JP2009524043A

JP2009524043A - 可燃性及び爆発性を有する液体の非接触検出のための装置

Info

Publication number: JP2009524043A
Application number: JP2008551213A
Authority: JP
Inventors: アレクサンデル・ブラディミロヴィッチ・コルジェネブスキー
Original assignee: アレクサンデル・ブラディミロヴィッチ・コルジェネブスキー
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2009-06-25
Also published as: EP1980863A4; CN201327510Y; WO2007084025A1; EP1980863A1

Abstract

【課題】液体の物理的パラメータを測定する技術的な器具に関する。
【解決手段】装置はケース１とアラーム表示器２とを有する。特殊な計算モジュール（ＳＣＭ）３はケース内に置かれ、出力の１つは表示器２の入力に接続される。交流電圧源４はケース内に置かれる。直列配置の電極５が導入され、ケース外の電位と電荷とを測定する。最外の電極５は交流の電圧又は電流源４に接続され、他の電極５は電圧又は電荷の値を測定する測定器具６に接続される。測定器具の出力はＳＣＭの入力に接続される。ＳＣＭの構成は電極の電圧分布パラメータの険しさを測定し、測定された険しさの値を不燃性の液体の調整された険しさの値と比較する。測定された険しさの値が調整された険しさを超える場合、出力の１つを通じて表示器のスイッチを入れる。装置は、広げられた機能的な機会、簡素な構成、全体として小さな寸法を意味する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体の物理的なパラメータを測定するための技術的な器具に関連する。それは、空港や検問所、多数の人で混雑する場所（スタジアム、学校、ディスコ）で、検査や市民保護に使われ得る。[G01R27/26]

電気容量断層撮影装置として知られる、物体内部の誘電率の空間的な分布を可視化する公知の装置がある（ラインネッケエヌとネウエスディ、１９９６年、『静電容量を使った断層撮影法に関する最近の開発と産業の／研究の応用』、測定の科学と技術７、２３３〜２４６頁：Reinecke N. and Mewes D. 1996, Recent developments and industrial/research applications of capacitance tomography, Meas. Sci. Technol. 7, pp 233-246）。この装置では、あらゆる側面から物体を囲む何十の電極で構成される多電極容量システムが使われる。異質の媒体内の電場を記述する方程式の逆問題を解決することによって、測定結果から映像が再構築される。複雑で高価ゆえ、また、物体を完全に測定システム内部に置く必要があり、電気伝導性媒体に対して適用性がないことから、電気容量断層撮影装置は液体のハザード検出には使われない。

機能的に最も近い類似物は、非接触で液体の火に関するハザード（危険性）を検出する装置である。その装置は、ケースと、ケース表面に置かれ液体のハザードを信号で知らせるためのアラーム表示器と、ケース内に置かれ出力の１つがアラーム表示器の入力に接続された特別の計算モジュールと、ケースの内側又はケースの外側に置かれ装置のバージョン−−静的、手動、又は、携帯型−−に依存する交流電圧源と、を有する（http://daiichishoji.co.jp/dflt/参照）。

その装置の動作の原理は、マイクロ波を用いた誘電体の電位測定に基づく。誘電体の電位測定は、容器内の液体の誘電率又は電気伝導率を測定する。装置は、アンテナを備えたマイクロ波生成器と、出力が液体のハザード評価器具へと接続され、特殊な計算モジュールに基づいて実行され、出力の１つがアラーム表示器やその他、ディスプレイに接続された、アンテナを備えたマイクロ波検出器と、を有する。

ラインネッケエヌとネウエスディ、１９９６年、『静電容量を使った断層撮影法に関する最近の開発と産業の／研究の応用』、測定の科学と技術７、２３３〜２４６頁：Reinecke N. and Mewes D. 1996, Recent developments and industrial/research applications of capacitance tomography, Meas. Sci. Technol. 7, pp 233-246 http://daiichishoji.co.jp/dflt/

既知の装置の主たる限界は、試験結果が容器の材質や壁厚に依存する点である。その結果、薄い壁のプラスチック瓶内の液体にだけ使用される。他の不利な点として、測定器の大きな全体寸法、複雑性及び高価な点が含まれる。

