JP2023543383A - 測定センサー、システムおよび方法、ならびに鋳造機 - Google Patents

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Abstract

液体金属の鋳造機のモールドの結晶化装置の少なくとも一部の温度と結晶化装置内の液体金属のメニスカスまたはレベルの位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するためのセンサー、検出システムおよび方法。そのようなセンサーまたは検出システムを備える鋳造機。【選択図】図１１

Description

本発明は、溶融金属を鋳造するための鋳型内の少なくとも１つの物理量を測定するためのセンサー、システムおよび方法に関する。本発明はまた、そのようなセンサーまたはシステムを備えた鋳造機にも関する。
［定義］
本明細書および添付の特許請求の範囲において、以下の用語は、以下に与えられる定義に従って理解されなければならない。
「上方の」、「上部に」、「下方の」、「下部に」という用語は、重力の方向を指すものとして理解されなければならない。
本発明において、用語「液体金属」は、それらの融点の温度に少なくとも等しい温度にある液体状態の純粋な金属および金属合金の両方を含むことを意味する。
本発明において「超音波」とは、０．５ＭＨｚより高く５ＭＨｚより低い周波数を有する弾性波を意味する。
鉄鋼または一般に金属および金属合金の製造分野では、連続鋳造機が重要な役割を果たしている。連続鋳造は、サイズと形状に応じてビレット、ブルーム、スラブと呼ばれる製鋼半製品の生産を可能にする生産プロセスである。半製品の製造は、溶融状態の金属または金属合金から始まり、それらは金属半製品の進行方向に対して反対方向に流れる冷却流体によって冷却されたモールドに投入され、それらはモールドの容積内で徐々に形づくられる。モールドは、垂直またはやや水平の配置に従って配置可能である。モールドは下端が開いており、そこから成形中の半製品が出てくる。モールドは上端が開いており、そこから液体金属が入り、モールド内で徐々に凝固し始め、モールドの下端から取り出される。単位時間内に、少なくとも部分的に固化した金属の量がモールドの下部から出てくるという意味で、このプロセスは定常的であり、これはモールド自体の上部に入る液体金属の量に対応する。鋳造機で鋳造プロセスが開始されると、モールド内の液体金属のレベルは常に一定に保たれなければならず、すなわち液体金属の自由表面の位置、つまりモールドの内壁に関していわゆるメニスカスの位置は、プロセス中に時間の経過とともに一定に保たれなければならない。液体金属レベルを一定に保つために、つまりメニスカスの位置を一定に保つために、それはモールド内で形成される半製品の引き抜き速度を増減させることによって行うことができ、または、それはモールドの上端からモールドに入る液体金属の流れを増減させることによって行うことができる。
引き抜き速度を制御するような方法において、またはモールドに入る液体金属の流れを制御するような方法において、メニスカスの位置の測定値を取得するために、現在、市場には２つのタイプのセンサーがある。
モールド内の液体金属のレベルを測定するための第１のタイプのセンサーは、モールドの第１の側面に配置された放射能源と、モールドの第１の側面に対して反対側のモールドの第２の側面に配置されたシンチレータに基づく放射性センサーからなる。シンチレータは、放射線源とシンチレータ自体の間にある液体金属のメニスカスの位置に依存する量の放射線を拾い、この測定からメニスカスの位置の測定値を得ることができる。したがって、放射性センサーは、鋼のメニスカスに対応するモールドの一種のＸ線を生じさせ、約１ｍｍの精度でメニスカスの位置を決定することができる。
モールド内の液体金属のレベルを測定するための第２のタイプのセンサーは、電磁センサーから構成されている。電磁センサーは、内部に液体金属を含む晶析装置の壁に対応する電磁場の放射に基づいている。生成された電磁場は晶析装置に渦電流を生成し、その生成された電磁場はつぎにセンサー自体の受信コイルによって拾われる。渦電流は、渦電流自体の生成ゾーンにおける晶析装置の導電率に依存し、導電率はつぎに渦電流の生成ゾーンにおける晶析装置の温度に依存し、結果として、それは液体金属のメニスカスの位置に間接的に依存し、その熱は晶析装置自体を介して冷却液に吸収される。
さらに、晶析装置自体の厚い部分に熱電対を挿入することに基づいて、晶析装置の壁の温度を測定するシステムも知られている。異なる点での晶析装置の壁温度の測定により、晶析装置の壁の温度のマッピングを得ることができる。晶析装置の壁の温度を監視することにより、モールドから引き抜かれた部分的に固化した金属のブレークアウトや、晶析装置の壁の液体金属の局部的な付着（固着）などの望ましくない現象を防止するためのアラーム信号を得ることができる。結晶化装置の壁の熱マッピングから出発して、記述された現象の識別は、本発明の目的のために知られていると考えられるアルゴリズムに従って行われる。
特開平１０－１８５６５４号公報には、炉内の液体レベルを検出する方法が記載されており、レベルは送受信系のゲイン変動の影響を受けずに長期間安定して検出可能であり、変動は弾性波の送信素子と受信素子の炉壁への接触力により発生する。周囲を耐火物で覆った炉の外壁に弾性波送信素子と弾性波受信素子が配置される。弾性波発信素子により炉内に弾性波を発信し、弾性波発信に伴って弾性波受信素子が受信した信号に基づいて溶融液体材料のレベルを検出する。表面波は炉の外壁の表面を伝播し、炉の内壁で反射したエコーが弾性波受信素子で受信される。表面波の波高に基づいて反射エコーの波高を補正し、補正された反射エコーの波高に基づいてレベルを検出する。
米国特許第３，４５６，７１５号公報には、連続鋳造機の振動鋳型などの容器内の材料のレベルを検出するためのシステムが記載されている。システムは、容器を通して音響エネルギーを伝達し、基準レベルの材料を表す信号を生成する。第２の電気信号は容器の振動に敏感であり、基準位置に対する容器の変位を表す。第１および第２の信号の組み合わせは、材料レベルを示す出力信号を提供する。電気音響トランスデューサ手段は、トランスデューサ手段と、レベルが測定される材料を含むモールドまたは容器の壁との間を連続的に流れる冷却剤を通して音響エネルギーを伝達するように配置される。トランスデューサが配置されているレベルに材料のレベルが達すると、そのレベルに材料が存在することを示す特性を持つ電気信号が発生する。好ましい実施形態では、電気音響トランスデューサは、モールドまたは容器の反対側に配置された送信機および受信機を含み、送信機および受信機は、材料によって占有された空間を通って、つまり素材そのものを通して伝達される音響エネルギーの検出に応答して電気信号を生成するのに適している。信号の伝達は、モールドまたは容器の壁に対して直交する方向に発生する。別の実施形態では、単一の超音波装置が設置され、ある期間では送信機として機能し、別の期間では受信機として機能し、この場合も、信号の送信はモールドまたは容器の壁に対して直交する方向に行われ、唯一の超音波装置が型または容器の壁に対して同じ直交軸方向に沿って送信された信号のエコーを受信できるようになっている。
カナダ特許第２，３１０，７６４号公報には、容器内のレベルを連続的に測定する方法が記載されており、これによれば、一連のラム波パルスが容器の壁に配置されたラム波励振器によって容器の壁に送信され、ラム波励振器から離れた容器壁に配置されたラム波受信機によって受信される。システムは、容器が空の場合の伝播時間と、容器内に特定のレベルが存在する場合の伝播時間との差として、励振器と受信機の間の伝播時間差を決定する。伝播時間の差から、伝播時間の差に正比例する容器内の現在のレベルの位置が導き出される。別の材料が容器の壁に接触したときにラム波の伝播時間が変動するため、この方法により容器内のレベルを継続的に監視できる。
米国特許第４，３２０，６５９号公報には、均質で欠陥のない固体媒体内を伝播するトランスデューサによって生成された横モードの中程度の指向性音波を使用して、流体のインピーダンスまたは液体レベルのいずれかを測定する超音波システムが記載されている。横波は、最初の臨界角よりも少なくとも５度大きく、２番目の臨界角よりも少なくとも１０度小さい入射角で、少なくとも２つの領域の固液界面に対応して反射するジグザグ経路に沿って固体内を伝播する。固体と流体との間の音響結合による波の減衰振幅は、流体のインピーダンスまたは流体のインピーダンス関連パラメータの尺度である。システムは、好ましくは、固液界面に対応する温度、流体の性質、トランスデューサ、トランスデューサ結合、残留物または腐食などのパラメータの変化を補償する基準として機能する第２の音響経路を含む。別の実施形態では、基準メカニズムは、固体媒体のノッチから生じる一連の反射である。液体レベル測定を液体インピーダンスの変動に対して鈍感にするために、固体は、斜めの角度に向けられた細長い要素であり、またはそれは液体の表面に平行である。その他の液体レベル測定システムは、ジグザグ波の反射点に配置された複数の受信機または反射器を利用する。
米国特許出願第２０１２／０８５１６４号公報には、トランスデューサを含む流体計測コンポーネントのためのサポートおよびハウジングが記載されており、それは外部ストラップなしでパイプの外周上の固定点に直接結合される。サポートは、パイプ固定点に選択的に結合および分離することができる。１つまたは複数のサポートとハウジングは、さまざまな計測用途のために、パイプの外側にモジュール方式で配置することができる。同様に、サポートおよびハウジングの内部は、補助的な位置合わせツール、テンプレート、測定機器、またはその他のデバイスを必要とせずに、１つまたは複数のトランスデューサまたはさまざまなユーザーアプリケーションのためのその他のコンポーネントの配向および位置合わせをするために、モジュラー方式で任意に再構成可能であってもよい。
米国特許第６，６３１，６３９号公報には、容器壁の外側に離間して取り付けられた一対の超音波トランスデューサを使用して、容器内の液体レベルを測定するための非破壊的システムおよび方法が記載されている。トランスデューサの１つは、壁に曲げ波または弾性波を生成する音波エネルギーの単一パルスを生成し、２番目のトランスデューサは、曲げ波を受信して２つのトランスデューサ間の曲げ波の移動時間に対応する電気波形信号を生成する。２つの波形信号間に位相シフトが存在するかどうかを判断するために、異なる時間に生成された電気波形信号が比較される。位相シフトは、２つのトランスデューサ間の容器の内部空間の液体レベル状態に変化があったことを示す。位相遅延、または２つの異なる時点で生成される屈曲波成分間の時間遅延の測定は、容器のある点での液体の有無、または容器の内部空間内の液体の高さを示すために使用される。
国際公開ＷＯ２００５／０３７４６１号公報には、インゴットモールド内部の損傷、鋼浴の表皮または凝固した外層が、インゴットがモールドから出てくるときに下にあるローラー上で溶鋼の漏れを引き起こし、それによってプラント全体が停止することを回避するために、インゴットモールド内の鋼のブレークアウトイベントを特定する方法が記載されている。いわゆる表面波またはレイリー波を生じさせるように、高周波の機械振動をインゴットモールドの外面と内面に発生させ、インゴットモールドと持続的に接触している材料の表面によってその振動がどのように吸収されるかについて分析がなされる。この表面のサイズまたは拡張部分が、固化したブレークダウンに続いて変化すると、銅壁との接触が急激に増加し、その結果、インゴットモールドの銅表面の音響インピーダンスが即座に変化する。
フランス特許第２，３２３，９８８号には、連続鋳造機のモールド内のレベルを測定するためのシステムが記載されており、ここでは超音波のパルスは、容器の壁の内面に沿って液体に向かってのみ伝播し、壁の表面と接触する液体によって表される不連続部によって部分的に反射される。反射波が検出され、検出された超音波から、生成されたパルスを分離する時間間隔が測定される。間隔の値は、液体の事前設定された基準レベルに対する不連続部の位置を表す。
米国特許出願第２０１８／０２１８４９号公報には、晶析装置に向かって送信される超音波信号の送信と、晶析装置によって反射された超音波信号の受信位相とに基づく、晶析装置内の測定センサーが記載されている。送信は、受信された反射超音波信号が晶析装置内でジグザグ経路に沿って複数回反射された超音波信号になるように、晶析化装置壁に対して傾斜した送信方向で生じる。異なる垂直方向に離間した点における異なる受信センサーによって、晶析装置の異なる反射点において同じ送信信号を複数回受信することが利用される。超音波素子には、超音波送信機と一連の超音波受信機が含まれる。送信機は超音波信号受信機として機能せず、受信機は超音波信号送信機として機能しない。
欧州特許第２，４０９，７９５号公報には、溶融金属のインゴットモールドの温度を測定する方法が記載されており、この方法は、モールドの長さの展開に沿って、横方向ではなく、縦方向および垂直方向に超音波を送信することを含む。したがって、波の伝播は、含まれる溶融金属に隣接するモールドの表面に平行な方向に、モールド内で垂直に発生する。超音波の反射を生成する可能性のある垂直経路に沿った要素がないため、その伝播はモールドの銅壁の間で妨げられずに発生し、解決手段は、反射された超音波を検出する同じ送信器要素に向かってこのように反射される超音波の反射領域を形成するモールドの壁に横方向の穴が得られることを提供する。
特開昭５７－１５９２５１号公報には、超音波素子がモールドに対して直交する超音波の送信およびモールドの壁によって反射された波の受信をする送信機および受信機として交互に作用する解決手段が記載されている。測定は、各センサーでの反射波の振幅の検出に基づいており、これは、モールドが溶鋼を含む領域においてモールドの壁によって反射される波、およびモールドが溶鋼を含まない領域においてモールドの壁によって反射される波、の２つのケースで異なる。測定は、モールドのさまざまな領域で受信された信号の振幅の比較に基づく。第２の解決手段は、モールドの第１の側に、モールドの反対側に配置された対応する受信機に送信する垂直に離間した送信機を提供し、それにより、送信機によって送信された超音波は、モールド全体を横方向に横断した後に、横断領域に存在する場合は横断領域のモールドに含まれる溶鋼も通過した後に、モールドの反対側の受信機によって受信されるが、溶鋼がモールドの片側の送信機と反対側の受信機を接続するラインよりも低いレベルにある場合、この状態は発生しない。このケースにおいても、測定は、受信信号の振幅の比較に基づいており、溶鋼が存在しない領域と溶鋼が存在する領域のモールドを横断する２つのケースで受信信号の振幅が異なるという原理に基づく。
放射性センサーは、放射性線源、および放射性線源自体に長期間さらされる材料の取り扱いに関して顕著な問題を抱えている。実際、放射線源が使い果たされた場合、オペレーターが放射線にさらされるのを防ぐために、その交換には非常に厳格な安全手順を採用する必要がある。さらに、使い果たされた放射線源の処分の問題があり、これは専門の業者によって実施されなければならない。さらに、使い果たされた線源の交換作業において非常にまれな出来事ではない放射性線源の紛失の可能性は、プラントの即時の閉鎖を意味し、結果として生産の停止と莫大な経済的損害をもたらす。
電磁センサーは、放射性センサーに関する取り扱いの観点からはより安全な代替手段であるが、精度が低く、応答が遅く、結晶化装置の厚さがそれほど大きくない一般に１５ｍｍ未満のモールドにのみ使用できるため、あまり普及していない。実際、金属モールドのシールド作用により、電磁センサーによって誘導される渦電流は、結晶化装置の全厚さの約１ｍｍの層にしか作用しない。渦電流が作用する前記の領域は、鋳造される溶融金属が存在する側に対して結晶化装置の反対側にある。結晶化装置の厚さが大きい場合、つまり１５ｍｍを超える場合、電磁センサーの測定は、結晶化装置の外側にある渦電流が作用する領域に対応して結晶化装置の温度が変化するのに必要な時間による遅延の影響を受け、結晶化装置の内側にある結晶化装置自体の反対側に対応するメニスカスの位置の変化に従う。実際、結晶化装置の内側の液体金属のメニスカスの位置の変化は、電磁センサーが近くに配置されている結晶化装置の外側に到達するまで、結晶化装置の厚み内に伝播する温度変化を生成する。結晶化装置が作られている金属材料の温度変化、つまり、鋳造液体金属のレベルより下の結晶化装置の壁の領域と、結晶化装置と接触している液体金属がない場所のすぐ上の領域との間の温度差は、鋳造液体金属があるモールドの内側で最大になるが、結晶化装置の外側に近づくにつれて徐々に目立たなくなる。また、モールドが非常に厚い場合、渦電流が誘導される結晶化装置の外側の厚みの最初のミリメートルの温度差は、電磁センサーでは検出できないほど微弱である。したがって、これらのセンサーは、厚さが１５ｍｍ未満のモールドに使用される。この制限により、銅の厚さが最大４０ｍｍに達する大型フォーマットのモールドでの使用が除外され、放射性センサーが大型フォーマットでレベルを制御する唯一の技術になる。
熱電対を結晶化装置の厚い部分に得られる特定の空洞に挿入する必要があるため、熱電対によるモールドの温度のマッピングにもいくつかの欠点がある。１５ｍｍ程度の小さな厚さの結晶化装置に熱電対を挿入すると、結晶化装置の構造が弱くなり、結晶化装置に含まれる液体金属の冷却効率が局所的に損なわれる可能性があるため、この方法は、結晶化装置の厚みが大きい場合にのみ適用できる。
［発明の目的］
本発明の目的は、正確な測定を可能にする、モールド内の少なくとも１つの物理量を測定するための測定方法およびセンサーを提供することである。
本発明のさらなる目的は、この測定システムを備えたモールドを提供することである。
この目的は、主請求項の特徴によって達成される。従属請求項は、有利な解決手段を示している。
本発明による解決手段は、その効果が即時の無視できない技術的進歩を構成するかなりの創造的貢献を通じて、様々な利点を有する。
センサーおよび本発明の方法は、放射線源を使用せず、健康に危険がなく廃棄の問題がない材料および方法に基づいている。
本発明による解決手段は、非常に厚い結晶化装置の場合でも正確な測定値を得ることを可能にする。
本発明による解決手段は、結晶化装置の厚い部分に熱電対を挿入する必要なしに、異なる点で結晶化装置の温度の測定値を得ることを可能にし、薄い厚さを有する結晶化装置でもそのような検出を可能にする。
本発明による解決手段は、高度の感度、精度、および信頼性で動作することを可能にする。
本発明による解決手段は、測定システムの設置および管理コストを低くすることを可能にする。
以下、本発明の非限定的な例とみなされる添付の図面を参照して、実施形態の解決手段を説明する。
図１は、本発明のセンサーを組み込んだモールドの側面図を表す。
図２は、図１のＡで示される視点による、図１の本発明のセンサーを組み込んだモールドを表す。
図３は、図２のＣ－Ｃで示される断面線による、図２の本発明のセンサーを組み込んだモールドを表す。
図４は、図１のＢ－Ｂで示される切断線による、図１の本発明のセンサーを組み込んだモールドを表す。
図５は、図３のＤで示される部分の拡大図である。
図６は、図４のＥで示される部分の拡大図である。
図７は、本発明によって作られたセンサーの図である。
図８は、動作原理を模式的に示すグラフである。
図９は、温度の関数として材料内の波の伝播速度の依存性の特性曲線を概略的に示すグラフである。
図１０は、モールドのエッジからの距離による、溶鋼を鋳造するモールドの結晶化装置の銅の温度プロファイルの典型的な展開を模式的に表す。
図１１は、モールドに取り付けられた本発明のセンサーの機能を概略的に表す。
図１２は、弾性波の経路とその検出信号に関する時系列を模式的に表す。
図１３は、異なる視点による、図７のセンサーの図である。
図１４は、本発明のセンサーの一実施形態の分解斜視図である。
図１５は、本発明のセンサーの一実施形態の分解斜視図である。
図１６は、本発明のセンサーの超音波素子の１つの構造を概略的に示す。
図１７は、本発明のセンサーの別の可能な実施形態を示す。
図１８は、サーマルマッピングシステムの可能な実施形態を示す。
図１９は、弾性波の処理状況を模式的に示す。
図２０は、信号処理フェーズの１つを概略的に示す。
本発明は、音波の伝播原理を利用してモールド内の少なくとも１つの物理量を測定するための測定方法およびセンサーに関する。
材料媒体中を伝播する弾性摂動波は、その基本的な性質を決定するいくつかの物理量によって特徴付けられる。特に、媒体中の波の伝播速度は、所定の厚さの材料における波自体の伝播時間を表す重要なパラメータである。この速度は、密度、ヤング率、ポアソン率などの特徴的な物理パラメータに同様に依存する。材料の熱状態がこれらの量に影響を与えることが知られており、結果として、波の速度は波が伝播する媒体の温度に同様に依存する。ｖｐに等しい圧縮波の伝播速度を有する厚さＳの材料を考え、材料境界の点に十分に局所化された摂動を与える、波は材料の反対側の境界に到達するまで材料内を伝播し、逆方向に反発波を発生させる。境界とは、流体、空気、別の固体など、材料が途切れ、別の材料が始まる境界を意味する。２つの反対側の境界が平行である場合、プロセスは利用可能なエネルギーが使い果たされるまで続き、波の受信領域、例えば、摂動波を与えた同じポイントの近くに配置された受信機で記録できる一連のパルスを生成する。実際、これらのパルスの振幅は、材料自体の減衰の結果として減少する。例えば（図８）、最初の瞬間ｔ０で摂動波が材料の第１の境界の点で放出された場合、波は材料を通って第２の反対側の境界まで移動し、第１の反射波が生成され、これは、第１の境界で瞬間ｔ１に受信されたピークＰ１によって表される。つぎに、第１の反射波は、第１の境界で同様に反発を受け、材料を引き返し、第２の反射波が第２の境界で生成され、これは同様に、第１の境界で瞬間ｔ２に受信されたピークＰ２によって表される。第２の反射波の振幅Ａ２は、材料の減衰により、第１の反射波の振幅Ａ１よりも小さい。時間が経過すると、第ｎの反射波が第２で生成され、これは同様に、第１の境界で瞬間ｔｎに受信されたピークＰｎによって表され、振幅Ａは前の反射波よりも小さくなる。このような条件では、Ｄｔ＝（２ｘＳ）／ｖｐであることが知られており、ここで、Ｄｔは、一連のピークＰ１、Ｐ２、．．．Ｐｎにおける２つの連続するピーク間の時間的距離、つまり、往復経路を含む弾性波の移動時間を表す。
材料に温度Ｔの変化が生じると、時間Ｄｔは、伝搬速度ｖｐと熱膨張または熱収縮による材料の厚さＳの両方の変化によって変化する。しかし、銅などの金属が考慮され、挙動が実質的に線形である温度範囲が考慮される場合、支配的な寄与は伝搬速度ｖｐの変化のみによるものであり、熱膨張または熱収縮による材料の厚さＳの変化の寄与は無視できる。したがって、結果として、伝播速度ｖｐは温度Ｔの関数として特徴付けられ、金属の場合、ピークＰ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎｈｓが到着する時間ｔ１、ｔ２、．．．ｔｎの測定から始まって材料の温度Ｔの推定値を得ることができる。実際には、伝播速度ｖｐ（Ｔ）＝Ｄｔ／（２ｘＳ）の実験的測定値が与えられると、温度の関数としての材料中の波の伝播速度の依存性の特性曲線（図９）が分かれば、伝播速度ｖｐ（Ｔ）から温度Ｔを導出することが可能になり、これは、例えば、弾性摂動波が伝播する媒体が作られる材料に関して測定機器を較正することによって得ることができる。
鋼、または一般に金属および金属合金の製造は、連続鋳造機によって行われる。連続鋳造は、サイズと形状に応じてビレット、ブルーム、スラブと呼ばれる半製品の製鋼製品を製造できる製造プロセスである。半製品の製造は、モールド（３４）に流し込まれる溶融状態の金属または金属合金から開始される（図１０）。モールド（３４）は、基本的に垂直配置によって配置されるが、モールドが傾斜または半水平位置に設置される解決手段も知られており、これらは本発明の範囲内に含まれる解決手段と見なされるべきである。モールド（３４）は、その下端（４７）が開いており、そこから成形中の半製品が出てくる。モールドはその上端（４６）が開いており、そこから液体金属が入り、モールド内で徐々に固化し始め、ついでモールドの下端から抜き出される。「上」および「下」という用語は、重力の方向（５０）を指すものとして理解されなければならない。このプロセスは、単位時間において、モールド自体の上部から入る液体金属の量に対応する量の少なくとも部分的に固化した金属がモールドの下部から出るという意味で定常的である。鋳造プロセスが鋳造機で開始されると、モールド（３４）内の液体金属（３７）のレベル（３９）は常に一定に保たれなければならず、つまり、液体金属（３７）の自由表面の位置、すなわち、モールド（３４）の内壁に対するいわゆるメニスカスの位置は、プロセスの間中、一定に保たれなければならない。モールド（３４）は結晶化装置（３５）を含み、結晶化装置（３５）は一般に銅または銅含有量の高い金属合金から作られるが、本発明は、例えば、金属合金のような銅以外の金属材料で作られた結晶化装置（３５）の場合にも適用可能である。結晶化装置（３５）は、冷却流体（４４）、通常は水の流れによって冷却され、それは流体（４４）の流れの方向に従って（図１０）流れ、それはモールド（３４）に流し込まれる液体金属の流れの方向と反対である。鋳造液体金属が結晶化装置（３５）を通過すると、モールド（３４）の上端（４６）から下端（４７）に向かって進行するにつれて徐々に固化する。成形中の半製品がモールド（３４）の下端（４７）から出た時点で、それは完全には固化しておらず、結晶化装置（３５）と同形の外周殻を有し、それは固化され、それはスキン（３８）と呼ばれる。スキン（３８）の内側では、成形中の半製品は、液体状態の金属からなる中心コアをまだ含んでおり、それは、例えば、矯正ローラー、サイズに合わせてカットするためのユニットなどの後続の処理装置に向かって進むにつれて鋳造機の下部で固化する。
