JPH03264882A

JPH03264882A - 炉内レベル計

Info

Publication number: JPH03264882A
Application number: JP2106481A
Authority: JP
Inventors: Akio Nagamune; 章生長棟; Koichi Tezuka; 浩一手塚; Isamu Komine; 小峯　勇
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1991-11-26
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: JP2570886B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コこの発明は転炉、高炉、溶融還元炉などにおける炉内ス
ラグレベル、溶鋼レベル、原料レベル等の原料のレベル
をマイクロ波を利用して計測する炉内レベル計並びに炉
内レベル計に用いるアンテナに関するものである。

［従来の技術］第３１図は従来の炉内レベル計を示す説明図である。図
において、１は溶融還元炉、２はマイクロ波レーダ、３
は送信アンテナ、４は受信アンテナ、５は導波管、６は
スラグ、７は溶鋼、８はランス、９はフードであり、炉
内に設置する送信及び受信アンテナ３及び４はホーンア
ンテナを用い、導波管５により溶融還元炉１の炉頂に設
置されたマイクロ波レーダ２に接続されている。

炉内のスラグ６のスラグ面までの距離はマイクロ波レー
ダ２により導波管５及び送信アンテナ３を介して送信さ
れた電磁波がスラグ６の表面より反射され、受信アンテ
ナ４及び導波管５を介して受信され、その後受信したマ
イクロ波を信号処理して計測されていた。

かかるマイクロ波を信号処理するマイクロ波レーダとし
て各種の方式のものがある。

例えばＦＭ−ＣＷマイクロ波レーダ方式として特開昭８
３−２１５８４号公報に示されるように、周波数が１０
ＧＨｚ近傍のマイクロ連続波をＦＭ変調し、アンテナか
らレベル面へ向は送信し、この送信信号とレベル面から
の反射波を混合して得られるビート周波数を計数し、レ
ベル面までの距離を計測する方法がある。この方法はマ
イクロ波がアンテナからレベル面までの距離を往復する
伝播所要時間と前記ビート周波数が対応することにより
距離が計測できるものである。

また、パルス変調マイクロ波レーダ方式として、通常の
航空機用レーダのように、周波数１０〜２０ＧＨｚ程度
のマイクロ波をパルス変調して送信し、レベル面からの
反射波を受信するまでの電波伝播所要時間がレベル面ま
での距離に比例することにより距離を計測する方法があ
る。

［発明が解決しようとする課題］上記のような従来のマイクロ波レーダを用いた炉内レベ
ル計では送信アンテナ３及び受信アンテナ４を溶融還元
炉１の炉頂部や炉内の特定位置に固定するため、炉内の
スラグ６のスラグ面の変動に対して以下のような問題点
が生じていた。

例えばこれらアンテナ３，４を炉頂部付近へ設置した場
合には炉内のスラグ６のスラグ面が低下し、アンテナ３
．４とスラグ面との距離が大きくなると、炉内のランス
８や炉口部や炉壁部分からの不要な反射信号の影響を受
は易くなり、スラグレベル位置を正確に計測できなくな
ることがあった。

また、これらアンテナ３．４を炉内の奥側に設置した場
合には炉内のスラグ６のスラグ面が上昇し、スラグ面と
の距離が近くなると、これらアンテナ３，４に飛散した
スラグ、地金、粉塵等が付着し、信号の減衰やアンテナ
３，４の閉塞等を発生し、スラグレベル位置を正確に計
測できなくなることがあった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、炉内のスラグのスラグ面が変動しても、そのスラグ
レベル位置を正確に連続的に計測でき、炉内がかなり高
温となる雰囲気においても使用できる炉内レベル計並び
に炉内レベル計に用いるアンテナを得ることを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］この発明に係る炉内レベル計は、炉内に挿入される送信
アンテナ及び受信アンテナを有し、送信アンテナに対し
てマイクロ波信号を出力し、炉内のスラグ面で反射され
、受信アンテナによって受信されたマイクロ波信号から
これらアンテナとスラグ面との距離を算出してレーダ計
測値信号として出力するマイクロ波レーダと、炉内に挿
入された前記送信及び受信アンテナを昇降させるアンテ
ナ昇降装置と、アンテナ位置を計測し、アンテナ位置信
号を出力するアンテナ位置計測装置と、マイクロ波レー
ダのレーダ計測値信号とアンテナ位置計測装置のアンテ
ナ位置信号から炉内のスラグレベル位置の算出を行い、
その炉内のスラグレベル位置と所定の設定値或いは上限
設定値及び下限設定値を比較してアンテナ昇降量を算出
し、そのアンテナ昇降量をアンテナ昇降制御信号として
アンテナ昇降装置に出力する信号処理部とを備えるよう
構成したものである。

また、炉内レベル計に用いる送信及び受信アンテナは内
側全体が導波管として機能し、先端に内側がホーンアン
テナとして機能する拡径部を有する金属製の内管と、内
管を取り囲む金属製の外管とからなり、内管の拡径部の
先端と外管の先端を接合し、内管と外管との間の略全体
に仕切部材を介装して、これら両管の先端側で連通ずる
二つの冷却水路を形成し、これら冷却水路の基端側に冷
却水の給水口と排水口を設けたものである。

更に、前記内管の基端側にパージ用ガスを流入させるガ
スパージ口を設けるようにしてもよい。

更に、炉内レベル計に用いる送信及び受信アンテナは内
側全体が導波管として機能し、先端にホーンアンテナと
して機能する拡径部を有する第１及び第２の金属製の内
管と、第１及び第２の内管を取り囲む金属製の外管とか
らなり、第１及び第２の内管先端の拡径部と外管の先端
部が接合し、内管と外管の略全体に仕切り部材を介装し
、これら両管の先端部で連通した２つの冷却水路を形成
し、これら冷却水路の基端側に冷却水の給水口と排水口
とを設けるようにしたものでもよい。

また、前記第１及び第２の内管の基端部にパージ用ガス
を流入させるガスパージ口を設けるようにしてもよい。

更にまた、炉内レベル計に用いる送信及び受信アンテナ
は水冷構造の一次輻射器と、一次輻射器の開口面に対向
した放物曲面を有する水冷構造の反射器とからなる水冷
パラボラアンテナとしてもよい。その一次輻射器は二重
管または三重管構造の水冷構造による導波管とフィーダ
とにより構成されている。

また、水冷パラボラアンテナは一次輻射器の開口面に対
向した放物曲面を有する反射板と、反射板の背面に配置
される背板と、反射板と背板との間に介装される仕切り
部材とからなり、反射板と背板との外周を接合し冷却水
路を形成し、背板に冷却水の給水口と排水口を有する反
射器を有する構成としてもよい。その一次輻射器の導波
管及びフィーダの内面と、反射器の放物曲面とをガスパ
ージするようにしてもよい。

［作用］この発明においては、マイクロ波レーダによって計測さ
れた炉内のスラグ面とアンテナとの距離のレーダ計測値
信号と、アンテナ位置計測装置によって計測されたアン
テナ位置のアンテナ位置信号が信号処理回路に入力され
、信号処理回路では、これら２つの信号から炉内のスラ
グレベル位置の算出を行い、そのスラグレベル位置と所
定の設定値を比較してアンテナ昇降量を算出し、そのア
ンチ＋　昇降量のアンテナ昇降制御信号をアンテナ昇降
装置に人力し、アンテナ昇降装置ではアンテナ昇降制御
信号によってアンテナを昇降させ、アンテナとスラグ面
との距離が常に予め設定された一定の距離に保たれるア
ンテナ昇降の制御が行われる。

また、信号処理回路は、炉内のスラグレベル位置と所定
の上限及び下限設定値を比較し、スラグレベル位置が下
限値と同じか小さい場合には一定のアンテナ上昇量のア
ンテナ昇降制御信号を出力し、スラグレベル位置が下限
値より大きく、上限設定値と同じか大きい場合には一定
のアンテナ降下量のアンテナ昇降制御信号を出力してア
ンテナ昇降装置に入力し、アンテナ昇降装置ではこれら
のアンテナ昇降制御信号によってアンテナを一定値昇降
させ、アンテナとスラグ面との距離が予め設定された一
定の距離範囲内に保たれるアンテナ昇降の制御が行われ
る。

