JP2014025872A

JP2014025872A - 油膜検知装置

Info

Publication number: JP2014025872A
Application number: JP2012168101A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Omori; 茂大森; Takehito Okumura; 剛人奥村
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】水面からの反射光を受光してその受光信号を処理することにより油膜を検出する油膜検知装置に関する。
【解決手段】油膜検知装置本体内の受光信号処理手段１０６は、水面に存在する油膜からの反射光の受光信号をサンプリングし、受光信号レベルのピーク値をホールドする動作を、一定周期で出力されるタイミング信号に基づいて周期的に行うピークホールド手段１０６ａと、このピークホールド手段１０６ａから出力されるピークホールド値が第１の閾値Ｌ_１を超えている期間に出力信号がアクティブとなる比較手段１０６ｃと、前記タイミング信号をカウントするカウント手段１０６ｄとを備える。比較手段１０６ｃの出力信号がアクティブである期間内のカウント手段１０６ｄによるカウント値が第２の閾値未満である場合には警報接点信号を出力しないことにより、一瞬の反射光や外乱光による反射光を油膜として誤検知するのを防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、水面からの反射光を受光してその受光信号を処理することにより油膜を検出する油膜検知装置に関するものである。

浄水場や河川、湖沼等の水面に光を照射してその反射光の強度を測定することにより反射率を求め、これによって水面における油膜の有無を検知するという油膜検知方法を用いた油膜検知装置が、例えば特許文献１，特許文献２により知られている。
このうち、特許文献１に記載された油膜検知器は、光源による水面からの反射光を受光してその受光信号のピーク値をホールドし、そのピークホールド値が閾値を超えた場合に、水面の反射位置に油膜が存在すると認識する検出原理に基づいており、主として大きな喫水変動や波立ちによる誤検出を防止するため、レーザ光の照射方向を振動ミラーにより可変とする構造を備えている。

また、特許文献２には、水面を検出するセンサ部の出力信号を第１，第２の閾値とそれぞれ比較してこれらの閾値を超えた合計時間の比率を求めることにより、水面の波立ちや、ビニール片等の反射物が存在する場合の誤検出を防止し、また、第１，第２の閾値を超えた合計時間をそれぞれ座標軸とする二次元領域を複数の警報ランクに割り当てることで、各閾値を超える信号強度の頻度を反映させた多様な警報を出力させる油検知装置の警報判定方法が開示されている。

特開２００３−１４９１３４号公報（段落［０００８］〜［００１１］、図１，図２等）。特許第４３４７５３６号公報（段落［００２９］〜［００３４］，［００３８］〜［００４３］、図１，図５等）。

特許文献１に記載された従来技術では、水面の変動に起因する誤検出を防止することは可能であるが、油膜以外の一瞬の反射光や外乱光によるピーク値を検出した際に油膜と誤認してしまうおそれがある。
これに対し、特許文献２によれば、油膜以外の原因による誤検出を防止することが一応可能である。しかしながら、この特許文献２では、第１，第２の閾値のそれぞれについてセンサ部の出力信号が閾値を超えたことを多数のコンパレータにより検出し、更に、閾値を超えた合計時間をＣＰＵ等により算出してその比率を演算する等、複雑な演算処理を行わなくてはならない。
このため、回路構成が複雑になって演算負荷も多くなり、コスト高になるという問題があった。

