JPS6132631B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体、液体等一定方向へ走行・流動
する走行体の速度を測定するための速度測定方法
および装置に関するものである。

従来、固体や液体などの走行体の速度を測定す
る方法として相関法が知られている。この測定方
法は第１図に示すように、走行体１に向けて配置
した２箇の検出素子２ａ，２ｂにより走行体１の
表面状態や温度などに基づくランダム信号Ｘ
（ｔ）、Ｙ（ｔ）を検出し前記ランダム信号Ｘ
（ｔ）、Ｙ（ｔ）から相互相関計３によつて求めた
相互相関関数Ｒ_ABが最大となる遅れ時間τｄを求
め、前記検出素子２ａ，２ｂ相互の間隔ｌと前記
遅れ時間τｄとから走行体１の速度ｖ（＝ｌ／τ
ｄ）を算出するものである。このような相関法に
よれば、非接触でかつ連続的に走行体１の速度を
測定することができる利点があるが、従来ではラ
ンダム信号をピツクアツプするにあたつて、走行
体１に向けて所定箇所に固定した２箇の検出素子
を用いて行なつていたために、下記のような問題
があつた。

すなわち上述した相関法による計測精度は、ラ
ンダム信号をピツクアツプすべき２点間の距離ｌ
と相互相関関数演算の時のむだ時間τの変化幅Δ
τとによつて決まるので、計測精度を向上させる
ためには、２点間の距離ｌを大きくする必要があ
るが、２点間の距離ｌを大きくし過ぎると、得ら
れるランダム信号の時間的ズレが大きくなり、そ
の結果相互相関関数Ｒ_ABの最大値が低下してその
明確な遅れ時間τｄを検出することが困難になる
問題がある。一方、２点からピツクアツプされる
信号の時間的ズレは、走行体１の速度ｖと検出素
子２ａ，２ｂ相互の距離ｌとによつて決まるの
で、信号の時間的ズレを、相互相関関数Ｒ_ABの最
大値の明確な遅れ時間τｄを検出するに必要かつ
十分な値に設定するには、検出素子２ａ，２ｂ相
互の距離ｌを走行体１の速度ｖに応じて適当な寸
法に設定する必要がある。したがつて、計測精度
を高めるためには、検出素子２ａ，２ｂ相互の距
離ｌを、相互相関関数Ｒ_ABの最大値の遅れ時間τ
ｄを明確に検出し得る範囲内で走行体１の速度ｖ
に応じて大きくする必要があるが、従来では２箇
の検出素子２ａ，２ｂを物理的に固定し、移動す
ることができないようにしているため、精度の良
い測定を行なうことができない場合があり、殊に
走行体１の速度ｖが変化するような場合には、検
出素子２ａ，２ｂ相互の距離ｌが走行体１の速度
ｖに対して大きすぎたり、あるいは逆に小さすぎ
たりする状態が生じるので、測定精度が低下する
場合が生じる問題があつた。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
常に精度良く測定することのできる速度測定方法
およびその方法を実施するための装置を提供する
ことを目的とするものである。

すなわちこの発明は、３箇以上の信号検出素子
を走行体の走行方向に沿つて一直線上に配列して
おき、これら信号検出素子のうちから任意の２箇
の信号検出素子を選んで複数の組合わせを得、こ
れらの組合わせのうち、２つの信号の相互相関関
数の最大値が予め設定した値以上でかつ最も遅延
したものとなる信号検出素子の組合わせを探し出
すことにより、相互相関関数の最大値を明確に把
握し得る範囲内で２つの信号をピツクアツプすべ
き２点間の距離を可及的に大きくし、もつて精度
良く速度を測定し得るようにしたことを特徴とす
るものである。

