JP3143701U - 管内検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱に対して耐性が強い管内検出装置を提供する。
【解決手段】管内検出装置は、マイクロ波を送信及び受信するマイクロ波送受信部と、マイクロ波送受信部が受信したマイクロ波における受信強度の時間変化に応じて管材内に存ずる物体の有無を検出する検出部と、マイクロ波送受信部と検出部とを収容するとともに、管材の外周壁を狭着して保持する管材保持部と、マイクロ波送受信部から送信されたマイクロ波を保持された管材に導く導波管路とをその内部に備える金属製の筺体とを有する。
【選択図】図２

Description

本考案は、管内検出装置に関し、特にマイクロ波を用いて管内の物体を検出する管内検出装置に関するものである。

従来、プラント及びブラスト装置等の管材内を流れる物体を検出するために、マイクロ波を用いて物体を検出する管内検出装置が知られている。

例えば、マイクロ波におけるドップラー効果を利用して、管材内に存ずる物体の流れを検出する信号弁別器が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
実用新案登録 第３０２６７４９号

ドップラー効果を使用して管材内の物体を検出する場合、外乱によって物体の検出精度が影響を受ける場合があった。また、外乱の影響を受けやすい手法により管材内の物体の動きを検出するよりも、外乱に対して安定的に物体の有無を検出できる検出装置が望まれていた。

本考案は、上記課題にかんがみてなされたもので、外乱に対して耐性が強い管内検出装置を提供する。

上記課題を解決するために、本考案の一局面では、管材の外周壁を狭着して保持する管材保持部と、マイクロ波を送信及び受信するマイクロ波送受信部と、前記マイクロ波送受信部が受信したマイクロ波における受信強度の時間変化に応じて管材内に存ずる物体の有無を検出する検出部と、前記マイクロ波送受信部と前記検出部とを収容するとともに、前記マイクロ波送受信部から送信されたマイクロ波を前記保持された管材に導く導波管路とをその内部に備える金属製の筺体とを有する。
上記のように構成された考案では、管材保持部により管材の外周壁を狭着して同管材を筺体に保持する。また、マイクロ波送受信部がマイクロ波を導波管路を介して管材に照射させることで、管材内に物体が存ずる場合は、管内の物体を反射したマイクロ波により検査空間内のマイクロ波の電界強度を変化させる。そのため、検出部は、マイクロ波送受信部が受信したマイクロ波における受信強度の時間変化に応じて管材内に存ずる物体の有無を検出することができる。
そのため、管材を固定部により筺体に確実に保持するとともに、検査空間内のマイクロ波の変化により物体の有無を判断することができるため、振動等による外乱の影響を抑制して管材内の物体の有無をより正確に検出することができる。

好ましくは、前記管材保持部は、前記筺体の一部であって、前記管材を載置可能な管材載置座と、この管材載置座の上方に取設された蓋体とで構成され、前記管材載置座と、前記蓋体とは、互いに対向する面に前記管材の外周壁に沿うよう形成された溝部を有しており、この溝部に前記管材の外周壁を挿入して狭着する。
上記のように構成された考案では、溝部により管材を筺体に確実に固定することができるとともに、固定部と管材との間の隙間を小さくすることができ、筺体内部のマイクロ波が筺体外部に洩れる量を抑制することができる。

好ましくは、前記溝部は、前記管材の径と略同寸の半円を開口断面とする半円筒形状である。
上記のように構成された考案では、管材と固定部との間をより密にして、筺体から洩れるマイクロ波の量をより抑制することができる。

好ましくは、前記筺体は、前記導波管路への突出量を変化させて、前記導波管路内に存ずる前記マイクロ波の周波数を調整する共振調整部を有する。
上記のよう構成された考案では、共振調整部により導波管路内に存ずるマイクロ波の周波数を調整することができる。

好ましくは、前記筺体は、同筺体の側壁から前記導波管路にかけて貫通した貫通穴が形成されるとともに、同貫通穴には内周壁に沿って雌ねじ部が形成されており、前記共振調整部は、この雌ねじ部に螺合するねじ部品により構成される。
上記のように構成された考案では、共振調整部の導波管路への挿入量をねじ部の回転に応じて調整することが可能になり、マイクロ波の周波数調整を行い易くすることができる。

好ましくは、前記検出部は、前記マイクロ波の強度を所定のしきい値と比較して同マイクロ波における受信強度の時間変化を検出する。
上記のように構成された考案では、マイクロ波の受信強度の変化をしきい値を用いた簡素な手法により判定する構成とすることができるため、外乱に対してもより耐性を高めることができる。

