A to 2D, the first and second flare plates 91a and 91b of the EM wave launcher 90 are made of a material having a variable conductivity instead of being made of a conductive material. You may have.

図9に示す特定の構成において、EM波がEMランチャ内で伝播する容積領域において、すなわち、第1のフレアプレート91aと第2のフレアプレート91bとの間に、供給端92から送出端94までの間には、誘電体95で充填され、誘電体95は、気体、液体、又は固体のいずれでもよい。好ましくは、誘電体95は、炉の通常の動作条件下で耐火材料の所定のインピーダンスと実質的に整合するインピーダンスを有する固体材料である。   In the specific configuration shown in FIG. 9, from the supply end 92 to the delivery end 94 in the volume region where the EM wave propagates in the EM launcher, that is, between the first flare plate 91a and the second flare plate 91b. In between, it is filled with the dielectric 95, and the dielectric 95 may be any of gas, liquid, or solid. Preferably, dielectric 95 is a solid material having an impedance that substantially matches the predetermined impedance of the refractory material under normal operating conditions of the furnace.

より好ましくは、誘電体95によって画定された容積領域は前述した容積領域よりも大きく、EM波は、EM波ランチャ内で伝播し、誘電体95の部分95a及び対応する同一の対向部分(図示せず)は、少なくとも部分的には、第1及び第2のフレアプレート91a、91bの供給端92から送出端94まで伸びる側面からのみ突出する。したがって、誘電体95のエッジ95bはエッジ93a及び93bと整列し、送出端94におけるEM波ランチャ90の側面と、エッジ93a、93b、93c、及び95bとは全て同一の平面内にある。最も好ましくは、誘電体95の部分95aと誘電体95の対応する同一の対向部分(図示せず)とは、供給端92から送出端94までのEM波ランチャ90の両側において対称的な突出を有し、それぞれの突出は、供給端92において少なくとも0.05インチの厚い端を有する楔形の形状である。誘電体95の当該構成は、フレアプレート91a、91bのエッジからのEM波の多重反射の緩和、並びにEM波の外部装置及び他の構成要素へ、又は外部装置及び他の構成要素からのカップリングに寄与する。   More preferably, the volume region defined by the dielectric 95 is larger than the volume region described above, and the EM wave propagates in the EM wave launcher and the portion 95a of the dielectric 95 and the corresponding opposite portion (not shown). At least partially projects only from the side surfaces of the first and second flare plates 91a, 91b extending from the supply end 92 to the delivery end 94. Therefore, the edge 95b of the dielectric 95 is aligned with the edges 93a and 93b, and the side surface of the EM wave launcher 90 at the transmission end 94 and the edges 93a, 93b, 93c, and 95b are all in the same plane. Most preferably, the portion 95a of the dielectric 95 and the corresponding identical opposing portion (not shown) of the dielectric 95 have symmetrical protrusions on either side of the EM wave launcher 90 from the supply end 92 to the delivery end 94. Each protrusion has a wedge shape with a feed end 92 having a thick end of at least 0.05 inches. The configuration of the dielectric 95 is to mitigate multiple reflections of EM waves from the edges of the flare plates 91a, 91b, and to couple EM waves to and from external devices and other components. Contribute to.

当業者は、誘電体95、部分95a、及び対応する同一の対向部分(図示せず)が、それぞれ異なる形状、サイズ、及び材質を有することを認識するであろう。   Those skilled in the art will recognize that dielectric 95, portion 95a, and corresponding identical opposing portion (not shown) each have a different shape, size, and material.

好ましくは、EM波ランチャ90は、0.25GHzから6GHzの周波数範囲で動作するように設計される。その結果、EM波ランチャ90の送出端94における矩形断面の寸法(幅及び高さ)、EM波ランチャ90の長さ、及び誘電体95の誘電特性の全ては、従来技術において周知のように、EM波ランチャがこの周波数範囲内で動作可能であるように選択される。更に、EM波ランチャ90は、炉壁の外側表面付近の必要な動作温度範囲を許容するように設計される。   Preferably, the EM wave launcher 90 is designed to operate in the frequency range of 0.25 GHz to 6 GHz. As a result, the dimensions (width and height) of the rectangular cross-section at the delivery end 94 of the EM wave launcher 90, the length of the EM wave launcher 90, and the dielectric properties of the dielectric 95 are all well known in the art. The EM wave launcher is selected to be operable within this frequency range. Furthermore, the EM wave launcher 90 is designed to allow the required operating temperature range near the outer surface of the furnace wall.