更に、送信アンテナ及び受信アンテナは内側全体か導波
管として機能し、先端に内側がホーンアンテナとして機
能する拡径部を有する金属製の内管とその内管を取り囲
む金属製の外管との先端を接合し、内管と外管との間の
略全体に仕切部を介装して、これら両管の先端側で連通
する二つの冷却水路を形成し、これら冷却水路の基端側
に給水口と排水口を設けたから、冷却水路を流れる冷却
水によって、内管と外管とが炉内で受ける熱を抜熱し、
効率よく冷却され、炉内がかなり高温となる雰囲気にお
いても指向性を向上させ、Ｓ／Ｎ比を改善させて使用す
ることができる。

また、内管の基端側に設けられたガスバーシロよりパー
ジ用ガスを流入させることにより、そのガスは内管の先
端から放出され、内管の拡径部のアンテナとして機能す
る先端内面をパージし、冷却水による冷却効果を落さず
、メンテナンスを容易にする。

更にまた、送信アンテナ及び受信アンテナは内側全体が
導波管として機能し、先端に内側がホーンアンテナとし
て機能する拡径部を有する第１及び第２の金属製の内管
とそれらの内管を取り囲む金属製の外管との先端部を接
合し、内管と外管との間の略全体に仕切り部を介装して
、これら両管の先端部て連通ずる二つの冷却水路を形成
したから、冷却水路を流れる冷却水によって内管と外管
とが炉内において受ける熱を抜熱し、アンテナを効率的
に冷却し、炉内がかなりの高温となる雰囲気においても
使用することができる。また、この水冷ホーンアンテナ
は、内管基端側に設けられたガスパーシロよりパージ用
ガスを流入させることにより、ガスは内管拡径部のホー
ンアンテナとして機能する先端内面をパージし、冷却水
による冷却効果を落とさず、アンテナのメンテナンスを
容易とする。

また、送信アンテナ及び受信アンテナで水冷パラボラア
ンテナとしたものは、一次輻射器は二重管または三重管
構造により冷却水路を形成し、冷却水路を流れる冷却水
によって導波管とフィーダとが炉内で受ける熱が抜熱さ
れ、反射器は一次輻射器の開口面に対向した放物曲面を
有する反射板と反射板の背面に配置された背板との外周
を接合し、反射板と背板との間に仕切り部材を介装し冷
却水路を形成し、冷却水路を流れる冷却水によって炉内
に対向した放物曲面が受ける熱か抜熱され、アンテナを
効率よく冷却し、高温雰囲気の炉内においても使用する
ことができる。

また、その一次輻射器の導波管及びフィーダの内面と、
反射器の放物曲面とをガスパージし、冷却水による冷却
効果を落とさず、アンテナのメンテナンスを容易とする
。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。

図において、従来例と同一の構成は同一符号を付して重
複した構成の説明を省略する。１２はＭ系列信号処理を
利用した高感度のマイクロ波レーダ、１３はラッペ管状
のホーンアンテナである送信アンテナ、１４は送信アン
テナ１３と同様の構造の受信アンテナ、１５はマイクロ
波レーダ１２と送信アンテナ１３及び受信アンテナ１４
を連結している導波管、１６はマイクロ波レーダ１２と
一体で炉内に挿入された送信アンテナ１３及び受信アン
テナ１４を炉体に対して昇降させるアンテナ昇降装置で
ある。

アンテナ昇降装置１Ｂはマイクロ波レーダ１２を吊り下
げるケーブル１７と、ケーブル１７の巻取り、繰り出し
を行うケーブル巻取装置１８と、ケーブル巻取装置１８
を駆動するモータ１９とから構成されている。２０はモ
ータ１９のモータ駆動回路である。

２１はアンテナ昇降装置１６の昇降量から炉内における
アンテナ位置を計測するアンテナ位置計測装置で、モー
タ１９の回転量を検出するエンコーダ２２と、エンコー
ダ２２の検出信号からケーブル巻取装置１８によって巻
取られるケーブル長を算出し、そのケーブル長からアン
テナ位置を演算するアンテナ位置演算手段２３とから構
成されている。

２４はマイクロ波レーダ１２とアンテナ位置計測装置２
１の信号を処理してアンテナ昇降量を求め、そのアンテ
ナ昇降量たけアンテナ昇降装置１６によってアンテナ１
３．１４を昇降させる信号処理回路である。

信号処理回路２４はマイクロ波レーダ１２のレーダ計測
値信号とアンテナ位置計測装置２１のアンテナ位置信号
から炉内のスラグ６のスラグレベル位置の算出を行うス
ラグレベル演算手段２５と、スラグレベル演算手段２５
が算出したスラグレベル位置と所定の設定値或いは上限
設定値及び下限設定値を比較してアンテナ昇降量を演算
するアンテナ昇降量演算手段２６とから構成されている
。２７はＣＲＴの表示手段である。

次に上記実施例の動作を第２図のフローチャート及び第
３図（ａ）　、　（ｂ）のグラフに基づいて説明する。

まず、マイクロ波レーダ１２によって送信アンテナ１３
及び受信アンテナ１４（以下、「アンテナ」という）と
炉内のスラグ６のスラグ面との距離の計測を開始する（
ステップＳｌ）。次に、スラグレベル演算手段２５にマ
イクロ波レーダ１２が計測したアンテナとスラグ面との
距離を示すレーダ計測値信号とアンテナ位置計測装置２
１が計測した炉内におけるアンテナ位置を示すアンテナ
位置信号とが入力される（ステップＳ２）。このアンテ
ナ位置信号はモータ１９の回転量をエンコーダ２２が検
出し、アンテナ位置演算手段２３がその検出値から、ケ
ーブル巻取装置１８によって巻取られるケーブル長を算
出し、そのケーブル長からアンテナ位置を演算して得ら
れるものである。

信号処理回路２４のスラグレベル演算手段２５では、マ
イクロ波レーダ１２のレーダ計測値信号とアンテナ位置
計測装置２１のアンテナ位置信号とから炉内のスラグレ
ベル位置を算出する即ち、アンテナ位置からアンテナと
スラグ面との距離を引いてスラグレベル位置を算出し、
そのスラグレベル位置を表示手段２７で表示している（
ステップＳ３）。

次に、信号処理回路２４のアンテナ昇降量演算手段２６
では、マイクロ波レーダ１２のレーダ計測値信号が示す
距離値と予め設定された設定値（アンテナからスラグ面
までの距離が常に２．０ｍとなるように設定されている
）とを比較し、その差をアンテナ昇降量として求め、ア
ンテナ昇降量を示すアンテナ昇降信号をモータ駆動回路
２０に出力する（ステップＳ４）。なお、信号処理回路
２４のスラグレベル演算手段２５とアンテナ昇降量演算
手段２６はマイクロ波レーダ１２の計測値を１０秒間平
均した値をレーダ計測値信号として受は取る。

アンテナ昇降量演算手段２６からアンテナ昇降信号が人
力されたモータ駆動回路２０は、モータ１９を回転させ
てケーブル巻取装置１８を駆動させ、ケーブル１７の巻
取りか、繰り出しを行ってアンテナを上記アンテナ昇降
量だけ昇降させる（ステップＳ５）。かかるステップで
アンテナ位置がスラグ６のスラグ面と一定の距離に保た
れるようにアンテナ昇降制御が行われる。そして、この
ような制御が時間的経過と共に繰り返し行われ、第３図
（ａ）のグラフに示すようにアンテナ位置が、炉内のス
ラグ６のスラグ面が変動しても常に一定の間隔即ち設定
値を保つことになる。第３図（ｂ）は、かかるアンテナ
昇降制御における時間的経過に対する設定値とアンテナ
とスラグ６のスラグ面との距離であるレーダ計測値との
関係を示している。この実施例の制御はスラグ６のスラ
グ面の変動が少ないときに用いられる。

