(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属の特性測定値を無線入手するためのシステムであって、
実質的に中空のランスホルダの第１端部に作動上連結される構成を有する接点ブロックにして、測定センサに脱着自在且つ電気的に連結され、受けたアナログ信号を超音波信号に変換し、前記超音波信号をランスホルダの中空部を通して伝送する接点ブロック、
前記ランスホルダの第２端部に作動上連結する構成を有するレシーバブロックにして、前記接点ブロックから超音波信号を受信し、受信した超音波信号をデジタル電圧信号に変換するレシーバブロック、
を含み、
前記ランスホルダの第２端部が前記ランスホルダの前記第１端部とは反対側の端部であるシステム。
【請求項２】
前記接点ブロックが、前記超音波信号をレシーバブロックに伝送する超音波トランスデューサを更に含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記レシーバブロックが、前記超音波信号を受信するための受信用トランスデューサを更に含む請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記レシーバブロックが、前記受信用トランスデューサに近位して前記受信用トランスデューサ位置で音響を整流する広幅及び狭幅の各端部を有する実質的に円錐状構造を更に含む請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記円錐状構造の広幅端部がランスホルダの第２端部に作動上連結される請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記レシーバブロックが、デジタル信号を溶融金属の特性測定値を表すアナログ出力に変換するデジタル−アナログ変換器を更に含む請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
デジタル信号が、溶融金属の特性測定値を表すものとして出力される請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
実質的に中空のランスホルダを更に含み、前記ランスホルダが、受信用トランスデューサ位置で音響を整流する、広幅及び狭幅の各端部を有する実質的に円錐状構造を更に含む請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記レシーバブロックが、前記受信用トランスデューサを冷却する冷却機構を更に含む請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
前記レシーバブロックが、溶融金属の特性測定値を表す信号を出力するための、外部機器に連結した有線トランスミッタを更に含む請求項３に記載のシステム。
【請求項１１】
前記レシーバブロックが、溶融金属の特性測定値を表す信号を外部機器に出力するための無線トランスミッタを更に含む請求項３に記載のシステム。
【請求項１２】
超音波信号を無線伝送し、前記無線伝送が、ランスホルダの中空部分内の空気を介して音波を伝播させることを更に含む請求項２に記載のシステム。
【請求項１３】
前記接点ブロックがマイクロコントローラを更に含み、超音波データが、前記マイクロコントローラの生成するデータパケットの形式で伝送される請求項２に記載のシステム。
【請求項１４】
溶融金属の少なくとも１つの特性を伝送する方法であって、
測定センサからの、溶融金属の少なくとも１つの特性を表すアナログ信号を、ランスホルダの第１端部に作動上連結した接点ブロックにより受けるステップ、
アナログ信号を複数の超音波パルスに変換するステップ、
複数の超音波パルスをランスホルダの中空胴部を通して、ランスホルダの前記第１端部とは反対側の第２端部に作動上連結したレシーバに伝送するステップ、
を含む方法。
【請求項１５】
ランスホルダの中空胴部内の空気を介して音波が伝送される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
溶融金属の特性測定値を無線入手するためのシステムであって、
超音波トランスデューサを含む伝送コンポーネントにして、実質的に中空のランスホルダの第１端部に作動上連結する構成を有し、測定センサに脱着自在且つ電気的に連結され且つ前記測定センサからアナログ信号を受け、受けたアナログ信号を超音波信号に変換し、前記超音波トランスデューサが前記超音波信号をランスホルダの中空部分を通して伝送する伝送コンポーネント、
受信用トランスデューサを含むレシーバコンポーネントにして、ランスホルダの第２端部に作動上連結する構成を有し、前記伝送コンポーネントから超音波信号を受け、受けた超音波信号をデジタル電圧信号に変換するレシーバコンポーネント、
を含み、
前記第２端部がランスホルダの第１端部とは反対側の端部であるシステム。
【請求項１７】
前記レシーバコンポーネントが、前記受信用トランスデューサに近位し且つ広幅及び狭幅の各端部を有する実質的に円錐状構造にして、前記受信用トランスデューサ位置で音響を整流する実質的に円錐状構造を更に含む請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