結晶化装置（３５）の冷却は、さまざまな方法で行うことができる。鋳造可能な最大寸法よりも小さい寸法のビレットまたはブルームのための結晶化装置（３５）に適した第１の解決手段（図１０）では、冷却は、結晶化装置（３５）の外壁（４９）上で、結晶化装置を取り囲み、コンベア（３３）によって区切られた周囲の外部空間（３６）内に、前述の冷却流体（４４）の流れを導くことによって行われる。鋳造可能な最大サイズに対して大きな寸法のブルームのための晶析装置（３５）に適し、またはスラブの鋳造に適した第２の解決手段では、冷却は、結晶化装置（３５）自体の空洞、または結晶化装置自体のアセンブリ要素の結合面上に得られる空洞内に前述の冷却流体の流れを導くことによって行われる。本発明は、モールドの種類に関係なく適用可能である。液体金属（３７）のレベル（３９）を一定に保つために、すなわち、メニスカスの位置を一定に保つために、モールド（３４）の内部で形成される半製品材料の抜き出し速度を増加または減少させることによって作用することが可能であり、またはその上端（４６）からモールド（３４）に入る液体金属（３７）の流れを増加または減少させることによって作用することが可能である。したがって、抜き出し速度を制御するような方法で、またはモールド（３４）を通る液体金属（３７）の流れを制御するような方法で、メニスカスの位置の測定値、つまり、モールド（３４）の本質的に垂直または傾斜した伸長部分に対する液体金属のレベル（３９）の位置を取得することが重要である。結晶化装置の内壁（４８）は、従来、液体金属と接触している結晶化装置の壁、すなわち高温側を意味し、一方、結晶化装置の外壁（４９）は、結晶化装置自体の厚さに関して内壁（４８）とは反対側の壁、すなわち低温側を意味する。
さらに、結晶化装置（３５）の内壁（４８）の温度を測定することも重要であり、なぜなら、結晶化装置（３５）の内壁（４８）の温度を異なる点で監視することにより、モールドから抜き出された部分的に固化した金属のスキン（３８）のブレークアウトなど、または結晶化装置（３５）の内壁（４８）への液体金属の局所的な付着（固着）などの望ましくない現象を防止するためのアラーム信号を取得することができるからである。結晶化装置（３５）の内壁（４８）の熱マッピングから始めて、記載された現象の識別は、本発明の目的のために知られていると考えられるアルゴリズムに従って行われる。
結晶化装置（３５）の銅の厚み内のモールド（３４）に沿った温度分布は、急速な初期の温度上昇の空間的変動を伴い、レベル（３９）またはメニスカスの実際の位置より数ｍｍ下の最高温度が続き、最後に、モールド（３４）の下端（４７）まで温度がゆっくりと下降する展開（図１０）に従うことが知られている。本発明のセンサー（１）は、液体金属（３７）がモールド（３４）の結晶化装置（３５）に及ぼすこの効果を利用する。実際、鋳造液体金属（３７）は、金属自体の溶融温度に等しい温度を有する。鋳造温度は、鋳造される金属または金属合金の種類によって異なる。例えば、鋼の場合、鋳造温度は１３７０～１５３０℃のオーダーであり、銅の場合、鋳造温度は１０８３℃のオーダーである可能性がある。本発明において、「液体金属」という用語は、それらの融点の温度に少なくとも等しい温度にある液体状態の純粋な金属および金属合金の両方を含むことを意味する。液体金属（３７）が結晶化装置（３５）の内部にあるとき、結晶化装置（３５）の温度は、示される曲線に従って展開する。また、結晶化装置（３５）を構成する金属の弾性特性の変化は、説明したように、示されている展開による結晶化装置（３５）の温度の変化に対応し、その結果、結晶化装置自体を透過する弾性波の速度の変化を伴う。本発明のセンサー（１）によって、モールド（３４）の結晶化装置（３５）の外壁（４９）に規則的な間隔で弾性摂動が導入され（図１１）、直接音響波、反射音響波および逆反射音響波が生成される。
例えば、直接波のパケット（４０ｉ）は、センサー（１）の第１の超音波素子（１５）によって放出され、センサー（１）のそれぞれの支持体（８）を通過し、続いて冷却流体に浸透し、結晶化装置（３５）の外壁（４９）に向かって進行し、そこで直接波（４０）の第１のパケットが結晶化装置（３５）の材料を貫通してその内部を伝播する。
例えば（図１１）、センサー（１）の第２の超音波素子（１８）によって以前に放出された直接波のパケット（４０ｉｉ）は、結晶化装置（３５）の材料を貫通してその中を伝播した後、内壁（４８）に到達し、そこで対応する反射波の生成を伴う反射現象が発生する。
例えば（図１１）、反射波のパケット（４１ｉｉｉ）は、センサー（１）の第３の超音波素子（２１）によって以前に放出された直接波のパケットが内壁（４８）に達し、反射波（４１ｉｉｉ）のパケットが第３の超音波素子（２１）に向かって戻り、対応する直接波パケットの方向と反対の方向に結晶化装置（３５）の材料を再び通過するときに生成される。
例えば（図１１）、センサー（１）の第４の超音波素子（２４）によって以前に放出された直接波のパケットに対応する反射波のパケット（４１ｉｖ）は、結晶化装置の材料を通過した後、外壁（４９）を横切って第４の超音波素子（２４）に向かって継続するが、同時に対応する逆反射波（４２ｉｖ）の生成も引き起こし、それは結晶化装置の材料を内壁（４８）に向かって引き返す。
例えば（図１１）、センサー（１）の第５の超音波素子（２７）によって以前に放出された直接波のパケットに対応する反射波のパケット（４１ｖ）は、結晶化装置の材料と外壁（４９）を通過した後、センサー（１）の支持体（８）を通過し、測定のために第５の超音波素子（２７）に到達し、一方、それと同時に、対応する逆反射波（４２ｖ）は、内壁（４８）に向かって結晶化装置の材料中のその経路を継続し、つぎに反対方向に新たな反射を受けて、さらなる測定のために第５の超音波素子（２７）に向かって再び進む。
簡潔にするために、センサー（１）の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）のうちの特定の１つを参照して、それぞれの異なるステップを説明したが、センサー（１）の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）のうちの１つについて説明したのと同じステップが、それらのそれぞれについて順番に行われることは明らかである。
弾性波の経路の距離は既知で固定されているため、説明した構成に従って、弾性波の速度が通過する材料の温度に依存することを利用することにより、したがって、弾性波の移動時間を測定することにより、弾性波が通過する材料内部の温度を測定することができる。
特に（図１２）、変化は、溶融金属と接触する内壁（４８）に対応する高温側と、冷却水（４４）の流れと接触する外壁（４９）に対応する低温側との間の経路Ｓに沿った温度Ｔに対して実質的に線形であると考えることができる。したがって、信号注入領域が与えられた場合、往復経路を含む弾性波の移動時間の測定値Ｄｔにより、結晶化装置（３５）の厚さＳに対してこの領域によって与えられる体積の平均温度を得ることができる。拡張領域が小さく、注入点が大きいほど、銅または銅基合金からなる結晶化装置（３５）の温度曲線の形状の測定が良好になる。温度曲線の再構築から、つぎにモールド（３４）内の鋼またはメニスカスのレベル（３９）の位置の推定値を得ることが可能である。
したがって、要約すると、モールド（３４）内で弾性または圧縮または音波を使用すると、つぎのことが可能になる。
（ａ）銅モールド（３４）の低温壁または外壁（４９）での注入領域への直接弾性波（４０）の摂動の注入。
（ｂ）銅製のモールド（３４）の結晶化装置（３５）の高温壁または内壁（４８）での反射現象による反射波（４１）の同じ注入領域での読み取り。表面４９（低温の銅側）から来る第１および第２の反射は、取得時間ウィンドウを決定するために使用される。実際、これら２つのパルスの間には、銅の最初のリバウンドシーケンスがある。
（ｃ）結晶化装置の厚み内での波の１つまたは複数の連続したリバウンドに対応する逆反射波（４２）の生成を伴う、モールド（３４）の結晶化装置（３５）の低温壁または外壁（４９）で反射された波の逆反射現象による、追加の反射波（４１）の同じ注入領域での読み取り。
（ｄ）モールド（３４）の結晶化装置（３５）の厚み内での反射波およびその後のリバウンドの移動時間の測定。
（ｅ）温度の関数としての伝播速度の特性曲線による移動時間測定値の温度測定値への変換。特性曲線は、例えば、較正手順によって得ることができる。
（ｆ）モールドからの鋼の抜き出しの方向に沿った温度分布曲線の取得を伴う、モールドからの鋼の抜き出しの方向に沿った異なる位置でのポイント（ａ）から（ｅ）の実行。
（ｇ）モールドからの鋼の抜き出しの方向に沿った温度分布曲線の最高温度の位置を特定すること（図１０）によるモールド（３４）内の鋼レベル（３９）の位置の測定値の取得。
有利なことに、センサーおよび方法は、ポイント（ａ）から（ｇ）を実行することによってモールド（３４）内のレベル（３９）の位置を測定するために使用することができ、または、センサーおよび方法は、モールドからの鋼の抜き出し方向に沿って次々に整列して配置可能な、同様に、超音波素子が素子の列に沿って配置されたマトリックス配置（図１７）に従って配置可能であって素子の列がモールドからの鋼の抜き出し方向に沿って次々と配置された、異なるポイントまたは関心領域でポイント（ａ）から（ｅ）を実行することによってモールド（３４）内温度のマッピングに使用することができる。あるいは、一連の装置（図１８）をモールドの特定の領域に配置して、より注意深く監視する解決手段を予想することができる。
実際には、確立された産業用コンポーネントを使用するのが便利であるため、弾性波の摂動を結晶化装置（３５）に直接注入しようとすることは実際的ではない。代わりに、超音波素子または素子（１５、１８、２１、２４、２７）が支持体またはカバー（８）に取り付けられ、支持体またはカバー（８）がつぎに格納ケース（２）に固定され、これによってそれぞれのケーブル（５）とコネクター（４）とともにセンサー（１）を実現する構成（図１１）を用いることがより有利である。センサー（１）は、水流（４４）が流れる空間（３６）の存在により、結晶化装置から離れたコンベア（３３）上に取り付けられる。この適用の利点は、銅モールドの外部冷却に通常使用される水を使用して、音響結合を実現できることである。
一般に、センサー（１）には、超音波弾性波の生成と受信に必要なすべての要素が含まれており、センサー（１）は、例えば、ステンレス鋼製の、ケース（２）を含み（図７、図１３）、それは測定領域でのその組立てを容易にする固定手段（３）を備える。例えば、固定手段（３）は、ネジの通過用の穴が設けられた一対の固定タンの形で作ることができる（図５、図６、図７、図１３、図１４、図１５）。例えば（図１、図２、図３、図４、図１１）、センサー（１）は、モールド（３４）のコンベア（３３）上のモールド（３４）の内側に取り付けることができ、特に、センサー（１）は、コンベア（３３）内でハウジング（４３）を有している（図５）コンベア（３３）自体の一部を置き換えるような方法で取り付けることができる。この解決手段により、超音波弾性波が伝達されなければならない結晶化装置（３５）に対して本質的に平行な状態でセンサー（１）を取り付けることが可能になる。より詳細には、センサー（１）は、結晶化装置（３５）からコンベア（３３）を分離する間隔（３６）に本質的に等しい距離だけ結晶化装置に対して離間されている。センサー（１）にはさらに、電源用、信号前処理用、処理および調節システムとの通信用の電子機器に接続するためのコネクター（４）を端部に備えたケーブル（５）に含まれる電気接続を通すための出口（１１）が装備されている（図７）。ケース（２）は、検出面（６）を含む。ケースが超音波弾性波の効率的な伝達に適していない材料で作られている場合、検出面（６）、すなわち超音波弾性波の送受信が行われるセンサ（１）の面は、超音波弾性波の効率的な伝達に適した材料で作られたカバー（８）によって閉じられるスリットまたは通過孔を備え、ここで超音波弾性波の効率的な伝達に適した材料とは、水の音響インピーダンスのオーダーの音響インピーダンスを有する材料を意味する。例えば、水の音響インピーダンスと同様の音響インピーダンスを有するプラスチックまたはポリマー材料を使用することができる。一般に、音響インピーダンスが３＋／－２ＭＲａｙｌの材料が適している。「ＭＲａｙｌ」は、１ＭＲａｙｌが毎秒１平方メートルあたり１０の６乗キログラムに等しいような音響インピーダンスの測定単位である。適切な材料の例は、商品名Ｒｅｘｏｌｉｔｅで知られる製品である。図示された実施形態では、検出面（６）は、ネジによってケース（２）に固定された閉鎖プレート（９）からなり、カバーを適用するためのスリット（７）または通過孔、またはカバー（８）は、この閉鎖プレート（９）上に得られる。しかし、閉鎖プレート（９）を使用しない、またはネジ以外の固定手段を使用する他の実施形態も可能であることは明らかである。このようにして、ケース（２）の内側には、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）およびそれらを制御するために、例えば１つまたは複数の特別な電子ボードに取り付けられる電子部品を収容するのに適した水密チャンバー（１０）が得られる（図１１）。例えば、冷却流体（４４）の流れにさらされる条件においてモールド（３４）内で適用するために、ケース（２）が少なくとも１０バールの圧力に対する密封レベルを得ることができるようにすることができる。
したがって、説明した形式（図１１）によれば、対応する超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）によって生成された直接弾性波（４０）は、次の順序で、支持体（８）、空間（３６）に存在する水、反射波（４１）の発生により反射が生じる外壁までの結晶化装置の厚みを通過し、それは、次の順序で、内壁までの結晶化装置の厚み、空間（３６）に存在する水、対応する超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）によって捕捉される支持体（８）を通過する。
最適な検出のために、次の規則に従う必要がある。
－間隔（３６）の厚さ、すなわち、水中を横断する間隔は、銅または銅合金製の結晶化装置（３５）の厚さと実質的に等しく、好ましくはそれ以上である。
－支持体（８）の厚さは、間隔（３６）の厚さ、すなわち、水中を横断する間隔の倍数ｋに等しい。
例えば、商品名Ｒｅｘｏｌｉｔｅで知られている材料の場合のように、約２．５ＭＲａｙｌの音響インピーダンスを有する材料の場合、ｋは約１．５である。これらのルールが守られている場合、水の厚みに起因するリバウンドの波と支持体に起因するリバウンドの波の間に時間的な重なりがあり、代わりにより正確に測定する必要がある信号の乱れを最小限に抑え、それはモールド（３４）の高温壁または内壁（４８）に対応して反射される波である。したがって、実際、高温壁または内壁（４８）に対応して反射された波は、水の厚みおよび支持体によるリバウンドの波に起因するピーク間に一時的に配置され、したがって、測定に最も重要な信号との重なりを回避する。
超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）のタイプに関して、セラミックタイプの圧電トランスデューサが使用され、１から１０ＭＨｚの間の超音波周波数範囲で動作することが想定される。高い周波数は、銅または銅合金で作られた結晶化装置によって大幅に減衰されるが、低い周波数は、時間的にあまり制限されていない弾性波のパケットを生成し、測定の不確実性を大幅に高める。この優先的なタイプの構造により、冷却水を収容するためのコンベアと、水の通路を備えた銅板の両方を備えた連続鋳造モールドに簡単に取り付けることができる。実験的試験は、超音波弾性波の作動周波数が約１から１０ＭＨｚの間で優れた結果をもたらし、４から５ＭＨｚの間の周波数を有する超音波弾性波がより好ましい。周波数を上げると、結晶化装置内を伝播する波の減衰が大きくなる。周波数を下げると、時間分解能が低下する。
一般に（図１１）、センサー（１）には、一定数Ｎ個の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）が設けられ、好ましくは次々に配置され、互いに等間隔に配置される。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）の配置は、センサー（１）の高さの展開方向に対応する方向に沿って素子を相互に並べて配置した配置であってもよい。しかし、前に説明したように、列が相互に平行である超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）のいくつかの列を有するマトリックス配置が可能であり、この解決手段は、サーマルマッピングへの応用に特に役立つ。トランスデューサが単一シリーズの場合、それらは、水平相互整列方向および垂直相互整列方向の両方に配置することができ、水平および垂直という用語は重力の方向（５０）を基準とする。コネクター（４）を備えた接続ケーブル（５）により、センサー（１）と信号取得および処理ユニット（５１）との接続が可能になり、信号取得および処理ユニット（５１）は、鋳造機およびモールドの自動化の制御ユニット（５２）と通信チャネルを介して通信し、これは、とりわけ、センサー（１）によって得られたレベルの位置測定値に基づいて、プロセスによって提供される位置にレベル（３９）を維持するための自動化制御信号を生成する役割も担う。
センサー（１）は、さまざまな用途を対象としている。
－銅または銅合金製の結晶化装置（３５）の温度の測定。そこからリアルタイムでモールド内の熱プロファイルの測定値を得ることができ、モールドの各タイプについてのおよび通常運転の条件におけるその知識は、連続鋳造プロセスの品質に関する貴重な情報を抽出する可能性についての重要な新規事項である。
－モールド内のレベル（３９）の位置の測定、熱プロファイルの測定から始めて得られる測定。レベル（３９）の位置の測定により、次に、モールド（３４）および連続鋳造機に出入りする鋼の流れの制御、および、さらに、レベル（３９）の位置での鋼のメニスカスの保護粉末の厚さの制御という２つの動作が可能になる。装置の隣に粉体の量を感知する第２のセンサー（例えば、銅の上端に対する粉体の上面の距離を測定する放射性センサーまたは光学センサー）を配置することにより、粉体の厚さの推定値を抽出し、したがって、カバーパウダーディスペンサーの自動投入フローを調整することができる。
－ブレークアウトを防止するための固着などの異常現象の識別。これらの識別は、測定された熱プロファイルの分析から得られる。
結晶化装置（３５）の温度測定に関連して、冷却水用のコンベア（３３）を備えた管状の銅または銅合金製のモールド（３４）については、通常のプロセス制御要素として使用される分散型熱制御用のデバイスは存在しない。モールドの熱状態を測定する必要がある場合は、複雑で高価な熱電対の設置を行う必要があり、この理由でめったに行われない。プレートモールド（スラブなど）の場合、熱監視用の熱電対が標準で取り付けられている。しかし、コストと設置の複雑さのために、通常、熱電対間の距離は１００ｍｍを下回らない。この装置では、約１０ｍｍの距離まで下げることができ、温度曲線の形状の精細度が大幅に向上する。
各界面で媒質内を伝播する弾性摂動が屈折現象を起こし、エネルギーのこの部分によって継続し、エネルギーの一部が反射されることが知られている。モールド（３４）の内壁（４８）に到達する弾性摂動は、弾性波による測定領域に対応する鋼の存在と、弾性波による測定領域に対応する鋼の不在によって与えられる２つの異なる状態にある場合がある。固化している溶鋼が存在する状態がある場合、エネルギーの一部がその中に伝達され、そうでない場合、銅と空気の間の音響インピーダンスの大きな違いにより、すべてのエネルギーが反射される。垂直方向の一連の注入ポイントを定めると（図１１）、銅におけるリバウンド信号の振幅を測定することで、レベルの位置を推定することができる。メニスカスの位置よりも低い位置にあるトランスデューサによって記録された信号は、銅内の伝播による減衰に加えて、モールド（３４）の内壁（４８）に鋼が存在するために、さらに減衰する。
本発明の解決手段は、同じ実質的な論理が維持される限り、溶鋼以外の鋳造にも使用することができる。その一例が真鍮の鋳造である。
好ましくは、ケース（２）は細長い形状であり、主軸が鋳造方向に平行に配置され、実行される測定のための関心のある方向に沿って十分な数の高感度検出要素を有利に配置できるようにする。例えば、約２００ｍｍの高さのケースを設けて、レベル（３９）が関係する領域に高感度検出素子を分布させることができるようにすることができる。
センサー（１）は、ケース（２）から構成され（図１４、図１５）、その中にチャンバー（１０）が得られ、その内部に支持体またはカバー（８）が挿入される。一方の側の支持体またはカバー（８）には、チャンバー（１０）の外側に向けられた検出面（６）が設けられ、反対側には、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）を支持する取り付け面（５３）が設けられており、したがって、支持体またはカバー（８）がチャンバー（１０）自体への挿入のために取り付けられるときに、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）はチャンバー（１０）に挿入される。閉鎖プレート（９）は、チャンバー（１０）を密閉し、支持体またはカバー（８）を所定の位置で閉鎖およびロックする。
センサー（１）がコンベア（３３）上に取り付けられ、結晶化装置（３５）に対して離間している実施形態を参照すると、超音波弾性波は、コンベア（３３）と結晶化装置（３５）との間を循環する冷却流体（４４）の流れを通して伝導される（図１１）ので、この間隔（３６）を横切る。超音波弾性波が結晶化装置（３５）の外壁（４９）に到達すると、超音波弾性波は結晶化装置（３５）を透過し、結晶化装置（３５）自体の内壁（４８）で反射され、次に、結晶化装置の厚み内で伝播する一連の多重反射を引き起こす。センサー（１）は、弾性波の送信方向が直交するように配置され、好ましくは、結晶化装置の壁（４８、４９）に対して、９０度±０．３度の角度内で配置されているため、弾性波の反射は同じ送信方向で発生し、同じ超音波素子が直接波（４０）の生成と１つまたは複数の反射波の受信（４１）に交互に使用され、これらの波のいくつかは、次に逆反射波（４２）の生成現象によって生成される反射波の存在によるものである可能性がある。その結果、超音波装置は、超音波弾性波が結晶化装置（３５）の厚みを横切った後、および場合によっては、設置された検出システムのタイプに関連して存在するときにはコンベア（３３）と結晶化装置（３５）との間の間隔（３６）を横切った後、同じ超音波装置が前回送信した超音波弾性波を受信する。さらに、それは逆反射によってより多くの回数で結晶化装置の厚みを横切った追加の超音波弾性波を受信する。したがって、センサーが受信した送信超音波（４０）のエコーには、結晶化装置の外壁（４９）に対応して反射された波と、結晶化装置（３５）内で逆反射した超音波（４２）によって生成された結晶化装置の内壁（４８）に対応して反射された波とが含まれる。