本発明は、試験できる物体の範囲、利便性、及び操作の簡便性を広げることを意図する。

本発明の実施によって達成できる技術的な結果は、機能的な選択肢が広げられた範囲、簡易性、及び、装置の小型化である。

上述の目的を備え、記述された技術的な結果を達成するため、示された取り組みによれば、容器内の可燃性の液体を非接触で調べるための公知の装置は、ケースと、ケース表面に置かれ液体のハザードを信号で知らせるためのアラーム表示器と、ケース内部に置かれ出力の１つがアラーム表示器の入力に接続された特殊な計算モジュールと、ケース内部に置かれた交流電圧源を備えて構成され、ケース外部の電位を測定可能な直列配置の電極で修正されていた。最外の電極は交流電圧源に接続され、他のすべての電極は出力が特殊な計算モジュールの入力に接続された電圧測定器具に接続される。特殊な計算モジュールの構成は、電極の電圧分布のパラメータの険しさを測定して、測定された険しさの値を危険でない液体の調整された最大の険しさの値と比較することを可能にする。測定された険しさの値が危険でない液体の調整された最大の険しさの値を超える場合、特殊な計算モジュールは、液体のハザードを信号で知らせることが意図されて、特殊な計算モジュールの出力の１つに接続されたアラーム表示器のスイッチを入れる。

本発明の追加的な案が可能である。それは、以下のことが便宜である。
− ケースの表面に置かれ危険でない液体を信号で知らせるための表示器と、電極上の電圧分布のパラメータの測定された険しさが危険でない液体の調整された最大の険しさの値を超えない場合に特殊な計算モジュールの他の出力に接続した表示器のスイッチを入れることを可能にする特殊な計算モジュールの構成と、を導入する。
− ケースの表面に置かれ液体を備えた容器が存在しないことを信号で知らせるための表示器と、電極上の電圧の平均値の測定を可能にする特殊な計算モジュールの構成と、電圧の測定された平均値が調整された閾値よりも小さい場合に特殊な計算モジュールの他の出力に接続した表示器のスイッチを入れることを可能にする特殊な計算モジュールの構成と、を導入する。
− ケースが金属で作られる一方で、電極を外部に配置する。
− ケースの少なくとも電極に最も近い部分が誘電体材料で作られる一方で、電極を内部に配置する。

本発明の上述の利点、及び、他の特徴は、適用される図面を参照して、その実施の改良された案によって説明される。

可燃性と爆発性とを有する液体の非接触の検出のための装置（図１）は、ケース１と、ケース表面に置かれ液体のハザードを信号で知らせるためのアラーム表示器２と、を有する。特別な計算モジュール３（以下、「ＳＣＭ」とする）はケース１の内側に置かれ、ＳＣＭ３の出力の１つはアラーム表示器２の入力に接続される。交流電圧源４は、ケース１の内側に置かれる。最外の電極５は交流電圧源４に接続され、他のすべての電極５−−測定電極−−は、電圧測定器６に接続される。測定器６の出力は、ＳＣＭ３の入力に接続される。ＳＣＭ３の構成は、電極５の電圧分布のパラメータ（図２）の険しさの測定を可能にする（ここで、Ｘ方向は、測定電極の番号に対応し、Ｙ方向は、測定電極に関する測定された電圧の値に対応する）。ＳＣＭ３の構成は、測定された険しさの値を危険でない液体のための調整された最大の険しさの値（図３）と比較することを可能にする。測定された険しさの値が調整された最大の険しさの値を超える場合、ＳＣＭ３は液体のハザードを信号で知らせることが意図されて、ＳＣＭ３の出力の１つに接続されたアラーム表示器２のスイッチを入れる。

装置は、表示器７を導入することによって修正される。表示器７はケース１の表面に置かれ、危険でない液体の信号で知らせることが意図される。ＳＣＭ３の構成は、表示器７のスイッチを入れることを可能にし、電極（図２）上の電圧分布のパラメータの測定された険しさが危険でない液体のための調整された最大の険しさの値を超えない場合、ＳＣＭ３の他の出力に接続される。

装置は、表示器８を導入することによって修正される。表示器８はケース１の表面に置かれ、検出器に近い液体（試験される物体）を備えた容器が存在しないことについて信号で知らせることが意図される。ＳＣＭ３の構成は、表示器８のスイッチを入れることを可能にし、電極の電圧の測定された平均値が調整された閾値よりも少ない場合、ＳＣＭ３の他の出力（図１）に接続される。