実質的に中空のランスホルダを更に含み、前記ランスホルダが、受信用トランスデューサ位置で音響を整流する、広幅及び狭幅の各端部を有する実質的に円錐状構造を更に含む請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
超音波信号を無線伝送し、前記無線伝送が、ランスホルダの中空部分内の空気を介して音波を伝播させることを更に含む請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
レシーバコンポーネントが、受信用トランスデューサを冷却するための冷却機構を更に含む請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
消費性浸漬センサ付きのランスは、代表的には溶融金属の特性を測定するために使用される。浸漬センサを溶融金属中に浸漬すると、温度等の測定データがセンサ装置から受信機器に通信される。従来、この通信は代表的には、銅、銅合金等のアナログ配線回路又は、熱電対補償導線等を使用して行われていた。
【背景技術】
【０００２】
従来の消費性の溶融金属浸漬システムには、ここでの参照により本明細書の一部とする、米国特許第３，６４３，５０９号に記載される如き、一回測定後に廃棄可能な浸漬センサを備える装置が取り付けられる。それらの浸漬センサは代表的には、浸漬装置の保護用スリーブの遠位端に固定される。保護用スリーブは代表的には厚紙製である。センサと厚紙製の保護スリーブとは、ランスホルダとしても知られる中空パイプを覆って滑り嵌めする構成とされる。センサは、ここでの参照により本明細書の一部とする米国特許第４，８９３，５１６号に記載される如き、接点ブロックと称するコネクタ部材に連結される。接点ブロックはパイプ端に配置され、浸漬センサからのアナログ電気出力を受けるようになっている。浸漬センサはコネクタ部材に脱着自在様式下に連結される。ランスホルダはその内側部分が、パイプの高温環境に耐えるよう、ここでの参照により本明細書の一部とする米国特許第５，０４３，０２３号に記載される如く、接点ブロックと、接点ブロックの反対側端部上の容器との間で保護ケーブルに繋がれる。
【０００３】
容器は、電気信号ラインをアナログ信号の変換処理及び検出結果表示用の各機器まで別のアナログケーブルで延長するためのターミナルを提供する。浸漬センサ、ランスホルダ、信号ケーブル、及び前記各機器、を含む電気回路は配線及び配線コネクタにより、脱着自在に相互連結される。全ての電気的連結部、配線及びケーブルを含む測定回路の各セグメントは、使用する熱電対あるいはその他形式のセンサに対して特に互換性が有り且つそれらセンサ用に補整された材料から構成されるのが好ましい。
【０００４】
消費性浸漬センサの厚紙製の保護スリーブは、夫々別の目的用の２つの主要部を含む。保護スリーブの下方又は遠位部は、溶融金属及び、通常はこの溶融金属の表面を覆う高温スラグ層と直接接触し、溶融金属と激しく反応して急速に消費される。厚紙製の保護スリーブは、センサを保護する必要上、少なくともセンサによる測定完了時まではその十分な質量が残るべきである。浸漬した厚紙製の保護スリーブが測定完了前に消失すると、最悪の場合では溶融金属がランスホルダの電気接点を破壊し、かくして生じた損傷を次回測定の開始前に補修する必要が生じる。
【０００５】
厚紙製の保護スリーブの延長部から溶融金属浴外へと上方に延びる第２の連続部分の一部が、ランスホルダの遠位端を溶融金属浴からのメタルスプラッシュ及び放射熱、溶融金属格納容器のスラグや近接高温面から保護する。厚紙製の保護スリーブの、溶融金属浴より上方の部分は、放射熱遮蔽用には短すぎるか、または雰囲気中の酸素と酸化様式下に燃焼し、かくしてランスホルダが部分加熱される。この“ホットゾーン”ではランスホルダ内の配線が高熱に晒されるためにランス内部配線の絶縁性に関わる電気的健全性が損なわれ、かくして引き続く測定実施を遅延させる補修がやはり必要となる。
【０００６】
各測定サイクル中、ランスホルダ内の電気回路内の非使い捨て性セグメント及び、ランスホルダ端子と前記各機器との間の各セグメントは、高い放射熱、溶融金属スプラッシュを受け、高温の溶融面及びその他の中実加熱面と直接接触し得る。これらの状況により絶縁部の破壊、引張、摩耗、配線やケーブルそしてコネクタの損耗が生じ、結局は電気回路の１つ又は１つ超のセグメントが損傷する。損傷した回路は補修又は交換を要するため追加費用が発生すると共に、補修の間、必要機器は作動停止される。機械式の自動浸漬システム又はロボットを使用する場合は自動化システムの人材、材料、及び停止時間の点で補修や交換にコストが掛かる。更には、手動式の浸漬システムでは、ランスホルダを機器に連結するケーブルは代表的にはフロアを横断して引き回されるため、メタルスプラッシュやモバイル機器により損傷することがある。それらのケーブルは直近の作業者をつまづかせる恐れもある。
【０００７】
これらが問題となるのは前記浸漬センサに限らない。配線回路をその内部に有するセンサは、鋳造所や鋳造室の、金属の一部を除去して測定位置に持ち来す測定位置で使用される。これらセンサでは、上述した厳しい条件のためにある時間経過後にアナログ配線が損傷する恐れがある。これらのセンサは、何れもここでの参照により本明細書の一部とする、米国特許第４，０５６，４０７号、第５，０３７，２１１号、第５，８０４，００６号、同第５，３８８，９０８号に記載される。
