JP2014025872A - 油膜検知装置 - Google Patents
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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L1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
【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L1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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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L1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。
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L0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L1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。
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L0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L1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L1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。
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L1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。
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L1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。
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S1による図3(b)のピークホールド値P1は油膜検知用の閾値L1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S2が発生した場合、信号S2による図3(b)のピークホールド値P2は閾値L1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B2が出力されてしまい、油膜を誤検知する原因となる。
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S2が発生した場合、信号S2による図3(b)のピークホールド値P2は閾値L1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B2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S2(ピークホールド値P2)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t1〜t2における信号S3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P3を比較手段106cにより閾値L1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A3を出力する。
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t1〜t2における信号S3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P3を比較手段106cにより閾値L1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A3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L1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B3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。
なお、図3(d)の信号B3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。
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
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 (2)
- 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。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105241818A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 青岛市光电工程技术研究院 | 一种水面油监测光电探头 |
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JPH1090177A (ja) * | 1996-09-13 | 1998-04-10 | Asahi Eng Co Ltd | 油膜検知器 |
JP2003149134A (ja) * | 2001-11-09 | 2003-05-21 | San Denshi Kogyo Kk | 油膜検知器 |
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2012
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