以下この発明を製銑工程におけるスラグの流速
を測定する場合を例にとつて具体的に説明する。

まず、この発明の装置の一例を第２図を参照し
て説明すると、スラグ１０が第２図の矢印方向に
所定速度ｖで流れているものとし、このスラグ１
０に対し３箇以上の信号検出素子１１ａ，１１ｂ
………をスラグ１０の流れ方向に沿つて一直線上
に配置しておく。なお、符号１２は信号検出素子
１１ａ，１１ｂ………とスラグ１０との間に配置
した倍率ｍの光学系である。前記信号検出素子１
１ａ，１１ｂ………は、スラグ１０から発する光
を電気信号に変換して出力するものであつて、ス
ラグ１０の流れ方向に対し最上流側にある第１番
目の信号検出素子１１ａは増幅器１３を介して相
互相関計１４に接続されており、また第２番目以
降の信号検出素子１１ｂ，………は切換器１５に
それぞれ接続されている。この切換器１５は増幅
器１６を介して前記相互相関計１４に接続され、
前記第２番目以降の信号検出素子１１ｂ，………
によつて得られた各信号を個別に順次相互相関計
１４に対して出力するようになつている。相互相
関計１４は、前記第１番目の信号検出素子１１ａ
から入力された信号と切換器１５から入力された
各信号とを順次比較して各々について相互相関関
数を求めるとともにその最大値を算出するよう構
成されており、この相互相関計１４には、選択器
１７および遅延時間検出器１８がそれぞれ接続さ
れている。選択器１７は相互相関計１４によつて
算定された相互相関関数の最大値が予め設定した
値以上の場合に前記切換器１５に対し信号を出力
し、切換器１５から相互相関計１４に対して送出
する信号を第２番目の信号検出素子１１ｂによつ
て得られる信号から順次第３番目以降のものに切
換えるものであつて、第１番目の信号検出素子１
１ａから得られた信号を一方の関数とした各相互
相関関数の最大値のうち、予め設定した値以上で
かつ最も遅延した最大値が遅延時間検出器１８に
出力されるようになつている。さらにこの遅延時
間検出器１８に演算器１９が接続される一方、そ
の演算器１９に前記切換器１５が接続されてお
り、この演算器１９において、前記遅延時間検出
器１８から入力される前記最も遅延した最大値の
遅れ時間と当該最も遅延した最大値を与える信号
を出力する信号検出素子（仮りに１１ｉとする）
から第１番目の信号検出素子１１ａまでの距離に
基づいてスラグ１０の速度を算出するように構成
されている。

すなわち最も遅延した最大値を採用することに
より、検出に最も適した検出素子の位置を確定で
きるように構成されている。

つぎに上記のように構成した装置の作用すなわ
ちこの発明の測定方法について説明すると、溶鉱
炉から排出されるスラグ１０は1500℃程度の高温
であつて強い光を発しているので、前記信号検出
素子１１ａ，１１ｂ………には光学系１２を介し
てスラグ１０の表面の一定範囲の像が映る。その
場合スラグ１０は所定速度で流動しているうえに
その表面状態は一様ではないので、各信号検出素
子１１ａ，１１ｂ………によつて時間の経過と共
に例えば第３図に示すようなランダム信号が得ら
れる。これらのランダム信号のうち第１番目の信
号検出素子１１ａによつて得られた信号（以下第
１番目の信号という）は増幅器１３を介して相互
相関計１４に入力され、他の信号検出素子１１
ｂ，１１ｃ………によつて得られた信号は切換器
１５に送られる。測定開始時には切換器１５はス
タート状態にあつて、第２番目の信号検出素子１
１ｂで得られた信号（以下第２番目の信号とい
う）を相互相関計１４に送出するが、スラグ１０
の流速が極端に遅くない場合には、これら第１番
目および第２番目の信号は近似しているので、相
互相関計１４においてこれらの信号によつて定ま
る相互相関関数の最大値は大きな値を示し、その
最大値が予め設定した値よりも大きくなることに
より、前記選択器１７が信号を出力し、その結果
切換器１５が切換つて第３番目の信号検出素子１
１ｃによつて得られたランダム信号が切換器１５
から相互相関計１４に送出される。そして第１番
目の信号と第３番目の信号とによつて定まる相互
相関関数の最大値が予め設定した値よりも大きけ
れば、前記選択器１７が信号を出力し、その結果
切換器１５が前述のように切換わる。以下同様
に、第１番目の信号を一方の関数とし、切換器１
５から送出される信号を他方の関数とした相互相
関関数の最大値が予め設定した値以上であれば、
切換器１５が選択器１７の出力信号により順次切
換わる。

