JP2003207382A - 容器内堆積物の堆積高さ測定方法、及び容器内堆積物の堆積高さ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象物が流動、飛散しているような場合で
も、正確に容器内堆積物の堆積高さを測定可能な方法を
提供する。 【解決手段】 炉上部に設置された電磁波送受信装置７
によりマイクロ波信号を発生させ、マイクロ波アンテナ
８から炉内に向けてマイクロ波信号を送出し、炉内の対
象物（廃棄物）からの反射信号を受信する。受信された
信号は電磁波送受信装置７に入力され、信号処理により
対象物までの距離に応じた時間遅れを有する検知信号が
生成、出力される。信号処理装置９ではマイクロ波の送
受信により得られる検知信号を代表する計測値を信号処
理により求め、さらに、繰返し得られる検知信号の計測
値に対して平均化処理等を行い炉内層高計測値として出
力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器内に収容され
て堆積された容器内堆積物の高さを測定する方法、及び
装置に関するものであり、主な応用分野として、内部に
原料を投入し燃焼を行う燃焼炉、特にシャフト型の燃焼
炉、その中でも、廃棄物等を焼却、溶融する炉、特に高
温ガス化溶融炉において、炉内に投入され焼却、溶融さ
れる廃棄物等の原料の炉内層高（レベル）を計測するの
に有用な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炉内の層高を計測する技術として、サウ
ンジングと呼ばれる方法があり、装置が市販されてい
る。これは、ワイヤ、チェーン等の先端に錘を接続しワ
イヤ、チェーンにかかる荷重を計測しながら炉上部より
錘を下降させ、錘が炉内の原料に接触することによる荷
重の変化を検出し、荷重が低下したり無くなったりした
ときの錘の下降量から炉内の層高を計測するものであ
る。

【０００３】また、非接触の炉内層高計測手段として電
磁波（マイクロ波）を炉上部より投射し、炉内の原料か
らの反射信号を検出し、電磁波の投射から検出までの時
間間隔から炉内原料までの距離を算出し、炉内の層高を
計測する方法があり、装置が市販されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記、サウンジングと
呼ばれる方法では、錘の下降による検出を行うため、計
測には一定の時間が必要であり、連続的な計測ができな
いという問題がある。また、荷重の変動による検出を行
う為、炉内の炉壁等に接触した場合には、誤検出が発生
する可能性があり、さらに、計測対象である原料が流
動、飛散している場合には原料内に錘が浸入し、正確な
層高の計測ができない場合がある。

【０００５】前記電磁波を利用する炉内層高計測方法
（マイクロ波レベル計）では、一般に対象物からの反射
信号を検出し反射信号の得られるまでの時間とマイクロ
波の伝播速度から、対象物までの距離を算出するもので
あるが、対象物が流動、飛散している場合には、反射信
号が流動、飛散状態に伴い大きく変化し、複数の反射信
号が発生するため、正確な層高を計測できない場合があ
る。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、対象物が流動、飛散しているような場合でも、
正確に容器内堆積物の堆積高さを測定可能な方法、及び
装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、容器内の堆積物の堆積高さを測定する
方法であって、容器頂部より電磁波を繰返し投射し、前
記堆積物からの反射信号を検出し、電磁波の投射から検
出までの時間間隔から前記堆積物までの距離を算出し、
当該距離から、堆積高さを測定する方法において、１回
の電磁波の投射に対して得られる反射信号のうち、予め
定めておいた基準強度以上の信号強度を有するもののみ
を抽出し、その各々の信号に基づいて前記距離をそれぞ
れ算出し、その中で最も長い距離を、その電磁波の投射
に対する代表値とし、繰り返し得られる代表値を平均化
することにより堆積物までの距離を算出し、当該距離か
ら、堆積高さを測定することを特徴とする容器内堆積物
の堆積高さ測定方法（請求項１）である。

【０００８】本手段は、容器内において堆積物が流動、
飛散している場合に有効である。このような状態では、
容器の上方から電磁波（マイクロ波）を投射すると、流
動、飛散する複数の物標からの複数の反射信号が得られ
る。反射信号の強度は流動、飛散物の形状、大きさ、密
度により変化する。

【０００９】このとき、得られる反射信号のうち、アン
テナから最も遠い位置にある反射信号は、流動、飛散す
る容器内の複数の物標間を透過し、流動、飛散層の下部
に存在する固定層あるいは、固定層に近い位置に存在す
る流動、飛散物からの反射信号と考えられる。そこで、
本手段を用いることにより得られる距離値は流動、飛散
層の下に存在する固定層のレベルを測定することができ
る。

【００１０】たまに、流動、飛散層において、多量の電
波が反射され、固定層に届かないことがあっても、本手
段においては、複数回の測定を行い、その平均値に基づ
いて堆積物の高さを算出しているので、正確に固定層の
高さを測定することができる。なお、本手段において、
予め定めておいた基準強度以上の信号強度のみを抽出し
て用いているのは、ノイズをカットするためであり、こ
のことは他の手段において同じである。