好ましくは、前記検出部は、フォトカプラを用いて検出信号を外部に出力する。
上記のように構成された考案では、フォトカプラを介して検出信号を外部に出力するため、受信側の装置はハイレベル又はローレベルのいずれかの信号値により検出の有無を判断することができ、受信側の装置構成をより簡素化することができる。

以上説明したように本考案によれば、外乱に対して耐性の強い管内検出装置を提供することができる。

以下、図を参照しつつ下記の順序に従って本考案の実施形態を説明する。なお、同一の符号を付した箇所は同一又は同等の箇所であり、その説明は繰返さない。
１．第１の実施形態：
（１）考案の概要：
（２）管内検出装置の構成：
（３）管内検出装置の作用：

１．第１の実施形態：
（１）考案の概要：
図１は、本考案に係る管内検出装置を設備Ｅに取り付けた状態を説明する斜視図である。管内検出装置１００は、筺体９０内部で発生させたマイクロ波を用いて管材２００内に物体が存在するか否かを検出するために使用される。管内検出装置１００は、設備Ｅにおける管材２００の一部に管材保持部を用いて保持されるとともに、管内検出装置１００の筺体９０を貫通したねじ部品を用いて設備Ｅにねじ止めされて使用される。また、管内検出装置１００は、筺体９０内から導出された配線４０を用いて図示しないコンピュータ等の受信装置と電気的に接続されている。そのため、管内検出装置１００は、管材２００の内部に物体が存在することを検出すると、検出信号を配線４０を通じて受信装置に送信する。
ここで、管内検出装置１００に保持される管材の材質としては、比誘電率の低いものであることが望ましい。

（２）管内検出装置の構成：
図２は、管内検出装置の展開図である。また、図３は、管内検出装置の正面図である。また、図４は、管内検出装置を図３におけるＡ−Ａ線で切断して示す断面図である。管内検出装置１００は、金属製の筺体９０と、この筺体９０の内部に収容されて、マイクロ波の送信及び受信する機能を備えるマイクロ波送受信部８０と、マイクロ波送受信部８０が受信したマイクロ波に基づいて管内に流れる物体を検出する機能を備える検出基板（検出部）７０とを備えている。

筺体９０は、上記各部を収容する機能の他、管材を保持する機能、及び保持された管材にマイクロ波を導く機能を備えている。筺体９０は、その上方に管材を保持するための管材保持部９１を備えている。また、筺体９０の内部下方には、マイクロ波送受信部８０と検出基板７０とを収容する中空部９５が形成されている。更に、筺体９０には、中空部９５と管材保持部９１との間を貫通する導波管路９４が形成されており、この導波管路９４によりマイクロ波送受信部８０から送信されたマイクロ波は管材２００に導かれる。また、筺体９０の側面には、調整摘み５０が突設するよう配置されている。この調整摘み５０は、比較回路（後述）のしきい値を調整するものであり、通常は、防磁キャップ５１により覆われている。
なお、筺体９０は、金属により形成されている。更に、筺体９０の内部に形成された中空部９５及び導波管路９４は、筺体９０によって閉塞されている。

管材保持部９１は、管材２００を管内検出装置１００に保持するための機能を有している。管材保持部９１は、筺体９０の上部に形成されて管材２００を載置するための管材載置座９２と、この管材載置座９２の上方に取設された蓋体９３とで構成されている。蓋体９３は、蓋体９３の縁部９３ｂを貫通するねじ部品により管材載置座９２にねじ止めされる。また、管材載置座９２及び蓋体９３の互いに対向する面には、それぞれ管材２００の径と略同寸の径を備える半円を断面とする半円筒形の溝部９２ａ，９３ａが形成されている。

以下に、管材を管材保持部９１に保持する方法を説明する。まず、管材載置座９２の溝部９２ａに、管材２００の下方側を挿入して同管材２００を管材載置座９２に配置する。次に、蓋体９３を管材２００の上方から覆い被せ、蓋体９３の溝部９３ａに管材２００を挿入する。このとき、溝部９２ａ，９３ａの開口径と管材２００の径とは略同寸であるため、管材２００の外周壁は溝部９２ａ，９３ａの内周壁と密接する（図３参照）。更に、蓋体９３の縁部９３ｂを貫通したねじ部品を用いて、蓋体９３と管材載置座９２とを供締めする。これにより、管材２００は管材載置座９２及び蓋体９３の溝部内周壁により、その外周壁を狭着されて管内検出装置１００に保持される。
ここで、溝部９２ａ，９３ａの開口径を管材の径と同寸とすれば、管材２００を管材保持部９１で確実に狭着して保持することができるとともに、筺体９０内部のマイクロ波が管材２００と管材保持部９１との隙間から外部に洩れる量を抑制することができる。