任意的に、EM波ランチャ90は、図1を参照して前述したように、及び従来技術において周知のように、独立型(モノスタティック)、又は2つ以上のユニットのアレー(マルチスタティック)の構成で使用することができる。同様に、EM波ランチャ90は、単一のポータブルユニット、単一の手持ちユニットにパッケージされ、又は前述した単一のアセンブリに統合された材料評価システムの全体の一部であってもよい。   Optionally, the EM wave launcher 90 may be a stand-alone (monostatic) or an array of two or more units (multistatic) as described above with reference to FIG. 1 and as is well known in the art. Can be used in configuration. Similarly, the EM wave launcher 90 may be part of an entire material evaluation system packaged in a single portable unit, a single handheld unit, or integrated into a single assembly as described above.

一般に、上述した様々な構成及び方法は、時間領域ベースの材料評価システムの一部として、直接に測定データを収集するように実施することができる。従って、1つ又は複数の時間領域のパルスが送信され、対応する反射パルスがデータ処理及び材料評価のために記録される。特に、図9を参照すると、EM波ランチャ90は、時間領域ベースの材料評価システムにおいて動作するように実施されてもよい。この場合、フレアプレート91a、91bの長さは、好ましくは、EM波ランチャ90の供給端92から送出端94までの送信パルスの伝播時間が1ナノ秒未満となるように寸法設計される。   In general, the various configurations and methods described above can be implemented to collect measurement data directly as part of a time domain based material evaluation system. Accordingly, one or more time domain pulses are transmitted and the corresponding reflected pulses are recorded for data processing and material evaluation. In particular, referring to FIG. 9, the EM wave launcher 90 may be implemented to operate in a time domain based material evaluation system. In this case, the length of the flare plates 91a and 91b is preferably dimensioned so that the propagation time of the transmission pulse from the supply end 92 to the transmission end 94 of the EM wave launcher 90 is less than 1 nanosecond.

様々な実施形態を例示的に説明してきたが、使用される用語は、限定的ではなく、説明的な性質であることを意図していることが理解されたい。本明細書に開示されたいずれの実施形態は、他の実施形態の1つ以上の態様を含むことができる。特定の実施形態は、当業者が本発明を実施できるように、本発明の原理のいくつかを説明するために記載されたものである。前記開示に照らして本発明の多くの修正及び変形が可能であることは明らかであり、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの法的に均等の範囲内において、具体的に説明されたものとは別の態様により実施することができる。   Although various embodiments have been described by way of example, it is to be understood that the terminology used is intended to be illustrative rather than restrictive. Any of the embodiments disclosed herein can include one or more aspects of other embodiments. Particular embodiments are set forth to illustrate some of the principles of the invention so that those skilled in the art can practice the invention. Obviously, many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above disclosure, and the invention will be specifically described within the scope of the appended claims and their legal equivalents. It can implement by another aspect.

Claims (44)

材料の状態を評価するためのシステムであって、
電磁波ランチャと、コンピュータベースのプロセッサとを備え、
前記電磁波ランチャは、第1の供給端と第2の送出端とを有し、
前記第1の供給端は、前記電磁波ランチャを通って伝播することができる電磁波を励起する給電機構を含み、
前記第2の送出端は、前記送出端を通って伝播する前記電磁波の複数の反射及びプローブリンギングを、十分に減らして、前記材料の遠隔不連続部から反射された関心のある電磁波の検出を可能にするように物理的に構成され、
前記電磁波ランチャは、前記第2の送出端において、前記材料の近接表面のインピーダンスと実質的に整合するインピーダンスを有するように物理的に構成され、
前記電磁波ランチャは、十分な期間内において前記材料の前記遠隔不連続部から反射された関心のある電磁波の受信を可能にすることによって、関心のある前記反射電磁波と、前記材料の前記近接表面から反射されたスプリアス信号とを識別するように適合され、
前記送出端は、前記材料の前記近接表面のエリアに順応するように適合されており、
前記コンピュータベースのプロセッサは、実行可能なコンピュータコードを有し、
前記実行可能なコンピュータコードは、
前記関心のある反射電磁波を測定して周波数領域のデータを生成することと、
前記周波数領域のデータを時間領域のデータに変換することと、
前記時間領域のデータを距離領域のデータにキャリブレーションすることと、
前記材料から反射された前記関心のある電磁波に関連する前記距離領域のプロファイルにおけるピークを識別することと、
前記材料から反射された前記関心のある電磁波の進行距離を決定することと、
を含むことを実行するように構成されている、
システム。
A system for evaluating the condition of a material,
An electromagnetic launcher and a computer-based processor,
The electromagnetic wave launcher has a first supply end and a second delivery end,
