JP2000249651A - 非接触蒸気漏洩検知方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】２台の半導体レーザーを用いることにより、被
計測対象空間の蒸気量を計測距離が変動しても精度良く
計測できる方法を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明に係る非接触蒸気漏洩検知方法は、
（Ａ）被計測対象空間に赤外線レーザー光と可視光レー
ザー光を照射する工程と、（Ｂ）前記被計測対象空間か
ら反射された赤外線レーザー光の光量と、前記被計測対
象空間から反射された可視光レーザー光の光量とを比較
する工程と、（Ｃ）前記被計測対象空間から反射された
赤外線レーザー光の光量と、前記被計測対象空間から反
射された可視光レーザー光の光量の比較値から、前記被
計測対象空間に存在する蒸気漏洩量を検知する工程とか
らなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気漏洩検知方法
および装置に関する。

【０００２】（用語の説明） ａ．「ＡＰＤセンサ」 ＡＰＤセンサとは、主に可視光検出器としてのアバラン
シェ・フォト・ダイオード・センサのことをいう。

【０００３】ｂ．「ＰｂＳセンサ」 ＰｂＳセンサとは、赤外線検出器としての硫化鉛センサ
のことをいう。

【０００４】

【従来の技術】図３に従来の非接触ガス検知装置の構成
を示す。

【０００５】従来の装置は、計測用赤外線レーザー１と
受光器４及び多数の反射ミラー２から構成されており、
検知原理にガス分子の赤外吸収特性を利用している。

【０００６】例えば、蒸気の場合、蒸気の赤外線吸収特
性から１．９４μｍと、２．７μｍ付近に強い赤外線の
吸収特性を持っていることが分かる。

【０００７】その為、図３に示すように、蒸気分子に吸
収されやすい波長のレーザー光３を空間に出射し、反射
ミラー２によつて多重反射させ、広い空間を伝播させて
から受光器４によつて受光し、電気信号に変換する。

【０００８】このように、空間伝播中のレーザー光の受
光パワーを常時モニターしておけば、レーザー光の受光
パワーが減衰することにより、出力伝播空間中の蒸気濃
度の増加量を推定することができ、蒸気の漏洩検知が可
能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
は、次のような問題がある。

【００１０】（１）従来の装置の構成では、長いパスの
漏洩監視が可能となる反面、漏洩個所を特定することが
できない。

【００１１】（２）漏洩個所の検知を可能とするために
は、光路長を短くした同一システムを多点設置する必要
性がある。

【００１２】そのためコスト高になると共に、多数の光
学部品を配置することは、実用上困難である等の問題が
あった。

【００１３】本発明は、これらの問題を解決することが
できる装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】（第１の手段）本発明に
係る非接触蒸気漏洩検知方法は、（Ａ）被計測対象空間
に赤外線レーザー光と可視光レーザー光を照射する工程
と、（Ｂ）前記被計測対象空間から反射された赤外線レ
ーザー光の光量と、前記被計測対象空間から反射された
可視光レーザー光の光量とを比較する工程と、（Ｃ）前
記被計測対象空間から反射された赤外線レーザー光の光
量と、前記被計測対象空間から反射された可視光レーザ
ー光の光量との比較値から、前記被計測対象空間に存在
する蒸気漏洩量を検知する工程とからなることを特徴と
する。

【００１５】（第２の手段）本発明に係る非接触蒸気漏
洩検知方法は、（Ａ）計測用赤外半導体レーザー５と前
記計測用赤外半導体レーザー５を変調動作させるための
変調駆動回路７とからなる赤外線レーザー光発生手段に
より発生した赤外線レーザー光を被計測対象空間に照射
するとともに、参照用可視半導体レーザー６と前記参照
用可視半導体レーザー６をパルス駆動するためのトリガ
ー回路８とからなる可視光レーザー光発生手段により発
生した可視光レーザー光を前記被計測対象空間に照射す
る工程と、（Ｂ）前記被計測対象空間から反射した赤外
線レーザー光をＰｂＳセンサ１１により電気信号に変換
する工程と、（Ｃ）前記被計測対象空間から反射した可
視光レーザー光をＡＰＤセンサ１２により電気信号に変
換する工程と、（Ｄ）電気信号に変換された赤外線レー
ザー光の光量と、電気信号に変換された可視光レーザー
光の光量の比較値から、前記被計測対象空間に存在する
蒸気漏洩量を検知する工程とからなることを特徴とす
る。

