專利名稱：爐內料位測量儀及其天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在轉爐或類似物內利用微波來測量爐內礦渣、熔解物、原材料等的水平的爐內料位測量儀，并涉及用在爐內料位測量儀中的天線。
在常規爐內料位測量儀中，在轉爐的爐頂配備有例如一微波雷達以便由微波雷達通過波導和發送天線發射的電磁波在礦渣表面被反射。由此反射的電磁波通過接收天線和波導接收，然后對其進行信號處理以測量微波雷達與爐內礦渣表面間的距離。
作為用于這類測量的微波雷達，存在以下各種類型的測量系統系統之一為例如FM-CW微波雷達系統。如在日本特許公開公報第63-21584號中所公開的，這種測量系統包含的步驟為從天線到水平表面發送通過對約10 GHz的連續微波調頻形成的微波;對通過將傳輸信號與水平表面的反射波混合而產生的拍頻進行計數以由此測量微波雷達與水平表面之間距離。亦即，在該測量系統中的距離測量是基于以下事實，即來回移動天線與水平表面之間距離所需的微波傳播時間對應于上述迫頻。
另一測量系統是脈沖調制微波雷達系統。該測量系統包含的步驟為對頻率約為10 GHz至20 GHz的微波進行脈沖調制并如同在普通飛機雷達中一樣發射輸該脈沖調制微波;根據用于接收水平表面反射的微波所需的微波傳播時間正比于雷達與水平表面之間的距離這樣的事實來測量雷達與水平表面之間的距離。
在使用這樣的微波雷達的常規爐內料位測量儀中，發送天線和接收天線固定在轉爐爐頂部分或爐內的特定位置。因此，帶來下列爐內礦渣水平變化的問題。
當發送和接收天線固定在爐頂部分時，由于因為爐內礦渣水平降低而使發送及接收天線與礦渣水平之間的距離增加時從爐內噴槍、爐開口部分和爐壁部分反射的不需要信號的影響，往往不能精確測量礦渣水平位置。
在發送和接收天線固定于爐內縱深部分的情況下，由于因為爐內礦渣水平增加而使發送及接收天線與礦渣水平之間的距離降低時由沉積在發送和接收天線上的散列礦渣、金屬粉、灰塵等引起的信號衰減、發送和接收天線阻塞等，往往不能精確地測量礦渣水平位置。
本發明的一個目的是提供一種即使當爐內礦渣水平變化時也能精確和連續地測量礦渣水平位置并可用在爐內環境溫度相當高時的爐內料位儀以及該爐內料位儀中所用的天線。
本發明的另一目的是提供一種不受存在灰塵或類似物的測量環境影響的使用廉價設備可精確和連續地測量目標的水平位置或至該目標的距離的爐內料位儀。
按照本發明的一個方面，爐內料位儀具有帶插在爐內的發送和接收天線的微波雷達，該微波雷達產生微波信號給發送天線，并根據在爐內礦渣表面反射和由接收天線接收的微波信號通過計算天線與礦渣表面之間的距離而產生雷達測量值信號。由天線升降裝置上下移動發送天線和接收天線。用天線位置測量儀測量天線的位置。信號處理部分根據微波雷達的雷達測量值信號和天線位置測量儀的天線位置信號計算爐內礦渣水平位置，并通過比較爐內礦渣水平位置與設定位置或上限及下限設定位置計算天線的升降距離，從而將天線升降距離作為天線升降控制信號提供給天線升降裝置。
天線升降裝置根據天線升降控制信號實現天線升降控制以將發送及接收天線(以下統稱為“天線”)與礦渣水平之間的距離保持在一預定值。
因此，即使爐內礦渣水平發生變化時天線與礦渣水平之間的距離總是保持恒定或保持在預定距離范圍內。所以，有可能克服因爐內礦渣水平降低而使插在爐中的天線與礦渣水平之間的距離增加時爐內噴槍和爐壁反射的不需要信號帶來不良影響的缺點。
再者，有可能克服當因爐內礦渣水平增加插在爐內的天線接近礦渣水平時擴散礦渣、金屬粉等沉積在天線上的缺點。
按照本發明的另一方面，用在爐內料位儀中的天線具有其內側部分用作波導而其頂端有一放大直徑部分并作為喇叭型天線的內部金屬管，以及一個環繞該內部管的外部金屬管。內部管的放大直徑部分頂端與外部管的頂端接合，同時將隔離件基本上整個地放置于內管和外管之間，由此在兩管頂端形成彼此相通的兩條冷卻水通路。冷卻水的入水口和出水口形成在冷卻水通路的底端。因此內部管和外部管在爐內吸收的熱量被流過冷卻水通路的冷卻水去除，使得內部管和外部管有效冷卻。所以即使爐內環境溫度相當高時仍能改進方向性和信噪比(S/N)。
按照本發明的又一方面，在內部管的底端備置有一引入清洗氣體的氣體清洗器。將清洗氣體導入置于內部管底端的氣體清洗器并從內部管的頂端釋放，由此作為天線的內部管放大直徑部分的頂端內表面得到清洗以易于維護天線而不破壞冷卻水的冷卻效果。
按照本發明的又一方面，爐內料位儀中所用的天線具有第一和第二內部金屬管，每個金屬管具有作為波導的內側部分和置于其頂端并用作喇叭型天線的放大直徑部分。內部管頂端的放大直徑部分與外部管的頂端部分彼此接合，同時一隔離件基本上完全置于內部管與外部管之間，這樣形成兩管頂端彼此相通的兩條冷卻水通路。在冷卻水通路的底端備置有冷卻水的入水口和出水口。
因此，在內部管和外部管的頂端形成彼此相通的兩條冷卻水通路。內部管和外部管在爐內吸收的熱量被流過冷卻水路徑的冷卻水帶走，因此天線得到有效地冷卻。所以，即使爐內環境溫度相當高時也可使用該天線。
在如上所述構造的水冷式喇叭型天線中，可在內部管的底端提供氣體清洗器。作為喇叭型天線的內部管放大直徑部分頂端內表面由導入氣體清洗器的清洗氣體進行清洗，以易于維護天線而不損壞冷卻水的冷卻效果。
按照本發明的又一方面，用在爐內料位儀中的天線具有水冷式結構的主散熱器和有與該主散熱器的孔徑表面相對的拋物面水冷式結構反射器。主散熱器由水冷式結構波導和雙管或三管結構的饋進器構成。
如上所述，主散熱器形成基于雙管或三管結構的冷卻水通路，以使由波導和饋進器吸收的熱量被流經冷卻水通路的冷卻水去除。
按照本發明的又一方面，微波雷達通過以下步驟測量到目標的距離根據第一偽隨機信號發射相位調制載波到目標;通過檢波由目標上反射的接收信號乘以第二偽隨機信號獲得的載波得到檢波信號的時序圖;將第一和第二偽隨機信號直接相乘獲得乘積值的時序圖;測量檢波信號的時序圖和乘積值時序圖之間的時間差值。因此，可獲得如下效果。