The first supply end includes a feeding mechanism that excites electromagnetic waves that can propagate through the electromagnetic wave launcher,
The second delivery end sufficiently reduces a plurality of reflections and probe ringing of the electromagnetic wave propagating through the delivery end to detect an electromagnetic wave of interest reflected from a remote discontinuity in the material. Physically configured to allow,
The electromagnetic launcher is physically configured at the second delivery end to have an impedance that substantially matches the impedance of the proximal surface of the material;
The electromagnetic wave launcher enables the reception of the electromagnetic wave of interest reflected from the remote discontinuity of the material within a sufficient period of time from the reflected electromagnetic wave of interest and the adjacent surface of the material. Adapted to distinguish from reflected spurious signals,
The delivery end is adapted to accommodate an area of the proximal surface of the material;
The computer-based processor has executable computer code,
The executable computer code is:
Measuring the reflected electromagnetic waves of interest to generate frequency domain data;
Converting the frequency domain data into time domain data;
Calibrating the time domain data to distance domain data;
Identifying peaks in the distance domain profile associated with the electromagnetic wave of interest reflected from the material;
Determining the travel distance of the electromagnetic wave of interest reflected from the material;
Configured to perform including,
system.
前記電磁波ランチャは、矩形の断面を有するピラミッド形のホーンアンテナを更に備え、
前記ピラミッド形のホーンアンテナは、
第1のフレアプレートと、前記第1のフレアプレートの対向側に配置された第2のフレアプレートとを有し、
前記第1のフレアプレートは、
平面部と、前記第1のフレアプレートの前記平面部の対向するサイドエッジに沿った2つのフレア部とを有し、
前記第2のフレアプレートは、
平面部と、前記第2のフレアプレートの前記平面部の対向するサイドエッジに沿った2つのフレア部とを有するように構成された、
請求項1に記載のシステム。
The electromagnetic wave launcher further includes a pyramidal horn antenna having a rectangular cross section,
The pyramidal horn antenna is
A first flare plate and a second flare plate disposed on the opposite side of the first flare plate;
The first flare plate is
A plane portion and two flare portions along opposite side edges of the plane portion of the first flare plate;
The second flare plate is
A flat portion, and two flare portions along opposite side edges of the flat portion of the second flare plate;
The system of claim 1.
前記第1のフレアプレート及び前記第2のフレアプレートのうちの少なくとも一方の厚さは可変である、請求項2に記載のシステム。   The system of claim 2, wherein a thickness of at least one of the first flare plate and the second flare plate is variable. 前記第1のフレアプレート及び前記第2のフレアプレートのうちの少なくとも一方の厚さ対長さの比は、15%から85%の範囲内である、請求項2に記載のシステム。   The system of claim 2, wherein a thickness to length ratio of at least one of the first flare plate and the second flare plate is in the range of 15% to 85%. 前記第1のフレアプレートと前記第2のフレアプレートとの間の容積領域の少なくとも一部は、誘電体を含み、
前記誘電体は、
前記第1のフレアプレート及び前記第2のフレアプレートのうちの少なくとも一方の前記平面部の前記対向するサイドエッジに沿った前記二つのフレア部を越えて延びる、
請求項2に記載のシステム。
At least a portion of the volume region between the first flare plate and the second flare plate includes a dielectric;
The dielectric is
Extending beyond the two flare portions along the opposing side edges of the planar portion of at least one of the first flare plate and the second flare plate;
The system according to claim 2.
前記時間領域のデータを距離領域のデータにキャリブレーションすることは、
前記材料を通って進行する前記関心のある電磁波の既知の速度に基づいて、前記実行可能なコンピュータコードによって実行される、
請求項1に記載のシステム。
Calibrating the time domain data to the distance domain data
Executed by the executable computer code based on a known velocity of the electromagnetic wave of interest traveling through the material;
The system of claim 1.