【００１１】前記課題を解決するための第２の手段は、
容器内の堆積物の堆積高さを測定する方法であって、容
器頂部より電磁波を繰返し投射し、前記堆積物からの反
射信号を検出し、電磁波の投射から検出までの時間間隔
から前記堆積物までの距離を算出し、当該距離から、堆
積高さを測定する方法において、１回の電磁波の投射に
対して得られる反射信号のうち、予め定めておいた基準
強度以上の信号強度を有するもののみを抽出し、その各
々の信号に基づいて前記距離をそれぞれ算出し、その中
で最も短い距離を、その電磁波の投射に対する代表値と
し、繰り返し得られる代表値を平均化することにより堆
積物までの距離を算出し、当該距離から、堆積高さを測
定することを特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測定方
法（請求項２）である。

【００１２】本手段は、容器内において堆積物が流動、
飛散している場合に、これら流動飛散層の定常的な上限
の位置を算出するのに有効である。すなわち、堆積物が
流動、飛散している場合には、その上限の位置は、それ
らから反射してくる電磁波のうち、最も測定距離が短い
ものから算出できる。本手段においては、各測定におい
て最も測定距離が短いものを算出し、その値を平均化し
て堆積高さを算出しているので、定常的な流動飛散層の
定常的な上限の位置を算出することができる。

【００１３】前記課題を解決するための第３の手段は、
容器内の堆積物の堆積高さを測定する方法であって、容
器頂部より電磁波を繰返し投射し、前記堆積物からの反
射信号を検出し、電磁波の投射から検出までの時間間隔
から前記堆積物までの距離を算出し、当該距離から、堆
積高さを測定する方法において、１回の電磁波の投射に
対して得られる反射信号のうち、予め定めておいた基準
強度以上の信号強度を有し、かつ信号強度がもっとも大
きい反射信号を判別し、その反射信号に基づいて前記距
離を算出してその電磁波の投射に対する代表値とし、繰
り返し得られる代表値を平均化することにより堆積物ま
での距離を算出し、当該距離から、堆積高さを測定する
ことを特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測定方法（請
求項３）である。

【００１４】堆積物からの反射信号のうち、最も強度の
強いものは、流動、飛散層の中で比較的形状が大きく、
密度が高い層から得られる。よって、本手段によれば、
流動、飛散層の中で比較的形状が大きく、密度が高い層
のレベルを測定することが可能となる。

【００１５】前記課題を解決するための第４の手段は、
容器内の堆積物の堆積高さを測定する方法であって、容
器頂部より電磁波を繰返し投射し、前記堆積物からの反
射信号を検出し、電磁波の投射から検出までの時間間隔
から前記堆積物までの距離を算出し、当該距離から、堆
積高さを測定する方法において、容器頂部からの電磁波
の投射に対して得られる複数の反射信号について、あら
かじめ分割された容器の高さ方向の複数の領域内から反
射され、かつ予め定めておいた基準強度以上の信号強度
を有する反射信号の個数をカウントし、各領域における
反射信号の個数から、容器内の原料の流動状態の判別、
原料の飛散状況の判別、及び容器内の層高計測の信頼度
の判断の少なくともひとつを行うプロセスを有すること
を特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測定方法（請求項
４）である。

【００１６】容器内堆積物の流動、飛散状態が激しく、
容器内の飛散物の密度が高い場合には、炉内を伝播する
電磁波が反射、散乱され、順次減衰するため、炉内上部
の飛散物からの反射信号は得られても、炉下部からの反
射信号が得られない場合がある。このような場合でも反
射信号が得られれば、前記処理を行い、レベル値を算
出、出力する事は可能であるが、計測値としての信頼性
は無い。出力される計測値のみでは、計測値の信頼性は
判断できないが、電磁波の投射に対して得られる複数の
反射信号について、あらかじめ分割された容器内の高さ
方向の複数の領域内から反射され、かつ予め定めておい
た基準強度以上の信号強度を有する反射信号の個数をカ
ウントし、各領域における反射信号の個数から、炉内の
原料の流動状態、炉内の飛散状況の判別及び炉内の層高
計測の信頼度を判断することが可能である。たとえば、
炉体の上部と下部の２領域に関して、それぞれの領域に
存在する反射信号の個数をカウントし、上部の反射信号
数が下部の反射信号数に対して多い場合には、炉内の飛
散状態が激しいと判断することができる。また、その場
合には炉上部での電磁波の反射、散乱が増加するため、
炉下部では電磁波が減衰し、炉下部の対象物からの反射
信号を検出できない場合が考えられ、算出したレベル計
測値の信頼性が低下していると判断することも可能であ
る。