導波管路９４は、マイクロ波送受信部８０から送信されたマイクロ波を保持された管材２００に導く機能を備えている。導波管路９４は、中空部９５の天面と管材載置座９２の溝部９２ａにおける内周壁との間を貫通する貫通穴により構成されている。本実施の形態では、導波管路９４をその断面が方形の方形導波管として構成している。しかしながら、導波管路９４の形状はこれに限定されるものではない。

導波管路９４と筺体９０の側面との間には、マイクロ波により発生する磁界に対して略垂直な方向に配向した貫通穴９６が形成されている。また、この貫通穴９６には、導波管路９４内のマイクロ波の周波数を調整するための共振調整ねじ（共振調整部）６０が挿設されている。具体的には、貫通穴９６の内周壁には雌ねじが形成されており、共振調整ねじ６０はこの雌ねじと螺号するねじ部品により構成されている。共振調整ねじ６０を雌ねじ部に沿って進行するねじ部品により構成することで、ユーザは、共振調整ねじ６０の回転に応じて同共振調整ねじ６０の導波管路９４への突出量を調整することができるため、マイクロ波の周波数調整を容易に行なうことができる。

図５は、マイクロ波送受信部及び検出基板の構成を説明するためのブロック図である。マイクロ波送受信部８０は、マイクロ波を発生させる機能を備える送信部８１と、導波管路９４に存ずるマイクロ波を受信する機能を備える受信部８２とを備えている。具体的には、送信部８１及び受信部８２は、マイクロ波を送受信可能な送信アンテナ及び受信アンテナを備えている。また、両アンテナはマイクロ波送受信部８０における、導波管路９４の下部開口に対向する位置に配置されており、マイクロ波を導波管路９４内に送信するとともに、導波管路９４に存ずるマイクロ波を受信することができる。

また、検出基板７０は、受信部８２が受信したマイクロ波を検出して電気信号に変換する検波回路７１と、検波回路７１から出力される電気信号を増幅する増幅回路７２と、増幅された電気信号を所定のしきい値と比較して所定電圧値よりハイレベル又はローレベルの信号を出力する比較回路７３とを備えている。更に、比較回路７３の出力端は、フォトカプラ７４の入力端と接続されており、比較回路７３からハイレベルの信号が出力された場合は、フォトカプラ７４を作動させて検出信号を受信装置に出力する。
ここで、比較回路７３からの検出信号をフォトカプラ７４を介して受信装置に送信する構成とすることで、検出信号を受信する受信装置はハイレベル又はローレベルにより構成された何れかの信号により検出信号の有無を判別すればよく、受信装置側の受信処理を簡易にすることができる。

（３）管内検出装置の作用：
以下、図６及び図７を参照して本考案に係る管内検出装置の作用を説明する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、管材内を流れる物体とマイクロ波との関係を説明するためのイメージ図である。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、一例としてのマイクロ波送受信部８０が受信したマイクロ波の受信強度を示す図である。なお、図７で示される値は、マイクロ波送受信部８０から送信されるマイクロ波の周波数をＩＳＭ２４ＧＨｚとし、管材内に平均２００ｇ／ｍｉｎでマイクロビーズを移送した場合のものである。

管内検出装置１００の電源を投入して、マイクロ波送受信部８０からマイクロ波を送信させる場合を想定する。図６（ａ）に示すように、管材２００内に何も移送されていない状態であれば、管材内には空気のみが存在する。ここで、管材２００を構成する材質及び空気の比誘電率は低く、導波管路９４内のマイクロ波は、そのほとんどが管材２００を透過する。そのため、管材２００を反射した僅かな反射波がマイクロ波送受信部８０から送信されるマイクロ波と影響しあい、導波管路９４内に定在波を発生させる。図７（ａ）は、このとき受信部８２が受信するマイクロ波（定在波）の受信強度である。

次に、図６（ｂ）に示すように、管材内を図中右方向に向けて物体（マイクロビーズ）が移送される場合を想定する。なお、導波管路９４内にはすでに定在波が発生しているものとする。ここで、管材２００内を流れる物体の比誘電率が高ければ、マイクロ波はこの物体によって反射される。反射されたマイクロ波の一部は、導波管路９４内の定在波と合成される。この状態が進行することにより、導波管路９４内のマイクロ波の電界強度は強くなり、受信部８２が受信する受信強度は図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）に示す受信強度より強くなる。