前記コンピュータベースのプロセッサは、前記材料から反射された前記関心のある電磁波の前記進行距離に基づいて、前記材料の前記状態に関する情報を視覚的に表示するように適合されている、請求項1に記載のシステム。   The computer-based processor is adapted to visually display information about the state of the material based on the travel distance of the electromagnetic wave of interest reflected from the material. The described system. 前記材料の前記状態は、前記材料の厚さである、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the state of the material is the thickness of the material. 前記材料の前記状態は、前記材料の欠陥である、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the state of the material is a defect in the material. 前記電磁波ランチャ及び前記システムの少なくとも1つの他の構成要素は、単一のユニットに統合されている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the electromagnetic wave launcher and at least one other component of the system are integrated into a single unit. 前記第2の送出端は、前記材料の前記近接表面の評価すべき前記エリアから離れて延びるように物理的に順応する少なくとも1つのエッジを有する、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the second delivery end has at least one edge that physically conforms to extend away from the area to be evaluated of the proximal surface of the material. 前記エッジは滑らかなロールエッジ構成を有する、請求項11に記載のシステム。   The system of claim 11, wherein the edge has a smooth roll edge configuration. 前記電磁波ランチャ内の容積領域は、誘電体を含み、
前記容積領域内において、前記電磁波は、前記送出端と前記供給端との間で伝播するように構成されている、
請求項1に記載のシステム。
The volume region in the electromagnetic wave launcher includes a dielectric,
In the volume region, the electromagnetic wave is configured to propagate between the delivery end and the supply end.
The system of claim 1.
前記電磁波ランチャは、前記第1の供給端と前記第2の送出端との間に配置された導電率可変材料を用いて形成され、
前記導電率可変材料は、前記第1の供給端により近い第1の端部と、前記第2の送出端により近い第2の端部とを有し、
前記導電率は、前記導電率可変材料における一点から、前記電磁波ランチャの前記第2の送出端により近い前記導電率可変材料の前記第2の端部までの距離の関数として増加する、
請求項1に記載のシステム。
The electromagnetic wave launcher is formed by using a variable conductivity material disposed between the first supply end and the second delivery end,
The conductivity variable material has a first end closer to the first supply end and a second end closer to the second delivery end;
The conductivity increases as a function of the distance from a point in the conductivity variable material to the second end of the conductivity variable material closer to the second delivery end of the electromagnetic wave launcher;
The system of claim 1.
前記第1の供給端は、前記第1の供給端における励起された前記電磁波の複数の反射を十分に減少させることによって、そうでなければ前記システム内に存在するクラッタを低減するように適合されている、請求項1に記載のシステム。   The first supply end is adapted to reduce clutter that would otherwise be present in the system by sufficiently reducing multiple reflections of the excited electromagnetic wave at the first supply end. The system of claim 1. 前記第1の供給端は、キャビティにより支持されるピンを更に有する、請求項15に記載のシステム。   The system of claim 15, wherein the first supply end further comprises a pin supported by a cavity. 前記第1の供給端は、供給推移部を更に備え、
前記供給推移部は、無線周波数送信ラインを前記第1の供給端に電気的に接続させる、
請求項1に記載のシステム。
The first supply end further includes a supply transition section,
The supply transition unit electrically connects a radio frequency transmission line to the first supply end;
The system of claim 1.
前記無線周波数送信ラインは、無線周波数受信機と無線周波数送信機とからなる一群から選択された少なくとも1つの構成要素に電気的に接続するように構成されている、請求項17に記載のシステム。   The system of claim 17, wherein the radio frequency transmission line is configured to electrically connect to at least one component selected from the group consisting of a radio frequency receiver and a radio frequency transmitter. 前記システムは、0.25GHzから30GHzの間の周波数範囲の電磁波を発生するRFサブシステムを更に備える、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising an RF subsystem that generates electromagnetic waves in a frequency range between 0.25 GHz and 30 GHz. 