【００１７】前記課題を解決するための第５の手段は、
擬似ランダム信号を発生する第１の擬似ランダム信号発
生手段と、第１の擬似ランダム信号と信号パターンが同
一で周波数がわずかに異なる擬似ランダム信号を発生す
る第２の擬似ランダム信号発生手段と、第１及び第２の
擬似ランダム信号を乗算する第１の乗算手段と、搬送波
となる電磁波信号を発生する手段と、電磁波発生手段の
出力を第１の擬似ランダム信号により変調する手段と、
第１の擬似ランダム信号発生器により変調された電磁波
発生手段の出力を、炉内堆積物に向けて電磁波を放射す
る送信アンテナに入力する手段と、受信アンテナにより
受信された反射信号の搬送波成分を検波して除去する手
段と、検波された信号と第２の擬似ランダム信号とを乗
算する第２の乗算手段と、第１及び第２の乗算手段の出
力をそれぞれ積分する第１及び第２の積分手段と、第１
及び第２の積分手段の出力各々が極値となる時刻の差を
計測する手段を有し、当該時間差から、炉内堆積物の堆
積高さを求めることを特徴とする容器内堆積物の堆積高
さ測定装置（請求項５）である。

【００１８】擬似ランダム信号とは、ある長期の周期で
繰り返す周期性があるが、ひとつの周期内では、その信
号がランダムであるとみなされるものであり、典型的な
ものとしてＭ系列信号がある。

【００１９】本手段においては、周波数のわずかに異な
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
積を測定信号波として、これを搬送波により変調してア
ンテナより送信し、測定対象物から反射された電磁波
を、アンテナで受けて検波することにより測定信号波成
分のみを取り出す。送受信アンテナは一体型でもよいし
別々のものでもよい。

【００２０】一般に、測定対象物までの距離Ｌと電磁波
の速度ｃと、測定信号波の送信タイミングと受信タイミ
ングのずれ時間ｔとの関係は、Ｌ＝ｔ／(２ｃ)で示され
るが、本手段においては、第１の擬似ランダム信号を測
定信号波として用い、その送信前の波形と、受信後の波
形を、それぞれ第１の擬似ランダム信号と同じパターン
で周波数のわずかに異なる第２の擬似ランダム信号で変
調（掛け算）しているので、第１の擬似ランダム信号の
周波数をｆ、第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ラン
ダム信号の周波数の差をΔｆとし、送信前の測定信号波
を第２の擬似ランダム信号で変調したものと、受信され
た測定信号波を第２の擬似ランダム信号で変調したもの
の各々の積分値の極値の時間差をｔ’とすると、Ｌ＝
ｔ’・Δｆ／（２ｆ・ｃ）となり、同じ測定時間分解能
の測定器を使用した場合に、測定距離の分解能を高め、
測定精度を上げることができる。

【００２１】また、本手段においては、測定信号波形と
して擬似ランダム信号を使用しているので、ノイズ等の
影響を低減することができる。

【００２２】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第５の手段であって、前記第２の積分手段の出力の
極値が複数ある場合に、極値の内、所定レベル以上のも
ののみを抽出した上で、その中で最も長い時間遅れを与
える極値を堆積高さの算出のために採用するものである
ことを特徴とするもの（請求項６）である。

【００２３】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第５の手段であって、前記第２の積分手段の出力の
極値が複数ある場合に、極値の内、所定レベル以上のも
ののみを抽出した上で、その中で最も短い時間遅れを与
える極値を堆積高さの算出のために採用するものである
ことを特徴とするもの（請求項７）である。

【００２４】前記課題を解決するための第８の手段は、
前記第５の手段であって、前記第２の積分手段の出力の
極値が複数ある場合に、極値の内、所定レベル以上のも
ののみを抽出した上で、その中で最も信号レベルの大き
な極値を堆積高さの算出のために採用するものであるこ
とを特徴とするもの（請求項８）である。

【００２５】前記課題を解決するための第９の手段は、
前記第５の手段であって、第２の積分手段の出力の全て
の極値に関して堆積高さを算出し、予め定められた堆積
高さ範囲毎の度数を求める手段を有することを特徴とす
るもの（請求項９）である。

【００２６】これら第６の手段から第９の手段において
は、それぞれ、前記第１の手段から第４の手段を実現す
ることができる。

【００２７】前記課題を解決するための第１０の手段
は、容器内の堆積物の堆積高さを測定する装置であっ
て、前記堆積物に向けて電磁波を繰返し投射する手段
と、前記堆積物から反射する電磁波を検出する手段と、
１回の電磁波の投射に対して得られる反射信号のうち、
予め定めておいた基準強度以上の信号強度を有するもの
のみを抽出する手段と、抽出された各々の信号につい
て、電磁波の投射から検出までの時間間隔から前記堆積
物までの距離を算出する手段と、算出された距離の内最
も長い距離を、その電磁波の投射に対する代表値とする
手段と、繰り返し得られる前記代表値を平均化すること
により堆積物までの距離を算出する手段とを有してなる
ことを特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測定装置（請
求項１０）である。

【００２８】前記課題を解決するための第１１の手段
は、容器内の堆積物の堆積高さを測定する装置であっ
て、前記堆積物に向けて電磁波を繰返し投射する手段
と、前記堆積物から反射する電磁波を検出する手段と、
検出された電磁波のうち、予め定めておいた基準強度以
上の信号強度を有するものを抽出する手段と、抽出され
た電磁波について、電磁波の投射から検出までの時間間
隔から前記堆積物までの距離を算出し、当該距離から、
堆積高さを測定する手段と、測定された距離を、あらか
じめ分割された容器の高さ方向の複数の領域に区分し、
各領域における距離信号の個数をカウントする手段と、
前記高さ方向の複数の境域における計測された距離の度
数分布から、容器内の原料の流動状態の判別、原料の飛
散状況の判別、及び容器内の層高計測の信頼度の判断の
少なくともひとつを行う手段を有してなることを特徴と
する容器内堆積物の堆積高さ測定装置（請求項１１）で
ある。

