JPH0438281B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐火物等の加熱で次第に侵食される
物体に埋込んでその侵食量を監視するのに用いら
れるケーブルセンサの長さ計測方法に関する。

〔従来の技術〕

高炉、転炉などでは熱絶縁に耐火物が使用さ
れ、そして該耐火物は使用中次第に侵食されるの
で、溶損量を把握していることは安全な操業を確
保する点で非常に重要である。

耐火物の溶損量を検知する方法としては人の目
視による判定、光学的測距、温度分布測定演算、
断線検知などがあるが、これらはいずれも一長一
短があり、充分満足できるものではない。

溶損量測定に有効な技術として、パルス式
TDR（Time Domain Reflectometry）法があ
る。これは第５図で説明すると、ケーブル１０の
一端にステツプパルスジエネレータ１２により矩
形波パルスを加え、他端で反射してくるパルスを
該一端のオツシロスコーープ１４により観測する
というもので、該観測でケーブル長が分り、該ケ
ーブルを耐火物に埋込んでおいて耐火物溶損と共
に該ケーブル他端を溶損させれば、最初のケーブ
ル長と耐火物使用中又は使用後のケーブル長とか
らケーブル溶損長従つて耐火物溶損量を知ること
ができる。

送端（ケーブル１０の前記一端）で観測される
波形は第５図ｂに示すように、ジエネレータ１２
の出力パルス（入射パルス）と反射パルスとの和
である合成パルスである。反射パルスは、ケーブ
ル１０の他端の負荷インピーダンスZlが無限大
（開放）なら実線で示すように正極性、Zlが０（短
絡）なら点線で示すように負極性である。即ちケ
ーブル１０の特性インピーダンスをZ₀とすれば反
射係数ρはρ＝（Zl−Z₀）／（Zl＋Z₀）で表わさ
れ、Zl＝∞ならρ＝１、Zl＝０ならρ＝−１であ
る。従つて合成パルスはZlが∞なら実線、Zlが０
なら点線の如くなる。入射パルスに対する反射パ
ルスの遅れ時間ｔはケーブル長Ｌに依存する。即
ちこの時間ｔは往復距離2Lをパルス速度Ｃ／√
εで割つたものであるからケーブル長Ｌは、Ｌ
＝・ｔ／２√である。こゝでＣは光速、εは誘
電率である。

長さ測定には短い（細幅）パルスを用いる方法
もあるが、このTDR法では長い（反射波が到来
してもまだ入射波がある）パルスを用いる点が特
徴である。かゝるTDR法によるケーブルセンサ
の送端観測波形の一例を第６図に示す。本体部２
０は第５図のパルスジエネレータ１２およびオツ
シロスコープ１４等からなり、ケーブル１０は同
軸ケーブル２２とセンサ２４からなる。センサ２
４も同軸ケーブルであつて、第７図ａに示すよう
にニツケル−クロム（Ni−Cr）の中心導体、酸
化マグネシウム（MgO）の誘電体、及びインコ
ネルの外部導体からなる。センサ２４の特性イン
ピーダンスは同軸ケーブル２２のそれより小さい
ので、これらの接続部では負の反射波が生じ、こ
のため観測波形２６ではくぼみが生じる。センサ
の他端は開放されているので正の反射波が生じ、
このための観測波形には立上りが見られる。この
第６図では観測波形２６をケーブルセンサに対応
させて示しているが、実際は送端（本体部２０の
出力端）における時間ベースの観測波形である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かゝるケーブルセンサを転炉の耐火物溶損監視
に使用すると、該耐火物の厚みは700mm程度、従
つてセンサ２４の長さもその程度としても、本体
部２０は転炉から適当間隔離す必要があるのでケ
ーブル２２およびセンサ２４の全長は40mにもな
る。耐火物の許容摩耗量は500mmであり、従つて
40mのセンサで０〜50cmの溶損を正しく測定する
必要がある。溶損長は簡単には波形２６をブラウ
ン管上に表示させ、点線で示す初期の立上り部と
実際で示す現在のそれと差（時間、従つて長さ）
を読めばよいが、40m中の０〜0.5mの変化を正
しく読むのは厄介で、精度が落ちる。センサ２４
とケーブル２２との接続部では反射波があるので
この接続部以降を測定範囲とする、従つてセンサ
部分のみを測定範囲とすることも考えられるが、
これでも範囲が広く、精度が落ちる。