前記電磁波ランチャは、前記材料の前記近接表面から反射された前記スプリアス信号の受信を十分な期間だけ短縮することによって、前記関心のある反射電磁波と、前記材料の前記近接表面から反射された前記スプリアス信号とを識別するように適合されている、請求項1に記載のシステム。   The electromagnetic wave launcher reduces the reception of the spurious signal reflected from the adjacent surface of the material by a sufficient period of time, thereby reducing the reflected electromagnetic wave of interest and the spurious reflected from the adjacent surface of the material. The system of claim 1, wherein the system is adapted to distinguish from a signal. 前記電磁波ランチャは、前記電磁波ランチャの一部分から反射された電磁波の受信を十分な期間だけ短縮することによって、前記関心のある反射電磁波と、前記電磁波ランチャの前記一部分から反射された前記電磁波とを識別するように適合されている、請求項1に記載のシステム。   The electromagnetic wave launcher discriminates between the reflected electromagnetic wave of interest and the electromagnetic wave reflected from the part of the electromagnetic wave launcher by shortening reception of the electromagnetic wave reflected from the part of the electromagnetic wave launcher by a sufficient period. The system of claim 1, wherein the system is adapted to: 材料の状態を評価する方法であって、
第1の供給端と第2の送出端とを備える電磁波ランチャを提供するステップaであって、
前記第1の供給端は、前記電磁波ランチャを通って伝播することができる電磁波を励起する給電機構を含み、
前記第2の送出端は、前記送出端を通って伝播する前記電磁波の複数の反射及びプローブリンギングを十分に減らして、前記材料の遠隔不連続部から反射された関心のある電磁波の検出を可能にするように物理的に構成され、
前記電磁波ランチャは、前記第2の送出端において、前記材料の近接表面のインピーダンスと実質的に整合するインピーダンスを有するように物理的に構成され、
前記電磁波ランチャは、十分な期間内において前記材料の前記遠隔不連続部から反射された前記関心のある電磁波の受信を可能にすることによって、前記関心のある反射電磁波と、前記材料の前記近接表面から反射されたスプリアス信号とを識別するように適合され、
前記送出端は、前記材料の前記近接表面のエリアに順応するように適合されている、
前記電磁波ランチャを提供するステップaと、
前記電磁波ランチャの前記送出端を、前記材料の近接表面の評価すべき前記エリアに順応するように隣接して設置するステップbと、
所定の周波数範囲内で伝播する複数の電磁波を、前記材料の前記近接表面の評価すべき前記エリアに送出するステップcと、
前記所定の周波数範囲内の前記関心のある電磁波を検出するステップdと、
前記材料の遠隔不連続部から反射された前記関心のある電磁波の決定された進行距離に基づいて、前記材料の状態を判定するステップeと、
を含む、方法。
A method for evaluating the condition of a material,
Providing an electromagnetic wave launcher comprising a first supply end and a second delivery end, comprising:
The first supply end includes a feeding mechanism that excites electromagnetic waves that can propagate through the electromagnetic wave launcher,
The second delivery end can sufficiently detect multiple reflections and probe ringing of the electromagnetic wave propagating through the delivery end to detect an electromagnetic wave of interest reflected from a remote discontinuity in the material. Is physically configured to
The electromagnetic launcher is physically configured at the second delivery end to have an impedance that substantially matches the impedance of the proximal surface of the material;
The electromagnetic wave launcher enables the reception of the electromagnetic wave of interest reflected from the remote discontinuity of the material within a sufficient period of time, and the reflected surface of interest and the proximity surface of the material. Adapted to distinguish from spurious signals reflected from
The delivery end is adapted to accommodate an area of the proximal surface of the material;
Providing said electromagnetic wave launcher a.
Placing the delivery end of the electromagnetic wave launcher adjacent to conform to the area to be evaluated on the adjacent surface of the material; b
Delivering a plurality of electromagnetic waves propagating within a predetermined frequency range to the area to be evaluated of the adjacent surface of the material; c.
Detecting the electromagnetic wave of interest within the predetermined frequency range; and d.
Determining a state of the material based on a determined travel distance of the electromagnetic wave of interest reflected from a remote discontinuity of the material; and
Including a method.