ところで、スラグ１０は流動中にその表面状態
が逐次変化しているので、第１番目の信号と第２
番目以降の信号との相関関係（類似の度合）は次
第に低くなり、したがつて相互相関計１４によつ
て求まる相互相関関数の最大値は切換器１５が動
作して切換わる毎に次第に低くなる。なお、相互
相関計１４で求まる各相互相関関数の最大値の低
下度合について説明すると、第１番目の信号と第
２番目以降の信号との相関関係は、スラグ１０の
流動速度が遅く、その表面状態が短かい距離を流
れる間に変化してしまう場合には前記最大値の低
下度合は急激になり、また逆にスラグ１０の流動
速度が速く、その表面状態がほぼ同一状態に長く
持続する場合には、前記最大値の低下度合は緩慢
になる。そして切換器１５が例えばｉ番目の信号
を送出すべく切換わり、その信号と第１番目の信
号とによつて定まる相互相関関数の最大値が予め
設定した値とほぼ同等にまで低くなると、その最
大値が最も遅延した最大値として遅延時間検出器
１８に入力され、遅延時間検出器１８は測定開始
時すなわち第１番目の信号検出素子１１ａの出力
時から前記最も遅延した最大値の発生時までの時
間を算定し、遅れ時間τｄとして演算器１９に出
力する。一方、切換器１５は最終的にｉ番目の信
号を送出すべく切換つたことによりその旨の信号
を演算器１９に出力する。ここで、前記各信号検
出素子１１ａ，１１ｂ………相互の間隔をΔｌと
すれば、第１番目の信号検出素子１１ａからｉ番
目の信号検出素子１１ｉまでの距離は（ｉ−１）
×Δｌとなるが、スラグ１０の表面は光学系１２
によつてｍ倍されて信号検出素子１１ａ，１１ｂ
………に投影されているので、前記の距離（ｉ−
１）×Δｌはスラグ表面上の実距離では（ｉ−
１）×Δｌ／ｍである。この実距離は信号検出素
子１１ａ，１１ｂ………相互の間隔Δｌおよび光
学系１２の倍率ｍを演算器１９に予め入力してお
けば、演算器１９に対し切換器１５から前述した
ように信号が入力されることにより（すなわちｉ
の値が指示されることにより）求まり、一方演算
器１９には前記遅れ時間τｄが入力され、したが
つて演算器１９は（ｉ−１）×（Δｌ／ｍ）×１／
τｄを計算し、スラグ１０の速度ｖを算出する。

上述の説明から明らかなように上記の測定装
置、測定方法では、スラグ１０の流動速度が遅
く、比較的短い距離を流れる間にその表面状態が
変化する場合には、第１番目の信号検出素子１１
ａに近い位置にある信号検出素子を選択し、また
スラグ１０の流動速度が速く、比較的長い距離に
亘つてその表面状態がほぼ同一状態に保たれる場
合には、第１番目の信号検出素子１１ａから離れ
た位置にある信号検出素子を選択し、いずれの場
合でも相互相関関数の明確な最大値のうち最も遅
延した最大値の遅れ時間τｄを検出することがで
きるから、スラグ１０の流速の緩急に拘わらず、
常に正確な速度ｖを測定することができる。