またドリフトの問題がある。即ちセンサ長に変
化がなくても、ある時の観測では実線２６の如く
なり、他の時の観測では点線２６の如くなる。こ
のドリフトは相当大きく、長さにして例えば200
mmあり、ドリフト問題を解決しない測定結果は信
頼のおけないものになる。この点については、第
７図ｂに示すようにケーブルセンサに予め所定間
隔でインピーダンス不整合部（疵）を設けてお
き、波形２６に該不整合部からの反射波２６ａを
生じさせ、これらより長さ基準を得てセンサ長を
求めることが考えられている（例えば特開昭59−
200902）。しかしケーブルセンサに少々の疵を付
けた程度では充分目視可能な反射波２６ａが得ら
れず、目視可能な反射波が得られるインピーダン
ス不整合部をケーブルセンサに設けることは厄介
であり、製作に難がある。

またケーブルセンサ先端からの反射波は正極性
とは限らず負極性の場合もある。また立上り部、
立下り部の傾斜は急な場合もなだらかな場合もあ
る。この様子を第７図ｃに示す。ケーブルセンサ
の測定にはスライスレベル２８，３０を定め、波
形２６がスライスレベルを切る点P₁，P₂，…の
横軸座標成分（時間従つて長さ）としてセンサ端
Ｐを求めるが、これでは第７図ｃから明らかなよ
うに誤差が生じる。この誤差をなくすには、点
P₁，P₂，…の横軸座標成分を点Ｐのそれに等し
くなるように修正する必要がある。

なお上記誤差はスライスレベル２８，３０を波
形２６の水平部に近付ける程小になるが、波形２
６の水平部も実際には完全な直線ではなく、変動
を有するから近付けるにも限度がある。また波形
端部が立上りになるか立下りになるかはケーブル
センサ端部の溶損状態に応じて変り、開放状態で
溶損して行くのであれば立上り、短絡状態で溶損
して行くのであれば立下りである。また立上り／
立下りの傾斜は温度に関係しており、高温なほど
立上りの傾斜がゆるくなり、立下りの傾斜が大に
なる。

本発明はかゝる点、即ち観測範囲による測定精
度落ち、ドリフト、立上り／立下り部の勾配によ
る誤差の問題を解決して正確なケーブルセンサ測
長を行なおうとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ケーブルセンサの一端に矩形波パル
スを加え、該パルスとセンサ他端で反射したパル
スとの合成波の波形からケーブルセンサの長さを
計測する方法において、物体に埋込んだ測定用ケ
ーブルセンサの他に基準用ケーブルセンサを用意
し、該基準用ケーブルセンサの他端近傍所定点以
降に対する合成波と測定用ケーブルセンサの該所
定点対応点以降に対する合成波を用いて、前者の
合成波から長さ基準を得、該長さ基準と、該者合
成波のセンサ使用前の立上り／立下り部に対する
現在の立上り／立下り部のずれより測定用ケーブ
ルセンサの溶損長を求めることを特徴とするもの
である。

〔作用〕

測定用ケーブルセンサの他に基準用ケーブルセ
ンサを用いると、長さ基準を得ることができ、ま
たセンサ端部近傍の拡大表示ができて計測分解能
を上げ、ドリフトを打消して正確な溶損長算出が
可能になる。また合成法の立上り／立下り部の傾
斜に応じた修正量で、実測したセンサ端を修正す
ることにより上記測長を更に正確にすることがで
きる。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例を示す。４０は転炉
で、４２は該転炉に内張りされた耐火物、４２は
転炉４４の底部に設けられた撹拌用底吹きガスの
セラミツクノズルである。点線曲線は、耐火物４
２およびノズル４４の溶損状態を示す。センサ２
４はこの溶損量を測定すべくノズル４４に埋め込
まれ、その先端部はノズル溶損と共に溶損する。
このセンサ長の計測によりノズル溶損状態を測定
する。ノズルは転炉底部に複数個設けられるの
で、センサも複数個設ける。２４Ａが２２，２４
と同様のセンサ及びケーブル部である。２４Ｓは
基準ケーブルセンサで、使用前の測定用ケーブル
センサ２２，２４及び２４Ａより若干短くされ
る。３２はこれらのセンサを切換えるスイツチ、
２０ａはケーブルセンサに短形波パルスを供給す
るパルスジエネレータ、２６ｂは送端電圧をアナ
ログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器、２０ｃは
マイクロコンピユータで記憶部、波形認識機能、
補正及び長さ変換機能などを有する。２０ｄは
CRTデイスプレイである。

