JP3198904B2 - Conductor length measuring device and level measuring device - Google Patents
Conductor length measuring device and level measuring deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば金属棒電極
やカーボン電極等の導電体の長さを計測する装置及びそ
の計測技術を利用して溶融金属のレベルを計測する装置
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring the length of a conductor such as a metal rod electrode or a carbon electrode, and an apparatus for measuring the level of a molten metal using the measurement technique.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、導電体の長さを計測する技術とし
ては、例えば通信線路の長さを計測するＴＤＲ（タイム
・ドメイン・リフレクトメトリー）がある。ＴＤＲとは
一般に通信線路の故障位置を検出する目的で使用される
技術であり、同軸ケーブル等の通信線路の一端から高周
波のパルス信号を入力し、このパルス信号が通信線路を
伝播して進行し、線路の断線又は短絡等による伝播イン
ピーダンスの変化箇所から反射されて信号入力端に戻る
のを検出する。このパルス信号の入力時刻から反射波が
検出されるまでの時間（実時間）と、信号の伝播速度か
ら上記伝播インピーダンスの変化箇所までの距離を計測
するものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique for measuring the length of a conductor, for example, there is TDR (Time Domain Reflectometry) for measuring the length of a communication line. TDR is a technique that is generally used to detect the failure position of a communication line. A high-frequency pulse signal is input from one end of a communication line such as a coaxial cable, and the pulse signal propagates through the communication line and proceeds. It is detected that the signal is reflected from a point where the propagation impedance changes due to a line disconnection or short circuit and returns to the signal input terminal. The time (real time) from the input time of the pulse signal to the detection of the reflected wave and the distance from the propagation speed of the signal to the point where the propagation impedance changes are measured.
【０００３】また電気電導性を有する溶融金属のレベル
を計測する技術の一例として、溶融金属中に２本の電極
を挿入し、一方の電極からパルス信号を入力し、この入
力信号が一方の電極を伝播し、この電極と溶融金属との
接触部から溶融金属中を伝播し、溶融金属と他方の電極
との接触部から他方の電極を伝播した信号を出力として
検出すると、このパルス信号の入力時刻から出力信号の
検出時刻までの時間を計測し、この計測時間に対応する
溶融金属のレベルを算出するものがある。As an example of a technique for measuring the level of molten metal having electrical conductivity, two electrodes are inserted into the molten metal, a pulse signal is input from one electrode, and the input signal is applied to one electrode. When a signal that propagates through the molten metal from a contact portion between the electrode and the molten metal and propagates through the other electrode from a contact portion between the molten metal and the other electrode is detected as an output, the pulse signal is input. There is one that measures the time from the time to the time when the output signal is detected, and calculates the level of the molten metal corresponding to the measured time.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のＴ
ＤＲ方式により同軸ケーブル等の長さを測定する方法で
は、信号の入力時刻から反射信号の検出時刻までの実時
間を測定するものであるため、長さの計測精度（分解
能）は数十〜数百ｍｍと悪い。また信号の伝播速度が速
いため短距離の計測は困難であり、長さの短い電極の長
さを正確に計測できないという問題があった。また計測
精度を向上させるために被測定体に伝播させる信号の周
波数を高くすると、同軸ケーブルではない非平衡導線な
どの導電体に信号を入力した場合に、導電体に沿って伝
播する信号の減衰や波形歪みが非常に大きいため、反射
信号の検出に基づく計測が困難になるという問題があ
る。However, the conventional T
In the method of measuring the length of a coaxial cable or the like by the DR method, since the real time from the signal input time to the reflected signal detection time is measured, the measurement accuracy (resolution) of the length is several tens to several tens. Bad with 100mm. Further, since the signal propagation speed is high, it is difficult to measure a short distance, and there is a problem that the length of a short electrode cannot be accurately measured. Also, if the frequency of the signal to be propagated to the device under test is increased to improve the measurement accuracy, if the signal is input to a conductor such as an unbalanced conductor that is not a coaxial cable, the signal that propagates along the conductor will be attenuated. And the waveform distortion is very large, which makes it difficult to perform measurement based on the detection of the reflected signal.
【０００５】また２本の電極を溶融金属中に挿入して溶
融金属のレベルを計測する方法では、２つの電極と溶融
金属との接触部分の電気的導通を常に良好な状態に保持
する必要があり、溶融金属表面の変動やスラッグ等によ
り接触部分の電気的導通が不良になると計測できないと
いう問題があった。またレベル計測に２本の電極を必要
とするため、その電極設置スペースが十分に取れない場
合がある等の設置上の制約もあった。本発明は上記問題
点を解決するためになされたもので、金属棒電極やカー
ボン電極等の導電体の長さの精度の良い計測装置及びこ
の技術を利用した溶融金属のレベル計測装置を提供する
ことを目的とする。In the method of measuring the level of a molten metal by inserting two electrodes into the molten metal, it is necessary to always maintain good electrical conduction at a contact portion between the two electrodes and the molten metal. In addition, there is a problem that measurement cannot be performed if the electrical continuity of the contact portion is poor due to fluctuations in the surface of the molten metal, slugs, or the like. In addition, since two electrodes are required for level measurement, there are also restrictions on the installation such that the electrode installation space may not be sufficient. The present invention has been made in order to solve the above problems, and provides a highly accurate measuring device for the length of a conductor such as a metal rod electrode or a carbon electrode, and a molten metal level measuring device utilizing this technology. The purpose is to:
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
導電体長計測装置は、第１のクロック周波数に同期した
第１の擬似ランダム信号を発生する手段と、前記第１の
クロック周波数とわずかに異なる第２のクロック周波数
に同期し、前記第１の擬似ランダム信号と同一パターン
の第２の擬似ランダム信号を発生する手段と、前記発生
された第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ランダム信
号とを乗算する第１の乗算手段と、前記発生された第１
の擬似ランダム信号を電磁波として被測定導電体の一端
より入力し、この入力した信号を前記導電体の長さ方向
に沿って伝播させる手段と、前記導電体の長さ方向に沿
って伝播し、その他端から反射され前記入力端に戻った
反射信号を入力信号と分離して検出する手段と、前記検
出された反射信号と前記発生された第２の擬似ランダム
信号とを乗算する第２の乗算手段と、前記第１の乗算手
段及び第２の乗算手段の乗算結果をそれぞれ積分して出
力する第１の積分手段及び第２の積分手段と、前記第１
の積分手段の出力信号の最大振幅値を検出した時刻と前
記第２の積分手段の出力信号の最大振幅値を検出した時
刻との間の時間を計測する手段を含み、この計測された
時間に基づき前記導電体の信号入力端から信号反射端ま
での長さを計測する手段とを備えたものである。その結
果、前記第１，第２のクロック周波数をそれぞれｆ1 ，
ｆ2 とし、ｆ1とｆ2 の差をΔｆとすると、前記計測す
る時間は実際に電磁波の伝播と反射に要する時間をｆ1
／Δｆ倍に拡大したものとなるため、きわめて高精度の
長さ計測が可能となる。According to a first aspect of the present invention, there is provided a conductor length measuring device for generating a first pseudo-random signal synchronized with a first clock frequency; Means for synchronizing to a slightly different second clock frequency to generate a second pseudo-random signal having the same pattern as the first pseudo-random signal; and generating the first pseudo-random signal and a second pseudo-random signal. First multiplying means for multiplying the generated random signal by the random signal;
A pseudorandom signal is input from one end of the conductor to be measured as an electromagnetic wave, and the input signal is propagated along the length direction of the conductor, and the input signal is propagated along the length direction of the conductor, Means for separating and detecting the reflected signal reflected from the other end and returning to the input end from the input signal, and a second multiplication for multiplying the detected reflected signal by the generated second pseudo-random signal Means, first integration means and second integration means for integrating and outputting the multiplication results of the first and second multiplication means, respectively, and
Means for measuring the time between the time at which the maximum amplitude value of the output signal of the integrating means is detected and the time at which the maximum amplitude value of the output signal of the second integrating means is detected. Means for measuring the length of the conductor from the signal input end to the signal reflection end. As a result, the first and second clock frequencies are respectively set to f 1 ,
Assuming that f 2 is f 2 and the difference between f 1 and f 2 is Δf, the time measured is f 1, which is the time actually required for propagation and reflection of electromagnetic waves.
Since the magnification is / Δf times, extremely accurate length measurement is possible.