【００２９】これら、第１０の手段、第１１の手段にお
いては、それぞれ、前記第１の手段、第４の手段を実施
することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図１は、本発明をガス化溶融
炉における原料層の高さの測定に使用した例の概要を示
す図である。図１において、１はガス化溶融炉を示し、
２は原料となる廃棄物の投入孔、３は炉下部の熱風を送
風するための羽口、４は炉下部に存在し、動きが少な
く、密度の高い固定層、５は固定層の上部に存在し、比
較的高い密度で流動する流動層、６は炉内に高くない密
度で存在する飛散層を表す。７は、マイクロ波の発生、
検出を行う電磁波送受信装置、８は炉内に対してマイク
ロ波の送出と反射信号の検出を行うマイクロ波アンテ
ナ、９は信号処理装置を示す。

【００３１】ガス化溶融炉１では、廃棄物投入孔２より
原料となる廃棄物、副原料であるコークス等を連続的に
投入し、炉下部の羽口３から熱風を送風し、原料を燃
焼、溶融させる。燃焼する原料は主にカーボンにより構
成される固定層（炉芯）４を形成し、固定層を通過し上
昇する熱風は固定層上部で原料（廃棄物）を燃焼、溶融
し、溶融された原料は炉芯の隙間を滴下し、炉底部の出
滓孔からスラグとして炉外に排出される。

【００３２】炉上部に設置された電磁波送受信装置７に
よりマイクロ波信号を発生させ、マイクロ波アンテナ８
（ここでは、送信用、受信用に２本のマイクロ波ホーン
アンテナを炉上部中央に並べて設置している）から炉内
に向けてマイクロ波信号を送出し、炉内の対象物（廃棄
物）からの反射信号を受信する。受信された信号は電磁
波送受信装置７に入力され、信号処理により対象物まで
の距離に応じた時間遅れを有する検知信号が生成、出力
される。

【００３３】検知信号は信号処理装置９に入力される。
信号処理装置９は、炉内の層高の算出を行い、出力す
る。実際の炉内の原料は流動層、飛散層が存在するため
反射信号は単一のパルスではなく、複数のパルスが重畳
したものとなる。さらに、実際に投入される原料（廃棄
物）の種類、構成は、一般の都市ゴミから産業廃棄物ま
で種々雑多であり、送風量、原料供給量等の操業条件を
一定としても炉内の原料の流動状態、飛散状態は刻々と
変化し、一定とはならない。

【００３４】信号処理装置９ではマイクロ波の送受信に
より得られる検知信号を代表する計測値を信号処理によ
り求め、さらに、繰返し得られる検知信号の計測値に対
して平均化処理等を行い炉内層高計測値として出力す
る。

【００３５】本実施の形態における検知信号の代表値を
求めるアルゴリズムの例を図２に示す。本実施の形態で
は、検知信号は信号処理装置９に入力され、デジタルの
データに変換されデジタルのデータ列として処理され
る。

【００３６】信号処理装置９では、先ず検知信号中の複
数のパルス信号を全て検出する。ここでは、ある点に関
して、時間軸上の前後の一定範囲内のデータがその点よ
り小さい点をパルスとして判別しているが、波形の微分
を行い、微分波形の０点から波形のパルス（極大点）を
同定することも可能である。

【００３７】次に、判別されたパルス信号のピーク値が
予め定めた基準値より大きいものを判別する。これは、
検知信号中に含まれるノイズ成分の影響を抑制するため
に行われる。次に、パルスとして判別され、一定基準以
上の値を持つパルス信号のうち、最も距離の遠いものを
判別し、検知信号の代表値として使用する。

【００３８】また、同様にして検知信号中のパルスとし
て判別され、一定基準以上の値を持つパルス信号のう
ち、パルス値のもっとも大きいものを代表値とするこ
と、最も近いものを代表値とすることは信号処理装置に
より選択することが可能なようにしている。

【００３９】ここでは、信号処理装置に入力された検知
信号に含まれる全てのパルス波形を判別しているが、あ
らかじめ計測対象物までの距離（あるいは距離範囲）が
既知であったり、物理的な制約から計測距離範囲が限定
される（炉底よりも遠い距離には対象物が存在しない
等）場合には、その距離範囲に存在するパルス波形のみ
を処理するようにし、信号処理装置の負荷を低減するこ
とも可能である。

【００４０】また、ここでは、信号処理装置によりデジ
タルデータをソフトウェア的に処理する方法について述
べたが、同様な処理をハードウェアにより実現し、適用
することも可能である。