したがって、本発明の解決手段では、センサーは、センサー自体に対して正面に配置された結晶化装置の壁に対して直交または本質的に直交して超音波が送信されるように構成される。したがって、センサーは、結晶化器の壁と平行な平面上に配置された結晶化装置の壁に超音波素子が面する状態で取り付けられている。含まれる超音波は、モールドからの鋼の取り出し方向に直交する結晶化装置の壁に直交する平面上を移動する。有利なことに、送信された超音波の反射を実現するために結晶化装置に穴をあける必要はないが、反射は、水と結晶化装置（３５）の外壁（４９）との間の界面、または結晶化装置（３５）の内壁（４８）と結晶化装置に含まれる鋼との間の界面などの材料が変化する界面で発生する。
カバー（８）は、先に説明したように、超音波弾性波の効率的な伝達に適した材料でできている。カバー（８）は、加工された本体からなる。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、カバー（８）の取り付け面（５３）に適用される（図１４）。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、波の放出がカバー（８）の取り付け面（５３）に対して直交する方向に発生するように、カバー（８）の本体上に得られる対応する挿入座部に適用することができ、または特定の挿入座部を伴わずにカバーの対応する表面に直接適用することができる。各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、カバー（８）の対応する第１の支持面（１３、１６、１９、２２、２５、２８）に関連付けられる。各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、好ましくは超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）とカバー（８）間の音響結合を促進するペースト状の材料を塗布して、対応する第１の支持面に接着される。その結果、
－第１の超音波素子（１５）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第１の交差面（１４）に対して反対側にある対応する第１の支持面（１３）に対して静止状態にあり、
－第２の超音波素子（１８）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第２の交差面（１７）に対して反対側にある対応する第２の支持面（１６）に対して静止状態にあり、
－第３の超音波素子（２１）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第３の交差面（２０）に対して反対側にある対応する第３の支持面（１９）に対して静止状態にあり、
－第４の超音波素子（２４）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第４の交差面（２３）に対して反対側にある対応する第４の支持面（２２）に対して静止状態にあり、
－第５の超音波素子（２７）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第５の交差面（２６）に対して反対側にある対応する第５の支持面（２５）に対して静止状態にあり、
－追加の超音波素子（３０）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する追加の交差面（２９）に対して反対側にある対応する追加の支持面（２８）に対して静止状態にある。
超音波素子は、それらの感知面または送信面がそれぞれの支持面に接触し平行になるように取り付けられる。
センサーの高さの展開に応じて、１つまたは複数の追加の超音波素子（３０）が存在する場合と存在しない場合がある。例えば、図示の実施形態（図１４）では、３つの追加の超音波要素（３０）がある。例えば、図示された別の実施形態（図１３）では、追加の超音波要素は存在しない。例えば、モールドの熱マッピングを得るために本発明を適用する場合、より多くの超音波素子を用いた解決手段を考えることができる。異なる周波数で動作する超音波素子を使用した解決手段は、除外されない。
超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の支持面（１３、１６、１９、２２、２５、２８）は、結晶化装置の壁に対して直交し、センサー（１）から出てくる直接波（４０）を、直接波（４０）が入射しなければならない表面に対して、すなわち、結晶化装置の壁に対して直交する伝播方向に従って導くようになっており、これに対応して、超音波弾性波の浸透が起こらなければならない。つまり、波の垂直入射がある。カバー（８）の本体は、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の取り付け面（５３）とは反対側の検出面（６）に対応するように作られており、支持面（１３、１６、１９、２２、２５、２８）と対応する超音波弾性波の交差面（１４、１７、２０、２３、２６、２９）との相互平行度を確保するようになっている。
カバー（８）が高分子材料でできている場合、弾性波の速度は２５００ｍ／秒程度である。この用途では、例えば、超音波弾性波の伝播速度が１５００から３５００ｍ／ｓの間のカバー材料の使用が想定される。
一実施形態では、オプションのスプリアスエコー減衰要素（３２）の使用も提供され（図１４、図１５）、これらは、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）に対応してカバー（８）に側方に適用される。減衰要素の材料は、直交方向以外の方向からのエコーを減衰させることによって音響波の減衰効果を有するポリマー材料であることが好ましい。減衰要素の材料は、吸収および減衰効果を高めるために、鋸歯状の隆起部および凹部を備えた表面を備えることが好ましい。鋸歯状の構造の隆起は、減衰される波長の大きさのオーダーのピッチを有する。これにより、ランダムな位相を持つ反射波が破壊的に互いに加算されるため、吸収効果を高めることができる。実際には、この要素には減衰作用があり、これは、材料自体が弾性波の吸収材料であるという事実と、形状が反射波の振幅を減少させるためである。減衰要素は（図１４、図１５）、センサー（１）の長さの展開方向に直交する方向に沿って長さが展開する縦方向要素である。
好ましくは、温度センサー（３１）を取り付けるために、座部（１２）もカバー（８）の本体内にもたらされ、それは、物理検出量の補正パラメータを取得するために、カバー（８）から直接波が出て反射波がカバー（８）を透過する検出面（６）付近の温度を検出する。温度センサー（３１）は、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の推定温度値を取得して自動ゼロ調整機能を備えたセンサー（１）の較正段階を実行するために、鋳造機を始動する前または鋳造プロセスを開始する前に温度を検出する。
本発明のセンサー（１）では、前に説明したように、直交方向に従って送信が行われるという事実のおかげで、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、送信素子および受信素子の両方として使用される。このようにして、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）について、超音波素子は、支持体（８）に対して直角に伝播する弾性波を送信し、支持体は、反射波と逆反射波からの戻り波が生成される結晶化装置と平行である。反射波と逆反射波からの戻り波は、超音波素子に向かう方向と反対に同じ伝播方向を維持し、したがって、それは、超音波素子自体によって送信された信号に関連する波を受信し、他の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）によって送信された信号に関連する波は受信しない。
このようにして結晶化装置（３５）への弾性波の直交入射が使用され、結晶化装置（３５）の厚さの任意の値に対してセンサー（１）の同じ構成を使用することが可能であるという非常に有利な結果を伴うので、同じ超音波素子を使用して、送信および対応する反射波を受信することが有利であり、これは、弾性波の非直交入射の場合には不可能である。これは、一般に、動作の領域または範囲と混同される可能性のある結晶化装置の任意の厚さに適用され、それは、カバー（８）の検出面（６）と結晶化装置（３５）の外壁（４９）との間の間隔（３６）の距離に実質的に対応する。
超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の構造（図１６）を参照すると、第１の超音波素子（１５）が参照されるが、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）が同じ構造を有することは明らかである。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、サンドイッチ構造が内部に配置された容器（５５）から構成され、その中にセラミックタイプの圧電トランスデューサ（５７）が、基板（５６）と適合要素（５８）との間に封入されている。適合要素（５８）は、支持体（８）に固定するためのインターフェースを構成し、一方、基板（５６）は、適合要素（５８）に関してトランスデューサ（５７）の反対側にある。支持体（８）への固定は、接着材料（５４）によって行われる。例えば、エポキシ樹脂などの様々な接着材料を使用することができる。特性は、センサーが必然的に受ける周期的な熱エクスカーションに関して信頼性を保証するようなものでなければならない。基板（５６）は、振動減衰要素として作用する樹脂と金属酸化物との混合物で構成され、より広い周波数帯域を使用して、存在する振動によって引き起こされる障害を減少させることができる。適合要素（５８）は音響インピーダンスアダプターである。基板材料は、生成される超音波の波長を基準にして、例えば、波長の４分の１など、好ましくは波長の分数に対応する高さの広がりを持たなければならない。理論的には、材料は、接合する材料のインピーダンスの幾何平均に等しい音響インピーダンスを持つ必要があるが、変動は許容される。
トランスデューサ（５７）の電気接続部（５９）は、基板（５６）内に組み込まれ、支持体（８）に固定された適合要素（５８）がある側とは反対側において容器（５５）から出ている。
超音波弾性波に関しては、前述のように、約１から１０ＭＨｚの間の動作周波数が使用され、４から５ＭＨｚの間の周波数を有する超音波弾性波がより好ましい。超音波弾性波は、コンベア（３３）と結晶化装置（３５）との間を循環する冷却流体（４４）の流れに直交して伝達されるので、送信される超音波弾性波は、流体との結合がｓ型せん断波の送信をサポートしないため、必然的にｐ型圧縮波になる。
直接的な超音波弾性波（４０）の送信は、パルス状に発生し、すなわち、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、結晶化装置（３５）に対して直交する送信方向に従って超音波弾性波の励起パルスを放射する。励起パルスは、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の駆動電圧を基準にして、５０Ｖから３００Ｖの間の振幅を有することができる。駆動電圧の選択は、使用する圧電セラミック材料の種類によって異なる。
パルスは、単極性または双極性である。単極性パルスは、直接成分から始まるスペクトルが減少し、したがって、トランスデューサの共振帯域が狭いため、エネルギーの一部が使用されない。双極性パルスは、励起帯域を共振帯域にうまく適合させることができるが、回路の観点からは、その実装により回路が単極性パルスの場合よりも複雑になる。
パルスの持続時間は、セラミックの共振周波数に適合可能である必要があり、通常、パルスの持続時間は、約１００ｎｓ程度である。パルスの前縁および後縁の時間は、パルスの持続時間よりも低いオーダーの大きさであり、約１０ｎｓのオーダーである。反射波（４１）と逆反射波の戻り（４２）、すなわち、説明されたパルスモードに従って送信された直接波（４０）のリターンエコーは、パルスの送信の瞬間から始まる約１００マイクロ秒の取得期間内に取得される。送信される直接波（４０）を生成するために、送信パルスの１ｋＨｚの繰り返し周波数が使用される。これらのパラメータを使用すると、通常５０ｍｓ程度の制御周期を必要とする連続鋳造プロセスの制御システムに必要なタイミングに従うことができる。
送信される直接波（４０）の生成のための各送信パルスに対して、結晶化装置（３５）を通過した弾性波に対する２つ以上のリターンエコーが取得（図１２）される。
超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、すべて同時に送信駆動できるが、単一パルス生成電子機器および受信されるパルスのための単一前処理電子機器を有するようにしてマルチプレクサ（６０）を使用する方が好ましく、より便利である。このようにして、単一パルス生成電子機器がマルチプレクサ（６０）を介して各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）に交互に接続され、一方、同じ超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）が結晶化装置（３５）からのリターンエコーを受信するために、受信されたパルスの単一前処理電子回路に接続される。マルチプレクサ（６０）は、センサー自体に組み込むことができ、または、ローカル処理ユニット（５１）またはジャンクションボックスに含まれるローカル電子ボードに配置することができる。
特に、超音波素子は、以下の合計に等しい時間Ｄｔ１の後に、最初に反射された超音波弾性波（４１）を受信する（図１２）。
－ＴＰ１：カバー（８）内の直接超音波弾性波（４０）の飛行時間。
－ＴＬ１：空間（３６）が存在する場合の、冷却流体（４４）の流れを伴う空間（３６）内の直接超音波弾性波（４０）の飛行時間。
－ＴＣ１：結晶化装置内を伝達された直接超音波弾性波（４０）の結晶化装置（３５）の厚み内の飛行時間。
－ＴＣ２：反射超音波弾性波（４１）の結晶化装置（３５）の厚み内での飛行時間であり、ＴＣ１に等しい。
－ＴＬ２：ＴＬ１に等しい間隔（３６）が存在する場合の、冷却流体（４４）の流れを伴う間隔（３６）内の反射超音波弾性波（４１）の飛行時間。
－ＴＰ２：カバー（８）内の反射超音波弾性波（４１）の飛行時間であり、ＴＰ１に等しい。
さらに、超音波素子は、以下の合計に等しい時間Ｄｔ２の後に、逆反射超音波（４２）の伝播による第２の反射超音波弾性波（４１）を受信する（図１２）。
－ＴＰ１：カバー（８）内の直接超音波弾性波（４０）の飛行時間。
－ＴＬ１：空間（３６）が存在する場合の、冷却流体（４４）の流れを伴う空間（３６）内の直接超音波弾性波（４０）の飛行時間。
－ＴＣ１：結晶化装置内を伝達された直接超音波弾性波（４０）の結晶化装置（３５）の厚み内の飛行時間。
－ＴＣ２：反射超音波弾性波（４１）の結晶化装置（３５）の厚み内での飛行時間であり、ＴＣ１に等しい。
－ＴＣ３：逆反射された超音波弾性波（４２）が内壁（４８）に向かって移動する結晶化装置（３５）の厚み内での飛行時間であり、ＴＣ１に等しい。
－ＴＣ４：逆反射された超音波弾性波（４２）が外壁（４９）に向かって移動する結晶化装置（３５）の厚み内での飛行時間であり、ＴＣ１に等しい。
－ＴＬ３：ＴＬ１に等しい間隔（３６）が存在する場合の、冷却流体（４４）の流れを伴う間隔（３６）内の逆反射超音波弾性波（４２）の飛行時間。
－ＴＰ３：カバー（８）内の逆反射超音波弾性波（４２）の飛行時間であり、ＴＰ１に等しい。
前に説明したように、音の伝播速度は温度に依存し、温度は結晶化装置に含まれる液体金属のレベル（３９）の位置に依存するため、時間ＴＣ１とＴＣ２は結晶化装置に含まれる液体金属のレベル（３９）の位置に依存し、したがって、送信と受信の間の全体の時間を測定することによって、レベル（３９）の位置の測定値を取得することが可能である。
測定はモールド内の超音波弾性波による飛行時間の原理に基づいているため、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）が、時間的に局所化された信号に対応する直接波（４０）、すなわち、短い時間延長と少数の周期を有し、理想的には、単一の波周期、最大２つの波周期によって特徴付けられる波を生成することが重要である。実際、時間的にあまり局所化されていない信号、つまり多数の波周期を含む信号は、反射波の検出に対応する時点の決定を非常に複雑にし、したがって、システムの適用に依存して、レベルの位置または温度の位置を推定する際の誤差が増加する。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）によって生成された直接波（４０）に関して時間的に局所化された信号の特性は、システム全体が高帯域幅に関連付けられている場合に得ることができ、時間的にあまり局所化されていない信号からなる直接波（４０）の発生を防止する振動減衰要素の機能を有する基板（５６）の存在により有利に得られる（図１６）。
これは、リターンエコーを適切に認識できるようにするためにも必要である。例として、振幅が１００Ｖの超音波弾性波発生パルスを考えると、受信される最初のエコーは、数ｍＶから数十ｍＶの間の振幅を有する可能性があり、したがって、別個の明確な反射波を有することが非常に重要である。
測定が正しく機能するためには、銅の横断後に少なくとも２つのリターンエコーが必要である。実際、それらの時間差から、銅温度の推定値を導き出すことが可能であり、垂直に配置された異なる超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）を介した異なるポイントでの測定値間の補間技術を使用し、溶鋼が投入されるモールドの結晶化装置の銅の温度プロファイルをモールドの端からの距離の関数として表す曲線（図１０）を通じて、レベル位置を明らかにする。
適切なデジタルサンプリングと信号の適切な数学的処理により、１ナノ秒の分解能に到達することが可能である。検出されたエコーのピーク間の時間的距離が大きいほど、相対誤差は小さくなる。したがって、精度を向上させるために、いくつかの実施形態では、例えば、受信された第１のエコーと受信された第３のエコー、または受信された第１のエコーと受信された第４のエコーなど、異なるエコーの組み合わせの使用が提供される。しかしながら、逆反射の結果として徐々に受信される連続するエコーのピークの振幅である受信信号の振幅は、減衰により漸進的に減少し、これにより、複数の逆反射によるエコーの使用が制限される。
温度測定に関しては、１度程度の精度を達成することができる。
時間遅延の取得から得られた温度測定値からレベルを推定するには、次の手順を使用できる。
－結晶化装置の上部からの距離を「Ｚ」として定義すると（図１０）、対応する温度測定値は、Ｚ軸に沿った各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の位置に関連付けられる。
－このようにして得られた測定値の補間が、例えば三次補間によって実行され、補間された曲線が得られる。
－取得された測定値を表す補間曲線が取得されると、補間曲線の最大点に対応するＺＭａｘ座標が決定される。
－レベルの位置は、ＺＬレベルの位置の測定値を取得するために補正オフセット値を追加することによって取得される。
補正オフセット値は、プロセステーブルを介して取得できる鋼のタイプに依存するキャリブレーション値であり、鋳造機とモールドのタイプにも依存する。
モールド内で何が起こるかについて典型的な構成に基づく説明的な例を検討すると（図１２）、次の定義を考慮する必要があり、これによれば、ｔ１は、鋼にさらされた銅の壁の最初の反射が受信機に到達する時間を示し、ｔ２は、鋼にさらされた銅の壁の２番目の反射が受信機に到達する時間を示す。
モールドのさまざまな部分の移動時間に基づいて（図１２）、次のようになる。
－ｔ１＝２（ＴＰ１＋ＴＬ１＋ＴＣ１）
－ｔ２＝２（ＴＰ１＋ＴＬ１＋ＴＣ１＋ＴＣ３）
弾性波の伝播時間は銅の温度に依存するので、ｔ２－ｔ１＝２ＴＣ３＝２ＴＣ１＝２ＴＣ２＝ｆ（Ｔ）となり、ここで、ｆ（Ｔ）は銅の温度の関数を示す。したがって、時間を温度に結び付ける関数関係を見出すと、時間の実験的測定から出発して得られた温度の反転によって測定値が得られる。鋳造段階の銅内部の温度は均一ではなく、勾配がある。しかし、高温側と低温側の間の温度減衰は銅内部でほぼ線形であるため、関数関係ｔ２－ｔ１＝ｆ（Ｔ）は、ｔ２－ｔ１＝ｆ（ａｖｅｒａｇｅＴ）で効果的に近似でき、ここで、ａｖｅｒａｇｅＴは銅自体の内部の平均温度を表す。したがって、実験的に知られている曲線ｆ（Ｔ）の知識から、時間ｔ１とｔ２の測定から出発して銅の温度を決定し、これからモールド内の鋼レベルの位置を決定することができる。
必要な測定値を取得するために、すなわち、最初に結晶化装置の温度の測定値を得て、これから出発してモールド内の鋼レベルの位置の測定値を得るために、センサーの各超音波素子について示された処理方法の使用が提供される。
対処しなければならない問題は、システムの定数パラメータではない結晶化装置の厚さに関するものであり、与えられた構成に対して提供された厚さの値を使用しても、結晶化装置の熱い壁の漸進的な消費と、局部的な摩耗の可能性のある問題を排除するためにこの壁で実行される可能性のある処理の漸進的な消費により、モールド内に存在する結晶化装置の実際の値に対応しないからである。したがって、結晶化装置の厚さは確実にはわからないパラメータであり、結晶化装置内の弾性波の跳ね返りのタイミングに大きく影響する。
この目的のために、システムの自動ゼロ調整手順が実装されている。最初は、センサーの各超音波素子について、鋳造プロセスの開始前のモールドが空である。
以下が定義されている。
－Ｗ１：結晶化装置の冷却水がある側である、銅の低温表面での最初の反射波の受信機への到着時間を表す。
－Ｗ２：結晶化装置の冷却水がある側である、銅の低温表面での２回目の反射波の受信機への到着時間を表す。
－Ｐ１：結晶化装置の溶鋼がある側である、銅の高温表面での最初の反射の受信機への到達時間を表す。
－Ｐ２：結晶化装置の溶鋼がある側である、銅の高温表面での２回目の反射の受信機への到達時間を表す。
－Ｒ１：水にさらされた、好ましくはレキソライトのカバー（８）の表面での最初の跳ね返りの受信機への到達時間を表す。
－Ｒ２：水にさらされた、好ましくはレキソライトのカバー（８）の表面での２回目の跳ね返りの受信機への到達時間を表す。
システムの自動ゼロ調整手順には、次のステップが含まれる。
－モールド（３４）の結晶化装置の冷壁または外壁（４９）上の投入領域への直接弾性波（４０）のパルスの送信。結晶化装置からの戻り信号は同じ超音波素子によって取得される。
－戻り信号の介在した信号の作成。
－ピークＷ１の識別。
－ピークＰ１の識別。
－取得時間ウィンドウのシーケンスの識別。各ウィンドウは、後続の温度計算フェーズに使用される結晶化装置からのリターンエコーの存在が予想される時間間隔に対応する。
－取得時間ウィンドウの選択。識別され選択されたウィンドウは、ピークＷ１およびＷ２の取得を除外する。
－直接弾性波（４０）のパルスの時間的に間隔をあけて分断されたシーケンスを送信することと直接弾性波（４０）の各パルスの一連のリターンエコーの取得による応答時間の平均の作成。
このフェーズで対処しなければならない重要な問題は、ピークの分析のためのウィンドウの識別と、電子ボードのゲインの定義に関するものである。実際、一般的な考え方は、ピークＷ１の振幅値は高く、おそらく飽和している必要があり、ピークＰ１の振幅は事前定義されたウィンドウ内に収まる必要があるということである。
これらの条件を得るために、電子ボードはゲインを動的に変更し、アンプのゲインが変化するたびに、自動ゼロ調整サイクルが再び開始される。手順の最後に、時間ウィンドウを一義的に定義する時間軸上に間隔が確立される。最初のピークと残りのピークの間の時間差が計算され、その時点で一次水温が関連付けられるゼロの値が設定される。処理手順は、このゼロに関する時間的変動を抽出し、それらを温度に変換する。 処理フェーズ中は時間ウィンドウを変更できないことを強調しておく。
一般に、レキソライト支持体またはカバー（８）の自由表面上でＰ型波が生成され、最初にレキソライト支持体またはカバー（８）の中を伝播し、次に水の中、最後に結晶化装置の中を伝播することが観察される（図１１、図１２）。各界面で反射波が発生し、測定を妨害する可能性がある。この問題を回避するために、レキソライト支持体またはカバー（８）のブロックは、レキソライト支持体またはカバー（８）と水の表面による跳ね返りと、水と結晶化装置の表面による跳ね返りが重なるように、設計されている。このようにして、結晶化装置内の跳ね返りの分析のための時間ウィンドウが最大化される。このように、ＤｔＲ、ＤｔＷ、およびＤｔＣｕとして、それぞれの材料における波Ｐの２倍の移動時間を定義すると、センサーの設計ルールは次のようになる。