更に、アンテナ昇降制御のもう一つの例を第４図のフロ
ーチャート及び第５図（ａ）　、（ｂ）のグラフに基づ
いて説明する。

まず、ステップＳｌｌのマイクロ波レーダ１２によるア
ンテナとスラグ６のスラグ面との距離の計測の開始から
、ステップＳ１３のスラグ６のスラグレベル位置を算出
し、そのスラグレベル位置を表示手段２７で表示するま
では第２図のフローチャートに示す手順と同様である。

次に、信号処理回路２４のアンテナ昇降量演算手段２６
ではマイクロ波レーダ１２のレーダ計測値信号と予め設
定された下限設定値１（１，５ｍ）とを比較して（ステ
ップ５１４）、そのレーダ計測値信号が示す距離値が下
限設定値１と同じか下限設定値１より小さいときには予
め設定されたアンテナ上昇量（１，０ｍ）のアンテナ昇
降制御信号を出力して、アンテナ昇降装置Ｉ６によりア
ンテナを１，０ｍ上昇させ（ステップ５１５）、ステッ
プＳ１２に戻る。また、そのレーダ計測値信号が示す距
離値か下限設定値より大きいときには、上限設定値２（
３，０ｍ）と比較しくステップ３１Ｂ）、そのレーダ計
測値が上限設定値２と同じか上限設定値２より大きいと
きには、予め設定されたアンテナ降下量（１，０ｍ　）
のアンテナ昇降制御信号を出力してアンテナ昇降装置Ｉ
Ｂによりアンテナを１．０ｍ降下させる（ステップ５１
７）。また、そのレーダ計測値が上限設定値２より小さ
いときにはステップＳＬ２に戻る。

かかるステップでアンテナ位置がスラグ６のスラグ面と
一定の範囲内の距離にあるようにアンテナ昇降制御が行
われる。そしてこのような制御が時間的経過と共に繰り
返し行われ、第５図（ａ）のグラフに示すようにアンテ
ナ位置がスラグ６のスラグ面が変動しても常に一定の範
囲内における間隔即ち、上限設定値と下限設定値との間
で維持されることになる。第５図（ｂ）はかかるアンテ
ナ昇降制御における時間的経過に対する上限及び下限設
定値とアンテナとスラグ６のスラグ面との距離であるレ
ーダ計測値との関係を示している。この実施例の制御は
スラグ６のスラグ面の変動が多いときに用いられる。

上述した実施例では炉内のスラグ６のスラグ面が変動し
てもアンテナ位置がスラグ６のスラグ面と一定の距離或
いは一定の範囲内の距離にあるようにアンテナ昇降制御
が行われるから、従来のように炉内のスラグ６のスラグ
面が下降して炉内に挿入したアンテナとスラグ面との距
離が大きくなり、炉内のランス８や炉壁からの不要な反
射信号の影響を受けるという、ことを避けることができ
ると共に、炉内のスラグ６のスラグ面が上昇して炉内に
挿入したアンテナ１３．１４とスラグ面とが接近し、飛
散したスラグや地金等がアンテナ１３．１４に対して付
着することが防止できる。従って、マイクロ波レーダ１
２を使用した炉内レベル計において常に正常な炉内のス
ラグ６のレベル計測を実施することが可能となる。

特に、溶融還元炉１内のスラグレベル計測においては、
スラグ面からのマイクロ波の反射が微弱なため、アンテ
ナ１３．１４へのスラグの付着や炉壁等からの不要な反
射信号の影響を受けやすく、本発明を適用することの効
果か大きい。

上述の実施例は溶融還元炉１のスラグレベルの計測に適
用した例について述べたが、転炉内のスラグレベル、炉
内の溶鋼レベル、高炉内の原料レベルの計測にも適用で
きることは勿論である。

また、上述の実施例では炉内に挿入するアンテナとして
冷却を行わないラッパ管状のホーンアンテナを用いてい
るか、炉内レベル計を適用する炉内の環境条件によって
は、空冷のアンテナや、水冷のアンテナを使用すること
が望ましい場合がある。

そのような水冷アンテナとして、第６図乃至第２０図に
示すものがある。

第６図は水冷アンテナの一実施例を示す構成図、第７図
は第６図のＡ−Ａ線断面図である。４１は銅で形成され
た長さが約１０００　ｍ＋＊で、口径２５關の内円管で
、図において左端である先端に長さが約２００姉で、テ
ーパ角度が±３〜１０°の拡径部４１ａを有している。

この内円管４１は内側全体が導波管として機能し、拡径
部４１ａの先端内側がホーンアンテナとして機能するも
ので、内円管４Ｎの口径は使用されるマイクロ波の波長
の０，６６λ〜０．９ｔλの範囲にくるように設計され
る。４２は内円管４１を取り囲む鋼で形成され、仕切部
材として機能する長さが約８００１１１１で、口径が４
０　ａｍの中目管、４３は内円管４１及び中目管を取り
囲む鋼で形成された長さが約８０Ｏｒｎｒａで、口径が
８０＋ｏｍの外円管である。内円管４１の拡径部４Ｌａ
の先端と外円管４３の先端とは溶接により接合され、こ
れら先端間で形成される間隙は閉鎖されている。そして
、内管４１と外管４３との間の全体には、仕切部材とし
て機能する中目管４２によって内円管４１と外円管４３
の先端側で連通する二つの冷却水路４４ａ　、　４４ｂ
が形成されている。４５は外円管４３側の冷却水路４４
ａの図において右端側である基端側に設けられた給水口
、４Ｂは内円管４１側の冷却水路４４ｂの図において右
端側である基端側に設けられた排水口、４７は内円管４
１の基端側に設けられ、内円管４１内部と連通する口径
が６ｍｍのガスバーシロで、その口径は使用されるマイ
クロ波の波長の１７４以下となるように設計される。４
８は内円管４１の基端に設けられたフランジである。

かかる構成の水冷アンテナにあっては、内円管４１と外
円管４３との間に仕切部材として位置する中間管４２に
よって形成された二つの冷却水路４４ａ。

４４ｂのうち、一方の外円管４３側の冷却水路４４ａの
給水口４５より冷却水を通水すれば、冷却水はその冷却
水路４４ａを通って内円管４１と拡径部４１ａに達した
後、他方の内円管４１側の冷却水路４４ｂを通って、排
水口４６から外部に排水される。従って、炉内に位置す
る内円管４１及びその拡径部４１ａと外円管４３とが炉
内で受ける熱はこれら冷却水路４４ａ。

４４ｂを流れる冷却水によって冷却効率よく抜熱される
。このため、内円管４１と外円管４３は雰囲気温度１５
００℃の耐熱性がある。それ故、内円管４１のアンテナ
として機能する拡径部４１ａを炉内深く挿入して使用し
ても、指向性が高まってＳ／Ｎ比が良好となり、使用さ
れるマイクロ波の周波数が１０ＧＨｚのときにアンテナ
ゲイン２０ｄＢの性能を有し、精度よく計測することが
できる。

また、内円管４１の基端側に設けられたガスパーシロ４
７より、例えば、窒素、空気、アルゴン等のパージ用の
ガスを流入させると、そのガスは内円管４１内に入り、
内円管４１の先端から放出され、内円管４１の拡径部４
１ａへのアンテナとして機能する先端内面をパージし、
冷却水による冷却効果を落さず、メンテナンスを容易に
する。この実施例で外円管４３側の冷却水路４４ａの基
端側に給水口４４を設け、外円管４３の外表面を新鮮な
冷却水で冷却するようにしているのは、外円管４３の外
表面が炉内に位置し、内円管４２の内表面はガスパージ
により炉内の熱気が接触しないため、熱気と接触する外
円管４３の外表面を効率よく冷却するためである。