【０００７】本発明の請求項２に係るレベル計測装置
は、第１のクロック周波数に同期した第１の擬似ランダ
ム信号を発生する手段と、前記第１のクロック周波数と
わずかに異なる第２のクロック周波数に同期し、前記第
１の擬似ランダム信号と同一パターンの第２の擬似ラン
ダム信号を発生する手段と、前記発生された第１の擬似
ランダム信号と第２の擬似ランダム信号とを乗算する第
１の乗算手段と、前記発生された第１の擬似ランダム信
号を電磁波として一端が溶融金属中に挿入、浸漬された
棒状電極の他端より入力し、この入力した信号を前記棒
状電極の長さ方向に沿って伝播させる手段と、前記棒状
電極の長さ方向に沿って伝播し、その先端又は電極と溶
融金属の接触部から反射され前記入力端に戻った反射信
号を入力信号と分離して検出する手段と、前記検出され
た反射信号と前記発生された第２の擬似ランダム信号と
を乗算する第２の乗算手段と、前記第１の乗算手段及び
第２の乗算手段の乗算結果をそれぞれ積分して出力する
第１の積分手段及び第２の積分手段と、前記第１の積分
手段の出力信号の最大振幅値を検出した時刻と前記第２
の積分手段の出力信号の最大振幅値を検出した時刻との
間の時間を計測する手段を含み、この計測された時間に
基づき前記棒状電極の信号入力端から信号反射位置まで
の長さを計測する手段と、前記計測された棒状電極の信
号入力端から信号反射位置までの長さに基づき前記溶融
金属のレベルを計測する手段とを備えたものである。そ
の結果、前記第１，第２のクロック周波数をそれぞれｆ
1 ，ｆ2 とし、ｆ1とｆ2 との差をΔｆとすると、前記
計測する時間は実際に電磁波の伝播と反射に要する時間
をｆ1 ／Δｆ倍に拡大したものとなるため、きわめて高
精度のレベル計測が可能となる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a level measuring device for generating a first pseudo-random signal synchronized with a first clock frequency, and a second clock slightly different from the first clock frequency. Means for generating a second pseudo-random signal having the same pattern as the first pseudo-random signal in synchronism with the frequency, and multiplying the generated first pseudo-random signal by a second pseudo-random signal. Multiplication means of 1 and the generated first pseudo-random signal as an electromagnetic wave, one end of which is inserted into the molten metal and input from the other end of the immersed rod-shaped electrode, and the input signal is input to the length of the rod-shaped electrode. Means for propagating along the direction, and separating the reflected signal propagating along the length direction of the rod-shaped electrode and reflected from the tip or the contact portion between the electrode and the molten metal and returned to the input end from the input signal. Means for multiplying the detected reflected signal and the generated second pseudo-random signal, and a multiplication result of the first and second multiplication means. A first integration means and a second integration means for integrating and outputting, respectively, a time at which a maximum amplitude value of an output signal of the first integration means is detected, and
Means for measuring the time between the time when the maximum amplitude value of the output signal of the integrating means is detected, and measuring the length from the signal input end of the rod-shaped electrode to the signal reflection position based on the measured time. And a means for measuring the level of the molten metal based on the measured length from the signal input end of the rod-shaped electrode to the signal reflection position. As a result, the first and second clock frequencies are respectively set to f
1, and f 2, when the difference between f 1 and f 2 and Delta] f, since the time to the measurement becomes an enlarged actually the time required for the reflection and propagation of electromagnetic waves in f 1 / Delta] f times, very high Accuracy level measurement becomes possible.
【０００８】本発明の請求項３に係るレベル計測装置
は、前記請求項２に係るレベル計測装置において、前記
第１の擬似ランダム信号による電磁波の伝播及び反射を
行う棒状電極と平行に隣接する棒状電極を追加して設
け、この追加して設けた棒状電極の一端を前記溶融金属
中に挿入、浸漬し、その他端を接地するようにしたもの
である。上記構造によって前記電磁波の伝播及び反射を
行う棒状電極及びこれと平行に隣接する棒状電極は、平
行線路と類似の動作を行うようになり、電磁波（マイク
ロ波）の伝播及び反射の状態は、単一電極を使用した場
合に比べ、信号の減衰や波形歪の発生が抑制され、長ス
パンでの計測や、動作が安定し高精度でのレベル計測が
可能となる。According to a third aspect of the present invention, in the level measuring apparatus according to the second aspect, a rod-shaped electrode parallel to and adjacent to a rod-shaped electrode for transmitting and reflecting an electromagnetic wave by the first pseudo random signal. An electrode is additionally provided, and one end of the additionally provided rod-shaped electrode is inserted and immersed in the molten metal, and the other end is grounded. With the above structure, the rod-shaped electrode that propagates and reflects the electromagnetic wave and the rod-shaped electrode adjacent to the rod-like electrode perform the same operation as the parallel line, and the state of propagation and reflection of the electromagnetic wave (microwave) is simply Compared with the case where one electrode is used, the occurrence of signal attenuation and waveform distortion is suppressed, so that measurement over a long span and stable operation and level measurement with high accuracy can be performed.
【０００９】本発明の請求項４に係るレベル計測装置
は、前記請求項２に係るレベル計測装置において、前記
第１の擬似ランダム信号による電磁波の伝播及び反射を
行う棒状電極の外側に同心円筒状の電極を追加して設
け、この追加して設けた同心円筒状の電極の一端を前記
溶融金属中に挿入、浸漬し、その他端を接地するように
したものである。上記構造によって前記電磁波の伝播及
び反射を行う棒状電極及びこれの外側の同心円筒状の電
極は、同軸ケーブルと類似の動作を行うようになり、電
磁波（マイクロ波）の伝播及び反射の状態は、単一電極
や２本の並行電極の場合に比べ、信号の減衰や波形歪み
の発生がさらに抑制され、動作がより安定化した高精度
のレベル計測が可能となる。According to a fourth aspect of the present invention, in the level measuring apparatus according to the second aspect of the present invention, a concentric cylindrical shape is provided outside a rod-shaped electrode for transmitting and reflecting an electromagnetic wave by the first pseudorandom signal. And one end of the additionally provided concentric cylindrical electrode is inserted and immersed in the molten metal, and the other end is grounded. The rod-shaped electrode that propagates and reflects the electromagnetic wave and the concentric cylindrical electrode outside the rod-shaped electrode perform the same operation as the coaxial cable, and the state of propagation and reflection of the electromagnetic wave (microwave) is as follows. As compared with the case of a single electrode or two parallel electrodes, the occurrence of signal attenuation and waveform distortion is further suppressed, and high-accuracy level measurement with more stable operation can be performed.
【００１０】[0010]
実施形態１．図１は本発明の実施形態１に係る導電体長
計測装置の構成を示す図である。図１において、１，２
はそれぞれ第１，第２クロック信号発生器、３，４はそ
れぞれ第１，第２擬似ランダム信号発生器、５，６はそ
れぞれ第１，第２の乗算器、７は方向性結合器、８，９
はそれぞれ第１，第２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１
０は計測演算部、１１は前記１〜１０の各機器により構
成された導電体長計測装置、１２は方向性結合器７と電
極１３間を接続する同軸ケーブル、１３は長さの被測定
対象である棒状電極である。この例においては、電極１
３として直径５ｍｍ、長さ約１ｍの金属棒（鉄棒）を使
用した。また第１，第２クロック信号発生器１，２はそ
れぞれ周波数１５００．００５ＭＨｚと１５００．００
０ＭＨｚのクロック信号を発生し、第１，第２擬似ラン
ダム信号発生器３，４はそれぞれ符号長１２７のＭ系列
信号Ｍ1 ，Ｍ2 を発生するようにした。なお、Ｍ系列信
号以外の例えばバーカ符号（Ｂａｋｅｒ Ｃｏｄｅ）等
の擬似ランダム信号を発生するようにしてもよい。Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conductor length measuring device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG.
Are first and second clock signal generators respectively, 3 and 4 are first and second pseudo random signal generators respectively, 5, 6 are first and second multipliers respectively, 7 is a directional coupler, 8 , 9
Are the first and second low-pass filters (LPF), 1
Reference numeral 0 denotes a measurement operation unit, 11 denotes a conductor length measuring device constituted by each of the devices 1 to 10, 12 denotes a coaxial cable connecting the directional coupler 7 and the electrode 13, and 13 denotes an object to be measured having a length. There is a rod-shaped electrode. In this example, electrode 1
As 3, a metal rod (iron bar) having a diameter of 5 mm and a length of about 1 m was used. The first and second clock signal generators 1 and 2 have frequencies of 1500.005 MHz and 1500.00, respectively.
A clock signal of 0 MHz is generated, and the first and second pseudo-random signal generators 3 and 4 generate M-sequence signals M 1 and M 2 having a code length of 127, respectively. Note that a pseudo random signal such as a Barker code other than the M-sequence signal may be generated.