【０００８】
鉄及びスチール製造業環境では、溶融金属のみならず、溶融金属の製造や搬送用のコンテナ及び処理容器の内部や周囲の表面及び構造において高温に晒される。これらのプロセスの製造、監視及び制御に利用するセンサ装置及びそれらに対応する測定回路は、これらの過酷な条件に繰り返し露呈され、その結果、物理的に破壊され、及びまたは、測定を不正確あるいは不可能とするに十分劣化することがある。
【０００９】
ある工業環境では、データは石油掘削施設のドリルケーシングパイプ等の構造または装置の中実材料内を音響伝送される。磁気ひずみ材料を利用してドリルケーシングの金属中に超音波を発生させるダウンホール遠隔測定装置が米国特許第５，５６８，４４８号及び第５，６７５，３２５号に記載される。これらの米国特許には、共鳴管胴部として作用するドリルパイプ内の中間位置に取り付けた磁気ひずみアクチュエータを用いることが記載される。このアクチュエータの磁気ひずみ材料を包囲するコイルに所定周波数の励起電流を印加するとドリルパイプが変形する。この変形により生成される音響または超音波がドリルパイプ材料を介して伝送される。伝送された波信号をアクチュエータのアップホールに配置したレシーバが受け、次いで表面位置で処理する。
【００１０】
発生する音波は高周波（一般に４００Ｈｚ以上）においてその送波効率が最大化される。低周波数（一般には４００Ｈｚ以下）では送波レベルは受容可能以下に低下する。上記各米国特許に従う音響遠隔システムでは、送波レベルを高周波においてさえ最大化させるべく、アクチュエータを正確に配置し且つドリルパイプセクションを磁気ひずみ装置で固有“チューニング”する必要がある。ドリルストリングの長さが絶えず変化する問題を全掘削用通信システムにおいて解決させるべく、音響装置をチューニングする必要がある。この程度のアテンションコストは油井掘削施設上の必要資本投資としては問題ないが、金属製造業における機械式浸漬装置の長さ変化収受用コストとしては問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３，６４３，５０９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８９３，５１６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，０４３，０２３号明細書
【特許文献４】米国特許第４，０５６，４０７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，０３７，２１１号明細書
【特許文献６】米国特許第５，８０４，００６号明細書
【特許文献７】米国特許第５，３８８，９０８号明細書
【特許文献８】米国特許第５，５６８，４４８号明細書
【特許文献９】米国特許第５，６７５，３２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、解決しようとする課題は、損傷した溶融金属測定システムのメンテナンス、補修及び交換コストを、その内部配線を排除することにより最小化することである。解決しようとする他の課題は、溶融金属測定用に使用する配線測定システムに起因する安全上の考慮事項を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１様相によれば、溶融金属の特性を無線測定するシステムが提供される。本システムには、実質的に中空のランスホルダの第１端部に作動上連結する構成を有する接点ブロックが含まれる。接点ブロックは、測定センサに脱着自在且つ電気的に連結され且つ当該測定センサからアナログ信号を受ける。接点ブロックは受けたアナログ信号を超音波信号に変換し、変換した超音波信号をランスホルダの中空部分を通して伝送させる。ランスホルダの第２端部にはレシーバブロックが作動上連結される。前記第２端部はランスホルダの第１端部とは反対側の端部である。レシーバブロックは接点ブロックからの超音波信号を受け、受けた超音波信号をデジタル電圧信号に変換する。
【００１４】
本発明の他の様相によれば、溶融金属の少なくとも１つの特性を伝送する方法が提供される。本方法には、測定センサからの、溶融金属の少なくとも１つの特性を表すアナログ信号を受ける接点ブロックが含まれる。接点ブロックはランスホルダの第１端部に作動上連結される。アナログ信号は複数の超音波パルスに変換される。変換された複数の超音波パルスはランスホルダの中空洞部を通してレシーバに伝送される。レシーバはランスホルダの、前記第１端部とは反対側の第２端部に作動上連結される。
【００１５】
本発明の他の様相によれば、溶融金属の特性測定値を無線入手するシステムが提供される。本システムには、超音波トランスデューサを含む伝送コンポーネントが含まれる。伝送コンポーネントは、実質的に中空のランスホルダの第１端部に作動上連結する構成を有する。伝送コンポーネントは、測定センサからアナログ信号を受けるよう、測定センサに脱着自在且つ電気的に連結される。受けたアナログ信号は超音波信号に変換される。超音波トランスデューサはランスホルダの中空部分を通して超音波信号を伝送させる。レシーバコンポーネントは、ランスホルダの第１端部とは反対側の第２端部に作動上連結される構成を有する。レシーバコンポーネントは受信用トランスデューサを含む。受信用トランスデューサは、伝送コンポーネントからの超音波信号を受け、受けた超音波信号をデジタル電圧信号に変換する。