切換器３２を操作してパルスジエネレータ２０
ａが出力する矩形パルスをケーブルセンサ２２，
２４に供給すると、その送端（ケーブルセンサの
切換器３２側の端）電圧は第６図に示した如くな
り、Ａ／Ｄ変換器２０ｂはこれをサンプリングし
てＡ／Ｄ変換し、各サンプルのデジタル値をマイ
コン２０ｃに入力する。マイコン２０ｃではこれ
を一旦記憶部に記憶し、それを繰り返し読出し
Ｄ／Ａ変換してCRTデイスプレイ２０ｄに表示
する。従つて該デイスプレイの管面には第６図の
波形２６が表示される。切換器３２を操作してパ
ルスジエネレータ２０ａの出力パルスをケーブル
センサ２４Ａに加えるとCRTデイスプレイ２０
ｄに同様な波形（センサ長等に応じて若干異なる
が）が表示され、切換器３２を操作して基準ケー
ブルセンサ２４Ｓを選択した場合も同様である。
但し基準ケーブルセンサは炉外の一定温度の所に
置くので溶損することはなく、ドリフトがなけれ
ば表示される波形は常に同じである。これに対し
て測定用センサケーブルの表示波形は溶損により
変化する。第２図にその状態を示す。

第２図に示すように基準ケーブルセンサの波形
の立上り部は測定用センサケーブルの初期波形の
立上り部より左方にあり（即ち基準ケーブルセン
サは使用前測定ケーブルセンサより短い）、使用
で測定ケーブルセンサの先端が溶損してくると該
センサの波形立上り部は次第に左方へ移動し、や
がては基準波形の立上り部を越えて、現波形立上
り部で示すようにその左方へくる。この移動量が
溶接量を示している。なおCRTデイスプレイ２
０ｄに表示される波形は、これらの波形の１つだ
けであり、切換えてこれらを表示させる。基準ケ
ーブルセンサの長さは既知であるから、基準波形
を用いての基準ケーブルセンサの測長で長さ基準
を得、それと現波形を用いた測定ケーブルセンサ
の測長で測定ケーブルセンサの長さを得、その初
期値との差から溶損長を知ることができる。

表示される波形にはドリフトが含まれるが、先
ず基準ケーブルセンサを測定し、次いで測定用ケ
ーブルセンサを測定すると、各々には同量のドリ
フトが含まれているとしてよいから、相殺されて
しまつて現われず、正しい溶損量が得られる。

またCRTデイスプレイの管面に波形２６の全
体を表示すると、前述のように変化分は僅かであ
るから精度が落ちる。そこで基準波形及び現波形
の立上り部が管面中央部にくるように部分拡大表
示にすると溶損量測定を高精度に行なうことがで
きる。これは、マイコン記憶部からの波形データ
の読出しを基準波形立上り部の若干手前の所定点
（これはケーブルセンサへの矩形パルス印加と同
時に測定開始するとして、その第ｎサンプルとし
て求まる）以降に制限し、それらが管面一杯に表
示されるように掃引速度を上げることで容易に実
行できる。表示を開始する上記第ｎサンプルは既
知であるから、その点から先端までの基準ケーブ
ルセンサ長も既知であり、従つてこれを尺度に溶
損量の正確な測定が可能である。