【００１１】図２は図１の動作を説明するための波形図
であり、図２を参照して図１の動作を説明する。第１ク
ロック信号発生器１から出力される周波数ｆ1 ＝１５０
０．００５ＭＨｚのクロック信号は第１擬似ランダム信
号発生器３に供給され、第１擬似ランダム信号発生器３
は、このクロック周波数ｆ1 に同期したＭ系列信号Ｍ1
を発生して出力する。同様に第２クロック信号発生器２
から出力される周波数ｆ2 ＝１５００．０００ＭＨｚの
クロック信号は第２擬似ランダム信号発生器４に供給さ
れ、第２擬似ランダム信号発生器４はこのクロック周波
数ｆ2 に同期したＭ系列信号Ｍ2 を発生して出力する。FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 1. The operation of FIG. 1 will be described with reference to FIG. Frequency f 1 = 150 output from first clock signal generator 1
The 0.005 MHz clock signal is supplied to the first pseudo-random signal generator 3, and the first pseudo-random signal generator 3
Is, M-sequence signal M 1 in synchronization with the clock frequency f 1
Is generated and output. Similarly, the second clock signal generator 2
Clock signal of frequency f 2 = 1500.000MHz output is supplied to the second pseudo random signal generator 4, the second pseudo random signal generator 4 a M-sequence signal M 2 in synchronization with the clock frequency f 2 Generate and output.
【００１２】ここで２つのクロック周波数の差（Δｆ＝
ｆ1 −ｆ2 ）はきわめてわずかであるため、前記第１，
第２擬似ランダム信号発生器３，４からそれぞれ出力さ
れるＭ系列信号Ｍ1 ，Ｍ2 は、発生する周期はわずかに
異なるが、１周期の符号長を１２７とする同一符号（同
一パターン）の信号である。またこのＭ系列信号Ｍ1，
Ｍ2 は、それぞれＭ系列符号の符号が“１”のときは正
電圧（＋Ｅ）、“０”のときは負電圧（−Ｅ）の電圧信
号として出力される。従って第１，第２擬似ランダム信
号発生器３，４は、振幅が前記正・負の電圧で、１周期
の符号長１２７毎に繰り返される周期性循環信号として
出力する。そしてこの例におけるクロック周波数約１．
５ＧＨｚのＭ系列信号Ｍ1 ，Ｍ2は、一般にＬバンドと
呼ばれるマイクロ波であるため、これらの信号の伝送や
処理には、マイクロ波の伝送路や処理器が使用される。Here, the difference between two clock frequencies (Δf =
f 1 −f 2 ) is very small,
The M-sequence signals M 1 and M 2 output from the second pseudo-random signal generators 3 and 4, respectively, have slightly different periods, but have the same code (same pattern) with a code length of one period of 127. Signal. Also, this M-sequence signal M 1 ,
M 2 is, when the sign of the M-sequence code "1", respectively positive voltage (+ E), when the "0" is output as a voltage signal of a negative voltage (-E). Therefore, the first and second pseudo-random signal generators 3 and 4 output the cyclic circulating signal having the amplitude of the positive / negative voltage and being repeated every code length 127 of one cycle. Then, the clock frequency in this example is about 1.
Since the 5-GHz M-sequence signals M 1 and M 2 are microwaves generally called L-band, a microwave transmission line or a processor is used for transmission and processing of these signals.
【００１３】第１擬似ランダム信号発生器３の出力する
Ｍ系列信号Ｍ1 は、乗算器５と方向性結合器７に供給さ
れ、第２擬似ランダム信号発生器４の出力するＭ系列信
号Ｍ2 は乗算器５と乗算器６とに供給される。乗算器５
は入力される２つのＭ系列信号Ｍ1 とＭ2 の乗算を行
い、その乗算結果を第１ローパスフィルタ８へ供給す
る。なお、乗算器５，６へ入力されるＭ系列信号Ｍ1 ，
Ｍ2 は約１．５ＧＨｚのマイクロ波であるため、乗算器
５，６にはマイクロ波用の周波数混合器を使用すること
ができる。ここで２つのＭ系列信号Ｍ1 ，Ｍ2 は同一符
号による正・負の信号で循環周期がわずかに異っている
ので、２つの信号の信号パターンの位相は、時間の経過
により、ゆっくりと変化し、２つの信号が同一符号（即
ち２つの信号が共に正電圧又は共に負電圧）のときに
は、その乗算結果は正電圧となり、異符号（即ち２つの
信号の一方が正電圧で他方が負電圧）のときには、その
乗算結果は負電圧となり、２つの信号パターンがほぼ一
致した場合には正電圧が連続する（図２の（ａ）を参
照）。An M-sequence signal M 1 output from the first pseudo-random signal generator 3 is supplied to a multiplier 5 and a directional coupler 7, and an M-sequence signal M 2 output from a second pseudo-random signal generator 4 Is supplied to the multiplier 5 and the multiplier 6. Multiplier 5
Multiplies the two input M-sequence signals M 1 and M 2 and supplies the multiplication result to the first low-pass filter 8. Note that the M-sequence signals M 1 ,
Since M 2 is a microwave of about 1.5 GHz, a frequency mixer for microwaves can be used for the multipliers 5 and 6. Here, the two M-sequence signals M 1 and M 2 are positive / negative signals having the same sign and have slightly different circulating periods. Therefore, the phases of the signal patterns of the two signals gradually change over time. When the two signals have the same sign (that is, both signals are both positive voltages or both negative voltages), the result of the multiplication is a positive voltage, and the opposite sign (that is, one of the two signals is a positive voltage and the other is a negative voltage). In the case of (voltage), the result of the multiplication is a negative voltage, and the positive voltage is continuous when the two signal patterns substantially match (see (a) of FIG. 2).
【００１４】第１，第２ローパスフィルタ８，９は、そ
れぞれ入力信号中の高周波成分を除去し、低周波成分の
みを通過させるので、結果としてこのローパスフィルタ
８，９は、入力信号を積分処理する機能を有することに
なり、出力信号は入力信号を積分した滑らかな信号（直
流信号に近い信号）になる。いま図２の（ａ）に示され
るような乗算器５の出力信号が入力されると、第１ロー
パスフィルタ８は、図２の（ｂ）に示されるような三角
波に近い波形を出力して計測演算部１０へ供給する。計
測演算部１０は、第１ローパスフィルタ８から供給され
る三角波に近い波形のピーク値（最大振幅値）を検出
し、この検出時刻ｔa （図２の（ｄ）に示された時刻ｔ
a を参照）を記憶する。例えば三角波形の振幅値を単位
時間毎にサンプリングし、このサンプリングされた前回
のサンプル値と今回のサンプル値とを比較し、振幅値が
増加から減少へ移行したことを検出した時刻に図２の
（ｄ）のように１つのパルスを発生し、このパルスの発
生時刻を記憶するようにしてもよい。そしてこのＭ系列
信号Ｍ1 の伝送による時間遅れのない場合の相関信号ピ
ーク値検出時刻ｔa を時間計測の基準時刻とする。The first and second low-pass filters 8, 9 respectively remove high-frequency components from the input signal and pass only low-frequency components. As a result, the low-pass filters 8, 9 integrate the input signal. The output signal becomes a smooth signal (a signal close to a DC signal) obtained by integrating the input signal. When an output signal of the multiplier 5 as shown in FIG. 2A is input, the first low-pass filter 8 outputs a waveform close to a triangular wave as shown in FIG. It is supplied to the measurement calculation unit 10. The measurement calculation unit 10 detects a peak value (maximum amplitude value) of a waveform close to a triangular wave supplied from the first low-pass filter 8 and detects the detection time t a (the time t a shown in FIG. 2D).
a )). For example, the amplitude value of the triangular waveform is sampled for each unit time, and the previous sampled value and the current sampled value are compared with each other. As shown in (d), one pulse may be generated, and the generation time of this pulse may be stored. And a correlation signal peak value detection time t a when there is no time delay due to the transmission of the M-sequence signal M 1 and the reference time of the time measurement.