第８図は水冷アンテナのもう一つの実施例を示す構成図
、第９図は第８図のＡ−Ａ線断面図、第１０図は、内円
管と外円管との間に介装される仕切部材を示す説明図で
ある。図において、第６図及び第７図に示す実施例と同
一の構成は該実施例と同一符号を用いて重複した構成の
説明を省略する。

この実施例では、内円管４１と外円管４３との間に仕切
板５２を介装して二つの冷却水路４４ａ　、　４４ｂを
形成したもので、前記実施例に比べて製作コストが安く
なるものである。この実施例の作用・効果は前記実施例
と同様であるので、この実施例の作用・効果の説明は省
略する。

また、これらの実施例の内円管４１は銅で全体が形成さ
れているが、内円管４１が導波管としての機能を有すれ
ばよく、内円管４１の内面表面側を銅で形成し、それ以
外は強度を持たせるように鋼で形成してもよいことは勿
論である。

前述の第６図乃至第１０図に示す実施例は、いずれも円
形である内円管４１と外円管４３とを使用して製作して
いるが、方形・多角形の内管及び外管であっても、この
考案を実施しえることは勿論であり、内管を方形とした
場合にはその口径寸法は長辺側の口径では、０，６２λ
〜０．９５λ、短辺側の口径では、０．２８λ〜０，４
２λの範囲にくるように設計される。

第１１図は水冷ホーンアンテナの更にもう一つの実施例
で先端側からみた側面図、第１２図は第１１図のＡ−Ａ
線断面図、第１３図は第１１図のＢ−Ｂ線断面図、第１
４図は第１２図のＣ−Ｃ線断面の先端側を示す図、第１
５図は第１２図のＣ−Ｃ線断面の基端側を示す図である
。

第１１図において、５１及び５２は、銅で形成された内
管であり、２本の内管５１，５２は平行に設置されてい
る。図において左側の内管５１．５２の先端部には、そ
れぞれ拡径部５１ａおよび５２ａを有し、それぞれの内
管５１，５２の基端部には、フランジ５１ｂ及び５２ｂ
が設けられている。

内管５１及び５２の内側全体は導波管として機能し、内
管先端部に設けられた拡径部５１ａ及び５２ａはホーン
アンテナとして機能し、レーダ装置からのマイクロ波信
号の伝播及びアンテナからの放射とマイクロ波信号の受
信及びレーダ装置への信号伝播を行う。

内管５１及び５２の内径は使用されるマイクロ波信号の
波長により決まり、使用されるマイクロ波信号の波長λ
に対して内径ａが０．５８λ〜０．７６λの範囲になる
ように決められる。

また、ホーンアンテナの性能は拡径部内面の形状により
決まり、拡径部先端の径を大きくし、拡径部の全長を大
きくすることによりホーンアンテナのゲインを大きくし
アンテナの信号放射の指向性を向上させることが可能と
なる。本実施例では、先端部の内径を３．７λとし拡径
部の全長を１Ｏ１７λとし、約２０ｄＢのゲインを得た
。

５３は内管５１及び５２を取り囲む鋼で形成された仕切
り管であり、図において左側の先端部は半球形状で先端
部に開口５３ａが設けられ、仕切り管５３の先端部を内
管５１．５２の拡径部５１ａ及び５２ａが貫通している
。

５４は、内管５１及び５２と仕切り管５３とを取り囲む
鋼で形成された外管であり、この外管５４の先端と内管
の拡径部５１ａ及び５２ａの先端とは溶接により接合さ
れ、これら先端間で形成される間隙は閉鎖されている。

そして、外管５４と内管５１及び５２との間全体には、
仕切り管５３によって仕切り管先端の開口５３ａで連通
する冷却水路５３ａ及び５５ｂが形成されている。

５６は外側の冷却水路５５ａの基端側に設けられた給水
口、５７は内側の給水路５５ｂの基端側に設けられた排
水口である。図中５８及び５９は内管５１及び５２の基
端側に設けられたガスパーシロで、その口径は使用され
るマイクロ波信号の波長のｌ／４以下となるように設計
される。

本実施例の水冷アンテナでは、内管５１及び５２と外管
５４との間に仕切り管５３により形成された２つの冷却
水路５５ａ及び５５ｂのうち、一方の外管側の冷却水路
５５ａの基端部に設けられた給水口５Ｂより冷却水を通
水すれば、冷却水は冷却水路５５ａを通って、先端部に
達した後に仕切り管先端の開口５３ａを通って内管側の
冷却水路５５ｂへ流れ込み、冷却水路５５ｂを通り基端
側の排水口５７から排水される。従って、水冷アンテナ
を炉内に挿入した場合に、内管５１及び５２、拡径部５
１ａ及び５２ｂと外管５４とが炉内で受ける熱は、これ
らの冷却水路を流れる冷却水によって抜熱される。本実
施例における水冷アンテナでは、炉内雰囲気温度１５０
０℃においても十分な冷却効果が得られ、アンテナを炉
内深くに挿入し計測を行うことが可能となった。

また、内管５１及び５２の基端側に設けられたガスバー
シロ５８及び５９から、例えば窒素、空気、アルゴン等
のパージ用ガスを流入させると、ガスは内管５１．５２
内を流れ、内管５１，５２の先端から放出され、ホーン
アンテナとして機能する内管先端の拡径部５１ａ及び５
２ａの内面をパージし、冷却水による冷却効果を落とさ
ずにアンテナのメンテナンスを容易にする。

本実施例では、外管側の冷却水路５５ａの基端側に給水
口５Ｂを設け、冷却水の通水を行っているが、これはガ
スパージにより炉内の熱気との接触が少ない内管５１．
５２に比べ、炉内の熱気に接触する外管５４の外表面を
効率よく冷却するためである。

第１６図は水冷ホーンアンテナの更にもう一つ別の実施
例で先端側からみた側面図、第１７図は第１６図のＡ−
Ａ線断面図、第１８図は第１６図のＢ−Ｂ線断面図、第
１９図は、第１７図のＣ−Ｃ線断面の先端側を示す図、
第２０図は第１７図のＣ−Ｃ線断面の基端側を示す図で
ある。第１６図中、第１図に示した実施例と同様の働き
をするものは同一符号を用い説明を省略する。

図中７０は、第１１図に示した拡径部５１ａ及び５２ａ
を一体化し、一つのモールドとした物とした一体型拡径
部であり、内管５１及び内管５２が接続され、拡径部内
面７０ａ及び７０ｂは、それぞれホーンアンテナとして
機能する。また、仕切り管５３の先端部は、直管形状と
し、内管５１及び５２と外管５４との間に先端部で連通
した冷却水路を形成している。

本実施例は、第１１図に示した実施例に対し、拡径部及
び仕切り管の形状の変更により、製作行程の簡略化及び
製作コストの低減が可能としたものである。本実施例に
よる水冷アンテナの作用効果は前記実施例と同様である
。

これらの実施例では、内管５１及び５２は内管を導波管
として機能させるため銅で形成されているが、内管の内
表面のみを銅とし他の部分は強度をもたせるため銅皮で
形成することも可能である。

またこれらの実施例においては、内管、仕切り管及び外
管は円形断面の円管を用いるものとしたが、方形、多角
形断面の内管等を使用することも可能である。

第２１図は水冷パラボラアンテナの一実施例の側面図、
第２２図は同実施例の正面図、第２３図は一次輻射器の
構造を示す断面図、第２４図は反射器の構造を示す断面
図、第２５図はスペーサを示す構成図である。

第２２図において、７１．７２は送信用パラボラアンテ
ナ及び受信用パラボラアンテナ、７３及び７４はパラボ
ラアンテナの一次輻射器として機能する水冷の導波管及
びフィーダであり、７５および７Ｂは一次輻射器の開口
面に対向した放物曲面を持つパラボラアンテナの水冷の
反射器である。