「ｎ」は適切な跳ね返り数を意味する。
式（１）から、次のようになる。
ｖＲとｖＷはそれぞれ、レキソライト支持体（８）中では約２．２ｍｍ／マイクロ秒に等しく、水中では約１．４８ｍｍ／マイクロ秒に等しい波Ｐの速度を示す。ｖＲ／ｖＷ比は約１．５に等しい。厚さ２４ｍｍの水中での跳ね返り時間は約３２．５秒である。したがって、最初の跳ね返りＲ１に対応する点Ｒ１は約３２．５秒であり、点Ｒ２＝Ｗ１は約６５秒である。
結晶化装置の通常の材料である銅または銅合金の超音波速度は約４．７６ｍｍ／マイクロ秒であるため、測定領域での晶析装置の厚さを１８ｍｍとすると、１回の跳ね返りは約７．５マイクロ秒かかり、したがって、特定の構成では、銅の最大４回の跳ね返りが発生する可能性がある。プロジェクトの目標は、最悪の状況で少なくとも２回の確実な跳ね返りを得ることである。プレートモールド内の結晶化装置の厚さは一定ではなく、その後の再加工後に最大約８ｍｍまで減少する可能性がある。したがって、この簡単な分析から明らかなように、主要な問題は銅の未知の厚さであり、アプリオリに定義された時間ウィンドウで個々の跳ね返りを分離する試みは失敗する。最初（Ｐ１）のピークと２番目（Ｐ２）のピークの間の時間的距離の尺度としてＤｔＣｕを設定すると、定義により、以下が得られる。
ＤＬは結晶化装置の厚さ、ｖ（Ｔ）は温度に依存した超音波の速度である。原理的には、温度勾配が大きいため、速度は銅のすべての点で変化する。しかし、平均値定理を適用することにより、前の式を次のように簡略化できることが数値的に実証できる。
ここで、Ｔ＊は平均値定理によって与えられる正確な値であり、上部のバーを含むＴは、超音波ビームの影響を受ける領域の結晶化装置の平均温度を表す。さらに、実験的に、温度と速度の間には次の式によって与えられる実質的な線形関係がある。
ｍｖとｑｖは速度変数ｖを参照する係数であり、ｍｖは線形変動係数、ｑｖは線形関係の切片係数である。
したがって、実験的には、時間的距離は温度変化の関数として変化するため、最終的に次の推定量が得られ、ここで、頂点の「ｓ」は推定測定値を示す。
ＤＬも原則として温度の関数であることがわかるが、その変動は無視できるため、ＤＬ（Ｔ）＝ＤＬ＝定数であると断言できる。記述を簡素化するために、Ｔ０＝自動ゼロ調整手順中に推定された平均温度、Ｔ＝計算フェーズ中に推定された平均温度を定義する。さらに、Ｄｔ（Ｔ）＝ＤｔＣｕ（Ｔ）と設定すると、前の式から次の式が得られる。
式（７）を式（６）に代入すると、厚さが不変であると仮定して次の式が得られる。
しかし、優れた近似値はＤｔ０／Ｄｔ（Ｔ）がほぼ１であるため、最終的に次の単純化された推定量が得られることが留意される。
これに同じ近似を利用することで、さらに次のように単純化できる。
結晶化装置の厚さの実際の値は不明であり、特に修復プロセスの後では不明であるため、式（６）に対する式（９）および（１０）の明らかな利点は、結晶化装置の厚さを知る必要がないことであり、これは重要なポイントである。
これまでの仮説を確認するために、いくつかの数値評価を続ける。実験的に、ｑｖは約４．７ｍｍ／マイクロ秒に等しく、ｍｖは約－５×１０－４に等しいことが観察され、その結果、ｑｖ／ｍｖは約９０００に等しくなる。さらに、銅ブロックが均一な温度変化をする場合、プロセスの最大ダイナミクスは、鋳造プロセスで典型的な銅の厚さの場合にＤｔ（Ｔ）が５マイクロ秒にほぼ等しいのと比較して、数十ナノ秒のオーダーである。
時間ウィンドウの識別を進めるには、信号が正しい特性を持っていることを確認する必要があり、特に、信号の振幅が非常に重要である。実際、ピークＰ１が十分に高い値を持っていることを確認する必要があるが、危険なほど飽和に近づかないようにする必要がある。したがって、準備フェーズでは、ピークＷ１のゲインを修正するが、これは確かに最も顕著なピークであり、その位置は構造によって非常に明確に定義されているためである。確実にｔｗ１を識別した後、結晶化装置の厚さに関係なく、構造上、結晶化装置の厚さは最大値と最小値の間にあるため、ピークＰ１はｔｗ１に関して特定のウィンドウ内に位置する必要がある。Ｐ１の振幅の値が予想されるウィンドウ内に収まる場合、ピークＰ２、Ｐ３などの減衰が予想どおりに発生すると予想するのは合理的である。図面（図１９）を参照すると、ピークＷ１の時間ｔｗ１を特定するには、次の２つの条件が必要である。
・Ｗ１Ｂがｔｗ１以下、Ｗ１Ａ以下（経時的な状態）。
・ａＷ１がＷ１Ｃ以上（振幅の状態）。
自動利得制御（ＣＡＧ）の場合、ａＷ１がＷ１Ｄ以上であり、Ｗ１ＤがＷ１Ｃ以上であるというさらなる条件が設定される。このようにして、ａｗ１を動的に変更して期待どおりにすることができる。ピークＰ１の時間ｔｐ１を特定するために、同じ方法で進めるが、時間距離はｔｗ１に関して定義される。
この時点で、結晶化装置のシーケンス全体におけるエコーの距離の合理的な推定値を取得することが可能であり、したがって、最初のピーク以外の各ピークについて（論理的には、２番目のピークも除外できる）、Δｔｐ＝ｔｐ２－ｔｐ１を設定し、次の制約が適用される。
所定の最大反復回数まで、または条件が満たされるまで、前の条件を反復することにより、一連のすべてのピークが取得される。エコーの時間が特定されると、リアルタイムで検索を実行するための時間ウィンドウを構築できる。これらのウィンドウの幅ＰＷを定義するパラメーター（図２０）は、温度の関数としてピークの可能な絶対偏位を含むように定義する必要がある。鋳造が行われているときは、結晶化装置に加えて、水とレキソライトの温度も上昇することに注意すべきである。例えば、水は、銅とは逆のふるまいをする。
ウィンドウを正しく識別した後、自動ゼロ基準を構成する時間差の値を構築するためにデータの取得が実行される。シーケンスにおける動作は次のとおりである。
・データの取得。
・実効値の制御。
・ピークの抽出。
・時間差と水温の平均の実行。
示されたシーケンスは、所定の反復回数を繰り返し実行され、平均値が計算される。平均化が完了すると、較正の検証が実行され、これは、測定されたすべての時間差が、予期される範囲の間で結晶化装置の厚さの計算を可能にすることを検証することから成る。厚さの計算は、式（５）の係数を使用して行われる。
温度推定フェーズは、次のステップにより構成される。
・生データと可能性のある平均の取得。
・実効値の制御。
・ピークの抽出。
・時間と温度の平均の実行。
・銅温度の計算。
・計算の検証。
このサイクルを繰り返し実行してプロセスの制御を実行する。
取得された生データは平均化される可能性がある。実効値の制御とピークの抽出は、前述の自動ゼロ手順と同様に行われる。次に、銅の絶対温度が計算される。
絶対温度は、式（９）を使用して計算され、ここで、Ｔ０とΔｔ０は、それぞれ測定された水温とピークの時間差の自動ゼロ値を意味する。
レベルを計算するために、少なくとも１対のウィンドウが選択され、それぞれに対応するピークが含まれる。各ウィンドウは前述のように分析され、説明された方法に従って温度が計算される。いずれの場合も、自動ゼロ値に対するΔｔの時間変動が事前定義されたナノ秒の範囲内にあることを検証するために制御フェーズが提供され、これにより、報告されるアラーム状況に対応する、取得のエラーまたは予期されたもの以外の機械のパラメータがないことが確認される。
最後に、本発明は、鋳造機のモールド（３４）の結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、結晶化装置（３５）内の液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するためのセンサー（１）に関する。センサー（１）は、モールド（３４）内に設置されるように適合され、センサー（１）は閉鎖カバー（８）を含むチャンバー（１０）を備えたケース（２）を含み、カバー（８）は検出面（６）に配置され、カバー（８）はセンサー（１）の長さの展開方向に従って相互に垂直に間隔をあけて配置された少なくとも１つの超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の第１のシリーズをチャンバー（１０）の内部に含み、それは結晶化装置（３５）の壁（４８、４９）の長さの展開方向に対して平行であり、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の第１のシリーズは、少なくとも１つの第１の超音波素子（１５）、第２の超音波素子（１８）、第３の超音波素子（２１）を含む。垂直という用語は、重力の方向と、センサーの長さの展開方向に関するセンサーの構造を指す。各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、結晶化装置（３５）に対して直交入射する送信超音波（４０）の直交入射のためにセンサー（１）の長さの展開方向に対して直交する方向に従ってカバー（８）上に配置され、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は送信超音波（４０）の送信機および受信超音波弾性波の受信機として代替的に構成可能であり、それは同じ超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の送信超音波（４０）の反射波のエコーからなる結晶化装置（３５）からの戻り超音波である。いくつかの実施形態（図１７）では、センサー（１）は、２つ以上の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の前記シリーズを含み、各シリーズは、検出面（６）に対して平行な平面上に配置され、センサー（１）の長さの展開方向に対して直交する間隔方向に従って別の隣接するシリーズに対して間隔をあけてこの平面上に配置される。
本発明はまた、結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、メニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するための検出システム（１、５１）に関し（図１１）、検出システム（１、５１）はモールド（３４）内に設置されることを意図したセンサー（１）と、信号取得および処理ユニット（５１）とを含み、それはセンサー（１）に接続されており、センサー（１）は前述の通りであり、取得および処理ユニット（５１）は受信超音波弾性波の受信信号の取得および処理のためにセンサー（１）に接続される。好ましくは、検出システム（１、５１）は、超音波パルス発生器を超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の１つに代替的に接続するためのマルチプレクサ（６０）を含む。検出システム（１、５１）は、少なくとも２つのセンサーを含むことができ、それらは結晶化装置の異なる側に配置される。
本発明は、結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、メニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を、モールド（３４）内に設置された前述のセンサー（１）によって、検出するための検出方法にも言及し、その方法は以下のステップを含む測定フェーズを含む。
（ａ）センサーの送信超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）のうちの１つによる結晶化装置（３５）に対して直交入射する送信超音波（４０）のパルスの送信。
（ｂ）同じ送信超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）による送信超音波（４０）の反射波のエコーに対応する信号の受信および取得。
（ｃ）センサー（１）の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）のシリーズの超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）のセットについてフェーズ（ａ）および（ｂ）の繰り返し。
（ｄ）反射波のエコーに対応する信号の処理。
（ｅ）結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、メニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択された物理量の少なくとも１つの計算。
検出方法は、結晶化装置の厚さとは無関係に測定を行うために、測定フェーズに関する予備的な自動ゼロ調整手順を含み、自動ゼロ調整手順は鋳造機の開始フェーズの前に発生する手順であり、自動ゼロ調整手順は次のステップを含む。
－モールド（３４）の結晶化装置の注入領域への直接弾性波（４０）のパルスの超音波素子の少なくとも１つによる送信、および同じ超音波素子による結晶化装置からの戻り信号の取得。
－戻り信号の媒介信号の構築。
－第１のピークＷ１の識別。Ｗ１は、結晶化装置の冷却水と接触している結晶化装置の表面から来る第１の反射の対応する超音波素子への到達時間を表す。
－第２のピークＰ１の識別。Ｐ１は、液体金属と接触している結晶化装置の表面から来る第１の反射の対応する超音波素子への到達時間を表す。
－各ウィンドウが時間間隔に対応する取得時間ウィンドウのシーケンスの識別。結晶化装置からのリターンエコーの存在が予想される。
－取得時間ウィンドウの選択。識別され選択されたウィンドウは、次の測定フェーズ中にピークＷ１およびＷ２の取得を除外し、Ｗ２は、結晶化装置の冷却水と接触している結晶化装置の表面から来る第２の反射の対応する超音波素子への到達時間を表す。
－直接弾性波（４０）のパルスの時間間隔をあけて分離されたシーケンスを送信することによる応答時間の平均の構築、および直接弾性波（４０）の各パルスに対するリターンエコーのシリーズの取得。
検出方法は、受信ピークＷ１が取得電子装置に関して飽和状態または飽和に近い状態の振幅値を有するように電子利得パラメータを定義するフェーズを含むことができ、利得パラメータの定義のフェーズは、受信ピークＷ１の振幅の値の飽和または飽和に近い状態が得られるまで、利得の動的な方法での変化の反復の繰り返しフェーズである。結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度とメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択された物理量の少なくとも１つの計算に関するステップは、自動ゼロ調整手順中と測定フェーズ中に受信したピークの検出時間の間の時間差の計算フェーズを含むことができ、計算は計算された時間差に基づいて生じる。前に（９）で示した式を使用して、この方法は、超音波素子のうちの少なくとも１つについて結晶化装置の温度を計算するフェーズを含むことができる。この方法は、前記結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置の計算のフェーズを含むことができ、メニスカスまたはレベル（３９）の位置の計算のフェーズは、センサーの高さの展開に沿った異なる位置で結晶化装置の温度の計算測定値の取得をする少なくとも３つの超音波素子を用いた結晶化装置の温度の計算のフェーズを含み、メニスカスまたはレベル（３９）の位置の計算のフェーズは、以下のステップを含む。
－結晶化装置の温度の計算測定値の補間、補間曲線の取得。
－補間曲線の最大点に対応する座標の決定。この座標はレベルの位置を表す。
最後に、本発明は、液体金属（３７）を投入するための少なくとも１つのモールド（３４）を備えた鋳造機にも言及し、モールドは結晶化装置（３５）を備え、鋳造機は、前述のセンサー（１）または前述の検出システム（１、５１）から選択される少なくとも１つの素子を備える。鋳造機は、結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するための検出方法を含む制御方法に従って動作することができ、検出方法は記載されたように行われる。
本発明の説明は、その好ましい実施形態の１つにおいて添付の図面を参照してなされたが、多くの可能な変更、修正、および変形が、前述の説明に照らして当業者にはすぐに明らかであることは明白である。したがって、本発明は前述の説明に限定されないことを強調しなければならず、添付の特許請求の範囲に従ったすべての変更、修正、および変形を含む。
添付の図面の識別勉号に関しては、次の用語が使用されている。
１ センサー
２ ケース
３ 固定手段
４ コネクター
５ ケーブル
６ 検出面
７ スリットまたは孔
８ 支持体またはカバー
９ 閉鎖プレート
１０ チャンバー
１１ 出口
１２ 座部
１３ 第１の支持面
１４ 第１の交差面
１５ 第１の超音波素子
１６ 第２の支持面
１７ 第２の交差面
１８ 第２の超音波素子
１９ 第３の支持面
２０ 第３の交差面
２１ 第３の超音波素子
２２ 第４の支持面
２３ 第４の交差面
２４ 第４の超音波素子
２５ 第５の支持面
２６ 第５の交差面
２７ 第５の超音波素子
２８ 追加の支持面
２９ 追加の交差面
３０ 追加の超音波素子
３１ 温度センサー
３２ 減衰要素
３３ コンベア
３４ モールド
３５ 結晶化装置
３６ 空間
３７ 液体金属
３８ スキン
３９ レベル
４０ 直接波または送信波
４１ 反射波
４２ 逆反射波
４３ ハウジング
４４ 水の流れ
４５ 金属の流れ
４６ 上端
４７ 下端
４８ 内壁
４９ 外壁
５０ 重力の方向
５１ 処理ユニット
５２ 制御ユニット
５３ 取り付け面
５４ 接着材料
５５ 容器
５６ 基板
５７ トランスデューサ
５８ 適合要素
５９ 電気接続部
６０ マルチプレクサ
本発明は、溶融金属を鋳造するための鋳型内の少なくとも１つの物理量を測定するためのセンサー、システムおよび方法に関する。本発明はまた、そのようなセンサーまたはシステムを備えた鋳造機にも関する。
［定義］
本明細書および添付の特許請求の範囲において、以下の用語は、以下に与えられる定義に従って理解されなければならない。
「上方の」、「上部に」、「下方の」、「下部に」という用語は、重力の方向を指すものとして理解されなければならない。
本発明において、用語「液体金属」は、それらの融点の温度に少なくとも等しい温度にある液体状態の純粋な金属および金属合金の両方を含むことを意味する。
本発明において「超音波」とは、０．５ＭＨｚより高く５ＭＨｚより低い周波数を有する弾性波を意味する。
鉄鋼または一般に金属および金属合金の製造分野では、連続鋳造機が重要な役割を果たしている。連続鋳造は、サイズと形状に応じてビレット、ブルーム、スラブと呼ばれる製鋼半製品の生産を可能にする生産プロセスである。半製品の製造は、溶融状態の金属または金属合金から始まり、それらは金属半製品の進行方向に対して反対方向に流れる冷却流体によって冷却されたモールドに投入され、それらはモールドの容積内で徐々に形づくられる。モールドは、垂直またはやや水平の配置に従って配置可能である。モールドは下端が開いており、そこから成形中の半製品が出てくる。モールドは上端が開いており、そこから液体金属が入り、モールド内で徐々に凝固し始め、モールドの下端から取り出される。単位時間内に、少なくとも部分的に固化した金属の量がモールドの下部から出てくるという意味で、このプロセスは定常的であり、これはモールド自体の上部に入る液体金属の量に対応する。鋳造機で鋳造プロセスが開始されると、モールド内の液体金属のレベルは常に一定に保たれなければならず、すなわち液体金属の自由表面の位置、つまりモールドの内壁に関していわゆるメニスカスの位置は、プロセス中に時間の経過とともに一定に保たれなければならない。液体金属レベルを一定に保つために、つまりメニスカスの位置を一定に保つために、それはモールド内で形成される半製品の引き抜き速度を増減させることによって行うことができ、または、それはモールドの上端からモールドに入る液体金属の流れを増減させることによって行うことができる。
引き抜き速度を制御するような方法において、またはモールドに入る液体金属の流れを制御するような方法において、メニスカスの位置の測定値を取得するために、現在、市場には２つのタイプのセンサーがある。
モールド内の液体金属のレベルを測定するための第１のタイプのセンサーは、モールドの第１の側面に配置された放射能源と、モールドの第１の側面に対して反対側のモールドの第２の側面に配置されたシンチレータに基づく放射性センサーからなる。シンチレータは、放射線源とシンチレータ自体の間にある液体金属のメニスカスの位置に依存する量の放射線を拾い、この測定からメニスカスの位置の測定値を得ることができる。したがって、放射性センサーは、鋼のメニスカスに対応するモールドの一種のＸ線を生じさせ、約１ｍｍの精度でメニスカスの位置を決定することができる。
モールド内の液体金属のレベルを測定するための第２のタイプのセンサーは、電磁センサーから構成されている。電磁センサーは、内部に液体金属を含む晶析装置の壁に対応する電磁場の放射に基づいている。生成された電磁場は晶析装置に渦電流を生成し、その生成された電磁場はつぎにセンサー自体の受信コイルによって拾われる。渦電流は、渦電流自体の生成ゾーンにおける晶析装置の導電率に依存し、導電率はつぎに渦電流の生成ゾーンにおける晶析装置の温度に依存し、結果として、それは液体金属のメニスカスの位置に間接的に依存し、その熱は晶析装置自体を介して冷却液に吸収される。
さらに、晶析装置自体の厚い部分に熱電対を挿入することに基づいて、晶析装置の壁の温度を測定するシステムも知られている。異なる点での晶析装置の壁温度の測定により、晶析装置の壁の温度のマッピングを得ることができる。晶析装置の壁の温度を監視することにより、モールドから引き抜かれた部分的に固化した金属のブレークアウトや、晶析装置の壁の液体金属の局部的な付着（固着）などの望ましくない現象を防止するためのアラーム信号を得ることができる。結晶化装置の壁の熱マッピングから出発して、記述された現象の識別は、本発明の目的のために知られていると考えられるアルゴリズムに従って行われる。
特開平１０－１８５６５４号公報には、炉内の液体レベルを検出する方法が記載されており、レベルは送受信系のゲイン変動の影響を受けずに長期間安定して検出可能であり、変動は弾性波の送信素子と受信素子の炉壁への接触力により発生する。周囲を耐火物で覆った炉の外壁に弾性波送信素子と弾性波受信素子が配置される。弾性波発信素子により炉内に弾性波を発信し、弾性波発信に伴って弾性波受信素子が受信した信号に基づいて溶融液体材料のレベルを検出する。表面波は炉の外壁の表面を伝播し、炉の内壁で反射したエコーが弾性波受信素子で受信される。表面波の波高に基づいて反射エコーの波高を補正し、補正された反射エコーの波高に基づいてレベルを検出する。
米国特許第３，４５６，７１５号公報には、連続鋳造機の振動鋳型などの容器内の材料のレベルを検出するためのシステムが記載されている。システムは、容器を通して音響エネルギーを伝達し、基準レベルの材料を表す信号を生成する。第２の電気信号は容器の振動に敏感であり、基準位置に対する容器の変位を表す。第１および第２の信号の組み合わせは、材料レベルを示す出力信号を提供する。電気音響トランスデューサ手段は、トランスデューサ手段と、レベルが測定される材料を含むモールドまたは容器の壁との間を連続的に流れる冷却剤を通して音響エネルギーを伝達するように配置される。トランスデューサが配置されているレベルに材料のレベルが達すると、そのレベルに材料が存在することを示す特性を持つ電気信号が発生する。好ましい実施形態では、電気音響トランスデューサは、モールドまたは容器の反対側に配置された送信機および受信機を含み、送信機および受信機は、材料によって占有された空間を通って、つまり素材そのものを通して伝達される音響エネルギーの検出に応答して電気信号を生成するのに適している。信号の伝達は、モールドまたは容器の壁に対して直交する方向に発生する。別の実施形態では、単一の超音波装置が設置され、ある期間では送信機として機能し、別の期間では受信機として機能し、この場合も、信号の送信はモールドまたは容器の壁に対して直交する方向に行われ、唯一の超音波装置が型または容器の壁に対して同じ直交軸方向に沿って送信された信号のエコーを受信できるようになっている。
カナダ特許第２，３１０，７６４号公報には、容器内のレベルを連続的に測定する方法が記載されており、これによれば、一連のラム波パルスが容器の壁に配置されたラム波励振器によって容器の壁に送信され、ラム波励振器から離れた容器壁に配置されたラム波受信機によって受信される。システムは、容器が空の場合の伝播時間と、容器内に特定のレベルが存在する場合の伝播時間との差として、励振器と受信機の間の伝播時間差を決定する。伝播時間の差から、伝播時間の差に正比例する容器内の現在のレベルの位置が導き出される。別の材料が容器の壁に接触したときにラム波の伝播時間が変動するため、この方法により容器内のレベルを継続的に監視できる。