【００４１】図３には本実施の形態で使用する距離計測
装置（電磁波の伝播時間測定装置）の１構成例を示す。
１０，１１は擬似ランダム信号発生装置、１２は搬送波
信号発生器、１３、１４、１５、１６、１７は周波数ミ
キサ、１８、１９は信号増幅器、２０，２１は信号分配
器、２２，２３、２４はローパスフィルタ、２５，２６
は二乗器、２７は加算器を、２８は信号処理装置を示
す。

【００４２】この例では擬似ランダム信号発生器１０，
１１としてフィードバックループを有するシフトレジス
タにより構成されるＭ系列信号発生器を使用し、符号長
１２７、周波数1525.000MHzと1525.005MHzの２値のＭ系
列信号を発生している。擬似ランダム信号発生器１０の
出力は搬送波信号発生器１２の出力である周波数１８GH
zのmm波信号とともに周波数ミキサ１３に入力され、搬
送波信号を擬似ランダム信号により２位相変調する。

【００４３】擬似ランダム信号により変調された搬送波
信号は信号増幅器１８を介して外部に出力され同軸ケー
ブルを通じてアンテナに供給される。送信用アンテナか
ら放射され、対象物で反射波受信用アンテナにより受信
された反射信号は距離計に入力され信号増幅器１９で増
幅された後に周波数ミキサ１４に入力される。

【００４４】周波数ミキサ１４では入力された受信信号
と第２の擬似ランダム信号発生器１１の出力と乗算が行
われる、周波数ミキサ１４の出力は信号分配器２０によ
り２等分に分配され周波数ミキサ１５，１６に入力され
る。信号分配器２１には搬送波信号発生器からの信号が
入力され信号位相が９０°異なる２つの信号が出力さ
れ、周波数ミキサ１５，１６に入力され受信信号の搬送
波成分の検波を行う。周波数ミキサ１５，１６の出力は
ローパスフィルタ２２，２３に入力され周波数帯域制限
が加えられる。ローパスフィルタ２２，２３の出力は二
乗器２５，２６で二乗された後に加算器２７により加算
され受信信号に対して搬送波の検波と擬似ランダム信号
の相関処理を行った結果を検知信号として出力される。

【００４５】第１及び第２の擬似ランダム信号の出力は
周波数ミキサ１７に直接入力され乗算された後にローパ
スフィルタ２４により周波数帯域制限され、伝播による
時間遅れのない時間基準信号として出力される。対象物
からの反射信号は検知信号中のパルス波形として検出さ
れ、時間基準信号に対しての遅れを計測することによ
り、対象物までの距離を算出することが可能となる。ま
た、距離の異なる複数の対象物からの反射信号がある場
合には、時間軸上の位置の異なる複数のパルス波形が重
畳した波形が得られる。

【００４６】この実施の形態の測定装置において、図４
に示すように、炉内の対象物が流動、飛散している状態
で、炉体の上方から電磁波（マイクロ波）を投射する
と、流動、飛散する複数の物標からの複数の反射信号が
得られる。図では、複数のパルス信号の重畳した信号と
して反射信号を表現している。反射信号の強度は流動、
飛散物の形状、大きさ、密度により変化する。

【００４７】このとき、得られる反射信号のうち、アン
テナから最も遠い位置にある反射信号は、流動、飛散す
る炉内の複数の物標間を透過し、流動、飛散層の下部に
存在する固定層あるいは、固定層に近い位置に存在する
流動、飛散物からの反射信号と考えられる。

【００４８】そこで、前述のように、１回の電磁波の投
射に対して得られる反射信号のうちの予め定めておいた
基準強度以上の信号強度を有し、かつ距離が最も遠い反
射信号を判別し、距離を算出し、その電磁波の投射に対
する代表値とし、繰り返し得られる代表値を平均化する
ことにより得られる距離値は流動、飛散層の下に存在す
る固定層のレベルと考えることができる。

【００４９】また、炉内に流動、飛散層のみが主に存在
する場合には、距離が最も遠い反射信号は炉底部からの
反射信号に相当すると考えられ、上記処理を行った場
合、炉内の層高の変化を検出することができなくなる。
この場合には、１回の電磁波の投射に対して得られる反
射信号のうちの予め定めておいた基準強度以上の信号強
度を有し、かつ信号強度がもっとも大きい反射信号を判
別し、距離を算出し、その電磁波の投射に対する代表値
とし、繰り返し得られる代表値を平均化することによ
り、流動、飛散層の中で比較的形状が大きく、密度が高
い層のレベルを得ることが可能となる。

【００５０】また、炉体の操業、制御において、流動、
飛散層の上限値が必要となる場合には、１回の電磁波の
投射に対して得られる反射信号のうちの予め定めておい
た基準強度以上の信号強度を有し、かつ距離が最も近い
反射信号を判別し反射信号を判別し、距離を算出し、そ
の電磁波の投射に対する代表値とし、繰り返し得られる
代表値を平均化することにより流動、飛散層の上限値を
得ることが可能となる。