(1)由于無接觸測量，可保證傳感器部分(諸如天線等)的耐用性，同時，可簡化裝置的安裝和維護(2)由于連續測量，可做到高速響應的測量。
(3)由于使用利用偽隨機信號的擴散譜信號，通過在接收部分使用基準偽隨機信號的相關過程可獲得降噪和信號增強。因此，可靈敏地檢測低反射率目標上的反射波，所以該測量可用于廣泛的目的。
(4)由于通常用于測量的高速信號可由本發明結構上相當簡單的電路轉換為低速信號，可形成價格低、體積小的裝置。而且，可使調整容易。
作為檢測目標上反射的載波并在接收后對其作相關處理以獲得檢波信號的裝置，關于發送載波的相位同相和為其四分之一相位的分量可在相關處理之后從載波中提取出來。這些分量分別通過低通濾波器平方然后彼此相加以獲得檢波信號。因此，可靈敏地檢測目標。
由于借助于將基于第一偽隨機信號的相位調制載波發送到目標并隨后利用與第一偽隨機信號有相同特性曲線且其頻率鄰近第一偽隨機信號頻率的第二偽隨機信號對該目標反射的接收信號進行相關處理的技術將從目標獲得的檢波信號與基準信號之間的測量時間在時間軸上作了相當大的放大(例如，12，500倍)，所以距離很短。而且，作為測量對象的目標所反射的必要信號在時間軸上可以清楚地與產生檢波信號的目標以外的其它物體反射的不需要信號鑒別開來。因此，即使在諸如其中容易產生不需要的反射信號的爐內部狹窄空間的測量環境下，因為可以去除不需要的反射信號，故能夠穩定地測量爐中的料位。
亦即，在本發明中，分別由第一偽隨機信號發生裝置和第二偽隨機信號發生裝置產生第一偽隨機信號和與第一偽隨機信號有相同特性曲線且其頻率略為不同于第一偽隨機信號頻率的第二偽隨機信號。由發送裝置將根據第一偽隨機信號相位調制載波形成的擴散譜信號發送給目標。然后，由接收裝置接收目標所反射波而得到的接收信號通過第二乘法器與第二偽隨機信號相乘。當以第一偽隨機信號相位調制接收信號的調制相位與第二偽隨機信號的相位一致時，從第二乘法器輸出端得到的乘積輸出變為同相載波并由后續級中相干檢波裝置作同步檢波。檢波輸出再通過由一對低通濾波器、一對平方器和一加法器構成的檢波信號發生裝置進行信號處理，從而輸出脈沖形目標檢波信號。然而，第一和第二偽隨機信號在碼型上彼此相等而在信號發生裝置的頻率上彼此略有差別。因此，在這兩個信號的相位彼此相一致以后經過一段時間，兩個信號的相位相互產生偏移(即，兩信號的相關輸出取其最大值)。當兩個信號相位的相互偏移達一個碼長或更長時，兩個偽隨機信號的相關性丟失。在這種情況下，由第二偽隨機信號和接收信號的乘積結果得到的載波相鄰變為隨機的，因此在由后續級中相干檢波裝置作同步檢波之后頻帶被低通濾波器所限制，并且不可能獲得目標檢波信號。
當再經過一段時間之后第一和第二偽隨機信號之間的相位差變得正好等于某一隨機信號的一個周期時，兩信號的相位再次變為相互一致。在這種情況下，兩信號的相關輸出再次取其最大值以致于通過相干檢波裝置和檢波信號發生裝置再次獲得脈沖形目標檢波信號。這樣，該現象以一定時間間隔重復由此可獲得作為目標檢波信號的周期脈沖形信號。
另一方面，當從接收信號獲得目標檢波信號時，有必要為測量時間點設定基準時間。所以，代表基準時間的時間基準信號產生如下。通過第一乘法器將第一偽隨機信號直接與第二偽隨機信號相乘;然后，通過低通濾波器獲取作為乘積結果的時序圖，由此得到與目標檢波信號有相同周期的脈沖形信號作為時間基準信號。
因此，由于從產生時間基準信號的時間點到產生從接收信號獲得的目標檢波信號的時間點的時間正比于電磁波在發送及接收天線與目標之間往復運動的傳播時間，故可從兩信號之間的時間差計算發送及接收天線與目標之間的距離。
前述運算表述如下令f1為第一偽隨機信號的重復頻率。令f2為第二偽隨機信號的重復頻率。現在假定兩偽隨機信號的特性曲線彼此相等并且f1大于f2。
當將根據發送的第一和第二偽隨機信號的相關性所獲得的基準信號取其最大值的周期以TB表示時，包含在周期TB內的第一和第二偽隨機信號之間的波形數量之差等于N個數量的一周期波形。亦即，得到下列方程。
TB·f1＝TB·f2+N整理該方程，TB由下列方程(1)表示。
TB＝N/(f1-f2)……(1)即，基準信號取其最大值的周期TB隨兩時鐘頻率之差的減小而增加。
令τ為從發送以第一偽隨機信號調相的載波的時間點到目標反射之后收到載波的時間點的傳播時間。令TD為產生通過根據第二偽隨機信號解調接收信號并對它進行相干檢波而獲得的目標檢波信號的脈沖形信號的時間點與產生基準信號的脈沖形信號的時間點之間的時間差。由于在周期TD內產生的第二偽隨機信號的波形數量比在周期TD內產生的第一偽隨機信號的波形數量小傳播時間τ內產生的第一偽隨機信號的波形的數量，故得到下列方程。
TD·f2＝TD·f1-τ·f1整理該方程，TD由下列方程(2)表示。
TD＝τ·f1/(f1-f2)……(2)即，以加長f1/(f1-f2)倍的傳播時間或換句話說減小f1/(f1-f2)倍的測量速度得到的值計算周期TD。可以說基本上可按照本發明通過加大測量時間來實現適合于短距離測量的距離測量系統或裝置。
這里，傳播時間以下式表示τ＝2X/V其中Ⅴ表達傳播速度，Ⅹ表示到目標的距離。
因此，根據方程(2)得到下列方程(3)。
X＝ (f1-f2)/(2f1) ·V·TD……(3)簡言之，按照方程(3)通過測量時間差TD可計算距離X。
本發明的上述和其它目的以及優點從以下結合附圖的描述會變得更為明顯。
圖1是本發明用于爐內料位測量儀的微波雷達結構實例的框圖;
圖2a至2d是說明圖1示出的微波雷達的操作的波形圖;
圖3是說明7位M型信號發生器結構實例的圖形;
圖4是示出作為本發明實施例的爐內料位儀的結構實例的框圖;