【発明の効果】
【００１６】
損傷した溶融金属測定システムのメンテナンス、補修及び交換のコストを、その内部配線を排除することにより最小化し、溶融金属測定用で使用される配線測定システムに起因する安全上の考慮事項を解決する無線式ランスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の機械式浸漬装置のブロックダイアグラム略図である。
【図２】従来の手動式の浸漬装置のブロックダイアグラム略図である。
【図３】本発明の第１実施例に従う、無線機器を一体化した無線式浸漬装置のブロックダイアグラム略図である。
【図４】本発明の第２実施例に従う、無線機器を有する無線式浸漬装置のブロックダイアグラム略図である。
【図５】本発明の第３実施例に従う、有線機器を有する無線式浸漬装置のブロックダイアグラム略図である。
【図６】超音波パルスを発生及び伝送用回路を有する接点ブロックのブロックダイアグラム略図である。
【図７】図６の接点ブロックからの超音波パルスを受ける回路を有するレシーバブロックのブロックダイアグラム略図である。
【図８】図６の接点ブロックからの超音波パルスを受けるための、一体型の受信用トランスデューサ及び整流コーンを備えるランスホルダのブロックダイアグラム略図である。
【図９】図７のレシーバブロックで使用する冷却機構を例示するブロックダイアグラム略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ある用語は以下の説明において便宜上のみにおいて使用され、それらに限定されない。「右」、「左」、「下」、「上」という語は、参照図面中での方向を指す。「内」、「外」、または「近」、「遠」等の語は、装置及び関連部品の幾何学的中心に関して接近及び離間する方向に対して夫々言及される。各用語は上記各語と、その派生語及び同意味の語を含む。
【００１９】
図１及び２には、浸漬センサ（図示せず）からの測定信号を伝送する有線回路を有する従来の機械式及び手動式の各浸漬装置が例示される。図１の機械式浸漬装置は、接点ブロック１２に連結したランスホルダ１０を含んでいる。ランスホルダ１０は随意的には、浸漬端とは反対側の端部位置に延長ランスパイプ３ａを含み、かくして、ランスホルダ１０は単一のパイプであるかまたは作動上連結したパイプ組み合わせであり得る。ランスホルダ１０は、当業者には既知の標準的なパイプまたは標準的パイプの組み合わせであり得る。図１ではドライブアセンブリ４がランスパイプ３ａを介してランスホルダ１０を、被サンプリングあるいは試験用の、代表的には溶融金属である材料に関して出入りさせる。内部配線５ａが浸漬センサ（図示せず）からの電気信号をランスホルダ１０を介して機器（図示せず）に送信する。内部配線５ａは、送信された信号を受ける機器にケーブル７ａを介して電気的に接続される。
【００２０】
図２の手動式浸漬装置はドライブアセンブリ４が無い点を除き、図１の機械式浸漬装置と類似のものであり、ランス全体を手動浸漬させ得る。手動式浸漬装置のオペレータが使用するハンドルアセンブリ８が設けられる。オペレータは、ハンドルアセンブリ８を使用して手動式浸漬装置を被サンプリング材料中に関して上昇及び下降させる。ハンドルアセンブリ８は随意的なランスパイプ３６位置でランスホルダ１０に連結または一体化される。しかしながら、他の構成のランスホルダ１０ではハンドルアセンブリ８はランスホルダ１０の別の位置に位置決めされ得る。内部配線５ｂが、浸漬センサ（図示せず）からの電気信号をランスホルダ１０を介してケーブル７ｂに送信する。ケーブルコネクタ６へのポールが内部配線５ｂをケーブル７ｂに接続し、かくしてランスアセンブリをケーブル７ｂから脱着可能となる。
【００２１】
図１及び２に示す如き浸漬システムは溶融金属測定に使用され得る。溶融金属の代表的測定法には、消費性の浸漬センサを、接点ブロックと電気的に接触するまでランスホルダ１０の遠位端上で摺動させるステップから構成される。代表的には、センサ回路における導通が確認されると機器からユーザーに許可信号が出され、かくして浸漬を実施可能となる。オペレータはランスホルダ１０を物理的に操作し得、または機械式装置（アセンブリ４として駆動する）がランスホルダ１０を被サンプリング溶融金属中へと操作し得る。
【００２２】
浸漬センサは、浸漬されると溶融金属の被測定特性（例えば温度）に比例する電気信号を発生及び出力する。このデータは、被測定特性が温度である場合は通常、例えば、ミリボルト形式におけるものである。次いで、この電気信号は、温度またはその他適宜の監視パラメータ等の所望の溶融金属特性へと機器により変換され得る。しかしながら浸漬センサを、溶融金属の酸素含有量等の、被サンプリング金属の１つ以上の特性に関する電気信号を出力するようにしても良い。
【００２３】