【００１５】方向性接合器７は、レーダ等で使用されて
いるＬバンド用の市販品を使用することができる。第１
擬似ランダム信号発生器３から直接又は図示されない電
力増幅器を介して出力されたＭ系列信号Ｍ1 は、同軸ケ
ーブル等のマイクロ波伝送路を用いて方向性結合器７の
左側へ入力される。この入力信号は、方向性結合器７の
右側から電磁波として同軸ケーブル１２側へのみ出力さ
れ、乗算器６（下側）へは出力されない。また同軸ケー
ブル１２側から入力される反射信号は、乗算器６側への
み出力され、第１擬似ランダム信号発生器３側へは出力
されないように方向性結合器７は動作する。このように
して第１擬似ランダム信号発生器３から出力され方向性
結合器７を通過した電磁波としてのＭ系列信号Ｍ1 は、
同軸ケーブル１２を通って電極１３の一端に供給され
る。ここで電極１３の長さをＬx とし、このＬx を計測
するものとする。As the directional junction device 7, a commercial product for the L band used in radars and the like can be used. First
The M-sequence signal M 1 output directly from the pseudo-random signal generator 3 or via a power amplifier (not shown) is input to the left side of the directional coupler 7 using a microwave transmission line such as a coaxial cable. This input signal is output from the right side of the directional coupler 7 as an electromagnetic wave only to the coaxial cable 12 side, and is not output to the multiplier 6 (lower side). Further, the directional coupler 7 operates so that the reflected signal input from the coaxial cable 12 is output only to the multiplier 6 side and not output to the first pseudo random signal generator 3 side. The M-sequence signal M 1 as an electromagnetic wave output from the first pseudo-random signal generator 3 and passed through the directional coupler 7 is
It is supplied to one end of the electrode 13 through the coaxial cable 12. Here, it is assumed that the length of the electrode 13 is Lx, and this Lx is measured.
【００１６】ここでＭ系列信号Ｍ1 は前記周波数約１．
５ＧＨｚのマイクロ波であり、同軸ケーブル１２はマイ
クロ波の伝送路として公知のものである。そしてこの同
軸ケーブル１２の長さＬ0 は、予め較正され、この較正
値Ｌ0 は測定前に計測演算部１０に入力され、記憶され
ている。電極１３は、この例では前記のように直径５ｍ
ｍ、長さ約１ｍの鉄棒であり、その一端が、同軸ケーブ
ル１２の一端の芯線と結合され、その他端は開放（ｏｐ
ｅｎ）され、電極１３のほかに他の電気的導体は特に設
けられていない。Here, the M-sequence signal M 1 has the frequency of about 1.
It is a microwave of 5 GHz, and the coaxial cable 12 is known as a microwave transmission path. The length L 0 of the coaxial cable 12 is calibrated in advance, and the calibration value L 0 is input to the measurement calculation unit 10 before measurement and stored. The electrode 13 has a diameter of 5 m as described above in this example.
m, an iron bar having a length of about 1 m, one end of which is connected to the core wire of one end of the coaxial cable 12 and the other end is open (op
en), and no other electrical conductor is provided in addition to the electrode 13.
【００１７】このような構造においては、電極１３はロ
ッドアンテナに近い構造となるが、アンテナ輻射器とし
て輻射効率は悪いため、電極１３から大気中に輻射され
るマイクロ波のエネルギーは少なく、信号は電磁波とし
て電極１３に沿って伝播する。結果的に電極１３は、近
隣の電気的導体又は大地（同軸ケーブルの外側の被覆導
体と同一機能の導体）とで構成される信号伝播路として
動作する。従って電極１３に沿って伝播した電磁波は、
その他端が開放されていることによる伝播インピーダン
スの変化に基づき反射される。上記説明のように電極１
３と平行に隣接する第２の電気的導体を設けるか、また
は電極１３を大地と近接させ平行に保持するようにすれ
ば、計測動作がより安定化される。In such a structure, the electrode 13 has a structure close to that of a rod antenna. However, since the radiation efficiency is low as an antenna radiator, the energy of the microwave radiated from the electrode 13 into the atmosphere is small, and the signal is low. It propagates along the electrode 13 as an electromagnetic wave. As a result, the electrode 13 operates as a signal propagation path composed of a nearby electric conductor or ground (a conductor having the same function as the outer conductor of the coaxial cable). Therefore, the electromagnetic wave propagated along the electrode 13 is
The light is reflected based on a change in propagation impedance due to the other end being opened. Electrode 1 as described above
If a second electric conductor adjacent to and parallel to 3 is provided, or if the electrode 13 is held close to and parallel to the ground, the measurement operation is further stabilized.
【００１８】このようにして電極１３の先端から反射さ
れたＭ系列信号Ｍ1 は、再び同軸ケーブル１２を通って
方向性結合器７に入力され、この方向性結合器７によっ
て反射信号のみが取り出されて乗算器６に入力される。
ここで電極１３の先端から反射されて乗算器６へ入力さ
れるＭ系列信号Ｍ1 は、乗算器５へ第１擬似ランダム信
号発生器３から直接入力されるＭ系列信号Ｍ1との時間
比較において、同軸ケーブル１２と電極１３の合計長さ
R>（Ｌ0 ＋Ｌx ）をマイクロ波が伝播して往復するのに
要する時間だけ遅延した信号となる。The M-sequence signal M 1 reflected from the tip of the electrode 13 in this manner is again input to the directional coupler 7 through the coaxial cable 12, and the directional coupler 7 extracts only the reflected signal. And input to the multiplier 6.
Here, the M-sequence signal M 1 reflected from the tip of the electrode 13 and input to the multiplier 6 is compared with the M-sequence signal M 1 directly input to the multiplier 5 from the first pseudo-random signal generator 3. , The total length of the coaxial cable 12 and the electrode 13
R> (L 0 + L x ), which is a signal delayed by the time required for the microwave to propagate and reciprocate.
【００１９】この電極１３から反射され遅延したＭ系列
信号Ｍ1 と第２擬似ランダム信号発生器４から直接入力
されるＭ系列信号Ｍ2 とが乗算器６によって乗算され、
その乗算結果が第２ローパスフィルタ９へ入力される。
第２ローパスフィルタ９は、第１ローパスフィルタ８と
同様に動作し、図２の（ｃ）に示されるような三角波に
近い波形を出力して計測演算部１０へ供給する。計測演
算部１０は、第１ローパスフィルタ８からの入力信号の
場合と同様に、第２ローパスフィルタ９から入力される
三角波に近い波形のピーク値（最大振幅値）を検出し、
この検出時刻に例えば図２の（ｅ）に示すように１つの
パルスを発生し、このパルスの発生時刻ｔb を記憶す
る。そしてこのＭ系列信号Ｍ1 の伝送距離に応じて遅延
した相関信号ピーク値検出時刻ｔb を信号検知時刻と
し、前記基準時刻ｔa から信号検知時刻ｔb までの時間
ＴD を計測する（図２の（ｅ）に示されたＴD を参
照）。[0019] The M-sequence signal M 1 delayed reflected from the electrode 13 and the M-sequence signal M 2 is directly input from the second pseudo random signal generator 4 are multiplied by a multiplier 6,
The result of the multiplication is input to the second low-pass filter 9.
The second low-pass filter 9 operates similarly to the first low-pass filter 8, outputs a waveform close to a triangular wave as shown in FIG. The measurement calculation unit 10 detects a peak value (maximum amplitude value) of a waveform close to a triangular wave input from the second low-pass filter 9 as in the case of the input signal from the first low-pass filter 8,
The detection time, for example, in FIG. 2 one pulse as shown in (e) occurs, stores the occurrence time t b of the pulse. And a correlation signal peak value detection time t b which is delayed in accordance with the transmission distance of the M-sequence signal M 1 and signal detection time, measures the time T D from the reference time t a up signal detection time t b (FIG. see T D indicated in the 2 (e)).
【００２０】次に前記計測時間ＴD から長さ又は距離を
算出する方法を説明する。第１の擬似ランダム信号の繰
り返し周波数をｆ1 、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ｆ1 ＞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（前記乗算及び積分処理により相関信号が得られ
る）をとって得られる基準信号が最大値となる周期をＴ
B （図２の（ｄ）に示されたＴB を参照）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
（符号長と同じ）になる。 即ち ＴB ・ｆ1 ＝ＴB ・ｆ2 ＋Ｎ 上記を整理するとＴB は次の（１）式で与えられる。 ＴB ＝Ｎ／（ｆ1 −ｆ2 ） …（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。Next, a method of calculating the length or the distance from the measurement time T D will be described. The repetition frequency of the first pseudo-random signal is f 1 , the repetition frequency of the second pseudo-random signal is f 2, and the pattern of each pseudo-random signal is the same. Here, it is assumed that f 1 > f 2 . The period at which the reference signal obtained by correlating the transmitted first pseudo-random signal with the second pseudo-random signal (a correlation signal is obtained by the multiplication and integration processes) is T,
B When (see the indicated T B in the FIG. 2 (d)), the first pseudo random signal and the wave number of exactly one cycle difference in wave number of the second pseudo random signal contained between the T B N
(Same as the code length). That T B T B · f 1 = T B · f 2 + N Rearranging the above given by the following equation (1). T B = N / (f 1 -f 2) ... (1) i.e. as the difference between the two clock frequencies is small, the period T B of the reference signal becomes the maximum value is larger.