なお、上述の説明では信号検出素子の具体例を
挙げなかつたが、前述したような動作を行なう信
号検出素子としては、リニアアレイセンサー、
CCD等の集積化した半導体素子を採用すること
ができ、このような素子を用いれば、装置を小型
化し得るとともに高速切換えが可能となり、測定
精度が更に向上することは言うまでもない。ま
た、上述の説明は製銑工程におけるスラグ１０の
流速を測定する場合を例に採つたものであるが、
この発明はスラグ１０の流速測定を行なう場合に
限られるものではなく、温水等の流体や鋼板、鋼
球等の固体などの速度測定にも応用することがで
きるのであり、このような自発光のない走行体の
速度を測定する場合には、所定の光源から走行体
に光を照射して生じる反射光を光電変換素子から
なる信号検出素子で電気信号に変えればよく、あ
るいは走行体が所定の温度を有するものであれ
ば、温度を電気信号に変える素子でランダム信号
をピツクアツプすればよい。さらに上述の説明で
は選択器１７の出力信号により切換器１５を動作
させるようにしたが、この発明では上記のような
選択器１７を特に用いる必要はなく、作業者が相
互相関計１４の出力を見て切換器１５を動作させ
るようにしてもよい。またさらに、上記実施例で
は第１番目の信号検出素子１１ａによりピツクア
ツプした信号を一方の関数として相互相関関数を
求める場合について説明したが、この発明は上記
実施例に限られるものではなく、要は走行体の走
行方向に沿つて一直線上に配列した３箇以上の信
号検出素子のうちから、任意に２箇の信号検出素
子を選んで、これらから得られる信号に基づいて
相互相関関数を算定し、かつその最大値の遅延時
間を求めればよい。

以上の説明で明らかなようにこの発明の速度測
定方法および装置によれば、相関法によつて速度
を測定するにあたつて、走行体の速度を測定する
に必要な２つの信号を検出するための２点間の距
離を、相互相関関数の最大値が十分大きくかつそ
の明確な遅延時間を検出し得る範囲内で可及的に
大きな距離とすることができ、換言すれば走行体
の速度の緩急に応じてその速度に適した距離とす
ることができるので、走行体の速度の緩急に拘わ
らず常に精度の良い速度測定を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は相関法による従来の速度測定法を原理
的に示すブロツク線図、第２図はこの発明の装置
の一例を原理的に示すブロツク線図、第３図はそ
の信号検出素子によつて得られた信号の一例を示
す波形図である。 １０……スラグ、１１ａ，１１ｂ，………１１
ｉ……信号検出素子、１４……相互相関計、１５
……切換器、１８……遅延時間検出器、１９……
演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３箇以上の信号検出素子を測定すべき走行体
   の走行方向に沿つて一直線上に配列しておき、こ
   れら信号検出素子のうちから任意の２箇の信号検
   出素子からなる複数の組合わせを選択し、その各
   組合わせのうち、各信号検出素子からの出力信号
   の相互相関関数の最大値が予め設定した値以上で
   かつ最も遅延した最大値となる信号検出素子の組
   合わせを探し出し、得られた組合わせにおける２
   箇の信号検出素子間の距離とその相互相関関数の
   最大値の遅延時間とから走行体の速度を検出する
   ことを特徴とする速度測定方法。 ２ 測定すべき走行体の走行方向に沿つて一直線
   上に配列された３箇以上の信号検出素子と、これ
   ら信号検出素子のうち任意の２箇の信号検出素子
   を選択してそれらの信号を送出する切換器と、そ
   の切換器から送出される２つの出力信号に基づい
   て相互相関関数を求める相互相関計と、前記相互
   相関関数の最大値のうち予め設定した値以上でか
   つ最も遅延した最大値の遅延時間を求める遅延時
   間検出器と、その遅延時間および前記最も遅延し
   た最大値を与える信号を出力した２箇の信号検出
   素子相互の間の距離に基づいて走行体の速度を算
   出する演算器とを具備していることを特徴とする
   速度測定装置。