前記関心のある電磁波の前記進行距離は、前記関心のある電磁波の進行時間に基づいて決定される、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the travel distance of the electromagnetic wave of interest is determined based on a travel time of the electromagnetic wave of interest. 前記関心のある電磁波の前記進行時間は、前記スプリアス信号の進行時間よりも十分に長く、それによって前記スプリアス信号から前記関心のある電磁波の時間分離を可能にする、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the travel time of the electromagnetic wave of interest is sufficiently longer than the travel time of the spurious signal, thereby allowing time separation of the electromagnetic wave of interest from the spurious signal. 所定の周波数範囲内で伝播する前記複数の電磁波の時間領域表現は、持続時間の短いパルスの無線周波数波形に対応する、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein a time domain representation of the plurality of electromagnetic waves propagating within a predetermined frequency range corresponds to a short duration pulse radio frequency waveform. 前記持続時間の短いパルスの無線周波数波形は、ガウスパルス、レイリーパルス、エルミートパルス、ラプラシアンパルス、及びこれらの組み合わせからなる一群から選択される、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, wherein the short duration radio frequency waveform is selected from the group consisting of a Gaussian pulse, a Rayleigh pulse, a Hermite pulse, a Laplacian pulse, and combinations thereof. 前記無線周波数波形の前記パルスの持続時間は5ナノ秒以下である、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, wherein the duration of the pulse of the radio frequency waveform is 5 nanoseconds or less. 前記材料の前記状態を判定するステップは、
前記検出された関心のある電磁波に関する時間領域のデータセットを測定するステップaと、
前記時間領域のデータを距離領域のデータにキャリブレーションするステップbと、
前記材料の前記遠隔不連続部から反射された前記関心のある電磁波に関する前記距離領域のデータにおけるピークを識別ステップcと、
前記材料の前記遠隔不連続部から反射された前記関心のある電磁波の進行距離を決定するステップdと、
前記材料の前記遠隔不連続部から反射された前記関心のある電磁波の前記進行距離に基づいて、前記材料の前記近接表面から前記材料の前記遠隔不連続部までの距離の長さを決定するステップeと、
を更に含む、請求項22に記載の方法。
Determining the state of the material comprises:
Measuring a time-domain data set relating to the detected electromagnetic wave of interest;
Calibrating the time domain data to distance domain data; and
Identifying a peak in the distance domain data for the electromagnetic wave of interest reflected from the remote discontinuity of the material; c.
Determining a travel distance of the electromagnetic wave of interest reflected from the remote discontinuity of the material; d.
Determining a length of a distance from the near surface of the material to the remote discontinuity of the material based on the travel distance of the electromagnetic wave of interest reflected from the remote discontinuity of the material. e,
The method of claim 22, further comprising:
前記時間領域のデータを前記距離領域のデータにキャリブレーションすることは、前記関心のある電磁波が前記材料を通る既知の伝播速度に基づいて実行される、請求項28に記載の方法。   29. The method of claim 28, wherein calibrating the time domain data to the distance domain data is performed based on a known propagation velocity of the electromagnetic wave of interest through the material. 前記材料の前記状態を判定するステップは、
前記検出された前記関心のある電磁波に関するデータセットを測定するステップaと、
前記データセットを記憶するための第1の手段を提供するステップbと、
前記材料の前記状態を評価するために前記データセットを処理するためのコンピュータベースのデータプロセッサを提供するステップcと、
前記データセットを前記第1の手段から前記コンピュータベースのデータプロセッサに転送するステップdと、
少なくとも1つの信号処理方法によって前記データセットを処理するステップeと、
を更に含む、請求項22に記載の方法。
Determining the state of the material comprises:
Measuring a data set relating to the detected electromagnetic wave of interest;
Providing a first means for storing the data set; b.
Providing a computer-based data processor for processing the data set to evaluate the state of the material;
Transferring the data set from the first means to the computer-based data processor;
Processing the data set by at least one signal processing method; and e.
The method of claim 22, further comprising:
前記評価すべき材料の特性によって選択された信号処理方法を利用して前記データセットを処理するステップを更に含む、請求項30に記載の方法。   31. The method of claim 30, further comprising processing the data set utilizing a signal processing method selected according to the material properties to be evaluated. 前記材料の前記状態は、前記材料の厚さである、請求項22に記載の方法。   24. The method of claim 22, wherein the state of the material is the thickness of the material. 前記周波数範囲は0.25GHzから30GHzの間である、請求項22に記載の方法。   The method of claim 22, wherein the frequency range is between 0.25 GHz and 30 GHz. 材料の状態を評価する方法であって、
第1の供給端と第2の送出端とを備える電磁波ランチャを提供するステップaであって、
前記第1の供給端は、前記電磁波ランチャを通って伝播することができる電磁波を励起する給電機構を含み、
前記第2の送出端は、前記送出端を通って伝播する前記電磁波の複数の反射及びプローブリンギングを十分に減らして、前記材料の遠隔不連続部から反射された関心のある無線周波数波形の検出を可能にするように物理的に構成され、
前記電磁波ランチャは、前記第2の送出端において、前記材料の近接表面のインピーダンスと実質的に整合するインピーダンスを有するように物理的に構成され、