図８（ａ）は、一例としての、図７（ａ）に示す受信強度に基づいて比較回路が受信する電圧値を示す。図８（ｂ）は、図７（ｂ）に示す受信強度に基づいて比較回路が受信する電圧値を示す。受信部８２が受信した受信強度は管材２００内の物体の有無によって変動し、その後、検波回路７１及び増幅回路７２により受信強度に応じた電圧値に変換されて比較回路７３に入力される。そのため、比較回路７３における入力電圧を比較するためのしきい値を、管材２００に物体が存じない場合の受信強度（図７（ａ））に基づいて受信する電圧値より高く、かつ、管材に物体が存ずる場合の受信強度（図７（ｂ））に基づいて受信する電圧値より低い値とすれば、比較回路７３はこのしきい値を基に管材２００内の物体の有無を検出することが可能となる。また、マイクロ波の受信強度の変化をしきい値を用いた簡素な手法により判定する構成とすることで比較回路７３の検出手法を簡略化できるため、外乱に対してもより耐性を高めることができる。

以上説明したように、本考案に係る管内検出装置は、管材を筺体に確実に保持し、この管材に対してマイクロ波を導波管路を介して照射させるとともに、マイクロ波の時間変化により管材内に物体が存在するか否かを検出するため、振動等による検出精度の低下を抑制することができ、外乱に対して耐性の高い管内検出装置を提供することができる。

なお、本考案は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本考案の一実施例として開示されるものである。

本考案に係る管内検出装置を設備に取り付けた状態を説明する斜視図である。 管内検出装置の展開図である。 管内検出装置の正面図である。 管内検出装置を図３におけるＡ−Ａ線で切断して示す断面図である。 マイクロ波送受信部及び検出基板の構成を説明するためのブロック図である。 管材内を流れる物体とマイクロ波との関係を説明するためのイメージ図である。 マイクロ波送受信部８０が受信したマイクロ波の受信強度を示す図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図６（ａ）及び（ｂ）に示す受信強度に基づいて比較回路が受信する電圧値を示す波形図である。

符号の説明

４０…配線、５０…調整摘み、５１…防磁キャップ、６０…共振調整部、７０…検出基板、７１…検波回路、７２…増幅回路、７３…比較回路、７４…フォトカプラ、８０…マイクロ波送受信部、８１…送信部、８２…受信部、９０…筺体、９１…管材保持部、９２…管材載置座、９２ａ…溝部、９３…蓋体、９３ａ…溝部、９３ｂ…縁部、９４…導波管路、９５…中空部、９６…貫通穴、１００…管内検出装置、２００…管材

Claims (7)

1. 管材の外周壁を狭着して保持する管材保持部と、
   マイクロ波を送信及び受信するマイクロ波送受信部と、
   前記マイクロ波送受信部が受信したマイクロ波における受信強度の時間変化に応じて管材内に存ずる物体の有無を検出する検出部と、
   前記マイクロ波送受信部と前記検出部とを収容するとともに、前記マイクロ波送受信部から送信されたマイクロ波を前記保持された管材に導く導波管路とをその内部に備える金属製の筺体とを有することを特徴とする管内検出装置。
2. 前記管材保持部は、前記筺体の一部であって、前記管材を載置可能な管材載置座と、この管材載置座の上方に取設された蓋体とで構成され、
   前記管材載置座と、前記蓋体とは、互いに対向する面に前記管材の外周壁に沿うよう形成された溝部を有しており、この溝部に前記管材を挿入して狭着することを特徴とする請求項１に記載の管内検出装置。
3. 前記溝部は、前記管材の径と略同寸の径を備える半円を開口断面とする半円筒形状であることを特徴とする請求項２に記載の管内検出装置。
4. 前記筺体は、前記導波管路への突出量を変化させて前記導波管路内に存ずる前記マイクロ波の周波数を調整する共振調整部を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の管内検出装置。
5. 前記筺体には、同筺体の側壁から前記導波管路にかけて貫通した貫通穴が形成されるとともに、同貫通穴には、内周壁に沿って雌ねじ部が形成されており、
   前記共振調整部は、この雌ねじ部に螺合するねじ部品により構成されることを特徴とする請求項４に記載の管内検出装置。
6. 前記検出部は、前記マイクロ波の強度を所定のしきい値と比較して同マイクロ波における受信強度の時間変化を検出することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の管内検出装置。
7. 前記検出部は、フォトカプラを用いて検出信号を外部に出力することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の管内検出装置。

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