米国特許第４，３２０，６５９号公報には、均質で欠陥のない固体媒体内を伝播するトランスデューサによって生成された横モードの中程度の指向性音波を使用して、流体のインピーダンスまたは液体レベルのいずれかを測定する超音波システムが記載されている。横波は、最初の臨界角よりも少なくとも５度大きく、２番目の臨界角よりも少なくとも１０度小さい入射角で、少なくとも２つの領域の固液界面に対応して反射するジグザグ経路に沿って固体内を伝播する。固体と流体との間の音響結合による波の減衰振幅は、流体のインピーダンスまたは流体のインピーダンス関連パラメータの尺度である。システムは、好ましくは、固液界面に対応する温度、流体の性質、トランスデューサ、トランスデューサ結合、残留物または腐食などのパラメータの変化を補償する基準として機能する第２の音響経路を含む。別の実施形態では、基準メカニズムは、固体媒体のノッチから生じる一連の反射である。液体レベル測定を液体インピーダンスの変動に対して鈍感にするために、固体は、斜めの角度に向けられた細長い要素であり、またはそれは液体の表面に平行である。その他の液体レベル測定システムは、ジグザグ波の反射点に配置された複数の受信機または反射器を利用する。
米国特許出願第２０１２／０８５１６４号公報には、トランスデューサを含む流体計測コンポーネントのためのサポートおよびハウジングが記載されており、それは外部ストラップなしでパイプの外周上の固定点に直接結合される。サポートは、パイプ固定点に選択的に結合および分離することができる。１つまたは複数のサポートとハウジングは、さまざまな計測用途のために、パイプの外側にモジュール方式で配置することができる。同様に、サポートおよびハウジングの内部は、補助的な位置合わせツール、テンプレート、測定機器、またはその他のデバイスを必要とせずに、１つまたは複数のトランスデューサまたはさまざまなユーザーアプリケーションのためのその他のコンポーネントの配向および位置合わせをするために、モジュラー方式で任意に再構成可能であってもよい。
米国特許第６，６３１，６３９号公報には、容器壁の外側に離間して取り付けられた一対の超音波トランスデューサを使用して、容器内の液体レベルを測定するための非破壊的システムおよび方法が記載されている。トランスデューサの１つは、壁に曲げ波または弾性波を生成する音波エネルギーの単一パルスを生成し、２番目のトランスデューサは、曲げ波を受信して２つのトランスデューサ間の曲げ波の移動時間に対応する電気波形信号を生成する。２つの波形信号間に位相シフトが存在するかどうかを判断するために、異なる時間に生成された電気波形信号が比較される。位相シフトは、２つのトランスデューサ間の容器の内部空間の液体レベル状態に変化があったことを示す。位相遅延、または２つの異なる時点で生成される屈曲波成分間の時間遅延の測定は、容器のある点での液体の有無、または容器の内部空間内の液体の高さを示すために使用される。
国際公開ＷＯ２００５／０３７４６１号公報には、インゴットモールド内部の損傷、鋼浴の表皮または凝固した外層が、インゴットがモールドから出てくるときに下にあるローラー上で溶鋼の漏れを引き起こし、それによってプラント全体が停止することを回避するために、インゴットモールド内の鋼のブレークアウトイベントを特定する方法が記載されている。いわゆる表面波またはレイリー波を生じさせるように、高周波の機械振動をインゴットモールドの外面と内面に発生させ、インゴットモールドと持続的に接触している材料の表面によってその振動がどのように吸収されるかについて分析がなされる。この表面のサイズまたは拡張部分が、固化したブレークダウンに続いて変化すると、銅壁との接触が急激に増加し、その結果、インゴットモールドの銅表面の音響インピーダンスが即座に変化する。
フランス特許第２，３２３，９８８号には、連続鋳造機のモールド内のレベルを測定するためのシステムが記載されており、ここでは超音波のパルスは、容器の壁の内面に沿って液体に向かってのみ伝播し、壁の表面と接触する液体によって表される不連続部によって部分的に反射される。反射波が検出され、検出された超音波から、生成されたパルスを分離する時間間隔が測定される。間隔の値は、液体の事前設定された基準レベルに対する不連続部の位置を表す。
米国特許出願第２０１８／０２１８４９号公報には、晶析装置に向かって送信される超音波信号の送信と、晶析装置によって反射された超音波信号の受信位相とに基づく、晶析装置内の測定センサーが記載されている。送信は、受信された反射超音波信号が晶析装置内でジグザグ経路に沿って複数回反射された超音波信号になるように、晶析化装置壁に対して傾斜した送信方向で生じる。異なる垂直方向に離間した点における異なる受信センサーによって、晶析装置の異なる反射点において同じ送信信号を複数回受信することが利用される。超音波素子には、超音波送信機と一連の超音波受信機が含まれる。送信機は超音波信号受信機として機能せず、受信機は超音波信号送信機として機能しない。
欧州特許第２，４０９，７９５号公報には、溶融金属のインゴットモールドの温度を測定する方法が記載されており、この方法は、モールドの長さの展開に沿って、横方向ではなく、縦方向および垂直方向に超音波を送信することを含む。したがって、波の伝播は、含まれる溶融金属に隣接するモールドの表面に平行な方向に、モールド内で垂直に発生する。超音波の反射を生成する可能性のある垂直経路に沿った要素がないため、その伝播はモールドの銅壁の間で妨げられずに発生し、解決手段は、反射された超音波を検出する同じ送信器要素に向かってこのように反射される超音波の反射領域を形成するモールドの壁に横方向の穴が得られることを提供する。
特開昭５７－１５９２５１号公報には、超音波素子がモールドに対して直交する超音波の送信およびモールドの壁によって反射された波の受信をする送信機および受信機として交互に作用する解決手段が記載されている。測定は、各センサーでの反射波の振幅の検出に基づいており、これは、モールドが溶鋼を含む領域においてモールドの壁によって反射される波、およびモールドが溶鋼を含まない領域においてモールドの壁によって反射される波、の２つのケースで異なる。測定は、モールドのさまざまな領域で受信された信号の振幅の比較に基づく。第２の解決手段は、モールドの第１の側に、モールドの反対側に配置された対応する受信機に送信する垂直に離間した送信機を提供し、それにより、送信機によって送信された超音波は、モールド全体を横方向に横断した後に、横断領域に存在する場合は横断領域のモールドに含まれる溶鋼も通過した後に、モールドの反対側の受信機によって受信されるが、溶鋼がモールドの片側の送信機と反対側の受信機を接続するラインよりも低いレベルにある場合、この状態は発生しない。このケースにおいても、測定は、受信信号の振幅の比較に基づいており、溶鋼が存在しない領域と溶鋼が存在する領域のモールドを横断する２つのケースで受信信号の振幅が異なるという原理に基づく。
米国特許第５１５９８３８号公報には、伸張波、縦波、せん断波、レイリー波およびラム波をわずかに分散して媒体に伝達するための導波管を選択および構成することによって、試験材料または構造の選択された物理パラメータを超音波で測定するための方法および装置が記載されている。わずかに分散した伝送は、速度と導波路の直径の特定の基準によって定義される。漏れを許容するために導波路を音響的に分離するための方法および装置、ならびに曲げ波を媒体に発射するための曲げモード変換への拡張方法が含まれる。
放射性センサーは、放射性線源、および放射性線源自体に長期間さらされる材料の取り扱いに関して顕著な問題を抱えている。実際、放射線源が使い果たされた場合、オペレーターが放射線にさらされるのを防ぐために、その交換には非常に厳格な安全手順を採用する必要がある。さらに、使い果たされた放射線源の処分の問題があり、これは専門の業者によって実施されなければならない。さらに、使い果たされた線源の交換作業において非常にまれな出来事ではない放射性線源の紛失の可能性は、プラントの即時の閉鎖を意味し、結果として生産の停止と莫大な経済的損害をもたらす。
電磁センサーは、放射性センサーに関する取り扱いの観点からはより安全な代替手段であるが、精度が低く、応答が遅く、結晶化装置の厚さがそれほど大きくない一般に１５ｍｍ未満のモールドにのみ使用できるため、あまり普及していない。実際、金属モールドのシールド作用により、電磁センサーによって誘導される渦電流は、結晶化装置の全厚さの約１ｍｍの層にしか作用しない。渦電流が作用する前記の領域は、鋳造される溶融金属が存在する側に対して結晶化装置の反対側にある。結晶化装置の厚さが大きい場合、つまり１５ｍｍを超える場合、電磁センサーの測定は、結晶化装置の外側にある渦電流が作用する領域に対応して結晶化装置の温度が変化するのに必要な時間による遅延の影響を受け、結晶化装置の内側にある結晶化装置自体の反対側に対応するメニスカスの位置の変化に従う。実際、結晶化装置の内側の液体金属のメニスカスの位置の変化は、電磁センサーが近くに配置されている結晶化装置の外側に到達するまで、結晶化装置の厚み内に伝播する温度変化を生成する。結晶化装置が作られている金属材料の温度変化、つまり、鋳造液体金属のレベルより下の結晶化装置の壁の領域と、結晶化装置と接触している液体金属がない場所のすぐ上の領域との間の温度差は、鋳造液体金属があるモールドの内側で最大になるが、結晶化装置の外側に近づくにつれて徐々に目立たなくなる。また、モールドが非常に厚い場合、渦電流が誘導される結晶化装置の外側の厚みの最初のミリメートルの温度差は、電磁センサーでは検出できないほど微弱である。したがって、これらのセンサーは、厚さが１５ｍｍ未満のモールドに使用される。この制限により、銅の厚さが最大４０ｍｍに達する大型フォーマットのモールドでの使用が除外され、放射性センサーが大型フォーマットでレベルを制御する唯一の技術になる。
熱電対を結晶化装置の厚い部分に得られる特定の空洞に挿入する必要があるため、熱電対によるモールドの温度のマッピングにもいくつかの欠点がある。１５ｍｍ程度の小さな厚さの結晶化装置に熱電対を挿入すると、結晶化装置の構造が弱くなり、結晶化装置に含まれる液体金属の冷却効率が局所的に損なわれる可能性があるため、この方法は、結晶化装置の厚みが大きい場合にのみ適用できる。
［発明の目的］
本発明の目的は、正確な測定を可能にする、モールド内の少なくとも１つの物理量を測定するための測定方法およびセンサーを提供することである。
本発明のさらなる目的は、この測定システムを備えたモールドを提供することである。
この目的は、主請求項の特徴によって達成される。従属請求項は、有利な解決手段を示している。
本発明による解決手段は、その効果が即時の無視できない技術的進歩を構成するかなりの創造的貢献を通じて、様々な利点を有する。
センサーおよび本発明の方法は、放射線源を使用せず、健康に危険がなく廃棄の問題がない材料および方法に基づいている。
本発明による解決手段は、非常に厚い結晶化装置の場合でも正確な測定値を得ることを可能にする。
本発明による解決手段は、結晶化装置の厚い部分に熱電対を挿入する必要なしに、異なる点で結晶化装置の温度の測定値を得ることを可能にし、薄い厚さを有する結晶化装置でもそのような検出を可能にする。
本発明による解決手段は、高度の感度、精度、および信頼性で動作することを可能にする。
本発明による解決手段は、測定システムの設置および管理コストを低くすることを可能にする。
以下、本発明の非限定的な例とみなされる添付の図面を参照して、実施形態の解決手段を説明する。
図１は、本発明のセンサーを組み込んだモールドの側面図を表す。
図２は、図１のＡで示される視点による、図１の本発明のセンサーを組み込んだモールドを表す。
図３は、図２のＣ－Ｃで示される断面線による、図２の本発明のセンサーを組み込んだモールドを表す。
図４は、図１のＢ－Ｂで示される切断線による、図１の本発明のセンサーを組み込んだモールドを表す。
図５は、図３のＤで示される部分の拡大図である。
図６は、図４のＥで示される部分の拡大図である。
図７は、本発明によって作られたセンサーの図である。
図８は、動作原理を模式的に示すグラフである。
図９は、温度の関数として材料内の波の伝播速度の依存性の特性曲線を概略的に示すグラフである。
図１０は、モールドのエッジからの距離による、溶鋼を鋳造するモールドの結晶化装置の銅の温度プロファイルの典型的な展開を模式的に表す。
図１１は、モールドに取り付けられた本発明のセンサーの機能を概略的に表す。
図１２は、弾性波の経路とその検出信号に関する時系列を模式的に表す。
図１３は、異なる視点による、図７のセンサーの図である。
図１４は、本発明のセンサーの一実施形態の分解斜視図である。
図１５は、本発明のセンサーの一実施形態の分解斜視図である。
図１６は、本発明のセンサーの超音波素子の１つの構造を概略的に示す。
図１７は、本発明のセンサーの別の可能な実施形態を示す。
図１８は、サーマルマッピングシステムの可能な実施形態を示す。
図１９は、弾性波の処理状況を模式的に示す。
図２０は、信号処理フェーズの１つを概略的に示す。
本発明は、音波の伝播原理を利用してモールド内の少なくとも１つの物理量を測定するための測定方法およびセンサーに関する。
材料媒体中を伝播する弾性摂動波は、その基本的な性質を決定するいくつかの物理量によって特徴付けられる。特に、媒体中の波の伝播速度は、所定の厚さの材料における波自体の伝播時間を表す重要なパラメータである。この速度は、密度、ヤング率、ポアソン率などの特徴的な物理パラメータに同様に依存する。材料の熱状態がこれらの量に影響を与えることが知られており、結果として、波の速度は波が伝播する媒体の温度に同様に依存する。ｖｐに等しい圧縮波の伝播速度を有する厚さＳの材料を考え、材料境界の点に十分に局所化された摂動を与える、波は材料の反対側の境界に到達するまで材料内を伝播し、逆方向に反発波を発生させる。境界とは、流体、空気、別の固体など、材料が途切れ、別の材料が始まる境界を意味する。２つの反対側の境界が平行である場合、プロセスは利用可能なエネルギーが使い果たされるまで続き、波の受信領域、例えば、摂動波を与えた同じポイントの近くに配置された受信機で記録できる一連のパルスを生成する。実際、これらのパルスの振幅は、材料自体の減衰の結果として減少する。例えば（図８）、最初の瞬間ｔ０で摂動波が材料の第１の境界の点で放出された場合、波は材料を通って第２の反対側の境界まで移動し、第１の反射波が生成され、これは、第１の境界で瞬間ｔ１に受信されたピークＰ１によって表される。つぎに、第１の反射波は、第１の境界で同様に反発を受け、材料を引き返し、第２の反射波が第２の境界で生成され、これは同様に、第１の境界で瞬間ｔ２に受信されたピークＰ２によって表される。第２の反射波の振幅Ａ２は、材料の減衰により、第１の反射波の振幅Ａ１よりも小さい。時間が経過すると、第ｎの反射波が第２で生成され、これは同様に、第１の境界で瞬間ｔｎに受信されたピークＰｎによって表され、振幅Ａは前の反射波よりも小さくなる。このような条件では、Ｄｔ＝（２ｘＳ）／ｖｐであることが知られており、ここで、Ｄｔは、一連のピークＰ１、Ｐ２、．．．Ｐｎにおける２つの連続するピーク間の時間的距離、つまり、往復経路を含む弾性波の移動時間を表す。
材料に温度Ｔの変化が生じると、時間Ｄｔは、伝搬速度ｖｐと熱膨張または熱収縮による材料の厚さＳの両方の変化によって変化する。しかし、銅などの金属が考慮され、挙動が実質的に線形である温度範囲が考慮される場合、支配的な寄与は伝搬速度ｖｐの変化のみによるものであり、熱膨張または熱収縮による材料の厚さＳの変化の寄与は無視できる。したがって、結果として、伝播速度ｖｐは温度Ｔの関数として特徴付けられ、金属の場合、ピークＰ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎｈｓが到着する時間ｔ１、ｔ２、．．．ｔｎの測定から始まって材料の温度Ｔの推定値を得ることができる。実際には、伝播速度ｖｐ（Ｔ）＝Ｄｔ／（２ｘＳ）の実験的測定値が与えられると、温度の関数としての材料中の波の伝播速度の依存性の特性曲線（図９）が分かれば、伝播速度ｖｐ（Ｔ）から温度Ｔを導出することが可能になり、これは、例えば、弾性摂動波が伝播する媒体が作られる材料に関して測定機器を較正することによって得ることができる。
鋼、または一般に金属および金属合金の製造は、連続鋳造機によって行われる。連続鋳造は、サイズと形状に応じてビレット、ブルーム、スラブと呼ばれる半製品の製鋼製品を製造できる製造プロセスである。半製品の製造は、モールド（３４）に流し込まれる溶融状態の金属または金属合金から開始される（図１０）。モールド（３４）は、基本的に垂直配置によって配置されるが、モールドが傾斜または半水平位置に設置される解決手段も知られており、これらは本発明の範囲内に含まれる解決手段と見なされるべきである。モールド（３４）は、その下端（４７）が開いており、そこから成形中の半製品が出てくる。モールドはその上端（４６）が開いており、そこから液体金属が入り、モールド内で徐々に固化し始め、ついでモールドの下端から抜き出される。「上」および「下」という用語は、重力の方向（５０）を指すものとして理解されなければならない。このプロセスは、単位時間において、モールド自体の上部から入る液体金属の量に対応する量の少なくとも部分的に固化した金属がモールドの下部から出るという意味で定常的である。鋳造プロセスが鋳造機で開始されると、モールド（３４）内の液体金属（３７）のレベル（３９）は常に一定に保たれなければならず、つまり、液体金属（３７）の自由表面の位置、すなわち、モールド（３４）の内壁に対するいわゆるメニスカスの位置は、プロセスの間中、一定に保たれなければならない。モールド（３４）は結晶化装置（３５）を含み、結晶化装置（３５）は一般に銅または銅含有量の高い金属合金から作られるが、本発明は、例えば、金属合金のような銅以外の金属材料で作られた結晶化装置（３５）の場合にも適用可能である。結晶化装置（３５）は、冷却流体（４４）、通常は水の流れによって冷却され、それは流体（４４）の流れの方向に従って（図１０）流れ、それはモールド（３４）に流し込まれる液体金属の流れの方向と反対である。鋳造液体金属が結晶化装置（３５）を通過すると、モールド（３４）の上端（４６）から下端（４７）に向かって進行するにつれて徐々に固化する。成形中の半製品がモールド（３４）の下端（４７）から出た時点で、それは完全には固化しておらず、結晶化装置（３５）と同形の外周殻を有し、それは固化され、それはスキン（３８）と呼ばれる。スキン（３８）の内側では、成形中の半製品は、液体状態の金属からなる中心コアをまだ含んでおり、それは、例えば、矯正ローラー、サイズに合わせてカットするためのユニットなどの後続の処理装置に向かって進むにつれて鋳造機の下部で固化する。
結晶化装置（３５）の冷却は、さまざまな方法で行うことができる。鋳造可能な最大寸法よりも小さい寸法のビレットまたはブルームのための結晶化装置（３５）に適した第１の解決手段（図１０）では、冷却は、結晶化装置（３５）の外壁（４９）上で、結晶化装置を取り囲み、コンベア（３３）によって区切られた周囲の外部空間（３６）内に、前述の冷却流体（４４）の流れを導くことによって行われる。鋳造可能な最大サイズに対して大きな寸法のブルームのための晶析装置（３５）に適し、またはスラブの鋳造に適した第２の解決手段では、冷却は、結晶化装置（３５）自体の空洞、または結晶化装置自体のアセンブリ要素の結合面上に得られる空洞内に前述の冷却流体の流れを導くことによって行われる。本発明は、モールドの種類に関係なく適用可能である。液体金属（３７）のレベル（３９）を一定に保つために、すなわち、メニスカスの位置を一定に保つために、モールド（３４）の内部で形成される半製品材料の抜き出し速度を増加または減少させることによって作用することが可能であり、またはその上端（４６）からモールド（３４）に入る液体金属（３７）の流れを増加または減少させることによって作用することが可能である。したがって、抜き出し速度を制御するような方法で、またはモールド（３４）を通る液体金属（３７）の流れを制御するような方法で、メニスカスの位置の測定値、つまり、モールド（３４）の本質的に垂直または傾斜した伸長部分に対する液体金属のレベル（３９）の位置を取得することが重要である。結晶化装置の内壁（４８）は、従来、液体金属と接触している結晶化装置の壁、すなわち高温側を意味し、一方、結晶化装置の外壁（４９）は、結晶化装置自体の厚さに関して内壁（４８）とは反対側の壁、すなわち低温側を意味する。
さらに、結晶化装置（３５）の内壁（４８）の温度を測定することも重要であり、なぜなら、結晶化装置（３５）の内壁（４８）の温度を異なる点で監視することにより、モールドから抜き出された部分的に固化した金属のスキン（３８）のブレークアウトなど、または結晶化装置（３５）の内壁（４８）への液体金属の局所的な付着（固着）などの望ましくない現象を防止するためのアラーム信号を取得することができるからである。結晶化装置（３５）の内壁（４８）の熱マッピングから始めて、記載された現象の識別は、本発明の目的のために知られていると考えられるアルゴリズムに従って行われる。
結晶化装置（３５）の銅の厚み内のモールド（３４）に沿った温度分布は、急速な初期の温度上昇の空間的変動を伴い、レベル（３９）またはメニスカスの実際の位置より数ｍｍ下の最高温度が続き、最後に、モールド（３４）の下端（４７）まで温度がゆっくりと下降する展開（図１０）に従うことが知られている。本発明のセンサー（１）は、液体金属（３７）がモールド（３４）の結晶化装置（３５）に及ぼすこの効果を利用する。実際、鋳造液体金属（３７）は、金属自体の溶融温度に等しい温度を有する。鋳造温度は、鋳造される金属または金属合金の種類によって異なる。例えば、鋼の場合、鋳造温度は１３７０～１５３０℃のオーダーであり、銅の場合、鋳造温度は１０８３℃のオーダーである可能性がある。本発明において、「液体金属」という用語は、それらの融点の温度に少なくとも等しい温度にある液体状態の純粋な金属および金属合金の両方を含むことを意味する。液体金属（３７）が結晶化装置（３５）の内部にあるとき、結晶化装置（３５）の温度は、示される曲線に従って展開する。また、結晶化装置（３５）を構成する金属の弾性特性の変化は、説明したように、示されている展開による結晶化装置（３５）の温度の変化に対応し、その結果、結晶化装置自体を透過する弾性波の速度の変化を伴う。本発明のセンサー（１）によって、モールド（３４）の結晶化装置（３５）の外壁（４９）に規則的な間隔で弾性摂動が導入され（図１１）、直接音響波、反射音響波および逆反射音響波が生成される。
例えば、直接波のパケット（４０ｉ）は、センサー（１）の第１の超音波素子（１５）によって放出され、センサー（１）のそれぞれの支持体（８）を通過し、続いて冷却流体に浸透し、結晶化装置（３５）の外壁（４９）に向かって進行し、そこで直接波（４０）の第１のパケットが結晶化装置（３５）の材料を貫通してその内部を伝播する。
例えば（図１１）、センサー（１）の第２の超音波素子（１８）によって以前に放出された直接波のパケット（４０ｉｉ）は、結晶化装置（３５）の材料を貫通してその中を伝播した後、内壁（４８）に到達し、そこで対応する反射波の生成を伴う反射現象が発生する。
例えば（図１１）、反射波のパケット（４１ｉｉｉ）は、センサー（１）の第３の超音波素子（２１）によって以前に放出された直接波のパケットが内壁（４８）に達し、反射波（４１ｉｉｉ）のパケットが第３の超音波素子（２１）に向かって戻り、対応する直接波パケットの方向と反対の方向に結晶化装置（３５）の材料を再び通過するときに生成される。
例えば（図１１）、センサー（１）の第４の超音波素子（２４）によって以前に放出された直接波のパケットに対応する反射波のパケット（４１ｉｖ）は、結晶化装置の材料を通過した後、外壁（４９）を横切って第４の超音波素子（２４）に向かって継続するが、同時に対応する逆反射波（４２ｉｖ）の生成も引き起こし、それは結晶化装置の材料を内壁（４８）に向かって引き返す。
例えば（図１１）、センサー（１）の第５の超音波素子（２７）によって以前に放出された直接波のパケットに対応する反射波のパケット（４１ｖ）は、結晶化装置の材料と外壁（４９）を通過した後、センサー（１）の支持体（８）を通過し、測定のために第５の超音波素子（２７）に到達し、一方、それと同時に、対応する逆反射波（４２ｖ）は、内壁（４８）に向かって結晶化装置の材料中のその経路を継続し、つぎに反対方向に新たな反射を受けて、さらなる測定のために第５の超音波素子（２７）に向かって再び進む。
簡潔にするために、センサー（１）の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）のうちの特定の１つを参照して、それぞれの異なるステップを説明したが、センサー（１）の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）のうちの１つについて説明したのと同じステップが、それらのそれぞれについて順番に行われることは明らかである。