本実施例の水冷パラボラアンテナの一次輻射器７３．７
４は、第２３図に示すように導波管及びフィーダとして
機能する内管７７と、内管と先端部が溶接により接合さ
れ内管を包み込む形で配置された鋼で形成された外管７
８と、内管７７と外管７８との間に介装された鋼で形成
された仕切り管７９からなり、先端部で連通した冷却水
路８０ａ及び８０ｂを形成する三重管構造を有している
。本実施例の一次輻射器においては冷却水路８０ａ及び
８０ｂに通水することにより、一次輻射器が炉内で受け
る熱は抜熱され一次輻射器は冷却される。

また、本実施例の水冷パラボラアンテナの反射器は、第
２４図に示すように一次輻射器の開口に対向した放物曲
面を構成する反射板８１と、反射板８１と外周部分が接
合され、反射板８１の背面に配置された背板８２と、反
射板８１と背板８２の間に介装された仕切り板８３と、
反射板８１と仕切り板８３との間に介装される螺旋状の
スペーサ８４とからなり、反射板８１と背板８２との間
には、仕切り板８３及びスペーサ８４とにより螺旋状の
冷却水路８５ａと冷却水路８５ｂが形成されている。８
Ｂは、仕切り板８３の中央に接続され冷却水路８５ａに
つながる給水管であり、８７は背板８２に接続され背面
側の冷却水路８５ｂにつながる排水管である。本実施例
の反射器７５．７６では、給水管８６に冷却水を通水す
ると、冷却水は冷却水路８５ａを中央部から外周部に流
れ、外周部を回り込み冷却水路８５ｂを流れ排水管８７
から排水される。従って、冷却水路を流れる冷却水によ
り反射板８１が炉内から受ける熱は、抜熱され反射器７
５゜７６は冷却される。この時、冷却水路８５ａが螺旋
状に構成されていることにより、冷却水は反射板８Ｉか
らの抜熱を偏りなく行い反射板８１を均一に冷却するこ
とが可能となり、反射板８１での温度の偏りによる放物
曲面の歪、変形によるアンテナの性能低下を防ぐことが
可能となった。

本実施例の水冷パラボラアンテナでは、炉内雰囲気温度
が約１５００℃の高温においても十分な冷却性能が得ら
れ転炉等に対して設置することが可能となった。

第２６図は水冷パラボラアンテナのもう一つの実施例の
側面図、第２７図は同実施例の正面図である。

第２６図において、第２１図の実施例と同様の働きをす
るものは同一符号を用い説明を省略する。第４図におい
て、９０及び９１は、それぞれ送信用パラボラアンテナ
と受信用パラボラアンテナの−次幅射器を支持する支持
材である。

本実施例の水冷パラボラアンテナでは、送信アンテナの
一次輻射器７３と受信アンテナの一次輻射器７４とを支
持材９０及び９１で支持することにより、一次輻射器の
機械的強度を増すと共に、一次輻射器７３．７４が炉内
からの受ける熱の偏りによる変形を防止し、一次輻射器
と反射器との相対位置がずれてアンテナ性能が低下する
ことを防ぐことが可能となった。本実施例では支持材９
０．９１としては、耐熱性セラミックスを使用した。

本実施例の水冷パラボラアンテナでは、三重管構造の導
波管及びフィーダの一次輻射器を使用しているが、導波
管及びフィーダとして機能する内管と外管との間に仕切
板を介装して冷却水路を形成する二重管構造の導波管及
びフィーダを使用することも可能である。

また、本実施例においては、窒素、空気、アルゴン等の
パージ用ガスにより一次輻射器の導波管内とフィーダの
内面及び反射器の放物曲面をパージし、冷却水による冷
却効果を落とさずにアンテナのメンテナンスを容易にす
ることが可能である。

ところで、この実施例の炉内レベル計はＭ系列信号処理
を利用したマイクロ波レーダ１２を使用しているか、パ
ルス変調レーダ等の他のマイクロ波レーダを使用するこ
とも可能である。ただ、Ｍ系列信号処理を利用したマイ
クロ波レーダ１２は反射率の低い対象物からの反射波で
も感度よく検知でき、スラグ面からのマイクロ波の反射
が微弱であってもアンテナへのスラグの付着や炉壁から
の不要な反射信号の影響を受けにくい利点がある。従っ
て、その利点を明らかにするため、Ｍ系列信号処理を利
用したマイクロ波レーダ１２の詳細な構成と作用を以下
に説明する。

第２８図はＭ系列信号処理を利用したマイクロ波レーダ
の一実施例を示すブロック図であり、１０１゜１０２は
クロック発生器、１０３．１０４は擬似ランダム信号発
生器、１０５〜１０９はそれぞれ乗算器で例えばダブル
バランスドミクサにより構成される。

１１０〜１１２はそれぞれローパスフィルタ、ＩＬＬ１
１４は分配器、１１５．１１６は２乗器、１１７は加算
器、■１Ｂは時間計測器、１１９は搬送波発振器、１２
０はハイブリッド結合器、１２１は送信器、１２２は受
信器、１２３は送信アンテナ、１２４は受信アンテナ、
１２５はターゲットである。

第２９図は第２８図の動作を説明するための波形図であ
る。

第３０図は７ビツトのＭ系列信号発生器の構成図であり
、１３０は７段構成のシフトレジスタ、１３１は排他的
論理和回路である。

第２９図及び第３０図を参照しながら第１１図の動作を
説明する。擬似ランダム信号発生器１０３，１０４は例
えばＭ系列信号発生器が使用できる。第３０図は７ビツ
トのＭ系列信号発生器の構成を示しており、例えばＥＣ
Ｌ　（エミッタ・カップル・ロジック）素子による７段
構成のシフトレジスタと排他的論理和回路１３１により
構成される。Ｍ系列信号は符号の“１”　（正電圧の＋
Ｅが対応する）と“Ｏ”（負電圧の−Ｅが対応する）の
組み合せによる周期性循環信号であり、本例の７ビツト
の場合２７−１−１２７個（１２７チツプともいう）の
信号を発生すると１周期が完了し、この周期を繰り返し
た循環信号を発生する。疑似ランダム信号発生器１０３
．１０４は同一回路で構成されるため、両者の出力信号
は全く同一パターンの信号となる。但し供給されるクロ
ック周波数がわずかに異なるためその１周期もわずかに
異っている。また擬似ランダム信号としてはＭ系列信号
以外にも、ゴールド系列信号、ＪＰＬ系列信号を使用す
ることができる。

クロック発生器１０１．１０２は共に水晶発振子を内蔵
し、十分周波数の安定したクロック信号を発生するが、
その発生周波数がわずかに異っている。本実施例ではク
ロック発生器１０１の発生周波数ｆ１はｌＨ，００４Ｍ
Ｈｚ　、りｏ　ツク発生器１０２の発生周波数ｆ２は９
９．９９６ＭＨｚとし、その周波数差はｆｌｆ　２−８
　Ｋ）Ｉｚとしている。クロック発生器１０１及び１０
２からそれぞれ出力されるクロック信号ｆ１及びｆ２は
、それぞれ擬似ランダム信号発生器１０３及び１０４に
供給される。擬似ランダム信号発生器１０３及び１０４
は、駆動用クロック信号の周波数差によりそれぞれの１
周期がわずかに異なるが同−パターンのＭ系列信号Ｍ　
及びＭ２を出力すｌる。いま２つのＭ系列信号Ｍ　及びＭ２の周期を求める
と、Ｍｌの周期−１２７Ｘ　ｌ／１００．００４ＭＨｚ’；
　１２Ｂ９．９４９２ｎｓＭ２の周期−１２７Ｘ　ｌ／
　９９．９９６ＭＨｚ’＝　１２７０．０５０８ｎｓと
なる。即ち２つのＭ系列信号Ｍ　及びＭ２は約１２７０
ｎｓ　（１０−９秒）の周期を有すが、両者の周期には
約０．Ｉｎｓの時間差がある。それ故この２つのＭ系列
信号Ｍ　及びＭ２を循環して発生させ、ある時刻ｔ　で
２つのＭ系列信号のパターンが一致したとすると、１周
期の時間経過毎に０．ｉｎｓのずれが両信号間に生じ、
１００周期後には１０ｎｓのずれが両信号間に生ずる。