波形立上り部の傾斜は前述のように温度により
変化する。これを補正するのに本発明では立上り
部の勾配を実測し、該勾配からケーブル長を引い
て修正長を求める。第２図ｂ，ｃで説明すると、
波形立上り部が鎖線スライスレベルを切る点の座
標X₀，Y₀を求め、それよりΔxだけ進んだ点のＹ
座標Δyを求めると、勾配αはΔy／Δxとして求
まる。検出される点P₁，P₂，…をセンサ端Ｐに
修正するにはある量をP₁，P₂，…のＸ座標から
引けばよく、この量はαと関係しているのでそれ
を予めテーブルにしておき、測定したαで該テー
ブルを引けば必要な修正量が得られる。

第３図は上記測定要領をフローチヤートで示
す。先ず基準センサを測長し、その測定値Ａと初
期計測値A₀とから補正量A₀／Ａを求める。これ
はドリフトを示すものである。次はノズル１セン
サ（測定センサ２４）を複数回測定し、平均長を
求める。ノズル２センサ（測定センサ２４Ａ）に
ついても同様にする。

第４図は測長要領を示す。第２図も参照しなが
ら説明すると、先ず波形２６の水平部のレベルｂ
を読取り、該水平部より適当高さΔb上又は下の
レベルｂ±Δbとしてスライスレベルを決定する。
次は波形立上り／立後り部がスライスレベルと交
わる点P₁，P₂，，…の座標X₀，Y₀を読取る。次
にX₀よりΔx時間後のＹ座標Y₀＋Δyを読取り、
勾配αをΔy／Δxとして決定する。次はαでテー
ブルを引いて補正量ΔXを求め、センサ先端Ｐの
Ｘ座標ＸをX₀−ΔXとして求める。センサ長L′は
Ｘ軸分解能（サンプリング周期）により定まる定
数Ｋを乗じて、L′＝Ｋ・Ｘとして求める。更にこ
れを前記補正量Ａ／A₀で割つてL₀＝L′×Ａ／A₀
を得、ノズル長さＬをＬ＝L₁−（L₀₁−L₀）より
求める。こゝでL₀₁はセンサ長初期表示値、L₁は
センサ長初期値（設定）である。

スライスレベルの計算、座標（X₀，Y₀）、（X₀
＋Δx、Y₀＋Δy）の読取りなどは、CRTデイス
プレイに波形を表示させてそれを見て、または一
旦用紙に記録してその記録画像より行なつてもよ
いが、記憶部のデータを読出し、それをデータ処
理部で処理して行なうこともできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では基準ケーブル
センサを用い、それと測定用ケーブルセンサとを
対にして測長して溶損長を求めるので、正確な基
準位置および基準長が得られ、センサ端近傍の拡
大表示、ドリフト消去が行ない得て正確な溶損量
測定が可能になる。またセンサ端部波形の勾配変
化に対する修正を行なうので、一層正確な溶損量
測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す説明図、第２図
はセンサ長測定要領の説明図、第３図および第４
図は測長要領を示す流れ図、第５図はTDR法の
説明図、第６図はケーブルセンサによる溶損量測
定の説明図、第７図は第６図の各部の説明図であ
る。 図面で２２，２４はケーブルセンサ、２０ａは
矩形波パルスジエネレータ、２４Ｓは基準用ケー
ブルセンサである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーブルセンサの一端に矩形波パルスを加
   え、該パルスとセンサ他端で反射したパルスとの
   合成波の波形からケーブルセンサの長さを計測す
   る方法において、 物体に埋込んだ測定用ケーブルセンサの他に基
   準用ケーブルセンサを用意し、該基準用ケーブル
   センサの他端近傍所定点以降に対する合成波と測
   定用ケーブルセンサの該所定点対応点以降に対す
   る合成波を用いて、前者の合成波から長さ基準を
   得、該長さ基準と、後者合成波のセンサ使用前の
   立上り／立下り部に対する現在の立上り／立下り
   部のずれより測定用ケーブルセンサの溶損長を求
   めることを特徴とするケーブルセンサの長さ計測
   方法。 ２ 溶損長を、合成波の立上り／立下り部の勾配
   を求めて、該勾配に応じた修正量で実測したセン
   サ端位置を補正し、その補正センサ端位置のセン
   サ使用前センサ端位置よりの差を得て、該差と長
   さ基準より算出することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のケーブルセンサの長さ計測方
   法。