弾性波の経路の距離は既知で固定されているため、説明した構成に従って、弾性波の速度が通過する材料の温度に依存することを利用することにより、したがって、弾性波の移動時間を測定することにより、弾性波が通過する材料内部の温度を測定することができる。
特に（図１２）、変化は、溶融金属と接触する内壁（４８）に対応する高温側と、冷却水（４４）の流れと接触する外壁（４９）に対応する低温側との間の経路Ｓに沿った温度Ｔに対して実質的に線形であると考えることができる。したがって、信号注入領域が与えられた場合、往復経路を含む弾性波の移動時間の測定値Ｄｔにより、結晶化装置（３５）の厚さＳに対してこの領域によって与えられる体積の平均温度を得ることができる。拡張領域が小さく、注入点が大きいほど、銅または銅基合金からなる結晶化装置（３５）の温度曲線の形状の測定が良好になる。温度曲線の再構築から、つぎにモールド（３４）内の鋼またはメニスカスのレベル（３９）の位置の推定値を得ることが可能である。
したがって、要約すると、モールド（３４）内で弾性または圧縮または音波を使用すると、つぎのことが可能になる。
（ａ）銅モールド（３４）の低温壁または外壁（４９）での注入領域への直接弾性波（４０）の摂動の注入。
（ｂ）銅製のモールド（３４）の結晶化装置（３５）の高温壁または内壁（４８）での反射現象による反射波（４１）の同じ注入領域での読み取り。表面４９（低温の銅側）から来る第１および第２の反射は、取得時間ウィンドウを決定するために使用される。実際、これら２つのパルスの間には、銅の最初のリバウンドシーケンスがある。
（ｃ）結晶化装置の厚み内での波の１つまたは複数の連続したリバウンドに対応する逆反射波（４２）の生成を伴う、モールド（３４）の結晶化装置（３５）の低温壁または外壁（４９）で反射された波の逆反射現象による、追加の反射波（４１）の同じ注入領域での読み取り。
（ｄ）モールド（３４）の結晶化装置（３５）の厚み内での反射波およびその後のリバウンドの移動時間の測定。
（ｅ）温度の関数としての伝播速度の特性曲線による移動時間測定値の温度測定値への変換。特性曲線は、例えば、較正手順によって得ることができる。
（ｆ）モールドからの鋼の抜き出しの方向に沿った温度分布曲線の取得を伴う、モールドからの鋼の抜き出しの方向に沿った異なる位置でのポイント（ａ）から（ｅ）の実行。
（ｇ）モールドからの鋼の抜き出しの方向に沿った温度分布曲線の最高温度の位置を特定すること（図１０）によるモールド（３４）内の鋼レベル（３９）の位置の測定値の取得。
有利なことに、センサーおよび方法は、ポイント（ａ）から（ｇ）を実行することによってモールド（３４）内のレベル（３９）の位置を測定するために使用することができ、または、センサーおよび方法は、モールドからの鋼の抜き出し方向に沿って次々に整列して配置可能な、同様に、超音波素子が素子の列に沿って配置されたマトリックス配置（図１７）に従って配置可能であって素子の列がモールドからの鋼の抜き出し方向に沿って次々と配置された、異なるポイントまたは関心領域でポイント（ａ）から（ｅ）を実行することによってモールド（３４）内温度のマッピングに使用することができる。あるいは、一連の装置（図１８）をモールドの特定の領域に配置して、より注意深く監視する解決手段を予想することができる。
実際には、確立された産業用コンポーネントを使用するのが便利であるため、弾性波の摂動を結晶化装置（３５）に直接注入しようとすることは実際的ではない。代わりに、超音波素子または素子（１５、１８、２１、２４、２７）が支持体またはカバー（８）に取り付けられ、支持体またはカバー（８）がつぎに格納ケース（２）に固定され、これによってそれぞれのケーブル（５）とコネクター（４）とともにセンサー（１）を実現する構成（図１１）を用いることがより有利である。センサー（１）は、水流（４４）が流れる空間（３６）の存在により、結晶化装置から離れたコンベア（３３）上に取り付けられる。この適用の利点は、銅モールドの外部冷却に通常使用される水を使用して、音響結合を実現できることである。
一般に、センサー（１）には、超音波弾性波の生成と受信に必要なすべての要素が含まれており、センサー（１）は、例えば、ステンレス鋼製の、ケース（２）を含み（図７、図１３）、それは測定領域でのその組立てを容易にする固定手段（３）を備える。例えば、固定手段（３）は、ネジの通過用の穴が設けられた一対の固定タンの形で作ることができる（図５、図６、図７、図１３、図１４、図１５）。例えば（図１、図２、図３、図４、図１１）、センサー（１）は、モールド（３４）のコンベア（３３）上のモールド（３４）の内側に取り付けることができ、特に、センサー（１）は、コンベア（３３）内でハウジング（４３）を有している（図５）コンベア（３３）自体の一部を置き換えるような方法で取り付けることができる。この解決手段により、超音波弾性波が伝達されなければならない結晶化装置（３５）に対して本質的に平行な状態でセンサー（１）を取り付けることが可能になる。より詳細には、センサー（１）は、結晶化装置（３５）からコンベア（３３）を分離する間隔（３６）に本質的に等しい距離だけ結晶化装置に対して離間されている。センサー（１）にはさらに、電源用、信号前処理用、処理および調節システムとの通信用の電子機器に接続するためのコネクター（４）を端部に備えたケーブル（５）に含まれる電気接続を通すための出口（１１）が装備されている（図７）。ケース（２）は、検出面（６）を含む。ケースが超音波弾性波の効率的な伝達に適していない材料で作られている場合、検出面（６）、すなわち超音波弾性波の送受信が行われるセンサ（１）の面は、超音波弾性波の効率的な伝達に適した材料で作られたカバー（８）によって閉じられるスリットまたは通過孔を備え、ここで超音波弾性波の効率的な伝達に適した材料とは、水の音響インピーダンスのオーダーの音響インピーダンスを有する材料を意味する。例えば、水の音響インピーダンスと同様の音響インピーダンスを有するプラスチックまたはポリマー材料を使用することができる。一般に、音響インピーダンスが３＋／－２ＭＲａｙｌの材料が適している。「ＭＲａｙｌ」は、１ＭＲａｙｌが毎秒１平方メートルあたり１０の６乗キログラムに等しいような音響インピーダンスの測定単位である。適切な材料の例は、商品名Ｒｅｘｏｌｉｔｅで知られる製品である。図示された実施形態では、検出面（６）は、ネジによってケース（２）に固定された閉鎖プレート（９）からなり、カバーを適用するためのスリット（７）または通過孔、またはカバー（８）は、この閉鎖プレート（９）上に得られる。しかし、閉鎖プレート（９）を使用しない、またはネジ以外の固定手段を使用する他の実施形態も可能であることは明らかである。このようにして、ケース（２）の内側には、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）およびそれらを制御するために、例えば１つまたは複数の特別な電子ボードに取り付けられる電子部品を収容するのに適した水密チャンバー（１０）が得られる（図１１）。例えば、冷却流体（４４）の流れにさらされる条件においてモールド（３４）内で適用するために、ケース（２）が少なくとも１０バールの圧力に対する密封レベルを得ることができるようにすることができる。
したがって、説明した形式（図１１）によれば、対応する超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）によって生成された直接弾性波（４０）は、次の順序で、支持体（８）、空間（３６）に存在する水、反射波（４１）の発生により反射が生じる外壁までの結晶化装置の厚みを通過し、それは、次の順序で、内壁までの結晶化装置の厚み、空間（３６）に存在する水、対応する超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）によって捕捉される支持体（８）を通過する。
最適な検出のために、次の規則に従う必要がある。
－間隔（３６）の厚さ、すなわち、水中を横断する間隔は、銅または銅合金製の結晶化装置（３５）の厚さと実質的に等しく、好ましくはそれ以上である。
－支持体（８）の厚さは、間隔（３６）の厚さ、すなわち、水中を横断する間隔の倍数ｋに等しい。
例えば、商品名Ｒｅｘｏｌｉｔｅで知られている材料の場合のように、約２．５ＭＲａｙｌの音響インピーダンスを有する材料の場合、ｋは約１．５である。これらのルールが守られている場合、水の厚みに起因するリバウンドの波と支持体に起因するリバウンドの波の間に時間的な重なりがあり、代わりにより正確に測定する必要がある信号の乱れを最小限に抑え、それはモールド（３４）の高温壁または内壁（４８）に対応して反射される波である。したがって、実際、高温壁または内壁（４８）に対応して反射された波は、水の厚みおよび支持体によるリバウンドの波に起因するピーク間に一時的に配置され、したがって、測定に最も重要な信号との重なりを回避する。
超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）のタイプに関して、セラミックタイプの圧電トランスデューサが使用され、１から１０ＭＨｚの間の超音波周波数範囲で動作することが想定される。高い周波数は、銅または銅合金で作られた結晶化装置によって大幅に減衰されるが、低い周波数は、時間的にあまり制限されていない弾性波のパケットを生成し、測定の不確実性を大幅に高める。この優先的なタイプの構造により、冷却水を収容するためのコンベアと、水の通路を備えた銅板の両方を備えた連続鋳造モールドに簡単に取り付けることができる。実験的試験は、超音波弾性波の作動周波数が約１から１０ＭＨｚの間で優れた結果をもたらし、４から５ＭＨｚの間の周波数を有する超音波弾性波がより好ましい。周波数を上げると、結晶化装置内を伝播する波の減衰が大きくなる。周波数を下げると、時間分解能が低下する。
一般に（図１１）、センサー（１）には、一定数Ｎ個の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）が設けられ、好ましくは次々に配置され、互いに等間隔に配置される。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）の配置は、センサー（１）の高さの展開方向に対応する方向に沿って素子を相互に並べて配置した配置であってもよい。しかし、前に説明したように、列が相互に平行である超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７）のいくつかの列を有するマトリックス配置が可能であり、この解決手段は、サーマルマッピングへの応用に特に役立つ。トランスデューサが単一シリーズの場合、それらは、水平相互整列方向および垂直相互整列方向の両方に配置することができ、水平および垂直という用語は重力の方向（５０）を基準とする。コネクター（４）を備えた接続ケーブル（５）により、センサー（１）と信号取得および処理ユニット（５１）との接続が可能になり、信号取得および処理ユニット（５１）は、鋳造機およびモールドの自動化の制御ユニット（５２）と通信チャネルを介して通信し、これは、とりわけ、センサー（１）によって得られたレベルの位置測定値に基づいて、プロセスによって提供される位置にレベル（３９）を維持するための自動化制御信号を生成する役割も担う。
センサー（１）は、さまざまな用途を対象としている。
－銅または銅合金製の結晶化装置（３５）の温度の測定。そこからリアルタイムでモールド内の熱プロファイルの測定値を得ることができ、モールドの各タイプについてのおよび通常運転の条件におけるその知識は、連続鋳造プロセスの品質に関する貴重な情報を抽出する可能性についての重要な新規事項である。
－モールド内のレベル（３９）の位置の測定、熱プロファイルの測定から始めて得られる測定。レベル（３９）の位置の測定により、次に、モールド（３４）および連続鋳造機に出入りする鋼の流れの制御、および、さらに、レベル（３９）の位置での鋼のメニスカスの保護粉末の厚さの制御という２つの動作が可能になる。装置の隣に粉体の量を感知する第２のセンサー（例えば、銅の上端に対する粉体の上面の距離を測定する放射性センサーまたは光学センサー）を配置することにより、粉体の厚さの推定値を抽出し、したがって、カバーパウダーディスペンサーの自動投入フローを調整することができる。
－ブレークアウトを防止するための固着などの異常現象の識別。これらの識別は、測定された熱プロファイルの分析から得られる。
結晶化装置（３５）の温度測定に関連して、冷却水用のコンベア（３３）を備えた管状の銅または銅合金製のモールド（３４）については、通常のプロセス制御要素として使用される分散型熱制御用のデバイスは存在しない。モールドの熱状態を測定する必要がある場合は、複雑で高価な熱電対の設置を行う必要があり、この理由でめったに行われない。プレートモールド（スラブなど）の場合、熱監視用の熱電対が標準で取り付けられている。しかし、コストと設置の複雑さのために、通常、熱電対間の距離は１００ｍｍを下回らない。この装置では、約１０ｍｍの距離まで下げることができ、温度曲線の形状の精細度が大幅に向上する。
各界面で媒質内を伝播する弾性摂動が屈折現象を起こし、エネルギーのこの部分によって継続し、エネルギーの一部が反射されることが知られている。モールド（３４）の内壁（４８）に到達する弾性摂動は、弾性波による測定領域に対応する鋼の存在と、弾性波による測定領域に対応する鋼の不在によって与えられる２つの異なる状態にある場合がある。固化している溶鋼が存在する状態がある場合、エネルギーの一部がその中に伝達され、そうでない場合、銅と空気の間の音響インピーダンスの大きな違いにより、すべてのエネルギーが反射される。垂直方向の一連の注入ポイントを定めると（図１１）、銅におけるリバウンド信号の振幅を測定することで、レベルの位置を推定することができる。メニスカスの位置よりも低い位置にあるトランスデューサによって記録された信号は、銅内の伝播による減衰に加えて、モールド（３４）の内壁（４８）に鋼が存在するために、さらに減衰する。
本発明の解決手段は、同じ実質的な論理が維持される限り、溶鋼以外の鋳造にも使用することができる。その一例が真鍮の鋳造である。
好ましくは、ケース（２）は細長い形状であり、主軸が鋳造方向に平行に配置され、実行される測定のための関心のある方向に沿って十分な数の高感度検出要素を有利に配置できるようにする。例えば、約２００ｍｍの高さのケースを設けて、レベル（３９）が関係する領域に高感度検出素子を分布させることができるようにすることができる。
センサー（１）は、ケース（２）から構成され（図１４、図１５）、その中にチャンバー（１０）が得られ、その内部に支持体またはカバー（８）が挿入される。一方の側の支持体またはカバー（８）には、チャンバー（１０）の外側に向けられた検出面（６）が設けられ、反対側には、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）を支持する取り付け面（５３）が設けられており、したがって、支持体またはカバー（８）がチャンバー（１０）自体への挿入のために取り付けられるときに、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）はチャンバー（１０）に挿入される。閉鎖プレート（９）は、チャンバー（１０）を密閉し、支持体またはカバー（８）を所定の位置で閉鎖およびロックする。
センサー（１）がコンベア（３３）上に取り付けられ、結晶化装置（３５）に対して離間している実施形態を参照すると、超音波弾性波は、コンベア（３３）と結晶化装置（３５）との間を循環する冷却流体（４４）の流れを通して伝導される（図１１）ので、この間隔（３６）を横切る。超音波弾性波が結晶化装置（３５）の外壁（４９）に到達すると、超音波弾性波は結晶化装置（３５）を透過し、結晶化装置（３５）自体の内壁（４８）で反射され、次に、結晶化装置の厚み内で伝播する一連の多重反射を引き起こす。センサー（１）は、弾性波の送信方向が直交するように配置され、好ましくは、結晶化装置の壁（４８、４９）に対して、９０度±０．３度の角度内で配置されているため、弾性波の反射は同じ送信方向で発生し、同じ超音波素子が直接波（４０）の生成と１つまたは複数の反射波の受信（４１）に交互に使用され、これらの波のいくつかは、次に逆反射波（４２）の生成現象によって生成される反射波の存在によるものである可能性がある。その結果、超音波装置は、超音波弾性波が結晶化装置（３５）の厚みを横切った後、および場合によっては、設置された検出システムのタイプに関連して存在するときにはコンベア（３３）と結晶化装置（３５）との間の間隔（３６）を横切った後、同じ超音波装置が前回送信した超音波弾性波を受信する。さらに、それは逆反射によってより多くの回数で結晶化装置の厚みを横切った追加の超音波弾性波を受信する。したがって、センサーが受信した送信超音波（４０）のエコーには、結晶化装置の外壁（４９）に対応して反射された波と、結晶化装置（３５）内で逆反射した超音波（４２）によって生成された結晶化装置の内壁（４８）に対応して反射された波とが含まれる。
したがって、本発明の解決手段では、センサーは、センサー自体に対して正面に配置された結晶化装置の壁に対して直交または本質的に直交して超音波が送信されるように構成される。したがって、センサーは、結晶化器の壁と平行な平面上に配置された結晶化装置の壁に超音波素子が面する状態で取り付けられている。含まれる超音波は、モールドからの鋼の取り出し方向に直交する結晶化装置の壁に直交する平面上を移動する。有利なことに、送信された超音波の反射を実現するために結晶化装置に穴をあける必要はないが、反射は、水と結晶化装置（３５）の外壁（４９）との間の界面、または結晶化装置（３５）の内壁（４８）と結晶化装置に含まれる鋼との間の界面などの材料が変化する界面で発生する。
カバー（８）は、先に説明したように、超音波弾性波の効率的な伝達に適した材料でできている。カバー（８）は、加工された本体からなる。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、カバー（８）の取り付け面（５３）に適用される（図１４）。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、波の放出がカバー（８）の取り付け面（５３）に対して直交する方向に発生するように、カバー（８）の本体上に得られる対応する挿入座部に適用することができ、または特定の挿入座部を伴わずにカバーの対応する表面に直接適用することができる。各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、カバー（８）の対応する第１の支持面（１３、１６、１９、２２、２５、２８）に関連付けられる。各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、好ましくは超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）とカバー（８）間の音響結合を促進するペースト状の材料を塗布して、対応する第１の支持面に接着される。その結果、
－第１の超音波素子（１５）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第１の交差面（１４）に対して反対側にある対応する第１の支持面（１３）に対して静止状態にあり、
－第２の超音波素子（１８）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第２の交差面（１７）に対して反対側にある対応する第２の支持面（１６）に対して静止状態にあり、
－第３の超音波素子（２１）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第３の交差面（２０）に対して反対側にある対応する第３の支持面（１９）に対して静止状態にあり、
－第４の超音波素子（２４）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第４の交差面（２３）に対して反対側にある対応する第４の支持面（２２）に対して静止状態にあり、
－第５の超音波素子（２７）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する第５の交差面（２６）に対して反対側にある対応する第５の支持面（２５）に対して静止状態にあり、
－追加の超音波素子（３０）は、支持面と交差面が相互に平行で整列している構成に従って、検出面（６）上の対応する追加の交差面（２９）に対して反対側にある対応する追加の支持面（２８）に対して静止状態にある。
超音波素子は、それらの感知面または送信面がそれぞれの支持面に接触し平行になるように取り付けられる。
センサーの高さの展開に応じて、１つまたは複数の追加の超音波素子（３０）が存在する場合と存在しない場合がある。例えば、図示の実施形態（図１４）では、３つの追加の超音波要素（３０）がある。例えば、図示された別の実施形態（図１３）では、追加の超音波要素は存在しない。例えば、モールドの熱マッピングを得るために本発明を適用する場合、より多くの超音波素子を用いた解決手段を考えることができる。異なる周波数で動作する超音波素子を使用した解決手段は、除外されない。
超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の支持面（１３、１６、１９、２２、２５、２８）は、結晶化装置の壁に対して直交し、センサー（１）から出てくる直接波（４０）を、直接波（４０）が入射しなければならない表面に対して、すなわち、結晶化装置の壁に対して直交する伝播方向に従って導くようになっており、これに対応して、超音波弾性波の浸透が起こらなければならない。つまり、波の垂直入射がある。カバー（８）の本体は、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の取り付け面（５３）とは反対側の検出面（６）に対応するように作られており、支持面（１３、１６、１９、２２、２５、２８）と対応する超音波弾性波の交差面（１４、１７、２０、２３、２６、２９）との相互平行度を確保するようになっている。
カバー（８）が高分子材料でできている場合、弾性波の速度は２５００ｍ／秒程度である。この用途では、例えば、超音波弾性波の伝播速度が１５００から３５００ｍ／ｓの間のカバー材料の使用が想定される。
一実施形態では、オプションのスプリアスエコー減衰要素（３２）の使用も提供され（図１４、図１５）、これらは、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）に対応してカバー（８）に側方に適用される。減衰要素の材料は、直交方向以外の方向からのエコーを減衰させることによって音響波の減衰効果を有するポリマー材料であることが好ましい。減衰要素の材料は、吸収および減衰効果を高めるために、鋸歯状の隆起部および凹部を備えた表面を備えることが好ましい。鋸歯状の構造の隆起は、減衰される波長の大きさのオーダーのピッチを有する。これにより、ランダムな位相を持つ反射波が破壊的に互いに加算されるため、吸収効果を高めることができる。実際には、この要素には減衰作用があり、これは、材料自体が弾性波の吸収材料であるという事実と、形状が反射波の振幅を減少させるためである。減衰要素は（図１４、図１５）、センサー（１）の長さの展開方向に直交する方向に沿って長さが展開する縦方向要素である。
好ましくは、温度センサー（３１）を取り付けるために、座部（１２）もカバー（８）の本体内にもたらされ、それは、物理検出量の補正パラメータを取得するために、カバー（８）から直接波が出て反射波がカバー（８）を透過する検出面（６）付近の温度を検出する。温度センサー（３１）は、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の推定温度値を取得して自動ゼロ調整機能を備えたセンサー（１）の較正段階を実行するために、鋳造機を始動する前または鋳造プロセスを開始する前に温度を検出する。
本発明のセンサー（１）では、前に説明したように、直交方向に従って送信が行われるという事実のおかげで、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、送信素子および受信素子の両方として使用される。このようにして、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）について、超音波素子は、支持体（８）に対して直角に伝播する弾性波を送信し、支持体は、反射波と逆反射波からの戻り波が生成される結晶化装置と平行である。反射波と逆反射波からの戻り波は、超音波素子に向かう方向と反対に同じ伝播方向を維持し、したがって、それは、超音波素子自体によって送信された信号に関連する波を受信し、他の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）によって送信された信号に関連する波は受信しない。