ここでＭ系列信号は１周期１２７０ｎｓに１２７個の信
号を発生するので、１信号の発生時間はＩｏｎｓである
。従って２つのＭ系列信号Ｍ　及びＭ２間に１０ｎｓの
ずれが生ずるこということは、Ｍ系列信号が１個分ずれ
たことに相当する。

擬似ランダム信号発生器１０３の出力Ｍ１は乗算器１０
５及び１０６に、また擬似ランダム信号発生器１０４の
出力Ｍ２は乗算器１０５及び」０７にそれぞれ供給され
る。

搬送波発生器１１９は例えば周波数約１０ＧＨｚのマイ
クロ波を発振し、その出力信号は分配器１１３により分
配され、乗算器１０Ｂ及びハイブリッド結合器１２０に
供給される。乗算器１０Ｂは例えばダブルバランスドミ
クサにより構成され、分配器ｉｌｌより人力される周波
数約１０ＧＨｚの搬送波と擬似ランダム信号発生器１０
３より人力されるＭ系列信号Ｍ１との乗算を行ない、搬
送波を位相変調したスペクトル拡散信号を出力し送信器
１２１へ供給する。

送信器１２１は入力されたスペクトル拡散信号を電力増
幅し、送信アンテナ１３を介して電磁波に変換しターゲ
ット１２５に向けて放射する。ここで周波数１０ＧＨｚ
の電磁波の空中での波長は３ａ１１であり、例えば製鉄
用炉内の粉塵の大きさ（直径）に比べて十分に大きいの
で、粉塵等の影響を受けにくい。

また送信アンテナ１３及び受信アンテナ１４は例えばホ
ーンアンテナを用い、指向性を鋭く絞ることにより測定
対象物以外からの反射電力を可及的に小さくしている。

またアンブナゲインは例えばいずれも約２０ｄＢ程度で
ある。送信アンテナ１３からターゲット１４に向けて放
射された電磁波は、例えばスラグ６であるターゲット１
２５で反射され受信アンテナ１４を介して電気信号に変
換され受信器１２２へ人力される。受信器１２２へ人力
信号が供給されるタイミングは、当然送信アンテナ１３
から電磁波か放射されたタイミングから電磁波かターゲ
ット１２５までの距離を往復し受信アンテナ１４に到達
するまでの電磁波の伝播時間だけ遅延している。受信器
１２２は人力信号を増幅し乗算器１０７へ供給する。

一方乗算器１０５に擬似ランダム信号発生器１０３及び
１０４からそれぞれ人力されたＭ系列信号Ｍ１及びＭ２
は乗算され、その乗算値の時系列信号はローパスフィル
タ１１０へ供給される。第２９図の（ア）はこのローパ
スフィルタ１１０への入力信号、即ち乗算器１０５の乗
算値である時系列信号を示した波形であり、乗算器１０
５へ入力される２つの擬似ランダム信号の位相が一致し
ている場合は＋Ｅの出力電圧が継続するが、両信号の位
相が一致していない場合は＋Ｅと−Ｅの出力電圧がラン
ダムに発生する。ローパスフィルタ１１０〜１１２は周
波数の帯域制限を行なうことにより、一種の積分機能を
有し両信号の相関演算値の積分信号として、両信号の位
相が一致している場合には、第２９図の（イ）に示され
るようなパルス状信号を出力する。

また両信号の位相が不一致の場合には出力は零となる。

従ってローパスフィルター１０の出力には周期的にパル
ス状信号が発生する。このパルス状信号は時刻の基準信
号として時間計測器１１ｇへ供給される。この基準信号
の周期ＴＢは下記の（１）式により算出すると、本例の
場合は擬似ランダム信号を７ビツトのＭ系列信号Ｍ　及
びＭ２としたの　− て、１周期の波長Ｎは２　　１−１２７であり、ｆ　　
−１００，００４ＭＨｚ、　ｆ　２−９９．９９６ＭＨ
ｚであるのでＴ　Ｂ−１５，８７５ｍ５となる。この基
準信号とその周期Ｔｏは第２９図の（１）に示される。

上記の（１）式は次のようにして与えられたものである
。

第１の擬似ランダム信号の繰り返し周波数をｆｌ、第２
の擬似ランダム信号の繰り返し周波数をｆ２とし、各々
の擬似ランダム信号のパターンは同一とする。ここでｆ
、＞ｆ２とする。

送信される第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ランダ
ム信号との相関をとって得られる基準信号が最大値とな
る周期をＴ　とすると、このＴＢ間に含まれる第１の擬
似ランダム信号と第２の擬似ランダム信号の波数の差が
ちょうど１周期の波数Ｎになる。

即ち　　ＴＢ　・ｆ　　−Ｔ　　−ｆ　　＋ＮＢ２上式を整理するとＴＢは次の（１）式で与えられる。

Ｔ　　−Ｎ／（ｆ　　−ｆ２）　　　　　　・・・〈１
）Ｂ　　　　　　　　　　　１即ち２つのクロック周波数の差が小さいほど、基準信号
が最大値となる周期ＴＢは大きくなる。

また乗算器１０７へは受信器１２２からの受信信号と疑
似ランダム信号発生器１０４からのＭ系列信号Ｍ２が入
力され、両信号の乗算が行なわれる。この乗算器１０７
の乗算結果は、第１のＭ系列信号Ｍ１により送信用搬送
波が位相変調される受信信号の被変調位相と、第２のＭ
系列信号Ｍ２の位相が一致している場合は位相の揃った
搬送波信号とし出力され、受信信号の被変調位相とＭ系
列信号Ｍ２の位相が異なるときには位相のランダムな搬
送波として出力され分配器１１４へ供給される。分配器
１１４は人力信号を２つに分配し、その分配出力Ｒ及び
Ｒ２をそれぞれ乗算器１０８及び１０９へ供給する。分
配器１１３より送信用搬送波の一部が供給されたハイブ
リッド結合器１２０は、人力信号に対して同相成分の（
位相０度の）信号Ｉと直角成分の（位相９０度の）信号
Ｑとを出力し、それぞれ乗算器１０８及び１０９へ供給
する。乗算器１０８はハイブリッド結合器１２（ｌより
入力する信号Ｉ（即ち搬送波発振器１１９の出力と同相
の信号）と分配器１１４より人力する前記信号Ｒ１との
乗算を行ない、同様に乗算器１０９は人力する信号Ｑ（
即ち搬送波発振器１１９の出力と９０度色位相異なる信
号）と前記信号Ｒ２との乗算を行ない、それぞれ受信信
号中の位相０成分分（１−Ｒ１）と位相９０度成分（Ｑ
−Ｒ２）とを抽出し、被検波信号として出力する。この
被検波信号としての信号Ｉ−Ｒ，とＱ−Ｒ２はそれぞれ
ローパスフィルタ１１１及び１１２へ供給される。ロー
パスフィルタ１１１及び１１２は周波数の帯域制限を行
なうことにより積分機能を有し、２信号の相関演算値の
積分を行なう。

即ち乗算器１０７の出力より分配器１１４を介して乗算
器１０８に入力される前記信号Ｒ１とハイブリッド結合
器１２０より乗算器１０８に入力される前記信号Ｉの位
相が一致したとき、同様に乗算器１０９に入力される前
記信号Ｒ２と信号Ｑの位相が一致したとき、乗算器１０
８及び１０９の出力信号はそれぞれ一定極性のパルス信
号（電圧中Ｅのパルス信号）となり、この信号を積分し
たローパスフィルタ１１１及び１１２の出力には大きな
正電圧が得られる。