圖5是說明圖4實施例中天線升降控制過程實例的流程圖。
圖6a是表明天線位置和礦渣表面之間關系的曲線圖;
圖6b是表明設定位置與雷達測量值之間關系的曲線圖;
圖7是表明圖4實施例中天線升降控制過程另一實例的流程圖。
圖8a是表示天線位置與礦渣表面之間關系的曲線圖;
圖8b是表示設定位置與雷達測量值之間關系的曲線圖;
圖9是說明作為本發明實施例的水冷式天線的圖形;
圖10是沿圖9的線A-A截取的剖面圖;
圖11是說明作為本發明的另一實施例的水冷式天線的示圖;
圖12是沿圖11中線A-A截取的剖面圖;
圖13是表示置于內部圓形管和外部圓形管之間隔離件的說明圖。
圖14是作為本發明又一實施例的水冷式喇叭型天線從其前端截取的側視圖;
圖15是沿圖14中線A-A截取的剖面圖;
圖16是沿圖14中線B-B截取的剖面圖;
圖17是沿圖15中線C-C截取、表明該天線前端的剖面圖;
圖18是沿圖15中線C-C截取、表明該天線底端的剖面圖;
圖19是作為本發明的又一實施例的水冷式喇叭型天線從其前端截取的側視圖;
圖20是沿圖19中線A-A截取的剖面圖;
圖21是沿圖19中線B-B截取的剖面圖;
圖22是沿圖20中線C-C截取、表明該天線前端的剖面圖;
圖23是沿圖20中線C-C截取、表明該天線底端的剖面圖;
圖24是作為本發明的一個實施例的水冷式喇叭型天線的側視圖;
圖25是圖實施例的天線的正視圖;
圖26是表明主散熱器結構實例的剖視圖;
圖27是表明反射器結構實例的剖面圖;
圖28是表明隔離件結構實例的視圖;
圖29是作為本發明的另一實施例的水冷式拋物面型天線的側視圖;
圖30是圖29實施例的天線的前視圖;
在描述作為本發明實施例的爐內料位儀之前，下面先描述作為該料位儀重要構件的微波雷達。
在圖1示出的本發明實施例的微波雷達中，標號1和2分別表示時鐘發生器，標號3和4分別表示偽隨機信號發生器。標號5到9分別表示例如由雙對稱混頻器構成的乘法器。標號10到12分別表示低通濾波器，13和14分別表示分配器，15和16分別表示平方器，17表示一加法器，18表示一時間測量器，19表示載波振蕩器，20表示一混合式耦合器，21表示發送器，22表示接收器，23表示發送天線，24表示接收天線，25表示目標。
參照圖2中圖(a)至圖(d)的各個時序圖來描述圖1裝置的操作。例如偽隨機信號發生器3和4中的每一個均可由M型信號發生器組成。該M型信號發生器可以是由7段結構的移位寄存器30和“異或”電路31組成的7位M型信號發生器，如圖3所示，移位寄存器30是例如由ECL(射極耦合邏輯元件。M型信號是具有碼“1”的組合和對應于正電壓+E的周期循環信號)和“0”(對應于負電壓-E)組成的7段結構。在該7位實例中，當產生127(＝2-1)個信號(也稱為127信號塊)時完成一個周期。因此，在該實例中，產生重復該周期的循環信號。
偽隨機信號發生器3和4是由一個并且相同的電路構成，因此偽隨機信號發生器3和4的輸出信號具有同樣的特性曲線。然而，提供給偽隨機信號發生器3和4的時鐘頻率略為不同，因此它們在一個周期內略為不同。除了M型信號，高爾德(Gold)型信號或JPL型信號也可用作偽隨機信號。
每個時鐘發生器1和2包括用于產生頻率足夠穩定的時鐘信號的石英振蕩器。但是，時鐘發生器1和2產生的頻率略為不同。在該實施例中，由時鐘發生器1和2產生的頻率f1和f2分別為100.004MHz和99.996MHz，由此頻率間的差值f1-f2為8KHz。分別由時鐘發生器1和2產生的時鐘信號f1和f2分別提供給偽隨機信號發生器3和4。根據驅動時鐘信號之間頻率上的差異，偽隨機信號發生器3和4產生在其一個周期內略有差別但有相同特性曲線的M型信號M1和M2。這里，兩個M型信號M1和M2的各自頻率可計算如下M1的頻率＝127×1/100.004MHz＝1269.9492nsM2的頻率＝127×1/99.996MHz＝1270.0508ns因此，兩個M型信號M1和M2基本上具有約1270ns(10-9秒)的相同周期但約有0.1ns的時間差。所以，如果循環產生兩個M型信號M1和M2并隨后在一定時間點ta將兩個M型信號的特性曲線相互重合，無論何時經過一個周期之后兩個信號之間出現0.1ns的時間差異，或換句話說，當經過100個周期時兩信號之間出現10ns的時間差。
由于M型信號具有在1270ns周期內產生的127信號塊，產生一個信號塊所需的時間為10ns。所以，在兩個M型信號M1和M2之間出現10ns時鐘差值的事實表明M型信號被一個信號塊相互脫離。偽隨機信號發生器3的輸出M1提供給乘法器5和6。偽隨機信號發生器4的輸出M2提供給乘法器5和7。
例如，載波發生器19產生頻率約為10GAz的微波。載波發生器19的輸出信號由分配器13分配給乘法器6和混合耦合器20。例如，乘法器6由雙對稱混頻器構成。乘法器6將來自分配器13的約10 GHz載波與偽隨機信號發生器3饋給的M型信號M1相乘并將通過相位調制載波形成的擴散譜信號饋送給發送器21。
發送器21對輸入擴散譜信號進行功率放大，將它轉換為通過發送天線的電磁波并發射到目標25。由于頻率為10 GHz的電磁波的波長在空氣中為3cm并足夠大于鐵礦石制造爐中灰塵的大小(直徑)，所以灰塵或類似物不存在什么影響。例如，發送天線23和接收天線24由喇叭型天線構成以明顯地收縮方向性，從而盡可能充分地減小目標以外的其它物體反射的電功率。例如，發送天線23和接收天線24具有大約20dB的天線增益。
從發送天線23輻射到目標25的電磁波被目標25反射，通過接收天線24轉換為電信號饋給接收器22。當然，輸入信號加到接收器22上的時間點比電磁波從發送天線23輻射的時間點延遲電磁波從發送天線23傳播到目標25、然后從目標25返回傳播給接收天線24耗費的電磁波傳播時間。接收器22放大輸入信號并將放大的信號饋送給乘法器7。