【００１６】（第３の手段）本発明に係る非接触蒸気漏
洩検知装置は、（Ａ）計測用赤外半導体レーザー５と前
記計測用赤外半導体レーザー５を変調動作させるための
変調駆動回路７とからなる赤外線レーザー光発生手段
と、（Ｂ）参照用可視半導体レーザー６とトリガー回路
８とからなる可視光レーザー光発生手段と、（Ｃ）集光
用レンズ９と、選択ミラー１０と、ＰｂＳセンサ１１
と、ＡＰＤセンサ１２と、ロックインアンプ１５と、高
速アンプ１７と、時間差計測用カウンタ１６と、ピ−ク
検知回路１８と、ボードコンピュータ２４と、温湿度セ
ンサ２５を具備し、（Ｄ）前記集光用レンズ９は、前記
赤外線レーザー光発生手段で発生した赤外線レーザー光
を被計測対象空間１９に照射することにより発生した反
射光と、前記可視光レーザー光発生手段で発生した可視
光レーザー光を被計測対象空間１９に照射することによ
り発生した反射光を集光して、前記反射光を赤外線と可
視光に分類する選択ミラー１０に出力し、（Ｅ）前記Ｐ
ｂＳセンサ１１は、選択ミラー１０から入力した赤外線
を電気信号に変換して、ロックインアンプ１５を介して
ボードコンピュータ２４へデジタル信号として出力し、
（Ｆ）前記ＡＰＤセンサ１２は、選択ミラー１０から入
力した可視光を電気信号に変換して、高速アンプ１７に
出力し、（Ｇ）前記時間差計測用カウンタ１６は、前記
トリガー回路８からの電気信号をスタート信号として使
用するとともに、前記高速アンプ１７からの信号をスト
ップ信号として使用して、レーザーを出射してから反射
して戻ってくるまでの時間を計測して、ボードコンピュ
ータ２４へ出力し、（Ｈ）前記高速アンプ１７の出力信
号は、ピ−ク検知回路１８により反射光レベルをデジタ
ル信号としてボードコンピュータ２４に伝えられ、
（Ｉ）前記温湿度センサ２５のデジタル信号も、ボード
コンピュータ２４に送られて絶対湿度に変換され、
（Ｊ）前記ボードコンピュータ２４は、入力された前記
赤外線レーザー光の反射光量と可視光レーザー光の反射
光量を比較することにより、前記レーザー光発生手段か
らレーザーの照射位置までの空間に存在する蒸気漏洩量
を検知することを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態を図１〜図２に示す。

【００１８】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
装置の構成図、図２は、第１の実施の形態に係る装置の
実施例を示す図である。

【００１９】図１において、５は計測用赤外半導体レー
ザーであり、１．８μｍ〜２．０μｍの波長範囲である
赤外線レーザー光を被計測対象空間、例えば建屋内壁１
９に照射する。

【００２０】７は変調駆動回路であり、前記１．８μｍ
〜２．０μｍの波長範囲である計測用赤外半導体レーザ
ー５を変調動作させる。

【００２１】６は参照用可視半導体レーザーであり、
０．４μｍ〜１．４μｍまでの波長範囲である可視光レ
ーザー光を被計測対象空間、例えば建屋内壁１９に照射
する。

【００２２】８はトリガー回路であり、前記０．４μｍ
〜１．４μｍまで波長範囲である参照用可視半導体レー
ザー６をパルス駆動する。

【００２３】１１はＰｂＳセンサであり、前記１．８μ
ｍ〜２．０μｍの波長範囲である赤外線レーザー光を電
気信号に変換する。

【００２４】１２はＡＰＤセンサであり、前記０．４μ
ｍ〜１．４μｍまでの波長範囲の可視光レーザー光を電
気信号に変換する。

【００２５】９は集光用レンズであり、前記０．４μｍ
〜２．０μｍまでの可視光レーザー光を透過させる。

【００２６】２５は温湿度センサである。

【００２７】図１に示すように、本発明装置は、計測用
赤外半導体レーザー５と参照用可視半導体レーザー６の
２種類を光源として持ち、それぞれのレーザー光を出射
して被計測対象空間、例えば建屋内壁１９に照射し、そ
の反射光を集光用レンズ９で集光する。

【００２８】集光された反射光は、選択ミラー１０で赤
外光と可視光に分類され、赤外光はＰｂＳセンサ１１に
導かれて電気信号に変換され、可視光はＡＰＤセンサ１
２に導かれて電気信号に変換される。

【００２９】計測用赤外半導体レーザ−５は、変調駆動
回路７によつて１ｋＨｚに強度変調される。

【００３０】この反射光は、ＰｂＳセンサ１１によつて
電気信号に変換された後、低ノイズアンプ１３によって
増幅されてバンドパスフィルタ１４に導かれる。

【００３１】その後、ロックインアンプ１５によってＤ
Ｃ信号として検出され、この受光信号はボードコンピュ
ータ２４にデジタル信号として転送される。

【００３２】参照用可視半導体レーザー６は、トリガー
回路８によって１０ｎｓの短パルスで駆動される。

【００３３】トリガー回路８の電気信号は、時間差計測
用カウンタ１６のスタート信号となる。

【００３４】被計測対象空間、例えば建屋内壁１９から
の反射光は、ＡＰＤセンサ１２によって電気信号に変換
された後、高速アンプ１７を介して時間差計測用カウン
タ１６のストップ信号に使用され、時間差計測用カウン
タ１６により、レーザーを出射してから反射して戻って
くるまでの時間を計測する。