【００５１】炉内の流動、飛散状態が激しく、炉内の飛
散物の密度が高い場合には、炉内を伝播する電磁波が反
射、散乱され、順次減衰するため、図５に示すように炉
内上部の飛散物からの反射信号は得られても、炉下部か
らの反射信号が得られない場合がある。このような場合
でも反射信号が得られれば、前記処理を行い、レベル値
を算出、出力する事は可能であるが、計測値としての信
頼性は無い。出力される計測値のみでは、計測値の信頼
性は判断できないが、電磁波の投射に対して得られる複
数の反射信号について、あらかじめ分割された炉の高さ
方向の複数の領域内に存在し、かつ予め定めておいた基
準強度以上の信号強度を有する反射信号の個数をカウン
トし、各領域における反射信号の個数から、炉内の原料
の流動状態、炉内の飛散状況の判別及び炉内の層高計測
の信頼度を判断することが可能である。たとえば、炉体
の上部と下部の２領域に関して、それぞれの領域に存在
する反射信号の個数をカウントし、上部の反射信号数が
下部の反射信号数に対して多い場合には、炉内の飛散状
態が激しいと判断することができる。また、その場合に
は炉上部での電磁波の反射、散乱が増加するため、炉下
部では電磁波が減衰し、炉下部の対象物からの反射信号
を検出できない場合が考えられ、算出したレベル計測値
の信頼性が低下していると判断することも可能である。

【００５２】以下、図３に示す距離計測装置において、
測定対象物までの距離が正確に計れる原理を説明する。
擬似ランダム信号発生器１０の出力m1(t)は、搬送波信
号発生器１２の出力である周波数１８ＧHzのmm波信号S
(t)=A・sin(ωt)とともに周波数ミキサ１３に入力され、
搬送波信号S(t)が擬似ランダム信号m1(t)により２位相
変調されてTx(t)=s(t)・m1(t)=A・sin(ωt)・m1(t)なる送
信信号となる。

【００５３】擬似ランダム信号により変調された送信信
号は信号増幅器１８を介して外部に出力され同軸ケーブ
ルを通じてホーンアンテナに供給される。送信用ホーン
アンテナから放射され、対象物で反射された信号は、反
射波受信用ホーンアンテナにより受信される。受信され
た反射信号Rx(t)=A・sin(ωt+ωΔt)・m1(t+Δt)は、距離
計測装置に入力され、信号増幅器１９で増幅された後に
周波数ミキサ１４に入力される(Δtは、送信から受信ま
での遅れ時間である)。

【００５４】周波数ミキサ１４では入力された受信信号
Rx(t)と第２の擬似ランダム信号発生器３１の出力m2(t)
と乗算が行われ、信号Rxm(t)=A・sin(ωt+ωΔt)・m1(t+
Δt)・m2(t)が得られる。周波数ミキサ１４の出力は信号
分配器２０により２等分に分配され周波数ミキサ１５、
１６に入力される。信号分配器２１には搬送波信号発生
器からの信号s(t)が入力され信号位相が９０°異なる２
つの信号、sin(ωt)、cos(ωt)が出力され、周波数ミキ
サ１５、１６に入力され受信信号の搬送波成分の検波を
行う。

【００５５】すなわち、周波数ミキサ１５の出力は、 Si(t)=Rxm(t)・sin(ωt) =A・sin(ωt+ωΔt)・m1(t+Δt)・m2(t)・sin(ωt) =A・m1(t+Δt)・m2(t)(cos(ωΔt)-cos(2ωt+ωΔt))/2 となる。ここで、搬送波に対して高い周波数の高周波成
分cos(2ωt)は無視しうるので、ミキサ１５出力は、 Si(t)=A・m1(t+Δt)・m2(t)・cos(ωΔt)/2 となり、同様、ミキサ１６の出力は、 Sr(t)=A・m1(t+Δt)・m2(t)・sin(ωΔt)/2 となる。

【００５６】各信号は、ローパスフィルタ２２、２３で
帯域制限されるが、これは積分処理に等しく、各ローパ
スフィルタを通過した出力は、 Si'(t)=A・Φ(t)・cos(ωΔt)/2 Sr'(t)=A・Φ(t)・sin(ωΔt)/2

【００５７】

【数１】

【００５８】となる。ここに、Ｔは擬似ランダム信号の
周期である。m1(t)とm2(t)の周波数はわずかに異なるた
め、m1(t)とm2(t)間の位相は時間の経過と共に徐々にず
れていくので、Φ(t)は時間の経過と共に変化し、近時
的に相互相関を行った結果と同等の結果が得られる。

【００５９】これらの２つの出力Si'(t)、Sr'(t)は、そ
れぞれ二乗器２５、２６で二乗され加算器２７で加算さ
れる。よって、加算器２７の出力は、A2・Φ(t)2/4とな
る。すなわち、加算器２７の出力は、受信信号m1(t+Δ
t)と発振器２１の出力信号m2(t)の相関をとったものを
二乗したものとなる。

【００６０】一方、第１及び第２の擬似ランダム信号発
生装置１０、１１の出力、m1(t)、m2(t)は周波数ミキサ
１７に直接入力され、乗算された後にローパスフィルタ
２４により周波数帯域制限され、伝播による時間遅れの
ない時間基準信号として出力される。すなわち、ローパ
スフィルタ２４の出力は、信号m1(t)とm2(t)の相関とな
る。