另一方面，分別從偽隨機信號發生器3和4饋送到乘法器5的M型信號M1和M2彼此相乘。表示乘積值的時間序列信號提供給低通濾波器10。低通濾波器10的輸入信號(即表示乘法器5的輸出值的時間序列信號)具有如圖2中曲線(a)所示的波形。在輸送到乘法器5的兩個偽隨機信號的相位相互一致的時間域M內，輸出電壓+E是連續的。在兩信號的相位彼此不相符的時間域a2內，隨機產生輸出電壓+E和輸出電壓-E。
低通濾波器10到12具有一種基于頻帶限制的積分函數。因此，當兩信號的相位相互一致時，低通濾波器10至12的輸出信號作為由兩信號的積分相關運算值形成的信號是如圖2中圖形(b)所示出的脈沖形信號。當兩信號的相位彼此不相一致時，低通濾波器的輸出信號為0值。所以，在低通濾波器10的輸出端產生周期脈沖形信號。作為時間基準信號的脈沖形信號提供給時間測量器18。在該實施例中，根據前述方程(1)計算的基準信號的周期TB為15.875ms，因為f1和f2分別為100.004MHz和99.996MHz。基準信號及其周期TB由圖2中圖形(d)所示出。
來自接收器22的接收信號和來自偽隨機信號發生器4的M型信號M2饋入乘法器7并彼此相乘。當根據第一M型信號M1通過對發送載波進行相位調制形成的接收信號的調制相位與第二M型信號M2的相位一致時，從乘法器7得到的乘積作為同相載波信號提供給分配器14。當接收信號的調制相位與M型信號M2的相位不一致時，乘法器7得到的乘積作為隨機相位載波信號提供給分配器14。分配器14將輸入信號分入兩乘法器8和9，即來自分配器14的兩輸出信號分別提供給乘法器8和9。
由分配器13提供部分發送載波的混合式耦合器20分別將與輸入信號有同樣相位的同相零相分量信號I和相位垂直于輸入信號相位的四分之一(90°相位)分量信號Q提供給乘法器8和9。乘法器8將從混合式耦合器20饋入的信號I(即與載波振蕩器19的輸出有相同相位的信號)與從分配器14饋入的前述信號R1彼此相乘。與此類似，乘法器9將輸入信號Q(即與載波振蕩器19的輸出有90°相移的信號)與前述信號R2彼此相乘。因此，乘法器8和9分別從接收信號中提取出零相分量(I·R1)和90°相位分量(Q·R2)并將兩分量作為檢波信號送出。
作為檢波信號的信號I·R1和Q·R2分別提供給低通濾波器11和12。
低通濾波器11和12具有基于頻帶限制的積分函數。通過該積分函數，低通濾波器11和12積分兩信號的相關運算值。即，當前述從乘法器7通過分配器14饋入乘法器8的信號R1的相位與前述從混合式耦合器20饋入乘法器8的信號I的相位等并且饋入乘法器9的前述信號R2與饋入乘法器9的信號Q相同，則乘法器8和9的輸出信號變為預定極性(電壓+E或電壓-E)的脈沖信號，使得分別在對信號積分的低通濾波器11和12的輸出端出現大電壓。
當前述信號R1的相位與信號I的相位不相等，并且前述信號R2與信號Q不相同時，從乘法器8和9輸出的信號變為極性隨機變化(即電壓+E和電壓-E)的脈沖信號以致分別在對信號積分的低通濾波器11和12的輸出端出現零電壓。
通過低通濾波器11和12受到積分處理后的零相和90°相位分量分別提供給平方器15和16。平方器15和16分別平方輸入信號的幅度并將輸出信號作為運算結果饋入加法器17。加法器17將兩個輸入信號相加并將如圖2中圖形(C)所示的脈沖形檢波信號提供給時間測量器18。
現在假定檢波信號取其最大值的時間點是tb。包括以下分別從通過相關處理接收信號和M型信號M2形成的信號檢波發送載波的零相和90°相位分量、分別對檢波信號積分并接著平方積分后信號并將這對平方值相加以獲得目標檢波信號的步驟的前述技術或多或少在構造上較為復雜，但能夠獲得高靈敏度的目標檢波信號。由于能夠獲得諸如M型信號的偽隨機信號的相關輸出，可以形成增強信號降低噪聲影響的高信噪比(S/N)測量系統。自然，根據技術要求和成本可以使用利用晶體的檢波技術，因為該技術靈敏度不好但結構上簡單。
時間測量器18是由傳播時間測量器18a和距離換算器18b組成的。傳播時間測量器18a測量從低通濾波器10饋入的基準信號取其最大值的時間點ta與從加法器17饋入的檢波信號取其最大值的時間點之間的時間TD。因此，傳播時間測量器18a具有用于檢測當兩個輸入信號分別取最大值時的時間點的功能。例如，輸入信號取其最大值的時間點可以通過檢測輸入信號翻轉(對應時間從增加到減小)的時間點、同時臨時將當前樣值與根據時鐘信號對輸入電壓值抽樣保持而連續獲得的以前樣值相比較來進行檢測。時間TD表示如圖2中圖形(d)所示產生基準信號最大值的時間點ta與如圖2中圖形(C)所示產生檢波信號最大值的時間點tb間的時間。如前述方程(2)所示，時間TD可以相對發送和接收天線23和24與目標25之間的距離通過將電磁波實際往返運動所需的傳播時間τ增大f1/(f1-f2)倍進行計算。在該實施例中，由于f1＝100.004MHz和f2＝99.996MHz，通過增加12，500倍的時間得到下列方程(4)。
TD＝12，500τ……(4)對基準信號的每個周期TB獲得由方程(4)表示的時間TD。
由于本發明中的測量時間進行了相當大的加長，故可以以高精度測量到目標的距離。因此，可以說按照本發的測量裝置適合于用于測量諸如爐內礦渣水平、熔化物水平等的短距離。
所以，當根據方程(4)計算時，從發送和接收到線23和24到目標25的距離X(米)由下列方程(5)表示X＝(f1-f2)/2f1·V·TD＝1.2×104·TD……(5)由距離換算器18b進行方程(5)表示的運算，以產生距離信號。
從上面的描述已清楚用于本發明的微波雷達。下面，將描述本發明的使用該微波雷達的爐內料位儀的最佳實施例。
在圖4所示的爐內料位儀中，標號41表示一個轉爐，42表示轉爐41中的礦渣，以及43表示轉爐41中的熔化物。標號44表示爐41的頂蓋，而45表示一噴槍。