そこで、本発明の解決課題は、回路構成の簡略化及び演算負荷の軽減を図り、低コストにて実現可能な油膜検知装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、水面に存在する油膜からの反射光の受光信号をサンプリングし、受光信号レベルのピーク値をホールドする動作を、一定周期で出力されるタイミング信号に基づいて周期的に行うピークホールド手段と、
前記ピークホールド手段から出力されるピークホールド値が第１の閾値を超えている期間に出力信号がアクティブとなる比較手段と、を有し、
前記比較手段の出力信号に基づいて、油膜検知信号としての警報接点信号を出力する油膜検知装置において、
前記タイミング信号をカウントするカウント手段を備え、前記比較手段の出力信号がアクティブである期間内の前記カウント手段によるカウント値が第２の閾値未満である場合には、前記警報接点信号を出力しないことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、水面に存在する油膜からの反射光の受光信号をサンプリングし、受光信号レベルのピーク値をホールドする動作を、一定周期で出力されるタイミング信号に基づいて周期的に行うピークホールド手段と、
前記ピークホールド手段から出力されるピークホールド値が第１の閾値を超えている期間に出力信号がアクティブとなる比較手段と、を有し、
前記比較手段の出力信号に基づいて、油膜検知信号としての警報接点信号を出力する油膜検知装置において、
前記タイミング信号をカウントするカウント手段を備え、前記比較手段の出力信号がアクティブである期間内の前記カウント手段によるカウント値に相当する時間が第３の閾値未満である場合には、前記警報接点信号を出力しないことを特徴とする。

本発明によれば、ピークホールド手段、Ａ／Ｄ変換手段、比較手段及びカウント手段等からなる簡単な構成の受光信号処理手段により、油膜以外の一瞬の反射光や外乱光に起因する油膜の誤検知を防止することができる。
また、ピークホールド値と第１の閾値との比較動作やカウント動作も比較的単純なものであるから、回路構成も簡単であり、油膜検知装置を低コストにて提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る油膜検知装置の全体的な構成図である。図１における受光信号処理手段の機能ブロック図である。本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、この実施形態に係る油膜検知装置の全体的な構成図である。
図１において、１００は油膜検知装置本体であり、定電流回路１０１から出力された電流は変調回路１０２によりパルス変調され、光源としてのＬＥＤ２０１に駆動電流として供給される。ＬＥＤ２０１は駆動電流を検出光に変換し、この検出光は、コリメートレンズ２０２により平行光線となって油膜検知対象である水面Ｗに照射される。なお、光源としてはレーザを用いても良い。

水面Ｗにより反射した検出光は集光レンズ２０３により集光され、フォトダイオード等の受光器２０４により電気信号（受光信号）に変換される。
受光信号は油膜検知装置本体１００内の増幅器１０３により増幅され、外乱光などを除去するバンドパスフィルタ１０４を介して受光信号処理手段１０６に入力される。この受光信号処理手段１０６は、後述するようにピークホールド手段を備えており、サンプリング及びピークホールド動作を行うためのタイミング信号がタイミング回路１０５から受光信号処理手段１０６に入力されている。

受光信号処理手段１０６の出力信号は、警報回路１０７，絶縁伝送回路１０８及び表示器１０９に入力されている。警報回路１０７からは油膜検知信号としての警報接点信号が出力され、絶縁伝送回路１０８からは伝送出力信号が生成されるようになっており、これらの各信号は、ケーブルを介して外部の受信計（図示せず）に送られている。ここで、伝送出力信号は、例えば４〜２０[ｍＡ]の直流電流のレベルによってピークホールド手段から出力されるピークホールド値を外部に伝えるものであるが、本発明の要旨ではないため、詳細な説明を省略する。なお、表示器１０９は、油膜検知結果等を表示するためのものである。

次に、受光信号処理手段１０６の構成及び作用について、図２を参照しつつ説明する。
図２は受光信号処理手段１０６の機能ブロック図であり、前記バンドパスフィルタ１０４を経た受光信号はピークホールド手段１０６ａに入力され、前記タイミング信号によりサンプリングされてホールドされたピーク値は、Ａ／Ｄ変換手段１０６ｂによりディジタル信号に変換される。また、ピークホールド手段１０６ａの出力信号は、図１の絶縁伝送回路１０８にも送られている。