【００６１】基準信号であるローパスフィルタ２５の出
力と、検出信号である加算器２７の出力を比較すると、
後者のm1信号に、Δtだけの遅れがある。前述した原理
により、m1の周波数をＦ、m2の周波数をＦ＋ΔＦとする
と、このΔtの遅れに起因して、ローパスフィルタ２５
と加算器２７の出力にピークの現れる時間の差は、Ｆ／
ΔＦに拡大される。本実施の形態においては、Ｆ＝152
5.000ＭHz、ΔＦ＝1525.005ＭHzであるので、時間差は
約305,000倍に拡大され、短い距離の変化も正確に測定
することができる。

【００６２】検知信号と時間基準信号は信号処理装置２
８に入力される。信号処理装置２８では時間基準信号に
対する検知信号の時間後れとその変化を計測し、mm波の
伝播速度（空気中ではほぼ光速）とからアンテナから対
象物までの距離を算出、表示を行う。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
対象物が流動、飛散しているような場合でも、正確に容
器内堆積物の堆積高さを測定可能な方法、及び装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をガス化溶融炉における原料の層高さの
測定に使用した例の概要を示す図である。

【図２】本実施の形態において検知信号の代表値を求め
るアルゴリズムの例を示す図である。

【図３】本実施の形態で使用する距離計測装置（電磁波
の伝播時間測定装置）の１構成例を示す図である。

【図４】炉内の対象物が流動、飛散している状態で、複
数の物標から得られるの複数の反射信号の例を示す図で
ある。

【図５】炉内の流動、飛散状態が激しく、炉内の飛散物
の密度が高い場合に得られる反射信号の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…ガス化溶融炉、２…廃棄物投入孔、３…羽口、４…
固定層、５…流動層、６…飛散層、７…電磁波送受信装
置、８…マイクロ波アンテナ、９…信号処理装置、１
０，１１…擬似ランダム信号発生装置、１２…搬送波信
号発生器、１３，１４，１５，１６，１７…周波数ミキ
サ、１８，１９…信号増幅器、２０，２１…信号分配
器、２２，２３，２４…ローパスフィルタ、２５，２６
…二乗器、２７…加算器、２８…信号処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｓ 13/10 Ｇ０１Ｆ 23/28 Ｄ Ｆターム(参考） 2F014 AA05 AC06 FC01 3K062 AA16 AB03 AC01 BA02 CA05 CB03 4K046 HA11 LA03 4K056 AA19 BA01 BB01 CA20 FA11 FA17 5J070 AB01 AC03 AD01 AE20 AH02 AH14 AH19 AH33 AK22 AK26