【００２１】次に、第１の擬似ランダム信号が長さｘ
（この例ではｘ＝Ｌ0 ＋Ｌx ）の伝播経路を伝播し、こ
の伝播経路の先端から反射されて戻ってきた信号と第２
の擬似ランダム信号との相関をとって得られる検出信号
が最大値となる時刻ｔb と上記基準信号が最大値となる
時刻ｔa との間の時間をＴD とすると、ＴD 間に発生す
る第２の擬似ランダム信号の波数は、ＴD 間に発生する
第１の擬似ランダム信号の波数より、上記第１の擬似ラ
ンダム信号の伝播及び反射に要した実時間τ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。 ＴD ・ｆ2 ＝ＴD ・ｆ1 −τ・ｆ1 上式を整理するとＴD は次の（２）式で与えられる。 ＴD ＝τ・ｆ1 ／（ｆ1 −ｆ2 ） …（２） ここでマイクロ波の伝播時間τは、その伝播速度をｖ、
その伝播距離をｘとすると、τ＝２・ｘ／ｖ である
から、（２）式により次の（３）式を得る。Next, the first pseudo-random signal has a length x
(In this example, x = L 0 + L x ), and the signal reflected back from the tip of this propagation path and the second signal
When the detection signal obtained by taking the correlation between the pseudo random signal of time t b and the reference signal having the largest value is the time T D between time t a which is a maximum value, occurs between T D wavenumber of the second pseudo random signal, from the wave number of the first pseudo random signal generated between T D, the first occurring to the actual time required for propagation and reflection of the first pseudo random signal τ Since the number is smaller by the wave number of the pseudo-random signal, the following equation holds. T D · f 2 = T D · f 1 -τ · f 1 and rearranging the above equation T D is given by the following equation (2). T D = τ · f 1 / (f 1 −f 2 ) (2) Here, the propagation time τ of the microwave is represented by v;
Assuming that the propagation distance is x, since τ = 2 × x / v, the following equation (3) is obtained from the equation (2).
【００２２】[0022]
【数１】 (Equation 1)
【００２３】従って前記２つのクロック周波数ｆ1 ，ｆ
2 、マイクロ波の伝播速度ｖ、較正された同軸ケーブル
の長さＬ0 の値を予め計測演算部１０に入力しておくこ
とにより、計測演算部１０は、前記時間ＴD を計測し、
前記（３）式から伝播距離ｘを算出する。そして図１の
例においては、ｘ＝（Ｌ0 ＋Ｌx ）であるので、ｘから
同軸ケーブル１２の長さＬ0 を減算することにより、電
極１３の長さＬx を求めることができる。Therefore, the two clock frequencies f 1 , f
2, by previously inputting the propagation velocity v of the microwaves, the previously measured calculating unit 10 the value of the length L 0 of the calibrated coaxial cable, measurement computation unit 10 measures the time T D,
The propagation distance x is calculated from the equation (3). In the example of FIG. 1, since x = (L 0 + L x ), the length L x of the electrode 13 can be obtained by subtracting the length L 0 of the coaxial cable 12 from x .
【００２４】この例においては、第１の擬似ランダム信
号の周波数ｆ1 ＝１５００．００５ＭＨｚ、第２の擬似
ランダム信号の周波数ｆ2 ＝１５００．０００ＭＨｚ、
１周期の波数Ｎ＝１２７としたので、これらの値を
（１）式に代入すると時間基準信号（及び検知信号）の
繰り返し周期ＴB ＝２５．４ｍsec となる。また計測時
間ＴD は（２）式によって実際の信号の伝播時間τのｆ
1 ／（ｆ1−ｆ2 ）倍になっているので、この例におけ
る上記数値を代入すると、計測時間ＴD は実時間τの３
００，０００倍に拡大される結果、高精度の計測が可能
となる。In this example, the frequency f 1 of the first pseudo-random signal is 150.005 MHz, the frequency f 2 of the second pseudo-random signal is 150.000 MHz,
Since the wave number N of one cycle is set to 127, substituting these values into the equation (1) results in a repetition cycle T B of the time reference signal (and the detection signal) of T B = 25.4 msec. In addition, the measurement time T D is given by f
1 / (f 1 −f 2 ), the measurement time T D becomes 3 times the real time τ by substituting the above values in this example.
As a result of being enlarged by a factor of 00,000, highly accurate measurement is possible.
【００２５】計測演算部１０は、この例では、図２の
（ｂ），（ｃ）に示されるような第１，第２ローパスフ
ィルタ８，９の各出力信号について、それぞれサンプリ
ング周期１０μsec でＡ／Ｄ変換した振幅データを逐次
読取り、各信号が最大振幅値となる時刻ｔa ，ｔb を検
出し、この両時刻ｔa ，ｔb 間の時間ＴD を計測し、長
さ算出を行った。この場合のサンプリング周期１０μse
c は、前記時間拡大率から、実時間では、１０μsec ／
３００，０００＝３．３３ｐsec に相当し、距離に換算
すると０．５ｍｍでの信号サンプリングを行ったことに
なり、高精度で電極１３の長さを計測することができ
る。さらに本計測演算部１０は、複数の測定データの平
均化処理を行うことにより精度１ｍｍでの電極長さの計
測が可能となった。In this example, the measurement calculation unit 10 sets the output signal of each of the first and second low-pass filters 8 and 9 as shown in FIGS. 2B and 2C at a sampling period of 10 μsec. / sequential read amplitude data D conversion, the time t a which each signal is the maximum amplitude value, detecting a t b, the two time t a, measured time T D between t b, performs calculation length Was. Sampling cycle 10 μse in this case
c is 10 μsec / real time in real time from the time expansion rate.
This corresponds to 300,000 = 3.33 psec, which means that the signal sampling is performed at 0.5 mm in terms of distance, and the length of the electrode 13 can be measured with high accuracy. Further, the main measurement operation unit 10 can measure the electrode length with an accuracy of 1 mm by averaging a plurality of measurement data.
【００２６】なお被測定物からの反射信号にノイズが含
まれることが有るが、このノイズ成分は擬似ランダム信
号との相関がないことから、乗算器６と第２ローパスフ
ィルタによる相関処理の結果得られる信号出力ではノイ
ズは抑制され、ＳＮ比の改善された高感度での信号検知
が可能となる。またこの例において、計測対象として金
属棒を使用したが、擬似ランダム信号が伝播する各種導
電性材料も計測対象として使用可能である。例えばカー
ボン電極、鋼材、カーボンブロック等を計測対象として
その長さを求めることができる。The reflected signal from the device under test may contain noise, but since this noise component has no correlation with the pseudo-random signal, the result of the correlation processing by the multiplier 6 and the second low-pass filter is obtained. In the signal output, noise is suppressed, and signal detection with improved SN ratio and high sensitivity becomes possible. Further, in this example, a metal rod is used as a measurement target, but various conductive materials through which a pseudo random signal propagates can also be used as a measurement target. For example, the length can be obtained by measuring a carbon electrode, a steel material, a carbon block, and the like.
【００２７】実施形態２．図３は本発明の実施形態２に
係り、図１の装置を用いたレベル計測装置を示す図であ
り、図の（ａ）は測定対象を側面からみた図で、（ｂ）
は同一測定対象を真上からみた図である。図３におい
て、２０は同軸ケーブル、２１は電極、２２は導電体長
計測装置、２３はレベル計測用信号処理装置、２４は電
極保持装置、２５はモールド、２６はタンディッシュ、
２７はノズル、２８は溶鋼、２９はダミーバーである。
またこの例において、電極２１は直径３ｍｍの金属棒
（鉄棒）とし、導電体長計測装置２２は、図１に示した
ものと同一装置を使用した。図３の例においては、金属
棒である電極２１を溶融金属モールド２５内に垂直に挿
入し、その先端部をモールド２５内の溶鋼２８に浸漬さ
せて、モールド２５内の溶鋼レベルの計測を行うもので
ある。Embodiment 2 FIG. FIG. 3 is a diagram showing a level measuring device using the device of FIG. 1 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) is a diagram of a measurement target viewed from a side, and FIG.
Is a view of the same measurement target viewed from directly above. In FIG. 3, 20 is a coaxial cable, 21 is an electrode, 22 is a conductor length measuring device, 23 is a signal processing device for level measurement, 24 is an electrode holding device, 25 is a mold, 26 is a tundish,
27 is a nozzle, 28 is molten steel, and 29 is a dummy bar.
In this example, the electrode 21 was a metal bar (iron bar) having a diameter of 3 mm, and the same conductor length measuring device 22 as that shown in FIG. 1 was used. In the example of FIG. 3, the electrode 21 which is a metal rod is vertically inserted into the molten metal mold 25, and its tip is immersed in the molten steel 28 in the mold 25 to measure the level of the molten steel in the mold 25. Things.