ケース１が金属で作られる場合（図１）、電極５はケース１の外側に置かれる。

電極に面しているケース１の少なくとも一部が、誘電性の材料、例えば、空気の誘電率に近い誘電率εを備える材料で作られる間、電極５はケース１の内側に置かれる。

装置は以下のように動作する。

図１に概略として示されるように、装置は試験される液体を備える容器Ａ（図４）に押し付けられ、源４のスイッチが入れられる。その結果、電位が測定電極５に誘導される。その値は、源４の出力電圧、及び、最外の電極５と測定電極との間の距離に依存する。しかしながら、誘導電位と最外の電極５の距離との間の大きさにかかわらず、また、源５の出力にかかわらず、不燃性の液体（図２）のための電極５上の電圧分布のパラメータの険しさの値は可燃性の液体のそれよりも常に高いことが実験的に明らかにされた。ここで、険しさの値は、液体を含む容器の壁材からほとんど独立している。
曲線（図２）の表示は、以下の試験結果に対応する。
「水１」‐空気の空隙のないガラス瓶の中の水、
「水２」−４ｍｍの空気の空隙があるガラス瓶の中の水、
「コカ・コーラ」（登録商標）−プラスチック瓶の中のコカ・コーラ、
「牛乳」−四角形の蝋紙製の容器（テトラパック（登録商標））の中の牛乳、
「ガソリン１」−空気の空隙のないガラス瓶の中のガソリン、
「ガソリン２」−空気の空隙があるガラス瓶の中のガソリン、
「灯油」−蝋紙製の牛乳容器の中の灯油。
図２は、電極電圧の絶対値と空間の依存性とが、容器及び空気の空隙の性質と液体のパラメータとの両方に依存することを示す。同時に、容器の壁のパラメータにかかわらず、誘電率が小さい液体ほど、活性化された電極の距離の増加に合わせてより高速で測定値が減少するという空間的な概観を作り出し、この事実は、容器の壁材と厚さにかかわらず、液体の特定に使われる。

測定器具６の出力から取得される電極５上の電圧値（又は誘導電位）Ｑ１−Ｑ−４は、ＳＣＭ３内にて処理される。ＳＣＭ３の目的のために、増幅器−復号器のブロック１０が使われる。増幅器−復号器１０において、信号は増幅されて一定の電圧値へ圧縮される。アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）のブロック１１において、信号はディジタルモードへ変換される。信号平均レベルの測定ブロック１２は、受信した信号の平均レベルを画定する。ブロック１３において、受信した信号の閾値レベルは、源４の電力と電極５間の距離とに従って調整される。比較ブロック１４は、平均信号レベルが調整さえた閾値よりも高いか否かを画定する。高くない場合、試験された物体はなく、ＳＣＭ３は試験された液体は存在しないことについての信号を表す「ｎｏ」という出力を通して、表示器８のスイッチを入れる。「ｙｅｓ」の場合、ブロック１５の動作入力が起動されて、信号は処理へ入る。ブロック１５において、電極５上の電圧配置のパラメータの険しさの値Ｋが計算される。ブロック１６において、Ｋ値は、Ｋ_treshold、即ち、ブロック１７にて調整された不燃性の液体のパラメータのための最大の険しさと比較される。ＫがＫ_tresholdより高い場合、液体は可燃性であると考えられ、ブロック１６の「ｙｅｓ」の出力を通してアラーム表示器２のスイッチが入る。ＫがＫ_tresholdよりも高くない場合、表示器７はブロック１６の「ｎｏ」の出力を通してスイッチが入り、不燃性液体の信号を表す。