酸素含有量もまた、好ましくは−５００〜＋５００ミリボルトの範囲のミリボルト形式で通信される。センサをある時間浸漬させた後、機器はセンサからの受け入れ可能な値を検出すると測定終了信号を出す。次いで、浸漬センサが溶融金属浴から引き出される。使用済みの浸漬センサは廃棄され、測定システムは新規の浸漬センサを使用して次回測定に使用可能となる。他の実施例では、浸漬が不要である場合は浸漬センサが測定センサに交換される。それら測定センサは斯界において種々のものが既知であり、それらも本発明の範囲内のものとする。
【００２４】
図３〜５を参照するに、本発明の好ましい実施例に従う無線式浸漬装置が示される。図３〜５の無線式浸漬装置は図１及び２の機械式及び手動式の各ランスで実施され得る。図３〜５の浸漬装置ではランスホルダ１０内の内部配線５と、随意的な、無線式浸漬装置を機器６０に接続するケーブルとが排除されている。ランスホルダ１０は、細長の、中空の、スチール製パイプであることが好ましい。しかしながら、本発明の範囲を逸脱しない範囲内でその他の材料、形状及び直径を有する中空のランスホルダを製造し得る。また、以下に説明する無線式通信システムで使用するための種々の長さ及び内径のランスホルダ１０が意図されるものとする。
【００２５】
図３を参照するに、本発明の第１実施例に従う、無線式機器を一体化した無線式浸漬装置３００ａのブロックダイヤグラムが示される。無線式浸漬装置３００ａは、その一端（浸漬または遠位端）を接点ブロック１２ａに、接点ブロック１２ａとは反対側の他端をレシーバブロック２２ａに夫々連結したランスホルダ１０ａを含む。測定データは接点ブロック１２ａからランスホルダ１０ａを介してレシーバブロック２２ａに無線送信される。かくして、接点ブロック１２ａからレシーバブロック２２ａにデータを無線送信することで、エリア内で最も熱損傷し易い配線が排除される。レシーバブロック２２ａは、分析及び表示用のデータを機器６０ａに無線送信する一体型の無線トランスミッタ３２ａを含む。無線トランスミッタ３２ａは、ＺＩＧＢＥＥ、８０２．１１ＷｉＦｉ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、赤外線及びその他等の、ロング及びショートの各レンジの通信プロトコルを含む任意の無線通信スキームを使用できる。無線トランスミッタ３２ａと機器６０ａとの間におけるデータ送信用のその他の無線技術を、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で実施可能である。
【００２６】
図４及び５に示す如き別態様において、ランスホルダ１０内の内部配線等の、エリア内で最も損傷し易いハードワイヤ部分が排除され、他方、受信用端部であるレシーバブロック２２ｂ（図４）から無線トランスミッタ３２ｂ（図４）への接続部、及びまたは、トランスミッタ３２ｃ（図５）から機器６０ｃ（図５）への接続部等の、限定的損傷のみ生じ得る単数あるいは複数のセグメント内のハードワイヤ部分は維持され得る。損傷をより受けないセグメント内においてのみハードワイヤ部分を維持することで、それらハードワイヤ部分を維持する部分にずっと安価なケーブルを使用可能となり、かくしてコストが削減される。伝統的な有線式ランスでは熱電対回路内のワイヤ対の一方は、主に、純銅よりずっと高価な銅及びニッケル合金製である。センサ信号をレシーバブロック２２位置でデジタル化した後、銅のみから成る一連の通信ワイヤを使用し得る。これら特定の合金製ワイヤ対を単純銅製のものに交換することで、セグメントの材料交換コストが削減される。
【００２７】
図４を参照するに、本発明の第２実施例に従う無線機器を有する無線式浸漬装置３００ｂの略ブロックダイヤグラムが示される。無線式浸漬装置３００ｂは、接点ブロック１２ｂと、レシーバブロック２２ｂとをその対向する各端部に夫々連結したランスホルダ１０ｂを含む。接点ブロック１２ｂとランスホルダ１０ｂとは図３の接点ブロック１２ａ及びランスホルダ１０ａと実質的に同一である。しかしながら、レシーバブロック２２ｂは図３に示す如き一体化した無線トランスミッタを有さない。それに代えて、無線トランスミッタ３２ｂが配線、ケーブルあるいはその他によりレシーバブロック２２ｂに別個に連結される。図３に示す如く無線トランスミッタ３２ｂは分析及び表示用のデータを機器６０ｂに無線送信する。しかしながら、その他の実施例では機器６０との接続は図５に示す如く、無線化される必要はない。
【００２８】
図５を参照するに、本発明の第３実施例に従う有線機器を有する無線式浸漬装置３００ｃの略ブロックダイヤグラムが示される。無線式浸漬装置３００ｃは、接点ブロック１２ｃと、レシーバブロック２２ｃとをその対向する各端部に夫々連結したランスホルダ１０ｃを含む。接点ブロック１２ｃ及びランスホルダ１０ｃは、図３及び４における接点ブロック１２ａ、１２ｂ及びランスホルダ１０ａ、１０ｂと実質的に同一のものである。図５ではレシーバブロック２２ｃは有線トランスミッタ３２ｃに連結され、この有線トランスミッタ３２ｃは結局、機器６０ｃに配線連結される。銅線、ケーブル、あるいはその他を用いてレシーバブロック２２ｃを有線トランスミッタ３２ｃ及び機器６０ｃに連結できる。更に他の実施例では有線トランスミッタ３２ｃをレシーバブロック２２ｃに一体化させ得る。
【００２９】