前記電磁波ランチャは、十分な期間内において前記材料の前記遠隔不連続部から反射された前記関心のある無線周波数波形の受信を可能にすることによって、前記関心のある反射無線周波数波形と、前記材料の前記近接表面から反射されたスプリアス信号とを識別するように適合され、
前記送出端は、前記材料の前記近接表面のエリアに順応するように適合されている、
前記電磁波ランチャを提供するステップaと、
前記電磁波ランチャの前記送出端を、前記材料の近接表面の評価すべき前記エリアに順応するように隣接して設置するステップbと、
前記材料の前記近接表面の評価すべき前記エリアに無線周波数波形を送信するステップcと、
前記関心のある無線周波数波形を検出するステップdと、
前記材料の遠隔不連続部から反射された前記関心のある無線周波数波形の決定された進行距離に基づいて、前記材料の前記状態を判定するステップeと、
を含む、方法。
A method for evaluating the condition of a material,
Providing an electromagnetic wave launcher comprising a first supply end and a second delivery end, comprising:
The first supply end includes a feeding mechanism that excites electromagnetic waves that can propagate through the electromagnetic wave launcher,
The second delivery end sufficiently reduces multiple reflections and probe ringing of the electromagnetic wave propagating through the delivery end to detect a radio frequency waveform of interest reflected from a remote discontinuity in the material. Physically configured to allow
The electromagnetic launcher is physically configured at the second delivery end to have an impedance that substantially matches the impedance of the proximal surface of the material;
The electromagnetic wave launcher enables the reception of the reflected radio frequency waveform of interest and the material by allowing reception of the radio frequency waveform of interest reflected from the remote discontinuity of the material within a sufficient period of time. Adapted to distinguish from spurious signals reflected from said proximity surface of
The delivery end is adapted to accommodate an area of the proximal surface of the material;
Providing said electromagnetic wave launcher a.
Placing the delivery end of the electromagnetic wave launcher adjacent to conform to the area to be evaluated on the adjacent surface of the material; b
Transmitting a radio frequency waveform to the area to be evaluated of the adjacent surface of the material; c.
Detecting the radio frequency waveform of interest d;
Determining the state of the material based on a determined travel distance of the radio frequency waveform of interest reflected from a remote discontinuity of the material; and
Including a method.
前記無線周波数波形は、短い持続時間を有し、ガウスパルス、レイリーパルス、エルミートパルス、ラプラシアンパルス、及びこれらの組み合わせからなる一群から選択される、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the radio frequency waveform has a short duration and is selected from the group consisting of a Gaussian pulse, a Rayleigh pulse, a Hermite pulse, a Laplacian pulse, and combinations thereof. 前記無線周波数波形の前記持続時間は5ナノ秒以下である、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the duration of the radio frequency waveform is 5 nanoseconds or less. 前記関心のある無線周波数波形の前記進行距離は、前記関心のある無線周波数波形の進行時間に基づいて決定される、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the travel distance of the radio frequency waveform of interest is determined based on a travel time of the radio frequency waveform of interest. 前記関心のある無線周波数波形の前記進行時間は、前記スプリアス信号の進行時間よりも十分に長く、それによって前記スプリアス信号から前記関心のある無線周波数波形の時間分離を可能にする、請求項37に記載の方法。   38. The progression time of the radio frequency waveform of interest is sufficiently longer than the progression time of the spurious signal, thereby allowing time separation of the radio frequency waveform of interest from the spurious signal. The method described. 前記材料の前記状態を判定するステップは、
前記検出された関心のある無線周波数波形に関する時間領域のデータセットを測定するステップaと、
前記時間領域のデータを距離領域のデータにキャリブレーションするステップbと、
前記材料の前記遠隔不連続部から反射された前記関心のある無線周波数波形に関する前記距離領域のデータにおけるピークを識別ステップcと、
前記材料の前記遠隔不連続部から反射された前記関心のある無線周波数波形の進行距離を決定するステップdと、
前記材料の前記遠隔不連続部から反射された前記関心のある無線周波数波形の前記進行距離に基づいて、前記材料の前記近接表面から前記材料の前記遠隔不連続部までの距離の長さを決定するステップeと、
を更に含む、請求項34に記載の方法。
Determining the state of the material comprises:
Measuring a time domain data set for the detected radio frequency waveform of interest; a.
Calibrating the time domain data to distance domain data; and
Identifying a peak in the distance domain data relating to the radio frequency waveform of interest reflected from the remote discontinuity of the material; c.
Determining a travel distance of the radio frequency waveform of interest reflected from the remote discontinuity of the material;
Determine the length of the distance from the near surface of the material to the remote discontinuity of the material based on the travel distance of the radio frequency waveform of interest reflected from the remote discontinuity of the material Step e.