標號52表示一利用M型信號處理的高靈敏度微波雷達。微波雷達52的結構如上面所描述并在圖1中示出。
標號55表示用于連接微波雷達52與發送天線23及接收天線24的波導。標號56表示用于上下移動發送天線23和接收天線24的升降裝置，發送天線23和接收天線24與微波雷達52連成一個整體并相對該轉爐插在該爐中。
天線升降裝置56由一條懸掛微波雷達52的電纜、一個承裝電纜57并用于放出電纜57的電纜卷繞器58以及用于驅動電纜卷繞器58的電機59組成。標號60表示電機59的電機驅動電路。
標號61表示用于根據天線升降裝置56的升降值測量爐內天線位置的天線位置測量器。天線位置測量器61由用于檢測電機59旋轉量的編碼器62和用于根據編碼器62的檢測信號計算由電纜卷繞機58承裝的電纜長度并隨后根據電纜長度計算天線位置的天線位置運算裝置63所組成。
標號64表示用于處理微波雷達52和天線位置測量器61中的信號，以計算天線升降值，從而通過天線升降裝置56上下移動天線的信號處理電路。
信號處理電路64由用于根據微波雷達52的雷達測量值和天線位置測量器61的天線位置信號計算爐內礦渣42的礦渣水平位置的礦渣水平運算裝置65、以及用于計算天線升降值同時比較由礦渣水平運算裝置65計算的礦渣水平位置與預定設定位置或上限及下限設定位置的無線升降值運算裝置66組成。標號67表示CRT顯示單元。
前述實施例中爐內料位儀的操作將參照圖5的流程圖和圖6a及圖6b的曲線圖進行描述。
首先，通過微波雷達52開始發送和接收天線23和24與爐內礦渣42的礦渣表面之間距離的測量(步驟51)。然后，將由微波雷達52測量的表示天線與礦渣表面之間距離的雷達測量值信號和由天線位置測量儀61測量的表示爐內天線位置的天線位置信號輸入礦渣水平運算裝置65(步驟S2)。通過以下步驟獲得天線位置信號，即由編碼器62檢測電機59旋轉量;由天線位置運算裝置63根據檢測值計算電纜卷繞器58承裝的電纜長度;以及根據電纜長度計算天線位置。
借助于信號處理電路64中的礦渣水平運算裝置65，根據微波雷達52的雷達測量值信號和天線位置測量器61的天線位置信號計算爐內礦渣水平位置。亦即，通過從天線位置減去天線與礦渣表面之間的距離計算礦渣水平位置，并由顯示單元67顯示(步驟S3)。
然后，信號處理電路64中的天線升降運算裝置66將由微波雷達52的雷達測量值信號表示的距離值與預定設定位置(例如，天線與礦渣表面之間的距離總是設定為2.0米)相比較，計算其間的差值及天線升降值并將表示天線升降值的天線升降信號饋入電機驅動電路60(步驟S4)。信號處理電路中的礦渣水平運算裝置65和天線升降值運算裝置66接收通過將從微波雷達52饋入的測量值取10秒平增而獲得的值作為雷達測量值信號。
提供有來自天線升降值運算裝置66的天線升降信號的電機驅動電路60使電機59旋轉，以起動電纜卷繞器58進行電纜57的卷入或放出，以將天線上下移動天線升降值(步驟S5)。
隨著時間的推移重復進行前述天線升降控制，這樣天線位置可以與爐內礦渣42的礦渣表面保持恒定距離，亦即，盡管礦渣水平會象圖6a所示出那樣變化，仍可將天線保持于設定位置。圖6b示出在這種天線升降控制中隨時間推移設定位置與表示天線與礦渣42的渣表面之間距離的雷達測量值之間的關系。當礦渣42的渣表面的變化相當小時使用該實施例中的控制。
另外，參照圖7的流程圖和圖8a及8b的曲線圖描述天線升降控制的另一實例。
首先，以與圖5流程圖示出的同樣方式實現從開始通過微波雷達52測量天線與礦渣42的礦渣表面之間距離的步驟S11到計算礦渣42的礦渣水平位置并通過顯示單元67顯示該礦渣水平位置的步驟S13的過程。
然后，借助信號處理電路64中的天線升降值運算裝置66，將從微波雷達52饋入的雷達測量值信號與預定下限設定位置1(1.5m)比較(步驟S14)。當由雷達測量值信號表示的距離值不大于下限設定位置1時，產生對應預定天線上升值(1.0m)的天線升降控制信號以使天線升降裝置56將天線上移1.0m(步驟S15)，然后該過程的情形再返回到步驟S12。當由雷達測量值信號表示的距離值大于下限設定位置1時，將該距離值與上限設定位置2(3.0m)進行比較(步驟S16)。當雷達測量值不小于上限設定位置2時，產生對應預定天線下降值(1.0m)的天線升降控制信號，以使天線升降裝置56將天線下移1.0m(步驟S17)。當雷達測量值小于上限設定位置2時，該過程的情形返回到步驟S12。
在這個步驟中，進行天線升降控制以使天線位置與礦渣42的礦渣表面之間的距離保持于預定范圍。隨時間推移重復進行該控制過程，以便天線位置保持在距離礦渣42的礦渣表面的預定距離范圍內，即，盡管礦渣表面會如圖8a所示發生變化，天線位置仍可保持在上限設定位置與下限設定位置之間。圖8b示出在這種天線升降控制中隨著時間的推移上限和下限設定位置與表示天線與礦渣42的渣表面間距離的雷達測量值之間的關系。當礦渣42的的渣表面變化相當大時使用該實施例中的控制。
由于在前述實施例中進行天線升降控制使得盡管爐中礦渣42的礦渣表面可能發生變化但天線位置與礦渣42的礦渣表面仍保持預定距離或保持在離礦渣表面的預定距離范圍內，因而可避免現有技術中向下移動爐中礦渣42的礦渣表面以增加插在爐中天線與礦渣表面之間距離所帶來的爐中噴槍45以及爐壁反射的不需要信號的不良影響。而且，可以防止由向上移動爐中礦渣42的礦渣表面以讓插在爐中的天線53和54接近該礦渣表面所引起的散列礦渣、金屬粉等在天線53和54上的沉積。因此，在使用微波雷達52的爐內料位測量儀中總是能夠正確地測量爐內礦渣42的水平位置。
由于容易產生天線上礦渣沉積的影響和爐壁反射不需要信號的影響等，特別是，在轉爐41中的礦渣水平測量中，由于礦渣表面微波的反射很弱，因此本發明的應用效果很大。