以下に、無線式浸漬装置３００を詳しく説明する。無線式浸漬装置３００は、ランスホルダ１０の中空部分内の空気を介する空気結合音波を利用してデータを伝送する。無線式浸漬装置の音波データ伝送システムには、ランスホルダ１０の対向する各端部に夫々作動上連結した接点ブロック１２及びレシーバブロック２２とを含む。接点ブロック１２はランスホルダ１０の溶融金属浸漬端に位置付けられる。レシーバブロック２２はランスホルダ１０の反対側端部に位置付けられる。ある実施例ではレシーバブロック２２はランスホルダ１０のハンドル端部に位置付けられる。しかしながら他の実施例では、前記反対側端部はランスホルダ１０を構成するパイプの終端であり、このパイプの２つのセクション間にハンドルまたは中間点が無い場合でさえ、レシーバブロック２２を無線式浸漬装置３００の長手方向に沿った任意位置、即ち、接点ブロック１２の反対側の任意位置に位置付け得る。
【００３０】
図６を参照するに、接点ブロック１２が保護ハウジング１７に格納した伝送用コンポーネントを含んでいる。接点ブロック１２は使い捨て式の測定装置（図示せず）のセンサヘッドからのセンサ電気信号を受ける。伝送コンポーネントは接点ブロック１２に関して説明したが、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で、接点ブロック１２に作動上連結した別個のコンポーネントまたは接点ブロック１２に一体化させ得る。接点ブロック１２に装着した浸漬センサを被サンプリング材に浸漬させると、先に説明した如くアナログ信号が発生する。伝送コンポーネント内の、アナログデジタル変換器１８等の回路がアナログ信号を受けて増幅及びデジタル化する。デジタル化されたデータは、接点ブロック１２内の超音波トランスデューサ１５によりランスホルダ１０の配管の中空内部を介してレシーバブロック２２内の受信用トランスデューサ２５（図７）に送られる。伝送品質改善上、ランスホルダ１０配管内の音響反射を最小化する必要がある。なぜなら音響反射は一次パルス周期とは異なる周期で送出側の超音波トランスデューサ１５に戻って信号を減衰させ、あるいはそうでなければ信号対ノイズ比を低下させるからである。音響反射を最小化するにはランスホルダ１０の内側輪郭を可能な限り一様化させると同時に、断面積、硬質縁部、及びその他を最小化させる構成とすることが好ましい。
【００３１】
図６を参照するに、接点ブロック１２の全てのエレクトロニクスは、保護ハウジング１７内のポットに収納され、あるいはそうでなければ好適に格納される。使い捨て式の測定装置あるいはセンサ（図示せず）が、複数の接点部１１を介して脱着自在の態様下に接点ブロック１２に装着される。図６の実施例では、計３つの接点部１１を有する２つのセンサ回路が示される。３つの接点部１１の１つは各センサ回路に共通である。しかしながら他の実施例では任意のその他の数のセンサ回路を設け、接点ブロック１２位置でもっと多いあるいは少ない信号を受けるように成し得る。ランスホルダ１０は図１及び２に示す如く機械的または手動式の浸漬機器に装着し得る。しかしながら、当業者には広汎なその他の工業的浸漬ランスが既知であり、それらの浸漬ランスもまた、無線式の接点ブロック１２で使用するために好適であり得る。接点部１１は、各センサのアナログ信号をデジタル信号に変換するマイクロコントローラ１４及びデジタル−アナログ変換器１８を格納する電子回路基盤１３に電気的に連結される。
【００３２】
接点ブロック１２は、例えば、ねじ止め、バヨネット、ツイストロック、あるいはその他好適な機械的アッタチメントによりランスホルダ１０に脱着自在に連結されることが好ましい。当業者にはランスホルダ１０に接点ブロック１２を脱着自在に連結するための種々のメカニズムが既知である。
接点ブロック１２は１つまたは１つ超のバッテリー１６により駆動されることが好ましい。例えば、直列接続した２本のアルカリ単四電池を使用し得る。しかしながら、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で任意のその他の電池組み合わせを使用し得る。バッテリー１６は電子回路基盤１３に給電する。超音波トランスデューサ１５は電子回路基盤１３に電気的に連結され、且つ、接点ブロック１２の接点部１１とは反対側の端部上に位置決めされる。
【００３３】
測定センサまたは装置を接点ブロック１２に作動上連結すると、超音波トランスデューサ１５により音波が発生する。同様に、測定センサまたは装置を溶融金属中に浸漬させると音波が発生する。発生した音波はランスホルダ１０の配管の中空部に入る。超音波トランスデューサ１５は、代表的には中心周波数が４０ＫＨｚである空気結合式圧電トランスデューサであることが好ましい。当業者には、その他周波数及びトランスデューサタイプが既知であり、それらは本目的に適うものである。超音波トランスデューサ１５から発生する音響パルスはランスホルダ１０の配管中空部内の空気を介して、ランスホルダ１０のレシーバブロック２２位置に位置付けた音響レシーバに伝送される。
【００３４】