【００３５】また、高速アンプ１７の出力信号は、ピ−
ク検知回路１８によって反射光のレベルをデジタル信号
としてボードコンピュータ２４に伝える。

【００３６】温湿度センサ２５のデジタル信号も、ボー
ドコンピュータ２４に送られて絶対湿度に変換される。

【００３７】以上のように、計測用赤外半導体レーザー
５と参照用可視半導体レーザー６のレーザー光を被計測
対象空間、例えば建屋内壁１９等の壁面や障害物に照射
し、それぞれの反射光をＰｂＳセンサ１１とＡＰＤセン
サ１２で受光し、電気信号に変換される。

【００３８】計測用赤外半導体レーザー５のレーザー光
は、伝播中の蒸気に吸収されやすいために蒸気量に対し
て反射光量が顕著に変化する。

【００３９】これに対して参照用可視半導体レーザー６
のレーザー光は、伝播中の蒸気の影響を受けにくい。

【００４０】この２種類の反射光量をボードコンピュー
タ２４において比較することにより、レーザー光源から
レーザーの照射位置までの空間に存在する蒸気量を推定
することができる。

【００４１】ただし、レーザーの伝播距離により減衰量
が大きく変化するため、レーザーの伝播距離変化を補正
してやらなければならない。

【００４２】被計測対象空間から反射された赤外線レー
ザー光の光量の計測データＰr は、赤外線レーザー光の
入射光量Ｐに対してＰr ＝Ｐ×α×ｅｘｐ（−β×絶対
湿度×伝播距離）の関係がある。

【００４３】ここで、αは蒸気吸収以外の光量損失であ
り、建屋内壁１９の反射率や発散による損失を含む。

【００４４】このαは可視光レーザー光の反射光量と可
視光レーザー光の入射光量との比から求めることができ
る。

【００４５】βは赤外線レーザー光の蒸気による吸収係
数で定数となる。

【００４６】そのため、反射光量の計測データ、可視光
レーザー光の反射光量、可視光レーザー光の入射光量、
伝播距離、および絶対湿度が計測できれば、漏洩蒸気が
無い場合の赤外線反射光量を推定することが出来る。

【００４７】つまり、距離変化による赤外線レーザー光
の光量変化を求めることが出来る。可視光レーザー光の
伝播時間からレーザー光の伝播距離変化を計算し、温湿
度センサ２５の出力から求めた絶対湿度を含め、距離変
化に伴う変動を補正する。

【００４８】図２に本発明装置の実施例を示す。

【００４９】蒸気漏洩検知装置本体２６はハンドタイプ
（携帯型）になっており、移動しながら蒸気漏洩を検知
して行く。

【００５０】そして、図２のように、蒸気配管２０の上
部に沿ってレーザー光線２１を出射し、壁面からの反射
光を受光して計測している。

【００５１】漏洩個所２３からの漏洩蒸気２２が存在す
る個所では、レーザー光線２１の計測用レーザー光が大
きく減衰するため、蒸気漏洩付近を調べることがてき
る。

【００５２】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００５３】（１）本発明によれば、２台の半導体レー
ザーを用いることにより、計測距離が変動しても、計測
対象空間の蒸気量を精度良く計測することができる。

【００５４】（２）蒸気漏洩検知装置本体は移動式とす
ることができるため、幅広い漏洩領域に対応でき、漏洩
位置を同定することが可能となる。

【００５５】（３）壁面などの既存施設からの反射光を
利用するため、計測用の反射ミラーを据え置きする必要
が無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る装置の構成
図。

【図２】第１の実施の形態に係る装置の実施例を示す
図。

【図３】従来の非接触ガス検知装置の構成図。

【符号の説明】

１ …計測用赤外線レーザー ２ …反射ミラー ３ …レーザー光 ４ …受光器 ５ …計測用赤外半導体レーザー ６ …参照用可視半導体レーザー ７ …変調駆動回路 ８ …トリガー回路 ９ …集光用レンズ １０…選択ミラー １１…ＰｂＳセンサ １２…ＡＰＤセンサ １３…低ノイズアンプ １４…バンドパスフィルタ １５…ロックインアンプ １６…時間差計測用カウンタ １７…高速アンプ １８…ピ−ク検知回路 １９…被計測対象空間（例えば建屋内壁） ２０…蒸気配管 ２１…レーザー光線 ２２…漏洩蒸気 ２３…漏洩個所 ２４…ボードコンピュータ ２５…温湿度センサ ２６…蒸気漏洩検知装置本体