盡管前述實施例已說明本發明應用于轉爐41中礦渣水平測量的情況，事實上本發明可用于轉爐中礦渣水平測量、爐內熔化物水平測量、和豎爐內原材料水平測量。
盡管前述實施例已說明插在爐中的每個天線是由無冷卻喇叭型天線構成的情況，也可能需要根據使用爐內料位儀的爐中的環境條件，使用氣冷式天線或水冷式天線。
圖9至圖22中示出這種水冷式天線。在圖9示出的水冷式天線結構圖和沿圖9中線A-A截取的圖10的剖視圖中，標號81表示用銅制成的具有約1000mm長度和25mm直徑的內部圓形管81。內部圓形管81具有形成在頂端(圖中左端)長度約為200mm以及斜角小于或等于3°-10°的加大直徑部分81a。內部圓形管81的整個內部作為波導，加大直徑部分81a的頂內作為喇叭型天線。內部圓形管81的內部直徑設計為在所用微波的波長范圍0.66λ至0.91λ內。標號82表示環繞內部圓形管81的中間圓形管，它用鋼制成并具有大約800mm的長度和40mm的直徑，用于作為隔離件。標號83表示環繞內部圓形管81和中間圓形管82的鋼制外部圓形管，它具有大約800mm的長底和60mm的直徑。內部圓形管81的加大直徑部分81a的頂端和外部圓形管83的頂端通過焊接相互接合以便封閉形成在其頂端之間的間隙。
在整個內部管81和外部管83之間，由作為隔離件的中間圓形管82形成在內部和外部圓形管81和83的頂端一側彼此相通的兩條水冷通路84a和84b。標號85表示在外部圓形管83一側形成于冷卻水通路84a的底端(圖的右端)的入水口。標號86表示在內部圓形管81一側形成于冷卻水通路84b的底端(圖中右端)的出水口。標號87表示與內部圓形管81的內部相通并具有6mm直徑的氣體清洗器。設定該氣體清洗器的直徑不大于所用微波波長的四分之一。標號88表示形成于內部圓形管81低端的凸緣。
在具有前述結構的水冷式天線中，若冷卻水通過入水口85被導入作為由充當內部圓形管81和外部圓形管83之間隔離件的中間管82形成的兩條冷卻水通路84a和84b之一的外部圓形管83側冷卻水通路84a，則冷卻水穿過冷卻水通路84a到達內部圓形管81和放大直徑部分81a。然后，冷卻水穿過另一內部圓形管81側冷卻水通路84b通過出水口86排出。因此，借助在冷卻水通路84a和84b中流過的冷卻水中有效地去除內部圓形管81、其放大直徑部分81a和外部圓形管83在爐中吸收的熱量。因此，內部圓形管81和外部圓形管83具有環境溫度1500℃的熱阻。所以，盡管用作天線的內部圓形管81的放大直徑部分81a可深插在爐中，方向性仍得到了改進以獲得良好信噪比(S/N)。因此，由于當所用微波頻率是20GHz時天線的增益為20dB，故可進行精確的測量。
當諸如氮氣、空氣、氬氣等的清洗氣體在置于內部圓形管底端的氣體清洗器中流動時，氣體進入內部圓形管81并從內部圓形管81的頂端放出，因此用作天線的內部圓形管81的放大直徑部分81a頂端內表面得到清洗，使得易于維護而不破壞冷卻水的冷卻效果。
在該實施例中，入水口84形成在外部圓形管83側冷卻水通路84a的底端，以便外部圓形管83的外表面被干凈冷卻水冷卻，這是因為當內部圓形管82的內表面由氣體清洗隔開了與爐內熱空氣的接觸時，位于爐內與熱空氣接觸的外部圓形管的外表面可被有效冷卻。
在圖11表明水冷式天線又一實施例的結構圖、圖12沿圖11中線A-A截取的剖視圖和圖13表明置于內部圓形管和外部圓形管之間隔離件的說明圖中，相應參考與圖9和10示出實施例中相同的部分而略去對相同結構的描述。在該實施例中，隔離板92置于內部圓形管81和外部圓形管83之間，從而形成兩條冷卻水通路84a和84b。該實施例與前面實施例相比具有造價低的優點。該實施例的操作和效果與前面實施例類似。因此略去對該實施例操作和效果的描述。
盡管這些實施例表明內部圓形管81實際上由銅制成的情況，但如果內部圓形管81可用作波導事實上除了其內表面用銅制成之外內部圓形管81也可由鋼制成。
盡管圖9至13示出的實施例表示每個內部和外部管為圓形的情況，事實上本發明可用于每個內部和外部管的形狀為四邊形或多邊形的情形。在內部管為四邊形的情況下，長邊尺寸和短邊尺寸分別設定在從0.62λ到0.95λ和從0.28λ到0.42λ的范圍內。
圖14示出水冷式喇叭型天線又一實施例的從頂端看去的側視圖，圖15是沿圖14的線A-A截取的剖視圖，圖16是沿圖14的線B-B截取的剖視圖，圖17是沿圖15的線C-C截取并表示頂端的剖視圖，圖18是沿圖15的線C-C截取的表示底端的剖視圖，標號91和92表示由銅制成的內部管。兩個內部管91和92相互平行排列。內部管91和92分別在其頂端(圖的左側)部分具有放大直徑部分91a和92a在其底端具有凸緣91b和92b。
每個內部管91和92的整個內部用作波導，而每個形成于內部管頂端部分的放大直徑部分91a和92a作為用于實現來自雷達的微波信號的傳播、來自天線的微波信號的輻射、微波信號的接收以及信號至雷達的傳播的喇叭型天線。
內部管91和92的內部直徑由所用微波信號的波長決定。對應波長的內徑‘a’設定在0.58λ至0.76λ的范圍內。
喇叭型天線的性能由放大直徑部分的內表面形狀決定。該喇叭型天線的增益以及該天線關于信號輻射的方向性可通過同時增加放大直徑部分頂端的直徑和放大直徑部分的總長度而得到改進。在該實施例中，當頂端部分的內部直徑和放大直徑部分的總長度分別為3.7λ和10.7λ時獲得大約20dB的增益。
標號93表示環繞內部管91和92的鋼制隔離管。半球形形成的孔徑93a備置于該圖左側的頂端部分。內部管91和92的放大直徑部分91a和92a貫穿隔離管93的頂端端部分。
標號94表示環繞內部管91和92以及隔離管93的鋼制外部管。外部圓形管94的頂端和內部圓形管的放大直徑部分91a、92a的頂端通過焊接相互接合，以便封閉其頂端形成的間隙。在整個部部管94與內部管91及92之間，由隔離管93在隔離管頂端孔徑93a處形成彼此相通的兩條冷卻水通路95a和95b。