35. The method of claim 34, further comprising:
前記時間領域のデータを前記距離領域のデータにキャリブレーションすることは、前記関心のある無線周波数波形が前記材料を通る既知の伝播速度に基づいて実行される、請求項39に記載の方法。   40. The method of claim 39, wherein calibrating the time domain data to the distance domain data is performed based on a known propagation velocity of the radio frequency waveform of interest through the material. 前記材料の前記状態を判定するステップは、
検出された前記関心のある無線周波数波形に関するデータセットを測定するステップaと、
前記データセットを記憶するための第1の手段を提供するステップbと、
前記材料の前記状態を評価するために前記データセットを処理するためのコンピュータベースのデータプロセッサを提供するステップcと、
前記データセットを前記第1の手段から前記コンピュータベースのデータプロセッサに転送するステップdと、
少なくとも1つの信号処理方法によって前記データセットを処理するステップeと、
を更に含む、請求項34に記載の方法。
Determining the state of the material comprises:
Measuring a data set relating to the detected radio frequency waveform of interest; a.
Providing a first means for storing the data set; b.
Providing a computer-based data processor for processing the data set to evaluate the state of the material;
Transferring the data set from the first means to the computer-based data processor;
Processing the data set by at least one signal processing method; and e.
35. The method of claim 34, further comprising:
前記評価すべき材料の特性によって選択された信号処理方法を利用して前記データセットを処理するステップを更に含む、請求項41に記載の方法。   42. The method of claim 41, further comprising processing the data set utilizing a signal processing method selected according to properties of the material to be evaluated. 前記材料の前記状態は、前記材料の厚さである、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the state of the material is the thickness of the material. 材料の状態を評価するシステムであって、
電磁波を励起するための給電機構を含む供給端を有する電磁波ランチャと、
実行可能なコンピュータコードを有するコンピュータベースのプロセッサと、
を備え、
前記電磁波ランチャは、前記電磁波を前記材料の近接表面内に送出し、
前記電磁波ランチャは、送出された前記電磁波の複数の反射を、十分に減らして、前記材料の遠隔不連続部から反射された関心のある電磁波の検出を可能にするように物理的に構成され、
前記電磁波ランチャは、前記材料の前記近接表面のエリアに順応するように適合され、前記材料の前記近接表面のインピーダンスと実質的に整合するインピーダンスを有するように物理的に構成され、
前記電磁波ランチャは、前記材料の前記遠隔不連続部から反射された前記関心のある電磁波の受信を、十分の期間だけ遅らせることによって、前記関心のある反射電磁波と、前記材料から反射されたスプリアス信号とを識別するように適合され、
前記実行可能なコンピュータコードは、
前記関心のある反射電磁波を測定して周波数領域のデータを生成することと、
前記周波数領域のデータを時間領域のデータに変換することと、
前記時間領域のデータを距離領域のデータにキャリブレーションすることと、
前記材料から反射された前記関心のある電磁波に関連する前記距離領域のプロファイルにおけるピークを識別することと、
前記材料から反射された前記関心のある電磁波の進行距離を決定することと、
を含むことを実行するように構成されている、
システム。
A system for evaluating the state of a material,
An electromagnetic wave launcher having a supply end including a power feeding mechanism for exciting electromagnetic waves;
A computer-based processor having executable computer code;
With
The electromagnetic wave launcher sends the electromagnetic wave into the near surface of the material,
The electromagnetic wave launcher is physically configured to sufficiently reduce multiple reflections of the transmitted electromagnetic wave to allow detection of an electromagnetic wave of interest reflected from a remote discontinuity of the material;
The electromagnetic wave launcher is adapted to conform to an area of the proximal surface of the material and is physically configured to have an impedance that substantially matches the impedance of the proximal surface of the material;
The electromagnetic wave launcher delays the reception of the electromagnetic wave of interest reflected from the remote discontinuity of the material by a sufficient period of time, thereby causing the reflected electromagnetic wave of interest and a spurious signal reflected from the material. And is adapted to identify
The executable computer code is:
Measuring the reflected electromagnetic waves of interest to generate frequency domain data;
Converting the frequency domain data into time domain data;
Calibrating the time domain data to distance domain data;
Identifying peaks in the distance domain profile associated with the electromagnetic wave of interest reflected from the material;
Determining the travel distance of the electromagnetic wave of interest reflected from the material;
Configured to perform including,
system.
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