このようにして結晶化装置（３５）への弾性波の直交入射が使用され、結晶化装置（３５）の厚さの任意の値に対してセンサー（１）の同じ構成を使用することが可能であるという非常に有利な結果を伴うので、同じ超音波素子を使用して、送信および対応する反射波を受信することが有利であり、これは、弾性波の非直交入射の場合には不可能である。これは、一般に、動作の領域または範囲と混同される可能性のある結晶化装置の任意の厚さに適用され、それは、カバー（８）の検出面（６）と結晶化装置（３５）の外壁（４９）との間の間隔（３６）の距離に実質的に対応する。
超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の構造（図１６）を参照すると、第１の超音波素子（１５）が参照されるが、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）が同じ構造を有することは明らかである。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、サンドイッチ構造が内部に配置された容器（５５）から構成され、その中にセラミックタイプの圧電トランスデューサ（５７）が、基板（５６）と適合要素（５８）との間に封入されている。適合要素（５８）は、支持体（８）に固定するためのインターフェースを構成し、一方、基板（５６）は、適合要素（５８）に関してトランスデューサ（５７）の反対側にある。支持体（８）への固定は、接着材料（５４）によって行われる。例えば、エポキシ樹脂などの様々な接着材料を使用することができる。特性は、センサーが必然的に受ける周期的な熱エクスカーションに関して信頼性を保証するようなものでなければならない。基板（５６）は、振動減衰要素として作用する樹脂と金属酸化物との混合物で構成され、より広い周波数帯域を使用して、存在する振動によって引き起こされる障害を減少させることができる。適合要素（５８）は音響インピーダンスアダプターである。基板材料は、生成される超音波の波長を基準にして、例えば、波長の４分の１など、好ましくは波長の分数に対応する高さの広がりを持たなければならない。理論的には、材料は、接合する材料のインピーダンスの幾何平均に等しい音響インピーダンスを持つ必要があるが、変動は許容される。
トランスデューサ（５７）の電気接続部（５９）は、基板（５６）内に組み込まれ、支持体（８）に固定された適合要素（５８）がある側とは反対側において容器（５５）から出ている。
超音波弾性波に関しては、前述のように、約１から１０ＭＨｚの間の動作周波数が使用され、４から５ＭＨｚの間の周波数を有する超音波弾性波がより好ましい。超音波弾性波は、コンベア（３３）と結晶化装置（３５）との間を循環する冷却流体（４４）の流れに直交して伝達されるので、送信される超音波弾性波は、流体との結合がｓ型せん断波の送信をサポートしないため、必然的にｐ型圧縮波になる。
直接的な超音波弾性波（４０）の送信は、パルス状に発生し、すなわち、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、結晶化装置（３５）に対して直交する送信方向に従って超音波弾性波の励起パルスを放射する。励起パルスは、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の駆動電圧を基準にして、５０Ｖから３００Ｖの間の振幅を有することができる。駆動電圧の選択は、使用する圧電セラミック材料の種類によって異なる。
パルスは、単極性または双極性である。単極性パルスは、直接成分から始まるスペクトルが減少し、したがって、トランスデューサの共振帯域が狭いため、エネルギーの一部が使用されない。双極性パルスは、励起帯域を共振帯域にうまく適合させることができるが、回路の観点からは、その実装により回路が単極性パルスの場合よりも複雑になる。
パルスの持続時間は、セラミックの共振周波数に適合可能である必要があり、通常、パルスの持続時間は、約１００ｎｓ程度である。パルスの前縁および後縁の時間は、パルスの持続時間よりも低いオーダーの大きさであり、約１０ｎｓのオーダーである。反射波（４１）と逆反射波の戻り（４２）、すなわち、説明されたパルスモードに従って送信された直接波（４０）のリターンエコーは、パルスの送信の瞬間から始まる約１００マイクロ秒の取得期間内に取得される。送信される直接波（４０）を生成するために、送信パルスの１ｋＨｚの繰り返し周波数が使用される。これらのパラメータを使用すると、通常５０ｍｓ程度の制御周期を必要とする連続鋳造プロセスの制御システムに必要なタイミングに従うことができる。
送信される直接波（４０）の生成のための各送信パルスに対して、結晶化装置（３５）を通過した弾性波に対する２つ以上のリターンエコーが取得（図１２）される。
超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、すべて同時に送信駆動できるが、単一パルス生成電子機器および受信されるパルスのための単一前処理電子機器を有するようにしてマルチプレクサ（６０）を使用する方が好ましく、より便利である。このようにして、単一パルス生成電子機器がマルチプレクサ（６０）を介して各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）に交互に接続され、一方、同じ超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）が結晶化装置（３５）からのリターンエコーを受信するために、受信されたパルスの単一前処理電子回路に接続される。マルチプレクサ（６０）は、センサー自体に組み込むことができ、または、ローカル処理ユニット（５１）またはジャンクションボックスに含まれるローカル電子ボードに配置することができる。
特に、超音波素子は、以下の合計に等しい時間Ｄｔ１の後に、最初に反射された超音波弾性波（４１）を受信する（図１２）。
－ＴＰ１：カバー（８）内の直接超音波弾性波（４０）の飛行時間。
－ＴＬ１：空間（３６）が存在する場合の、冷却流体（４４）の流れを伴う空間（３６）内の直接超音波弾性波（４０）の飛行時間。
－ＴＣ１：結晶化装置内を伝達された直接超音波弾性波（４０）の結晶化装置（３５）の厚み内の飛行時間。
－ＴＣ２：反射超音波弾性波（４１）の結晶化装置（３５）の厚み内での飛行時間であり、ＴＣ１に等しい。
－ＴＬ２：ＴＬ１に等しい間隔（３６）が存在する場合の、冷却流体（４４）の流れを伴う間隔（３６）内の反射超音波弾性波（４１）の飛行時間。
－ＴＰ２：カバー（８）内の反射超音波弾性波（４１）の飛行時間であり、ＴＰ１に等しい。
さらに、超音波素子は、以下の合計に等しい時間Ｄｔ２の後に、逆反射超音波（４２）の伝播による第２の反射超音波弾性波（４１）を受信する（図１２）。
－ＴＰ１：カバー（８）内の直接超音波弾性波（４０）の飛行時間。
－ＴＬ１：空間（３６）が存在する場合の、冷却流体（４４）の流れを伴う空間（３６）内の直接超音波弾性波（４０）の飛行時間。
－ＴＣ１：結晶化装置内を伝達された直接超音波弾性波（４０）の結晶化装置（３５）の厚み内の飛行時間。
－ＴＣ２：反射超音波弾性波（４１）の結晶化装置（３５）の厚み内での飛行時間であり、ＴＣ１に等しい。
－ＴＣ３：逆反射された超音波弾性波（４２）が内壁（４８）に向かって移動する結晶化装置（３５）の厚み内での飛行時間であり、ＴＣ１に等しい。
－ＴＣ４：逆反射された超音波弾性波（４２）が外壁（４９）に向かって移動する結晶化装置（３５）の厚み内での飛行時間であり、ＴＣ１に等しい。
－ＴＬ３：ＴＬ１に等しい間隔（３６）が存在する場合の、冷却流体（４４）の流れを伴う間隔（３６）内の逆反射超音波弾性波（４２）の飛行時間。
－ＴＰ３：カバー（８）内の逆反射超音波弾性波（４２）の飛行時間であり、ＴＰ１に等しい。
前に説明したように、音の伝播速度は温度に依存し、温度は結晶化装置に含まれる液体金属のレベル（３９）の位置に依存するため、時間ＴＣ１とＴＣ２は結晶化装置に含まれる液体金属のレベル（３９）の位置に依存し、したがって、送信と受信の間の全体の時間を測定することによって、レベル（３９）の位置の測定値を取得することが可能である。
測定はモールド内の超音波弾性波による飛行時間の原理に基づいているため、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）が、時間的に局所化された信号に対応する直接波（４０）、すなわち、短い時間延長と少数の周期を有し、理想的には、単一の波周期、最大２つの波周期によって特徴付けられる波を生成することが重要である。実際、時間的にあまり局所化されていない信号、つまり多数の波周期を含む信号は、反射波の検出に対応する時点の決定を非常に複雑にし、したがって、システムの適用に依存して、レベルの位置または温度の位置を推定する際の誤差が増加する。超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）によって生成された直接波（４０）に関して時間的に局所化された信号の特性は、システム全体が高帯域幅に関連付けられている場合に得ることができ、時間的にあまり局所化されていない信号からなる直接波（４０）の発生を防止する振動減衰要素の機能を有する基板（５６）の存在により有利に得られる（図１６）。
これは、リターンエコーを適切に認識できるようにするためにも必要である。例として、振幅が１００Ｖの超音波弾性波発生パルスを考えると、受信される最初のエコーは、数ｍＶから数十ｍＶの間の振幅を有する可能性があり、したがって、別個の明確な反射波を有することが非常に重要である。
測定が正しく機能するためには、銅の横断後に少なくとも２つのリターンエコーが必要である。実際、それらの時間差から、銅温度の推定値を導き出すことが可能であり、垂直に配置された異なる超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）を介した異なるポイントでの測定値間の補間技術を使用し、溶鋼が投入されるモールドの結晶化装置の銅の温度プロファイルをモールドの端からの距離の関数として表す曲線（図１０）を通じて、レベル位置を明らかにする。
適切なデジタルサンプリングと信号の適切な数学的処理により、１ナノ秒の分解能に到達することが可能である。検出されたエコーのピーク間の時間的距離が大きいほど、相対誤差は小さくなる。したがって、精度を向上させるために、いくつかの実施形態では、例えば、受信された第１のエコーと受信された第３のエコー、または受信された第１のエコーと受信された第４のエコーなど、異なるエコーの組み合わせの使用が提供される。しかしながら、逆反射の結果として徐々に受信される連続するエコーのピークの振幅である受信信号の振幅は、減衰により漸進的に減少し、これにより、複数の逆反射によるエコーの使用が制限される。
温度測定に関しては、１度程度の精度を達成することができる。
時間遅延の取得から得られた温度測定値からレベルを推定するには、次の手順を使用できる。
－結晶化装置の上部からの距離を「Ｚ」として定義すると（図１０）、対応する温度測定値は、Ｚ軸に沿った各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の位置に関連付けられる。
－このようにして得られた測定値の補間が、例えば三次補間によって実行され、補間された曲線が得られる。
－取得された測定値を表す補間曲線が取得されると、補間曲線の最大点に対応するＺＭａｘ座標が決定される。
－レベルの位置は、ＺＬレベルの位置の測定値を取得するために補正オフセット値を追加することによって取得される。
補正オフセット値は、プロセステーブルを介して取得できる鋼のタイプに依存するキャリブレーション値であり、鋳造機とモールドのタイプにも依存する。
モールド内で何が起こるかについて典型的な構成に基づく説明的な例を検討すると（図１２）、次の定義を考慮する必要があり、これによれば、ｔ１は、鋼にさらされた銅の壁の最初の反射が受信機に到達する時間を示し、ｔ２は、鋼にさらされた銅の壁の２番目の反射が受信機に到達する時間を示す。
モールドのさまざまな部分の移動時間に基づいて（図１２）、次のようになる。
－ｔ１＝２（ＴＰ１＋ＴＬ１＋ＴＣ１）
－ｔ２＝２（ＴＰ１＋ＴＬ１＋ＴＣ１＋ＴＣ３）
弾性波の伝播時間は銅の温度に依存するので、ｔ２－ｔ１＝２ＴＣ３＝２ＴＣ１＝２ＴＣ２＝ｆ（Ｔ）となり、ここで、ｆ（Ｔ）は銅の温度の関数を示す。したがって、時間を温度に結び付ける関数関係を見出すと、時間の実験的測定から出発して得られた温度の反転によって測定値が得られる。鋳造段階の銅内部の温度は均一ではなく、勾配がある。しかし、高温側と低温側の間の温度減衰は銅内部でほぼ線形であるため、関数関係ｔ２－ｔ１＝ｆ（Ｔ）は、ｔ２－ｔ１＝ｆ（ａｖｅｒａｇｅＴ）で効果的に近似でき、ここで、ａｖｅｒａｇｅＴは銅自体の内部の平均温度を表す。したがって、実験的に知られている曲線ｆ（Ｔ）の知識から、時間ｔ１とｔ２の測定から出発して銅の温度を決定し、これからモールド内の鋼レベルの位置を決定することができる。
必要な測定値を取得するために、すなわち、最初に結晶化装置の温度の測定値を得て、これから出発してモールド内の鋼レベルの位置の測定値を得るために、センサーの各超音波素子について示された処理方法の使用が提供される。
対処しなければならない問題は、システムの定数パラメータではない結晶化装置の厚さに関するものであり、与えられた構成に対して提供された厚さの値を使用しても、結晶化装置の熱い壁の漸進的な消費と、局部的な摩耗の可能性のある問題を排除するためにこの壁で実行される可能性のある処理の漸進的な消費により、モールド内に存在する結晶化装置の実際の値に対応しないからである。したがって、結晶化装置の厚さは確実にはわからないパラメータであり、結晶化装置内の弾性波の跳ね返りのタイミングに大きく影響する。
この目的のために、システムの自動ゼロ調整手順が実装されている。最初は、センサーの各超音波素子について、鋳造プロセスの開始前のモールドが空である。
以下が定義されている。
－Ｗ１：結晶化装置の冷却水がある側である、銅の低温表面での最初の反射波の受信機への到着時間を表す。
－Ｗ２：結晶化装置の冷却水がある側である、銅の低温表面での２回目の反射波の受信機への到着時間を表す。
－Ｐ１：結晶化装置の溶鋼がある側である、銅の高温表面での最初の反射の受信機への到達時間を表す。
－Ｐ２：結晶化装置の溶鋼がある側である、銅の高温表面での２回目の反射の受信機への到達時間を表す。
－Ｒ１：水にさらされた、好ましくはレキソライトのカバー（８）の表面での最初の跳ね返りの受信機への到達時間を表す。
－Ｒ２：水にさらされた、好ましくはレキソライトのカバー（８）の表面での２回目の跳ね返りの受信機への到達時間を表す。
システムの自動ゼロ調整手順には、次のステップが含まれる。
－モールド（３４）の結晶化装置の冷壁または外壁（４９）上の投入領域への直接弾性波（４０）のパルスの送信。結晶化装置からの戻り信号は同じ超音波素子によって取得される。
－戻り信号の介在した信号の作成。
－ピークＷ１の識別。
－ピークＰ１の識別。
－取得時間ウィンドウのシーケンスの識別。各ウィンドウは、後続の温度計算フェーズに使用される結晶化装置からのリターンエコーの存在が予想される時間間隔に対応する。
－取得時間ウィンドウの選択。識別され選択されたウィンドウは、ピークＷ１およびＷ２の取得を除外する。
－直接弾性波（４０）のパルスの時間的に間隔をあけて分断されたシーケンスを送信することと直接弾性波（４０）の各パルスの一連のリターンエコーの取得による応答時間の平均の作成。
このフェーズで対処しなければならない重要な問題は、ピークの分析のためのウィンドウの識別と、電子ボードのゲインの定義に関するものである。実際、一般的な考え方は、ピークＷ１の振幅値は高く、おそらく飽和している必要があり、ピークＰ１の振幅は事前定義されたウィンドウ内に収まる必要があるということである。
これらの条件を得るために、電子ボードはゲインを動的に変更し、アンプのゲインが変化するたびに、自動ゼロ調整サイクルが再び開始される。手順の最後に、時間ウィンドウを一義的に定義する時間軸上に間隔が確立される。最初のピークと残りのピークの間の時間差が計算され、その時点で一次水温が関連付けられるゼロの値が設定される。処理手順は、このゼロに関する時間的変動を抽出し、それらを温度に変換する。 処理フェーズ中は時間ウィンドウを変更できないことを強調しておく。
一般に、レキソライト支持体またはカバー（８）の自由表面上でＰ型波が生成され、最初にレキソライト支持体またはカバー（８）の中を伝播し、次に水の中、最後に結晶化装置の中を伝播することが観察される（図１１、図１２）。各界面で反射波が発生し、測定を妨害する可能性がある。この問題を回避するために、レキソライト支持体またはカバー（８）のブロックは、レキソライト支持体またはカバー（８）と水の表面による跳ね返りと、水と結晶化装置の表面による跳ね返りが重なるように、設計されている。このようにして、結晶化装置内の跳ね返りの分析のための時間ウィンドウが最大化される。このように、ＤｔＲ、ＤｔＷ、およびＤｔＣｕとして、それぞれの材料における波Ｐの２倍の移動時間を定義すると、センサーの設計ルールは次のようになる。
「ｎ」は適切な跳ね返り数を意味する。
式（１）から、次のようになる。
ｖＲとｖＷはそれぞれ、レキソライト支持体（８）中では約２．２ｍｍ／マイクロ秒に等しく、水中では約１．４８ｍｍ／マイクロ秒に等しい波Ｐの速度を示す。ｖＲ／ｖＷ比は約１．５に等しい。厚さ２４ｍｍの水中での跳ね返り時間は約３２．５秒である。したがって、最初の跳ね返りＲ１に対応する点Ｒ１は約３２．５秒であり、点Ｒ２＝Ｗ１は約６５秒である。
結晶化装置の通常の材料である銅または銅合金の超音波速度は約４．７６ｍｍ／マイクロ秒であるため、測定領域での晶析装置の厚さを１８ｍｍとすると、１回の跳ね返りは約７．５マイクロ秒かかり、したがって、特定の構成では、銅の最大４回の跳ね返りが発生する可能性がある。プロジェクトの目標は、最悪の状況で少なくとも２回の確実な跳ね返りを得ることである。プレートモールド内の結晶化装置の厚さは一定ではなく、その後の再加工後に最大約８ｍｍまで減少する可能性がある。したがって、この簡単な分析から明らかなように、主要な問題は銅の未知の厚さであり、アプリオリに定義された時間ウィンドウで個々の跳ね返りを分離する試みは失敗する。最初（Ｐ１）のピークと２番目（Ｐ２）のピークの間の時間的距離の尺度としてＤｔＣｕを設定すると、定義により、以下が得られる。
ＤＬは結晶化装置の厚さ、ｖ（Ｔ）は温度に依存した超音波の速度である。原理的には、温度勾配が大きいため、速度は銅のすべての点で変化する。しかし、平均値定理を適用することにより、前の式を次のように簡略化できることが数値的に実証できる。
ここで、Ｔ＊は平均値定理によって与えられる正確な値であり、上部のバーを含むＴは、超音波ビームの影響を受ける領域の結晶化装置の平均温度を表す。さらに、実験的に、温度と速度の間には次の式によって与えられる実質的な線形関係がある。
ｍｖとｑｖは速度変数ｖを参照する係数であり、ｍｖは線形変動係数、ｑｖは線形関係の切片係数である。
したがって、実験的には、時間的距離は温度変化の関数として変化するため、最終的に次の推定量が得られ、ここで、頂点の「ｓ」は推定測定値を示す。
ＤＬも原則として温度の関数であることがわかるが、その変動は無視できるため、ＤＬ（Ｔ）＝ＤＬ＝定数であると断言できる。記述を簡素化するために、Ｔ０＝自動ゼロ調整手順中に推定された平均温度、Ｔ＝計算フェーズ中に推定された平均温度を定義する。さらに、Ｄｔ（Ｔ）＝ＤｔＣｕ（Ｔ）と設定すると、前の式から次の式が得られる。
式（７）を式（６）に代入すると、厚さが不変であると仮定して次の式が得られる。
しかし、優れた近似値はＤｔ０／Ｄｔ（Ｔ）がほぼ１であるため、最終的に次の単純化された推定量が得られることが留意される。
これに同じ近似を利用することで、さらに次のように単純化できる。
結晶化装置の厚さの実際の値は不明であり、特に修復プロセスの後では不明であるため、式（６）に対する式（９）および（１０）の明らかな利点は、結晶化装置の厚さを知る必要がないことであり、これは重要なポイントである。
これまでの仮説を確認するために、いくつかの数値評価を続ける。実験的に、ｑｖは約４．７ｍｍ／マイクロ秒に等しく、ｍｖは約－５×１０－４に等しいことが観察され、その結果、ｑｖ／ｍｖは約９０００に等しくなる。さらに、銅ブロックが均一な温度変化をする場合、プロセスの最大ダイナミクスは、鋳造プロセスで典型的な銅の厚さの場合にＤｔ（Ｔ）が５マイクロ秒にほぼ等しいのと比較して、数十ナノ秒のオーダーである。
時間ウィンドウの識別を進めるには、信号が正しい特性を持っていることを確認する必要があり、特に、信号の振幅が非常に重要である。実際、ピークＰ１が十分に高い値を持っていることを確認する必要があるが、危険なほど飽和に近づかないようにする必要がある。したがって、準備フェーズでは、ピークＷ１のゲインを修正するが、これは確かに最も顕著なピークであり、その位置は構造によって非常に明確に定義されているためである。確実にｔｗ１を識別した後、結晶化装置の厚さに関係なく、構造上、結晶化装置の厚さは最大値と最小値の間にあるため、ピークＰ１はｔｗ１に関して特定のウィンドウ内に位置する必要がある。Ｐ１の振幅の値が予想されるウィンドウ内に収まる場合、ピークＰ２、Ｐ３などの減衰が予想どおりに発生すると予想するのは合理的である。図面（図１９）を参照すると、ピークＷ１の時間ｔｗ１を特定するには、次の２つの条件が必要である。
・Ｗ１Ｂがｔｗ１以下、Ｗ１Ａ以下（経時的な状態）。
・ａＷ１がＷ１Ｃ以上（振幅の状態）。
自動利得制御（ＣＡＧ）の場合、ａＷ１がＷ１Ｄ以上であり、Ｗ１ＤがＷ１Ｃ以上であるというさらなる条件が設定される。このようにして、ａｗ１を動的に変更して期待どおりにすることができる。ピークＰ１の時間ｔｐ１を特定するために、同じ方法で進めるが、時間距離はｔｗ１に関して定義される。
この時点で、結晶化装置のシーケンス全体におけるエコーの距離の合理的な推定値を取得することが可能であり、したがって、最初のピーク以外の各ピークについて（論理的には、２番目のピークも除外できる）、Δｔｐ＝ｔｐ２－ｔｐ１を設定し、次の制約が適用される。
所定の最大反復回数まで、または条件が満たされるまで、前の条件を反復することにより、一連のすべてのピークが取得される。エコーの時間が特定されると、リアルタイムで検索を実行するための時間ウィンドウを構築できる。これらのウィンドウの幅ＰＷを定義するパラメーター（図２０）は、温度の関数としてピークの可能な絶対偏位を含むように定義する必要がある。鋳造が行われているときは、結晶化装置に加えて、水とレキソライトの温度も上昇することに注意すべきである。例えば、水は、銅とは逆のふるまいをする。
ウィンドウを正しく識別した後、自動ゼロ基準を構成する時間差の値を構築するためにデータの取得が実行される。シーケンスにおける動作は次のとおりである。
・データの取得。
・実効値の制御。
・ピークの抽出。
・時間差と水温の平均の実行。
示されたシーケンスは、所定の反復回数を繰り返し実行され、平均値が計算される。平均化が完了すると、較正の検証が実行され、これは、測定されたすべての時間差が、予期される範囲の間で結晶化装置の厚さの計算を可能にすることを検証することから成る。厚さの計算は、式（５）の係数を使用して行われる。
温度推定フェーズは、次のステップにより構成される。
・生データと可能性のある平均の取得。
・実効値の制御。
・ピークの抽出。
・時間と温度の平均の実行。
・銅温度の計算。
・計算の検証。
このサイクルを繰り返し実行してプロセスの制御を実行する。
取得された生データは平均化される可能性がある。実効値の制御とピークの抽出は、前述の自動ゼロ手順と同様に行われる。次に、銅の絶対温度が計算される。
絶対温度は、式（９）を使用して計算され、ここで、Ｔ０とΔｔ０は、それぞれ測定された水温とピークの時間差の自動ゼロ値を意味する。
レベルを計算するために、少なくとも１対のウィンドウが選択され、それぞれに対応するピークが含まれる。各ウィンドウは前述のように分析され、説明された方法に従って温度が計算される。いずれの場合も、自動ゼロ値に対するΔｔの時間変動が事前定義されたナノ秒の範囲内にあることを検証するために制御フェーズが提供され、これにより、報告されるアラーム状況に対応する、取得のエラーまたは予期されたもの以外の機械のパラメータがないことが確認される。