また前記信号Ｒ１と信号Ｉの位相の不一致のとき、及び
前記信号Ｒ２と信号Ｑの位相の不一致のとき、乗算器１
０８及び１０９の出力信号は、それぞれランダムに変化
する正負両極性のパルス信号（即ち電圧中Ｅと−Ｅのパ
ルス信号）となり、この信号を積分したローパスフィル
タ１１１及び１１２の出力は零となる。ローパスフィル
タＩｌｌ及び１１２により上記の如く積分処理された位
相０成分分と位相９０度成分の信号はそれぞれ２乗置１
１５及び１１６に供給される。２乗置１１５及び１１Ｂ
はそれぞれ入力信号の振巾を２乗演算し、その演算結果
の出力信号を加算器１１７に供給する。加算器１１７は
両人力信号を加算して第２９図の（つ）に示されるよう
なパルス状検出力信号を出力し、時間測定器１１８に供
給する。いまこの検出信号の最大値発生時刻をｔｂとす
る。このように受信信号とＭ系列信号Ｍ２との相関処理
により得られた信号から送信用搬送波の位相０成分分と
位相９０度成分をそれぞれ検波し、この被検波信号をそ
れぞれ積分処理後２乗演算し、この１対の２乗値の和と
して対象物検出信号を得る方式は構成が多少複雑である
が、高感度の対象物検出信号を得ることができる。また
Ｍ系列信号のような疑似ランダム信号の相関出力を得る
ようにしているので雑音の影響を低減し信号を強調する
ため、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の高い計測システムを実
現することができる。勿論搬送波の検波方式としては、
クリスタルを用いた検波方式かあり、感度は低下するが
、構成が単純化されるので、仕様及びコストによりこの
方式を採用することもできる。

時間測定器１１ｇはローパスフィルター１０から人力さ
れる基準信号の最大値の発生時刻ｔ　と加算器１１７か
ら人力される検出信号の最大値の発生時刻ｔ　との間の
時間ＴＤを測定する。このため時す量測定器１１１１１は２つの入力信号の最大値発生時刻
を検出する機能を有する。例えば入力端子値をクロック
信号により逐次サンプルホールドして、現在のクロック
信号によるサンプル値とクロック信号の１つ前のサンプ
ル値とを電圧比度器により逐次比較して、人力信号の時
間に対する増加状態から減少状態に反転する時刻を検出
することにより、人力信号の最大値発生時刻を検出する
ことができる。前記時間ＴＤは第２９図（１）に示され
る基準信号の最大値発生時刻ｔ　と（つ）に示される検
出信号の最大値発生時刻ｔ、との間の時間として示され
る。この時間Ｔ、は下記の（２）式に示されるように実
際に電磁波が送信及び送信アンテナ１３及びｔ４とター
ゲット１２５の間の距離を往復する伝播時間τのｆ　　
／（ｆ　　−ｆ２）倍だけ時間的に拡１大されて得られる。

上記の（２）式は次のようにして与えられたものである
。

第１の擬似ランダム信号で位相変調された搬送波が送信
され、対象物で反射し、再び受信されるまでの伝播時間
をτとし、この受信信号を第２の擬似ランダム信号で復
調し、コヒーレント検波して得られる対象物検出信号の
パルス状信号が発生する時刻を、基準信号のパルス状信
号発生時刻から計測した時間差をＴ、とすると、７９間
に発生する第２の擬似ランダム信号の波数は、Ｔ８間に
発生する第１の擬似ランダム信号の波数より、τ時間に
発生する第１の擬似ランダム信号の波数だけ少ないので
、次式が成立する。

Ｔ　　−ｆ　　−Ｔ　　◆ｆ　−τ・ｆＩ２Ｄｌ上式を整理するとＴ、は次の（２〉式で与えられる。

ＴＤ−τ・ｆ、／　（ｆ、−ｆ２）　　　・・・（２）
即ち、伝播時間τは、ｆ、／　（ｆ、−ｆ２）倍だけ時
間的に拡大され、あるいは低速化されたＴ、として計測
される。

本例の場合ｆ　　＝　１００，００４ＭＨｚ、ｆ　２−
９９．９９６ＭＨｚであるので、１２，５００倍に時間
が拡大され（３）式か得られる。

ＴＤ−１２，５００τ　　　　　　　　　　　・・・（
３）また（３）式の時間Ｔ、は前記基準信号の周期ＴＢ
ごとに得られる。

このように本実施例は計測時間がきわめて大きく拡大さ
れているので、対象物の距離を短距離がら精度良く計測
することが可能である。従って炉内のスラグレベルや溶
鋼レベル等の短距離のレベル計測装置としても適してい
るといえる。

従って送信及び受信アンテナ１３及び１４からターゲッ
ト１２５までの距Ｍｘメートルを（３）式により求める
と（４〉式が得られる。

ｘ　＝　（ｆ　　　　ｆ　　）、　／　２　ｆ　　・ｖ
　・Ｔ　Ｄ１２　　　　１ −１．２ＸＩＯ’　　・Ｔ、　　　　　　　・・・（４）ここで、■は伝播速度である。

本実施例においては送信アンテナと受信アンテナを分離
して２つのアンテナを設ける構成について説明したが、
これに限定されるものではなく、１つのアンテナを送受
信共用とし、方向性結合器又は送受切換器を付加して、
送信と受信の信号を分離する方式をアンテナ系に採用し
てもよい。

また本実施例においては、搬送波として１０ＧＨｚ程度
のマイクロ波の例を示したが、さらにミリ波等の電磁波
は勿論のこと、光、音波、超音波等の電磁波を搬送波と
して使用することも可能である。

［発明の効果コこの発明は以上説明したとおり、信号処理回路がマイク
ロ波レーダによって計測された炉内のスラグ面とアンテ
ナとの距離のレーダ計測値信号とアンテナ位置計測装置
によって計測されたアンテナ位置のアンテナ位置信号と
から炉内のスラグレベル位置の算出を行い、そのスラグ
レベル位置と所定の設定値或いは上限及び下限設定値を
比較してアンテナ昇降量を算出し、そのアンテナ昇降量
のアンテナ昇降制御信号をアンテナ昇降装置に人力し、
アンテナ昇降装置がアンテナ昇降制御信号によってアン
テナを昇降させ、炉内のスラグ面が変動してもアンテナ
とスラグ面との距離が常に予め設定された一定の距離或
いは一定の距離範囲内に保たれるようにしたので、炉内
のスラグ面が下降した場合に、炉内に挿入したアンテナ
とスラグ面との距離が大きくなり、炉内のランスや炉壁
からの不要な反射信号の影響を受けることを避けること
ができ、炉内のスラグ面が上昇した場合に、炉内に挿入
したアンテナとスラグ面とが接近し、飛散したスラグや
地金等がアンテナに対して付着することを防止できるこ
ととなり、特にスラグレベル計測でスラグ面からのマイ
クロ波の反射が微弱なためにアンテナへのスラグの付着
や炉壁等からの不要な反射信号の影響を受は易くても常
に正常な炉内のスラグレベル位置のレベル計測を実施す
ることができるという効果がある。

また、炉内レベル計に用いられるアンテナは、内側全体
が導波管として機能し、先端に内側がホーンアンテナと
して機能する拡径部を有する金属製の内管と、その内管
を取り囲む金属製の外管との間に仕切部材を介装してこ
れら両管の先端側で連面す二つの冷却水路を形成するか
、先端にホーンアンテナとして機能する拡径部を有する
第１及び第２の金属製の内管と、第１及び第２の内管を
取り囲む金属製の外管とからなり、第１及び第２の内管
先端の拡径部と外管の先端部が接合し、内管と外管の略
全体に仕切り部材を介装し、これら両管の先端部で連通
した２つの冷却水路を形成し、これら冷却水路の基端側
に冷却水の給水口と排水口を設け、例えば炉内のスラグ
レベルを計測するために使用したときに、内管に接続さ
れるマイクロ波レーダを炉外において内管を炉内に配置
でき、一方の冷却水路の給水口より、冷却水を通水し、
他方の冷却水路の排出口より外部に排出させ、これら冷
却水路を流れる冷却水によって内管と外管とが炉内で受
ける熱を抜熱して冷却するようにしたので、アンテナと
して機能する内管の拡径部を炉内の計測対象物に近づけ
ることができ、指向性を向上させて、Ｓ／Ｎ比を良好に
し、精度よく計測ができるという効果を有する。更に、
内管の基端側にガスバーシロを設け、そのガスパーシロ
よりパージ用ガスを流入させて内管の拡径部のアンテナ
として機能する先端内面をパージするようにしたので、
冷却水による冷却効果を落さずメンテナンスを容易にす
るという効果がある。