標號96表示形成于外部冷卻水通路95a的底端的入水口。標號97表示形成于內部冷卻水通路95b底端的出水口。標號98和99表示提供在內部管91和92的底端的氣體清洗器。設定每個氣體清洗器的直徑不大于所用微波信號波長的四分之一。
在該實施例水冷式天線中，當冷卻水被導入形成在作為由內部管91和92與外部管94之間的隔離管93形成的兩條冷卻水通路95a和95b之一的外部管側冷卻水通路95a底端部分的入水口96時，冷卻水穿過冷卻水通路95a到達其頂端部分，然后，冷卻水穿過隔離管頂端的孔徑93a到內部管側冷卻水通路95b并隨后通過冷卻水通路95b從出水口97排出。因此，當水冷式天線插在爐中時，借助于流過冷卻水通路的冷卻水去除內部管91和92、放大直徑部分91a和92a以及外部管94在爐中吸收的熱量。
即使當爐中環境溫度為1500℃時，本實施例中的水冷天線仍具有足夠的冷卻效果。因此，為了測量的目的，該天線可以深深地插在爐中。
當諸如氮氣、空氣、氬氣等清洗氣體在形成于內部管91和92底端的氣體清洗器98和99中流動時，氣體進入內部管91和92并在內部管91和92的頂端放出，因此用作喇叭型天線的內部管頂端放大直徑部分91a和92a的內表面得到清洗，以易于進行天線維護而不破壞冷卻水的冷卻效果。
在該實施例中，入水口96形成在外部管側冷卻水通路95a的底端，以導入冷卻水。這是因為相對于由氣體清洗避免了與爐中熱空氣接觸的內部管91和92，外部管94與爐內熱空氣接觸的外表面可得到有效冷卻。
圖19是說明水冷式喇叭型天線又一實施例的從頂端看去的側視圖，圖20是沿圖19中的線A-A截取的剖視圖，圖21是沿圖19中線B-B截取的剖視圖，圖22是沿圖20中線C-C截取的表示頂端的剖視圖，圖23是沿圖20中線C-C截取的表示底端的剖視圖，與前述實施例相同的標號涉及相同部分，故省去描述。
在這些圖中，標號110表示通過將如圖14所示的放大直徑部分91a和92a結合為一壓制件而形成的整體放大直徑部分。內部管91和92連接于該整體放大直徑部分，這樣該放大直徑部分110的內表面110a和110b分別用作喇叭型天線。隔離管93的頂端部分形成如一條長管，由此在內部管91和92與外部管94之間形成頂端部分彼此相通的冷卻水通路。
在該實施例中，與圖20所示實施例相比較，通過改變放大直徑部分的形狀和隔離管的形狀可使制造過程簡化以及制造成本降低。該實施例中的水冷式天線的操作和效果與前面實施例類似。
盡管前述實施例說明了為用作波導內部管91和92由銅制作的情況，事實上除了其銅制內表面該內部管可用鋼制成。
盡管這些實施例說明了內部隔離管和外部管部分為圓形的情況，事實上本發明可用于內部管、隔離管和外部管為四邊形或多邊形的情況。
在圖24中示出的是本發明水冷式拋物面型天線的側視圖，圖25是該實施例的正視圖，圖26是表明主輻射器結構的剖視圖，圖27是表明反射器結構的剖視圖以及圖28是一隔離件的結構圖，標號111和112分別表示發送和接收拋物面天線，標號113和114分別表示作為拋物面天線主輻射器的水冷波導及饋進器。標號115和116分別表示具有與主輻射器的孔徑表面相對的拋物曲面的水冷式拋物面型天線反射器。
在該實施例中，水冷式拋物面天線的主輻射器113和114由用作如圖26所示的波導和饋進器的內部管117、用鋼制成并在其頂端部分通過焊接與內部管接合以便封閉內部管的外部管118以及用鋼制成并置于內管117和外部管118之間的隔離管119組成。主輻射器113和114具有在其頂端部分形成彼此相通的冷卻水通路120a和120b的三管結構。在該實施例的主輻射器中，主輻射器在爐中吸收的熱量由通過冷卻水通路120a和120b的流水去除，從而冷卻主輻射器。
如圖27所示，該實施例水冷式拋物面天線的反射器由用于形成對著主輻射器孔徑的拋物面的反射板121、在其外部邊緣部分與反射板接合并置于反射板121背面的后板122、放置于反射板121與后板122之間的隔離板123以及放置于反射板121和隔離板123之間的螺旋隔離件124組成。在反射板121和后板122之間，由隔板123和隔離件124形成螺旋冷卻水通路125a和冷卻水通路125b。標號126表示與隔板123的中心相連并延續到冷卻水通路125a的供水管。標號127表示連接于后板122并延續到后部冷卻水通路125b的排水管。
在該實施例反射器115和116中，當將冷卻水引入供水管126時，冷卻水通過冷卻水通路125a從中央部分到外側部分。然后，冷卻水在外部周緣部分翻轉通過冷卻水通路125b。最后，通過排水管127排出冷卻水。因此，反射板121在爐中吸收的熱量由流過冷卻水通路的冷卻水去除，由此冷卻反射器115和116。通過旋轉形成冷卻水通路125a，可使由冷卻水從反射板121去除的熱量均勻。因此，能夠防止由反射板121溫度分布不均衡引起的拋物面變形和畸變所導致的天線性能下降。
在該實施例水冷式拋物面形天線中，即使爐中環境溫度取大約1500℃的高值，仍能獲得充分的冷卻特性。因此，水冷式拋物面天線可放在轉爐或類似物中。
圖29是另一實施例的水冷式拋物面天線的側視圖，圖30是該實施例的正視圖，相同標號指相同部分，故省去其描述。在這些圖中，標號130和131表示用于分別支撐發送和接收拋物面天線的主輻射器的支撐件。
在該實施例的水冷式拋物面天線中，不僅能夠增加主輻射器113和114的機械長度，而且可通過以支撐件130和131支撐發送和接收天線的主輻射器113和114防止由主輻射器113和114在爐中吸收的熱量不均衡引起的主輻射器113和114的變形。因此，可防止由主輻射器和反射器的相對位置移動引起的天線性能下降。在該實施例中，用熱阻陶瓷作為支撐件130和131。