最後に、本発明は、鋳造機のモールド（３４）の結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、結晶化装置（３５）内の液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するためのセンサー（１）に関する。センサー（１）は、モールド（３４）内に設置されるように適合され、センサー（１）は閉鎖カバー（８）を含むチャンバー（１０）を備えたケース（２）を含み、カバー（８）は検出面（６）に配置され、カバー（８）はセンサー（１）の長さの展開方向に従って相互に垂直に間隔をあけて配置された少なくとも１つの超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の第１のシリーズをチャンバー（１０）の内部に含み、それは結晶化装置（３５）の壁（４８、４９）の長さの展開方向に対して平行であり、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の第１のシリーズは、少なくとも１つの第１の超音波素子（１５）、第２の超音波素子（１８）、第３の超音波素子（２１）を含む。垂直という用語は、重力の方向と、センサーの長さの展開方向に関するセンサーの構造を指す。各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は、結晶化装置（３５）に対して直交入射する送信超音波（４０）の直交入射のためにセンサー（１）の長さの展開方向に対して直交する方向に従ってカバー（８）上に配置され、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は送信超音波（４０）の送信機および受信超音波弾性波の受信機として代替的に構成可能であり、それは同じ超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の送信超音波（４０）の反射波のエコーからなる結晶化装置（３５）からの戻り超音波である。いくつかの実施形態（図１７）では、センサー（１）は、２つ以上の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の前記シリーズを含み、各シリーズは、検出面（６）に対して平行な平面上に配置され、センサー（１）の長さの展開方向に対して直交する間隔方向に従って別の隣接するシリーズに対して間隔をあけてこの平面上に配置される。
本発明はまた、結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、メニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するための検出システム（１、５１）に関し（図１１）、検出システム（１、５１）はモールド（３４）内に設置されることを意図したセンサー（１）と、信号取得および処理ユニット（５１）とを含み、それはセンサー（１）に接続されており、センサー（１）は前述の通りであり、取得および処理ユニット（５１）は受信超音波弾性波の受信信号の取得および処理のためにセンサー（１）に接続される。好ましくは、検出システム（１、５１）は、超音波パルス発生器を超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の１つに代替的に接続するためのマルチプレクサ（６０）を含む。検出システム（１、５１）は、少なくとも２つのセンサーを含むことができ、それらは結晶化装置の異なる側に配置される。
本発明は、結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、メニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を、モールド（３４）内に設置された前述のセンサー（１）によって、検出するための検出方法にも言及し、その方法は以下のステップを含む測定フェーズを含む。
（ａ）センサーの送信超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）のうちの１つによる結晶化装置（３５）に対して直交入射する送信超音波（４０）のパルスの送信。
（ｂ）同じ送信超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）による送信超音波（４０）の反射波のエコーに対応する信号の受信および取得。
（ｃ）センサー（１）の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）のシリーズの超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）のセットについてフェーズ（ａ）および（ｂ）の繰り返し。
（ｄ）反射波のエコーに対応する信号の処理。
（ｅ）結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、メニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択された物理量の少なくとも１つの計算。
検出方法は、結晶化装置の厚さとは無関係に測定を行うために、測定フェーズに関する予備的な自動ゼロ調整手順を含み、自動ゼロ調整手順は鋳造機の開始フェーズの前に発生する手順であり、自動ゼロ調整手順は次のステップを含む。
－モールド（３４）の結晶化装置の注入領域への直接弾性波（４０）のパルスの超音波素子の少なくとも１つによる送信、および同じ超音波素子による結晶化装置からの戻り信号の取得。
－戻り信号の媒介信号の構築。
－第１のピークＷ１の識別。Ｗ１は、結晶化装置の冷却水と接触している結晶化装置の表面から来る第１の反射の対応する超音波素子への到達時間を表す。
－第２のピークＰ１の識別。Ｐ１は、液体金属と接触している結晶化装置の表面から来る第１の反射の対応する超音波素子への到達時間を表す。
－各ウィンドウが時間間隔に対応する取得時間ウィンドウのシーケンスの識別。結晶化装置からのリターンエコーの存在が予想される。
－取得時間ウィンドウの選択。識別され選択されたウィンドウは、次の測定フェーズ中にピークＷ１およびＷ２の取得を除外し、Ｗ２は、結晶化装置の冷却水と接触している結晶化装置の表面から来る第２の反射の対応する超音波素子への到達時間を表す。
－直接弾性波（４０）のパルスの時間間隔をあけて分離されたシーケンスを送信することによる応答時間の平均の構築、および直接弾性波（４０）の各パルスに対するリターンエコーのシリーズの取得。
検出方法は、受信ピークＷ１が取得電子装置に関して飽和状態または飽和に近い状態の振幅値を有するように電子利得パラメータを定義するフェーズを含むことができ、利得パラメータの定義のフェーズは、受信ピークＷ１の振幅の値の飽和または飽和に近い状態が得られるまで、利得の動的な方法での変化の反復の繰り返しフェーズである。結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度とメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択された物理量の少なくとも１つの計算に関するステップは、自動ゼロ調整手順中と測定フェーズ中に受信したピークの検出時間の間の時間差の計算フェーズを含むことができ、計算は計算された時間差に基づいて生じる。前に（９）で示した式を使用して、この方法は、超音波素子のうちの少なくとも１つについて結晶化装置の温度を計算するフェーズを含むことができる。この方法は、前記結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置の計算のフェーズを含むことができ、メニスカスまたはレベル（３９）の位置の計算のフェーズは、センサーの高さの展開に沿った異なる位置で結晶化装置の温度の計算測定値の取得をする少なくとも３つの超音波素子を用いた結晶化装置の温度の計算のフェーズを含み、メニスカスまたはレベル（３９）の位置の計算のフェーズは、以下のステップを含む。
－結晶化装置の温度の計算測定値の補間、補間曲線の取得。
－補間曲線の最大点に対応する座標の決定。この座標はレベルの位置を表す。
最後に、本発明は、液体金属（３７）を投入するための少なくとも１つのモールド（３４）を備えた鋳造機にも言及し、モールドは結晶化装置（３５）を備え、鋳造機は、前述のセンサー（１）または前述の検出システム（１、５１）から選択される少なくとも１つの素子を備える。鋳造機は、結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するための検出方法を含む制御方法に従って動作することができ、検出方法は記載されたように行われる。
本発明の説明は、その好ましい実施形態の１つにおいて添付の図面を参照してなされたが、多くの可能な変更、修正、および変形が、前述の説明に照らして当業者にはすぐに明らかであることは明白である。したがって、本発明は前述の説明に限定されないことを強調しなければならず、添付の特許請求の範囲に従ったすべての変更、修正、および変形を含む。
添付の図面の識別勉号に関しては、次の用語が使用されている。
１ センサー
２ ケース
３ 固定手段
４ コネクター
５ ケーブル
６ 検出面
７ スリットまたは孔
８ 支持体またはカバー
９ 閉鎖プレート
１０ チャンバー
１１ 出口
１２ 座部
１３ 第１の支持面
１４ 第１の交差面
１５ 第１の超音波素子
１６ 第２の支持面
１７ 第２の交差面
１８ 第２の超音波素子
１９ 第３の支持面
２０ 第３の交差面
２１ 第３の超音波素子
２２ 第４の支持面
２３ 第４の交差面
２４ 第４の超音波素子
２５ 第５の支持面
２６ 第５の交差面
２７ 第５の超音波素子
２８ 追加の支持面
２９ 追加の交差面
３０ 追加の超音波素子
３１ 温度センサー
３２ 減衰要素
３３ コンベア
３４ モールド
３５ 結晶化装置
３６ 空間
３７ 液体金属
３８ スキン
３９ レベル
４０ 直接波または送信波
４１ 反射波
４２ 逆反射波
４３ ハウジング
４４ 水の流れ
４５ 金属の流れ
４６ 上端
４７ 下端
４８ 内壁
４９ 外壁
５０ 重力の方向
５１ 処理ユニット
５２ 制御ユニット
５３ 取り付け面
５４ 接着材料
５５ 容器
５６ 基板
５７ トランスデューサ
５８ 適合要素
５９ 電気接続部
６０ マルチプレクサ

Claims (21)

  1. －液体金属（３７）の鋳造機のモールド（３４）の結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と
    －前記結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置と
    の間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するためのセンサー（１）であって、センサー（１）はモールド（３４）内に設置されることが意図され、センサー（１）は閉鎖カバー（８）を含むチャンバー（１０）を備え、カバー（８）は検出面（６）に配置され、カバー（８）はセンサー（１）の長さの展開方向に従って相互に垂直に間隔をあけて配置された超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の少なくとも１つの第１のシリーズをチャンバー（１０）の内部に備え、カバー（８）は結晶化装置（３５）の壁（４８、４９）の長さの展開方向に対して平行であり、超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の第１のシリーズは少なくとも１つの第１の超音波素子（１５）と第２の超音波素子（１８）と第３の超音波素子（２１）を含み、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は結晶化装置（３５）に対して直交入射する送信超音波（４０）の直交入射のためにセンサー（１）の長さの展開方向に対して直交方向に従ってカバー（８）上に配置され、各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は送信超音波（４０）の送信機および受信超音波弾性波の受信機として代替的に構成可能であり、受信超音波弾性波は同じ超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の送信超音波（４０）の反射波のエコーからなる結晶化装置（３５）からの戻り超音波であるセンサー（１）において、センサー（１）は減衰要素（３２）を含み、減衰要素（３２）は各超音波要素（１５、１８、２１、２４、２７、３０）に対応してカバー（８）に対して側方に配置され、減衰要素は直交方向以外の方向からのエコーの減衰のために音響波に対する減衰効果を持つ材料で作られ、減衰要素はセンサー（１）の長さの展開方向に対して直交する方向に沿って長さが展開する縦要素であることを特徴とするセンサー（１）。
  2. 減衰要素は吸収効果と減衰効果の増加のために鋸歯状の隆起部と凹部を備えた表面を備えた材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載のセンサー（１）。
  3. 鋸歯状の構造の隆起部は吸収効果の増加のために減衰される波長の大きさのオーダーのピッチを有することを特徴とする請求項２に記載のセンサー（１）。
  4. 送信超音波（４０）の反射波のエコーは結晶化装置の外壁（４９）に対応して反射された波と結晶化装置（３５）内の逆反射した超音波（４２）によって生成された結晶化装置の内壁（４８）に対応して反射された波とを含むことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のセンサー（１）。
  5. カバー（８）は超音波弾性波の効率的な伝達に適した材料で作られていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のセンサー（１）。
  6. 各超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）は容器（５５）を含み、容器（５５）の中にサンドイッチ構造が配置され、超音波圧電トランスデューサ（５７）が基板（５６）と適合要素（５８）の間に封入され、適合要素（５８）はカバー（８）上の固定インターフェースを構成し、基板（５６）は適合要素（５８）に対してトランスデューサ（５７）の反対側に位置し、適合要素（５８）は音響インピーダンスアダプターであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のセンサー（１）。
  7. 基板（５６）は振動を減衰させるために樹脂と金属酸化物との混合物から構成されることを特徴とする請求項６に記載のセンサー（１）。
  8. 基板（５６）は送信超音波（４０）の波長部分に対応する厚さを有することを特徴とする請求項６または７に記載のセンサー（１）。
  9. 基板（５６）は送信超音波（４０）の波長の１／４に相当する厚さを有することを特徴とする請求項８に記載のセンサー（１）。
  10. カバー（８）の本体の内側には検出面（６）に対応する座部（１２）がもたらされ、センサー（１）はセンサー（１）による検出物理量の補正パラメータの取得のための検出面（６）近傍の温度の検出のために座部（１２）内に収容された温度検出器（３１）を備えることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載のセンサー（１）。
  11. ２つ以上の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の前記シリーズを含み、各シリーズは検出面（６）に対して平行な平面上に配置され、センサー（１）の長さの展開方向に対して直交する間隔方向に従って別の隣接するシリーズに対して間隔をあけてこの平面上に配置されることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載のセンサー（１）。
  12. －液体金属（３７）の鋳造機のモールド（３４）の結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と
    －前記結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置と
    の間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するための検出システム（１、５１）であって、検出システム（１、５１）はモールド（３４）内に設置されることが意図されたセンサー（１）と信号取得および処理ユニット（５１）とを含み、信号取得および処理ユニット（５１）はセンサー（１）に接続されている検出システム（１、５１）において、センサー（１）は請求項１～１１のいずれかに従って作られ、取得および処理ユニット（５１）は受信超音波弾性波の受信信号の取得および処理のためにセンサー（１）に接続されることを特徴とする検出システム（１、５１）。
  13. 超音波パルス発生器を超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）の１つに代替的に接続するためのマルチプレクサ（６０）を含むことを特徴とする請求項１２に記載の検出システム（１、５１）。
  14. 少なくとも２つの前記センサーを含み、それらは結晶化装置の異なる側に配置されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の検出システム（１、５１）。
  15. －液体金属（３７）の鋳造機のモールド（３４）の結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と
    －前記結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置と
    の間で選択される少なくとも１つの物理量をモールド（３４）内に設置されたセンサー（１）によって検出するための検出方法であって、センサー（１）は請求項１～１１のいずれかに従って作られ、
    （ａ）センサーの送信超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）のうちの１つによる結晶化装置（３５）に対して直交入射する送信超音波（４０）のパルスの送信と
    （ｂ）同じ送信超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）による送信超音波（４０）の反射波のエコーに対応する信号の受信および取得と
    （ｃ）センサー（１）の超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）のシリーズの超音波素子（１５、１８、２１、２４、２７、３０）のセットについてフェーズ（ａ）および（ｂ）の繰り返しと
    （ｄ）反射波のエコーに対応する信号の処理と
    （ｅ）結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と、メニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択された物理量の少なくとも１つの計算と
    のステップを含む測定フェーズを含む検出方法において、
    結晶化装置の厚さとは無関係に測定を行うために測定フェーズに関する予備的な自動ゼロ調整手順を含み、自動ゼロ調整手順は鋳造機の開始フェーズの前に発生する手順であり、自動ゼロ調整手順は
    －モールド（３４）の結晶化装置の注入領域への直接弾性波（４０）のパルスの超音波素子の少なくとも１つによる送信、および同じ超音波素子による結晶化装置からの戻り信号の取得と
    －戻り信号の媒介信号の構築と
    －第１のピークＷ１の識別であって、Ｗ１は結晶化装置の冷却水と接触している結晶化装置の表面から来る第１の反射の対応する超音波素子への到達時間を表す、第１のピークＷ１の識別と
    －第２のピークＰ１の識別であって、Ｐ１は液体金属と接触している結晶化装置の表面から来る第１の反射の対応する超音波素子への到達時間を表す、第２のピークＰ１の識別と
    －取得時間ウィンドウのシーケンスの識別であって、各ウィンドウは時間間隔に対応し、結晶化装置からのリターンエコーの存在が予想される、取得時間ウィンドウのシーケンスの識別と
    －取得時間ウィンドウの選択であって、識別され選択されたウィンドウは次の測定フェーズ中にピークＷ１およびＷ２の取得を除外し、Ｗ２は結晶化装置の冷却水と接触している結晶化装置の表面から来る第２の反射の対応する超音波素子への到達時間を表す、取得時間ウィンドウの選択と
    －直接弾性波（４０）のパルスの時間間隔をあけて分離されたシーケンスを送信することによる応答時間の平均の構築、および直接弾性波（４０）の各パルスに対するリターンエコーのシリーズの取得と
    のステップを含むことを特徴とする検出方法。
  16. 受信ピークＷ１が取得電子装置に関して飽和状態または飽和に近い状態の振幅値を有するように電子利得パラメータを定義するフェーズを含み、利得パラメータの定義のフェーズは受信ピークＷ１の振幅の値の飽和または飽和に近い状態が得られるまで利得の動的な方法での変化の反復の繰り返しフェーズであることを特徴とする請求項１５に記載の検出方法。
  17. 結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度とメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択された物理量の少なくとも１つの計算に関するステップは、自動ゼロ調整手順中と測定フェーズ中に受信したピークの検出時間の間の時間差の計算フェーズを含み、計算は計算された時間差に基づいて生じることを特徴とする請求項１５または１６に記載の検出方法。
  18. 超音波素子の少なくとも１つについて結晶化装置の温度の計算のフェーズを含み、温度の計算のフェーズは式
    によって行われ、Ｔ０とΔｔ０はそれぞれモールドの冷却水の温度と受信されたピークの間の時間差の予備的な自動ゼロ調整手順中に取得された値であることを特徴とする請求項１５～１７のいずれかに記載の検出方法。
  19. 前記結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）のメニスカスまたはレベル（３９）の位置の計算のフェーズを含み、メニスカスまたはレベル（３９）の位置の計算のフェーズはセンサーの高さの展開に沿った異なる位置で結晶化装置の温度の計算測定値の取得をする少なくとも３つの超音波素子を用いた結晶化装置の温度の計算のフェーズを含み、メニスカスまたはレベル（３９）の位置の計算のフェーズは
    －結晶化装置の温度の計算測定値の補間、補間曲線の取得と
    －補間曲線の最大点に対応する座標の決定であって、この座標はレベルの位置を表す、補間曲線の最大点に対応する座標の決定と
    のステップを含むことを特徴とする請求項１５～１８のいずれかに記載の検出方法。
  20. 液体金属（３７）を鋳造するための少なくとも１つのモールド（３４）を備えた鋳造機であって、モールドが結晶化装置（３５）を備えた鋳造機において、鋳造機は
    －結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）前記液体のメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するためのセンサー（１）であって、センサー（１）は請求項１～１１のいずれかに従って作られるセンサー（１）と
    －結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）前記液体のメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するための検出システム（１、５１）であって、検出システム（１、５１）は請求項１２～１４のいずれかに従って作られる検出システム（１、５１）と
    の間から選択される少なくとも１つの素子を備えることを特徴とする鋳造機。
  21. 結晶化装置（３５）の少なくとも一部の温度と結晶化装置（３５）内の前記液体金属（３７）前記液体のメニスカスまたはレベル（３９）の位置との間で選択される少なくとも１つの物理量を検出するための検出方法を含む制御方法に従って動作し、検出方法が請求項１５～１９のいずれかに従って行われることを特徴とする請求項２０に記載の鋳造機。
JP2023513334A 2020-08-28 2021-07-29 測定センサー、システムおよび方法、ならびに鋳造機 Pending JP2023543383A (ja)

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