フロントページの続き (72)発明者 嶋津 正 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 筑間 良一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB01 CC20 EE02 FF09 GG01 GG03 GG07 GG08 HH01 HH02 HH06 JJ11 JJ13 KK02 KK03 MM04 MM09 NN06 2G067 AA19 AA48 BB15 BB17 BB25 CC18 DD11 EE02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）被計測対象空間に赤外線レーザー光
   と可視光レーザー光を照射する工程と、（Ｂ）前記被計
   測対象空間から反射された赤外線レーザー光の光量と、
   前記被計測対象空間から反射された可視光レーザー光の
   光量とを比較する工程と、（Ｃ）前記被計測対象空間か
   ら反射された赤外線レーザー光の光量と、前記被計測対
   象空間から反射された可視光レーザー光の光量との比較
   値から、前記被計測対象空間に存在する蒸気漏洩量を検
   知する工程とからなることを特徴とする非接触蒸気漏洩
   検知方法。
2. 【請求項２】（Ａ）計測用赤外半導体レーザーと前記計
   測用赤外半導体レーザーを変調動作させるための変調駆
   動回路とからなる赤外線レーザー光発生手段により発生
   した赤外線レーザー光を被計測対象空間に照射するとと
   もに、参照用可視半導体レーザーと前記参照用可視半導
   体レーザーをパルス駆動するためのトリガー回路とから
   なる可視光レーザー光発生手段により発生した可視光レ
   ーザー光を前記被計測対象空間に照射する工程と、
   （Ｂ）前記被計測対象空間から反射した赤外線レーザー
   光をＰｂＳセンサにより電気信号に変換する工程と、
   （Ｃ）前記被計測対象空間から反射した可視光レーザー
   光をＡＰＤセンサにより電気信号に変換する工程と、
   （Ｄ）電気信号に変換された赤外線レーザー光の光量
   と、電気信号に変換された可視光レーザー光の光量との
   比較値から、前記被計測対象空間に存在する蒸気漏洩量
   を検知する工程とからなることを特徴とする非接触蒸気
   漏洩検知方法。
3. 【請求項３】（Ａ）計測用赤外半導体レーザーと前記計
   測用赤外半導体レーザーを変調動作させるための変調駆
   動回路とからなる赤外線レーザー光発生手段と、（Ｂ）
   参照用可視半導体レーザーとトリガー回路とからなる可
   視光レーザー光発生手段と、（Ｃ）集光用レンズと、選
   択ミラーと、ＰｂＳセンサと、ＡＰＤセンサと、ロック
   インアンプと、高速アンプと、時間差計測用カウンタ
   と、ピ−ク検知回路と、ボードコンピュータと、温湿度
   センサを具備し、（Ｄ）前記集光用レンズは、前記赤外
   線レーザー光発生手段で発生した赤外線レーザー光を被
   計測対象空間に照射することにより発生した反射光と、
   前記可視光レーザー光発生手段で発生した可視光レーザ
   ー光を前記被計測対象空間に照射することにより発生し
   た反射光を集光して、前記反射光を赤外線と可視光に分
   類する選択ミラーに出力し、（Ｅ）前記ＰｂＳセンサ
   は、前記選択ミラーから入力した赤外線を電気信号に変
   換して、前記ロックインアンプを介して前記ボードコン
   ピュータへデジタル信号として出力し、（Ｆ）前記ＡＰ
   Ｄセンサは、前記選択ミラーから入力した可視光を電気
   信号に変換して、前記高速アンプに出力し、（Ｇ）前記
   時間差計測用カウンタは、前記トリガー回路からの電気
   信号をスタート信号として使用するとともに、前記高速
   アンプからの信号をストップ信号として使用することに
   より、レーザーを出射してから反射して戻ってくるまで
   の時間を計測して、前記ボードコンピュータへ出力し、
   （Ｈ）前記高速アンプの出力信号は、前記ピ−ク検知回
   路により反射光レベルをデジタル信号として前記ボード
   コンピュータに伝えられ、（Ｉ）前記温湿度センサのデ
   ジタル信号も、前記ボードコンピュータに送られて絶対
   湿度に変換され、（Ｊ）前記ボードコンピュータは、入
   力された前記赤外線レーザー光の反射光量と可視光レー
   ザー光の反射光量を比較することにより、前記レーザー
   光発生手段からレーザーの照射位置までの空間に存在す
   る蒸気漏洩量を検知することを特徴とする非接触蒸気漏
   洩検知装置。