盡管在該實施例的水冷式拋物面天線中使用三管結構波導和饋進器作為主輻射器，但可用雙管結構波導和饋進器在內部和外部管間放置隔板形成冷卻水通路。
在該實施例中，可用諸如氮氣、空氣、氬氣或類似物的清洗氣體清洗主輻射器波導的內側、饋進器內表面和反射器拋物曲面，以易于維護天線而不破壞的冷卻水的冷卻效果。
權利要求
1.一種爐內粒位測量儀，它包含一個具有插在爐中的發送和接收天線、用于提供微波信號至所述發送天線、用于根據礦渣表面反射并由所述接收天線接收的所述微波信號計算所述爐中天線與所述礦渣表面之間的距離并輸出計算結果作為料位測量值輸出信號的微波雷達，一個用于根據天線升降控制信號測量插在所述爐中的所述發送和接收天線的升降的天線升降裝置，一個用于測量天線位置從而輸出天線位置信號的天線位置測量裝置，以及信號處理部分，用于根據所述微波雷達的所述料位測量值信號和所述天線位置測量裝置的所述天線位置信號計算爐內礦渣水平位置，并通過將爐內礦渣水平位置與設定位置或上限及下限設定位置相比較計算天線升降距離，以將所述天線升降距離作為所述天線升降控制信號提供給所述天線升降裝置。
2.如權利要求1所述的爐內料位測量儀，其特征在于所述微波雷達包含用于輸出第一偽隨機信號的第一偽隨機信號發生裝置，用于輸出具有與所述第一偽隨機信號相同的特性曲線且頻率略為不同于所述第一偽隨機信號的頻率的第二偽隨機信號的第二偽隨機信號發生裝置，一個將所述第一和第二偽隨機信號彼此相乘的第一乘法器，一個載波發生裝置，一個用于將根據所述第一偽隨機信號調制所述載波發生裝置的輸出信號而形成的發送信號發送到目標的發送裝置，一個用于接收所述目標反射的信號以獲得接收信號的接收裝置，一個用所述第二偽隨機信號乘以所述接收信號以輸出載波的第二乘法器，一個用于檢測所述第二乘法器輸出的所述載波、從而輸出檢波信號的檢波裝置，以及一個用于測量所述檢波裝置輸出的所述檢波信號的時序圖與所述第一乘法器輸出的乘積值的時序圖之間的時間差值的時間差值測量裝置。
3.如權利要求2所述的爐內料位測量儀，其特征在于所述檢波裝置包含一個用于取出所述載波發生裝置的一部分輸出的第一分配器，一個提供有所述第一分配器的輸出并將所述輸出轉換為同相分量、即I信號和四分之一分量、即Q信號，所述I和Q信號彼此垂直相交的混合式耦合器，一個用于將所述第二乘法器的輸出分配為兩個信號、即R1信號和R2信號的第二分配器，一個用于將所述混合式耦合器輸出的所述I信號與所述第二分配器輸出的所述R1信號相乘的第三乘法器，以及一個用于將所述混合式耦合器輸出的所述Q信號與所述第二分配器輸出的所述R2信號相乘的第四乘法器。
4.如權利要求2所述的爐內料位測量儀，其特征在于所述時間差值測量裝置包含一個其上施加有所述第一乘法器的輸出以實現頻帶限制的第一低通濾波器，分別施加有所述第三和第四乘法器的輸出信號以相互獨立地實現頻帶限制的第二和第三低通濾波器，分別提供有所述第二和第三低通濾波器的輸出信號以相互獨立地實現平方運算的第一和第二平方器，一個用于將所述第一和第二平方器的各自輸出信號彼此相加的加法器，一個用于測量所述第一低通濾波器的輸出信號取其最大值時的時間點與所述加法器的輸出信號取其最大值時的時間點之間的時間的時間測量器。
5.一種用于爐內料位測量儀的水冷式喇叭型天線，所述天線包含具有用作波導的內側部分和置于其前端用作喇叭型天線的放大直徑部分的內部金屬管，環繞所述內部管的外部金屬管，通過將所述內部管的前端拼命于所述外部管的前端、同時將一隔離件基本上完全置于所述內部管和所述外部管之間形成的兩條冷卻水通路，所述兩條冷卻水通路在兩管的前端彼此相通，以及分別形成在所述冷卻水通路底端的冷卻水入口和冷卻水出口。
6.如權利要求5所述的水冷式喇叭型天線，其特征在于它還包括一提供在所述內都管底端、用于貫入清洗氣體的氣體清洗器。
7.一種用在爐內料位測量儀中的水冷式喇叭型天線，所述天線包含每一個均具有用作波導的內側部分和置于其底端作為喇叭型天線的放大直徑部分的第一和第二內部金屬管，環繞所述第一和第二內部管的第一和第二外部金屬管，通過將所述第一和第二內部管的所述放大直徑部分的前端與所述外部管的前端部分接合、同時將一隔離件基本上完全置于所述內部管與所述外部管之間形成的兩條冷卻水通路，所述兩條冷卻水通路在兩管的前端彼此相通，以及分別形成于冷卻水通路底端的冷卻水入口和冷卻水出口。
8.如權利要求7所述的水冷式喇叭型天線，其特征在于它還包括一提供在所述第一和第二內部管的底端、用于貫入清洗氣體的氣體清洗器。
9.一種爐內料位測量儀的水冷式拋物面型天線，所述天線包含水冷結構的主輻射器，以及具有與所述主輻射器相對的拋物曲面的水冷結構的反射器。
10.如權利要求9所述的水冷式拋物面型天線，其特征在于所述主輻射器是由雙管或三管結構組成的水冷式結構的一組波導和饋進器所構成。
11.如權利要求9所述的水冷式拋物面型天線，其特征在于所述反射器具有有與所述主輻射器的孔徑表面相對的拋物曲面的反射板，放置在所述反射板背面的后板，放置于所述反射板和所述后板之間的隔離件，通過將所述反射板與所述后板在其外部周緣部分接合而形成的冷卻水通路，一冷卻水入口，以及一冷卻水出口。
12.如權利要求10所述的水冷式拋物面型天線，其特征在于用氣體從所述反射器的所述拋物曲面表面清洗所述主輻射器的所述波導和所述喇叭型天線的內表面。
全文摘要
一種用于在轉爐中測量礦渣水平等的爐內料位測量儀，以及所用的天線。控制天線位置使得插在轉爐中的天線與礦渣水平之間的距離可以設置為恒定或在預定范圍內。使用一種水冷式結構的天線作為該天線。
文檔編號B22D2/00GK1054318SQ91101300
公開日1991年9月4日 申請日期1991年2月26日 優先權日1990年2月26日
發明者長棟章生, 手浩一, 金尾義行, 小蜂勇 申請人:日本鋼管株式會社