【００２８】図３の動作を説明する。導電体長計測装置
２２から送出される前記Ｍ系列信号Ｍ1 による電磁波は
同軸ケーブル２０を介して電極２１の一端に入力され、
電極２１に沿って長さ方向に伝播して行く。この場合、
図１の説明のように、電極２１と近隣の電気的導体（こ
の場合ノズル２２、モールド２５又は溶鋼２８）とで構
成される信号伝播路により伝播する。そして電極２１と
溶鋼２８との接触位置における伝播インピーダンスの変
化（伝播面が棒から平面へ移行すること及び接触部での
電気的導通が不良の場合には電気抵抗をもつこと等に起
因する伝播インピーダンス変化）によって反射が生じ、
この接触位置から反射されたＭ系列信号Ｍ1 の電磁波は
再び同軸ケーブル２０を通って半導体長計測装置２２に
戻る。導電体長計測装置２２は、図１で説明したように
時間ＴD の計測に基づき電極２１の長さを算出する。信
号処理装置２３は、予め較正された電極２１の長さと溶
鋼レベルとの対応データを記憶しており、導電体長計測
装置２２から供給される電極２１の長さデータと前記対
応データに基づき、モールド内溶鋼レベルを求める。The operation of FIG. 3 will be described. An electromagnetic wave based on the M-sequence signal M 1 sent from the conductor length measuring device 22 is input to one end of the electrode 21 via the coaxial cable 20,
The light propagates in the length direction along the electrode 21. in this case,
As described with reference to FIG. 1, the light propagates through a signal propagation path including the electrode 21 and a nearby electric conductor (in this case, the nozzle 22, the mold 25, or the molten steel 28). The change in the propagation impedance at the contact position between the electrode 21 and the molten steel 28 (the propagation due to the transition of the propagation surface from the rod to the flat surface and the presence of electrical resistance when the electrical conduction at the contact portion is poor). Impedance change) causes reflection,
The electromagnetic wave of the M-sequence signal M 1 reflected from the contact position returns to the semiconductor length measuring device 22 through the coaxial cable 20 again. Conductive body length measuring apparatus 22 calculates the length of the electrode 21 based on the measurement of the time T D as described in FIG. The signal processing device 23 stores pre-calibrated correspondence data between the length of the electrode 21 and the molten steel level, and based on the length data of the electrode 21 supplied from the conductor length measurement device 22 and the correspondence data, molds Calculate the inner molten steel level.
【００２９】この例では、電極２１として金属棒を使用
したので溶鋼中に浸漬させた場合電極２１は溶融してゆ
く。しかし電極２１としてタングステン等の高融点導電
性材料を使用することによって長時間の連続レベル計測
が可能となる。また金属棒の電極２１であっても、鋳造
開始時のモールド内溶鋼レベルの上昇を計測することは
できる。さらにモールド内の溶鋼レベルが変動する場合
の計測においても、長尺の電極棒を使用し、電極棒を連
続的にモールド内に挿入する電極棒の自動供給手段を設
けることにより、電極と溶鋼との接触を常に維持するよ
うにして連続計測を行うことができる。図３では、連続
鋳造設備のモールド内溶鋼レベルを計測する場合の例を
示したが、その他の溶融金属レベルの計測にもこのレベ
ル計測装置を適用することができる。In this example, since a metal rod is used as the electrode 21, the electrode 21 melts when immersed in molten steel. However, by using a high melting point conductive material such as tungsten for the electrode 21, continuous level measurement for a long time becomes possible. Further, even with the electrode 21 of a metal rod, it is possible to measure an increase in the level of molten steel in the mold at the start of casting. Furthermore, in the measurement when the molten steel level in the mold fluctuates, by using a long electrode rod and providing an automatic supply means of the electrode rod for continuously inserting the electrode rod into the mold, the electrode and the molten steel can be measured. The continuous measurement can be performed while always maintaining the contact. FIG. 3 shows an example in which the level of molten steel in a mold of a continuous casting facility is measured. However, the level measuring device can be applied to other levels of molten metal.
【００３０】実施形態３．図４は本発明の実施形態３に
係り、図３の装置に２本の電極を用いたレベル計測例を
示す図である。図４の（ａ）では、２本の電極、即ち第
１電極２１Ａと第２電極２１Ｂとを平行に隣接させて保
持させている。そして第１電極２１Ａは信号電極として
同軸ケーブル２０の芯線に接続し、電磁波によるＭ系列
信号Ｍ1 の伝播及び反射を行わせ、第２電極２１Ｂは接
地電極として接地して使用している。従ってマイクロ波
の伝播及び反射の状態は、単一の電極を使用した場合に
比べて安定し、信号の減衰や波形歪の発生が抑制される
ので、長スパンでの計測や、動作が安定で高精度でのレ
ベル計測が可能となる。なおその他の計測動作は図３の
場合と同一であるので、その説明は省略する。Embodiment 3 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of level measurement using two electrodes in the apparatus of FIG. 3 according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 4A, two electrodes, that is, a first electrode 21A and a second electrode 21B are held in parallel and adjacent to each other. The first electrode 21A is connected to the core wire of the coaxial cable 20 as a signal electrode, to perform the propagation and reflection of M-sequence signal M 1 by electromagnetic waves, the second electrodes 21B are used to ground as a ground electrode. Therefore, the state of microwave propagation and reflection is more stable than when a single electrode is used, and signal attenuation and waveform distortion are suppressed, so that measurement and operation over a long span are stable. Level measurement with high accuracy becomes possible. The other measurement operations are the same as those in FIG. 3, and the description thereof is omitted.
【００３１】図４の（ｂ）は、２本の電極の構造とその
接続を示すものであり、第１電極２１Ａの外側に同心円
筒状の第２電極２１Ｂを設け、第１電極２１Ａを同軸ケ
ーブル２０の芯線に接続すると共に、第２電極２１Ｂを
同軸ケーブル２０の外側被覆導体と接続し、第２電極２
１Ｂを接地している。このような構造によって、２つの
電極２１Ａ，２１Ｂは、同軸ケーブル２０をそのまま延
長して溶鋼２８中に挿入したのと類似の構造となり、同
軸ケーブルと類似の信号伝播動作を行うので、電磁波
（マイクロ波）の伝播及び反射の状態は、単一電極や２
本の並行電極の場合に比べ、信号の減衰や波形歪みの発
生がさらに抑制され、動作がより安定化した高精度のレ
ベル計測が可能となる。また２つの電極２１Ａ，２１Ｂ
は、見かけ上は一本の電極のような構造であるので、モ
ールド２５内に挿入する場合のスペースが少くてすみ、
計測に便利な構造であるという特徴をも有する。FIG. 4B shows the structure of two electrodes and their connection. A second electrode 21B having a concentric cylindrical shape is provided outside the first electrode 21A, and the first electrode 21A is coaxial. The second electrode 21 </ b> B is connected to the outer conductor of the coaxial cable 20 while being connected to the core wire of the cable 20.
1B is grounded. With such a structure, the two electrodes 21A and 21B have a structure similar to that in which the coaxial cable 20 is directly extended and inserted into the molten steel 28, and performs a signal propagation operation similar to that of the coaxial cable. Wave) and the state of reflection
Compared to the case of the parallel electrodes, the occurrence of signal attenuation and waveform distortion is further suppressed, and high-accuracy level measurement with more stable operation can be performed. Also, two electrodes 21A, 21B
Has a structure that looks like a single electrode, and therefore requires less space when inserted into the mold 25.