本実施形態において、直列配置の多電極システム５が実行され、電極５の数は３かそれ以上であり得る（それ以下ではない）。そのようなシステムは、最外の電極５とその他の電極５（測定電極）との間の相互の容量の空間的な依存性を評価することによって、液体の測定から容器壁部の影響を除外することを可能にし、その結果、液体検出をより信頼があって信用に値するものにする。本実施形態は、電気容量断層撮影法と密接に関係した取り組み、この場合には、容器と空気の空隙と液体とを有する異質の媒体の１つの構成要素の複雑な誘電率の評価だけが、視覚化に代わって必要とされることを意味する。この事実によると、実質的により少ない数の電極５が必要とされる。一対の電極５が交流電圧源４の接続されるとき電極５の間の交流電位を誘導することによって、そして、他の電極５上に生成される電場によって誘導される電荷を測定することによって、電極５の間の相互の容量は測定される。活性化された電極５の１つに関連した電極５上の電位を測定することによって、或いは、電気容量を測定するための他のいかなる取り組みを使うことによって、同じ結果が得られる。電極５は、物体（液体を備えた容器）の一方の側、その表面近くに配置される。結果として、容器の壁材と厚さにかかわらず、測定システムと容器との間の空気の空隙にかかわらず、装置は液体の物理的（電気的）特性を評価することができる。同時に、物体の表面上の比較的小さな領域と、物体のどれか１つの側面にアクセスすることは充分であり、そのことは、提案の装置を、マイクロ波を使った誘電率計と公知の電気容量断層撮影装置との両方から好ましく区別する。測定は、何百ヘルツＨｚから数十メガヘルツＭＨｚまでの都合の良い任意の周波数にて実行され得る。提案された装置のコスト、複雑性、測定器具に必要とされるものは、マイクロ波を使った誘電率計（マイクロ波の照射のための高価な出射器、受光器、アンテナシステムは必要とされない）よりも実質的に低く、或いは、標準的な電気容量断層撮影法に必要とされるもの（データ処理のための計算資源のためと同様に、チャンネルの数とその感度のために必要とされるもの）は、ずっと低い。

装置の機能的な選択肢は、ガラス容器とプラスチック容器の両方の内部の液体を試験するための能力を提供することによって広げられる（表参照）。示された設備は、コンパクトな装置として実行される。装置の概観は、図４に示される。試験結果は、図５に示されるように、提案された装置の助けを受けて、液体のハザード検出の最も高い信頼性を示す。加えて、構成は簡略化され、設備は小型化される。

産業的な応用に関して、可燃性と爆発性とを有する液体を非接触で検出するために示された装置の最も効果的な応用は、安全及び法執行サービスによる運ばれた液体の操作上の点検と、多数の人で混雑する場所での安全維持である。

可燃性と爆発性とを有する液体を非接触で検出するために示された装置を表す。可燃性の液体及び不燃性の液体のための電極上の電圧分布のパラメータを示す。特殊な計算モジュールの一般化した動作アルゴリズムのブロック図を示す。装置の操作上の簡単さの実証である。

Claims

容器内の可燃性の液体を非接触にて確認するための装置であって、
ケースと、
前記ケースの表面に置かれ、液体のハザードを信号で知らせるためのアラーム表示器と、
前記ケースの内部に置かれ、出力の１つが前記アラーム表示器の入力に接続された特殊な計算モジュールと、
前記ケースの内部に置かれ、当該ケースの外部の電位を測定可能な直列配置の電極で修正され、最外の当該電極は交流電圧源に接続され、他のすべての電極は出力が前記特殊な計算モジュールの入力に接続された電圧測定器具に接続された当該交流電圧源と
を備え、
前記特殊な計算モジュールの構成は、前記電極上の電圧分布のパラメータの険しさを測定し、測定された当該険しさの値を危険でない液体の調整された最大の険しさの値と比較することを可能にし、
測定された前記険しさの値が前記調整された最大の険しさの値を超えるとき、前記特殊な計算モジュールは当該特殊な計算モジュールの出力の１つに接続された前記アラーム表示器のスイッチを入れることを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置において、
前記ケースの表面に置かれ、危険でない液体を信号で知らせるための他の表示器で修正され、
前記電極上の電圧配置のパラメータの測定された前記険しさの値が危険でない液体の前記調整された最大の険しさの値を超えないとき、前記特殊な計算モジュールの構成は、当該特殊な計算モジュールの他の出力に接続された前記他の表示器のスイッチを入れることを可能にすることを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置において、
前記ケースの表面に置かれ、液体を備えた容器が存在しないことを信号で知らせるための他の表示器で修正され、
前記特殊な計算モジュールの構成は、前記電極上の電圧の平均値を測定することを可能にし、
測定された前記電圧の平均値が調整された閾値よりも小さいとき、前記特殊な計算モジュールの構成は、当該特殊な計算モジュールの他の出力に接続された前記他の表示器のスイッチを入れることを可能にすることを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置において、
前記電極の外部の配置によって修正され、
前記ケースは金属で作られていることを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置において、
前記電極の内部の配置によって修正され、
前記ケースの少なくとも前記電極に最も近い部分は、誘電体材料で作られていることを特徴とする装置。