JPS62132185A - ケ−ブルセンサの長さ計測方法 - Google Patents

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〕 本発明は、耐火物等の加熱で次第に侵食される物体に埋
込んでその浸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、溶損長を把握
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。

耐火物の溶損長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。

溶損長測定に有効な技術として、パルス式ＴＤＲ（Ｔｉ
ｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ　）
法がある。これは第５図で説明すると、ケーブル１０の
一端にステップパルスジェネレータ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ソ
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径って耐火物溶損長を知るこ
とができる。

送端（ケーブルｌＯの前記一端）で観測される波形は第
５図ｆｂ）に示すように、ジェネレータ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Ｚｔが無限大（開放）なら実線で示すように
正極性、Ｚｔ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Ｚｏ
とすれば反射係数ρはρ＝　（Ｚｚ　　　Ｚ　ｏ　）　
／　（Ｚｌ　　＋Ｚｏ）で表わされ、２ｔ＝ＯＯならρ
＝１、Ｚｔ＝０ならρ＝−１である。従って合成パルス
はＺｔが閃なら実線、２１　がＯ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
長しに依存する。即ちこの時間ｔは往復距離２Ｌをパル
ス速度Ｃ／ｆｉで割ったものであるからケーブル長りは
、Ｌ＝・ｔ／２βである。こ＼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＼るＴＤ
Ｒ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２０は第５図のパルスジェネレータ１
２およびオフシロスコープ１４等からなり、ケーブルＩ
Ｏ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って、第７図（ａ）に示すように
ニッケルークロム（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−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７００鰭程度、従ってセンサ２
４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２
４の全長は４０ｍにもなる。耐火物の許容摩耗量は５０
０ｍ−であり、従って４０ｍのセンサで０〜５０ｃｍの
溶損を正しく測定する必要がある。熔損長は簡単には波
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、従って長さ
）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、従ってセンサ部
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（なり、他の時の
観測では点線２６の如（なる。このドリフトは相当大き
く、長さにして例えば２゜Ｏ龍あり、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図山）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１μ司能な反
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長にはスライスレベ
ル２８．３０を定め、波形２６がスライスレベルを切る
点Ｐ＋、Ｐ２．・・・・・・の横軸座標成分（時間従っ
て長さ）としてセンサ端Ｐを求めるが、これでは第７図
（Ｃ１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ＰＬ、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２６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（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（頃斜がゆる（なり、立下りの傾斜が大になる。

本発明ばか＼る点、叩ち観］１１範囲による測定積度落
ち、ドリフ１−１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、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ｆ４ｈ４
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−１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
該転炉に内張すされた耐火物、４２は転炉４４の底部に
設けられた攪拌用底吹きガスのセラミックノズルである
。点線曲線は、耐火物４２およびノズル４４の溶損状態
を示す。センサ２４はこの溶損長を測定すべくノズル４
４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ッ
チ、２０ａはケーブルセンサに短形波パルスを供給する
パルスジェネレータ、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
ュータで記憶部、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ディスプレイである。

切換器３２を操作してパルスジェネレータ２０ａ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（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ディスプレイ２０ｄに表示する。

従って該ディ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ェネレータ２
０Ｈの出力パルスをケーブルセンサ２４Ａに加えるとＣ
ＲＴディスプレイ２０ｄに同様な波形（セン号長等に応
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ａＦＢ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ディスプレイ２０ｄ
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、次いでより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
としてよいがら、相殺されてしまって現われず、正しい
溶用量が得られる。

またＣＲＴディ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用量測定を高精
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、従って
これを尺度に溶用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量を求める。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Ｘｏ、Ｙｏ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ＰＩ、Ｐ２．
・・・・・・をセンサ端Ｐに修正するにはある量をＰｌ
、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ャートで示す。

先ず基準センサを測長し、その測定値Ａと初期計測値Ａ
ｎとから補正ｆｆ１Ａｏ／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ｌセンサ（測定センサ２
４）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
Ｐ　Ｉｎ　　Ｐ　２＋　＋　・・・・・・の座標Ｘｏ、
Ｙａを読取る。次にＸｏよりΔＸ時間後のＹ座標Ｙａ＋
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Ｘｏ−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′＝に−Ｘとして求める。更
にこれを前記補正ｉ１　Ａ　／　Ａ　ｏで割ってＬ　ｏ
−Ｌ’　Ｘ　Ａ／　Ａ　ｏを得、ノズル長さしをＬ＝Ｌ
　＋　　　（Ｌ　Ｏｆ　−Ｌ　Ｏ）より求める。こ＼で
Ｌ　０１　はセンサ長初期表示値、Ｌｌはセンサ長初期
値（設定）である。

スライスレベルの計算、座１（Ｘａ、Ｙａ）。

（Ｘｏ＋Δｘ、Ｙｏ＋Δｙ）の読取りなどは、ＣＲＴデ
ィ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ってもよいが、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
い得て正確な溶損長測定が可能になる。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
溶損長測定が可能になる。

【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長測定の説明図、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
ルスジェネレータ、２４Ｓは基準用ケーブルセンサであ
る。 出　願　人　　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　柳　　　　稔 ＠ｌ伺 第２図 第４圓 Ｔ４５図 ケーブル℃フブ 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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装置を
   補正し、その補正センサ端装置のセンサ使用前センサ端
   装置よりの差を得て、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。