It also has the feature of a structure convenient for measurement.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上のように本請求項１に係る発明にお
いては、第１のクロック周波数に同期した第１の擬似ラ
ンダム信号を発生する手段と、前記第１のクロック周波
数とわずかに異なる第２のクロック周波数に同期し、前
記第１の擬似ランダム信号と同一パターンの第２の擬似
ランダム信号を発生する手段と、前記発生された第１の
擬似ランダム信号と第２の擬似ランダム信号とを乗算す
る第１の乗算手段と、前記発生された第１の擬似ランダ
ム信号を電磁波として被測定導電体の一端より入力し、
この入力した信号を前記導電体の長さ方向に沿って伝播
させる手段と、前記導電体の長さ方向に沿って伝播し、
その他端から反射され前記入力端に戻った反射信号を入
力信号と分離して検出する手段と、前記検出された反射
信号と前記発生された第２の擬似ランダム信号とを乗算
する第２の乗算手段と、前記第１の乗算手段及び第２の
乗算手段の乗算結果をそれぞれ積分して出力する第１の
積分手段及び第２の積分手段と、前記第１の積分手段の
出力信号の最大振幅値を検出した時刻と前記第２の積分
手段の出力信号の最大振幅値を検出した時刻との間の時
間を計測する手段を含み、この計測された時間に基づき
前記導電体の信号入力端から信号反射端までの長さを計
測する手段とを備えて導電体の長さを計測するようにし
たので、前記第１，第２のクロック周波数をそれぞれｆ
1 ，ｆ2 とし、ｆ1 とｆ2 の差をΔｆとすると、前記計
測する時間は実際に電磁波の伝播と反射に要する時間を
ｆ1 ／Δｆ倍に拡大したものとなるため、きわめて高精
度の長さ計測が可能となる。また、同軸ケーブルではな
い、単体の導電体に信号を入力した事による信号の減衰
や波形歪みに対しても、擬似ランダム信号の利用により
高感度に信号を検出し、単体の導電体の長さを計測する
ことが出来る。As described above, according to the first aspect of the present invention, the means for generating the first pseudo-random signal synchronized with the first clock frequency and the second means slightly different from the first clock frequency are provided. Means for generating a second pseudo-random signal having the same pattern as the first pseudo-random signal in synchronization with the second clock frequency, and generating the first pseudo-random signal and the second pseudo-random signal. First multiplying means for multiplying, and inputting the generated first pseudo-random signal as an electromagnetic wave from one end of the conductor to be measured,
Means for propagating the input signal along the length of the conductor, and propagating along the length of the conductor;
Means for separating and detecting the reflected signal reflected from the other end and returning to the input end from the input signal, and a second multiplication for multiplying the detected reflected signal by the generated second pseudo-random signal Means, first integration means and second integration means for integrating and outputting the multiplication results of the first multiplication means and second multiplication means, respectively, and a maximum amplitude of an output signal of the first integration means. Means for measuring the time between the time at which the value is detected and the time at which the maximum amplitude value of the output signal of the second integrating means is detected, and from the signal input terminal of the conductor based on the measured time. Means for measuring the length to the signal reflection end is provided to measure the length of the conductor, so that the first and second clock frequencies are respectively set to f
1, and f 2, when the difference between f 1 and f 2 and Delta] f, since the time to be measured will be an enlarged actually the time required for the reflection and propagation of electromagnetic waves in f 1 / Delta] f times, extremely high accuracy Length measurement becomes possible. In addition, even if the signal is attenuated or the waveform is distorted by inputting the signal to a single conductor, not a coaxial cable, the signal can be detected with high sensitivity by using a pseudo random signal, and the length of the single conductor can be detected. Can be measured.
【００３３】また本請求項２に係る発明においては、第
１のクロック周波数に同期した第１の擬似ランダム信号
を発生する手段と、前記第１のクロック周波数とわずか
に異なる第２のクロック周波数に同期し、前記第１の擬
似ランダム信号と同一パターンの第２の擬似ランダム信
号を発生する手段と、前記発生された第１の擬似ランダ
ム信号と第２の擬似ランダム信号とを乗算する第１の乗
算手段と、前記発生された第１の擬似ランダム信号を電
磁波として一端が溶融金属中に挿入、浸漬された棒状電
極の他端より入力し、この入力した信号を前記棒状電極
の長さ方向に沿って伝播させる手段と、前記棒状電極の
長さ方向に沿って伝播し、その先端又は電極と溶融金属
の接触部から反射され前記入力端に戻った反射信号を入
力信号と分離して検出する手段と、前記検出された反射
信号と前記発生された第２の擬似ランダム信号とを乗算
する第２の乗算手段と、前記第１の乗算手段及び第２の
乗算手段の乗算結果をそれぞれ積分して出力する第１の
積分手段及び第２の積分手段と、前記第１の積分手段の
出力信号の最大振幅値を検出した時刻と前記第２の積分
手段の出力信号の最大振幅値を検出した時刻との間の時
間を計測する手段を含み、この計測された時間に基づき
前記棒状電極の信号入力端から信号反射位置までの長さ
を計測する手段と、前記計測された棒状電極の信号入力
端から信号反射位置までの長さに基づき前記溶融金属の
レベルを計測する手段とを備えて溶融金属のレベルを計
測するようにしたので、前記第１，第２のクロック周波
数をそれぞれｆ1 ，ｆ2 とし、ｆ1 とｆ2 との差をΔｆ
とすると、前記計測する時間は実際に電磁波の伝播と反
射に要する時間をｆ1 ／Δｆ倍に拡大したものとなるた
め、きわめて高精度のレベル計測が可能となる。また、
溶融金属中に１本の棒状電極を挿入、浸漬させることに
よりレベル計測が可能であり、設置スペースを小さくす
ることが出来る。Further, in the invention according to claim 2, means for generating a first pseudo-random signal synchronized with the first clock frequency, and a second clock frequency slightly different from the first clock frequency. Means for synchronizing and generating a second pseudo-random signal having the same pattern as the first pseudo-random signal; and a first multiplying means for multiplying the generated first pseudo-random signal by a second pseudo-random signal. Multiplying means, the first pseudo-random signal generated as an electromagnetic wave, one end of which is inserted into the molten metal and input from the other end of the immersed rod-shaped electrode, and the input signal is applied in the longitudinal direction of the rod-shaped electrode. Means for propagating along the length of the rod-shaped electrode, and separating the reflected signal returned from the input end, which is reflected from the tip or the contact portion of the electrode and the molten metal, from the input signal by separating it from the input signal Output means; second multiplying means for multiplying the detected reflected signal by the generated second pseudo-random signal; and multiplying results of the first and second multiplying means. A first integrating means and a second integrating means for integrating and outputting, a time at which a maximum amplitude value of an output signal of the first integrating means is detected, and a maximum amplitude value of an output signal of the second integrating means. A means for measuring a time between the detected time and a means for measuring a length from a signal input end of the rod-shaped electrode to a signal reflection position based on the measured time; and Means for measuring the level of the molten metal on the basis of the length from the signal input end to the signal reflection position, so that the level of the molten metal is measured. 1, and f 2, and f 1 The difference between the 2 Δf
Then, the time for the measurement is obtained by expanding the time required for the propagation and reflection of the electromagnetic wave by f 1 / Δf times, so that the level measurement with extremely high accuracy is possible. Also,
By inserting and immersing one rod-shaped electrode in the molten metal, level measurement is possible and the installation space can be reduced.
【００３４】また本請求項３に係る発明においては、前
記請求項２に係る発明において、前記第１の擬似ランダ
ム信号による電磁波の伝播及び反射を行う棒状電極と平
行に隣接する棒状電極を追加して設け、この追加して設
けた棒状電極の一端を前記溶融金属中に挿入、浸漬し、
その他端を接地するようにしたので、前記電磁波の伝播
及び反射を行う棒状電極及びこれと平行に隣接する棒状
電極は平行線路と類似の動作を行うようになり、電磁波
（マイクロ波）の伝播及び反射の状態は、単一電極を使
用した場合に比べ、信号の減衰や波形歪の発生が抑制さ
れ、長スパンでの計測や、動作が安定した高精度のレベ
ル計測が可能となる。According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, a rod-shaped electrode parallel to and adjacent to a rod-shaped electrode for transmitting and reflecting an electromagnetic wave by the first pseudo-random signal is added. One end of the additionally provided rod-shaped electrode is inserted and immersed in the molten metal,
Since the other end is grounded, the rod-shaped electrode for transmitting and reflecting the electromagnetic wave and the rod-shaped electrode adjacent to the rod-like electrode perform the same operation as the parallel line, and the propagation of the electromagnetic wave (microwave) In the state of reflection, the occurrence of signal attenuation and waveform distortion is suppressed as compared with the case where a single electrode is used, so that measurement over a long span and highly accurate level measurement with stable operation can be performed.
【００３５】また本請求項４に係る発明においては、前
記請求項２に係る発明において、前記第１の擬似ランダ
ム信号による電磁波の伝播及び反射を行う棒状電極の外
側に同心円筒状の電極を追加して設け、この追加して設
けた同心円筒状の電極の一端を前記溶融金属中に挿入、
浸漬し、その他端を接地するようにしたので、前記電磁
波の伝播及び反射を行う棒状電極及びこれの外側の同心
円筒状の電極は同軸ケーブルと類似の動作を行うように
なり、電磁波（マイクロ波）の伝播及び反射の状態は、
単一電極や２本の並行電極の場合に比べ、信号の減衰や
波形歪の発生がさらに抑制され、動作がより安定化した
高精度のレベル計測が可能となる。According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, a concentric cylindrical electrode is added outside a rod-shaped electrode for transmitting and reflecting an electromagnetic wave by the first pseudorandom signal. One end of the additionally provided concentric cylindrical electrode is inserted into the molten metal,
Since the electrode is immersed and the other end is grounded, the rod-shaped electrode for transmitting and reflecting the electromagnetic wave and the concentric cylindrical electrode outside the rod-shaped electrode perform the same operation as the coaxial cable, and the electromagnetic wave (microwave ) Propagation and reflection states
Compared with the case of a single electrode or two parallel electrodes, the occurrence of signal attenuation and waveform distortion is further suppressed, and high-accuracy level measurement with more stable operation can be performed.