マイクロコントローラ１４が接点ブロック１２のシステムの動作を制御する。マイクロコントローラ１４は１６ビットマイクロコントローラであることが好ましい。当業者には周知のバッファ、アンプ、変換器（Ａ／Ｄ及び又はＤ／Ａ）及び又はその他回路の複数をマイクロコントローラ１４に作動上連結し、ここで説明するマイクロコントローラ１４の各機能の実施を支援させ得る。マイクロコントローラ１４はデジタル化したデータからデータパケットを生成し、データを超音波トランスミッタに送るパルスにエンコードする。データは各超音波パルス間の間隙にエンコードされることが好ましい。しかしながら、本発明の範囲を逸脱しない範囲でその他のエンコード法を使用できる。好ましい実施例ではマイクロコントローラ１４は、センサタイプ、第１チャネル関連情報、第２チャネル関連情報、チェックサム、を各識別するデータパケットを生成する構成を有する。前記第１及び第２の各チャネルは、ミリボルト値に基づく、温度、酸素含有量等のセンサ情報を含むことが好ましい。ある実施例ではパケットには３８ビットのデータが含まれ、その内２ビットがセンサタイプ、１４ビットがチャネル１、１４ビットがチャネル２、８ビットがチェックサム、に夫々相当する。しかしながら、本発明の範囲を逸脱しない範囲内でその他パケット構成を使用できる。マイクロコントローラ１４は構成パケットをも生成する構成であることが好ましい。構成パケットは新規の浸漬センサを接点ブロック１２に結合する毎に出力される。構成パケット内ではバッテリー電圧、デューティサイクル数、冷接点温度、がエンコードされることが好ましい。
【００３５】
超音波トランスデューサ１５は、所定長さの一連の電圧パルスが伝送されると呼び（“リング”）出され、かくしてその作動を開始する。データパケットはトランスデューサの各“リング”間に徐々に伝送される。超音波トランスデューサ１５の各“リング”間の休止長が、伝送するビットが“０”または“１”であることを表す。超音波トランスデューサ１５の次“リング”は、次ビット伝送開始を表す。
【００３６】
以下に、図７を参照して無線式浸漬装置３００のレシーバコンポーネントまたはレシーバブロック２２を詳しく説明する。レシーバブロック２２は受信用トランスデューサ２５を含む。受信用トランスデューサ２５は、ランスホルダ１０の中空部から入力する音波を受信用トランスデューサ２５上に集束させる随意的な整流コーン２３に連結される。しかしながら、レシーバブロック２２は、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で整流コーン２３無しで実施され得る。整流コーン２３の随意的な内側ライニング２６により、種々の長さのランスホルダ１０に対する音響結合が改善される。
【００３７】
レシーバブロック２２は接点ブロック１２の反対側端部位置でランスホルダ１０に位置付けられ且つ作動上連結される。レシーバブロック２２は作動上連結された位置でランスホルダ１０の内部及び又はその延長部と音響的に通信する。音響整流コーン２３は、受信用トランスデューサ２５への音響結合を最適化するべく、その受信用端部位置は約２５〜１５０ｍｍの長さを有し且つ傾斜されてその出口端位置で約１〜２ｍｍのオリフィスとなる。しかしながら、整流コーン２３はその他ディメンションのものであり得、それらは本発明の範囲内のものとする。整流コーン２３全体、またはその内側の随意的なライニング２６は、Ｔｅｆｌｏｎ（ＰＴＦＥ）（商標名）、表面硬度が約４０ジュロメーターであるポリウレタン、Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ  １１１２２（商標名）あるいはその他であることが好ましい。しかしながら本発明の範囲を逸脱しない範囲内で、十分な音響絶縁を提供するその他材料を使用できる。
【００３８】
受信用トランスデューサ２５はその周囲材料２４により熱的に絶縁される。周囲材料２４は、低密度の、約９８〜１３０ｋｇ／ｍｍ3であるセラミックファイバまたはセラミックフォームであることが好ましい。それらの絶縁材料は、例えば、Ｍｏｒｇａｎ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社から入手可能なＫＡＯＷＯＯＬ（商標名）、またはＵｎｉｆｒａｘ社から入手可能なＩＳＯＦＲＡＸ（商標名）であり得る。受信用トランスデューサ２５は整流コーン２３への装着位置でも音響的に絶縁される。受信用トランスデューサ２５のハウジングは、挿入中の浸漬装置が内側ライニング３０により機械的に振動することで生じるスプリアスノイズから音響的に絶縁されることが好ましい。内側ライニング３０は、例えば、粘弾性の合成ウレタンポリマー、衝撃吸収、振動減衰材からなる層であり得る。本発明の範囲を逸脱しない範囲内で、例えば、コルク等のその他の好適な音響減衰材料を用い得る。受信用トランスデューサ２５は、電子回路基盤２７に直接か、または脱着自在のコネクタにより有線接続され、ハウジング２９により包囲される。
【００３９】
レシーバブロック２２は、接点ブロック１２から受けた超音波データを増幅及びデコードするエレクトロニクスを含む。受信用トランスデューサ２５は、受けた超音波パルスに相当する電圧を出力する。次いで、デジタルデータが機器６０にデジタルまたはアナロク形式で出力（有線または無線で）される。
【００４０】
アナログ出力が所望される場合、データは、センサから接点ブロック１２に送信されたと同じ電気信号電圧に相当する信号となるようにデコードされる。電子回路基盤２７のデジタル−アナログ変換器２８ａがデジタル信号を、アナログ配線回路（図示せず）により機器６０ｃ（図５）に送信され得るアナログ信号に戻す。