Ａ／Ｄ変換手段１０６ｂの出力信号は、後述する閾値Ｌ_１が与えられた比較手段１０６ｃに入力されており、その比較結果はカウント手段１０６ｄに入力されている。
カウント手段１０６ｄには前記タイミング信号も入力されており、比較手段１０６ｃの出力信号がアクティブである期間に所定数のタイミング信号をカウントした場合に、前記警報回路１０７に向けて動作信号を送出するようになっている。
受光信号処理手段１０６を構成する各手段１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄは、ＣＰＵ等の演算処理装置及びプログラムによって構成されている。

次に、この実施形態の動作を、図３のタイミングチャートに従って説明する。
図３において、（ａ）は受光信号処理手段１０６に入力される受光信号であり、時間軸上の「△」はピークホールド手段１０６ａに入力されるタイミング信号のタイミングを示している。
図３（ａ）における縦軸上のＬ_０は、油膜が存在しない水面Ｗからの反射光による受光信号レベルであり、定常時であっても水面Ｗの波立ちなどにより振動している。また、閾値Ｌ_１は、水面Ｗの油膜を検知するための反射光による受光信号レベルの下限値であり、請求項における第１の閾値に相当する。

本実施形態では、油膜による光の反射率が水面による反射率よりも高いことに着目し、水面に光を照射してその反射光の強度を測定することにより反射率を求め、これによって水面における油膜の有無を検知するという油膜検知方法を採用している。
油の種類によっても異なるが、油膜の反射率は水面の反射率の約１．５倍から約２倍であり、油膜検知用の閾値Ｌ_１は、水面による反射率よりも高い値であって、測定対象とする油の種類の油膜の反射率よりも低い値の範囲内で、任意に設定可能である。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の受光信号のピークホールド値（図２の比較手段１０６ｃに入力される値）を概念的に示した図である。
ピークホールド手段１０６ａでは、前回〜今回のタイミング信号の間の入力信号レベルのピーク値を今回〜次回のタイミング信号の期間、保持するものとする。

図３（ｃ）は本発明の実施形態において警報回路１０７から出力される警報接点信号である。また、図３（ｄ）は、受光信号のピークホールド値を単純に閾値Ｌ_１と比較した場合に得られる警報接点信号である（便宜上、この図３（ｄ）を従来技術とする）。
更に、図３（ｅ）は、図１の絶縁伝送回路１０８から出力される伝送出力信号であり、参考のために図示してある。

いま、図３(ａ)の信号Ｓ_１による図３（ｂ）のピークホールド値Ｐ_１は油膜検知用の閾値Ｌ_１に達していないため、図３（ｃ）の本実施形態及び図３（ｄ）の従来技術の何れも、比較手段から出力は発生せず、警報接点信号は発生しない。
次に、油膜ではなく一瞬の反射光や外乱光により図３(ａ)の信号Ｓ_２が発生した場合、信号Ｓ_２による図３（ｂ）のピークホールド値Ｐ_２は閾値Ｌ_１を超えているので、図３（ｄ）の従来技術によれば、比較手段からの出力によって警報接点信号Ｂ_２が出力されてしまい、油膜を誤検知する原因となる。

これに対し、本実施形態では、以下に述べる動作により、信号Ｓ_２（ピークホールド値Ｐ_２）を油膜による反射光として誤検知するのを防止している。
すなわち、水面Ｗ上の油膜はある程度の面積を持っており、水流が高速でない限り、ピークホールド動作を行うためのタイミング信号の複数周期にわたって油膜による反射光が受光されるはずである。
そこで、例えば、図３(ａ)の時刻ｔ_１〜ｔ_２における信号Ｓ_３が油膜からの反射光によるものであったと仮定すると、本実施形態では、この期間の階段状のピークホールド値Ｐ_３を比較手段１０６ｃにより閾値Ｌ_１と比較し、比較手段１０６ｃの出力信号がアクティブ（「High」レベル）である期間にわたってカウント手段１０６ｄがタイミング信号をカウントする。そして、カウント手段１０６ｄによるカウント値が任意の閾値（請求項における第２の閾値に相当する）未満である場合には、警報接点信号を出力させず、カウント値が第２の閾値以上になった場合に油膜による反射光であると認識して図１の警報回路１０７に動作信号を出力する。この動作信号に基づき、警報回路１０７は図３（ｃ）に示す警報接点信号Ａ_３を出力する。