【図１】本発明の実施形態１に係る導電体長計測装置の
構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conductor length measuring device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１の動作を説明するための波形図である。FIG. 2 is a waveform chart for explaining the operation of FIG.
【図３】本発明の実施形態２に係り、図１の装置を用い
たレベル計測装置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a level measurement device using the device of FIG. 1 according to the second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施形態３に係り、図３の装置に２本
の電極を用いた計測例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of measurement using two electrodes in the apparatus of FIG. 3 according to the third embodiment of the present invention.
１ 第１クロック信号発生器 ２ 第２クロック信号発生器 ３ 第１擬似ランダム信号発生器 ４ 第２擬似ランダム信号発生器 ５，６ 乗算器 ７ 方向性結合器 ８ 第１ローパスフィルタ ９ 第２ローパスフィルタ １０ 計測演算部 １１ 導電体長計測装置 １２ 同軸ケーブル １３ 電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st clock signal generator 2 2nd clock signal generator 3 1st pseudorandom signal generator 4 2nd pseudorandom signal generator 5, 6 Multiplier 7 Directional coupler 8 1st low pass filter 9 2nd low pass filter Reference Signs List 10 Measurement calculation unit 11 Conductor length measurement device 12 Coaxial cable 13 Electrode
Claims (4)
擬似ランダム信号を発生する手段と、 前記第１のクロック周波数とわずかに異なる第２のクロ
ック周波数に同期し、前記第１の擬似ランダム信号と同
一パターンの第２の擬似ランダム信号を発生する手段
と、 前記発生された第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ラ
ンダム信号とを乗算する第１の乗算手段と、 前記発生された第１の擬似ランダム信号を電磁波として
被測定導電体の一端より入力し、この入力した信号を前
記導電体の長さ方向に沿って伝播させる手段と、 前記導電体の長さ方向に沿って伝播し、その他端から反
射され前記入力端に戻った反射信号を入力信号と分離し
て検出する手段と、 前記検出された反射信号と前記発生された第２の擬似ラ
ンダム信号とを乗算する第２の乗算手段と、 前記第１の乗算手段及び第２の乗算手段の乗算結果をそ
れぞれ積分して出力する第１の積分手段及び第２の積分
手段と、 前記第１の積分手段の出力信号の最大振幅値を検出した
時刻と前記第２の積分手段の出力信号の最大振幅値を検
出した時刻との間の時間を計測する手段を含み、この計
測された時間に基づき前記導電体の信号入力端から信号
反射端までの長さを計測する手段とを備えたことを特徴
とする導電体長計測装置。A means for generating a first pseudo-random signal synchronized with a first clock frequency; a first pseudo-random signal synchronized with a second clock frequency slightly different from said first clock frequency; Means for generating a second pseudo-random signal having the same pattern as the signal; first multiplying means for multiplying the generated first pseudo-random signal by a second pseudo-random signal; Means for inputting the pseudo-random signal of one as an electromagnetic wave from one end of the conductor to be measured, and propagating the input signal along the length direction of the conductor; Means for separating and detecting the reflected signal reflected from the other end and returned to the input end from the input signal; and a second means for multiplying the detected reflected signal and the generated second pseudo-random signal. Multiplying means; first integrating means and second integrating means for integrating and outputting the multiplication results of the first multiplying means and second multiplying means, respectively; and a maximum of an output signal of the first integrating means. Means for measuring the time between the time when the amplitude value is detected and the time when the maximum amplitude value of the output signal of the second integrating means is detected, and based on the measured time, the signal input terminal of the conductor. Means for measuring the length from the signal to the signal reflection end.
擬似ランダム信号を発生する手段と、 前記第１のクロック周波数とわずかに異なる第２のクロ
ック周波数に同期し、前記第１の擬似ランダム信号と同
一パターンの第２の擬似ランダム信号を発生する手段
と、 前記発生された第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ラ
ンダム信号とを乗算する第１の乗算手段と、 前記発生された第１の擬似ランダム信号を電磁波として
一端が溶融金属中に挿入、浸漬された棒状電極の他端よ
り入力し、この入力した信号を前記棒状電極の長さ方向
に沿って伝播させる手段と、 前記棒状電極の長さ方向に沿って伝播し、その先端又は
電極と溶融金属の接触部から反射され前記入力端に戻っ
た反射信号を入力信号と分離して検出する手段と、 前記検出された反射信号と前記発生された第２の擬似ラ
ンダム信号とを乗算する第２の乗算手段と、 前記第１の乗算手段及び第２の乗算手段の乗算結果をそ
れぞれ積分して出力する第１の積分手段及び第２の積分
手段と、 前記第１の積分手段の出力信号の最大振幅値を検出した
時刻と前記第２の積分手段の出力信号の最大振幅値を検
出した時刻との間の時間を計測する手段を含み、この計
測された時間に基づき前記棒状電極の信号入力端から信
号反射位置までの長さを計測する手段と、 前記計測された棒状電極の信号入力端から信号反射位置
までの長さに基づき前記溶融金属のレベルを計測する手
段とを備えたことを特徴とするレベル計測装置。2. A means for generating a first pseudo-random signal synchronized with a first clock frequency, wherein said first pseudo-random signal is synchronized with a second clock frequency slightly different from said first clock frequency. Means for generating a second pseudo-random signal having the same pattern as the signal; first multiplying means for multiplying the generated first pseudo-random signal by a second pseudo-random signal; A means for inputting one pseudorandom signal as an electromagnetic wave from the other end of the rod-shaped electrode having one end inserted into and immersed in the molten metal, and propagating the input signal along the length direction of the rod-shaped electrode; Means for separating and detecting a reflected signal which propagates along the length direction of the electrode and is reflected from the tip or the contact portion between the electrode and the molten metal and returned to the input end, separately from the input signal; and Second multiplying means for multiplying the signal by the generated second pseudo-random signal; first integrating means for integrating and outputting the multiplication results of the first multiplying means and the second multiplying means, respectively; And second integrating means, and measuring a time between a time when the maximum amplitude value of the output signal of the first integrating means is detected and a time when the maximum amplitude value of the output signal of the second integrating means is detected. Means for measuring the length from the signal input end of the rod-shaped electrode to the signal reflection position based on the measured time; and the length from the signal input end of the measured rod-shaped electrode to the signal reflection position. Means for measuring the level of the molten metal based on the level.
波の伝播及び反射を行う棒状電極と平行に隣接する棒状
電極を追加して設け、この追加して設けた棒状電極の一
端を前記溶融金属中に挿入、浸漬し、その他端を接地す
るようにしたことを特徴とする請求項２記載のレベル計
測装置。3. An additional rod-shaped electrode parallel and adjacent to a rod-shaped electrode for transmitting and reflecting an electromagnetic wave by the first pseudo-random signal is provided, and one end of the additionally provided rod-shaped electrode is placed in the molten metal. 3. The level measuring device according to claim 2, wherein the level measuring device is inserted and immersed in the device, and the other end is grounded.
波の伝播及び反射を行う棒状電極の外側に同心円筒状の
電極を追加して設け、この追加して設けた同心円筒状の
電極の一端を前記溶融金属中に挿入、浸漬し、その他端
を接地するようにしたことを特徴とする請求項２記載の
レベル計測装置。4. A concentric cylindrical electrode is additionally provided outside a rod-shaped electrode for transmitting and reflecting an electromagnetic wave by the first pseudorandom signal, and one end of the additionally provided concentric cylindrical electrode is provided. 3. The level measuring device according to claim 2, wherein the level measuring device is inserted and immersed in the molten metal, and the other end is grounded.
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|---|---|---|---|
| JP32885495A JP3198904B2 (en) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | Conductor length measuring device and level measuring device |
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|---|---|---|---|
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| JPH09166477A JPH09166477A (en) | 1997-06-24 |
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| JP32885495A Expired - Fee Related JP3198904B2 (en) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | Conductor length measuring device and level measuring device |
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| JP (1) | JP3198904B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104121846A (en) * | 2014-08-18 | 2014-10-29 | 南京晨光森田环保科技有限公司 | Detection method for stay wire state of length sensor |
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1995
- 1995-12-18 JP JP32885495A patent/JP3198904B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH09166477A (en) | 1997-06-24 |
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