【００４１】
デジタル出力が所望される場合、レシーバブロック２２はＲＳ２３２パケットとしてデータを直接あるいは無線モデムを介して遠隔の機器６０に送信することが好ましい。ＲＳ２３２パケット化されたデータはレシーバブロック２２で予めデコードされ、あるいは未デコードのままとされ得る。電子回路基盤２７は、爾後の処理及び表示のために、無線周波リンク（図示せず）を介してデジタル信号としてデジタルデータを図４及び５の機器６０ａまたは６０ｂに通信する構成を有することが好ましい。
【００４２】
電子回路基盤２７は外部電源（図示せず）を含むことが好ましい。しかしながら、十分な容量が提供されるのであればバッテリーも使用可能である。電子回路基盤２７上に実装あるいはそうでなければ配置したマイクロコントローラ３１がレシーバブロック２２の動作を制御する。マイクロコントローラ３１は１６ビットマイクロコントローラであることが好ましい。当業者に周知のバッファ、アンプ、変換器（Ａ／Ｄ及び又はＤ／Ａ）及び又はその他回路の複数をマイクロコントローラ３１に作動上連結して、ここで説明するマイクロコントローラ３１の各機能の実施を支援させ得る。マイクロコントローラ３１は超音波データをデコードし、アナログ及びデジタルの各出力を提供させるべくデジタル−アナログ変換器２８ａ及びデジタル−デジタル変換器２８ｂを制御する。マイクロコントローラは、汎用非同期送受信（“ＵＡＲＴ”）ポート（図示せず）上で被送信データパケットをも生成する。
【００４３】
図８を参照する別態様において、整流コーン３３及び随意的なライナ３６をランスホルダ１０またはその延長部の内側に位置付け得る。この構成上、接点ブロック１２内に位置付けた超音波トランスデューサ１５と、本実施例ではやはりランスホルダ１０の内部に位置付けた受信用トランスデューサ３５との間の全体距離が最小化される。電子回路基盤３７はランスホルダ１０の外側に位置付けるが、好適な配線またはケーブルにより受信用トランスデューサ３５に作動上連結されることが好ましい。他の実施例において、電子回路基盤３７は、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で、整流コーン３３に装着または離間する種々ジオメトリにおいて構成され得る。
【００４４】
図９を参照するに、図７のレシーバブロック２２で使用する冷却機構が示される。受信用トランスデューサ４５には、熱絶縁体４４、振動絶縁体４８、冷却機構５０、５１が設けられる。冷却機構５０は電子回路基盤４７から給電されるペルチェ熱電冷却モジュールであることが好ましい。冷却機構５０はペルチェ効果に基づき動作する固体ヒートポンプであることが好ましい。しかしながら、本発明の範囲内におけるその他の冷却装置が当業者には既知である。随意的な冷却フィンアセンブリ５１を冷却機構５０と組み合わせ使用することで、長時間使用または異常高温の間、受信用トランスデューサ４５を保護し得る。整流コーン４３は、図７及び８に示す如く、随意的なライナ４６と共に受信用トランスデューサ４５に結合される。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４５】
１、２  チャネル
３ａ  延長ランスパイプ
４  ドライブアセンブリ
５ａ  内部配線
５ｂ  内部配線
５  内部配線
６  ケーブルコネクタ
７ａ  ケーブル
７ｂ  ケーブル
８  ハンドルアセンブリ
１０  ランスホルダ
１０ａ  ランスホルダ
１０ｂ  ランスホルダ
１０ｃ  ランスホルダ
１１  接点部
１２  接点ブロック
１２ａ  接点ブロック
１２ｂ  接点ブロック
１２ｃ  接点ブロック
１３  電子回路基盤
１４  マイクロコントローラ
１５  超音波トランスデューサ
１６  バッテリー
１７  保護ハウジング
１８  デジタル−アナログ変換器
２２ａ  レシーバブロック
２２ｂ  レシーバブロック
２２ｃ  レシーバブロック
２２  レシーバブロック
２３  整流コーン
２４  周囲材料
２５  受信用トランスデューサ
２６  内側ライニング
２７  電子回路基盤
２８ａ  デジタル−アナログ変換器
２８ｂ  デジタル−デジタル変換器
２９  ハウジング
３０  内側ライニング
３１  マイクロコントローラ
３２ａ  無線トランスミッタ
３２ｂ  無線トランスミッタ
３２ｃ  トランスミッタ
３２ｃ  有線トランスミッタ
３３  整流コーン
３５  受信用トランスデューサ
３６  ライナ
３７  電子回路基盤
４３  整流コーン
４４  熱絶縁体
４５  受信用トランスデューサ
４６  ライナ
４７  電子回路基盤
４８  振動絶縁体
５０  冷却機構
５１  冷却機構
６０  機器
６０ａ  機器
６０ｃ  機器
６０ｂ  機器
３００ａ  無線式浸漬装置
３００ｂ  無線式浸漬装置
３００ｃ  無線式浸漬装置
３００  無線式浸漬装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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