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内の堆積物の堆積高さを測定する方
   法であって、容器頂部より電磁波を繰返し投射し、前記
   堆積物からの反射信号を検出し、電磁波の投射から検出
   までの時間間隔から前記堆積物までの距離を算出し、当
   該距離から、堆積高さを測定する方法において、１回の
   電磁波の投射に対して得られる反射信号のうち、予め定
   めておいた基準強度以上の信号強度を有するもののみを
   抽出し、その各々の信号に基づいて前記距離をそれぞれ
   算出し、その中で最も長い距離を、その電磁波の投射に
   対する代表値とし、繰り返し得られる代表値を平均化す
   ることにより堆積物までの距離を算出し、当該距離か
   ら、堆積高さを測定することを特徴とする容器内堆積物
   の堆積高さ測定方法。
2. 【請求項２】 容器内の堆積物の堆積高さを測定する方
   法であって、容器頂部より電磁波を繰返し投射し、前記
   堆積物からの反射信号を検出し、電磁波の投射から検出
   までの時間間隔から前記堆積物までの距離を算出し、当
   該距離から、堆積高さを測定する方法において、１回の
   電磁波の投射に対して得られる反射信号のうち、予め定
   めておいた基準強度以上の信号強度を有するもののみを
   抽出し、その各々の信号に基づいて前記距離をそれぞれ
   算出し、その中で最も短い距離を、その電磁波の投射に
   対する代表値とし、繰り返し得られる代表値を平均化す
   ることにより堆積物までの距離を算出し、当該距離か
   ら、堆積高さを測定することを特徴とする容器内堆積物
   の堆積高さ測定方法。
3. 【請求項３】 容器内の堆積物の堆積高さを測定する方
   法であって、容器頂部より電磁波を繰返し投射し、前記
   堆積物からの反射信号を検出し、電磁波の投射から検出
   までの時間間隔から前記堆積物までの距離を算出し、当
   該距離から、堆積高さを測定する方法において、１回の
   電磁波の投射に対して得られる反射信号のうち、予め定
   めておいた基準強度以上の信号強度を有し、かつ信号強
   度がもっとも大きい反射信号を判別し、その反射信号に
   基づいて前記距離を算出してその電磁波の投射に対する
   代表値とし、繰り返し得られる代表値を平均化すること
   により堆積物までの距離を算出し、当該距離から、堆積
   高さを測定することを特徴とする容器内堆積物の堆積高
   さ測定方法。
4. 【請求項４】 容器内の堆積物の堆積高さを測定する方
   法であって、容器頂部より電磁波を繰返し投射し、前記
   堆積物からの反射信号を検出し、電磁波の投射から検出
   までの時間間隔から前記堆積物までの距離を算出し、当
   該距離から、堆積高さを測定する方法において、容器頂
   部からの電磁波の投射に対して得られる複数の反射信号
   について、あらかじめ分割された容器の高さ方向の複数
   の領域内から反射され、かつ予め定めておいた基準強度
   以上の信号強度を有する反射信号の個数をカウントし、
   各領域における反射信号の個数から、容器内の原料の流
   動状態の判別、原料の飛散状況の判別、及び容器内の層
   高計測の信頼度の判断の少なくともひとつを行うプロセ
   スを有することを特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測
   定方法。
5. 【請求項５】 擬似ランダム信号を発生する第１の擬似
   ランダム信号発生手段と、第１の擬似ランダム信号と信
   号パターンが同一で周波数がわずかに異なる擬似ランダ
   ム信号を発生する第２の擬似ランダム信号発生手段と、
   第１及び第２の擬似ランダム信号を乗算する第１の乗算
   手段と、搬送波となる電磁波信号を発生する手段と、電
   磁波発生手段の出力を第１の擬似ランダム信号により変
   調する手段と、第１の擬似ランダム信号発生器により変
   調された電磁波発生手段の出力を、炉内堆積物に向けて
   電磁波を放射する送信アンテナに入力する手段と、受信
   アンテナにより受信された反射信号の搬送波成分を検波
   して除去する手段と、検波された信号と第２の擬似ラン
   ダム信号とを乗算する第２の乗算手段と、第１及び第２
   の乗算手段の出力をそれぞれ積分する第１及び第２の積
   分手段と、第１及び第２の積分手段の出力各々が極値と
   なる時刻の差を計測する手段を有し、当該時間差から、
   炉内堆積物の堆積高さを求めることを特徴とする容器内
   堆積物の堆積高さ測定装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の容器内堆積物の堆積高
   さ測定装置であって、前記第２の積分手段の出力の極値
   が複数ある場合に、極値の内、所定レベル以上のものの
   みを抽出した上で、その中で最も長い時間遅れを与える
   極値を堆積高さの算出のために採用するものであること
   を特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測定装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の容器内堆積物の堆積高
   さ測定装置であって、前記第２の積分手段の出力の極値
   が複数ある場合に、極値の内、所定レベル以上のものの
   みを抽出した上で、その中で最も短い時間遅れを与える
   極値を堆積高さの算出のために採用するものであること
   を特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測定装置。
8. 【請求項８】 請求項５に記載の容器内堆積物の堆積高
   さ測定装置であって、前記第２の積分手段の出力の極値
   が複数ある場合に、極値の内、所定レベル以上のものの
   みを抽出した上で、その中で最も信号レベルの大きな極
   値を堆積高さの算出のために採用するものであることを
   特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測定装置。。
9. 【請求項９】 請求項５に記載の容器内堆積物の堆積高
   さ測定装置であって、第２の積分手段の出力の全ての極
   値に関して堆積高さを算出し、予め定められた堆積高さ
   範囲毎の度数を求める手段を有することを特徴とする容
   器内堆積物の堆積高さ測定装置。
10. 【請求項１０】 容器内の堆積物の堆積高さを測定する
    装置であって、前記堆積物に向けて電磁波を繰返し投射
    する手段と、前記堆積物から反射する電磁波を検出する
    手段と、１回の電磁波の投射に対して得られる反射信号
    のうち、予め定めておいた基準強度以上の信号強度を有
    するもののみを抽出する手段と、抽出された各々の信号
    について、電磁波の投射から検出までの時間間隔から前
    記堆積物までの距離を算出する手段と、算出された距離
    の内最も長い距離を、その電磁波の投射に対する代表値
    とする手段と、繰り返し得られる前記代表値を平均化す
    ることにより堆積物までの距離を算出する手段とを有し
    てなることを特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測定装
    置。
11. 【請求項１１】 容器内の堆積物の堆積高さを測定する
    装置であって、前記堆積物に向けて電磁波を繰返し投射
    する手段と、前記堆積物から反射する電磁波を検出する
    手段と、検出された電磁波のうち、予め定めておいた基
    準強度以上の信号強度を有するものを抽出する手段と、
    抽出された電磁波について、電磁波の投射から検出まで
    の時間間隔から前記堆積物までの距離を算出し、当該距
    離から、堆積高さを測定する手段と、測定された距離
    を、あらかじめ分割された容器の高さ方向の複数の領域
    に区分し、各領域における距離信号の個数をカウントす
    る手段と、前記高さ方向の複数の境域における計測され
    た距離の度数分布から、容器内の原料の流動状態の判
    別、原料の飛散状況の判別、及び容器内の層高計測の信
    頼度の判断の少なくともひとつを行う手段を有してなる
    ことを特徴とする容器内堆積物の堆積高さ測定装置。