また、上記水冷ホーンアンテナでは、それぞれマイクロ
波信号の送信及び受信を行う２つのアンテナを一つの冷
却構造として、一体化することによりアンテナの小型化
、外形の簡素化を行い、アンテナの炉内への設置、メン
テナンスを容易とすることが可能となるという効果も有
する。

更に、送信アンテナ及び受信アンテナで水冷パラボラア
ンテナとしたものは、一次輻射器は二重管または三重管
構造により冷却水路を形成したので、冷却水路を流れる
冷却水によって導波管とフィーダとが炉内で受ける熱が
抜熱され、反射器は一次輻射器の開口面に対向した放物
曲面を有する反射板と反射板の背面に配置された背板と
の外周を接合し、反射板と背板との間に仕切り部材を介
装し冷却水路を形成したので、冷却水路を流れる冷却水
によって炉内に対向した放物曲面が受ける熱が抜熱され
、アンテナを効率よく冷却し、高温雰囲気の炉内におい
ても使用することができるという効果を有する。

また、その一次輻射器の導波管及びフィーダの内面と、
反射器の放物曲面とをガスパージするようにしたので、
冷却水による冷却効果を落とさず、アンテナのメンテナ
ンスを容易とするという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は同実施例の一つのアンテナ昇降制御手順を示すフロー
チャート、第３図（ａ）はアンテナ位置とスラグ面との
関係を示すグラフ、第３図（ｂ）は設定値とレーダ計測
値との関係を示すグラフ、第４図は同実施例のもう一つ
のアンテナ昇降Ｍａ１手順を示すフローチャート、第５
図（ａ）はアンテナ位置とスラグ面との関係を示すグラ
フ、第５図（ｂ）は設定値とレーダ計測値との関係を示
すグラフ、第６図は水冷アンテナの一実施例を示す構成
図、第７図は第６図のＡ−Ａ線断面図、第８図は水冷ア
ンテナのもう一つの実施例を示す構成図、第９図は第８
図のＡ−Ａ線断面図、第１Ｏ図は内円管と外円管との間
に介装される仕切部材を示す説明図、第１１図は水冷ホ
ーンアンテナの更にもう一つの実施例で先端側からみた
側面図、第１２図は第１１図のＡ−Ａ線断面図、第１３
図は第１１図のＢ−Ｂ線断面図、第１４図は第１２図の
Ｃ−Ｃ線断面の先端側を示す図、第１５図は第１２図の
Ｃ−Ｃ線断面の基端側を示す図、第１６図は水冷ホーン
アンテナの更にもう一つ別の実施例で先端側からみた側
面図、第１７図は第１６図のＡ−Ａ線断面図、第１８図
は第１６図のＢ−Ｂ線断面図、第１９図は第１７図のＣ
−Ｃ線断面の先端側を示す図、第２０図は第１７図のＣ
−Ｃ線断面の基端側を示す図、第２１図はこの本発明に
よる水冷パラボラアンテナの一実施例の側面図、第２２
図は同実施例の正面図、第２３図は一次輻射器の構造を
示す断面図、第２４図は反射器の構造を示す断面図、第
２５図はスペーサを示す構成図、第２６図は水冷パラボ
ラアンテナのもう一つの実施例の側面図、第２７図は同
実施例の正面図、第２８図はマイクロ波レーダの一実施
例を示すブロック図、第２９図は第２８図の動作を説明
するための波形図、第３０図は７ビツトのＭ系列信号発
生器の構成図、第３１図は従来の炉内レベル計を溶融還
元炉に適用した説明図である。１・・・溶融還元炉、６・・・スラグ、１２・・・マイ
クロ波レーダ、１３・・・送信アンテナ、１４・・・受
信アンテナ、１５・・・導波管、１６・・・アンテナ昇
降装置、１７・・・ケーブル、１８・・・ケーブル巻取
装置、１９・・・モータ、２１・・・アンテナ位置計測
装置、２４・・・信号処理回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炉内に挿入される送信アンテナ及び受信アンテナ
を有し、送信アンテナに対してマイクロ波信号を出力し
、炉内のスラグ面で反射され、受信アンテナによって受
信されたマイクロ波信号からこれらアンテナとスラグ面
との距離を算出してレーダ計測値信号として出力するマ
イクロ波レーダと、炉内に挿入された前記送信及び受信アンテナを昇降させ
るアンテナ昇降装置と、アンテナ位置を計測し、アンテナ位置信号を出力するア
ンテナ位置計測装置と、マイクロ波レーダのレーダ計測値信号とアンテナ位置計
測装置のアンテナ位置信号から炉内のスラグレベル位置
の算出を行い、その炉内のスラグレベル位置と所定の設
定値或いは上限設定値及び下限設定値を比較してアンテ
ナ昇降量を算出し、そのアンテナ昇降量をアンテナ昇降
制御信号としてアンテナ昇降装置に出力する信号処理部
とを備えたことを特徴とする炉内レベル計。
（２）送信及び受信アンテナは内側全体が導波管として
機能し、先端に内側がホーンアンテナとして機能する拡
径部を有する金属製の内管と、内管を取り囲む金属製の
外管とからなり、内管の拡径部の先端と外管の先端を接
合し、内管と外管との間の略全体に仕切部材を介装して
、これら両管の先端側で連通する二つの冷却水路を形成
し、これら冷却水路の基端側に冷却水の給水口と排水口
を設けたことを特徴とする炉内レベル計用の水冷ホーン
アンテナ。
（３）前記内管の基端側にパージ用ガスを流入させるガ
スパージ口を設けたことを特徴とする請求項２記載の水
冷ホーンアンテナ。
（４）送信及び受信アンテナは内側全体が導波管として
機能し、先端にホーンアンテナとして機能する拡径部を
有する第１及び第２の金属製の内管と、第１及び第２の
内管を取り囲む金属製の外管とからなり、第１及び第２
の内管先端の拡径部と外管の先端部が接合し、内管と外
管の略全体に仕切り部材を介装し、これら両管の先端部
で連通した２つの冷却水路を形成し、これら冷却水路の
基端側に冷却水の給水口と排水口とを設けたことを特徴
とする炉内レベル計用の水冷ホーンアンテナ。
（５）前記第１及び第２の内管の基端部にパージ用ガス
を流入させるためのガスパージを有することを特徴とす
る請求項４記載の水冷ホーンアンテナ。
（６）水冷構造の一次輻射器と、一次輻射器の開口面に
対向した放物曲面を有する水冷構造の反射器とからなる
ことを特徴とした炉内レベル計用の水冷パラボラアンテ
ナ。
（７）一次輻射器として二重管または三重管構造による
水冷構造の導波管及びフィーダから構成された一次輻射
器を有することを特徴とする請求項６記載の水冷パラボ
ラアンテナ。
（８）送信及び受信アンテナは反射器として一次輻射器
の開口面に対向した放物曲面を有する反射板と、反射板
の背面に配置される背板と、反射板と背板との間に介装
される仕切り部材とからなりれ、反射板と背板との外周
部を接合して冷却水路を形成し、冷却水の給水口と排水
口を有する反射器を有することを特徴とする請求項６ま
たは７記載の水冷パラボラアンテナ。
（９）一次輻射器の導波管及びホーンアンテナの内面と
、反射器の放物曲面とをガスパージすることを特徴とし
た請求項６または７または８記載の水冷パラボラアンテ
ナ。