図３（ｃ）の例では、水面Ｗに油膜が存在する場合にはタイミング信号の少なくとも２周期以上にわたって閾値Ｌ_１を超える受光信号のピークホールド値が検出されるという前提のもとで、油膜を検知するためのカウント値（言い換えれば第２の閾値）を「２」に設定しているが、このカウント値は、水流の速さ等に応じて任意の値（２以上の数値）に設定することもできる。
なお、図３（ｄ）の信号Ｂ_３は、従来技術における警報接点信号である。
また、図３（ｅ）に示す伝送出力信号は、図３（ｂ）のピークホールド値に対応して絶縁伝送回路１０８から外部に出力されるものであり、伝送出力信号の受信側では、必要に応じ、各信号のレベルや継続時間を測定して油膜検知等の所定の処理を行うことができる。

上記のように本実施形態によれば、比較手段１０６ｃの出力信号がアクティブである期間内のカウント手段１０６ｄによるカウント値が第２の閾値未満である場合には、油膜検知信号としての警報接点信号を出力しないため、一瞬の反射光や外乱光による反射光を水面Ｗ上の油膜として誤検知するおそれがない。
なお、本実施形態では、カウント手段１０６ｄによるカウント値が第２の閾値未満である場合に警報接点信号を出力しない構成としたが、上記カウント値にタイミング信号の周期を乗じて求めた時間が所定値（請求項における第３の閾値に相当する）未満である場合に警報接点信号を出力しないように構成しても良い。

本発明は、水質監視装置や水質分析装置における油膜検知に利用することができる。

１００：油膜検知装置本体
１０１：定電流回路
１０２：変調回路
１０３：増幅器
１０４：バンドパスフィルタ
１０５：タイミング回路
１０６：受光信号処理手段
１０６ａ：ピークホールド手段
１０６ｂ：Ａ／Ｄ変換手段
１０６ｃ：比較手段
１０６ｄ：カウント手段
１０７：警報回路
１０８：絶縁伝送回路
１０９：表示器
２０１：ＬＥＤ
２０２：コリメートレンズ
２０３：集光レンズ
２０４：受光器
Ｗ：水面

Claims

水面に存在する油膜からの反射光の受光信号をサンプリングし、受光信号レベルのピーク値をホールドする動作を、一定周期で出力されるタイミング信号に基づいて周期的に行うピークホールド手段と、
前記ピークホールド手段から出力されるピークホールド値が第１の閾値を超えている期間に出力信号がアクティブとなる比較手段と、を有し、
前記比較手段の出力信号に基づいて、油膜検知信号としての警報接点信号を出力する油膜検知装置において、
前記タイミング信号をカウントするカウント手段を備え、前記比較手段の出力信号がアクティブである期間内の前記カウント手段によるカウント値が第２の閾値未満である場合には、前記警報接点信号を出力しないことを特徴とする油膜検知装置。
水面に存在する油膜からの反射光の受光信号をサンプリングし、受光信号レベルのピーク値をホールドする動作を、一定周期で出力されるタイミング信号に基づいて周期的に行うピークホールド手段と、
前記ピークホールド手段から出力されるピークホールド値が第１の閾値を超えている期間に出力信号がアクティブとなる比較手段と、を有し、
前記比較手段の出力信号に基づいて、油膜検知信号としての警報接点信号を出力する油膜検知装置において、
前記タイミング信号をカウントするカウント手段を備え、前記比較手段の出力信号がアクティブである期間内の前記カウント手段によるカウント値に相当する時間が第３の閾値未満である場合には、前記警報接点信号を出力しないことを特徴とする油膜検知装置。